皖南埃迪卡拉系蓝田组页岩的组成与孔隙结构特征研究

发布时间：2018-04-15 21:17

本文选题：埃迪卡拉纪 + 蓝田组页岩　；参考：《中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)》2016年博士论文

【摘要】：埃迪卡拉系陡山沱组地层见证了宏体多细胞生物与海洋-大气环境的关键演化事件,一直是国内外及多学科的研究热点。下扬子皖南地区蓝田组页岩中蓝田生物群化石的产出为地球早期生命起源和演化以及该时期古海洋沉积环境研究提供了一个重要的窗口。此外,作为我国页岩气勘探开发的重点区域,南方扬子地区广泛发育三套广泛分布的海相黑色页岩,包括不同沉积环境的埃迪卡拉系海相沉积。然而,相对于下寒武统与下志留统黑色页岩的研究程度,该套地层的相关研究明显较少。本论文基于下扬子皖南地区埃迪卡拉系蓝田组的页岩样品,详细、系统的研究了页岩的有机地球化学性质,并在此基础上,通过顺序抽提和加氢催化裂解法尝试研究页岩中游离态、吸附/包裹态以及干酪根化学键合态的分子与同位素组成及指示意义。结合前人的研究,初步总结了扬子区不同沉积相的埃迪卡拉系地层有机质的富集规律以及蓝田地区的沉积古环境。此外,结合多种技术手段系统分析了蓝田组页岩的组成和孔隙结构特征等,探讨其组成和孔隙度及孔隙结构之间的相关性,并评价了相互影响因素。本文取得的主要结论如下:1.埃迪卡拉系蓝田组富有机质页岩主要发育在II段及IV段,II段富有机质厚度大约为90米,IV段约为10米。根据有机碳同位素的变化进一步把蓝田II段页岩分为两个亚段:下亚段有机质δ13C值由底部约 34‰向上缓慢增加至 30‰,上亚段有机质的δ13C值整体在 29‰左右。II段黑色页岩TOC含量普遍高于2%,最高可达12%,超过40 m厚的层段TOC含量高于4%。表明蓝田组II段为一套典型的富有机质黑色页岩层。扬子区域上的埃迪卡拉纪有机质富集层位主要为陡山沱组II段、IV段和灯影组中段,其中以下扬子皖南地区的蓝田组II段为最优,厚度大且有机质富集程度显著高于中-上扬子斜坡-陆棚相同层位。表明有机质富集程度受控于沉积相,斜坡-盆地深水区有利于有机质的富集。2.蓝田组页岩的固体沥青反射率和激光拉曼参数计算得出的效镜质体反射率值分别为4.14 4.32%(4.22%),3.98 4.12%(4.04%),表明埃迪卡拉系蓝田组页岩处于高过成熟阶段,为裂解基本完全的“干气阶段”。此外,页岩的Rock-eval岩石热解以及干酪根的元素分析数据均表明页岩的高过成熟阶段。不同方法对页岩不同形态的分子组成的研究结果显示,仅在II段上部页岩与碳酸盐夹层段的样品中检测出游离态少量低碳数的饱和烃。鉴于其成分组分与热演化阶段不匹配,且彼此之间的关系不明显。该系列分子不具有原生性,极可能是漫长的地质后期侵入的成分。因此,蓝田组页岩的分子与同位素的研究未取得预期的成果。3.蓝田组页岩在矿物组成上以石英含量为主(33 72%),其次是粘土矿物和长石,含量都在2%到20%之间;而碳酸盐的含量值范围较大,最高的可达60%。值得注意的是,蓝田组页岩黄铁矿含量非常丰富,最大值可达19%。蓝田组页岩toc和ts含量的相互关系表明页岩沉积在普遍缺氧,富硫酸盐,且波动较大的氧化还原水体环境。页岩toc和ts以及toc和碳酸盐含量的相关性表明ii段上下两个亚层段的沉积环境相差较大,下段较深的水体环境,硫酸根离子或碎屑铁矿物含量较少,有机质更好的保存下来;而上段处于更为厌氧的环境,硫酸盐、活性铁离子供应较多,且更多陆源物质输入。4.蓝田组钻井岩芯页岩的孔隙度在1.0%到7.9%之间,平均值为4.1%,且与toc含量呈现很好的线性相关性。扫描电镜观察表明,页岩中有机质一致地填充在各种矿物颗粒间的空隙里,例如草莓状黄铁矿晶簇或粘土矿物聚合体的层间,有机质发育大量的纳米级孔隙,孔径主体小于100nm。粒间孔集中发育在有机质与各种矿物之间的边界,以及矿物颗粒之间,且孔径明显大于有机孔的。此外,微裂隙发育非常少,且主要存在于粘土矿物聚合体与有机质的边界。页岩的矿物组成与孔隙度之间存在一定的相关性,例如,粘土矿物、石英及黄铁矿含量与孔隙度也具有较好的正相关性,但这种相关性,至少在某种程度上是由有机质与矿物含量的相关性造成的。5.孔径分布趋势图表明了蓝田组页岩的孔隙有几个不同模式特征。页岩微孔孔体积与toc含量呈现极好的线性正相关性,中孔孔体积与toc的相关性很好,而大孔孔体积与toc的相关性较差。其中两个高toc含量的样品(7%)具有较低大孔体积及中等的中孔体积。这些结果表明(i)页岩的微孔的含量与有机质密切相关;(ii)在富有机质页岩里,压实作用对大孔的影响比对小孔强烈。6.限定在生物化石层段的露头和岩芯的组成和孔隙度研究表明,页岩在抬升出露地表必然会受到一定的风化作用影响,哪怕再新鲜的样品,其矿物组分和化学元素组成都会发生改变。所测露头样品的氦-孔隙度介于10.4 17.3%,明显大于岩芯的1.4 3.8%。扫描电镜观察发现:露头与岩芯的有机孔形态、大小相似,但露头的矿物基质孔隙更为发育,特别是矿物粒间孔,且孔径更大。露头与岩芯最大的差异是发育大量的微裂隙,且不只发育在黏土矿物聚合体与有机质结合处,不同矿物间的边缘也发育微裂隙,甚至矿物本身都有发育。孔径分布趋势表明露头含有大量的孔径为20 500nm及数微米级的孔隙,但不同孔径间的连通性较差。而岩芯具有较多的中孔的贡献值,且不同孔径孔隙间的连续性及连通性好。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P618.13

【参考文献】