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【黄岛讲坛(第29期)】陈旭院士解密中国扬子区奥陶系和志留系页岩气地层分布模式

报告会现场 杨安摄影

陈旭作题为“中国扬子区奥陶系和志留系页岩气地层分布模式”的报告 杨安摄影

  【本站讯】6月26日,中国科学院院士陈旭做客第29期黄岛讲坛,为师生作题为“中国扬子区奥陶系和志留系页岩气地层分布模式”的报告。

  扬子区的上奥陶统五峰组和志留系龙马溪组是我国页岩气勘探的主要目标层位,精确划分对比这套黑色页岩并揭示其地理分布特点,对页岩气有利层位的选定和有利区块的圈定具有重要意义。陈旭从地层出发,以地层反映的信息来研究扬子区黑色页岩分布模式。

  陈旭首先介绍我国页岩气的开发现状及发展过程,同时对我国已开发出页岩气,但是不能明确具体高产层的现状,提出页岩气开发需要有一个简易明确、适用范围广的划分和对比标准。通过对比年代地层学、古生物地层学以及岩石地层学,认为笔石古生物地层学可以作为划分高产层的标准,该方法在中石油、中石化广泛应用。

  陈旭用生物地层学的方法解释广西运动,回答了井为什么集中在特定地区的问题。他介绍了广西运动从中国东南方向通过雪峰隆起向西北方向阶梯式抬升直到扬子区,并结合具体的广西运动图,指出五峰组是地区性产物,而龙马溪组的黑色页岩是全球性产物,也就是说奥陶纪末期的黑色页岩是地区性产物,奥陶纪、志留纪之交两套黑色页岩呈全球分布模式。

  笔石是解开时空分布的钥匙,通过对剖面上笔石群的对比研究,陈旭对冰盖这一地质事件进行概括,冰盖凝聚将大量有机物带到海底,冰盖消融后海平面上升,底层缺氧,有机物沉淀在海底,这就是页岩气和油气的来源。他把海洋模式结果总结为海洋充氧减弱、营养物质、初级生产力增加、最低含氧带上升,这些结果有利于有机质的富集。针对如何将该过程具体化到我国,并用于指导寻找扬子区页岩气富集的规律,陈旭提出两个模式:一是黔渝龙马溪组黑色页岩渐进模式,指出“龙一”到“龙三”,黑色页岩不断从盆地中心向边缘扩散,“龙一”到“龙五”是开采页岩气最重要的层段。二是宜昌上升圈层模式。

  他提出由广西运动对上扬子模式的作用结果引起的地区上升称为“宜昌上升”,可以用笔石带解释上升。陈旭表示采用增加点位的方法研究上升模式要建立在认识地层、明确每一点位上不同程度的地层缺失、了解笔石属种的基础上。

  陈旭结合华电公司的例子,指出阶段渐进模式和宜昌上升圈层模式反过来从宏观上指导了两大公司的地表系统开发页岩气的方向和历程,强调解决具体的井和实际剖面问题是页岩气开发的基础,同时也要提高和重视宏观规律。

  斑脱岩作为特殊地质事件——火山喷发的沉积记录,对研究页岩气分布有很大作用。陈旭通过一组图片,展示了斑脱岩的具体形态和在地层中的分布,他指出斑脱岩对有机质的富集有很大作用。他以北极圈内的阿留申群岛火山爆发,导致加拿大的河流系统三文鱼成倍增产的现象以及地中海阿特纳火山爆发,致使地中海中藻类、菌藻类高度繁殖,增强了海水初级生产力为例,说明了斑脱岩是促使有机质增加的重要因素。斑脱岩在龙二龙三的规律性分布和发育对于页岩气的生产实践有促进作用。

  扬子区五峰龙马溪的黑色页岩有发现页岩气产业结构试点的时空分布规律,时空正好结合。对世界上主要的黑色岩产区地层分布进行点投,其主要分布在中低纬,将页岩气地层成位在中低纬时,发现表层水和较深水中间笔石动物群的性质是有所不同的,分别对应分异和混生两种分布模式,同时不同深度的笔石动物群的分布,也会受到上升流的干扰。

  他提出笔石深度分布模式借用底栖生物模式来实现,而不同深度的动物群埋葬在一起的不同的笔石组合,反过来可以推测出当时不同组合是生活在不同水层中间,不同的组合揭示了不同深度分布。陈旭介绍了我国南部北扬子区、南盆地的地形,认为其提供了一个优选分布,而扬子区是浅水模式,其页岩地层分布也受到深度控制,它的奥陶系时期黑色岩的掌控模式是抬坡盆的掌控模式,与志留纪事件前后的掌控不同。在该掌控模式之下密度最高的笔石动物群在上斜破和苔原上斜坡,因此,他认为考察志留纪黑色系与中间最重要的地区,应该是扬子排列的上斜坡的位置。

  最后,陈旭与在座师生就笔石带划分理论与实际油田应用等问题进行深入讨论。

  陈旭,1959年毕业于北京地质学院,即到中国科学院南京地质古生物研究所工作,自1987年起历任国际笔石工作组主席、副主席,国际奥陶系分会选举委员、副主席,主席。60年代师从穆恩之院士,参与《中国的笔石》编著,建立和完善了中国奥陶纪、志留纪及包括早泥盆世笔石带的划分和对比研究。1997年以他为主的国际工作组在浙江常山黄泥塘建立达瑞威尔阶的全球层型剖面和点位(GSSP)的研究被国际地科联批准,是第一个在中国确立的“金钉子剖面”。2006年由他领导的国际工作组在我国宜昌王家湾建立了奥陶系最高的一个阶,即赫南特阶的GSSP,为我国的奥陶系再获一枚“金钉子剖面”。近年来研究笔石大灭绝及幸存的过程和机制,在理论和研究方法上有一定的创新。与美国专家合作,编制了寒武纪至中新世共26幅全球气候纬向分带重建图,系统阐述显生宙气候带的演变;对华南广西运动发生时代的研究,引起国内地质界不同学科同行的关注;领导的《中国海相地层研究》项目为中国含油气地层开发作出了一定的贡献;最近指导中石油、中石化和地调油气中心建立地层组,解决华南奥陶-志留系黑色页岩中页岩气地层对比,并直接用于页岩气勘探和开发,取得较好效果。至今发表论著234篇册,其中SCl论文46篇。获国家自然科学二等奖,中国科学院自然科学一等奖、二等奖,李四光地质科学奖,美国古生物杂志2005年度最佳论文奖等国内外奖项。


 


【作者:宋亚珍 焦国红 程燕君 孙伟    来自:大学生传媒中心 地球科学与技术学院 科技处    责任编辑:卜令朵     审核:蒋大森】
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