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在世界范围内,海相地层是一种非常重要的油气生储层,世界可采储量的61%都产自于海相地层。相比之下,中国的海相地层占大陆沉积岩面积的40%,而在海相地层中的油气发现却很少。因此,中国的海相碳酸盐岩应当具有相当大的油气勘探潜力。前人的研究已经证实,二叠系是中国南方重要的海相烃源岩层,而且已经形成了大的天然气藏,普光气田就是其一。本文通过对广元上寺和华蓥山两条典型二叠系剖面有机质富集的特征及控制因素分析,为四川盆地二叠系烃源岩层的预测判断提供参考依据。
剖面主要岩性为灰岩,只有局部层段发育白云岩、硅质岩石和铝土矿,其中灰岩TOC值最高,是有机质最为富集的岩性。另外,灰岩的层理越薄,TOC值越高。在灰岩之间所夹的纹层灰岩(或海泡石页岩),比相邻的灰岩TOC值更高。通过对反应生产力(Cu、Zn、Ba)和氧化还原环境(Ni/Co、Vi/(Vi+Ni)、V/Cr)的微量元海洋工程素的分析,纹层灰岩沉积时的生产力明显高出相邻灰岩沉积时的生产力,而它们之间的氧化还原环境差别不大。纹层灰岩应该是周期性的气候变化或洋流影响,造成水体营养增加,生物产率提高而形成的。根据岩性及生物特征,将剖面划分为6种生境型,将各生境型样品的TOC值进行分析,各生境型有机质富集程度:生境型Ⅵ>生境型Ⅳ>生境型Ⅲ>生境型Ⅱ>生境型Ⅶ。根据岩性和碳氧同位素值,将剖面划分出层序、体系域和准层序,找到它们与有机质富集之间的关系。同一层序里,海进体系域的TOC值要高于高水位体系域。在浅水环境下,有机质随相对海平面上升逐渐富集:在深水环境下,有机质含量随相对海平面上升逐渐减少。
岩石中有机质的富集受到沉积环境中包括物理、化学、生物三方面各种因素的影响。其中生产力和氧化还原条件是对有机质富集程度最重要两个影响因素。相对海平面变化对生产力和氧化还原条件都会产生影响。相对海平面上升,生物初级生产力降低,水体含氧量减少;相对海平面降低,生物初级生产力提高,但水体含氧量增大。水动力条件对有机质富集的影响作用于氧化还原条件上,水动力强,水体含氧量高,水体静止,水体含氧量低。另外,在静水条件下有机质更易沉淀和聚集下来。反应水动力条件的Zr/Rb值与TOC值呈负相关关系。盐度对有机质的富集也作用于氧化还原条件上,盐度高的水体容易形成盐跃层,形成缺盐还原环境,易于有机质的保存,理论上呈正相关关系。但是剖面样品反应盐度的Sr/Ba值与TOC值呈负相关关系,分析原因可能是因为盐度并不是直接作用于有机质,而是作用于氧化还原条件,而氧化还原条件又受到其它多种因素的影响。Cu,Zn,Ba,Ni,Cd,Cr这些反应生产力的元素与TOC值都呈正相关关系,但在还原条件下,Ba、Ni、Cr更容易沉积聚集,在氧化条件下Cu和Cd更容易聚集,Zn对氧化还原条件反应不敏感。分析Ni/Co、Ni/(Ni+Co)、V/Cr这三项反应氧化还原条件的指标与TOC都呈正相关关系,但Ni/(Ni+Co)对剖面的氧化还原条件分析与实际观察有误,缺氧环境样品的V/Cr与TOC呈负相关性,这和理论情况不相符,只有Ni/Co对剖面的样品能较好的反应。将所有样品的TOC、Zn和Ni/Co值进行对比,高Zn值和高Ni/Co值样品TOC值也较高,反应了高生产力和还原条件下,有机质富集;低Zn值和高Ni/Co值样品TOC值也较高的样品也比较多,反应了低生产力和在还原条件下也能富集一定量的有机质;高Zn值和低Ni/Co值样品TOC值也较高的样品出现很少,说明即使有较高的生产力,在氧化条件下残余有机质非常少。这说明氧化还原环境对岩石有机质的富集更为重要。另外,突发事件也有可能对有机质的富集造成影响,大隆组的火山活动很有可能是大隆组中部有机质异常富集的原因之一。广元上寺剖面存在三套烃源岩层,分别是栖霞组下部,茅口组顶部和大隆组中部,它们的TOC平均值分别达到了0.84、2.4和5.7。华蓥山剖面有两套烃源岩层,分别是栖霞组下部,茅口组中部,它们的TOC平均值分别是0.95和1.14。对比世界级优质烃源岩(中东和北非的志留系“hot shale”),广元剖面大隆组中部和茅口组顶部的烃源岩层是二套可以与世界级优质烃源岩相媲美的优质烃源岩层。