中国陆相富有机质页岩沉积速率研究及其页岩油勘探意义

doi:10.11743/ogg20230403

Abstract

Abstract:

The abundance of organic matter and the types of shale laminae are the key in shale oil exploration. The sedimentary facies of terrestrial shales features complex variation and strong heterogeneity， making accurate identification of deposition rate facing more challenges. The deposition rates of organic-rich shales in typical terrestrial basins of China are mostly above 5 cm/kyr， and those of the organic-rich shales in saline lacustrine basins may reach up to 40 cm/kyr. The high-precision chronostratigraphic framework combined with the statistical tuning of cyclostratigraphy can trace the variation of deposition rate with burial depth. The relative deposition rate of shales can be determined by the rare earth element （REE） assemblage pattern， crystal size distribution， and the abundance of typical interstellar dust elements， etc. Comparison of deposition rates of different types or ages of stratigraphic sequences has to take perturbations such as stratigraphic integrity and differential compaction into consideration. Deposition rate is an important factor influencing the enrichment of organic matter in shale， and the critical threshold for organic matter dilution by deposition rate is usually less than 5 cm/kyr. The flocculation of sediment particles is usually under the effect of hydrodynamic conditions and water salinity， and the various deposition rates for different types of fine-grained sediment are conducive to the formation of shale laminae. The study of deposition rate requires an integration of advanced theories and methods， including geochronology， petrology， cyclostratigraphy， geochemistry， and physical simulation of sedimentation， to gain a deeper understanding of the mechanisms of shale deposition and evolution. Revealing the interrelationship between terrestrial shale deposition rate and shale oil accumulation is of certain guiding significance to shale oil exploration.

Key words: Milankovitch cycle, cyclostratigraphy, deposition rate, organic matter enrichment, shale lamina, freshwater lacustrine basin, saline lacustrine basin, shale oil exploration

CLC Number:

TE121.3

Rui ZHANG, Zhijun JIN, Rukai ZHU, Mingsong LI, Xiao HUI, Ren WEI, Xiangwu HE, Qian ZHANG. Investigation of deposition rate of terrestrial organic-rich shales in China and its implications for shale oil exploration[J]. Oil & Gas Geology, 2023, 44(4): 829-845.

Figures/Tables 11

Fig. 1

Table 1

Geological characteristics and deposition rates of typical continental organic-rich shale sequences in China"

盆地/地区	地层	地质年代	参考年龄/Ma	盆地环境	岩性组合	累积厚度/m	TOC/%	井位或剖面	沉积速率/（cm/kyr）	文献来源
柴达木盆地英雄岭凹陷	下干柴沟组上段	渐新世	33.9 ~ 30.1	咸水-盐湖	泥页岩、碳酸盐岩、混积岩	1 000 ~ 1 500	0.6 ~2.7	C2-4井、 S62井	17.0 ~ 34.0	［39］
渤海湾盆地饶阳凹陷	沙河街组一段	渐新世	31.9 ~ 28.9	半咸水- 咸水	灰质泥页岩夹砂岩、混积岩	10 ~ 240	0.4 ~6.2	N62井	9.1 ~ 22.2	［24］
渤海湾盆地东营凹陷	沙河街组三段	始新世	42.5 ~ 42.0	半咸水- 咸水	灰质泥页岩夹砂岩、混积岩	300 ~ 1 000	1.5 ~10.0	FY1井	7.0 ~ 13.1	［22］
渤海湾盆地东濮凹陷	沙河街组三段至一段	始新世— 渐新世	42.5 ~ 28.9	半咸水- 咸水	灰质泥页岩夹砂岩、混积岩	1 000 ~ 2 000	0.5 ~7.8	P140井	10.0 ~ 15.0	［23］
渤海湾盆地东营凹陷	孔店组	古新世— 始新世	65.6 ~ 50.8	咸水-盐湖	灰质泥页岩、砂岩、膏盐岩	200 ~ 800	0.3 ~7.0	SK-1井、W46井	23.6 ~ 40.8	［40，45］
江汉盆地潜江凹陷	潜江组	始新世—渐新世	43.1 ~ 29.4	咸水-盐湖	泥质灰岩与泥质白云岩、膏盐岩	50 ~ 650	0.5 ~12.0	Yan 5井、 Yan 6井	10.8 ~ 34.0	［41］
南襄盆地泌阳凹陷	核桃园组	始新世—渐新世	49.6 ~ 28.9	咸水-盐湖	灰质泥页岩夹砂岩、混积岩	1 000 ~ 2 000	0.5 ~5.9	B270井、BS1井	14.0 ~ 18.0	［25］
松辽盆地古龙凹陷	嫩江组一+二段	晚白垩世	84.7 ~ 82.4	淡水- 微咸水	泥页岩夹粉砂岩	< 120	2.0 ~10.0	SK-2井东孔	6.6 ~ 8.4	［29］
松辽盆地古龙凹陷	青山口组	晚白垩世	91.3 ~ 86.0	淡水- 微咸水	泥页岩夹粉砂岩	100 ~ 150	0.9 ~9.0	SK-1井南孔	8.0 ~ 10.0	［30］
酒泉盆地青西凹陷	下沟组	早白垩世	125.9 ~ 115.6	咸水-盐湖	白云质泥岩夹粉砂岩	> 1 000	1.0 ~2.5	L 8井、 L14井	8.5 ~ 19.8	［42］
四川盆地中北部	自流井组大安寨段	早侏罗世	< 201.3	淡水- 微咸水	泥页岩夹灰岩	40 ~ 180	0.1 ~5.0	G61井、 G105X井	12.5 ~ 16.9	［28］
四川盆地东北部	须家河组	晚三叠世	207.2 ~ 201.3	淡水- 微咸水	泥页岩夹砂岩	100 ~ 200	0.5 ~9.9	须家河剖面、七里峡剖面	10.4 ~ 14.6	［27］
鄂尔多斯盆地伊陕斜坡	延长组7段	中三叠世	241.6 ~ 241.1	淡水- 微咸水	泥页岩夹粉砂岩	10 ~ 100	2.0 ~20.0	YY1井、瑶曲剖面	4.0 ~ 5.0	［31-32］
准噶尔盆地吉木萨尔凹陷	芦草沟组	早二叠世	290.4 ~ 286.2	半咸水- 咸水	泥页岩夹白云岩、混积岩	30 ~ 50	1.2 ~8.9	J174井、J251井	8.0 ~ 10.0	［26］
准噶尔盆地玛湖凹陷	风城组	早二叠世	301.9 ~ 297.0	咸水-碱湖	泥页岩夹白云岩、膏盐岩、混积岩	200 ~ 1 400	1.2 ~2.0	MY1井、FN14井	9.0 ~ 19.0	［43-44］

Table 1

Table 2

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

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Fig. 6

Fig. 7

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盆地/地区	地层	地质年代	参考年龄/Ma	岩性组合	累积厚度/ m	TOC/%	井位或剖面	沉积速率/（cm/kyr）	文献来源
四川盆地长宁地区	五峰组-龙马溪组一段	晚奥陶世— 早志留世	445.2 ~ 440.8	泥页岩、硅质岩	200 ~ 300	1.6 ~ 5.7	双河剖面	0.7 ~ 3.1	［33］
鄂尔多斯盆地西南缘	平凉组	晚奥陶世	458.4 ~ 453.0	泥页岩、灰岩	< 700	0.3 ~ 0.6	官庄剖面	0.9 ~ 1.3	［34］
塔里木盆地柯坪地区	萨尔干组	中-晚奥陶世	464.0 ~ 458.0	泥页岩、灰岩	0 ~ 120	0.6 ~ 5.7	大湾沟- 羊吉坎剖面	0.2 ~ 0.7	［35］
扬子地台贵州地区	大塘坡组	新元古代	663.0 ~ 654.0	泥页岩、粉砂岩	180 ~ 550	0.1 ~ 6.3	ZK1909井	2.6 ~ 3.5	［36］
华北地台燕辽坳陷	下马岭组	中元古代	<1 400.0	泥页岩、硅质岩	175 ~ 335	3.7 ~ 23.0	下花园剖面	0.5 ~ 0.8	［37］
华北地台燕辽坳陷	洪水庄组	中元古代	<1 450.0	泥页岩、灰岩	37 ~ 57	3.4 ~ 7.9	YJ2井	3.0 ~ 5.0	［38］

方法分类		方法举例	适用条件	主要优势	存在问题
方法地质年代学与统计学	绝对年龄框架约束法	锆石LA-ICPMS， SIMS和ID-TIMS定年	含有凝灰岩夹层的页岩层系剖面	准确计算出平均沉积速率	难以获得合适的锆石样品
	绝对年龄框架约束法	自生矿物K-Ar，⁴⁰Ar/³⁹Ar， Rb-Sr和Re-Os同位素定年	不含凝灰岩夹层的黑色页岩剖面	直接利用沉积岩自生矿物定年且具有较高的年代学精度	对样品类型要求较高，分析和处理过程较为复杂
	旋回地层学统计调谐法	平均频谱误差分析法（ASM）	连续沉积的页岩层系剖面	高分辨率刻画页岩剖面的沉积速率或追踪沉积速率的变化	需要人为选择目标天文曲线、调整滑动窗口等参数
		时间标尺优化法（TimeOpt）
		相关系数分析法（COCO）
		贝叶斯反演法
方法地球化学	稀土元素配分模式法	（La/Yb）_N值	深海相和深湖相页岩样品	获取相对沉积速率	稀土元素的富集和亏损受多种因素影响
	晶体粒径分布模式法	莓状黄铁矿粒径分布	深海相和深湖相页岩样品	获取相对沉积速率	莓状黄铁矿的数量少导致抽样误差且影响统计结果
	星际尘埃特征元素丰度法	特征元素³He，Ir和Co 丰度值	深海相和深湖相页岩样品	获取相对沉积速率	火山活动、生物富集作用、陆源物质稀释效应均影响实验结果

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Investigation of deposition rate of terrestrial organic-rich shales in China and its implications for shale oil exploration

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