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页岩沉积特征-富有机质页岩沉积环境与成岩作用成果

时间:2023-08-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:Barnett页岩沉积于早石炭世板块汇聚的早期浅海陆棚环境,为正常盐度较深水海相沉积。图1—5Fort Worth盆地地理位置页岩的分布及地质构造和构造特征,圆点是指取心井;垂线为研究井纹层状泥质泥晶灰岩纹层状泥质泥晶灰岩岩相在Forestburg灰岩中是最主要的岩相,同时在下部Barnett页岩中也有薄层产出。这种岩相主要由方解石组成,局部白云石可以达到21%。

页岩沉积特征-富有机质页岩沉积环境与成岩作用成果

陆棚由于始终处于浪基面之下,以还原环境为主,沉积物无论在颜色上、物质特点上都留下了特定的记录。颜色基本以黑色、灰黑色为主,物质组成上常出现铁矿、磷、锰和碳等元素,其中黄铁矿晶型往往较好。沉积物中有相当多的沉积类型组合具有沉积速率低、缓慢沉积的特征,以化石比较稀少,厚度小,碳、硅、泥质岩出现为特征,是一种沉积作用不活跃环境的产物,指示了低能、低速非补偿的较深水的沉积特征。

1.美国Fort Worth盆地Barnett页岩沉积

美国Fort Worth盆地Barnett页岩分布广、厚度大、有机质含量高。盆地古生代寒武系—奥陶系沉积属于被动大陆边缘的浅海相,缺失志留系—泥盆系。Barnett页岩沉积于早石炭世板块汇聚的早期浅海陆棚环境,为正常盐度较深水海相沉积。页岩主要由硅质页岩、灰岩和少量白石岩组成。Barnett页岩在盆地东北部Muenster隆起以南厚度大,最大厚度达300 m,内部夹有灰岩层(图1—5)。东南部最厚,为213~305 m,在西南部Llano隆起和西部Bend背斜处减薄至9.1 m。Bamett页岩与Ellenburger、Chappel和Viola-Simpson呈不整合接触。

根据详细的岩心切片描述,薄片观察,扫描电镜观察,XRD分析,将Barnett页岩划分出3种主要岩相。

(1)纹层状泥岩

纹层状泥岩是Barnett页岩中最主要的岩相。除了泥质外,两种主要的结构组分是粉砂级球粒和生物颗粒(图1—6、图1—7)。部分球粒由于压实作用而变形成为凝块状组构。生物颗粒主要有放射虫(已被钙质交代)、海绵骨针、软体动物壳体碎屑、头足类、有孔虫、牙形石和远洋藻类(图1—6、图1—7)。

图1—5 Fort Worth盆地地理位置(Robert G.L o u c k s,2007)

(a)页岩的分布(阴影地区)及地质构造和构造特征,圆点是指取心井;(b)垂线为研究井

(2)纹层状泥质泥晶灰岩

纹层状泥质泥晶灰岩岩相在Forestburg灰岩中是最主要的岩相,同时在下部Barnett页岩中也有薄层产出(<0.6 m)。在风化的露头上,这种岩相与泥灰岩相似。这种岩相主要由方解石组成,局部白云石可以达到21%。纹层状灰质泥岩主要由灰泥和粉砂级颗粒的碳酸盐碎屑组成(图1—8)。

(3)泥质生屑泥粒灰岩

含生物骨架泥灰质泥粒岩岩相在下部Barnett页岩中随处可见,同时在上部Barnett页岩中也可以见到,但是在Forestburg灰岩中少见。粗粒壳体层含有各种大小的丝鳃类和小壳类、头足类、腕足类、海绵骨针和放射虫,还有磷酸盐物质(图1—8)。

这种岩相通常富磷酸盐,磷酸盐通常以外壳的形式包裹在颗粒、内碎屑、小球粒的外面。可见磷酸盐碎屑是和壳类物质一起搬运来的。

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图1—6 泥岩岩相图版(Loucks,2007)

(a)泥岩中的纹层,上部Barnett页岩,1 Blakely,2 166 m;
(b)由底流形成的不完整波纹,下部Barnett页岩(Papazis,2005);
(c)含化石碎片和粉砂颗粒的凝结状小球粒结构,下部Barnett页岩,1 Blakely,2 201 m;
(d)含粉砂颗粒的凝结状小球粒结构,下部Barnett页岩,2 Sims,2 201 m;
(e)泥岩中的钙质结核,可见未变形的小球粒,下部Barnett页岩,1 Blakely,2 181 m;
(f)在富有机质基质中方解石交代带刺的放射虫,下部Barnett页岩,1 Blakely,2 182 m;
(g)有机质碎片顺层分布,有石英粉砂存在,下部Barnett页岩,1 Blakely,2 183 m;
(h)薄层泥岩中的细粒石英和生物碎屑,下部Barnett页岩,1 Blakely,2 181 m

图1—7 粉砂质泥岩岩相(Robert G.Loucks,2007)

(a)方解石充填压实的藻类化石,上部Barnett页岩,1 Blakely,2 166 m;
(b)方解石和自形黄铁矿充填藻类化石,上部Barnett页岩,1 Blakely,2 166 m;
(c)上为石英和自形黄铁矿充填藻类化石,SEM,下部Barnett页岩,2 Sims(Papazis,2005);下为方解石和自形黄铁矿充填藻类化石,SEM,下部Barnett页岩,1 Blakely,2 184 m;
(d)板状黏结的有孔虫化石顺层分布,下部Barnett页岩,2 Sims,2 359 m;
(e)具有微晶石英边的黏结的有孔虫化石,下部Barnett页岩,2 Sims,2 360 m;
(f)为E的正交偏光图像;
(g)在黏土和硅质基质中的微小莓球状黄铁矿,下部Barnett页岩,1 Blakely,2 184 m;
(h)由磷酸盐外壳包裹的颗粒、小球粒、内碎屑组成的薄层(5 mm),下部Barnett页岩,1 1 St.Clair,1 516 m;
(i)放大H由磷酸盐外壳包裹的颗粒

图1—8 泥灰质泥岩岩相和生屑泥粒岩岩相(Loucks,2007)

(a)泥质泥晶灰岩中发育完好的纹层,Forestburg灰岩,1 Blakely,2 176 m;
(b)在泥质泥晶灰岩中的富黏土层和贫黏土层纹层,Forestburg灰岩,1 Blakely,2 176 m;
(c)含磷质和泥质生物屑泥粒灰岩中压实的双壳层,Forestburg灰岩,1 Blakely,2 169 m;
(d)在含生物屑泥粒灰岩中强烈压实的双壳类和磷酸盐颗粒,下部Barnett页岩,2 Sims,2 349 m;
(e)在含生物屑泥粒灰岩中压实的双壳类和腕足类,正交偏光,Forestburg灰岩,1 Blakely,2 169.5 m;
(f)在含生物屑泥粒灰岩中的磷酸盐内碎屑,Forestburg灰岩,1 Blakely,2 169.2 m;
(g)在含生物屑泥粒灰岩中黄铁矿充填头足类和包裹磷酸盐外壳的颗粒,Forestburg灰岩,1 Blakely,2 169.2 m;
(h)为G的反光照片,突出黄铁矿;
(i)在含生物屑泥粒灰岩中黄铁矿交代双壳类,反光镜下突出黄铁矿,Forestburg灰岩,1 Blakely,2 169.5 m

2.塔里木盆地寒武系—奥陶系页岩

塔里木盆地正常的陆棚环境主要分布在环满加尔拗陷(西侧和南侧)以及南天山洋南侧被动大陆边缘(图1—9、图1—10),时代为寒武纪奥陶纪。据库南1井(4 836~5 506 m井段)和柯坪大湾沟剖面(其浪组)揭示,其岩相组成为泥质泥晶灰岩夹灰质泥岩、泥岩或薄层泥质泥晶灰岩与薄层灰质泥岩互层,代表一种典型的正常陆棚环境。

图1—9 塔里木盆地东西向奥陶系沉积环境对比剖面图(于炳松等,2008)

图1—10 塔里木盆地寒武纪—下奥陶统不同沉积背景泥质岩烃源岩的分布(于炳松等,2008)

据库南1井中下寒武统(5 027~5 506 m井段)8个泥质岩样品的分析,有机质丰度TOC最高可达5.52%,有机质类型属Ⅰ型。库南1井上寒武统(4 836~5 037 m井段)泥质岩有机质丰度TOC最大值分别可达1.67%(4 836 m井段处)和2.3%(5 037 m井段处),有机质类型属Ⅰ型。库南1井下寒武统有机质成熟度Ro在1.91%~2.04%,上寒武统有机质成熟度Ro在1.88%~1.94%。

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