鄂西宜昌地区寒武系水井沱组页岩生物成因硅特征及其对页岩气富集的影响

doi:10.13745/j.esf.sf.2022.5.40

地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (3): 83-100.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.5.40

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鄂西宜昌地区寒武系水井沱组页岩生物成因硅特征及其对页岩气富集的影响

张瑜¹(), 黄德将², 张六六³, 万传辉⁴, 罗欢³, 邵德勇¹, 孟康¹, 闫建萍³, 张同伟⁵^,^*()

1.西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室, 陕西西安 710069
2.湖北冶金地质研究所(中南冶金地质研究所), 湖北宜昌 443003
3.兰州大学地质科学与矿产资源学院, 甘肃兰州 730000
4.湖北省地质局第八地质大队, 湖北襄阳 441000
5.Bureau of Economic Geology, Jackson School of Geosciences, The University of Texas at Austin, Austin, TX 78713, USA

收稿日期:2022-04-06 修回日期:2022-04-30 出版日期:2023-05-25 发布日期:2023-04-27
通信作者: *张同伟(1965—),男,教授,博士生导师,主要从事石油、天然气地质地球化学及成藏地球化学研究工作。E-mail: tongwei.zhang@beg.utexas.edu
作者简介:张瑜(1989—),女,博士研究生,主要从事非常规页岩油气研究。E-mail: yuzhang1105@163.com
基金资助:
国家自然科学基金重点项目(41730421)

Biogenic silica of the Lower Cambrian Shuijingtuo Formation in Yichang, western Hubei Province—features and influence on shale gas accumulation

ZHANG Yu¹(), HUANG Dejiang², ZHANG Liuliu³, WAN Chuanhui⁴, LUO Huan³, SHAO Deyong¹, MENG Kang¹, YAN Jianping³, ZHANG Tongwei⁵^,^*()

1. State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University, Xi’an 710069, China
2. Hubei/Central South Institute of Metallurgical Geology, Yichang 443003, China
3. School of Earth Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
4. Eighth Geological Brigade of Hubei Gelolgical Bureau, Xiangyang 441000, China
5. Bureau of Economic Geology, Jackson School of Geosciences, The University of Texas at Austin, Austin TX 78713, USA

Received:2022-04-06 Revised:2022-04-30 Online:2023-05-25 Published:2023-04-27

摘要/Abstract

摘要：

通过对鄂西宜昌地区寒武系岩家河组—水井沱组页岩进行高分辨率样品采集,利用总有机碳(TOC)含量、主量元素分析、氦孔隙度等定量分析和透反射光显微镜、阴极发光显微镜等定性分析相结合的方法,研究了水井沱组黑色岩系生物成因硅的纵向变化特征及其与页岩气富集的关系。结果表明:寒武系底部岩家河组和水井沱组上部贫有机质层段过剩硅含量低,未见明显生物碎屑痕迹,几乎不含或含少量自生成因石英,而水井沱组富有机质层段存在较多生物成因硅,具有明显的分段性(一段、二段)且硅质来源明显不同。富有机质层段底部(一段)过剩硅含量高,为4.44%~24.97%,平均值为16.76%,受钙质夹层的影响波动较大,生物成因硅占比高,受陆源碎屑影响小。生物碎屑类型主要为硅质海绵骨针,还有少量絮状硅质聚集体,骨针腔体和硅质聚集体粒间孔中可见有机质。而富有机质层段中上部(二段)过剩硅含量相对一段明显降低,为7.13%~20.47%,平均值为13.66%,受陆源碎屑影响更大。生物碎屑类型主要为放射虫、纺锤状硅质聚集体和海绵骨针,可见有机质与这些生物成因硅和陆源碎屑共生在一起。在整个富有机质层段,TOC含量与总硅含量无明显关系但与过剩硅呈明显正相关性,且镜下发现似藻类孢囊中块状有机质内杂乱分布大量微晶石英,早期成岩作用阶段形成的生物成因硅不仅因为与藻类等的共生关系确保了较高生产力,同时因其在适宜的沉积环境下自身较强的硬度形成支撑格架为有机质提供了赋存空间,揭示了宜昌地区水井沱组富有机质层段生物成因硅的发育有利于有机质的富集。一段TOC含量明显高于二段但孔隙度略低,这可能与生物成因硅在这两段的差异相对应,生物成因硅与陆源碎屑一定比例共生形成的刚性格架可能对孔隙的发育和保存起保护和支撑作用。宜昌地区寒武系水井沱组富有机质层段硅质来源可能是引起页岩含气性差异的主要因素。

关键词: 鄂西地区, 寒武系, 页岩气, 水井沱组, 生物成因石英, 孔隙

Abstract:

Shale samples from the lower Cambrian Yanjiahe-Shuijingtuo formations in Yichang, western Hubei were collected by high-resolution sampling method to investigate the vertical variation of biogenic silica and its significance for shale gas enrichment, by combining quantitative analyses of total organic carbon (TOC), major elements and helium porosity with qualitative microscopic observation using transmission and cathodoluminescence microscope. According to the results, the excess silicon content is low in the organic-poor Lower Cambrian Yanjiahe-upper Shuijingtuo formations containing no visible trace of bioclastic debries and very little or barely no authigenic quartz. While the organic-rich layer of the Shuijingtuo formation has larger quantity of biogenic silicon and is divided into members 1 and 2 as the silicon sources are obviously different. The bottom part (member 1) has high excess silicon content ranging between 4.44%-24.97% (average 16.76%), with significant fluctuation under the influence of calcareous intercalation; while biogenic silicon, mainly siliceous sponge spicules and a few flocculent siliceous aggregates, accounts for a high proportion with little influence from terrigenous clasts; and organic matter could be seen in the spicule cavity and interparticle pores of siliceous aggregates. In contrast, the middle-upper part (member 2), influenced by both biogenic silicon and terrigenous clasts, has significantly lower excess silicon content ranging between 7.13%-20.47% (average 13.66%), with radiolarian, fusiform siliceous aggregates and sponge spicules as the main bioclastic types and mixed with organic matter. TOC is positively correlated with excess silicon in the organic-rich strata, and large numbers of fine granular chalcedony are observed under microscope in lumps of organic matter developed in an algal cyst-like structure, which reflects that the development of high hardness crystalline biogenic silicon, transformed from opal in the organic-rich layer is conducive to the enrichment of organic matter. Compared to member 2, the TOC content in member 1 is significantly higher and porosity relatively low, which may correspond to the difference in biogenic silicon contents in the two members. The close symbiosis between biogenic silicon and terrigenous clasts may play a protective and supporting role in the development and preservation of pores. The quartz origin may be the main factor influencing the gas-bearing property of shales from the organic-rich layers of the Cambrian Shuijingtuo formation in Yichang area.

Key words: western Hubei, Cambrian, shale gas, Shuijingtuo Formation, biogenic quartz, pore

中图分类号:

P595
P588.22

张瑜, 黄德将, 张六六, 万传辉, 罗欢, 邵德勇, 孟康, 闫建萍, 张同伟. 鄂西宜昌地区寒武系水井沱组页岩生物成因硅特征及其对页岩气富集的影响[J]. 地学前缘, 2023, 30(3): 83-100.

ZHANG Yu, HUANG Dejiang, ZHANG Liuliu, WAN Chuanhui, LUO Huan, SHAO Deyong, MENG Kang, YAN Jianping, ZHANG Tongwei. Biogenic silica of the Lower Cambrian Shuijingtuo Formation in Yichang, western Hubei Province—features and influence on shale gas accumulation[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(3): 83-100.

图/表 14

图1 鄂西宜昌地区地质背景及研究剖面位置图(据文献[21]修改) 1—第四系;2—古近系;3—白垩系;4—侏罗系;5—三叠系;6—二叠系;7—石炭系;8—泥盆系;9—志留系;10—奥陶系;11—寒武系;12—震旦系;13—南华系;14—元古宇;15—太古宇;16—青白口系;17—地质界限;18—正断层;19—逆断层; 20—水系;21—城镇名;22—宜地2井;23—流溪钻井ZK03。

Fig.1 Geological background of the Yichang area and location of research sections. Modified after [21].

图2 鄂西宜昌地区流溪钻井ZK03综合柱状图

Fig.2 Synthesis columnar section of well Liuxi ZK03, Yichang area, western Hubei

图3 鄂西宜昌地区流溪钻井ZK03水井沱组黑色页岩典型岩心照片 a—海绵骨针呈十字状、针状产出,样品号LX-131,井深285.18 m;b—生物碎屑,呈不规则小块状,样品号LX-132,井深286.16 m;c—星点状黄铁矿密集聚集呈团块状产出,样品号LX-114,井深256.63 m;d—灰岩透镜体,透镜体长径3~5 cm,井深306 m;e—灰岩透镜体,大小不一,透镜体长径12~25 cm,井深291 m。

Fig.3 Typical photos of black shale from the Lower Cambrian Shuijingtuo Formation of well Liuxi ZK03

图4 鄂西宜昌地区寒武系岩家河组—水井沱组黑色页岩Al和Ti相关关系图(据文献[21]修改) a—流溪钻井ZK03;b—宜地2井。

Fig.4 Correlation plots of Al and Ti for the Yanjiahe-Shuijingtuo shale formations. Modified after [21].

图5 鄂西宜昌地区流溪钻井ZK03水井沱组黑色页岩特殊样品及显微镜下照片 a—LX-153样品标本,泥灰岩;b—LX-153样品镜下照片,主要由方解石、泥质组成,单偏光;c—LX-159样品标本,含磷碎屑灰岩,可见较多角砾;d—LX-159样品显微镜下照片,胶磷矿占5%~10%,近卵形,可能为极微细的磷灰石聚集而成,多呈暗褐色,单偏光;e—LX-161样品标本,新鲜破碎面上几乎全被沥青质覆盖包裹;f—LX-161样品显微镜下照片,主要由碳泥质、黏土矿物组成,可见被方解石、石英填充的裂缝呈脉状发育,单偏光;g—LX-162样品标本,新鲜断面上全为沥青质,发育有结核状凸起;h—LX-162样品显微镜下照片,主要由隐晶质/微晶石英、黏土矿物和碳质等组成,单偏光。

Fig.5 Photos and micrographs of black shale specimens from well Liuxi ZK03

表1 鄂西宜昌地区流溪钻井ZK03岩家河组—水井沱组黑色页岩主量化合物组成及过剩硅含量

Table 1 Major element and excess silica contents in shale samples

样品	深度/m	层位	TOC 含量/%	w_B/%
样品	深度/m	层位	TOC 含量/%	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	TFe₂O₃	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	Si_ex
LX-12	28.71	₁s	0.09	70.88	0.69	11.69	3.97	0.07	1.85	2.40	1.76	2.30	0.16	16.99
LX-26	62.94	₁s	0.13	60.28	0.58	9.91	3.09	0.10	2.11	9.94	1.52	1.97	0.10	14.49
LX-35	84.27	₁s	0.44	30.10	0.27	6.04	1.45	0.23	1.17	32.17	0.82	1.33	0.14	5.73
LX-55	127.60	₁s	1.26	43.87	0.55	9.82	3.72	0.03	5.39	13.67	1.07	2.07	0.13	6.96
LX-67	147.65	₁s	0.78	60.05	0.78	14.81	5.34	0.04	2.43	4.14	1.37	2.82	0.14	7.64
LX-83	179.93	₁s	0.69	51.60	0.57	12.18	4.76	0.05	1.81	11.88	1.01	2.45	0.12	7.31
LX-93	204.78	₁s	1.15	57.36	0.65	11.64	3.47	0.03	1.76	9.53	1.24	2.39	0.11	10.75
LX-98	219.24	₁s	0.70	42.08	0.48	10.49	4.27	0.06	1.63	18.84	0.78	2.15	0.10	5.20
LX-100	225.22	₁s	2.91	61.71	0.52	10.47	3.96	0.03	1.64	6.82	1.28	2.12	0.13	14.39
LX-105	240.18	₁s	2.64	61.10	0.56	12.30	3.83	0.02	1.73	5.98	0.93	2.81	0.11	11.58
LX-109	248.20	₁s	3.03	63.60	0.62	13.26	3.93	0.02	1.77	3.36	1.09	3.05	0.12	11.43
LX-111	252.31	₁s	2.30	35.64	0.32	6.90	2.59	0.04	1.97	25.29	0.69	1.58	0.16	7.13
LX-112	253.79	₁s	3.41	62.16	0.62	13.58	3.45	0.02	1.66	3.50	1.05	3.28	0.11	10.32
LX-114	256.63	₁s	2.45	61.07	0.50	10.31	3.37	0.03	1.63	7.59	0.95	2.42	0.11	14.31
LX-116	259.75	₁s	3.72	62.96	0.57	13.07	3.15	0.02	1.60	3.63	1.09	3.20	0.09	11.39
LX-117	261.70	₁s	5.25	65.68	0.53	12.14	2.65	0.02	1.38	2.60	1.02	3.01	0.09	13.94
LX-118	263.27	₁s	4.07	59.77	0.46	10.80	3.01	0.04	1.67	7.22	0.97	2.69	0.10	13.03
LX-120	266.59	₁s	3.60	62.69	0.50	12.04	3.43	0.04	1.94	4.16	1.03	3.05	0.10	12.68
LX-122	269.92	₁s	3.61	68.21	0.46	10.28	3.46	0.02	1.20	2.90	1.00	2.69	0.10	17.68
LX-125	275.10	₁s	2.67	68.68	0.42	9.32	2.77	0.02	1.42	4.37	0.82	2.47	0.12	19.22
LX-128	279.70	₁s	3.44	69.29	0.37	8.62	2.67	0.02	1.31	4.39	0.88	2.21	0.10	20.47
LX-131	285.18	₁s	5.58	66.30	0.30	6.87	3.86	0.02	1.23	5.73	0.67	1.85	0.51	21.48
LX-132	286.16	₁s	6.13	72.91	0.29	6.65	2.64	0.01	0.92	2.70	0.60	1.78	0.20	24.87
LX-133	287.33	₁s	7.18	57.55	0.40	9.58	5.13	0.03	1.59	6.30	0.70	3.06	0.15	13.67
LX-134	288.31	₁s	6.76	67.92	0.33	7.95	3.81	0.02	1.09	2.77	0.74	2.28	0.13	20.75
LX-136	290.07	₁s	7.52	67.70	0.30	6.72	3.49	0.02	1.04	3.74	0.64	2.00	0.17	22.34
LX-137	291.15	₁s	4.55	46.39	0.48	9.01	3.45	0.09	5.87	11.08	1.08	2.79	0.14	9.25
LX-138	292.12	₁s	6.13	66.86	0.45	8.42	3.49	0.02	1.74	2.95	1.12	2.83	0.13	19.61
LX-140	293.98	₁s	4.71	62.55	0.42	7.68	3.13	0.03	1.68	7.34	0.95	2.63	0.20	18.62
LX-141	294.96	₁s	5.64	69.81	0.47	8.43	2.72	0.02	1.09	2.69	0.99	2.97	0.16	20.97
LX-142	295.94	₁s	4.81	62.89	0.48	8.84	4.06	0.04	2.21	4.72	1.05	3.12	0.21	17.18
LX-143	296.92	₁s	5.04	67.50	0.52	9.67	3.39	0.02	1.28	2.58	1.11	3.37	0.14	18.19
LX-145	298.87	₁s	4.20	69.81	0.43	7.99	2.40	0.01	0.95	2.87	0.82	3.09	0.19	21.58
LX-146	299.85	₁s	5.92	68.09	0.47	8.89	2.94	0.02	1.18	2.75	0.95	3.32	0.20	19.54
LX-147	300.83	₁s	5.24	62.57	0.49	9.60	3.87	0.03	2.20	4.14	1.02	3.63	0.15	15.99
LX-149	302.69	₁s	5.48	64.41	0.51	9.61	3.75	0.03	2.30	4.25	1.02	3.35	0.16	16.83
LX-152	305.33	₁s	4.75	69.70	0.39	7.20	2.12	0.01	1.00	4.66	0.75	2.82	0.13	22.62
LX-153	306.11	₁s	1.76	22.86	0.12	2.21	1.74	0.06	1.13	39.11	0.32	0.81	0.07	7.63
LX-154	306.81	₁s	5.38	72.98	0.35	6.60	1.77	0.01	0.91	3.24	0.58	2.73	0.14	24.97
LX-155	307.38	₁s	5.26	67.84	0.36	6.81	2.00	0.01	1.28	5.25	0.65	2.73	0.15	22.28
LX-157	308.37	₁s	6.27	62.32	0.47	9.40	3.39	0.02	1.68	4.81	0.75	4.14	0.24	16.14
LX-158	308.86	₁s	5.19	52.15	0.52	10.93	7.73	0.03	2.58	5.13	0.67	5.01	0.18	9.29
LX-159	309.35	₁s	4.03	16.76	<0.01	2.46	1.06	0.05	2.84	37.29	0.19	1.09	3.68	4.44
LX-160	309.84	₁s	10.81	56.99	0.37	10.03	3.30	<0.01	1.52	2.05	0.19	4.51	0.16	12.79
LX-161	310.33	₁s	11.50	50.98	0.38	10.22	4.27	0.01	1.73	2.39	0.18	4.96	0.72	9.72
LX-162	310.66	₁s	9.34	53.32	0.37	12.08	3.20	<0.01	1.98	3.94	0.15	6.23	1.61	8.25
LX-164	311.74	₁y	1.65	52.03	0.76	13.52	3.58	0.01	4.37	5.27	0.14	6.83	0.22	5.67
LX-165	312.22	₁y	0.87	57.91	0.93	14.72	3.15	<0.01	3.63	2.87	0.14	6.77	0.22	6.76
LX-167	313.64	₁y	1.27	51.18	0.71	13.38	4.92	0.01	4.19	4.98	0.14	6.75	0.22	5.47
LX-168	314.13	₁y	0.93	52.31	0.75	13.26	4.58	0.01	4.44	5.50	0.14	6.88	0.22	6.16
LX-170	315.11	₁y	0.76	11.21	<0.01	1.03	1.18	<0.01	1.67	43.37	0.07	0.62	28.02	3.81
LX-173	316.92	₁y	0.91	17.59	0.23	4.06	2.09	0.03	14.58	23.45	0.07	2.11	0.73	2.62
LX-175	317.90	₁y	2.12	35.48	0.52	8.86	3.28	0.02	8.48	15.19	0.15	4.47	1.87	4.36
LX-176	318.39	₁y	1.83	41.96	0.83	13.85	4.94	0.01	4.91	10.35	0.15	6.43	3.30	0.52
LX-177	318.88	₁y	1.93	12.05	0.11	2.33	1.11	<0.01	1.64	44.75	0.08	1.34	29.19	2.42
LX-178	319.41	₁y	4.57	49.22	0.66	14.41	7.01	<0.01	2.22	4.90	0.15	5.87	3.28	3.13
LX-179	319.90	₁y	0.43	63.22	0.72	12.88	7.46	<0.01	2.03	0.53	0.12	5.14	0.15	11.77
LX-180	320.39	₁y	0.12	6.84	0.05	0.81	0.54	0.02	19.55	28.16	0.18	0.31	0.24	2.08
LX-183	322.06	Z₂dn³	0.24	27.45	0.30	3.70	1.71	0.02	14.31	19.94	0.08	1.62	0.09	7.72

表1 鄂西宜昌地区流溪钻井ZK03岩家河组—水井沱组黑色页岩主量化合物组成及过剩硅含量

Table 1 Major element and excess silica contents in shale samples

样品	深度/m	层位	TOC 含量/%	w_B/%
样品	深度/m	层位	TOC 含量/%	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	TFe₂O₃	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	Si_ex
LX-12	28.71	₁s	0.09	70.88	0.69	11.69	3.97	0.07	1.85	2.40	1.76	2.30	0.16	16.99
LX-26	62.94	₁s	0.13	60.28	0.58	9.91	3.09	0.10	2.11	9.94	1.52	1.97	0.10	14.49
LX-35	84.27	₁s	0.44	30.10	0.27	6.04	1.45	0.23	1.17	32.17	0.82	1.33	0.14	5.73
LX-55	127.60	₁s	1.26	43.87	0.55	9.82	3.72	0.03	5.39	13.67	1.07	2.07	0.13	6.96
LX-67	147.65	₁s	0.78	60.05	0.78	14.81	5.34	0.04	2.43	4.14	1.37	2.82	0.14	7.64
LX-83	179.93	₁s	0.69	51.60	0.57	12.18	4.76	0.05	1.81	11.88	1.01	2.45	0.12	7.31
LX-93	204.78	₁s	1.15	57.36	0.65	11.64	3.47	0.03	1.76	9.53	1.24	2.39	0.11	10.75
LX-98	219.24	₁s	0.70	42.08	0.48	10.49	4.27	0.06	1.63	18.84	0.78	2.15	0.10	5.20
LX-100	225.22	₁s	2.91	61.71	0.52	10.47	3.96	0.03	1.64	6.82	1.28	2.12	0.13	14.39
LX-105	240.18	₁s	2.64	61.10	0.56	12.30	3.83	0.02	1.73	5.98	0.93	2.81	0.11	11.58
LX-109	248.20	₁s	3.03	63.60	0.62	13.26	3.93	0.02	1.77	3.36	1.09	3.05	0.12	11.43
LX-111	252.31	₁s	2.30	35.64	0.32	6.90	2.59	0.04	1.97	25.29	0.69	1.58	0.16	7.13
LX-112	253.79	₁s	3.41	62.16	0.62	13.58	3.45	0.02	1.66	3.50	1.05	3.28	0.11	10.32
LX-114	256.63	₁s	2.45	61.07	0.50	10.31	3.37	0.03	1.63	7.59	0.95	2.42	0.11	14.31
LX-116	259.75	₁s	3.72	62.96	0.57	13.07	3.15	0.02	1.60	3.63	1.09	3.20	0.09	11.39
LX-117	261.70	₁s	5.25	65.68	0.53	12.14	2.65	0.02	1.38	2.60	1.02	3.01	0.09	13.94
LX-118	263.27	₁s	4.07	59.77	0.46	10.80	3.01	0.04	1.67	7.22	0.97	2.69	0.10	13.03
LX-120	266.59	₁s	3.60	62.69	0.50	12.04	3.43	0.04	1.94	4.16	1.03	3.05	0.10	12.68
LX-122	269.92	₁s	3.61	68.21	0.46	10.28	3.46	0.02	1.20	2.90	1.00	2.69	0.10	17.68
LX-125	275.10	₁s	2.67	68.68	0.42	9.32	2.77	0.02	1.42	4.37	0.82	2.47	0.12	19.22
LX-128	279.70	₁s	3.44	69.29	0.37	8.62	2.67	0.02	1.31	4.39	0.88	2.21	0.10	20.47
LX-131	285.18	₁s	5.58	66.30	0.30	6.87	3.86	0.02	1.23	5.73	0.67	1.85	0.51	21.48
LX-132	286.16	₁s	6.13	72.91	0.29	6.65	2.64	0.01	0.92	2.70	0.60	1.78	0.20	24.87
LX-133	287.33	₁s	7.18	57.55	0.40	9.58	5.13	0.03	1.59	6.30	0.70	3.06	0.15	13.67
LX-134	288.31	₁s	6.76	67.92	0.33	7.95	3.81	0.02	1.09	2.77	0.74	2.28	0.13	20.75
LX-136	290.07	₁s	7.52	67.70	0.30	6.72	3.49	0.02	1.04	3.74	0.64	2.00	0.17	22.34
LX-137	291.15	₁s	4.55	46.39	0.48	9.01	3.45	0.09	5.87	11.08	1.08	2.79	0.14	9.25
LX-138	292.12	₁s	6.13	66.86	0.45	8.42	3.49	0.02	1.74	2.95	1.12	2.83	0.13	19.61
LX-140	293.98	₁s	4.71	62.55	0.42	7.68	3.13	0.03	1.68	7.34	0.95	2.63	0.20	18.62
LX-141	294.96	₁s	5.64	69.81	0.47	8.43	2.72	0.02	1.09	2.69	0.99	2.97	0.16	20.97
LX-142	295.94	₁s	4.81	62.89	0.48	8.84	4.06	0.04	2.21	4.72	1.05	3.12	0.21	17.18
LX-143	296.92	₁s	5.04	67.50	0.52	9.67	3.39	0.02	1.28	2.58	1.11	3.37	0.14	18.19
LX-145	298.87	₁s	4.20	69.81	0.43	7.99	2.40	0.01	0.95	2.87	0.82	3.09	0.19	21.58
LX-146	299.85	₁s	5.92	68.09	0.47	8.89	2.94	0.02	1.18	2.75	0.95	3.32	0.20	19.54
LX-147	300.83	₁s	5.24	62.57	0.49	9.60	3.87	0.03	2.20	4.14	1.02	3.63	0.15	15.99
LX-149	302.69	₁s	5.48	64.41	0.51	9.61	3.75	0.03	2.30	4.25	1.02	3.35	0.16	16.83
LX-152	305.33	₁s	4.75	69.70	0.39	7.20	2.12	0.01	1.00	4.66	0.75	2.82	0.13	22.62
LX-153	306.11	₁s	1.76	22.86	0.12	2.21	1.74	0.06	1.13	39.11	0.32	0.81	0.07	7.63
LX-154	306.81	₁s	5.38	72.98	0.35	6.60	1.77	0.01	0.91	3.24	0.58	2.73	0.14	24.97
LX-155	307.38	₁s	5.26	67.84	0.36	6.81	2.00	0.01	1.28	5.25	0.65	2.73	0.15	22.28
LX-157	308.37	₁s	6.27	62.32	0.47	9.40	3.39	0.02	1.68	4.81	0.75	4.14	0.24	16.14
LX-158	308.86	₁s	5.19	52.15	0.52	10.93	7.73	0.03	2.58	5.13	0.67	5.01	0.18	9.29
LX-159	309.35	₁s	4.03	16.76	<0.01	2.46	1.06	0.05	2.84	37.29	0.19	1.09	3.68	4.44
LX-160	309.84	₁s	10.81	56.99	0.37	10.03	3.30	<0.01	1.52	2.05	0.19	4.51	0.16	12.79
LX-161	310.33	₁s	11.50	50.98	0.38	10.22	4.27	0.01	1.73	2.39	0.18	4.96	0.72	9.72
LX-162	310.66	₁s	9.34	53.32	0.37	12.08	3.20	<0.01	1.98	3.94	0.15	6.23	1.61	8.25
LX-164	311.74	₁y	1.65	52.03	0.76	13.52	3.58	0.01	4.37	5.27	0.14	6.83	0.22	5.67
LX-165	312.22	₁y	0.87	57.91	0.93	14.72	3.15	<0.01	3.63	2.87	0.14	6.77	0.22	6.76
LX-167	313.64	₁y	1.27	51.18	0.71	13.38	4.92	0.01	4.19	4.98	0.14	6.75	0.22	5.47
LX-168	314.13	₁y	0.93	52.31	0.75	13.26	4.58	0.01	4.44	5.50	0.14	6.88	0.22	6.16
LX-170	315.11	₁y	0.76	11.21	<0.01	1.03	1.18	<0.01	1.67	43.37	0.07	0.62	28.02	3.81
LX-173	316.92	₁y	0.91	17.59	0.23	4.06	2.09	0.03	14.58	23.45	0.07	2.11	0.73	2.62
LX-175	317.90	₁y	2.12	35.48	0.52	8.86	3.28	0.02	8.48	15.19	0.15	4.47	1.87	4.36
LX-176	318.39	₁y	1.83	41.96	0.83	13.85	4.94	0.01	4.91	10.35	0.15	6.43	3.30	0.52
LX-177	318.88	₁y	1.93	12.05	0.11	2.33	1.11	<0.01	1.64	44.75	0.08	1.34	29.19	2.42
LX-178	319.41	₁y	4.57	49.22	0.66	14.41	7.01	<0.01	2.22	4.90	0.15	5.87	3.28	3.13
LX-179	319.90	₁y	0.43	63.22	0.72	12.88	7.46	<0.01	2.03	0.53	0.12	5.14	0.15	11.77
LX-180	320.39	₁y	0.12	6.84	0.05	0.81	0.54	0.02	19.55	28.16	0.18	0.31	0.24	2.08
LX-183	322.06	Z₂dn³	0.24	27.45	0.30	3.70	1.71	0.02	14.31	19.94	0.08	1.62	0.09	7.72

图6 鄂西宜昌地区寒武系岩家河组—水井沱组页岩主量化合物及孔隙度纵向变化特征(据文献[21]修改) a—流溪钻井ZK03;b—宜地2井。

Fig.6 Vertical variation of TOC and major element contents and porosity in the Yanjiahe-Shuijingtuo shale formations. Modified after [21].

图7 鄂西宜昌地区流溪钻井ZK03主量化合物SiO2-Al2O3-CaO三角图紫色点代表平均页岩。

Fig.7 SiO2-Al2O3-CaO triangular diagram for shale samples from well Liuxi ZK03

图8 鄂西宜昌地区流溪钻井ZK03水井沱组富有机质页岩一段(270~311 m)生物成因硅的特征 a—单轴骨针发育于泥质基质中,较笔直,仅略微弯曲,腔体中充填有机质等,样品号LX-131,井深285.1 8m,单偏光;b—图a正交光下照片,可见部分隐晶质、微晶石英消光现象,样品号LX-131,井深285.18 m;c—T型二轴针,长轴约为短轴的3倍,硅质成分,局部发生钙质交代,样品号LX-128,井深279.90 m,正交偏光;d—直四射二轴针,即十字型骨针,四射针的长度相近,粗细较为均匀,两轴有略微弯曲,样品号LX-125,井深275.10 m,单偏光;e—图d正交偏光下照片,样品号LX-125,井深275.10 m;f—三轴针,射针呈风扇型叶片状,有机质填充在硅质骨针腔体中,样品号LX-131,井深285.18 m,单偏光;g—三轴五射针,五射针形态基本相同,两两正交,四射针在同一平面,第五根射针垂直于该平面,基部粗大,端点尖细,呈星状,样品号LX-133,井深287.33 m,单偏光;h—图g正交偏光下照片,骨针局部被碳酸盐矿物、黄铁矿交代,样品号LX-133,井深287.33 m;i—单轴骨针,一端渐尖,一端似发生断裂,硅质组分,腔体中间充填有机质,样品号LX-145,井深298.87 m,单偏光;j—由隐晶质、微晶石英组成,呈椭球形、近球形,粒间主要为泥质成分,样品号LX-132,井深286.16 m,单偏光;k—絮状硅质聚集体,呈近球形,大小不一,个体较大者直径可达400 μm,样品号LX-133,井深287.33 m,单偏光;l—絮状硅质聚集体,粒间夹杂有机质、黏土矿物等,样品号LX-131,井深285.18 m。

Fig.8 Microscopic characteristics of biogenic silica in the organic-rich shale of member 1 (270-311 m)

图9 鄂西宜昌地区流溪钻井ZK03水井沱组富有机质页岩二段(220~270 m)生物成因硅的特征 a—放射虫大量散布,部分个体形态保存完好,样品号LX-111,井深252.31 m,单偏光;b—放射虫和海绵骨针共存,海绵骨针的外侧光滑无突起,中心由微晶石英组成,周围囊体结构被方解石(茜素红染色)、黄铁矿交代,而放射虫外侧可见较多棘状小突起,样品号LX-117,井深261.7 m,单偏光;c—不同形态特征的硅质海绵骨针与放射虫共存,样品号LX-114,井深256.63 m,单偏光;d—不同截面的海绵骨针形态,样品号LX-105,井深240.18 m,单偏光;e—纺锤状硅质聚集体,顺层分布,由自生石英、碎屑石英、黏土矿物片晶和有机质等紧密胶结在一起构成,样品号LX-114,井深256.63 m,单偏光;f—图e中纺锤状硅质聚集体放大图,可见“塌陷线”,在凝集物中很常见,代表原始腔室的塌陷,通常充填有机物和沥青等,样品号LX-114,井深256.63 m,单偏光;g—纺锤状硅质聚集体,样品号LX-112,井深253.79 m,单偏光;h、i—分别为同一视域下单偏光、阴极发光照片,纺锤状硅质聚集体由不发光的自生成因石英、发蓝紫色光或褐色光的陆源碎屑石英及发橙红色光具环带状结构的碳酸盐矿物等胶结在一起构成,样品号LX-122,井深269.92 m。

Fig.9 Microscopic characteristics of biogenic silica in the organic-rich shale of member 2 (220-270 m)

图10 鄂西宜昌地区寒武系岩家河组—水井沱组页岩Si和Al相关关系图(据文献[21]修改) a—流溪钻井ZK03;b—宜地2井。

Fig.10 Correlation plots of Si and Al for the Yanjiahe-Shuijingtuo shale formations. Modified after [21].

图11 寒武系代表性化石地史分布(据文献[32]修改)及流溪钻井ZK03水井沱组页岩藻类发育显微镜下照片 a—寒武系代表性化石地史分布情况;b—浅黄色近球形似藻类孢囊或孢子,主体由自生成因硅填充,还含有不规则块状有机质及微小细粒黄铁矿等暗色矿物,样品号LX-145, 井深298.87 m,单偏光;c—图b方框区域放大图,可见有机质中发育大量微晶石英,单偏光;d—图c同一视域下正交偏光照片。

Fig.11 (a) Stratigraphic distribution of representative Cambrian fossils (modified after [32]), and (b-d) microscopic evidence of algae development in the Shuijingtuo shale formation

图12 鄂西宜昌地区寒武系岩家河组—水井沱组页岩硅、过剩硅与TOC含量相关关系图(据文献[21]修改) a,c—流溪钻井ZK03; b,d—宜地2井。

Fig.12 Correlation plots of silica (a, b) or excess silica (c, d) and TOC content for the Yanjiahe-Shuijingtuo shale formations

图13 鄂西宜昌地区寒武系岩家河组—水井沱组页岩TOC含量、过剩硅与孔隙度相关关系图(据文献[21]修改) a,c—流溪钻井ZK03; b,d—宜地2井。

Fig.13 Correlation plots of TOC (a, b) or excess silica (c, d) and porosity for the Yanjiahe-Shuijingtuo shale formations

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鄂西宜昌地区寒武系水井沱组页岩生物成因硅特征及其对页岩气富集的影响

Biogenic silica of the Lower Cambrian Shuijingtuo Formation in Yichang, western Hubei Province—features and influence on shale gas accumulation

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