鄂爾多斯盆地三疊系延長組黑色巖系成因探討
——以銅川地區(qū)長73段為例

宋世駿，柳益群，鄭慶華，周鼎武，付瑜

1.西北大學大陸動力學國家重點實驗室，西安 710069

2.西北大學地質學系，西安 710069

3.榆林學院能源工程學院，陜西榆林 719000

4.山東科技大學地球科學與地質工程學院，山東青島 266510

0 引言

黑色巖系是一套富含有機質的暗色泥頁巖、粉砂巖、硅質巖和少量碳酸鹽巖等海/湖相陸源細粒沉積巖的總稱[1]，其巖石組合、形成環(huán)境具有特殊性，而且與成礦和油氣形成關系密切，受到國內外地質學界的長期關注。目前對于黑色巖系中泥頁巖微觀孔隙類型和生烴指標的研究較多，實驗方法成熟，但其成因研究相對較少且存在爭議，具體表現(xiàn)為除了傳統(tǒng)認識的陸源物質沉積成因外，熱水沉積和火山物質沉積成因的觀點逐漸受到關注和認可。前人研究成果表明，我國南方廣泛分布的下寒武統(tǒng)黑色巖系成因以陸源物質沉積+熱水沉積[2-4]為主，屬于海相沉積，多為缺氧、低能、還原的淺海陸棚環(huán)境+海底熱液對流沉積背景；以新疆地區(qū)、松遼盆地烴源巖系為代表的我國北方黑色巖系的成因主要是陸源物質沉積+火山物質沉積[5-9]，屬于湖相黑色巖系，沉積背景多以缺氧、低能、還原的深湖—半深湖環(huán)境為主，并伴隨水下或鄰區(qū)火山噴發(fā)；著名的北美頁巖也是典型的海相黑色巖系，是由泥頁巖、鈣質泥頁巖及灰?guī)r組成的陸源碎屑沉積巖[10]，反映淺海陸棚的深水環(huán)境。

鄂爾多斯盆地是我國油氣資源最為豐富的盆地之一，以上三疊統(tǒng)延長組石油大規(guī)模發(fā)育為特征。其中，長7油層組反映還原環(huán)境的深湖—半深湖相沉積，發(fā)育大面積富含有機質及大量金屬元素的黑色泥巖、頁巖為特征的黑色巖系，是延長組的主力烴源巖層和致密油勘探開發(fā)的主要攻關對象[11-12]。近年來，有學者[13-15]在盆地腹地長73鉆井取芯中發(fā)現(xiàn)了火山噴發(fā)和熱水沉積形成的產物，提出油頁巖中火山物質沉積基本為薄夾層或紋層狀的塵灰級凝灰?guī)r，粉—細砂級凝灰?guī)r相對較少且沉積厚度也以毫米級為主；熱水沉積證據有黃鐵礦—白鐵礦—硬石膏、硅質巖、充填于早期成巖縫的自生鈉長石、紋層狀的微—粉晶鐵白云石等[16-17]。然而，巖芯觀察存在“一孔之見”，肉眼甚至顯微鏡透射光識別火山碎屑巖的方法也具有局限性，因此火山碎屑巖容易被誤判為“正常陸源沉積巖”[18]，以至于長73在成因和沉積背景上仍然被認為是“深湖—半深湖相”所控制的陸源碎屑沉積。基于上述問題，本研究以盆地東南緣銅川地區(qū)瑤曲衣食村長73野外露頭剖面為例，從底到頂展開無間距采樣工作，識別和劃分巖石類型，探究黑色巖系的成因、沉積背景及與油氣的關系。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質圖1.位于中上三疊統(tǒng)延長組第一段，對應于長10油層組；2.位于中上三疊統(tǒng)延長組第二段，對應于長8、長9油層組；3.位于中上三疊統(tǒng)延長組第二段，對應于長73油層組；4.位于中上三疊統(tǒng)延長組第三段，對應于長4+5、長6、長71+2；5.位于中上三疊統(tǒng)延長組第四段，對應于長2、長3油層組；6.目標剖面位置；7.銅川地區(qū)Fig.1 Regional geology map in study area

1 地質背景

鄂爾多斯盆地位于華北板塊西部，周邊被群山環(huán)繞，其南為秦嶺造山帶，西南為北祁連造山帶，在晚三疊世延長組時期為大型坳陷型湖泊沉積。延長組自上而下被劃分為長1～長10共10個層系。長10～長7為湖盆擴張期，長6～長1油層組為湖盆收縮期，長7段沉積期為延長期湖盆發(fā)展的鼎盛階段[19]，其中長73段湖相泥頁巖和凝灰?guī)r最為發(fā)育。前人認為揚子板塊向華北板塊推擠加劇導致盆地周緣在晚三疊世期間發(fā)生過2次較大規(guī)模火山噴發(fā)活動，分別出現(xiàn)在長73沉積早期和長73沉積晚期[20-21]，并通過測定盆地腹地長73鉆井取芯凝灰?guī)r的鋯石LA-ICP-MS、U-Pb同位素年齡提出長7湖盆主要成型期和揚子與華北板塊的碰撞期基本吻合，反映了火山噴發(fā)活動與湖相泥巖的沉積發(fā)育具有協(xié)同性[22]。

銅川地區(qū)位于盆地東南緣，處于渭北隆起構造單元之上（圖1），賦存著豐富的油頁巖資源，品位好，含油率高。研究區(qū)出露了長10～長3多個時代的地層[23]，其中長7地層分布范圍廣，保存較為完整（圖1），在霸王莊、淌泥河和瑤曲鎮(zhèn)等地均出露典型的長73黑色巖系。霸王莊、淌泥河剖面位于金鎖關鎮(zhèn)，整體上以風化嚴重的黑色油頁巖為主（圖2a，b）。瑤曲野外剖面地處銅川市瑤曲鎮(zhèn)衣食村摩天溝附近，剖面起點坐標：35°16′7.5″N，106°51′58.2″E，測量段厚度約為13 m，地層傾角為8°，傾向183°，巖性特征與另外兩處剖面差異較大，斷層不發(fā)育，油頁巖層與厚層“砂體”縱向疊置。

2 陸源碎屑沉積

瑤曲衣食村剖面中油頁巖無論在橫向和縱向上發(fā)育規(guī)模較為顯著，但是單層厚度不大，普遍不超過2 m，顏色呈灰黑色、黑色，部分經風化后變成棕黃色、鐵褐色，局部可見葉薄狀層理（圖2a）。剖面中上部發(fā)育多條重力流成因的厚層塊狀砂體，巖性以細砂巖為主，與上下覆泥頁巖突變接觸，為砂質碎屑流沉積，局部還可見具滑塌沉積特點的包卷構造（圖2d，e）。

圖2 銅川地區(qū)長73黑色巖系露頭特征(a)霸王莊野外露頭發(fā)育水平層理的黑色油頁巖；(b)淌泥河剖面主體為風化嚴重的油頁巖；(c)瑤曲衣食村剖面中段油頁巖發(fā)育葉薄狀層理；(d)具滑塌構造的透鏡狀細砂巖；(e)與下覆泥頁巖突變接觸的塊狀細砂巖；(f)位于瑤曲長73剖面底部的風化嚴重的棕黃色凝灰?guī)r薄夾層；(g)位于瑤曲長73剖面底部風很嚴重的白色凝灰?guī)r薄夾層；(h)火山碎屑沉積厚度約25 cm，與深水原地沉積等厚互層；(i)從下至上深水原地沉積厚度增大，火山碎屑沉積厚度逐漸減薄；(j)薄層凝灰?guī)r向上突變?yōu)楹駥踊鹕剿樾紟r，油頁巖快速減薄直到消失Fig.2 Section features of black rock series of Chang73 member in Tongchuan

表1 鄂爾多斯盆地長7火山碎屑沉積主要巖石類型分類表（據鄭慶華[18]）Table 1 Classification of main volcaniclastic sedimentary rock types in Chang7 member,Ordos Basin(after Zheng[18])

3 火山碎屑沉積

3.1 火山碎屑沉積分類

盆地延長組發(fā)育的火山碎屑巖粒度一般小于2.0 mm，屬于凝灰級別，根據火山碎屑含量將火山碎屑沉積的巖石類型進一步劃分為凝灰?guī)r、凝灰質沉積巖及沉凝灰?guī)r。為了使粒度劃分與陸源碎屑巖具有一致性，可將凝灰?guī)r按照粒度直徑劃分為細砂級凝灰?guī)r、粉砂級凝灰?guī)r、塵凝灰?guī)r。以此類推，凝灰質沉積巖和沉凝灰?guī)r劃分方案如表1所示。

3.2 火山碎屑沉積類型及特征

瑤曲衣食村長73剖面凝灰?guī)r主要呈順層分布，厚度存在差異，極易風化成棕黃色、白色、紅褐色疏松狀黏土物質（圖2f，g），但是剝除風化表面發(fā)現(xiàn)巖石質地堅硬，用力錘擊后見貝殼狀斷口，新鮮面顏色以灰白色、灰色和黑色為主。

3.2.1 薄層凝灰?guī)r

無論野外露頭或鉆井樣品，新鮮面大多可見深、淺相間的紋層，深色紋層巖石粒度細，手感光滑，白色部分表面粗糙，粒度較粗，傳統(tǒng)認為白色紋層為凝灰?guī)r，而黑色紋層為泥巖（圖3a，b）。對野外樣品YQ-3、YQ-5進行觀察，白色紋層內可見晶屑懸浮在塵凝灰?guī)r之上，巖性為粉砂級晶屑凝灰?guī)r；黑色紋層成分與白色紋層中極細粒沉積基質成分一致，并可見單個顆粒呈層分布，顯示非正常陸源沉積特征（圖3d，e，i～k）。YQ-25樣品下部的玻屑凝灰結構為粉砂級，上部趨于塵灰級，整體呈正粒序（圖3f～h）。綜上所述，野外薄層凝灰?guī)r中黑色紋層巖性實際為黑色、灰黑色塵凝灰?guī)r，淺色紋層為灰白色、灰色粉—細砂級凝灰?guī)r。這種正旋回的沉積構造特征在縱向上韻律式地疊加組合，反映最小尺度的旋回式火山碎屑噴發(fā)過程（圖3a）。上述薄層凝灰?guī)r厚度不超過5 cm，橫向延伸距離較短，往往與油頁巖頻繁互層，代表深水原地沉積（圖3c）[24]。

圖3 薄層凝灰?guī)r特征(a)瑤曲衣食村長73沉積構造特征；(b)盆地腹地鉆井取芯長73沉積構造特征（據張文正等[16]）；(c)薄層凝灰?guī)r往往與油頁巖互層；(d)樣品YQ-5，薄層凝灰?guī)r；(e)YQ-5深色和淺色紋層交界處的單偏光特征，黑色紋層內可見單個成層的火山碎屑顆粒；(f)樣品YQ-25，薄層凝灰?guī)r；(g)是(f)的單偏光特征，顯示正粒序構造特征；(h)是(g)的正交光特征，玻屑發(fā)生消光；(i)樣品YQ-3，薄層凝灰?guī)r；(j)中黑色紋層單偏光特征；(k)中白色紋層單偏光特征，可見粉砂級火山碎屑顆粒Fig.3 Characteristics of thin layer of tuffs

3.2.2 中—厚層凝灰?guī)r

（1）粉—細砂級凝灰?guī)r

剖面底部發(fā)育的橫向展布穩(wěn)定的“塊狀砂體”，厚度可達1.6 m，從顏色、產狀上同正常沉積砂巖相似。YQ-14樣品肉眼識別為灰色含油細砂巖（圖4d），而顯微鏡下可觀察到紅褐色或黑褐色的玻屑，以及少量板條狀、尖棱角狀晶屑，整體粒度達到粉砂級，故將其定名為粉砂級含晶屑玻屑凝灰?guī)r（圖4e）。YQ-10樣品在肉眼觀察下為淺灰色塊狀細砂巖，硬度較大、含油性較好（圖4f），巖石因被有機質覆蓋而難以在透射光下觀察礦物的結構和類型（圖4g）；而在反射光下呈雞骨狀、弓狀的玻屑清晰可見（圖4h）；經鑒定，YQ-10巖性實際為細砂級玻屑凝灰?guī)r。上述中—厚層粉—細砂級凝灰?guī)r的發(fā)現(xiàn)，是對盆地火山碎屑沉積巖石類型重要的補充和對歷史時期火山物質沉降規(guī)模的重新認識。

（2）塵凝灰?guī)r

厚層塵凝灰?guī)r可達0.5 m，例如YQ-16樣品，地質錘敲擊后巖石具有背殼狀斷口，新鮮面為黑色，外觀特征與正常沉積泥巖相似，極易發(fā)生混淆（圖5a）。透射光下可觀察呈棱角狀、板條狀等不規(guī)則玻屑分布在黏土級沉積基質中（圖5b，c）；X衍射結果表明，樣品石英+鉀長石含量達到70.30%，高嶺石+伊蒙混層含量13.5%，另外包括10%的非晶相，成分上與黏土巖差別較大[25]。綜合上述特征，將YQ-16定名為含玻屑塵凝灰?guī)r。

3.2.3 凝灰質沉積巖

肉眼觀察YQ-22樣品，識別其巖性為淺灰褐色細砂巖（圖5a），而顯微鏡下該樣品部分（大于30%）長英質顆粒呈尖棱角狀或鐮刀狀，具典型晶屑凝灰結構，可鑒定為晶屑凝灰質細砂巖（圖5b）。肉眼觀察同層位的YQ-21樣品，為質地松軟的棕黃色泥質粉砂巖或粉砂質泥巖（圖5c），發(fā)育小型交錯層理；而顯微鏡下可見粉砂級晶屑呈漂浮狀分布在泥質沉積基質上（圖5d），巖性實則為晶屑凝灰質泥巖。總體來說，凝灰質沉積巖巖性在橫向上非均質性較強。

圖4 剖面中—厚層凝灰?guī)r特征(a)YQ-16樣品，與泥巖極為相似；(b)YQ-16單偏光特征，塵灰級凝灰?guī)r中可見殘余粒度較大的火山碎屑顆粒；(c)是(b)的正交光特征，玻屑發(fā)生全消光；(d)YQ-14樣品含油性較好，易被識別為含油砂巖；(e)是(d)的單偏光特征，可見大量紅褐色或黑褐色玻屑和棱角狀晶屑；(f)YQ-12樣品特征，易被識別為正常沉積的細砂巖；(g)是(f)的背散射圖像特征，可見彎弓狀和雞骨狀玻屑；(h)是(f)的反射光特征，雞骨狀、彎弓狀玻屑形態(tài)輪廓明顯Fig.4 Characteristics of medium bedded layer of tuffs in section

圖5 瑤曲衣食村長73剖面厚層凝灰質沉積巖特征(a)樣品YQ-22，肉眼觀察為淺灰褐色細砂巖；(b)是(a)的單偏光特征，可見大量呈尖棱角狀、鐮刀狀的晶屑；(c)樣品YQ-21，肉眼觀察為棕黃色泥質粉砂巖或粉砂質泥巖；(d)是(c)的單偏光特征，火山碎屑與泥質混合沉積Fig.5 Characteristics of medium bedded layer of tuffaceous sedimentary rocks in section of Chang73 member

圖6 瑤曲衣食村長73剖面巖性分層照片F(xiàn)ig.6 Lithological hierarchical photograph in Yaoqu-Yishi village section of Chang73 member

3.3 火山碎屑沉積分布特征

整體上，衣食村剖面火山碎屑沉積的巖石類型豐富，在縱向和橫向上展布穩(wěn)定，幾乎與湖相泥頁巖的發(fā)育規(guī)模相當（圖6），這與盆內鉆井取芯觀察結果存在區(qū)別。局部觀察發(fā)現(xiàn)：剖面底部為薄層、厚層火山玻屑交替沉積，反應該時期周期性火山噴發(fā)活躍。例如YQ-6～YQ-8層，厚層凝灰?guī)r逐漸減薄，油頁巖層厚度增大（圖2i），火山噴發(fā)的強度有逐漸減弱的趨勢；剖面頂部YQ-23～YQ-25層可見與湖相泥頁巖等厚互層的中層凝灰?guī)r，厚度約20 cm（圖2h），反映強度穩(wěn)定的火山噴發(fā)活動；中上部YQ-22層附近從下至上油頁巖厚度不斷減薄直至消失，火山碎屑沉積由薄層向厚層突變（圖2j），反映火山活動強度突然增強；剖面中部發(fā)育重力流成因的厚層砂巖和火山—沉積碎屑巖（圖6），火山碎屑含量顯著較少。綜上所述，瑤曲衣食村剖面火山碎屑沉積的分布與盆緣在晚三疊世長73沉積早、晚期發(fā)生過2次較大規(guī)模火山噴發(fā)活動的認識基本吻合。

4 熱水沉積

4.1 熱水沉積（巖）的分類

熱水沉積也稱為熱液噴流沉積，指來自地球深部的氣、液、固三相熱液流體與海/湖盆底部沉積物發(fā)生的一系列同期（準同期）結晶、交代、充填作用及其產物的總稱[26-27]。根據形成時溫度和產物顏色，熱水沉積（巖）可劃分為“黑煙囪型”和“白煙囪型”，主要產物類型如表2所示。

4.2 剖面熱水沉積證據

4.2.1 重晶石+非晶質SiO2

塵凝灰?guī)r樣品中的重晶石被形態(tài)呈撕裂狀的SiO2集合體所膠結，這類不具完整晶形的SiO2集合體與長73烴源巖中熱液成因的硅質巖的形態(tài)、結構相似[16]，推測是因為熱液中的硅質與晶屑混雜發(fā)生了溶蝕作用和塑性變形（圖7d，e）。

表2 根據礦物的形成溫度和色調劃分熱水沉積類型（據鐘大康等[28]）Table 2 Types of hydrothermal sedimentation by mineral forming temperature and color(after Zhong et al.[28])

圖7 黑色巖系微觀巖石學特征(a)YQ-16樣品，水銨長石以膠結物形式存在，（BSE）；(b)YQ-12，水銨長石沿微裂縫充填鉀長石礦物，（BSE）；(c)水銨長石的能譜表征；(d)YQ-16，重晶石周圍分布非晶質SiO2，（BSE）；(e)自生鈉長石交代斜長石，（BSE）；(f)里57井，硅質巖特征（據張文正等[22]）；(g)YQ-10樣品，玻屑內部被蠕蟲狀高嶺石充填，（BSE）；(h)YQ-14長石晶屑內部溶蝕，被有機質充填Fig.7 Micropetrographic features of black rock series

4.2.2 水銨長石+黃鉀鐵礬+黃鐵礦組合

水銨長石分子式為(NH4,K)AlSi3O8或NH4AlSi3O8，最早發(fā)現(xiàn)于美國加利福尼亞的硫礦床中。當巖石與含銨熱液接觸發(fā)生蝕變時，碎屑長石中的陽離子極易被與之離子半徑相同的NH43+替代，進而形成以水銨長石為代表的自生含銨長石[29-31]。電子探針背散射圖像顯示水銨長石沿微裂縫充填或以膠結物的形式產出（圖7a～c），其中前者形成所需的濃度遠遠大于后者[32]。X衍射分析結果表明（表3），各類巖石樣品水銨長石含量高但幾乎不含鉀長石，這可能是鉀長石受熱液改造作用向水銨長石轉化的緣故。資料顯示，熱液促使碎屑長石向水銨長石轉化的同時，通常會有黃鐵礦、黃鉀鐵礬和銨黃鐵釩等伴生熱液礦物的形成[33]。酸性條件較強的情況下，黃鐵礦可轉化為黃鉀鐵礬(KFe3[SO4]2(OH)6)。如表3所示，巖石類型中都含有黃鉀鐵礬，但均未發(fā)現(xiàn)黃鐵礦，推測是黑色巖系有機質成熟釋放的大規(guī)模有機酸促使了黃鐵礦向黃鉀鐵礬的轉化。

表3 部分樣品全巖X衍射成分表（%）Table 3 X-ray diffraction of selected samples(%)

4.2.3 斜長石的鈉長石化

鈉長石作為熱水沉積的標志性礦物在海底熱液成巖成礦作用中普遍存在。覃小麗等[34]研究認為富K+、Na+、Ca2+、Mg2+等離子的堿性熱液使斜長石發(fā)生蝕變是延長組鈉長石形成的主要原因。對于斜長石鈉長石化的溫度條件，Helmold et al.[35]研究認為斜長石初始發(fā)生鈉長石化的成巖溫度約110℃，而斜長石完全鈉長石化需要的溫度約為160℃，最高可達300℃[36]。本研究發(fā)現(xiàn)，剖面巖石中的斜長石的鈉長石化主要表現(xiàn)為鈉長石沿節(jié)理縫或邊部交代斜長石（圖7e）。

4.3 熱水沉積分布特點

瑤曲衣食村剖面未見真正意義上由熱液/熱水直接結晶形成的巖石，多是熱液流體進入湖盆與沉積層發(fā)生不同程度的充填、膠結、交代等熱液改造作用。經本研究統(tǒng)計，剖面縱向上多個巖石樣品中（YQ-1～YQ-25）發(fā)現(xiàn)了不同類型、溫度條件的熱水沉積產物，反映黑色巖系沉積期熱液流體活動頻繁且具備一定規(guī)模。另外，研究區(qū)地處渭北隆起構造單元，發(fā)育的深部斷裂為熱液流體提供了良好的上升通道。

5 沉積背景探討

瑤曲衣食村剖面深水原地沉積單層厚度不超過2 m，火山碎屑沉積最厚處可達1.6 m，并可見重力流成因的厚層砂體，巖層粒度以細—粗—細的方式相互疊置。相距三十幾公里外的霸王莊、淌泥河剖面主體以單層厚度超過10 m的油頁巖為主，火山碎屑沉積規(guī)模較小，多以凝灰?guī)r薄夾層為主，不發(fā)育橫向展布穩(wěn)定的厚層砂體。基于上述特征，筆者認為瑤曲衣食村長73黑色巖系沉積位置處于湖盆斜坡帶，位于深水與淺水控制區(qū)的“轉折區(qū)”。首先，瑤曲衣食村剖面與霸王莊、淌泥河剖面不同的是幾乎不見濁流沉積特點，主要為砂質碎屑流和滑塌沉積，屬于典型的斜坡重力流沉積，緊鄰三角洲前緣。其次，受地震、火山噴發(fā)等構造事件或氣候變化的影響，斜坡帶湖水深度變化較為波動，當水體較淺時有利于火山凝灰物質快速堆積形成厚層凝灰?guī)r；而水體較深時則有利于深水原地沉積的形成，火山凝灰物質以薄層凝灰?guī)r為主，其中一部分也能以重力流的搬運方式進入深水區(qū)，期間與湖泥或砂巖混合形成厚層的凝灰質沉積巖。相較之下，霸王莊、淌泥河剖面巖性特征整體指示典型的深湖—半深湖環(huán)境，處于深水控制區(qū)。因此，瑤曲衣食村長73黑色巖系下部反映淺水環(huán)境，中上部反映深水環(huán)境，處于淺湖相和深湖—半深湖相的“過渡帶”，即淺湖—半深湖環(huán)境（圖8），而前人的研究也認為該環(huán)境正是油頁巖發(fā)育最有利地區(qū)[37]。

雖然火山碎屑沉積發(fā)育規(guī)模顯著，但本次野外踏勘未發(fā)現(xiàn)如火山渣、火山彈等粒度粗大的火山沉積物，仍以凝灰?guī)r這類成分較純的細粒火山碎屑沉積為主，故排除近源火山噴發(fā)或水下火山活動對該地區(qū)黑色巖系的形成造成影響。除此之外，銅川地區(qū)與盆地腹地的凝灰?guī)r地化表征具有同源性[38]，因此晚三疊世揚子板塊與華北板塊碰撞引起的遠源火山灰沉降事件可能仍然是剖面黑色巖系中火山碎屑沉積大規(guī)模發(fā)育的主控因素。同時，劇烈的盆緣火山活動導致?lián)P子板塊和華北板塊相互擠壓，秦嶺洋閉合，加劇盆地內部穩(wěn)定沉降，促使了湖盆劇烈的擴張，進而在一定程度上誘發(fā)湖盆底部巖漿—熱液流體的活動（圖8）。

綜上所述，瑤曲衣食村長73黑色巖系實際上是受淺湖—半深湖相沉積、重力流沉積、大規(guī)模火山凝灰物質沉積以及熱液流體改造作用共同控制的產物，并非單一受深湖—半深湖相所控制發(fā)育的陸源碎屑沉積（圖8）。

6 與油氣的關系

6.1 促進優(yōu)質烴源巖發(fā)育

盡管火山凝灰物質所攜的熱量會在搬運過程中和進入湖盆時逐漸散失，然而火山物質頻繁、周期性的堆積仍能使湖水溫度持續(xù)性的升高，有利于湖相泥頁巖中生烴母質的繁殖。前人研究發(fā)現(xiàn)銅川地區(qū)油頁巖中P2O5、Fe2O3含量異常高[39]，這與火山物質降落湖盆后經過水解作用提供的Fe、P等生物營養(yǎng)物質有關，同時對促進藻類的勃發(fā)和增加有機質豐度具有重要意義。另外，中—厚層凝灰?guī)r與泥頁巖交替發(fā)育，反映凝灰?guī)r在短時間內大面積地覆蓋泥頁巖，從而對有機質起到保護作用。除此之外，黑色巖系在沉積期經歷或長期處于較高溫度的成巖和生烴環(huán)境，對于優(yōu)質烴源巖的發(fā)育同樣起到積極作用。

6.2 作為優(yōu)質儲集層

圖8 銅川地區(qū)黑色巖系沉積模式圖（修改自文獻[37]）Fig.8 Sedimentary model of black rock series in Tongchuan area(modified from reference[37])

除了重力流成因的陸源砂體，厚層火山碎屑沉積也可成為良好的儲集體。剖面中—厚層凝灰?guī)r中的玻屑大部分發(fā)生脫玻化，殘留空隙被黑色有機質和高嶺石充填（圖4g，h、圖7g），因此玻屑脫玻化是凝灰?guī)r儲集體次生孔隙發(fā)育的重要控制因素。另外，長石晶屑沿內部發(fā)生溶蝕并被有機質充填，進而形成良好的晶內孔（圖7h）。前文已經介紹未風化或風化不嚴重的凝灰?guī)r其實是堅硬、致密的，并非傳統(tǒng)認為的軟質、疏松的細粒物質，因此在生產上凝灰質儲集層同常規(guī)砂體一樣具備開采條件。

7 結論

盆地東南緣瑤曲衣食村長73黑色巖系中的一部分“黑色泥巖”和“粉—細砂巖”實際上分別是塵凝灰?guī)r和粉—細砂級凝灰?guī)r。另外，油頁巖、泥巖或凝灰?guī)r中存在熱水沉積產物，以水銨長石+黃鉀鐵礬+黃鐵礦、重晶石+非晶質SiO2、斜長石的鈉長石化等礦物組合為特征，在剖面縱向上分布范圍極廣。該黑色巖系并非傳統(tǒng)認識的單一受深湖—半深湖相所控制發(fā)育的陸源碎屑沉積，實際上是受淺湖—半深湖相沉積、重力流沉積、大規(guī)模火山碎屑沉積以及熱液流體的改造作用共同控制的產物。

這種特殊成因和沉積背景促使黑色巖系既可以成為優(yōu)質烴源巖層，也可成為優(yōu)質儲集體。顯然，對這類特殊黑色巖系的油氣富集特征進行定量化研究，并與常規(guī)黑色巖系進行對比，將為致密油富集規(guī)律的研究提供幫助。

致謝 在論文撰寫過程中受到了西安地調中心周寧超、中科院青藏高原研究所張帥、西北大學崔婷婷等在實驗和理論方面的指導和幫助，在此一并感謝。