贵州惠水下石炭统打屋坝组黑色页岩沉积环境及烃源岩特征分析

摘要

黑色页岩是一种广泛沉积于地壳中的富含有机质细粒沉积物的岩石组合类型，由于其形成于缺氧—贫氧的特定海相沉积环境中，所以黑色页岩在沉积学、古生态学和地球化学研究方面具有重要意义。此外，黑色页岩作为一种烃源岩，与化石能源有直接关系，所以黑色页岩成为了当今地学界研究热点之一。近些年，随着科学技术的进步和政府的大力支持，我国不断加强南方海相黑色页岩的研究，在重庆、四川、贵州、云南等地先后开展了页岩气勘探工作。贵州省作为页岩气开采的重点省份之一，在全省范围内进行了页岩气资源评估与勘探，划分了四个有利工作区和七套潜质页岩气开采地层。 打屋坝组作为七套潜质页岩开采地层之一，其主要分布在黔西南的威宁—六盘水和黔南的长顺—紫云—罗甸—惠水一带，沉积着一套典型的富含有机质的黑色页岩。鉴于在黔西南地区威宁—六盘水一带打屋坝组页岩气的重大发现和成功开采，本文将对黔南地区的打屋坝组黑色页岩进行重点研究，本次研究选取了惠水地区的王佑、断杉五里桥2条剖面，并进行了野外踏勘和样品采集工作，运用沉积学、岩石学、元素地球化学、有机地球化学等手段，对研究区域黑色页岩的沉积环境和生烃潜力进行综合分析，探讨其沉积环境和烃源岩有机质形成与富集规律，为下一步贵州省页岩气的勘探开发提供科学指导依据。本次论文取得的主要成果与认识如下： 1、通过野外露头观察、室内岩矿分析认为，研究区域下石炭统打屋坝组黑色页岩主要为炭质页岩、泥岩，页理发育，部分层位可见大量磨光镜面（沥青质）和薄壳腕足类生物化石，炭质页岩中夹细粒状黄铁矿脉，反映海水较深；在剖面上部或下部岩系主要为泥岩、灰岩，有机质含量降低，钙质含量升高，反映海水较浅。从岩性组合、岩石颜色、古生物特征等方面观察，研究区域的沉积相整体属于浅水陆棚相。 2、结合野外岩石学和地球化学特征分析认为，黔南惠水早石炭世打屋坝组黑色页岩沉积环境整体表现为贫氧—缺氧的沉积环境。其中，断杉五里桥的水体比惠水王佑的水体较深，表明惠水王佑—断杉五里桥海水深度由北向南逐渐加深，离岸距离越来越远，五里桥靠近深水陆棚区，而王佑更靠近浅水台地。 3、通过对研究区域2条剖面中黑色页岩的有机质丰度（TOC）的分析，显示其平均值分别为1.23%、1.73%，均大于1%，达到“好~极好”的水平；干酪根类型属于Ⅱ1~Ⅱ2型，表明其生源母质包括水生生物和陆生生物两种，为混合型，推断这是由于当时藻类等水生植物的繁殖和有机质降解的耗氧过程引起的贫氧—缺氧的沉积环境，为该研究区域有机质的保存和转化提供了必要条件；根据烃源岩的成熟度（Ro）显示，研究区域的烃源岩属于过成熟早期阶段，为干气阶段。同时根据镜质体反射率与古地温的关系推断，研究区域的黑色页岩在经过正常海水沉积后经历了因地质事件或深埋地温引起的后期热液（170℃~210℃）作用的改造。 4、通过研究区域打屋坝组黑色页岩沉积相变化特征、元素地球化学特征、有机地球化学特征的深入研究，均显示王佑剖面水体相对较浅，更靠近黔中古陆，对TOC、有机质类型影响较大，影响页岩气勘探，这也是近几年贵州省在页岩气勘探开发中布设的紫云1井，未取得理想结果的原因。 5、通过研究区域沉积特征、地球化学参数分析，认为研究区域的沉积环境整体处于弱氧化—弱还原环境，结合沉积相变特征，惠水—紫云一带相变强烈，浅水斜坡相碳酸盐岩往往夹在黑色页岩中，导致页岩厚度变薄，影响页岩的生气能力。因此，从该研究区域的研究结果表明，黔南打屋坝组潜质页岩的有利区与前人结论相比，远景区北部界线需由王佑向南移至惠水断杉以南，南至罗甸方向，或紫云东南方向。

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摘 要

Abstract

第一章 前 言

1.1 研究背景及选题依据

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外黑色岩系沉积地球化学与页岩气研究现状和发展趋势

1.2.2 研究区域黑色页岩沉积环境与页岩气研究现状和发展趋势

1.3 研究思路、研究内容及技术路线图

1.3.1 研究思路

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线图

1.4 完成工作量

第二章 区域地质背景

2.1 大地构造位置

2.2区域地层单元

2.3 构造地质演化及构造特征

2.3.1 构造地质演化

2.3.2 地质构造特征

2.4 研究区岩相古地理演化

第三章 下石炭统打屋坝组黑色页岩沉积相分析

3.1沉积相划分

3.2 剖面（单井）沉积特征分析

3.2.1 长页1井

3.2.2 惠水王佑剖面

3.2.3 惠水断杉五里桥剖面

3.3 剖面（连井）沉积特征分析

3.4 沉积模式

第四章 黑色页岩元素地球化学特征分析

4.1 样品采集与分析方法

4.2 微量元素特征

4.3 稀土元素特征

第五章 黑色页岩有机地球化学特征分析

5.1 有机质丰度

5.2 有机质类型

5.3 有机质成熟度

5.3.1 镜质体反射率的测试分析

5.3.2 镜质体反射率与古地温

5.4 烃源岩特征综合评价

第六章 打屋坝组黑色页岩沉积古海洋环境分析及页岩气资源评价

6.1 沉积环境

6.1.1微量元素指示氧化还原环境

6.1.2稀土元素指示氧化还原环境

6.2 古水深变化

6.3 有机质的富集和保存

6.3.1 古生产力

6.3.2 有机质沉积—保存氧化还原条件

6.4 黔南潜质页岩有利区划分

第七章 结 论

致 谢

参考文献

附 录