主要页岩层系有机质类型

5．1　主要页岩层系有机质类型

据川东南—湘鄂西地区区域地质资料及野外剖面调研认为，研究区内主要有两套页岩层系，即下寒武统牛蹄塘组黑色页岩和上奥陶统五峰组页岩—下志留统龙马溪组页岩。通过观察贵州习水、石门杨家坪、秀山溶溪、习水良村和习水桑木5条露头剖面发现，川东南—湘鄂西地区震旦系—志留系地层均有出露，广泛分布于背斜核部及其两翼。

川东南—湘鄂西地区的震旦系—志留系，最好的烃源岩是上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组—石牛栏组下段，其次有下寒武统牛蹄塘组和下奥陶统湄潭组下段。另外，下奥陶统红花园组等地层也有一定的生油能力。

5．1．1　寒武系泥页岩

寒武系泥页岩主要集中分布于下寒武统的牛蹄塘组、明心寺组、金顶山组。

——牛蹄塘组（∈1n）

牛蹄塘组为一套浅海盆地相深水陆棚环境沉积的暗色泥岩、粉砂质泥岩及少量粉砂岩薄层（图5－1），其地层厚度为132．96m。经初步统计，烃源岩的累计厚度达103．76m，占地层总厚度的78．04%。其烃源岩的有机质丰度具有自下而上变差的特征，即由下往上泥质岩颜色具有由黑灰色—深灰色渐变为深灰色—黄灰色—灰黄色及粉砂岩夹层相应增多的特点（图5－2），部分泥岩风化色为灰黄色并呈竹叶状风化，其新鲜色均应为灰色—深灰色。该套烃源岩在川东南地区分布范围广、横向稳定，是下古生界的主力烃源岩之一。有机质丰度以泥质岩最高，有机碳平均含量为2．98%，达到最好烃源岩的标准，为研究区一套主力烃源层。

——明心寺组（∈1m）

明心寺组烃源岩主要分布于中部和下部，为一套浅海陆棚环境沉积的灰色—深灰色及绿灰色泥质岩，累计厚度为74．23m，占地层厚度的39．60%。该套烃源岩亦具有自下而上颜色变浅、粉砂质含量逐渐增加的特点。

——金顶山组（∈1j）

金顶山组烃源岩为一套浅海陆棚—碳酸盐岩台地浅滩环境沉积的灰色—黄灰色泥质岩及碳酸盐岩，地层厚度为119．75m。烃源岩累计厚度为92．02m，占地层总厚的76．84%。其中，泥质岩类烃源岩厚81．11m，主要分布于上部和下部；碳酸盐岩烃源岩厚10．91m，分布于该组中部。该组泥质岩类烃源岩颜色普遍偏浅，属陆棚较浅水环境沉积，有机质含量不高，其质量相对较差。

图5－1　牛蹄塘组灰黑色含粉砂质碳质页岩

图5－2　寒武系牛蹄塘岩性剖面

5．1．2　奥陶系泥页岩

奥陶系泥页岩主要分布于下奥陶统桐梓组、湄潭组和上奥陶统五峰组。其中尤以湄潭组最发育，但其烃源岩的品质又以五峰组最好，有机质丰度最高。

——湄潭组（O₁m）

湄潭组烃源岩（图5－3）较发育，并主要集中分布于该组下部，上部也有少量分布，为一套浅海陆棚环境沉积的泥质岩类烃源岩，累计厚度可达157．16m，占地层厚度的64．47%。该套烃源岩在区域上较稳定，分布范围广，厚度大，属陆棚深水还原环境沉积，其有机质丰度较高，是川东南地区“下组合”油气勘探的主力烃源岩之一。据现有分析资料统计，该套泥质岩的平均有机碳含量为0．123（38）%，氯仿沥青“A”的平均含量为0．007 8（21）%，两者的“A”/C有平均比值为6．79（21）%。

图5－3　湄潭组灰黄绿色泥质岩

——五峰组（O₃w）

五峰组烃源岩有黑色泥灰岩和深灰色—灰黑色泥质岩两类。其中，以灰黑色泥质岩（图5－4）类烃源岩为主，属一套浅海盆地较深水陆棚环境的沉积，累计厚度为5．17m，占地层厚度的88．70%；黑色泥灰岩烃源岩厚仅0．66m，仅占该组厚度（5．83m）的11．32%。该套烃源岩虽然厚度不大，但其有机质丰度很高，且区域上十分稳定，分布范围广，亦是川东南地区“下组合”的主力烃源岩之一。据现有分析资料统计，该套泥质岩的平均有机碳含量可高达3．16（23）%，氯仿沥青“A”的平均含量为0．010 2（21）%，“A”/C有平均比值为0．34（18）%；泥灰岩的平均有机碳含量也较高，为1．60（4）%，氯仿沥青“A”的平均值为0．004 2（3）%，“A”/C有平均比值为0．202（3）%。

图5－4　五峰组灰黑色碳质页岩

5．1．3　下志留统泥页岩

下志留统是研究区下古生界泥页岩最发育的层系之一，在纵向上从龙马溪组到石牛栏组都有分布；横向上亦较稳定，并具有由南向北逐渐增厚和质量变好的趋势。另外，韩家店组下部的泥质岩中还夹有横向不稳定（在地层中呈较大型透镜状产出）的台地边缘浅滩—前缘斜坡环境沉积的颗粒灰岩，故其下部泥质岩可作为烃源岩，同时还可作为下伏下志留统石牛栏组上段（S₁sh²）储集岩“新生古储”的烃源岩。

——龙马溪组（S₁l）

龙马溪组烃源岩均为一套浅海盆地较深水陆棚环境沉积的深灰色—黑灰色泥质岩（图5－5），其连续厚度可达101．64m，占地层厚度的100%。该套烃源岩质纯，尤其是下部最佳，是川东南地区下古生界最好的一套烃源岩。据现有分析资料统计，黑灰色泥岩和深灰色泥岩的平均有机碳含量分别为2．28（24）%和0．51（99）%，氯仿沥青“A”分别为0．067（20）%和0．0074（81）%，“A”/C有平均比值分别为0．31（20）%和1．42（77）%。与下伏五峰组页岩呈平行不整合接触（图5－6）。

图5－5　龙马溪组黑灰色页岩

图5－6　川东石柱漆辽O₃w—S₁l剖面

——韩家店组（S_1－2h）

韩家店组主要为浅海陆棚环境沉积的暗色泥质岩间夹有台地边缘斜坡环境沉积的颗粒灰岩。地层累计厚度为248．30m，暗色泥质岩类累计厚度达235．10m，占地层总厚度的94．68%。该套泥质岩区域上稳定，分布范围广，质较纯，连续厚度大，有机质丰度较高，它既可以作为下古生界较好的直接盖层，也可作为下古生界新生古储（下伏石牛栏组上段浅滩灰岩储层）的烃源岩以及川东南地区“上组合”和中生界等勘探层系良好的烃源岩。据现有分析资料，其平均有机碳含量为0．203（64）%，氯仿沥青“A”的平均含量为0．016 2（23）%，“A”/C有平均比值为17．12（21）%。饱和烃芳香烃的平均值为1．37（3）%（图5－7）。

图5－7　中志留韩家店组灰黄色粉砂质泥岩

5．1．4　有机质类型

有机质类型划分的常用指标是热解参数（氢指数I_H）、干酪根元素比值（H/C）和干酪根碳同位素组成。

在这里运用生物标记化合物分布特征判别有机质类型，常用的方法有两种：一是利用原油和抽提沥青中的饱和烃色谱定性判识烃类的主要生源和母质类型（表5－1）；另一个是依据C₂₇、C₂₈、C₂₉甾烷的相对组成判识有机质类型的生标指标，C₂₇甾烷主要来源于水生生物，而C₂₉甾烷则主要来源于高等植物。

表5－1　依据可溶有机质特征划分有机质类型表（三类四分法，SY/T5735 1995）

5．1．4．1　牛蹄塘组（∈1n）

对研究区贵州习水等5条露头剖面进行取样，对其中21个样品作了饱和烃色谱－质谱分析测试，而下寒武统牛蹄塘组、上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组的样品是16个，∈1n主峰碳数以C₂₅，C₂₄，C₂₃为主。

分析牛蹄塘组各样品的饱和烃色谱图，牛蹄塘组的正烷烃气相色谱图大多是后高双峰型，但主峰碳数以C₂₄，C₂₅为主，所以初步得出牛蹄塘组有机质主要来自高等植物，水生低等生物的贡献较小。RX－32－39样品从牛蹄塘组底向上隔约3m依次同地点采样，分析其气相色谱图，样品RX－32是后峰型，主峰碳数C₂₅，色谱图显示该段有机质被微生物降解，样品RX－34－38的前峰逐渐凸显，基本没有被微生物降解，由上得出牛蹄塘组从下到上水生生物对有机质的贡献逐渐增大，但还是以高等植物的贡献为主。样品RX－41的气相色谱图（图5－8）是前高双峰型，主峰碳数C₁₇，对照表5－1可得出该样品的有机质类型是Ⅱ1，为腐泥腐植型，以生油为主。

在习水桑木剖面从层组底以200°方向隔约5m同地点依次采样SM－62－66，分析其饱和烃气相色谱图得出，该地区牛蹄塘组有机质的来源还是以高等植物为主，水生生物贡献较小。

在气相色谱分析中，其产物以正构烷烃为主，饱和烃优势明显，这些都反映出泥页岩为有机质具腐泥型特征。

图5－8　牛蹄塘组黑色页岩样品RX－41饱和烃气相色谱图

5．1．4．2　五峰组—龙马溪组（O₃w—S₁l）

上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩样品中，O₃w的主峰碳数以C₂₅为主，S₁l的主峰碳数大部分是C₂₄，有极少数主峰碳数为C₂₃，样品的饱和烃气相色谱图基本都是后高双峰型。观察五峰组样品RX－42（图5－9），样品LC－52和LC－53（图5－10）的气相色谱图，可以看出前峰逐渐降低，但对于在同一地点顶底采样的LC－52和LC－53来说，其气相色谱图趋势基本一致，主峰碳数都是C₂₅，为后高双峰型，有机质来源以高等植物为主。

图5－9　五峰组重庆秀山县溶溪镇黑色页岩样品RX－42饱和烃气相色谱图

图5－10　五峰组贵州习水县良村镇黑色页岩样品LC－52饱和烃气相色谱图

龙马溪组样品RX－47（图5－11）和样品LC－56～LC－61的气相色谱图整体是后高双峰型，其中RX－47，LC－56和LC－59的主峰碳数是C₂₄，LC－61（图5－12）的主峰碳数是C₂₃。样品LC－56～LC－61是从龙马溪组底向上隔约16m同地点依次采样，可以得出，在龙马溪组沉积早期和晚期水生生物对有机质的贡献较大，而中期沉积物的有机质来源主要是高等植物。龙马溪期川东南及邻区都处于半闭塞海盆及深水陆棚的沉积环境，结合沉积环境可以看出，整体上龙马溪期有机质的来源以水生生物为主，有机质类型好，多为腐泥型。

图5－11　龙马溪组重庆秀山县溶溪镇黑色页岩样品RX－47饱和烃气相色谱图

图5－12　龙马溪组贵州习水县良村镇黑色页岩样品LC－61饱和烃气相色谱图

据资料显示，上扬子地区龙马溪组烃源岩干酪根碳同位素大多在－29．26‰～－30．5‰。黔北习水干酪根碳同位素为－29‰～－29．07‰，干酪根类型基本为Ⅰ～Ⅱ1型。