前寒武纪—早古生代沉积岩显微组分分类、成因及演化

doi:10.11743/ogg20230502

石油与天然气地质 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (5): 1084-1101.doi: 10.11743/ogg20230502

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前寒武纪—早古生代沉积岩显微组分分类、成因及演化

罗情勇^1,²(), 钟宁宁^1,²(), 李美俊^1,², 吴进^1,², Khan Imran^1,², 张烨³, 陈清⁴, 叶祥忠⁵, 李文浩⁶, 纪文明⁶, 刘安吉^1,², 郝婧玥^1,², 姚立朋^1,^2,⁷, 吴嘉^1,²

^1.中国石油大学（北京）油气资源与工程全国重点实验室，北京 102249
^2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249
^3.重庆地质与矿产研究院，重庆 400042
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^7.南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，广西南宁 530001

收稿日期:2023-05-09 修回日期:2023-08-03 出版日期:2023-10-01 发布日期:2023-10-19
通讯作者: 钟宁宁 E-mail:qingyong.luo@cup.edu.cn;nnzhongxp@cup.edu.cn
第一作者简介:罗情勇（1987—），男，博士、教授，有机岩石学与油气地球化学。E-mail： qingyong.luo@cup.edu.cn。
基金项目:
国家自然科学基金项目(42122016);国家重点研发计划项目(2017YFC0603102)

Classification， origins， and evolution of macerals in the Precambrian-Eopaleozoic sedimentary rocks

Qingyong LUO^1,²(), Ningning ZHONG^1,²(), Meijun LI^1,², Jin WU^1,², Imran Khan^1,², Ye ZHANG³, Qing CHEN⁴, Xiangzhong YE⁵, Wenhao LI⁶, Wenming JI⁶, Anji LIU^1,², Jingyue HAO^1,², Lipeng YAO^1,^2,⁷, Jia WU^1,²

^1.National Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China
^2.College of Geosciences，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China
^3.Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources，Chongqing 400042，China
^4.State Key Laboratory of Palaeobiology and Stratigraphy，Nanjing Institute of Geology and Palaeontology and Center for Excellence in Life and Paleoenvironment，Chinese Academy of Sciences，Jiangsu，Nanjing 210008，China
^5.Geology Team No. 107，Chongqing Bureau of Geology and Minerals Exploration，Chongqing 401120，China
^6.School of Geosciences，China University of Petroleum （East China），Qingdao，Shandong 266580，China
^7.Key Laboratory of Environment Change and ResourcesUse in Beibu Gulf （Nanning Normal University），Ministry of Education，Nanning，Guangxi 530001，China

Received:2023-05-09 Revised:2023-08-03 Online:2023-10-01 Published:2023-10-19
Contact: Ningning ZHONG E-mail:qingyong.luo@cup.edu.cn;nnzhongxp@cup.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

前寒武纪—早古生代沉积岩时代古老、生源简单，但有机显微组分面貌却很复杂。通过对大量国内外自然演化和人工熟化系列样品的观察和分析，基于生源、成因、沉积转化及热成熟作用4个主控因素，提出将古老沉积岩的显微组分划分为类镜质组、腐泥组、固体沥青组、动物有机碎屑组和惰质组。低成熟的古老海相烃源岩的显微组分组成以层状藻类体、沥青质体和矿物沥青基质为主；高-过成熟的古老海相烃源岩的显微组分组成以源内固体沥青为主；笔石表皮体常见于五峰组-龙马溪组页岩，是其中有机质的重要组成部分。进一步分析了其中最具特征且以往易被忽视的显微组分的成因，前寒武纪样品中类镜质组颗粒的成因可能为早期成岩过程低等水生生物遭受微生物降解所形成；源内固体沥青为经一次运移残留在烃源岩内的可溶有机质裂解后的固体残留物或者腐泥组残余干酪根吸收同化可溶有机质后的热演化固相产物。通过自然演化系列样品和热模拟样品的综合研究，明确了中国高-过成熟的前寒武纪、寒武纪和奥陶纪—志留纪含笔石页岩有机质的“前世”分别类似于中元古代下马岭组、寒武纪Alum页岩和奥陶纪含笔石Alum页岩有机质的“今生”，提出笔石表皮体、类镜质组颗粒和源内固体沥青反射率都可以用于表征前寒武纪—早古生代海相烃源岩有机质热演化程度。

关键词: 源内固体沥青, 笔石表皮体, 显微组分, 前泥盆纪, 有机岩石学, 海相烃源岩, 页岩

Abstract:

This study delves into the intricate organic macerals found in ancient Precambrian-Eopaleozoic sedimentary rocks， despite their simple biotic sources. Based on the observation and analysis of a vast array of naturally- and artificially-matured rock samples from domestic and international locations， we classify the macerals according to four dominant factors， namely biogenesis， origin， sedimentary transformation， and thermal maturation. The key classe determined include vitrinite-like macerals， sapropelinites， solid bitumen， zooclasts， and inertinites. The macerals in low-maturity marine source rocks are chiefly composed of lamalginite， bituminite， and mineral-bituminous matrix. In contrast， high- to over-mature marine source rocks predominantly contain in-source solid bitumens. Notably， graptolite periderms， as significant components of organic matter， are prevalent in the shales of the Wufeng-Longmaxi formations. We provide deeper insights into the origins of the most typical macerals prone to be overlooked previously， including vitrinite-like maceral particles and in-source solid bitumens. The vitrinite-like maceral particles in the Precambrian rock samples may arise from the microbial degradation of lower aquatic organisms during early diagenesis. In-source solid bitumens form either as solid residues arising from the cracking of soluble organic matter that remained within source rocks after primary migration or as solid-phase products during the thermal evolution of the residual kerogen of sapropelinites after absorbing and assimilating soluble organic matter. Lastly， as indicated by integrated research on the naturally- and artificially-matured rock samples， the preexisting organic matter in high to over mature Precambrian， Cambrian， and Ordovician-Silurian graptolite-bearing shales in China resemble the present-day organic matter in the Mesoproterozoic Xiamaling Formation， Cambrian Alum Shale Formation， and Ordovician graptolite-bearing Alum Shale Formation， respectively. The reflectance of graptolite periderms， vitrinite-like maceral particles， and in-source solid bitumens can be utilized to characterize the thermal maturity of organic matter in the Precambrian-Eopaleozoic marine source rocks.

Key words: in-source solid bitumens, graptolite epidermis, maceral, pre-Devonian, organic petrology, marine source rock, shale

中图分类号:

TE121.3

罗情勇,钟宁宁,李美俊,等. 前寒武纪—早古生代沉积岩显微组分分类、成因及演化[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(5): 1084-1101. doi: 10.11743/ogg20230502 Qingyong LUO,Ningning ZHONG,Meijun LI,et al. Classification， origins， and evolution of macerals in the Precambrian-Eopaleozoic sedimentary rocks[J]. Oil & Gas Geology, 2023, 44(5): 1084-1101. doi: 10.11743/ogg20230502

图/表 18

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参考文献 71

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组	组分	成因
类镜质组	类镜质组颗粒	还原环境下，低等水生生物遭受强烈的微生物降解
腐泥组	层状藻类体	浮游藻类和细菌有机质腐泥化作用产物
	结构藻类体
	腐泥碎屑体
	沥青质体	还原环境下，低等水生生物遭受微生物降解
	矿物沥青基质	有机质和无机矿物在微纳米尺度上的混合物
动物有机碎屑组	笔石表皮体	海洋半索动物、一些微体动物和环节动物的表皮、鄂片和骨骼等有机质的转化产物
	几丁虫囊壁体
	虫颚有机体
固体沥青组	源内固体沥青	石油经初次运移残留在烃源岩内的固相次生产物
	储层固体沥青	石油经二次运移进入到储集岩形成的固相次生产物
	沥青铀钍矿	藻类有机质遭受放射性矿物的离子辐射作用聚合所形成的
惰质组	惰屑体	氧化环境或再循环形成的高反射率有机质颗粒
惰质组	石墨化碎片	外源输入的强烈光学各向异性有机质碎片

地区	组	随机反射率R_o/%	样品数量/个	显微组分含量/%
地区	组	随机反射率R_o/%	样品数量/个	类镜质组颗粒	源内固体沥青	笔石表皮体	腐泥组
上扬子	大塘坡组	SB R_o：3.19 ~ 3.80	10	0	100	—	—
	陡山沱组	SB R_o：2.62 ~ 4.71	13	0	100	—	—
	寒武系	VLM R_o：2.24 ~ 5.49	47	< 20	> 80	—	—
	五峰组- 龙马溪组	G R_o：1.08 ~ 5.48	38	—	7 ~ 100	0 ~ 93	—
华北	洪水庄组	VLM R_o：0.68 ~ 0.78	8	< 10	—	—	> 90
华北	下马岭组	VLM R_o：0.43 ~ 0.68	5	< 10	—	—	> 90
塔里木	玉尔吐斯组	VLM R_o：0.85 ~ 1.61	9	< 10	> 90	—	< 10

显微组分	非粒状笔石表皮体	储层固体沥青	源内固体沥青	类镜质组颗粒
结构	复杂生物结构，条带状	镶嵌状	无结构	特殊生物结构，条带状或颗粒状
产状	顺层产出	充填于孔隙和裂缝	充填于孔隙和裂缝、分散在黏土矿物里面或者呈顺层产出	顺层产出
表面特征	光滑，部分具纺锤层	较光滑	较粗糙	光滑
各向异性	强	强	弱	强
随机反射率	高	高	低	高

“前世”代表性地层	“前世”显微组分组成	“今生”代表性地层	“今生”显微组分组成
洪水庄组/下马岭组	以层状藻类体和矿物沥青基质为主，类镜质组颗粒和腐泥碎屑体次之，偶见沥青铀钍矿	大塘坡组、陡山沱组	全部为源内固体沥青
寒武系Alum页岩	以层状藻类体和矿物沥青基质为主，类镜质组颗粒和腐泥碎屑体次之，偶见沥青铀钍矿	牛蹄塘组	以源内固体沥青为主，类镜质组颗粒次之
奥陶系含笔石页岩	以层状藻类体和矿物沥青基质为主，笔石表皮体和腐泥碎屑体次之，偶见类镜质组颗粒	五峰组-龙马溪组	以源内固体沥青为主，笔石表皮体次之

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前寒武纪—早古生代沉积岩显微组分分类、成因及演化

Classification， origins， and evolution of macerals in the Precambrian-Eopaleozoic sedimentary rocks

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