川东北地区五峰组—龙马溪组泥页岩特征及有机质富集机理研究

论文摘要

奥陶—志留纪之交是地球生命演化和环境变迁的重要时期,良好的古生产力条件和沉积环境使得这一时期在全球范围内广泛沉积了一套富有机质的暗色泥页岩。同时期我国扬子地区广泛发育五峰组—龙马溪组富有机质泥岩,其具备优质烃源岩的条件,是近些年我国南方页岩气勘探开发的重点层位。中上扬子地区五峰组—龙马溪组地层发育完整且保存较好,但不同地区的古地理条件、沉积环境和后期改造程度存在差异,导致其笔石地层划分、储层物性和有机质保存环境不同。目前川东南地区已开展大量页岩气勘探工作,为本文提供了重要的理论依据和参考资料,但川东北地区相关研究较薄弱。本文以川北城口地区厚坪剖面五峰组—龙马溪组泥页岩为主要研究对象,通过生物地层学、低温氮气吸附技术和元素地球化学分析,研究了该套地层泥页岩的笔石生物地层划分、储层特征、沉积环境和有机质富集模式,并与川东南地区进行对比,讨论不同地区五峰组—龙马溪组笔石带划分、沉积环境类型、泥页岩储层孔径分布和有机质富集的差异,同时分析造成其差异的原因,取得了以下几点认识:（1）通过对比四川盆地不同地区5个剖面的笔石生物地层划分和富有机质泥页岩段的发育,发现川东北地区富有机质泥页岩层段厚度均大于50m,时间尺度上分布范围也较广,从LM1笔石带发育至LM7-LM9笔石带对应时期;而川东南地区富有机质泥页岩层段厚度明显小于川东北地区,在1538m之间,主要分布于WF1-LM5笔石带。从沉积时期来看,虽然鲁丹阶（LM2-LM5）川东南地区优质烃源岩段的发育更具优势,但到鲁丹阶晚期川东南地区普遍已结束富有机质泥页岩的沉积,而川东北地区可持续至埃隆阶甚至特列奇阶,这也说明龙马溪组沉积期富有机质泥页岩的沉积中心在不断向北迁移,导致川东北巫溪-城口一带优质烃源岩的厚度大于川东南地区。（2）低温氮气吸附实验结果表明:川北地区厚坪剖面与川东地区黔浅1井五峰组—龙马溪组泥页岩发育的孔隙类型相似,主要为开放的平行板状孔隙;2组泥页岩都具有较大的比表面积值和孔体积,主要发育孔径范围在<2nm和25nm之间的微孔和介孔,但厚坪露头剖面大孔体积稍高于黔浅1井,这可能与其后期的地质改造和保存条件有关,总体上2组样品比表面积、孔体积和孔径分布相差不大。（3）厚坪剖面和黔浅1井五峰组—龙马溪组泥页岩的比表面积和孔体积与TOC表现出良好的正相关关系,与石英含量无明显相关性,黏土矿物在厚坪剖面龙马溪组底部表现出与比表面积和孔体积的负相关关系,但在黔浅1井并无此现象,说明有机碳含量是影响五峰组—龙马溪组泥页岩孔隙发育的主要因素。（4）陆源元素Al、Ti、Zr和Th表明五峰组和龙马溪组沉积期城口地区和黔江地区陆源输入总体保持稳定,在龙马溪组上段有轻微增加的趋势,黔浅1井陆源输入量大于厚坪剖面,这与黔浅1井距离古隆起较近有关。氧化还原敏感元素（V、U、Mo）和相关指标显示五峰组和龙马溪组底部富有机质泥页岩层段均沉积于缺氧环境中,但龙马溪组底部沉积环境的还原程度高于五峰组。（5）元素地球化学结果和笔石地层学综合表明厚坪剖面缺氧环境的还原程度和持续时间均高于黔浅1井,结合δCe对海平面变化的指示来看,可能是早志留世晚期川东北地区更缓慢的水退条件导致其缺氧环境持续时间较长。古生产力指标P、Baex、Siex的含量表明2组泥页岩五峰组—龙马溪组沉积期都具有良好的古生产力条件,但厚坪剖面古生产力水平的更高。（6）TOC与氧化还原条件和古生产力水平的相关性分析表明五峰组—龙马溪组底部有机质的富集主要受缺氧环境的控制,说明其有机质富集模式均属于“保存模式”。结合Mo/TOC和Mo-U协变模式的分析结果,发现五峰组和龙马溪组底部缺氧环境形成的机制不同,五峰组沉积期是受强滞留环境影响形成缺氧条件,而龙马溪组底部沉积期是由于海平面大幅升高造成海水分层形成的静海相缺氧环境。

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第一章绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 研究现状

1.2.1 晚奥陶世—早志留世全球气候变化及生物灭绝事件研究

1.2.2 五峰组—龙马溪组页岩笔石生物特征及笔石生物带划分

1.2.3 四川盆地五峰组—龙马溪组页岩储层研究

1.2.4 五峰组—龙马溪组页岩沉积环境及有机质富集主控因素

1.2.5 存在的关键科学问题

1.3 研究思路、技术路线及研究内容

1.3.1 研究思路与技术路线

1.3.2 研究内容

1.4 论文完成工作量

1.5 论文创新性成果

第二章地质背景与样品概况

2.1 区域地质背景

2.1.1 晚奥陶世—早志留世全球构造背景

2.1.2 晚奥陶世—早志留世扬子板块构造及古地理背景

2.2 研究区地质概况

2.2.1 研究区构造及地层特征

2.2.2 研究剖面特征及样品采集

第三章实验测试及数据处理

3.1 实验方法

3.1.1 总有机碳测试

3.1.2 低温氮气吸附测试

3.1.3 主量元素测试

3.1.4 微量及稀土元素测试

3.1.5 笔石生物鉴定

3.2 数据处理

3.2.1 氮气吸附法表征比表面积和孔径分布

3.2.2 古环境氧化还原条件

3.2.3 古环境生产力条件

第四章五峰组—龙马溪组黑色页岩笔石生物地层划分

4.1 扬子地区五峰组—龙马溪组笔石带划分

4.2 研究剖面五峰组—龙马溪组泥页岩笔石生物特征及笔石带划分

第五章五峰组—龙马溪组泥页岩孔径分布及孔隙发育

5.1 五峰组—龙马溪组泥页岩吸?脱附曲线与孔隙发育特征

5.2 五峰组—龙马溪组泥页岩比表面积与孔体积

5.3 五峰组—龙马溪组泥页岩孔径分布特征

5.4 泥页岩孔隙发育特征与矿物含量的变化

第六章五峰组—龙马溪组泥页岩沉积环境分析

6.1 五峰组—龙马溪组泥页岩地球化学特征

6.1.1 有机碳含量

6.1.2 主量元素特征

6.1.3 微量元素特征

6.1.4 稀土元素特征

6.2 五峰组—龙马溪组泥页岩沉积环境分析

6.2.1 陆源输入

6.2.2 氧化还原环境

6.2.3 海平面相对变化

6.2.4 古生产力

第七章五峰组—龙马溪组泥页岩有机质富集机理及其富有机质层段区域对比

7.1 研究区五峰组—龙马溪组泥页岩有机质富集模式

7.1.1 五峰组—龙马溪组泥页岩有机质富集主控因素

7.1.2 五峰组和龙马溪组缺氧环境的差异与水体滞留程度的关系

7.1.3 五峰组和龙马溪组底部泥页岩有机质富集模式

7.2 上扬子地区五峰组—龙马溪组笔石地层及富有机质层段对比

7.2.1 龙马溪组笔石生物地层对比

7.2.2 富有机质泥页岩层段对比

7.3 五峰组—龙马溪组页岩气勘探潜力评价

第八章结论

参考文献

在学期间的研究成果

致谢

附表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 贾敏

导师: 张同伟

关键词: 五峰组龙马溪组,笔石带,孔径分布,沉积环境,有机质富集

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,石油天然气工业

单位: 兰州大学

基金: 国家973计划项目“中国南方古生界页岩气赋存富集机理和资源潜力评价”课题一“页岩气形成与含气性的影响因素研究”,国家自然科学基金重点项目“中国南方寒武系页岩有机质,流体和孔隙演化耦合机制研究”

分类号: P618.13

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川东北地区五峰组—龙马溪组泥页岩特征及有机质富集机理研究

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