陶金雨，胡宗全，申寶劍，潘安陽，李楚雄，王瑞湖，張美玲

（1. 中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126； 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，江蘇 無錫 214126； 3. 國家能源頁巖油研發(fā)中心，江蘇 無錫 214126； 4. 中國石油化工集團(tuán)公司油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214126； 5. 中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 6. 廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，廣西 南寧 530022）

臺槽相研究起始于20 世紀(jì)80 年代，特指在中國滇-黔-湘-桂地區(qū)泥盆紀(jì)－石炭紀(jì)分布的特殊的較深水沉積［1］。受加里東運(yùn)動的影響，欽防地區(qū)形成裂陷海槽，至泥盆紀(jì)擴(kuò)張成有限洋盆，往北東方向漸漸侵襲到桂中地區(qū)［2］，拉開了桂中坳陷海相沉積演化史的序幕。早石炭世，桂中坳陷繼承了晚泥盆世的構(gòu)造格局，隨著海侵沿北西方向深大斷裂持續(xù)進(jìn)行，明顯表現(xiàn)為淺水和極淺水的碳酸鹽臺地中間分布著的一種特殊較深水沉積相，引起了許多沉積學(xué)者的關(guān)注［3］。這種臺地與海槽相間的“臺-盆-丘-槽”沉積背景被命名為臺槽相［1］。在地貌上，較深水的臺槽相呈“條條”延伸，與之相鄰的碳酸鹽臺地相呈“塊塊”展布［1］。桂中坳陷下石炭統(tǒng)鹿寨組沉積時(shí)期，受海平面變化，古生產(chǎn)力頻繁波動［4］，在海槽內(nèi)沉積了一套富有機(jī)質(zhì)頁巖［5-6］，是目前廣西地區(qū)頁巖氣勘探開采的主力層系。雖然臺-槽相間的沉積模式研究已經(jīng)累積了一些成果，如臺棚-槽盆沉積、深水陸棚-淺水陸棚沉積、臺地-臺溝沉積等［7-12］，但相帶劃分方案與沉積模式尚未統(tǒng)一，而且針對這套細(xì)粒沉積頁巖層系，尚缺乏系統(tǒng)、精細(xì)、有針對性的沉積研究。

近年來，四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖氣勘探已經(jīng)取得重大突破，前人對于四川盆地古地理演化與沉積相研究積累了大量系統(tǒng)、深入的工作，陸棚沉積模式基本達(dá)成共識［13-16］。勘探實(shí)踐表明，桂中坳陷鹿寨組頁巖具有埋藏深度淺、沉積厚度大、有機(jī)碳含量高、有機(jī)質(zhì)類型好和有機(jī)質(zhì)成熟度高等特征，理論上應(yīng)該具有良好的頁巖氣勘探前景［6，17］，但卻遲遲未取得重大突破。與五峰組-龍馬溪組陸棚頁巖相比，桂中地區(qū)鹿寨組臺槽相頁巖具有怎樣的沉積特征，臺槽與陸棚沉積模式有何區(qū)別、又如何進(jìn)一步影響頁巖氣勘探，通過調(diào)研，目前鮮有這類研究?？梢?，桂中坳陷下石炭統(tǒng)頁巖層系的整體研究程度很低，直接制約了頁巖氣勘探。鑒于此，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文通過對鉆井巖心和野外剖面系統(tǒng)觀察和采樣，運(yùn)用沉積學(xué)、巖石學(xué)和實(shí)驗(yàn)測試等方法，對桂中坳陷下石炭統(tǒng)鹿寨組的頁巖層系進(jìn)行頁巖巖石學(xué)研究、相標(biāo)志識別和沉積相特征分析，總結(jié)并建立臺槽相頁巖的沉積模式，同時(shí)對比四川盆地五峰組-龍馬溪組陸棚相頁巖與研究區(qū)臺槽相頁巖的沉積特征，指出桂中坳陷北部頁巖氣勘探的優(yōu)勢相帶，厘清中國南方石炭系優(yōu)質(zhì)頁巖的形成和分布，使桂中地區(qū)盡早地成為中國南方未來海相頁巖氣勘探的接替區(qū)。

1 研究區(qū)概況

桂中坳陷是華南地區(qū)滇黔桂盆地東北部的一個(gè)次級構(gòu)造單元（圖1），在大地構(gòu)造上處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺南緣與華南加里東褶皺帶的結(jié)合部位，面積約4.6 ×104km2，屬于晚古生代大型海相沉積坳陷［6，17-18］。海西期由于古特提斯洋張開，桂中坳陷拉張、下沉開始接受沉積，經(jīng)歷了多期裂陷和擠壓作用的演化，在中泥盆世－早石炭世裂陷階段，坳陷北部形成了河池-宜州裂陷槽，槽內(nèi)沉積了一套次深水-深水的海相頁巖［6，19-20］。

桂中坳陷石炭系地層劃分方案根據(jù)巖石性質(zhì)、分布范圍、生物群分布及沉積相古地理等特點(diǎn)命名［21］。下石炭統(tǒng)鹿寨組（C1lz）厚度為37~550 m［6］，主要巖性如灰黑-黑色硅質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖，為一套較深水環(huán)境的沉積產(chǎn)物。鹿寨組下伏地層為上泥盆統(tǒng)五指山組（D3w），巖性常見有灰色扁豆?fàn)罨規(guī)r，屬于碳酸鹽臺地沉積，與鹿寨組整合接觸；上部為下石炭統(tǒng)黃金組（C1h），巖性主要為灰黑色和深灰色泥灰?guī)r，屬于近岸淺水沉積（圖1）。本文重點(diǎn)以鹿寨組（C1lz）下段頁巖層系為研究對象。

圖1 滇黔桂盆地桂中坳陷研究區(qū)地質(zhì)簡圖及下石炭統(tǒng)鹿寨組地層綜合柱狀圖Fig.1 Sketch map of the study area，and the comprehensive stratigraphic column of the Lower Carboniferous Luzhai Formation in the Guizhong Depression，Dianqiangui Basin

研究區(qū)位于桂中坳陷北部的河池-宜州斷裂附近，局部出露鹿寨組，出露區(qū)域巖性以黑-灰黑色硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)泥頁巖為主，最大厚度可達(dá)300 m。鹿寨組下段為富有機(jī)質(zhì)泥頁巖層段，厚度為22~159 m，總有機(jī)碳（TOC）含量介于0.59%~7.07%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型和Ⅱ1型，有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro，鏡質(zhì)體反射率）平均為2.19 %［12，22-23］，局部灰質(zhì)含量較高。本次對研究區(qū)180 件頁巖樣品進(jìn)行全巖X 衍射、有機(jī)質(zhì)含量測定、氬離子拋光掃描電鏡等實(shí)驗(yàn)測試分析，測試均在中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所完成。為了總結(jié)臺槽沉積的典型特征，本文以2條野外露頭和2口鉆井巖心為例進(jìn)行闡述。

2 頁巖層系巖石類型及特征

典型野外露頭和鉆井巖心的頁巖全巖礦物組成表明，鹿寨組下段頁巖的礦物成分以石英和粘土礦物為主，分別占46.36 %和33.49 %，其次為方解石、黃鐵礦、石膏、菱鐵礦及重晶石，在此例舉37件典型頁巖礦物成分?jǐn)?shù)據(jù)（表1）。依據(jù)巖石礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、有機(jī)質(zhì)含量及生物化石碎片等特征，鹿寨組下段頁巖層系共識別出10 種巖石類型：鈣質(zhì)泥（頁）巖（圖2a）、泥質(zhì)灰?guī)r（圖2b）、砂屑灰?guī)r、含泥灰?guī)r、炭質(zhì)泥頁巖、泥質(zhì)硅質(zhì)巖（圖2c，g）、硅質(zhì)（泥）頁巖（圖2d，f）、粉砂質(zhì)頁巖（圖2e）、硅質(zhì)灰?guī)r和硅質(zhì)巖（圖2h）。

表1 桂中坳陷鹿寨組臺槽相頁巖礦物成分Table 1 Mineral composition of platform?trough shale in the Luzhai Formation，Guizhong Depression

3 典型沉積相標(biāo)志

臺槽沉積以深水牽引流和濁流共同驅(qū)動，水動力條件很弱卻偶有動蕩。根據(jù)典型露頭剖面與鉆井巖心觀察與鑒定，識別出的沉積相標(biāo)志包括層理構(gòu)造、黃鐵礦及古生物碎片。

3.1 層理構(gòu)造

研究區(qū)鹿寨組下段頁巖發(fā)育的沉積構(gòu)造主要為一些生物成因和流水成因形成的層理，包括：①水平層理（圖3a）；②頁理（圖3b）；③泥質(zhì)紋層和灰質(zhì)紋層（圖3c）；④沖刷面；⑤變形構(gòu)造；⑥粒序?qū)永怼Ｆ渲?，泥巖的水平紋層和頁巖的頁理形成于極弱的水動力條件下，泥質(zhì)多以懸浮狀態(tài)不斷沉降。野外露頭的泥頁巖和硅質(zhì)頁巖的頁理風(fēng)化嚴(yán)重，常見于槽內(nèi)的臺棚和臺盆沉積。沖刷面和變形等層理多見于斜坡地區(qū)。

3.2 黃鐵礦

黃鐵礦主要發(fā)育在黑灰色炭質(zhì)泥巖和灰黑色頁巖中，含量很高，平均為3.79%，最高可達(dá)18.6%。黃鐵礦的粒徑分布反映沉積水體的氧化還原環(huán)境，在含氧-貧氧環(huán)境中容易形成直徑較大的成巖型黃鐵礦，而在滯留-缺氧環(huán)境中更容易形成直徑較小的同沉積莓狀黃鐵礦［24］。鹿寨組頁巖層系中，黃鐵礦的賦存狀態(tài)可識別出以下4種：①黃鐵礦團(tuán)塊和結(jié)核（圖3f），個(gè)體介于3 mm × 10 mm ~ 5 mm × 15 mm；②黃鐵礦條帶，介于1 mm×5 mm~2 mm×20 mm，條帶與層面平行；③黃鐵礦透鏡體（圖3f），介于1 mm × 1 mm ~2 mm × 5 mm，呈順層斷續(xù)狀分布；④莓狀黃鐵礦，由微米級的黃鐵礦晶體或微晶緊密堆積而形成，直徑4 ~ 8 μm，普遍為同沉積-早期成巖型黃鐵礦（圖2f 中黃鐵礦沿紋層分布，圖3g）。

圖2 桂中坳陷下石炭統(tǒng)鹿寨組主要沉積相巖石特征Fig.2 Petrological features of major sedimentary facies in the Lower Carboniferous Luzhai Formation，Guizhong Depression

圖3 桂中坳陷下石炭統(tǒng)鹿寨組臺槽相典型相標(biāo)志Fig.3 Sedimentary markers typical of platform-trough facies in the Lower Carboniferous Luzhai Formation，Guizhong Depression

3.3 古生物特征

不同的生物能夠反映其形成的沉積環(huán)境。研究區(qū)鹿寨組頁巖中的古生物主要發(fā)育在灰黑色炭質(zhì)泥巖、深灰色生物碎屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r和硅質(zhì)灰?guī)r中，多為臺地及臺地邊緣的生物沿著斜坡帶重力流所沉積下來的后生生物碎屑。生物類型主要有：①珊瑚、雙殼和腕足化石碎片（圖3h），在巖心中肉眼即可識別，破碎嚴(yán)重、分選差、堆積混雜，為異地埋藏，且水深相對硅質(zhì)巖發(fā)育水體而言較淺；②藻類，如鈣藻、藻團(tuán)粒及鈣球［25］；③植物碎片，疑似為莖類化石［26］，發(fā)育在炭質(zhì)泥巖和含碳泥巖中（圖3i）。

4 臺槽相特征

本次研究在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，在桂北地區(qū)鹿寨組下段可識別出臺槽相和臺地相兩類，本文重點(diǎn)介紹臺槽相。結(jié)合對臺槽相180 個(gè)頁巖樣品的X 衍射、TOC等測試分析，將其劃分為4 種亞相。其中，臺盆亞相頁巖具有較高的硅質(zhì)含量，粘土礦物含量介于5.0 % ~ 48.9%，平均值為29.7%；石英+長石含量介于43.4% ~94.8%，平均值為67.1%；碳酸鹽礦物含量介于0.1%~22.0%，平均值為3.2%。下斜坡亞相頁巖相比臺盆頁巖，硅質(zhì)含量變少、粘土礦物和灰質(zhì)含量增多，粘土礦物含量介于5.7%~67.2%，平均值為36.1%；石英+長石含量介于14.8%~74.0%，平均值為49.5%；碳酸鹽礦物含量介于0.4%~75.8%，平均值為14.5%。上斜坡亞相頁巖具有較高的灰質(zhì)含量，粘土礦物含量介于2.0%~60.1%，平均值為26.2%；石英+長石含量介于1.0 % ~ 65.6 %，平均值為27.6%；碳酸鹽礦物含量介于1.3%~94.5%，平均值為46.1%。臺棚亞相頁巖中，3類礦物含量相當(dāng)，粘土礦物含量介于17.7% ~ 47.8%，平均值為32.0%；石英+長石含量介于23.2%~59.0%，平均值為44.7%；碳酸鹽礦物含量介于3.2 % ~ 53.9 %，平均值為23.3%（圖4）。

圖4 桂中坳陷鹿寨組頁巖層系臺槽相礦物含量三角圖Fig.4 Ternary diagram of minerals in shales of platform-trough facies in the Luzhai Formation，Guizhong Depression

各個(gè)沉積亞相的巖相類型主要根據(jù)巖性組合特征、沉積相標(biāo)志和水動力條件，詳述如下。

4.1 臺盆亞相及其巖相類型

臺盆為臺槽相水體最深處，相當(dāng)于臺間海槽或臺溝。沉積物顏色深、粒度細(xì)、有機(jī)質(zhì)含量高，TOC含量在0.3%~6.6%，如白花剖面薄層狀硅質(zhì)巖段，TOC含量平均為5.1%（表1）。沉積水動力條件極弱，富集大量黃鐵礦，多以莓狀黃鐵礦產(chǎn)出，指示較深水的滯留-缺氧的還原環(huán)境。按照沉積物類型可以進(jìn)一步劃分為硅質(zhì)巖相和硅質(zhì)頁巖相兩種巖相。①硅質(zhì)巖相：巖石類型以黑色、灰黑色硅質(zhì)巖、硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)頁巖為特征，硅質(zhì)多為生物成因，碳酸鹽礦物含量低，塊狀構(gòu)造。該巖相TOC含量高，平均大于4%。值得注意的是，當(dāng)硅質(zhì)巖較純時(shí)（硅質(zhì)含量高于90 %）時(shí)，TOC含量驟減，僅介于0.3 % ~ 1.1 %，推測臺盆中的硅質(zhì)巖不全是生物成因，可能受到海底深層熱液物質(zhì)的影響，經(jīng)過海解作用而分解出大量的SiO2，使槽底局部地區(qū)高于SiO2飽和度而發(fā)生沉淀。②硅質(zhì)頁巖相：主要以黑色、灰黑色硅質(zhì)頁巖、黑色頁巖夾薄層泥晶灰?guī)r為特征（圖2d），頁巖中見不明顯的水平紋層，發(fā)育黃鐵礦透鏡體和黃鐵礦條帶，掃描電鏡下莓狀黃鐵礦富集，該巖相TOC含量平均為3.1%。

4.2 下斜坡亞相及其巖相類型

下斜坡亞相位于臺-槽之間的槽緣斜坡帶，為斜坡的前端，水體較深。與臺盆亞相的區(qū)別在于下斜坡的沉積物中灰質(zhì)含量增高（圖4），但仍以泥頁巖夾硅質(zhì)為主，并且發(fā)育硅質(zhì)含量較高的濁流沉積。該亞相的沉積物顏色較深、沉積物粒度細(xì)，有機(jī)質(zhì)含量較高，TOC含量范圍在0.2%~5.9%，如A 井鹿寨組下段屬于該類亞相（圖5）。按照沉積物類型可進(jìn)一步劃分為5 種巖相。①泥質(zhì)硅質(zhì)巖相：巖石類型以灰黑色泥質(zhì)硅質(zhì)巖、含泥硅質(zhì)巖、硅質(zhì)巖夾薄灰層為特征（圖2c），夾薄層硅質(zhì)頁巖，TOC含量高，平均為4.6 %，最高可達(dá)7.0 %；②硅質(zhì)灰?guī)r相：主要以深灰色硅質(zhì)灰?guī)r為主，發(fā)育燧石團(tuán)塊，TOC含量平均為1.4%；③炭質(zhì)泥巖相：以黑灰色炭質(zhì)泥巖夾薄層頁巖為特征，礦物含量最高可達(dá)14.7 %，黃鐵礦富集，多為黃鐵礦條帶和透鏡體，沿層面分布，常見植物根莖化石碎片，TOC含量平均為2.5%；④鈣質(zhì)泥巖相：發(fā)育黑灰色鈣質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)頁巖夾薄層泥灰?guī)r為特征，TOC含量平均為2.0%；⑤硅質(zhì)濁積砂：硅質(zhì)濁流沉積常見于斜坡相的下斜坡地區(qū)，由黑灰色硅質(zhì)頁巖、硅質(zhì)灰?guī)r與少量含泥和含灰硅質(zhì)巖組成，發(fā)育雜砂質(zhì)條帶和灰質(zhì)條帶，常見水平或低角度紋層、變形構(gòu)造和不完整的鮑馬序列（圖3d），TOC含量平均為1.4%。

圖5 滇黔桂盆地桂中坳陷A井鹿寨組沉積相及巖相特征Fig.5 Sedimentary facies and lithofacies characteristics in the Luzhai Formation in Well A，Guizhong Depression，Dianqiangui Basin

4.3 上斜坡亞相及其巖相類型

上斜坡位于臺-槽之間的臺緣斜坡帶，水體較下斜坡淺。由于更加靠近臺地，因此其中的沉積物比下斜坡的灰質(zhì)含量更高，硅質(zhì)含量更低，多為深灰色粉砂質(zhì)頁巖、灰泥互層，碳酸鹽礦物含量平均為55.3%，粘土礦物含量平均為17.4%（表1）。該亞相依然發(fā)育黃鐵礦，多以肉眼可見的黃鐵礦團(tuán)塊和結(jié)核產(chǎn)出。異地生物化石豐富，常見珊瑚、腕足、介形蟲和菊石碎片等。值得注意的是，由于桂中地區(qū)具有相變快的特點(diǎn)，下斜坡和上斜坡的坡度很大，因此在單井垂向上表現(xiàn)出沉積物厚度較小的特征，沉積物多為過路不留，可以作為海槽內(nèi)斜坡帶的識別標(biāo)志之一。按照沉積物類型可進(jìn)一步劃分為5 種巖相。①灰質(zhì)泥巖相：發(fā)育深灰色灰質(zhì)泥巖和含灰泥（頁）巖，夾薄層硅質(zhì)泥巖，TOC含量平均為1.7%；②含泥灰?guī)r相：主要發(fā)育灰色含泥灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r（圖2b），粘土礦物含量平均為24.1 %，TOC含量平均為1.2%；③硅質(zhì)灰?guī)r相：以深灰色薄層硅質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r與硅質(zhì)泥頁巖互層為特征，發(fā)育黃鐵礦團(tuán)塊和黃鐵礦結(jié)核，TOC含量平均為0.8 %，巖心致密；④生屑灰?guī)r相：發(fā)育灰色生物碎屑灰?guī)r，單層厚度較小，約1.14 m，發(fā)育珊瑚、腕足和雙殼化石碎片，分選差，TOC含量低，平均為0.2%；⑤灰質(zhì)濁積砂：灰質(zhì)濁流沉積常見于水動力相對增強(qiáng)的斜坡帶的上斜坡地區(qū)，距離臺地相更近。與下斜坡亞相中濁積砂的區(qū)別在于，上斜坡亞相中濁積砂不含硅質(zhì)，以灰質(zhì)和泥質(zhì)混染為特點(diǎn)。

上斜坡常見的巖性包括灰質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥頁巖與泥質(zhì)粉砂巖互層、泥巖與灰?guī)r混染成透鏡體狀，夾雜砂質(zhì)條帶和炭質(zhì)條帶，可見極粗砂和細(xì)漂礫，粒徑1 ~ 2 mm，磨圓度差，代表水深變淺，且存在陸源物質(zhì)輸入。沉積構(gòu)造如泥質(zhì)紋層、灰質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖的塑性滑動變形、包卷層理、塊狀層理及沖刷面（圖3e，f）。灰質(zhì)濁流沉積與象州崖腳剖面下石炭統(tǒng)巴平組下段的鈣屑濁流沉積相似［22，27］，推測具有相似的成因機(jī)制。TOC含量平均為2.1%。

4.4 臺棚亞相及其巖相類型

臺棚位于臺槽相中水體相對最淺的位置，地層坡度很緩，屬于泥灰質(zhì)平臺區(qū)，再向水體更淺的位置即為碳酸鹽臺地的臺地邊緣斜坡。臺棚中沉積物顏色較上斜坡更淺，X 衍射測試表明其礦物含量以混合巖巖相為主，即灰質(zhì)、硅質(zhì)、粘土礦物含量均不高于50 %，其中粘土礦物含量介于15.8%~46.2%，碳酸鹽含量介于10.0 % ~ 48.5 %，TOC含量較低，介于0.7 % ~1.6 %（表1；圖4）。按照沉積物類型僅識別出1 種巖相，即鈣質(zhì)泥巖相。該巖相常見的巖石組合類型有深灰色鈣質(zhì)泥巖、泥巖夾薄灰層（圖2a），灰?guī)r層厚度范圍在0.4~0.9 m，且向上變厚。當(dāng)灰層厚度大于泥層厚度時(shí)，過渡為臺地相區(qū)的臺地邊緣相。

5 臺槽相沉積模式與優(yōu)勢相帶

5.1 臺槽相頁巖沉積模式

早石炭世早期沉積繼承了晚泥盆世的構(gòu)造-沉積格局，石炭紀(jì)古地勢北東高、南西低，海盆向南西變深，總體從南部的欽防海槽方向向北發(fā)生海侵。根據(jù)研究區(qū)下石炭統(tǒng)頁巖層系的巖相劃分、單井及連井沉積相對比分析，結(jié)合地層與構(gòu)造古地貌特征，建立了桂中坳陷鹿寨組臺槽相頁巖沉積模式（圖6）。差異抬升造成海槽內(nèi)形成了地勢相對平緩的臺棚、陡峭的斜坡和槽中心水體最深的臺盆。其中，臺棚以發(fā)育薄層水平紋層鈣質(zhì)泥巖作為識別標(biāo)志，斜坡帶的沉積物厚度薄，硅質(zhì)、灰質(zhì)、粉砂質(zhì)和泥質(zhì)混積，常見各種變形層理，臺盆主要發(fā)育黑色、灰黑色硅質(zhì)巖和硅質(zhì)頁巖。

圖6 桂中坳陷下石炭統(tǒng)臺槽相頁巖沉積模式Fig.6 Depositional model of the platform-trough shale in the Lower Carboniferous Luzhai Formation，Guizhong Depression

除了臺槽之外，桂中坳陷還發(fā)育有臺地相和丘臺相，均位于氧化還原界面之上。臺地相以灰色厚層塊狀灰?guī)r和生屑灰?guī)r為主；丘臺相即為孤立碳酸鹽臺地，發(fā)育中-厚層灰?guī)r、生屑灰?guī)r和礁灰?guī)r，在本文中兩者均不具體展開。

桂中坳陷北部鹿寨組臺槽頁巖與四川盆地五峰組-龍馬溪組陸棚沉積頁巖不同，體現(xiàn)在構(gòu)造演化背景引起古地理格局不同，從而影響了臺槽的巖石成分、古水深、生物類型等古海洋環(huán)境的差異（表2）。

表2 桂中地區(qū)與四川盆地富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積特征對比［12，22，27-28］Table 2 Comparison of sedimentary characteristics between the shales in Guizhong area and in the Sichuan Basin［12，22，27-28］

鹿寨組的富有機(jī)質(zhì)頁巖常見黑色硅質(zhì)巖、灰黑色硅質(zhì)頁巖，局部夾薄層泥灰?guī)r沉積，反映了沉積海域的水體雖然較深，但臺地相區(qū)提供的碳酸鹽沉積仍然頻繁沿著斜坡帶混入，陸源碎屑以泥質(zhì)沉積物的形式摻和進(jìn)來。四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖是一套以灰黑色炭質(zhì)頁巖、深灰色粉砂質(zhì)頁巖和灰色粉砂質(zhì)泥巖為代表的細(xì)粒碎屑沉積，相比桂中地區(qū)，其發(fā)育的泥灰?guī)r和鈣質(zhì)頁巖的厚度較小，多呈透鏡體的形態(tài)特征，較少出現(xiàn)沿著斜坡重力流混入的介殼灰?guī)r層［13，29］。

桂北地區(qū)宜州—柳州—鹿寨一帶鹿寨組沉積時(shí)期富集了大量黃鐵礦，沉積水體整體處于氧化還原界面之下的還原環(huán)境，中等生產(chǎn)力水平及貧氧-缺氧的水體條件使得有機(jī)質(zhì)大量富集［30-31］。在古海洋水體環(huán)境上，五峰組-龍馬溪組頁巖與鹿寨組富有機(jī)質(zhì)頁巖相似，其高有機(jī)碳含量均得益于古海洋缺氧［13］。四川盆地深水陸棚沉積的水深在50 ~ 200 m［14］，而鹿寨組黃鐵礦含量和硅質(zhì)更高，可能指示海槽具有更深的水體環(huán)境。對于桂中的古水深前人尚未提出具體數(shù)據(jù)，關(guān)于這一點(diǎn)還有待于進(jìn)一步研究和證實(shí)。

結(jié)合前人的沉積相研究結(jié)果，桂中坳陷北部白花—寨沙一帶以硅質(zhì)巖和硅質(zhì)頁巖的深水沉積為主［18，21］，泥頁巖厚度約為87~118 m；北部長盛坳一帶仍然發(fā)育硅質(zhì)頁巖夾薄層泥灰?guī)r，泥頁巖厚度減薄到66 m 左右；但在宜州—峽口一帶發(fā)育深灰色粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖，大量灰質(zhì)的混入以及腕足等化石碎片的出現(xiàn)均表明水體明顯變淺，黑色炭質(zhì)泥巖中夾雜大量陸源植物碎片甚至顯露出海-陸過渡相特征，泥頁巖厚度減薄到20~29 m。由此可見，在桂北地區(qū)百公里范圍內(nèi)臺-槽之間的相變很快。而四川盆地及其周緣形成于隆-坳相間的大面積深水陸棚環(huán)境，龍馬溪組下部的富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度在37 ~ 76 m，平均為53 m［13-14］，百公里范圍內(nèi)頁巖厚度變化明顯小于桂北地區(qū)，可見桂中坳陷獨(dú)特的古地理格局加大了廣西地區(qū)頁巖氣甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選的難度。正因如此，桂中地區(qū)的沉積相劃分及其模式尤其需要考慮古地理背景對沉積環(huán)境的重要影響。前人將桂中劃分為陸棚沉積模式可能是出于方便與四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖對比的目的，但研究區(qū)“臺-盆-丘-槽”的沉積構(gòu)造背景較為特殊［23］，具有水體更深、范圍更窄、坡度更陡的特點(diǎn)，“臺地-斜坡-海槽”則更具科學(xué)性。這對于廣西地區(qū)下石炭統(tǒng)富有機(jī)質(zhì)頁巖層系，以及下伏的泥盆系頁巖層系的甜點(diǎn)層段優(yōu)選與勘探選區(qū)評價(jià)具有重要的實(shí)際意義。

5.2 富有機(jī)質(zhì)頁巖發(fā)育優(yōu)勢相帶

臺槽沉積中不同相帶發(fā)育的頁巖具有不同的有機(jī)碳含量，對頁巖氣的勘探潛力具有重要影響［32-36］。根據(jù)劉忠寶等（2019）中TOC含量分級方案［37］，將研究區(qū)TOC含量分為含碳（≤0.5 %）、低碳（0.5 % ~ 1.0 %）、中碳（1.0 % ~ 2.0 %）、高碳（2.0 % ~ 4.0 %）和富碳（＞4%）5類，以便優(yōu)選出富有機(jī)質(zhì)頁巖的相帶類型。

結(jié)合巖心觀察、薄片鑒定和SEM 分析，對180個(gè)全巖礦物含量及其TOC含量測試結(jié)果的分析表明，臺盆和下斜坡亞相中頁巖以高碳-富碳為主；上斜坡亞相中頁巖的中碳和含碳樣品居多；臺棚亞相以發(fā)育中-低碳頁巖為特征（圖7）?？梢娕_盆和下斜坡為臺槽相中有利的亞相類型，品質(zhì)優(yōu)于上斜坡和臺棚。進(jìn)一步地，通過比較臺盆和下斜坡中不同巖相的TOC含量發(fā)現(xiàn)，在臺盆亞相中，硅質(zhì)頁巖相高碳樣品所占比例最高，而硅質(zhì)巖相中頁巖樣品在中-高-富碳區(qū)間均有分布；下斜坡中泥質(zhì)硅質(zhì)巖相的有機(jī)碳含量最高（高-富碳巖相累積占92.6%），炭質(zhì)泥巖相屬于高碳巖相，其次為鈣質(zhì)泥巖相和硅質(zhì)灰?guī)r相（中碳為主）。

圖7 桂中坳陷下石炭統(tǒng)臺槽相不同亞相頁巖有機(jī)質(zhì)含量對比Fig.7 Comparison of TOC content in platform-trough shale of diverse subfacies in the Lower Carboniferous，Guizhong Depression

分析可知，臺盆和下斜坡中的高碳樣品主要集中在硅質(zhì)頁巖相和炭質(zhì)頁巖相中，硅質(zhì)多以生物成因?yàn)橹?，富集大量的有機(jī)質(zhì)。雖然富碳樣品大量分布在灰質(zhì)硅質(zhì)巖相與硅質(zhì)巖相中，但此類巖相的TOC含量分布相對分散。鑒于此，針對硅質(zhì)巖中含碳和低碳樣品的礦物成分開展分析。結(jié)果表明，下斜坡的泥質(zhì)硅質(zhì)巖相中，含碳與低碳樣品的碳酸鹽礦物含量高達(dá)88.4%，這是因?yàn)闃悠凡勺韵滦逼鹿栀|(zhì)巖中的灰?guī)r薄夾層。在臺盆亞相硅質(zhì)巖相中，低碳樣品（TOC=0.3%~1.1%）具有高硅質(zhì)含量（89.1%~94.1%）的特征，幾乎接近純硅質(zhì)巖，說明純硅質(zhì)巖中有機(jī)質(zhì)很少，推測臺盆中的硅質(zhì)巖不全是生物成因，可能為化學(xué)成因。當(dāng)硅質(zhì)含量超過90%時(shí)，臺盆中部分地區(qū)受到海底熱液影響，類似南部欽防海槽中熱液成因的硅質(zhì)巖［38-42］。因此，相比臺槽相最深處的臺盆沉積硅質(zhì)巖而言，含有少量灰質(zhì)和泥質(zhì)的硅質(zhì)巖更具潛力。在勘探過程中，除了槽內(nèi)最深處的臺盆區(qū)之外，還需要對臺槽下斜坡地區(qū)引起重視。

6 結(jié)論

1）在桂中坳陷北部下石炭統(tǒng)鹿寨組下段泥頁巖系中，識別出沉積相標(biāo)志有6 種流水成因?qū)永順?gòu)造；較深水的臺盆中黃鐵礦富集，以黃鐵礦團(tuán)塊、黃鐵礦條帶、黃鐵礦透鏡體和莓狀黃鐵礦4 種狀態(tài)產(chǎn)出。斜坡地區(qū)常常發(fā)育硅質(zhì)和灰質(zhì)為主要成分的濁流沉積，以及若干珊瑚、腕足等動植物化石碎片。

2）研究區(qū)臺槽相可分為4 個(gè)亞相和13 個(gè)巖相，水體從深到淺分別為：臺盆亞相（硅質(zhì)巖相、硅質(zhì)頁巖相）、下斜坡亞相（泥質(zhì)硅質(zhì)巖相、硅質(zhì)灰?guī)r相、炭質(zhì)泥巖相、鈣質(zhì)泥巖相和硅質(zhì)濁積砂）、上斜坡亞相（灰質(zhì)泥巖相、含泥灰?guī)r相、硅質(zhì)灰?guī)r相、生屑灰?guī)r相和灰質(zhì)濁積砂）和臺棚亞相（鈣質(zhì)頁巖相）。

3）臺盆和下斜坡亞相為臺槽沉積中的勘探優(yōu)勢相帶，且含有少量灰質(zhì)和泥質(zhì)的硅質(zhì)巖相更具勘探潛力。其中，臺盆亞相的優(yōu)勢巖相類型是硅質(zhì)巖相和硅質(zhì)頁巖相，下斜坡亞相的優(yōu)勢巖相類型是泥質(zhì)硅質(zhì)巖相和炭質(zhì)泥巖相。桂中鹿寨組頁巖的優(yōu)勢相帶主要沿河池-宜州斷裂分布，如宜州以北以及柳城—鹿寨一帶，頁巖氣的有利區(qū)帶優(yōu)選還需要綜合考慮后期構(gòu)造改造等多種因素的影響。針對研究區(qū)特殊的構(gòu)造沉積演化背景，建立恰當(dāng)?shù)某练e模式對中國頁巖氣勘探具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。