贵州石炭系黑色页岩层系沉积特征及分布规律研究

卢树藩1，陈祎2，罗香建1，何犇1，符宏斌1

1.贵州省地质调查院，贵阳 550081

2.贵州省油气勘查开发工程研究院，贵阳 550004

虽然我国页岩气勘探开发在局部地区已经取得突破，但我国天然气消费逐年快速增加，还需要加大页岩气的研究和勘探，扩大页岩气的开发范围和规模。沉积学研究对于非常规天然气的发现和预测最为重要的基础研究工作，可为非常规油气勘探开发提供理论基础与技术支撑作用。页岩气作为一种非常规天然气资源，其黑色页岩的发育受到沉积作用的控制，研究页岩地层的沉积环境和富集规律，可助推页岩气勘探选区和进程。近年我国在四川盆地寒武系、志留系之外取得了一系列页岩气的勘探发现，但尚未实现页岩气的规模开发，重要的原因之一是页岩气沉积学研究不够。

近年来，对贵州石炭系黑色页岩实施了多口页岩气井，部分钻井取得了页岩气的良好发现，具有实现页岩气勘探开发的良好希望。但贵州石炭系黑色页岩的沉积受水城—紫云裂陷槽的控制，分布在罗甸县北部—惠水—长顺—紫云—镇宁—普定—六枝—水城—威宁—普安县—盘县—望谟围限的黔西、黔南区域内，沉积作用和地层变化较为复杂。在靠近水城—紫云裂陷槽边缘区贵州省石炭系页岩层系厚度快速增加，可以超过200 m，但发育有滑移变形构造，灰岩、粉砂岩夹层比例高，页岩中碳酸盐矿物含量高，为裂陷槽边缘斜坡相沉积；从边缘斜坡相继续往裂陷槽内，表现为水体逐渐变深，还原环境增强，地层厚度增大并趋于稳定，但仍然夹有灰岩、泥灰岩夹层，页岩普遍含钙质，但钙质含量降低，长石含量减少，黑色页岩厚度明显变厚，为过渡浅海—半深海相沉积；在裂陷槽核部地带，为深水相沉积，滞留还原环境进一步增强，受陆相及浅海沉积影响较小，灰岩夹层明显变少，硅质岩逐渐增多，黑色页岩品质更佳，为槽盆相沉积。

值得一提的是裂陷槽内水城—六枝隆起区，表现为黑色页岩依然较为发育，但地层厚度变薄，碳酸盐岩夹层丰富，页岩内钙质含量高，白云石丰富，蒸发作用强，处于弱还原环境，为隆起区浅海相沉积；而在处于水城—紫云裂陷槽北西部的贵州省威宁地区，早石炭世远离海侵方向，地层厚度很大，但黑色页岩厚度明显变薄，碳酸盐、砂岩夹层增多，并发育有煤层，为潮坪—潟湖相沉积。因此水城—紫云裂陷槽内发育有裂陷槽两侧边缘斜坡相，往裂陷槽内过渡浅海—半深海相，裂陷槽内槽盆相，水城地区隆起浅海相，威宁地区潮坪—潟湖相沉积。

总结贵州省石炭系黑色页岩层系具有裂谷边缘—槽盆滞留沉积模式（图1）。水城—紫云裂陷槽与右江盆地之间通道较为局限，导致裂陷槽的沉积水体较为封闭，处于海水滞留的蒸发环境；裂陷槽北东盘高，为滨浅海相，裂陷槽南西盘相对北东盘低，发育潮坪—台地相沉积，为一不对称的裂陷槽盆；在裂陷槽边缘形成斜坡相沉积，发育滑移变形构造，陆源有机质、碎屑丰富，为弱的还原沉积环境，发育有腹足、腕足等化石，有利于碳酸盐矿物的形成沉积富集；从斜坡相继续往裂陷槽内，为相对稳定的滞留浅海—半深海相沉积环境，受陆源碎屑的影响逐渐减弱，还原环境增强，有利于黑色页岩沉积富集，碳酸盐矿物减少，黄铁矿富集，发育骨针类化石；在裂陷槽核部为滞留槽盆相沉积，发育骨针类、藻类等浮游生物化石，受陆源碎屑及有机质的影响很弱，有利于黑色页岩、硅质沉积富集，碳酸盐矿物含量低。

图1 打屋坝组/旧司组沉积模式示意图

该沉积模式不仅控制了贵州省石炭系页岩层系的岩石组合特征、地层和黑色页岩厚度，还影响其有机地球化学特征。以水城—紫云裂陷槽沉积中心为轴线，中部TOC较高，往两侧逐渐降低，并且从右江盆地往六盘水、威宁地区TOC也逐渐降低。此外，由北往南干酪根类型从Ⅲ型向Ⅰ型逐渐过渡。总体上水城—紫云裂陷槽内槽盆相、隆起区浅海相、过渡浅海—半深海相、泄湖湖盆相均有一定厚度黑色页岩发育，是贵州石炭系黑色页岩有利的发育区。具体沉积水体较深的槽盆相黑色页岩有机质丰度高，硅质含量高，是优质硅质页岩发育富集有利区；而过渡浅海—半深海相、隆起区浅海相及泄湖湖盆相沉积中心区域有机质丰度有所降低，碳酸盐岩矿物含量高，为钙质页岩沉积富集有利区。靠近裂陷槽边缘沉积水浅，黑色页岩厚度变薄，有机质丰度低，陆源碎屑及碳酸盐岩矿物含量较高，不利于黑色页岩的沉积富集。

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论文相关信息

第一作者：卢树藩，贵州省地质调查院高级工程师，页岩气成藏研究，E-mail: Lushufan-2004@163.com

基金资助：贵州省地矿局科研项目（2019黔地矿科合23号，2019黔地矿科合32号）；贵州省科技计划项目（2018黔科合平台人才5626）；贵州省地勘基金项目（208-9912-JBN-L1D7）；南方地区1∶5万页岩气基础地质调查填图试点（DD20160182）

DOI：10.14027/j.issn.1000-0550.2020.114

引用格式：卢树藩,陈祎,罗香建,何犇,符宏斌.贵州石炭系黑色页岩层系沉积特征及分布规律研究[J].沉积学报,2021,39(3):672-685.