本文選題：揚子地臺 + 黑色頁巖��； 參考：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所)》2016年博士論文

【摘要】：五峰-龍馬溪組黑色頁巖是晚奧陶世-早志留世揚子地臺上沉積的兩套黑色頁巖,目前是我國頁巖氣勘探開發(fā)的主力層位。這一時期也是全球氣候變化的關(guān)鍵時期,揚子地臺在響應(yīng)全球變化的同時,還受到了區(qū)域性廣西構(gòu)造運動的影響,逐步改變了揚子地臺尤其是中上揚子區(qū)的古地理形態(tài)。厘清構(gòu)造事件-水體環(huán)境演化-黑色頁巖沉積的相互關(guān)系,能夠更好的理解揚子地臺上這兩套黑色頁巖,尤其是五峰組黑色頁巖的形成機制和儲層特征,為后續(xù)的頁巖氣勘探開發(fā)工作提供參考。據(jù)此,本論文選取了上揚子地臺內(nèi)兩個位于廣西構(gòu)造運動推進方向上的剖面(秀山大田壩剖面和長寧雙河剖面),分析其C-Fe-S相互關(guān)系,并與位于開放海環(huán)境的宜昌王家灣小河邊剖面水體演化特征做對比,初步探明了廣西構(gòu)造運動對五峰-龍馬溪組黑色頁巖沉積的影響。在此基礎(chǔ)上,進一步分析了頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)特征,探索了孔隙發(fā)育的主要控制因素。本論文取得的主要認(rèn)識成果如下:(1)位于不同古地理背景的剖面具有不同的水體演化模式。其中位于開放海環(huán)境的王家灣小河邊剖面在冰期前后水體展現(xiàn)缺氧鐵化特征,冰期時水體展現(xiàn)氧化特征;位于揚子地臺內(nèi)部較為局限處的秀山大田壩剖面不受冰期影響,水體在整個奧陶紀(jì)-志留紀(jì)之交時期都顯示出缺氧特征,并進一步區(qū)分為冰期前后水體具有硫化特征,在冰期內(nèi)水體具有鐵化特征;位于揚子地臺最內(nèi)部的長寧雙河剖面也不受冰期影響,水體在整個奧陶紀(jì)-志留紀(jì)之交也都顯示了缺氧特征,并進一步區(qū)分為在冰期前后水體具有鐵化特征,在冰期內(nèi)具有硫化特征。(2)王家灣小河邊剖面和秀山大田壩剖面、長寧雙河剖面水體演化受到不同因素的影響。王家灣小河邊剖面主要受到冰期影響,水體氧化還原的交替變化和海平面的升降關(guān)系明顯;而秀山大田壩剖面和長寧雙河剖面的水體演化主要受到廣西構(gòu)造運動的影響。具體表現(xiàn)在,秀山大田壩剖面位于靠近廣西構(gòu)造運動的推進方向的位置,由于其東南方首先受到廣西構(gòu)造運動的抬升,因此秀山大田壩剖面首先接受來自東南緣抬升區(qū)的陸源風(fēng)化物輸入且在地里位置上變得局限,因此更早的建立起硫化楔,此后隨著構(gòu)造抬升的由南東向北西的持續(xù)推進,加之冰期海平面下降影響,硫化楔逐步向北西發(fā)展導(dǎo)致秀山大田壩剖面被移出硫化楔區(qū)域,水體顯示鐵化特征;正是在這一過程中,長寧雙河剖面變得更低而進入硫化楔范圍,水體顯示硫化;冰期后海平面上升,雖然抬升仍在進行,但是硫化楔重新向秀山大田壩剖面移動,從而使其水體恢復(fù)硫化狀態(tài),長寧雙河剖面因離開硫化楔而恢復(fù)鐵化的水體狀態(tài)。(3)五峰組黑色頁巖的形成和廣西構(gòu)造運動密切相關(guān),是構(gòu)造事件在奧陶紀(jì)最末期的環(huán)境相應(yīng)。該構(gòu)造運動發(fā)生在晚奧陶早期的桑比期,使華南地區(qū)結(jié)束了長期的拉張型構(gòu)造背景,轉(zhuǎn)變成了揚子陸塊與華夏地塊擠壓拼合的構(gòu)造階段。具體體現(xiàn)在改變了建立在新元古代至早古生代早期的基底上 西高東低‖的地理形態(tài),而轉(zhuǎn)為 三面圍限,東高西低‖的地理形態(tài)。這種轉(zhuǎn)變在揚子地臺上表現(xiàn)為:黑色頁巖鑲嵌在碳酸鹽巖臺地—碳酸鹽巖臺地逐漸淹沒消亡—滯留海環(huán)境沉積五峰組黑色頁巖。黑色頁巖形成除了受構(gòu)造運動主控外,低古大氣含氧量、高營養(yǎng)物輸入、水體氮、磷元素循環(huán)等也起到一定促進作用。(4)秀山大田壩剖面、長寧雙河剖面和王家灣小河邊剖面樣品的有機質(zhì)類型都為Ⅰ、Ⅱ1型,而且無論在五峰期還是龍馬溪期都有很好的toc含量,說明了三個剖面具有很好的頁巖氣勘探價值。但三個剖面具有不同的toc分布模式,具體表現(xiàn)為:秀山大田壩剖面五峰期toc含量高于龍馬溪期,長寧雙河剖面龍馬溪期toc含量高于五峰期,王家灣小河邊剖面無論五峰期還是龍馬溪期都有很好的toc含量顯示。這種區(qū)別不僅反映了構(gòu)造運動和海平面帶來的影響,更重要的是,這種分布模式可以指導(dǎo)頁巖氣的勘探開發(fā)工作。三個剖面都含有石英、長石、方解石、白云石、伊利石、綠泥石等脆性和黏土礦物。其中石英含量最高,而且長寧雙河剖面樣品顯示了石英含量和toc有一定的相關(guān)性,說明了其部分生物成因。從剖面底部到頂部,整體上石英含量和黏土礦物含量呈現(xiàn)彼消此長的關(guān)系。三個剖面脆性指數(shù)結(jié)果顯示都較高,表明具有很好的壓裂性能,具備頁巖氣后期開發(fā)的潛力。(5)秀山大田壩剖面、長寧雙河剖面和王家灣小河邊剖面頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)都較為發(fā)育,總體上和有機質(zhì)有密切關(guān)系。但是不同剖面間同一尺度孔隙和有機質(zhì)含量的不同相關(guān)性及同一剖面不同尺度孔和有機質(zhì)含量的不同相關(guān)性顯示了有機質(zhì)發(fā)育程度的復(fù)雜性,王家灣小河邊剖面?zhèn)�別樣品展現(xiàn)出的和有機質(zhì)含量無關(guān)的特征暗示了有機質(zhì)和礦物的賦存關(guān)系也會影響到頁巖內(nèi)孔隙的發(fā)育狀態(tài)。三個剖面樣品的孔隙都表現(xiàn)出了微孔提供比表面、介孔提供孔體積的特征,這一特征具有普遍意義。就孔徑分布而言,三個剖面樣品大多數(shù)孔都發(fā)育在都0.3~0.6nm、1.2~1.4nm和2~10nm三個尺度范圍內(nèi)。在各自的剖面范圍內(nèi),秀山大田壩剖面和長寧雙河剖面樣品的孔徑分布沒有明顯變化,王家灣小河邊剖面樣品則變化較大,可能是由有機質(zhì)和礦物間賦存狀態(tài)導(dǎo)致的。(6)以秀山大田壩剖面和長寧雙河剖面樣品為例的頁巖分形特征研究結(jié)果表明,頁巖內(nèi)孔具有雙重分形特征,較高的分形維度d1和d2值說明了孔表面和孔體積的復(fù)雜性。分形維度d1、d2和toc含量、礦物含量較差的相關(guān)性說明其并非受有機質(zhì)和礦物含量的控制。利用分形維度和平均孔徑呈負(fù)相關(guān)的共性特征,分析結(jié)果初步表明微孔增加能提高孔的復(fù)雜性,而介孔增加則會降低孔的復(fù)雜性,頁巖孔分形維度的表達是兩個相反作用共同影響的結(jié)果。(7)除礦物過程對微孔在表面積、介孔在孔體積中的貢獻沒有產(chǎn)生影響,在任一處理步驟中,微孔總是提供大量表面積而介孔提供大量孔體積。介孔、大孔體積隨著除礦物過程的深入持續(xù)增加,而微孔體積則在去除碳酸鹽的步驟中有所減少,說明碳酸鹽內(nèi)發(fā)育有一定的微孔,可能和溶蝕孔有關(guān)。除礦物過程對微孔和介孔的影響并不相同。對微孔部分而言,除碳酸鹽使孔分布更加集中,除硅酸鹽對孔徑分布沒明顯影響,僅使孔相對比例發(fā)生變化,除黃鐵礦后則出現(xiàn)新的微孔;對介孔部分而言,除碳酸鹽使各尺度孔都得以顯現(xiàn),除硅酸鹽和黃鐵礦過程對孔徑分布沒有明顯影響,僅使孔相對比例發(fā)生變化。這些現(xiàn)象說明了有機質(zhì)和礦物復(fù)雜的賦存關(guān)系會影響有機質(zhì)孔隙特征的表達。但是全巖樣品依然能反映有機質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)特征,因此有機質(zhì)是控制泥頁巖微孔隙發(fā)育的最重要因素。
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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P618.13

【參考文獻】

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1 張琳娜;樊雋軒;陳清;;華南上奧陶統(tǒng)觀音橋?qū)拥目臻g分布和古地理重建[J];科學(xué)通報;2016年18期

2 紀(jì)文明;宋巖;姜振學(xué);陳磊;王朋飛;劉慶新;高鳳琳;楊瀟;;四川盆地東南部龍馬溪組頁巖微—納米孔隙結(jié)構(gòu)特征及控制因素[J];石油學(xué)報;2016年02期

3 劉樹根;鄧賓;鐘勇;冉波;雍自權(quán);孫瑋;楊迪;姜磊;葉sズ，

本文編號：1741739