梁新平,金之鈞, 劉全有,Shpilman Alexander,李 鵬,Morozov Vladimir, Uspensky Boris

(1.北京大學(xué) 能源研究院,北京 100871; 2.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083;3.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083; 4.俄羅斯?jié)h特-曼西斯克州國有地下資源合理利用分析研究中心，俄羅斯 秋明 625026; 5.俄羅斯喀山聯(lián)邦大學(xué) 地質(zhì)與石油技術(shù)研究院,俄羅斯 喀山420008)

火山灰是巖漿噴出過程中的細(xì)粒碎屑物,直徑小于2 mm,由巖石、礦物和火山玻璃碎片組成,分布于相應(yīng)火山錐體周邊或者飄散至距離火山口數(shù)千公里的沉降區(qū)[1-2]。距離火山口較遠(yuǎn)的沉降火山灰層,通常為毫米或厘米級,肉眼不可見的多由玻屑和晶屑組成,粒徑通常小于125 μm[3-4]。火山灰沉積對富有機(jī)質(zhì)頁巖形成的控制作用主要表現(xiàn)在火山灰沉降過程前后在烴源巖形成過程中的影響[5-13]。首先,火山灰本身可為沉積盆地提供物源[5-7];其次，火山灰噴出過程中攜帶大量碳源(CO2,CH4)以及其他營養(yǎng)物質(zhì)(N,Si,P)和微量金屬元素(Fe,Zn,Mn,Ni,V)等，這些外源物質(zhì)進(jìn)入水體引起藻類及細(xì)菌大量繁殖,為海洋和湖泊初級生產(chǎn)力的提高提供物質(zhì)基礎(chǔ)[14-18];同時(shí)，藻類和細(xì)菌的大量勃發(fā)消耗水體中氧含量，使得水體由火山噴發(fā)時(shí)期的弱氧化環(huán)境向強(qiáng)還原環(huán)境轉(zhuǎn)變，減少有機(jī)質(zhì)氧化和降解,促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的有效保存[19-20]。盡管火山灰未噴出之前尚未對沉積盆地輸入物質(zhì)，但其醞釀過程中的熱能提高了烴源巖發(fā)育地區(qū)的地溫梯度,改變了局部的溫度場和壓力場,加速了烴源巖熱成熟[21]。另外,火山灰引起藻類勃發(fā)消耗透光層中CO2使水中CaCO3達(dá)到過飽和析出,有利于碳酸鹽巖紋層和藻類有機(jī)質(zhì)紋層交互沉積,形成層間裂縫,易于后期頁巖油氣運(yùn)移。同時(shí),富硅、富鈣質(zhì)紋層的存在增強(qiáng)了地層的脆性,有利于頁巖油氣層的壓裂改造[8,22]。

常規(guī)油氣藏研究表明，西西伯利亞“南油北氣”的分布特征主要由烴源巖有機(jī)質(zhì)的類型和成熟度控制，沉積旋回形成了最佳的生儲(chǔ)蓋組合，披覆背斜是主要的含油氣圈閉[23-26]；對巴熱諾夫組的研究多以烴源巖特征及地球化學(xué)評價(jià)為主,認(rèn)為該段有機(jī)質(zhì)含量豐富的主要原因是形成于缺乏陸源碎屑供應(yīng)的深水缺氧盆地，由構(gòu)造的快速沉降及海平面的快速上升引起[23-26]，而對該套烴源巖中是否發(fā)育火山灰關(guān)注不多。近年來，全球范圍內(nèi)富有機(jī)質(zhì)發(fā)育的泥頁巖中多見火山灰夾層，如美國的Eagle Ford，Macellus頁巖、中國鄂爾多斯盆地延長組7段、準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組等[6-8]，因此，該區(qū)火山灰如何影響富有機(jī)質(zhì)形成引起關(guān)注。巴熱諾夫組泥頁巖的巖心觀察發(fā)現(xiàn)其富有機(jī)質(zhì)頁巖段廣泛發(fā)育火山灰沉積[27-31],巖心薄片中也見大量沸石等火山灰蝕變礦物。本文結(jié)合前期在俄羅斯西西伯利亞盆地漢特-曼西斯克地區(qū)巴熱諾夫組的巖心。鏡下薄片觀察,描述了該地層中火山灰發(fā)育層段富有機(jī)質(zhì)頁巖層段剖面及在平面的分布特征；通過對巴熱諾夫組富有機(jī)質(zhì)頁巖樣品的地質(zhì)-地球化學(xué)分析,闡明了火山灰發(fā)育層段及其上下的生物發(fā)育與巖石地球化學(xué)特征,探討了該區(qū)火山灰對富有機(jī)質(zhì)頁巖形成的影響,為火山活動(dòng)下富有機(jī)質(zhì)層系頁巖油氣的勘探開發(fā)提供參考和借鑒作用。

1 巴熱諾夫組簡介

西西伯利亞含油氣盆地是目前俄羅斯聯(lián)邦油氣儲(chǔ)量最大和產(chǎn)量最高的地臺(tái)型盆地,其地理位置大體在東經(jīng)60°以東,90°以西及北緯73°以南,54°以北的范圍內(nèi)。盆地西緣以烏拉爾山脈為界,東緣以葉尼塞河為界,與東西伯利亞山地相鄰,南方鄰接阿爾泰山系和薩彥嶺及哈薩克丘陵地帶,北緣為喀拉海,瀕臨北冰洋。如把盆地向北部海區(qū)延伸大陸架部分也包括在內(nèi),西西伯利亞盆地總面積可達(dá)(4.0～4.2)×106km2,其中沉積蓋層厚度超過1 500 m的陸上部分面積超過2.2×106km2[23]。

在西西伯利亞盆地提塘期—早貝利阿斯期(侏羅紀(jì)末—白堊紀(jì)初),整個(gè)盆地發(fā)生大規(guī)模的海侵,西西伯利亞地區(qū)快速沉降,碎屑物質(zhì)供應(yīng)相對缺乏,使深水缺氧的欠補(bǔ)償沉積盆地形成于西西伯利亞地臺(tái)中部,海水深度超過300 m的深水區(qū)面積達(dá)1.0×106km2,盆地最深可達(dá)7 00 m[24]。盆地中部地區(qū)深水缺氧盆地沉積了巴熱諾夫組富有機(jī)質(zhì)的黑色硅質(zhì)/鈣質(zhì)泥頁巖,富含伏爾加期及部分貝利阿斯期動(dòng)物化石;盆地邊緣帶則沉積了厚度較大的不含砂巖的近岸相貧有機(jī)質(zhì)頁巖,厚度在20～50 m(圖1)。盡管巴熱諾夫組沉積厚度不大，卻是西西伯利亞盆地的主要生油巖,其成熟度主要介于0.5%～1.3%,大部分地區(qū)迄今為止仍處于生烴階段[25-26]。西西伯利亞盆地上侏羅統(tǒng)大量干酪根碳同位素豐度研究表明,δ13C介于-28‰～-25‰,說明為混源成因。

圖1 西西伯利亞盆地巴熱諾夫組-阿巴拉組地質(zhì)特征

根據(jù)俄羅斯國有地下資源分析研究中心-秋明施比利曼分院巖心測試的分析結(jié)果,該套地層共有4種組分:干酪根、粘土、硅質(zhì)和碳酸鹽巖,整體有機(jī)質(zhì)含量高,水平層理常見細(xì)粒度的層狀成分,如硅質(zhì)、炭質(zhì)和黃鐵礦。全巖XRD-衍射實(shí)驗(yàn)表明,石英為主要成巖礦物,硅質(zhì)含量平均為42%～43%,最高可達(dá)到80%;其次為鈉長石、似云母礦物(伊蒙混層)和黃鐵礦,其他粘土礦物(高嶺石和綠泥石)偶見,通常含量不多,平均值為21%～22%;而碳酸鹽礦物(方解石和白云石)也偶爾可見,平均為10%[27]。巖相上,巴熱諾夫組劃分為泥灰?guī)r、碳酸鹽巖、硅質(zhì)泥頁巖、鈣質(zhì)-硅質(zhì)泥頁巖、泥質(zhì)-鈣質(zhì)硅巖以及低粘土質(zhì)硅巖6類。據(jù)Kontrovich(2016)統(tǒng)計(jì)，泥灰?guī)r在全區(qū)分布不多，其中泥質(zhì)含量不高，約占55%左右，硅質(zhì)占30%左右，其他為碳酸鹽巖、鈉長石、磷灰石、黃鐵礦和干酪根等；碳酸鹽巖可分為純碳酸鹽巖(占8.8%)和富有機(jī)質(zhì)碳酸鹽巖(占1%)，富有機(jī)質(zhì)碳酸鹽巖中碳酸鹽巖占比50.7%～57.7%，硅質(zhì)含量可達(dá)20%，干酪根含量平均為11.9%；硅質(zhì)泥頁巖中硅質(zhì)含量在25.7%～47.4%，平均37.6%，泥質(zhì)含量在25.2%～49.7%，平均為37.6%；鈣質(zhì)-硅質(zhì)泥頁巖中硅質(zhì)含量平均為37.7%，粘土含量達(dá)28.9%；泥質(zhì)-鈣質(zhì)硅巖中硅質(zhì)含量平均為41.4%，干酪根含量平均為16.2%，粘土礦物含量平均為20.6%；低粘土質(zhì)硅巖中粘土含量平均為23.3%，硅質(zhì)含量平均為43.4%。除此之外，還有一些混合巖相，例如粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)-硅質(zhì)碳酸鹽巖等。所有巖性中以鈣質(zhì)-硅質(zhì)泥頁巖和泥質(zhì)-鈣質(zhì)硅巖分布最為廣泛，部分巖相中干酪根含量可達(dá)27.8%。

巴熱諾夫組各層段鏡下均可見明顯的瀝青質(zhì)放射蟲。放射蟲為具有軸偽足的海生單細(xì)胞浮游生物,是現(xiàn)今海洋浮游生物的重要組成部分。放射蟲死亡之后,其骨架聚集在海洋底部,形成放射蟲軟泥。地層記錄中放射蟲的有無和含量高低主要取決于局部的生產(chǎn)率和沉積物的堆積速率。一般情況下，淺層海水對硅質(zhì)生物有較高的溶解速率，放射蟲穩(wěn)定保存的幾率較小，因此淺水放射蟲形態(tài)一般不多[33]。從奧陶紀(jì)開始,它們的骨架被證實(shí)促成海洋沉積物和硅質(zhì)巖沉積[32]。

2 巴熱諾夫組火山灰發(fā)育特征

巴熱諾夫組整合覆蓋在格奧爾吉耶夫組或阿巴拉組的泥巖之上,分布非常廣泛,為全盆地地震識(shí)別標(biāo)志層,在區(qū)域和局部的地震剖面中均有顯示,盆地中心發(fā)育有深大斷裂[23-24],可為地層深部火山噴發(fā)創(chuàng)造客觀的地質(zhì)條件。一般認(rèn)為,西西伯利亞盆地巴熱諾夫組富有機(jī)質(zhì)頁巖中火山噴出物多以火山玻璃形成賦存,沉積成巖作用促進(jìn)礦物的轉(zhuǎn)化,使得火山玻璃被次生礦物(蒙脫石、綠泥石和鈉長石等)取代,從而導(dǎo)致火山灰層蝕變成粘土、鈉長石和更復(fù)雜的巖石。這些巖石已經(jīng)失去了它們的初始外觀,難以確定它們的火山起源。部分研究學(xué)者認(rèn)為該期火山灰多形成于水底不間斷的火山噴發(fā)活動(dòng),而部分研究認(rèn)為可能與盆地邊緣強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的火山噴發(fā)相關(guān)，為空降成因[30-31]。據(jù)俄羅斯油氣地質(zhì)研究院和秋明地下資源合理利用分析研究中心統(tǒng)計(jì),目前巴熱諾夫組火山灰?guī)r心發(fā)現(xiàn)的井有30口(圖2),鉆井的不同小層均有火山灰發(fā)現(xiàn),平面分布廣,單井剖面上以中上段居多,層數(shù)多但厚度不大,夾層主體表現(xiàn)為與碳酸鹽巖、泥頁巖和硅質(zhì)巖同期沉積,且測井曲線特征明顯,易于識(shí)別。

平面上,巴熱諾夫組火山灰井分布集中于盆地沉積中心的深水陸棚區(qū),以中部的漢特-曼西斯克州蘇爾古特地區(qū)為主,該區(qū)TOC含量普遍大于7%,部分地區(qū)超過11%(圖2),在提塘-早貝利阿斯期西西伯利亞海深水區(qū)有機(jī)質(zhì)含量超過15%～20%,有機(jī)質(zhì)的演化程度與鄰近區(qū)不發(fā)育火山灰的井區(qū)相比,成熟度(Ro)偏高,多介于0.7%～1.1%(圖2)，但生烴潛力高且已達(dá)到生油高峰[26],推測火山灰攜帶的鉬、鎳等催化元素，促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的成烴演化。

圖2 西西伯利亞盆地巴熱諾夫組火山灰分布區(qū)[24,31,44]

單井剖面上,巴熱諾夫組可劃分為6個(gè)小層,巴熱諾夫組上段的硅質(zhì)放射巖層巖性由均質(zhì)向非均質(zhì)過渡時(shí)期發(fā)育有多套火山灰夾層,并在火山灰層沉積之后出現(xiàn)泥質(zhì)頁巖(圖3)。已有井的資料表明,火山灰夾層最常見于巴熱諾夫組4層和5層底部[31],夾層厚度多為厘米級,單層厚度一般小于5 cm,部分粘土化或方沸石化,顏色多為黃褐色或淺灰色(圖4),凝灰狀但不成層,具黃色熒光,與鄰近的黑色硅質(zhì)泥頁巖顏色有明顯差異;顯微薄片下火山灰夾層礦物成分可見明顯的斜長石沸石顆粒,沸石化的斜長石和火山碎屑顆粒共存,自形且形狀尖銳的石英顆粒與粘土礦物(一般為伊利石-蒙脫石)共存,偶見高嶺石和白云母,黃鐵礦顆粒常見精細(xì)分散狀態(tài)。火山灰層段發(fā)育之下的1—3層巖性為均質(zhì)的泥頁巖,炭質(zhì)-泥質(zhì)硅巖與放射蟲夾層、弱白云巖化與次生白云巖化,體現(xiàn)出氣候變暖的特征;而在火山灰層段發(fā)育之上5層頂部和6層表現(xiàn)為高炭質(zhì)泥質(zhì)硅巖,見碳酸鹽巖和次生石灰?guī)r(圖3)。次生石灰?guī)r一般由交代過程形成，發(fā)生去白云石化作用(Ca2+替代Mg2+)。

圖3 西西伯利亞盆地巴熱諾夫組頁巖上、下層段巖性及火山灰發(fā)育特征(Nazeim中部地區(qū)219井，據(jù)VNIGNI,2016)

圖4 西西伯利亞盆地中部漢特-曼西斯克地區(qū)巴熱諾夫組火山灰?guī)r心特征 [29]

測井曲線特征對比研究認(rèn)為,巴熱諾夫組火山灰密集發(fā)育的層段GR曲線整體特征基本相似,伽馬正異常值的泥頁巖層段值異常高,同時(shí)具有泥巖的自然電位低值、電阻率高值、聲波時(shí)差高值等的特征(圖3),且在火山灰發(fā)育層段之上富有機(jī)質(zhì)頁巖TOC高,且優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育,多以疊層或互層顯示,測試段產(chǎn)能高,可作為“甜點(diǎn)層”的指示標(biāo)志。

3 火山灰對巴熱諾夫組優(yōu)質(zhì)頁巖形成的作用機(jī)制

3.1 促進(jìn)古生物的大量繁殖,提高古生產(chǎn)力

藻類大量繁殖和勃發(fā)是富有機(jī)質(zhì)頁巖形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來，火山灰促進(jìn)生物繁殖甚至爆發(fā)已被多家機(jī)構(gòu)論證，如Frogner等(2001)、Zhang 等(2017)和Zeng(2018)均論證了海洋中火山灰攜帶的鐵、鉬等營養(yǎng)元素有施肥的作用，促進(jìn)了自養(yǎng)和異養(yǎng)生物的生長以及大量繁殖，提高了海洋的初級生產(chǎn)力[34-36]。西西伯利亞盆地巴熱諾夫組有機(jī)質(zhì)全部由無定型的浮游和細(xì)菌類、膠狀藻類物質(zhì)組成,干酪根占巖石總質(zhì)量的7%～8.5%[23]。在巖心觀察中,巴熱諾夫組普遍大量發(fā)育雙殼類軟體動(dòng)物和其他底棲動(dòng)物,中部層段的硅質(zhì)放射巖層富含放射蟲,與雙殼介形蟲互層,海底生物擾動(dòng)作用明顯,表現(xiàn)出強(qiáng)黃鐵礦化(圖3);一般火山灰層段之下放射蟲相對較少,而在火山灰發(fā)育層段之上放射蟲豐度高,類型豐富多樣，多以Parvicingulacf.rostrata-P.cf.seria為主,殼飾發(fā)育，放射針、刺大多為三片形，具海綿殼體，部分放射蟲巖或放射蟲硅質(zhì)巖中呈富集條帶狀保存或聚集式分布，含量高達(dá)90%(圖5)。另外，富有機(jī)質(zhì)頁巖礦物成分測試表明,磷灰質(zhì)成分與其他海相火山灰發(fā)育地區(qū)的富有機(jī)質(zhì)層段頁巖中(如東歐地臺(tái)多瑪尼克組、美國Eagle-Ford頁巖等)的含量具有一致性[37],達(dá)417.85 g/t。磷是細(xì)胞膜和遺傳物質(zhì)的重要組成,對水體植物生命代謝具有重要作用,是生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的重要限制因子。還原環(huán)境可以促進(jìn)活性磷的活化、再生與循環(huán)[38],對沉積盆地生物的繁盛和有機(jī)質(zhì)的富集具有積極的意義。巴熱諾夫組火山灰發(fā)育層段的富有機(jī)質(zhì)中營養(yǎng)元素濃度通常高于其他元素，說明火山灰攜帶硅和磷等營養(yǎng)元素，促進(jìn)了海底生物的勃發(fā)。

圖5 西西伯利亞盆地中部漢特-曼西斯克地區(qū)巴熱諾夫組放射蟲發(fā)育特征

另外，巴熱諾夫組富有機(jī)質(zhì)頁巖中也檢測出異常濃度的Ni,V,Mo,Cu,Zr,Cd,Ba,Sr,U等指示深部流體的微量元素,因此認(rèn)為西西伯利亞盆地巴熱諾夫組頁巖形成時(shí)期存在周期性火山作用[39-41]:火山灰攜帶營養(yǎng)物質(zhì)輸入水體,促進(jìn)了生物的大量繁殖甚至爆發(fā),提高了初級生產(chǎn)力,增加了有機(jī)質(zhì)的豐度;后期水體中氧濃度過度消耗,形成缺氧環(huán)境從而引起水體中生物的死亡,為富有機(jī)質(zhì)烴源巖的快速形成、大量保存和有效埋藏提供了必要條件[20,42]。

3.2 形成強(qiáng)還原的沉積環(huán)境,促進(jìn)有富有機(jī)質(zhì)埋藏

巴熱諾夫組富有機(jī)質(zhì)頁巖存在黃鐵礦化、硅化和炭化3種作用[27,44],巖心觀察顯示巴熱諾夫組火山灰發(fā)育層段之下巖性主要為炭質(zhì)與鈣質(zhì)泥頁巖互層，見硅質(zhì)弱白云巖化與次生白云巖互層，黃鐵礦發(fā)育程度不高，巖心上表現(xiàn)不明顯，因此推測為弱氧化或者弱還原環(huán)境；而在火山灰發(fā)育層段之上草莓狀黃鐵礦呈層大量發(fā)育(圖3)于硅質(zhì)鈣質(zhì)泥頁巖中,同時(shí)放射蟲大量發(fā)育，見碳酸鹽巖結(jié)核，體現(xiàn)海底生物擾動(dòng)頻繁。掃描電鏡下黃鐵礦以球形-橢球形集合體為主,直徑2～10 μm不等,一般由大量等粒的微米-納米級多面黃鐵礦晶體聚集而成,晶內(nèi)粒間孔隙發(fā)育,形狀大小不一(圖6),部分黃鐵礦顆粒被有機(jī)質(zhì)包裹,體現(xiàn)了局部細(xì)菌的強(qiáng)還原作用;平面上以盆地沉積的中心部分最為明顯,剖面上自下而上草莓狀黃鐵礦含量逐漸增加,紋層中成層性較好,連續(xù)出現(xiàn),Co/Ni比值小于1,S/Fe比值偏高[37],以正常沉積成因?yàn)橹?。這反映了密閉海底環(huán)境中藻類和細(xì)菌的大量勃發(fā)消耗水體中氧含量，使得水體由火山灰降落時(shí)期的弱氧化或還原環(huán)境向強(qiáng)還原環(huán)境轉(zhuǎn)變，因此減少了有機(jī)質(zhì)氧化和降解,促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的有效保存和埋藏。

圖6 西西伯利亞盆地漢特-曼西斯克地區(qū)611井巴熱諾夫組上段掃描電鏡顯微特征(埋深2 359.23 m)

3.3 火山灰攜帶催化元素促進(jìn)有機(jī)質(zhì)生烴演化

火山灰形成前后一般伴隨巖漿活動(dòng)及熱液噴發(fā),除了攜帶大量的高溫、高壓地幔熱液以及Fe，Cu，Zn，Ag等多種金屬元素,也攜帶了典型促進(jìn)烴源巖生烴熱演化的微量催化元素如Se，Zr，Ti，V，Co，Mn，Ni，Mo，U等[15-17]。過渡金屬氧化物在不同酸堿性條件下大都有半導(dǎo)性、酸堿性和氧化還原性等催化活性。研究表明,過渡金屬元素中催化性能最強(qiáng)的是鎳元素,烴源巖中含量有1×10-6的鎳就能顯示出很強(qiáng)的催化力,可吸附氣體和有機(jī)質(zhì),導(dǎo)致其C-C鍵、C-S鍵、C-O鍵斷裂,從而達(dá)到催化目的[45];實(shí)驗(yàn)表明Mo，Se，Zr可明顯促進(jìn)飽和芳香烴降解[46];另外過渡金屬的單質(zhì)、氧化物、硫化物及其他有機(jī)化合物都具有顯著的催化作用,在煉油廠的裂解和化工上均有廣泛應(yīng)用[45]。

巴熱諾夫組頁巖平面上火山灰發(fā)育井區(qū)與鄰近區(qū)相比,有機(jī)質(zhì)成熟度適中,Ro偏分布于生油高峰帶(0.7%～1.1%)(圖2),說明有機(jī)質(zhì)中干酪根處于熱催化生油階段。同時(shí)，前人研究也表明，該區(qū)生烴潛力高，TOC含量多高于7%(圖2)，地球化學(xué)顯示輕烴組分S1一般大于6 mg/g[47]。巴熱諾夫組富有機(jī)質(zhì)頁巖火山灰夾層層段與不發(fā)育火山灰層段相比,多種催化元素含量明顯升高，如Ni，Mo，U等(圖7)。前人研究表明[30]，在沉積盆地中心的M地區(qū)，Ach，Rag，Mah等區(qū)塊測試巴熱諾夫組Ce，Cd，V的含量明顯高于同層段的淺水陸棚區(qū)，同時(shí)硅質(zhì)放射巖中發(fā)現(xiàn)有火山灰，元素測試其中Ni的百分含量約97～170 g/t，其他元素如Mo介于10～46 g/t，Cr位于118～160 g/t，Cd位于4.0～44 g/t，Mn達(dá)1390 g/t?？梢娀鹕交覕y帶的催化元素的加入在富有機(jī)質(zhì)頁巖埋藏生烴過程中對烴源巖生烴演化具有重要的促進(jìn)作用。一方面催化元素可改變周圍地區(qū)的化學(xué)場,加速干酪根的生烴速度,縮短反應(yīng)時(shí)間,另一方面可改變不同的反應(yīng)機(jī)理,進(jìn)而促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的成烴和演化,加速油氣的形成。

圖7 西西伯利亞盆地M區(qū)1-P井巴熱諾夫組巖性-地球化學(xué)特征(Predtechenskaya,2016)

3.4 火山灰發(fā)育層段利于發(fā)育富有機(jī)質(zhì)交互紋層

富有機(jī)質(zhì)頁巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中常見有機(jī)質(zhì)紋層與碳酸鹽巖紋層互層[8,22,48]。浮游藻類包括硅藻、顆石藻和溝鞭藻等，其分布廣泛且生長具有季節(jié)性，特定條件和時(shí)期的生成和富集具有很強(qiáng)的排他性。在溫暖潮濕的還原環(huán)境下,火山灰中營養(yǎng)元素的加入使水體中浮游生物大量繁殖甚至勃發(fā)，浮游植物中藻類數(shù)量在短時(shí)間內(nèi)快速增多，死亡沉降之后大量有機(jī)質(zhì)聚集，形成有機(jī)質(zhì)紋層；同時(shí)，大量的藻類勃發(fā)使光合作用加強(qiáng),消耗掉透光層中的CO2,使得CaCO3達(dá)到過飽和而結(jié)晶析出,形成碳酸鹽巖沉積紋層。如此多期的火山灰反復(fù)加入造成了火山灰層、碳酸鹽巖沉積紋層與有機(jī)質(zhì)紋層的交互沉積。巴熱諾夫組的富有機(jī)質(zhì)頁巖全盆地大面積分布，屬于海侵時(shí)期的深海陸棚相。火山灰發(fā)育層段剖面上位于巴熱諾夫組中上層，平面上主要位于盆地的沉積中心區(qū)。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)火山灰的井巖心觀察中，該層段交互紋層都非常發(fā)育，主要由厘米級灰褐色火山灰薄層、黑色的富含有機(jī)質(zhì)紋層和白色鈣質(zhì)紋層組成,富有機(jī)質(zhì)紋層中藻類豐富,見絲網(wǎng)狀體,呈連續(xù)水平狀,鈣質(zhì)紋層為微晶方解石,厚度比富有機(jī)質(zhì)紋層稍大,鈣質(zhì)結(jié)核中黃鐵礦發(fā)育(圖8)?；鹕交业慕德浔旧頌槌练e盆地提供直接物質(zhì)基礎(chǔ),加之藻類勃發(fā)形成富有機(jī)質(zhì)紋層與碳酸鹽巖紋層交互沉積,有利于發(fā)育層間孔縫,形成頁巖油氣運(yùn)移的重要通道，提高富有機(jī)質(zhì)頁巖層段的物性;同時(shí),碳酸鹽巖紋層的存在增強(qiáng)了地層的脆性,有利于頁巖層的壓裂改造[49]。

圖8 西西伯利亞盆地漢特-曼西斯克地區(qū)611井巴熱諾夫組巖心薄片鏡下特征(埋深2 359.23 m)

4 結(jié)論

1)西西伯利亞盆地巴熱諾夫組富有機(jī)質(zhì)頁巖中發(fā)育火山灰沉積，平面上火山灰發(fā)育井區(qū)TOC多大于7%,成熟度介于0.7%～1.1%;單井剖面上火山灰與頁巖的互層具有自然電位和自然伽馬值正異常、電阻率低值、聲波時(shí)差高值的特征;鏡下薄片火山灰蝕變礦物沸石發(fā)育,指示火山活動(dòng)的化學(xué)元素如Ge,Co,Ni,Mn等含量異常，且整體火山灰發(fā)育層段之上的頁巖中放射蟲豐度高于火山灰發(fā)育層段之下的頁巖。

2)巴熱諾夫組火山灰的發(fā)育與優(yōu)質(zhì)頁巖的形成存在一定的關(guān)系：火山灰可促進(jìn)巴熱諾夫頁巖形成時(shí)期古生物的大量繁殖,在消耗營養(yǎng)物質(zhì)之后又大量死亡,為烴的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ);火山灰沉積后期形成強(qiáng)還原的沉積環(huán)境促進(jìn)富有機(jī)質(zhì)保存埋藏，其攜帶的具有催化作用的微量元素加速了烴源巖成烴演化過程。同時(shí)，火山灰在促進(jìn)藻類勃發(fā)過程中消耗掉大量CO2并析出CaCO3結(jié)晶，形成泥頁巖交互紋層，利于頁巖油氣運(yùn)移并提高地層的脆性。

3)盡管巴熱諾夫組火山灰及其伴生作用可促進(jìn)富有機(jī)質(zhì)形成和成烴演化，但火山灰主要由快速沉降期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起，盆地內(nèi)火山灰來源和分布模式有待判定，火山灰對富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥頁巖的成源-成儲(chǔ)的作用時(shí)間范圍和影響規(guī)模仍不明確。因此，未來研究不僅應(yīng)考慮構(gòu)造和沉積的共同作用，同時(shí)還需考慮沉積環(huán)境對火山灰后期蝕變作用進(jìn)而對排烴和壓裂的影響，以應(yīng)用于后期開發(fā)。

致謝:感謝俄羅斯秋明國有地下資源合理利用分析研究中心和喀山大學(xué)地質(zhì)與石油技術(shù)學(xué)院提供數(shù)據(jù)資料和樣品,感謝審稿專家對本文的審核并提出的建設(shè)性意見。