何文淵,張金友,鐘建華,孫寧亮

1)中國石油國際勘探開發(fā)有限公司,北京,100032; 2) 黑龍江省陸相頁巖油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江大慶,163712;3) 東北大學(xué)秦皇島分校,河北秦皇島,066004; 4) 中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島,266580

順層方解石脈是頁巖油儲(chǔ)層中比較常見的一種構(gòu)造,雖然它的體量不大,但是攜帶的地質(zhì)信息很多,近年來頗受重視,取得了很多成果(何文淵等,2022,2023;楊勇等,2023)。

近期大慶油田在古龍凹陷青山口組獲得了頁巖油的資源量可達(dá)15.1 Gt,已引起廣泛關(guān)注,但還有一些地質(zhì)問題沒有解決,嚴(yán)重地影響了頁巖油的勘探開發(fā)。因此,對(duì)古龍凹陷青山口組頁巖的基礎(chǔ)地質(zhì)進(jìn)行深入研究具有重要意義。古龍青山口組頁巖中的方解石脈的成因是一個(gè)值得關(guān)注的問題。目前對(duì)順層方解石脈的成因研究是一個(gè)熱點(diǎn):一是觀點(diǎn)認(rèn)為是化學(xué)成因;另一種觀點(diǎn)是生物成因。也有人認(rèn)為這兩種成因的順層方解石脈都存在。筆者等僅討論第二種成因。按產(chǎn)狀古龍青山口組頁巖中發(fā)育了兩種方解石脈,一種是順層方解石脈;另一種是傾斜方解石脈(何文淵等,2022)。筆者等近期對(duì)古龍青山口組頁巖油儲(chǔ)層中的順層方解石脈的成因進(jìn)行了研究,認(rèn)為一些順層方解石脈的成因主要與藻生物層或藻席有關(guān)。

古龍青山口組頁巖中的順層方解石脈中的藻有疊錐狀、纖柱狀或管柱狀、樹形狀、姜塊狀或竹根狀、顆粒狀和強(qiáng)烈重結(jié)晶顆粒狀等,本文僅介紹樹形藻和強(qiáng)烈重結(jié)晶顆粒狀。文章內(nèi)容不涉及藻的生物種屬和分類,僅從形態(tài)和結(jié)構(gòu)上分類討論相關(guān)問題。

圖1a初步觀察為疊錐構(gòu)造形成的順層方解石脈,經(jīng)放大25倍后發(fā)現(xiàn)了是由一系列樹形藻形成的,具有明顯的“主干”和“側(cè)干”,但“根”不發(fā)育。圖1b中的樹形藻具有發(fā)育良好的“根”,呈極細(xì)的絲發(fā)狀,其可能在藻發(fā)育的早期起固定作用,并沒有高等植物的根的吸收養(yǎng)分的功能。藻一般沒有真正的根莖葉分化。

圖1的方解石脈是基本沒有重結(jié)晶的順層方解石脈,其中的藻結(jié)構(gòu)保存很好。重結(jié)晶會(huì)深刻地改造順層方解石脈的原生生物結(jié)構(gòu),如果能夠在重結(jié)晶很強(qiáng)烈的順層方解石脈中發(fā)現(xiàn)藻結(jié)構(gòu)就能接受順層方解石脈的生物成因。所以有必要研究強(qiáng)烈重結(jié)晶的順層方解石脈。圖1c—h中的順層方解石脈重結(jié)晶非常強(qiáng)烈,整個(gè)方解石脈幾乎都由數(shù)毫米粒徑的方解石顆粒組成,很難看出有藻結(jié)構(gòu)。在顯微鏡下仔細(xì)地觀察這種強(qiáng)烈重結(jié)晶方解石脈由直徑數(shù)毫米的方解石晶體組成(圖1c),使方解石脈幾乎徹底失去了其原來的特征,但仔細(xì)觀察還是可以發(fā)現(xiàn)一些殘余的藻結(jié)構(gòu)(圖1d、e)。圖1e是一個(gè)倒錐構(gòu)造,有一系列發(fā)育了橫隔的管狀藻組成。通過對(duì)江77井和江79井埋深500余米的順層方解石脈的研究發(fā)現(xiàn)其中也有這種構(gòu)造,由于沒有經(jīng)歷重結(jié)晶作用的改造,江77井和江79井中的順層方解石脈可以視為沉積時(shí)的原生構(gòu)造。江77井和江79井中的順層方解石脈中的管狀藻就有大量這種橫隔構(gòu)造。所以,通過對(duì)比研究可以確定圖1c—h中的重結(jié)晶順層方解石脈也是藻生物層形成的。除了圖1d和圖1e中的這種藻構(gòu)造外還可以見到一些其他的藻構(gòu)造。此外,在侏羅系沒有經(jīng)過明顯重結(jié)晶的疊錐構(gòu)造中也見到了這種構(gòu)造。圖1f是另一個(gè)含少量油和重結(jié)晶較強(qiáng)的順層方解石脈,通過顯微鏡放大可以見到鋸齒狀的藻結(jié)構(gòu)(圖1g、h),這是不同藻管之間的接觸邊界,在新疆哈密淖毛湖盆地的侏羅系的疊錐構(gòu)造中非常發(fā)育。重結(jié)晶使方解石脈中的碳酸鹽細(xì)顆粒轉(zhuǎn)變成大晶粒,但不會(huì)使黏土等其他礦物轉(zhuǎn)變成方解石,所以在藻生物層形成時(shí)藻中的黏土等礦物得以保存下來,進(jìn)而使藻的原生結(jié)構(gòu)保存下來,使后來成為識(shí)別順層方解石脈的藻成因成為可能。

還有一種順層方解石脈不僅重結(jié)晶強(qiáng)烈,而且含油,使方解石脈呈黃褐色(圖2)。這種順層方解石脈也比較常見,由于纖柱狀構(gòu)造發(fā)育,很容易認(rèn)為其化學(xué)成因,但其中發(fā)育了橫隔構(gòu)造非常發(fā)育的管柱狀藻(圖2a、b)和樹形藻(圖2)。與新疆哈密的淖毛湖盆地的侏羅系疊錐構(gòu)造中發(fā)育橫隔的管柱狀藻非常相似(曹夢(mèng)春等,2017)。這兩種藻的存在揭示了圖2順層方解石脈的藻生物層成因。

圖2 強(qiáng)烈重結(jié)晶和強(qiáng)烈油侵的順層方解石脈及其藻結(jié)構(gòu)殘留

方解石脈是一種很致密隔層,可以對(duì)頁巖油起著封閉作用,所以方解石脈也可能是頁巖滯留油氣的有利因素之一,值得今后詳細(xì)研究。

上述3種現(xiàn)象表明古龍凹陷青山口組頁巖中的順層方解石是由藻生物層或藻席形成的,藻生物層和藻席是固著在盆地沉積基底上的,加上浮游藻和碎屑的不斷沉降形成了較復(fù)雜的藻生物層。藻生物層或藻席一般在海水深度小于20 m的地方發(fā)育,因?yàn)樵迳飳踊蛟逑L需要陽光。同理推測(cè)古龍凹陷青山口組頁巖中的順層方解石脈的形成深度也在20 m以內(nèi),與從風(fēng)暴沉積的深度20～30 m比較接近。在經(jīng)常遭受風(fēng)暴作用的20 m的深度竟然能發(fā)育含有機(jī)質(zhì)較高的青山口組頁巖是一件值得深思的事情(圖3)。黏土中富有機(jī)質(zhì)揭示了當(dāng)時(shí)的大氣缺氧,即使水體不深,且受波浪攪拌,浪基面—還原界面被破壞,但還是能形成了富有機(jī)質(zhì)的頁巖,間接地揭示了當(dāng)時(shí)的大氣缺氧,與OAE2有關(guān);值得今后深入研究。

圖3 古龍凹陷青山口組藻生物層(藻席)的沉積模式