黔北地区下寒武统黑色页岩沉积特征及页岩气意义

梁超，姜在兴，郭岭，杨镱婷

（中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083）

黔北地区下寒武统黑色页岩沉积特征及页岩气意义

梁超，姜在兴，郭岭，杨镱婷

（中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083）

以沉积学、层序地层学、石油天然气地质学为理论基础，以野外实测剖面分析、地化元素分析、薄片观察等为手段，采用“点—线—面”三位一体的方法，对黔北地区沉积特征进行分析。黔北地区下寒武统牛蹄塘组沉积环境为浅海沉积，主要沉积体系类型有浅水陆棚和深水陆棚。古地貌整体为西北高、东南低的特点，物源区主要来自研究区西北部，少量来自西南部。下寒武统黑色页岩普遍发育，厚度在工区东南部最大，可达200 m。宏观上的黑色页岩广泛发育、厚度大、颜色深，微观上富含有机质且硅质质量分数较高。结合宏观、微观2方面，认为工区东南部为页岩气勘探重点区域。

黑色泥岩；沉积特征；页岩气；牛蹄塘组；黔北地区

近年来，页岩气在非常规天然气中异军突起，已成为全球非常规油气资源勘探开发的新亮点［1-2］。国内受美国页岩气成功开发的启示，针对页岩油气相继开展了一些区域性、局部性的基础研究工作，取得了良好的研究成果，初步展示了中国页岩油气勘探的巨大资源潜力［3-5］。蒲泊伶、董大忠、潘继平等［6-8］对扬子地区早古生代寒武系牛蹄塘组和下志留系龙马溪组页岩气地质条件及勘探前景做了细致研究，认为这2套泥页岩是扬子地区页岩气有利的勘探层系。文中通过点—线—面相结合，对贵州北部地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩沉积特征及沉积环境演变进行了研究，对本区页岩气勘探将起到一定的借鉴意义。

1 区域地质背景

研究区位于上扬子地台南缘，地理位置上为贵州北部（未包括习水），西南到贵阳，东至省界（见图1）。受多期构造运动的影响，研究区褶皱、断裂构造非常发育。褶皱以北东向或北北东向展布为主，古断裂沿不同走向互相切割，非常复杂。研究区下寒武统牛蹄塘组厚度0～200 m，由东南向西北逐渐减薄，直至尖灭。其下伏地层为震旦系白云岩，顶部以明心寺组粉砂岩为界。

图1 研究区位置

2 重点剖面解析

针对下寒武统牛蹄塘组13条野外剖面进行了沉积相分析，重点对瓮安—永和剖面沉积特征及沉积环境演变进行研究。永和剖面目的层露头出露165 m，根据地层产状、导线方位和导线坡角等转化成地层真厚度105 m。

寒武系牛蹄塘组与震旦系分界线以白云岩向硅质岩的转换为界，这是由于震旦纪末期—下寒武大规模快速海侵，导致了牛蹄塘组底部的深水相岩石直接覆盖在灯影组白云岩之上，形成一个以快速加深为特征的“淹没不整合面”。灯影组发育浅灰—灰色白云岩，可见明显的风化作用导致的“刀砍纹”现象（见图2a），牛蹄塘底部发育了灰—深灰色硅质岩，硬度较大。

牛蹄塘组地层划分为1个三级层序（见图3），体系域界面即最大海泛面的识别，主要为一套稳定的厚度大的黑色泥岩沉积，颜色深、岩性纯。据此判定，最大海泛面位于剖面50 m处。海侵体系域主要发育了一套深水环境下的黑色泥岩沉积，代表了此时可容纳空间的增加，主要为黑色泥岩（见图2b）、黑色薄层炭质泥岩（见图2c）、少量薄层粉砂质泥岩（见图2d、2e）等，底部为一套深水硅质岩沉积（见图2f），发育块状层理和水平层理，海侵体系域时期沉积环境为深水陆棚。高位体系域时期，主要发育了黑色泥岩和深灰色泥岩，向上粉砂含量增加，岩性也由暗色泥岩变为泥质粉砂岩和粉砂质泥岩互层，反映了该时期海平面下降、水体变浅的过程，高位体系域时期主要为浅水陆棚、砂质陆棚沉积环境。

图2 永和剖面黑色页岩特征

3 沉积相展布特征

海侵体系域沉积时，其沉积相类型主要为深水陆棚、浅水陆棚和砂质陆棚（见图4）。工区东南部主要发育深水陆棚沉积，工区西部及西北部主要为浅水陆棚和砂质陆棚沉积。从平面相展布分析认为，该时期水体向工区东南部不断加深。

高位体系域沉积时期，伴随海平面的不断下降，深水陆棚和浅水陆棚向东南迁移，范围缩小，砂质陆棚面积扩大。深水陆棚分布于工区东南部，面积较小，浅水陆棚在工区内大范围分布，主要分布在工区北部，砂质陆棚主要分布在西部。同样，该时期水体向研究区东南部不断加深，不同的是，相比海侵体系域，总体水深变浅，浅水环境范围扩大。

图4 沉积相平面展布

4 页岩气意义

宏观上，黔北地区下寒武统牛蹄塘组沉积时期，沉积环境为浅海陆棚相沉积。牛蹄塘组沉积早期海平面处于较高位置，水体深度相对较深，黑色泥岩和深灰色泥岩在全区都很发育，且厚度较大，海侵体系域时期的沉积中心在工区的东南部。

海侵体系域末期，随着相对海平面的逐渐降低，形成了一套以灰色泥岩、黑色泥岩和灰色粉砂质泥岩为主的高位体系域沉积体，其沉积中心仍然在工区东南部。由此可以看出，有利于形成页岩气聚集的黑色泥岩在海侵体系域时期，整个黔北地区都有发育；但是在工区东南厚度相对较大，同样高位体系域的黑色泥岩总厚度在工区东南部相对较大。因此，牛蹄塘组黑色页岩大面积发育，沉积厚度较大，尤其在工区东南部，最大厚度可达200 m。根据页岩气成藏机理［9-13］，从黑色页岩沉积厚度来讲，是页岩气勘探的有利区。

微观上，该区黑色页岩富含有机质，孔隙较多，为孔隙—微孔隙（2～25 μm）。从能谱分析看，其Si质量分数为41%，又根据镜下薄片观察，石英质量分数较高，说明永和剖面黑色页岩具有较好的压裂条件，对页岩气开发非常有利。

5 结论

1）根据黔北地区野外实测剖面，牛蹄塘组为1个三级层序，划分为下部的海侵体系域和上部的高位体系域，最大海泛面处黑色页岩颜色最深，岩性最纯。

2）用“点—线—面”三位一体的方法，下寒武统牛蹄塘组沉积环境主要为浅海陆棚沉积，物源主要来自西北部，少量来自西南部，沉积中心位于工区东南部。

3）宏观上，黑色页岩分布广泛且厚度较大；微观上，工区东南部黑色页岩富含有机质且硅酸盐质量分数较高，易于压裂。从宏观、微观2方面得出工区东南部为黔北地区页岩气勘探重点区域。

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（编辑 赵旭亚）

Sedimentary characteristics and shale gas significance of Lower Cambrian black shale in Qianbei Area

Liang Chao,Jiang Zaixing,Guo Ling,Yang Yiting
(School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China)

On the theoretical basis of sedimentology,sequence stratigraphy,oil and gas geology,to the analysis of measured field profiles,geochemical elements and microscopically slice observation as the means,and using the trinity method of point-line-face, this article analyzes the sedimentary characteristics of Qianbei Area.The sedimentary environment of Lower Cambrian Niutitang Formation is shelf deposition and the main sedimentary systems include shallow shelf and deepwater shelf.Overall,the paleogeomorphology has the characteristics of high in northwest and low in southeast.Provenances come mainly from the northwest and a few from the southwest in research area.The Lower Cambrian black shale develops widely.The thickness of the black shale is biggest in southeast area,reaching 200 m.From macroscopic view,the black shale extensively develops,the thickness is very large and its color is pure.From microscopic view,the black shale gas is rich in organic matter and the microscopic silicon content is high.Combined with the macro and micro respects,it is considered that the southeast area is the key area for shale gas exploration.

black shale;sedimentary characteristics;shale gas;Niutitang Formation;Qianbei Area

国家科技重大专项“油气勘探新领域储层地质与油气评价”（2011ZX05009-002）

TE132.2

：A

1005-8907（2012）01-0022-05

2011-04-29；改回日期：2011-11-30。

梁超，男，1987年生，在读硕士研究生，主要从事沉积学方面的学习和研究工作。E-mail：liangchao0318@163.com。

梁超，姜在兴，郭岭，等.黔北地区下寒武统黑色页岩沉积特征及页岩气意义［J］.断块油气田，2012，19（1）：22-26. Liang Chao，Jiang Zaixing，Guo Ling，et al.Sedimentary characteristics and shale gas significance of Lower Cambrian black shale in Qianbei Area［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（1）：22-26.