龙马溪组与牛蹄塘组地质条件对比研究张逸豪

张逸豪游威

摘要：我国南方古生代地层成为页岩气研究的重点区域。尤以南方海相页岩地层牛蹄塘组和龙马溪组两套富有机质烃源岩最为发育。通过前人研究这两套烃源岩发现，两套烃源岩地球化学特征相差不大，但页岩气产能差别较大。本文从沉积特征、页岩气生、储、盖条件等方面对龙马溪组和牛蹄塘组页岩进行系统对比。发现牛蹄塘组比龙马溪组页岩有机质丰度高，但是有机质成熟度比较高，且脆性矿物含量较龙马溪组少，粘土矿物含量高，以及储集条件特征均不及龙马溪组好，所以导致牛蹄塘组页岩不利于页岩气的储集成藏。

关键词：牛蹄塘组；龙马溪组；沉积构造；地质条件

引言

我国近年来页岩气产业发展迅猛，其中在下古生界有两套地层倍受学者们关注，那就是牛蹄塘组和龙马溪组，这两个地层都具有很好的生成页岩气的地质条件。目前，龙马溪组已经投入工业开采生产，但是牛蹄塘组却未见实质性突破，本文从地质条件出发，分析两个地层的岩性、沉积构造、矿物组分、粘土矿物组分，探讨二者在地质条件上的区别。以期寻找二者在产能上产生差距的原因。

1、岩性对比

通过野外剖面观察发现，牛蹄塘组岩性主要为碳质粉砂岩、含钙质碳质粉砂岩以及含硫化物砂质页岩组合；龙马溪组岩性主要为一套深灰-黑色的笔石页岩、碳质页岩、硅质页岩、粉砂质页岩夹泥质粉砂岩组合。根据扬子板块早寒武世早期岩相古地理和早志留系初期岩相古地理文献资料，牛蹄塘组沉积相为浅海陆棚相，龙马溪组沉积相主要为浅海陆棚-闭塞滞留海湾。结合前人扬子板块牛蹄塘组岩相古地理图可知，温水村剖面位于深水陆棚-陆棚边缘斜坡相沉积，镜下薄片鉴定特征，同一组的岩石薄片差别较大，主要体现在碎屑颗粒的含量及碳酸盐矿物的含量。根据野外剖面的观察及镜下薄片鉴定的结果，并结合前人研究成果，本论文研究区牛蹄塘组可进一步可以划分出三种微相，即：浅水陆棚相、深水陆棚相、陆棚边缘斜坡相；龙马溪组可进一步分为浅水陆棚相和深水陆棚相两种微相。从镜下照片可以看到，牛蹄塘组从底到顶，碎屑颗粒都较少，而龙马溪组碎屑颗粒含量高，且龙马溪组顶部碎屑颗粒比底部多[1，2]。

2、沉积构造对比

沉积构造是沉积环境最直接的表现形式，通过野外露头剖面的观察发现，牛蹄塘组常见水平层理，表明牛蹄塘组的水深较深，水动力较弱。龙马溪组也可见水平层理，偶尔可见斜交层理。龙马溪组、牛蹄塘组综合柱状图以及有机质丰度我们发现，牛蹄塘组页岩形成环境水深比龙马溪组深，且牛蹄塘组页岩有机质丰度比龙马溪组页岩高，表明深水陆棚环境更有利于有机质的富集。龙马溪组顶部页岩与底部页岩沉积环境具有一定的差异性，龙马溪组底部沉积构造主要为水平层理，表明形成环境水深较深，有机质丰度也较高，而龙马溪组顶部出现砂岩与泥页岩互层的韵律层，为不完整的鲍马序列层，表明海平面比较动荡，形成环境水深较浅，且有机质丰度含量也较低[3，4]。

3、矿物组分

页岩的矿物组成、有机碳含量和有机质成熟度是页岩气储层评价的三个最重要因素。在页岩气的研究中，矿物的类型与含量不仅影响着页岩气的生排烃，而且对于孔渗物性也有重要影响。页岩的孔隙发育程度与有机质含量的多少、粘土矿物的种类及含量、碳酸盐岩含量的多少关系密切，同时页岩的脆性又取决于岩石中脆性矿物含量的多少。通常认为石英是页岩中的脆性矿物，但也有学者认为长石和方解石也属于脆性矿物的范畴。脆性矿物含量的多少，决定了页岩储层的可压裂性，页岩气工业开发的下限是脆性矿物含量为40%。通过对龙马溪组和牛蹄塘组典型页岩样品进行X衍射分析，我们可以发现，粘土矿物和石英等脆性矿物是龙马溪和牛蹄塘组页岩的主要组成矿物。龙马溪组脆性矿物（石英、长石、方解石）含量范围为65.5%-82.5%，粘土矿物含量范围为5.3%-24.9%；牛蹄塘组脆性矿物含量范围为58%-77.7%，粘土矿物含量变化范围为15.2%-40%。对比龙马溪组和牛蹄塘组页岩矿物组分我们可以发现：龙马溪组脆性矿物含量高于牛蹄塘组，粘土矿物含量低于牛蹄塘组。并且牛蹄塘组碳酸盐矿物组分大部分为0，鉴于碳酸盐矿物易被溶蚀形成孔隙，牛蹄塘组碳酸盐矿物不发育正好与后文所述牛蹄塘组页岩孔隙度不发育相一致[5]。

4、粘土矿物组分

页岩中粘土矿物丰富，常见蒙脱石、伊利石（水云母）、绿泥石、高岭石等。由于粘土矿物特殊的晶体结构和较大的比表面积，决定了它在页岩气生烃过程中扮演着重要角色。龙马溪组剖面样品的粘土矿物分析测试结果表明：龙马溪组粘土矿物组合主要为伊利石+绿泥石+伊/蒙混层+绿/蒙混层矿物，而牛蹄塘组粘土矿物组合主要为伊利石+绿泥石+伊/蒙混层矿物。两者粘土矿物组分差别不是很大，其中龙马溪组伊利石含量在8%-20%之间，平均为14.1%；伊蒙混层含量在71%-91%之间，平均为80.7%。牛蹄塘组粘土矿物含量规律与龙马溪组相当，伊利石含量在8%-14%之间，平均为11.4%；伊蒙混层含量在80%-89%之间，平均为85.8%；绿泥石含量相对较少。不过，与龙马溪组页岩相比，牛蹄塘组页岩的高岭石含量相对较高[3，6]。

5、结论

通过上述分析，可以发现牛蹄塘组比龙马溪组页岩有机质丰度高，但是有机质成熟度比较高，且脆性矿物含量较龙马溪组少，粘土矿物含量高，以及储集条件特征均不及龙马溪组好，所以导致牛蹄塘组页岩不利于页岩气的储集成藏。由于龙马溪组和牛蹄塘组页岩顶底板岩性差异，发现牛蹄塘组页岩更不利于页岩气的保存，这也就造成了牛蹄塘组页岩比龙马溪组页岩含气性差的原因。

参考文献：

[1]张静平，唐书恒，郭东鑫.四川盆地下古生界筇竹寺组与龙马溪组页岩气勘探优选区预测[J].地质通报.2011（Z1）：357-363.

[2]王佳，李小刚，黄文明.湘鄂西—渝东地区牛蹄塘组页岩气勘探前景评价[J].地质科技情报.2014（04）：98-103.

[3]陈尚斌，朱炎铭，王红岩，等.四川盆地南缘下志留统龙马溪组页岩气储层矿物成分特征及意义[J].石油学报.2011（05）：775-782.

[4]王光凯，焦鹏.湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件[J].能源与节能.2013（01）：35-36.

[5]范文斐，侯读杰，梁钰.中国南方页岩气牛蹄塘组与龙马溪组成藏条件对比研究——以渝东南地区为例[J].科学技术与工程.2015，15（27）：13-22.

[6]罗超，刘树根，孙玮，等.上扬子区下寒武统牛蹄塘组页岩气基本特征研究——以贵州丹寨南皋剖面为例[J].天然气地球科学.2014（03）：453-470.

作者简介：

张逸豪，男（1990-），湖北荆州，硕士研究生，主要从事沉积学研究