湖南沅陵牛蹄塘组黑色岩系稀土元素地球化学特征

<正>我国南方下寒武统广泛分布一套富含有机质的黑色岩系,在这套黑色岩系中,赋存丰富的石煤、Ni-Mo-PGE多金属层、重晶石、磷矿等(范德廉等,2004)。前人对这套黑色岩系已经做过一定的研究,但对于其成因仍存在争议。本文选择湖南沅陵董家河剖面进行系统的稀土元素地球化学研究,旨在探讨该区震旦纪-寒武纪转换时期沉积的黑色岩系的成因及形成环境。     

贵州岑巩区块下寒武统变马冲组黑色页岩沉积地球化学特征及其沉积环境意义

基于钻井岩心资料,对贵州岑巩区块下寒武统变马冲组黑色页岩取心段进行系统采样、主微量元素测试及沉积地球化学分析。研究结果表明：1）古盐度判别指标Sr/Ba及Rb/K分布显示,下寒武统变马冲组黑色页岩沉积时期属局限海背景下的半（微）咸水—淡水相沉积,变马冲组一段—三段古盐度垂向变化不大;Sr丰度与碳酸盐矿物含量之间具明显的响应关系;2）古氧相指标V/Cr、Ni/Co、U/Th比值及δU值分布表明变马冲组黑色页岩沉积为氧化为主、间或贫氧的环境,V/（V+Ni）比值判别偏于还原环境;3）古气候判别参数“C”、Sr/Cu及SiO₂/Al₂O₃比值表明该套页岩沉积期主体属温湿气候,利于有机质形成;4）古水深及离岸远近判别参数Rb/Zr、Sr/Ba比值分布显示水体较浅、离岸较近的沉积特征,结合物源及沉积构造背景指征参数分析,变马冲组黑色页岩属大陆边缘离岸较近、水体较浅的陆源碎屑沉积。此研究认识揭示了岑巩区块下寒武统沉积环境的演化,进而为该套黑色页岩的有机质富集机理及页岩气选区评价提供一定的地质依据。     

贵州岑巩区块下寒武统变马冲组黑色页岩沉积地球化学特征及其沉积环境意义

基于钻井岩心资料,对贵州岑巩区块下寒武统变马冲组黑色页岩取心段进行系统采样、主微量元素测试及沉积地球化学分析。研究结果表明：1）古盐度判别指标Sr/Ba及Rb/K分布显示,下寒武统变马冲组黑色页岩沉积时期属局限海背景下的半（微）咸水—淡水相沉积,变马冲组一段—三段古盐度垂向变化不大;Sr丰度与碳酸盐矿物含量之间具明显的响应关系;2）古氧相指标V/Cr、Ni/Co、U/Th比值及δU值分布表明变马冲组黑色页岩沉积为氧化为主、间或贫氧的环境,V/（V+Ni）比值判别偏于还原环境;3）古气候判别参数“C”、Sr/Cu及SiO2/Al2O3比值表明该套页岩沉积期主体属温湿气候,利于有机质形成;4）古水深及离岸远近判别参数Rb/Zr、Sr/Ba比值分布显示水体较浅、离岸较近的沉积特征,结合物源及沉积构造背景指征参数分析,变马冲组黑色页岩属大陆边缘离岸较近、水体较浅的陆源碎屑沉积。此研究认识揭示了岑巩区块下寒武统沉积环境的演化,进而为该套黑色页岩的有机质富集机理及页岩气选区评价提供一定的地质依据。     

黔北镇远牛蹄塘组黑色页岩沉积环境与有机质富集关系

通过矿物组分、主量元素、微量元素、碳氧同位素等特征,分析了黔北地区镇远县ZX井牛蹄塘组黑色页岩的岩相类型和不同岩相页岩的沉积环境及其与有机质富集间的关系。结果表明,牛蹄塘组下段以硅质页岩为主,TOC含量4.96%～10.10%;上段以富泥硅质页岩为主,TOC含量1.43%～9.04%。下段硅质页岩沉积于水流停滞的深水陆棚环境,沉积古水体为贫氧的还原状态;上段富泥硅质页岩沉积时期,仍为贫氧的还原环境,但水体滞留程度、还原性较下段硅质页岩沉积期弱。贫氧的还原环境是影响牛蹄塘组黑色页岩有机质富集的主要因素,热液作用和陆源碎屑对牛蹄塘组黑色页岩有机质富集的影响较小。     

贵州铜仁地区下寒武统牛蹄塘组黑色岩系地球化学特征

通过对研究区寒武系底部黑色岩系中微量元素和稀土元素研究分析,认为研究区黑色岩系属于开阔盆地和大陆边缘之间靠近陆地区域的还原环境条件下形成的,黑色岩系为热水沉积成因;区内找钒矿的可能性更大,找钼、镍矿的可能性较小。在亲铁元素中,Co、Ni、Mo元素相对富集,Mo富集程度最大,浓集系数达378.82;在亲铜元素中,Zn、Sb元素较富集,Zn元素浓集系数在0.18～17.25之间,Sb元素浓集系数在3.36～69.11之间;在亲石元素中,Ba、W、U三个元素较富集,Ba元素浓集系数在1.90～28.07之间,W元素浓集系数在130.1～387.40之间,U元素浓集系数在5.91～74.11之间,W元素富集程度最高,其浓集系数最大值达387.40,具有深入研究的意义。     

黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层发育特征:以岑巩区块为例

依据矿物学、有机地球化学、孔隙结构、甲烷吸附性、岩石力学性质、裂缝发育特征和保存条件等方面的资料,对研究区下寒武统牛蹄塘组页岩储层发育特征进行了系统研究。结果表明,牛蹄塘组页岩具有较高的有机质丰度、脆性矿物含量、热演化程度和甲烷吸附能力。与北美主要产气页岩及龙马溪组页岩相比,牛蹄塘组页岩以Ⅰ型有机质为主,有机孔发育规模较小,孔径多小于5nm,甲烷吸附/脱附能力强。矿物粒间与粒内孔缝是牛蹄塘组页岩储集空间与渗流通道的主要来源,高TOC含量伴随的高石英(刚性矿物)含量有利于微观孔缝的发育、保存及游离气的富集。牛蹄塘组宏观裂缝以构造缝为主,其次为层间缝,微观上主要为层间、粒间和粒内缝;方解石与石英等裂缝充填物内部发育开启的次级微裂缝、解理和溶蚀孔隙,滑脱缝与压扭/张扭性裂缝面糜棱化矿物粒间孔缝发育,增加了充填裂缝的有效性。在良好保存条件下,裂缝的发育对牛蹄塘组页岩含气性与渗透性均具有贡献,而对渗透性的改善是其最主要贡献。当TOC含量低于6.5%,TOC含量与孔隙度、总孔体积、脆性、兰氏压力、裂缝密度和游离气含量等储层参数具有正相关关系;当TOC含量大于6.5%时,正相关关系逐渐变为负相关。有机质类型、含量、成熟度及成岩作用对页岩储层宏观(脆性、裂缝发育程度)与微观(孔隙类型、孔隙结构、甲烷吸附性)性质均有重要影响。     

湘西下寒武统牛蹄塘组黑色岩系的微量元素地球化学特征

为探讨下寒武统黑色岩系在深水区域的沉积环境及其伴生的Ni-Mo多金属富集层的金属元素来源,对湘西寒武纪初期盆地相区龙鼻嘴剖面进行系统采样,分析了样品中干酪根的微量元素含量和全岩V、U、Mo与TOC含量并就微量元素比值与TOC关系进行了探讨。结果显示,干酪根中的Th/U、V/Sc和V/Cr值在剖面上均具有相似的变化规律,V、U和Mo与TOC的相关性可知剖面沉积过程中存在硫化环境,Ni-Co-Zn三角图解中多数样品分布于热水沉积区域。初步推断剖面下部的NiMo多金属富集层,其具有微量元素明显富集和碳同位素较大负值的特征,可作为地层对比的标志;寒武纪初始阶段深水区域可能处于短暂的硫化环境,伴随着沉积环境的充氧之后变为广泛的厌氧环境;黑色岩系沉积过程中有热液活动参与,Ni-Mo多金属富集层中部分元素的极度富集可能是还原的海水和海底热液共同作用的结果。     

黔北牛蹄塘组的地球化学特征及形成环境

贵州北部早寒武世的黑色岩系-牛蹄塘组。主要为黑色页岩,含浮游生物,其中产钼、钒等矿床。其具有独特的元素地球化学特征:K、Ti元素在黑色页岩中的含量高于底部硅质岩,而P元素的含量却相反,硅质岩中的含量显著高于其上覆的黑色页岩;岩孔和菜园两地的共同特点是V、Ba、U的含量明显偏高,富集系数在3以上,显著的差别是Ta元素,其在岩孔是亏损的,而在菜园却明显富集;西部岩孔的稀土总量高于东部菜园,稀土配分曲线形态近于水平或略向左倾,具弱的负Eu异常或不显异常。硅质岩较页岩的负Ce异常程度高。地层特征、元素地球化学特征及特征元素和比值,所反映的是下寒武统牛蹄塘组形成于缺氧的还原环境。     

贵州岑巩TX 1井牛蹄塘组页岩压裂效果评价

TX1井是四川盆地外围第一口针对牛蹄塘组页岩压裂的井,岩心现场解析含气量为1.00~3.06m3/t,含气性较好,展现了较好的勘探前景.但复杂构造以及下部含水层对后期储层改造提供了挑战.对TX1井进行了压裂改造,返排过程中气体点火2~3m,但后期一直出水,返排率大于100%.利用Meyer软件进行压裂拟合评价,结果显示TX1井在压裂过程中因沟通了底部高含水层,导致压后出水严重;压裂改造未形成复杂的裂缝网络,限制了储层改造的效果.因此认为直井压裂改造受体积的限制,只能作为对页岩储层含气性与产能的评价手段,页岩气商业性开发还需通过水平井钻井和大规模的分段压裂改造来实现.该井的钻探施工与压裂改造经验为本地区下一步勘探开发指明了方向.      

鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩元素地球化学特征及沉积古环境恢复

目前关于牛蹄塘组页岩沉积古环境及其对有机质富集影响的认识尚显不足。为此,基于总有机碳（TOC）含量测定、XRD矿物组分分析、沉积地球化学分析等方法,以鄂西地区X井和Y井牛蹄塘组页岩为研究对象,揭示了页岩的沉积古环境,并探究了其对页岩有机质富集的影响。研究结果表明牛蹄塘组牛二段下部为富有机质层段,石英含量最高。牛一段页岩的Ca、P富集显著,牛二段以及牛三段页岩的Ca、Fe富集显著,其中牛二段页岩中的氧化还原敏感元素Mo、U富集程度最高。牛蹄塘组页岩无明显的Eu异常,轻稀土元素（LREE）比重稀土元素（HREE）更加富集。硅质页岩沉积于高的古生产力、较低的碎屑输入以及缺氧的底水环境;钙质页岩沉积于较高的古生产力、相对较低的碎屑输入以及贫氧—氧化的底水环境;而黏土质页岩和硅质—黏土质页岩沉积于较低的古生产力、较高的碎屑输入以及氧化的底水环境。此外,Ba_bio、Si_bio、U/Th、C_org/P_tot、Al、Ti/Al等古环境指标在垂向上的变化表明牛蹄塘组从沉积的早期到晚期,水深逐渐变浅,水动力条件变强,沉积底水的氧含量逐渐增加,表层水体的古生产力逐渐降低。缺氧的底水条件是控制牛蹄塘组富有机质页岩发育的关键因素。     

渝东南YK1井下寒武统牛蹄塘组底部黑色页岩沉积环境及有机质富集机制

渝东南YK1井下寒武统牛蹄塘组底部发育富有机质黑色页岩,是我国南方海相页岩气勘探的重要目的层位之一,对YK1井样品分析测试表明其TOC平均含量约为3.75%。沉积环境控制了有机质的形成,而有机质是页岩气的重要赋存场所。为了研究该套黑色页岩形成的沉积环境及有机质富集机制,针对其中具有环境意义的矿物学和微量元素地球化学特征进行研究。Couch法古盐度范围为10.733‰~34.687‰,平均值为22.358‰,B/Ga比值为2.190~10.000,平均值为5.500,表明该区域水体大致属于咸水-半咸水范畴,渝东南YK1井下寒武统牛蹄塘组沉积于浅海陆棚环境。稀土元素中Ce负异常,V/Cr比值范围为1.300~13.776,平均值为4.648以及镜下观察到的草莓状黄铁矿都表明样品形成于还原环境。微量元素、稀土元素等分析表明研究区牛蹄塘组不同层位曾受到上升洋流带来的深部热液的影响。有机质富集机制方面,当环境条件达到有利于有机质保存所需的还原条件后,还原程度的强弱不再是决定有机质富集程度的主要因素;上升洋流对有机质的富集起到了促进作用;古盐度的变化对有机质的富集影响不大。     

准噶尔盆地东南缘芦草沟组黑色泥页岩稀土元素地球化学特征及其地质意义

对准噶尔盆地东南缘中二叠统芦草沟组上、中、下三段黑色泥页岩进行稀土元素地球化学特征研究,并讨论其地质意义。结果表明,芦草沟组黑色泥页岩的稀土元素总量∑REE为(51.39~138.27)×10^-6,平均值为94.23×10^-6,较全球平均大陆上地壳成分(UCC)和北美页岩(NASC)的平均值均偏低。∑LREE/∑HREE、(La/Yb)_N、(Ce/Yb)_N等地化参数及稀土元素配分模式均反映轻、重稀土元素的明显分异,呈现LREE富集、HREE亏损的特征,趋势曲线较为平坦。黑色泥页岩具有明显的δEu负异常和弱的δCe负异常。Ce异常值均大于-0.1,反映研究区在中二叠世水体为较强且稳定的还原环境。REE的明显分异指示沉积速率总体较低,呈现逐渐变慢的趋势,反映了沉积时期水体加深的过程,这也与滨浅湖-半深湖-深湖的沉积相吻合。根据δEu的异常情况和(La/Yb)_N与∑REE的关系,认为芦草沟组沉积物的母岩为沉积岩和花岗岩的混合。黑色泥页岩物源主要来自南部的伊连哈尔比尕山。     

贵州遵义牛蹄塘组黑色岩系有机质的稀土元素地球化学研究

以贵州遵义寒武纪初牛蹄塘组黑色岩系的有机质为分析对象,对22个样品的稀土元素(REE)组成进行了研究,结果表明:①有机质的∑REE占全岩∑REE的lO%左右,且其REE标准化配分曲线不同于全岩的.由于有机质主要来自海洋上层水体中的微生物,囚而可以认为其REE特征代表的是古海洋上层水体的稀土元素组成特征;②有机质的REE总量变化于11.6×10-6～548×10-6之间,Ce异常系数变化于O.40～O.92之间,Eu异常系数变化于O.59～1.14之间.有机质的ce异常系数和LaN/CeN值在剖面上显示明显的变化,指示研究区经历了大陆斜坡到大洋盆地再到大陆边缘的环境,指示在寒武纪初存在一次海侵.     

黔北牛蹄塘组页岩气组成特征及富氮机理

贵州黔北地区页岩气资源储量丰富,主要目的层为牛蹄塘组和龙马溪组两套富有机质烃源岩,具有良好的生烃物质基础及潜力,但气井测试显示牛蹄塘组页岩气中氮气含量普遍超过80%,甲烷含量低。针对这一现象,开展了页岩气气体组分和碳氢同位素测试,分析了页岩气井中CH4、CO2和N2的来源;结合页岩地球化学特征、区域地质背景和构造特征、岩芯裂缝分布、深部岩浆热液活动以及典型页岩气井解剖,探讨了黔北牛蹄塘组页岩气井富氮机理。研究发现：黔北地区区域地质构造复杂,储层受多期次构造运动影响,断层和裂缝发育;牛蹄塘组页岩岩芯裂缝多被方解石充填,说明该地区曾经岩浆热液活动较为频繁;不同构造带页岩含气量差异明显,氮气含量高,甲烷含量低,具有一定的区域普遍性;页岩气中的CH4属于有机成因热裂解气,CO2是有机质热转化过程中形成的,N2的来源与成熟(特别是高成熟)阶段有机质热氨化作用和深部地壳、上地幔岩浆热液沿着断裂带入有关。构造相对稳定、断层裂缝不发育和岩浆热液活动不频繁的古隆起区域为页岩气开发的优选方向,研究成果可以为牛蹄塘组页岩气成藏机理及后续的资源评价和勘探部署提供理论指导。     

湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机地球化学与矿物组成特征

文章以湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩为研究对象,分析其有机地球化学及无机矿物特征,重点对其烃源岩生物标志化合物特征进行分析。结果表明:该套页岩残余有机碳（TOC）含量高、氯仿沥青"A"含量低、生烃潜量"S₁+S₂"较小,镜质组反射率R_o在2.3%~3.19%之间,达到了过成熟阶段,以生成干气为主。分子生物标志化合物结果显示正构烷烃呈双峰型,碳数大于C₂₂的中-高碳数烃占优势;Pr/Ph平均值为0.31,植烷优势明显,指示强还原的海相沉积环境;萜烷丰度顺序为五环三萜烷>三环萜烷>四环萜烷,γ-环蜡烷与C₃₀霍烷的比值普遍大于0.3,指示其沉积母质以浮游生物及海洋性自养菌为主,含有部分藻类;Ts/（Ts+Tm）在0.35~0.38之间,与镜质组反射率对成熟度的检测结果相互印证;规则甾烷C₂₇ > C₂₉ > C₂₈,指示其母质来源以浅海生物来源为主,所有样品中均检测出孕甾烷、升孕甾烷、重排甾烷及4-甲基甾烷,表明其经历过微生物降解作用。全岩矿物组分分析显示该套页岩具备较好的开发物性条件和较强的吸附性能。综合以上分析结果,提出研究区牛蹄塘组页岩具备较好的页岩气成烃成藏的物质条件,并为该区深入开展页岩气勘探目标区优选奠定了很好的工作基础。      

黔北牛蹄塘组黑色岩系中的矿产特征及找矿远景分析

黔北牛蹄塘组为早寒武世梅树村期沉积的一套黑色岩系,其下段（习称＂黑层＂）普遍含镍、钼、钒、铀、磷等多元素矿产,钒分布普遍常赋存于＂黑层＂的简单岩性组合区,而镍、钼富集于＂黑层＂的复杂岩性组合区,磷、铀则不受＂黑层＂岩性组合的控制。本文通过对黔北＂黑层＂含矿组合、合矿性和典型矿床地质特征及岩相古地理环境的分析和总结,认为牛蹄塘组下部＂黑层＂在黔北具较大的找矿空间和找矿前景,进而指出了找矿方向和找矿远景区。     

秭归盆地周缘牛蹄塘组地层沉积特征及页岩气储层分析

以单井储层地质分析为基础,结合露头资料和前人研究成果,从页岩气储层的沉积环境与分布、岩性与矿物学特征、有机地球化学特征等方面,对秭归盆地周缘牛蹄塘组储层进行了研究,具有以下几点特征:①横向非均质性仅在岩层厚度和物源丰度上存在着明显的区别;②纵向非均质性在岩性与矿物学特征、有机地球化学特征等方面均存在着明显的区别;③全井段TOC值平均3. 00%,总体达到优质页岩气层标准,均为Ⅰ型(腐泥质),Ro平均值为3. 10%,总体为过成熟阶段。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层脆性评价:以贵州岑巩区块为例

页岩的脆性决定页岩储层的可压裂性,对页岩气的勘探开发影响重大。南方地区发育多套高脆性海相富有机质页岩,是我国页岩气勘探部署的重要战略地区。与已获得页岩气突破的龙马溪组页岩相比,下寒武统牛蹄塘组具有更大的沉积厚度与更广泛的分布面积,是我国页岩气勘探开发亟待突破的另一重点层系。为此,利用研究区牛蹄塘组岩心岩石力学实验、阵列声波测井、矿物组分和裂缝发育程度等资料,运用弹性参数法与脆性矿物含量法对牛蹄塘组页岩脆性特征与主控因素进行评价与分析。研究表明:牛蹄塘组页岩脆性与以石英为主的脆性矿物含量间并非呈单一正相关关系。页岩脆性与可压裂性受控于页岩的脆性矿物含量、TOC含量、热演化程度(成岩阶段)和天然裂缝发育程度。由于石英与TOC含量具有正相关性,当TOC含量小于6.5%时,牛蹄塘组页岩脆性与石英和TOC含量呈正相关关系;当TOC含量大于6.5%时,TOC对塑性贡献速率大于石英对脆性贡献速率,页岩脆性随石英与TOC含量的增加出现降低趋势。此外,岩心裂缝发育程度与页岩岩石力学脆性特征相关性较好,在过高TOC含量层段页岩脆性较低,岩心裂缝发育程度较差。对于中国南方海相页岩脆性评价,应结合不同地区、不同层位的实际地质条件进行多因素综合评价,以优选出最佳钻井与压裂层段。