上扬子地区南部志留系龙马溪组笔石页岩有机质特征
摘要：上扬子地区南部志留系龙马溪组黑色笔石页岩的有机质丰
度高，有机质类型好，有机质成熟度高，具有显著地有机地球化学特
征，黑色笔石页岩中笔石化石的保存方式多为聚集式，丰度较高，为
页岩气形成提供了物质基础。研究区龙马溪组有机质处于成熟-过成
熟阶段，且该区域龙马溪组的烃源岩有机质类型为Ⅰ型(腐泥型)，有
利于生气。
关键词：笔石页岩 龙马溪组 生物成因 川南地区
川南早古生代志留系龙马溪组下部富有机质的黑色页岩发育。长
期以来，大多数学者都认为这是一套有利的页岩气气勘探开发层段，
并且页岩气的成因与笔石有非常密切的关系，但还未予证实。通过对
川南龙马溪组页岩的实验分析研究发现，页岩中笔石中含碳量极高，
基本与全岩中TOC含量相当。但是笔石体在地质演化历程中，其结
构的演变与页岩气生成之间的相关关系，一直研究甚少。
1项目区背景及样品来源
四川盆地南部五峰组（O3w）-观音桥段（O3g）-龙马溪组（S1l）
为还原环境下形成的一套连续沉积的暗色岩系，岩性以黑色泥岩、碳
质页岩、灰岩等为主，并可伴生黄铁矿条带，产笔石和贝类化石。据
野外调查资料，地层中笔石含量丰富，种类多样，在不同的组段呈现
出不同的组合特征。笔石形态大多呈细、长组合与短、粗状组合产出，
密集分布于泥岩层面上，富含笔石皮层体，有机显微组分属于动物有
机组。在长宁县双河剖面，龙马溪组下段含有机质页岩总厚度巨大，
岩性以暗色页岩为主，有机质含量普遍较高，向上部灰岩组分增多，
有机质含量逐渐减少。该套含有机质岩性地层厚度总体约100m，是
较好的页岩气烃源岩层段。本次实验样品来源于川南长宁-双河新鲜
露头剖面，并系统采选剖面相关实验测试样品52件。
2研究区笔石页岩的有机地球化学特征
历来油气地质学家最为关注沉积物中有机质的数量、质量（干酪
根类型）及成熟度。目前确定沉积物有机质的热演化程度使用最广泛
的方法是镜质体反射率。由于陆生高等植物在晚志留纪才出现，所以
早古生代和前寒武纪地层中不含镜质体。不少学者在这些地层中识别
出光性特征类似镜质体的物质，并利用这些镜质体的反射率来评价下
古生界地层的区域成熟度。Bustin等及Bertrand等对笔石的反射率作
为有机成熟度指标做了大量研究。研究表明，笔石碎屑具有较强的双
光轴特性和各向异性特点。在平行层面所切光面上，所测笔石的最大
反射率较垂直层面笔石光面的最大反射率要高。笔石油浸反射率随成
熟度增加而有规律地变化（刘大锰等，2000）。页岩气有利的评价标
准主要为有机质丰度（TOC）、有机质成熟度和烃源岩厚度。有机质
丰度决定生烃潜力的大小；有机质成熟度与生气量有关。
2.1有机质丰度
龙马溪组在南方海相油气组合中与下伏的五峰组共同构成区域
性的烃源岩层系，前人开展了大量研究工作，传统上把龙马溪组泥页
岩均可以作为烃源岩看待，但从近年的系统性研究发现，龙马溪组虽
然泥页岩厚度大，但并非全部为烃源岩层，无论是垂向上还是横向上，
有机质丰度可能变化很快。
根据对川东南长宁双河镇剖面龙马溪组总有机质含量的测定，泥
页岩中有机碳含量差异很大，并表现出一定的规律性。长宁县双河镇
五峰组-龙马溪组页岩TOC平均值为2.26%，底部20m段残余有机质
含量较高，达2.20%-7.28%，有机碳丰度在采样地层中及周边均呈现
由底部向上部整体呈逐渐减少并趋于稳定（张小龙等，2013；罗跃等，
2010；陈波等，2009）。方俊华等（2010）研究发现蜀南地区原始有
机质含量在1.29% ~ 11.94% 之间，在有机质成熟生烃过程中，转化
率为66.7% 左右。在偏光显微镜下定量测定3组(CN-SH-1，
CN-SH-16，CN-SH-27)从剖面底部往上测定笔石丰度平均为8.2%，
沿层面分布的长宁双河镇龙马溪组笔石丰度比较大。
2.2有机质类型
根据美国页岩气盆地的勘探经验，Ⅰ型和Ⅱ型干酪根为页岩气生
成的主要有机质类型。对四川盆地边缘地区页岩采集样品进行的透射
光-荧光干酪根显微组分鉴定分析表明，页岩有机质类型以Ⅰ型干酪
根为主。显微组分以腐泥组为主。由于志留系有机质演化程度很高，
所以选择用干酪根碳同位素法确定有机质类型。而双河镇五峰组-龙
马溪组页岩干酪根碳同位素δ13C 值为-31.5‰~-29.0‰，高有机质段
对应轻的δ13C值，由下向上δ13C值变重，但同位素最轻的碳也就
是最富含类脂质的。干酪根的碳同位素均小于-29‰，为Ⅰ型腐泥型
有机质。
2.3有机质成熟度
志留系烃源岩演化程度高，加之龙马溪组烃源岩缺乏镜质组，且
含大量笔石，因此用笔石反射率作为成熟度的指标，然后根据笔石反
射率和镜质组反射率之间的换算关系算出有机质成熟度。根据对双河
镇剖面上龙马溪组烃源岩的3个样品的镜质组反射率测定，得到该剖
面龙马溪组烃源岩的镜 质组反射率Ro均已达到过成熟阶段 。在Ro,
max< 5%以前笔石的热演化径迹与镜质体和沥青相似，成熟度低时
笔石是一种极好的成烃母质，随着成熟度的增高，笔石结构转化主要
发生增碳作用。与Barnett泥页岩相比，龙马溪组泥页岩具有相似的
有机质丰度、类型和极高的成熟度，有利于页岩气的形成和富集。
3探讨
（1）动物碎屑笔石和几丁虫的光性参数可以指示下古生界地层
成熟度，但下古生界地层缺乏镜质体，笔石反射率难于与常规的镜质
体反射率建立对应关系。因此，进一步对笔石的光性特征进行研究，
通过CAI( 牙形石色变指数)或寻求其它指标，来建立笔石反射率与镜
质体反射率之间的关系，对评价有机质成熟度有重要意义。
（2）笔石的丰度与原始有机质有较好的对应关系，且该区域龙
马溪组的烃源岩有机质类型为Ⅰ型(腐泥型)，生烃潜力强，但笔石（笔
石表皮）对页岩气总量的贡献程度也值得深入研究。
参考文献
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