湘鄂西地区五峰—龙马溪组页岩地层与沉积特征

姚明君，包汉勇，丁　青，龙幼康，刘　超，王艳春

（中石化江汉油田勘探开发研究院，武汉430223）

湘鄂西地区五峰—龙马溪组页岩地层与沉积特征

姚明君，包汉勇，丁青，龙幼康，刘超，王艳春

（中石化江汉油田勘探开发研究院，武汉430223）

以湘鄂西及周缘地区晚奥陶世至早志留世沉积的泥页岩为研究对象，本文通过钻井取心测井、野外观察和分析化验等资料，分析了研究区五峰-龙马溪组页岩的发育和沉积特征。结果表明，湘鄂西地区页岩普遍厚40-60 m，纵向上可划分为三亚段，九小层，其中1亚段对应底部①-⑤小层，为高伽马值（GR），低密度，高有机质丰度的页岩段，以灰黑色—黑色硅质-炭质页岩为主，湘鄂西古隆起及周缘①-⑤小层页岩段有不同程度的缺失。页岩纵向上发育深水硅质陆棚、深水砂质陆棚、深水混积陆棚和深水泥质陆棚4种沉积微相，其中①-⑤小层页岩段对应深水硅质陆棚微相，为缺氧的强还原沉积环境，沉积了富含笔石、黄铁矿的富硅、富碳页岩，其硅质多为自生成因，对应焦石坝目前的主力产气页岩段。

沉积微相；页岩地层；五峰-龙马溪组；湘鄂西地区

Yao M J，Bao H Y，Ding Q，Long Y K，Liu C and Wang Y C.

Geology and Mineral Resources of South China，2016，32（2）：191-197.

川东南、渝东和鄂西等地五峰—龙马溪组灰黑色—黑色富有机质泥页岩发育，其厚度大、有机质丰度高、热演化和埋深适中，为页岩气勘探的有利层系［1-2］。近年来中上扬子地区在五峰—龙马溪组页岩中获得不同程度的油气发现［3］，2015年12月25日四川盆地东南缘的涪陵国家级页岩气（五峰—龙马溪组）示范区已通过国家能源局委托的专家组验收，标志着我国首个国家级页岩气示范区建成。湘鄂西地区位于涪陵页岩气示范区东缘，该区五峰—龙马溪组页岩段地层精细划分与沉积微相特征对于指导该区页岩气的勘探具有重要意义。

前人主要针对该区五峰—龙马溪组沉积特征开展研究［4-6］，本文通过湘鄂西区多口探井的分析，首次开展了其与涪陵地区页岩段地层精细对比及沉积微相的划分工作。

1　区域地质概况

湘鄂西地区在大地构造位置上属于中扬子板块，东北部被天阳坪断裂、西部被齐岳山断裂，东南部被保靖—慈利断裂带所限［7］。晚奥陶—早志留世，由于受加里东运动影响，中扬子南部受华夏陆块的挤压而强烈坳陷，构成前陆盆地的前渊坳陷，形成深海—次深海环境，为深水陆棚亚相，沉积了五峰—龙马溪组黑色页岩。受湘鄂西隆起的影响，恩施-来凤以东地区为浅水陆棚相沉积，黑色富碳页岩不发育（图1）。

图1　湘鄂西构造位置图Fig.1 Thetectoniclocation ofthewestern Hunan-Hubeiregion

2　地层发育特征

研究区奥陶纪末期至早志留世为海侵期，以深水陆棚相沉积环境为主（图2），湘鄂西西部沉积了大套富有机质泥页岩。该段页岩以深灰色—灰黑色炭质泥页岩、硅质页岩和含粉砂质泥岩为主，整体为还原沉积环境。纵向上页岩具有三分性的特征，由下至上分为1亚段、2亚段和3亚段（图3）。

2.1亚段划分特征

1亚段：五峰组中下部为灰黑色—黑色硅质-炭质页岩，发育Tangyagensis typicus、Diplograptus bohemicus等笔石，下伏与临湘组灰色瘤状灰岩为整合接触。五峰组顶部为薄层深灰色介壳灰岩，见赫南特贝动物群，自然伽马略低，齿状起伏。湘鄂西地区五峰组与龙马溪组为平行整合或不整合接触，龙马溪组下部以深灰色—黑色炭质泥页岩或粉砂质炭质泥页岩为主.咸丰—石柱等整合接触区，页岩段主要发育Parakidograptusacuminatus、Cystograptus vesiculosus和Coronograptus cyphus等笔石，鹤峰—恩施—五峰等不整合接触区，富碳页岩段和相应笔石属种不同程度缺失［8-9］。该段页岩自然伽马高、密度低。该段有机质丰度最高，平均大于4%，为富碳页岩段。笔石和放射虫发育、自生硅含量高。

图2　湘鄂西及周缘早志留世沉积相图Fig.2 Thefaciesmap oftheearlySilurian in theWestern Hunan-Hubeiand adjacentregion

2亚段：主要为灰色—深灰色含粉砂质泥岩为主，相对下伏地层发育Demirastrites convolutus笔石［8-9］，另发育砂质含量较1亚段增多，自然伽马相对偏低、密度相对偏高，有机质丰度明显偏低。笔石和黄铁矿发育。

3亚段：主要为深灰色—灰黑色炭质泥页岩、粉砂质泥页岩，偶夹泥质灰岩条带。见Oktavites communis笔石带［8-9］，自然伽马相对2亚段地层增高、高密度、低声波，有机质丰度较2亚段增大。

2.2小层精细划分

目前焦石坝地区五峰—龙马溪组页岩段根据岩性、电性、生物化石和有机质丰度等特征，可细分为9小层，其中①-⑤小层为主力产气页岩段。通过与焦石坝类比，本文将湘鄂西地区页岩段进行了划分，以期弄清优质页岩的发育区。①小层研究区厚5～10 m，对应五峰组，岩性以黑色硅质、炭质页岩为主，凝灰岩条带发育，电性特征为相对低伽玛、低密度、高中子、高声波，顶部为深灰色薄层含灰泥岩、介壳灰岩段；②小层为龙马溪底部的薄层的灰黑色炭质硅质页岩。电性特征为自然伽玛呈尖峰状、低密度、高声波；③小层岩性较为单一，主要为深灰色—灰黑色炭质页岩，夹薄层的砂质页岩。电性特征伽马呈箱状，起伏较小、低密度；④小层岩性为灰色—深灰色炭质泥页岩与粉砂质泥岩互层，电性特征为较③小层伽马增高，呈锯齿形、相对③小层为高密度；⑤小层岩性较为单一，主要为一套灰黑色含炭质粉砂质泥岩，电性特征为伽马较下伏地层相对偏低、低密度、高声波；⑥-⑦小层以黑色纹层状粉砂质泥页岩为主，砂质含量中，电性特征为相对低伽玛、高密度、低声波，测井曲线都呈箱形；⑧小层灰色—深灰色炭质泥岩与粉砂质泥岩、灰质泥岩互层，电性特征为高伽马、高密度、高声波、高中子的特征，自然伽玛呈锯齿形；⑨小层：灰黑色—黑色含炭质粉砂质泥岩，电性特征为高自然伽马、高密度、高中子、高声波，中子和密度曲线呈箱形（图3）。

图3　湘鄂西区Y1井五峰—龙马溪组页岩段地层柱状图Fig.3 Thestratigraphiccolumn ofWufeng-LongmaxiFormation shalefromwellY1 in thewestern Hunan-Hubeiregion

2.3地层展布特征

志留纪鲁丹期早期，龙马溪组的黑色页岩广泛发育于扬子台地上。Chen［8］等指出，由于宜昌上升的影响，在湖南、湖北交界地区有一湘鄂西水下隆起，至少缺失了鲁丹早期的两个笔石带的地层。研究区及邻区J1、Y1和H1等钻井证实了地层的缺失。研究区龙马溪组页岩厚度变化较大，由西向东五峰-龙马溪组厚度具有减薄的趋势，五峰-慈利一带处于早期的水下浅隆（图2），②-⑤小层页岩地层有不同程度的沉积缺失，页岩厚度小，恩施—咸丰以西一带地层发育完整，厚度相对较大，整体厚40 m以上（图4）。

图4　湘鄂西及邻区五峰—龙马溪组页岩段小层对比图Fig.4 Thecorrelation ofsubstrataforWufeng-Longmaxiformation shalein thewestern Hunan-Hubeiand itsadjacentregion

图5　五峰-龙马溪组页岩段沉积相标志（a-笔石，b-星散状黄铁矿，c-凝灰岩条带，d-砂质纹层，e-含灰泥岩，f-笔石，g-条带状黄铁矿）Fig.5 ThefaciesmarkersofWufeng-Longmaxiformation shale（a-graptolite，b-scattered pyrite，c-banded tuff，d-sandylayer，e-calciferousmudstone，f-graptolite，g-banded pyrite）

3　沉积相特征

前人研究表明研究区五峰—龙马溪组页岩段整体处于深水陆棚相沉积环境，本文通过岩心分析化验、测井等资料，依据垂向岩性组合、古生物和黄铁矿发育等特征，把页岩段进一步划分出深水泥质陆棚、深水硅质陆棚、深水砂质陆棚和深水混积陆棚四个微相（图2）。

3.1深水硅质陆棚微相

主要分布在五峰组和龙马溪组一段的1亚段。受广西运动的影响，五峰组研究区广泛海侵，为缺氧的强还原环境，基本没有陆源输入，水体安静。形成了全区广泛分布黑色富含放射虫及笔石的富硅、富有机碳页岩，页岩内见黄铁矿（图5a，5b），五峰组页岩内发育深灰色凝灰岩条带（图5c）。五峰晚期，受赫南特介全球冰川消融事件影响，形成了一套介壳灰岩。龙1亚段为海平面上升期，为缺氧环境，受海底上升流的作用，物源富硅，沉积了同样富含放射虫、笔石的富硅、富碳页岩。相关性分析表明，富泥硅质页岩的石英与TOC具有很高的相关性，相关系数R高达0.8以上，硅质多为自生成因。纵向上，该段泥页岩有机质丰度最高，平均可达3.5%以上，反应了强还原的环境。受宜昌运动的影响，在恩施—鹤峰—桑植等地介壳灰岩和龙一段1下部硅质页岩不发育。

3.2深水砂质陆棚微相

主要分布在龙马溪组一段的2亚段，该时期海平面由最高点开始缓慢下降，陆源输入较下伏地层增多，深层水动力活动明显增大，由强还原环境转变为弱氧化—还原环境，岩性以深灰色（含粉砂质）泥岩为主。岩心和薄片显示粉砂质纹层发育（图5d）。笔石发育，见半耙笔石。黄铁矿发育，为次生成因，多与砂质条带共生，呈条带状和团块状分布。纵向上，该段泥页岩有机质丰度相对偏低。

3.3深水混积陆棚微相

主要分布在龙马溪组一段3亚段下部，该时期海平面快速下降，有陆源物质输入，为弱氧化-还原环境，岩性以深灰色泥页岩为主，夹（含）灰泥岩，泥质灰岩条带（图5e），滴酸气泡强烈。硅质为次生成因。笔石化石较发育。页理发育。纵向上有机质丰度整体在2.0%以上，黄铁矿发育。

3.4深水泥质陆棚微相

主要分布在龙马溪组一段3亚段上部，该时期海平面快速下降，为氧化—弱还原的环境。岩性以深灰色含粉砂质泥岩为主，砂质含量较上述砂质陆棚微相泥页岩偏低。脆性矿物硅质为次生成因。笔石发育（图5f，5g）。纵向上泥岩有机质丰度整体在2.0%以上。黄铁矿发育，多呈条带状和星散状分布。

从五峰—龙马溪组富有机质泥页岩段沉积相纵向演化可以看出，深水硅泥质陆棚沉积环境，还原性最强，泥页岩有机质丰度最高，自生硅发育，有利于页岩气井的压裂改造，为页岩气主力勘探层系。深水砂质陆棚段，水体相对较浅，该段泥页岩砂质含量较高，页岩有机质丰度相对较低，还原性差。

4　结论

晚奥陶至早志留世，湘鄂西区在建始—恩施—来凤以西为深水陆棚相沉积环境，灰黑色—黑色泥页岩发育，厚40～60 m，为页岩气勘探的有利区。页岩段可划分为3个亚段和⑨个小层，其中1亚段对应①-⑤小层，是页岩下部高GR，低密度，高TOC的页岩，对应目前焦石坝页岩气田的主力产气层。而五峰—鹤峰—慈利一带受水下浅隆的影响，②-⑤小层页岩有不同程度的沉积缺失，页岩厚度小。

工区五峰—龙马溪组富有机质泥页岩整体为深水陆棚相沉积环境，纵向上根据岩性、矿物和生物等特征，由下至上可划分为深水硅质陆棚、深水砂质陆棚、深水混积陆棚和深水泥质陆棚4种沉积微相，其中①-⑤小层页岩段对应深水硅质陆棚微相，沉积了富含笔石、黄铁矿的富硅、富碳页岩，硅质多为自生成因。

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YAO Ming-Jun，BAO Han-Yong，DINGQing，LONG You-Kang，LIU Chao，WANG Yan-Chun

（Exploration and Development Research Institute Sinopec Jianghan Oilfield，Wuhan 430223，Hubei，China）

Stratigraphic and Sedimentary Characteristics of Wufeng-Longmaxi Formation in the Western Hunan-Hubei Region.

Take the shale which deposited in late Ordovician toearlySilurian in western Hunan and Hubei region as this research object，based on the observation of field and core，the analysis of well-logging and samples，it studied the stratigraphic development and sedimentary characteristics of Wufeng-Longmaxi Formation in this area.Results indicate that，the thickness of shale in western Hunan and Hubei region is between 40 and 60m，the shale can divided into 3 sub-members and 9 sub-layers，1 sub-member，corresponds to①-⑤sub-layer，with the characteristics of high gamma value（GR），low density and high organic matter abundance，mainly with ash black-black siliceous-carbonaceous shale.The shale member ofthe palaeohigh and peripheral①-⑤sub-layers in western Hunan and Hubei region had absent in different degrees.It had developed 4 sedimentary microfacies，such as deepwater siliceous continental shelf，deep water arenaceous continental shelf，deep water diamictic continental shelf and deepwater argillaceous continental shelf.Among of them，the shale member in①-⑤sub-layers，is corresponds to deepwater siliceous continental shelf，with anoxic strongly reducing sedimentary environment，deposited of rich graptolite，rich silicon in pyrite，and rich carbon shale，its silicious is authigenic origin，this shale member is the currentlymain gas yield member.

microfacies；shale gas；Wufeng-Longmaxi Formation；western Hunan and Hubei region

中图分类法：P534.42，P534.43A

1007-3701（2016）02-191-07

2016-03-24；

2016-04-21.

姚明君（1982—），女，工程师，主要从事中扬子页岩气勘探评价研究，E-mail：ymj00630@163.com.