摘 要：全球主力頁巖油氣層大多伴生火山灰層，剖析火山灰的類型、成分、成因和成巖演化作用，探索火山灰與富有機質(zhì)頁巖的形成關(guān)系，有利于明確火山灰對頁巖油氣層的作用機制。通過對我國主要產(chǎn)頁巖油氣盆地的野外考察和頁巖巖心觀察，應(yīng)用場發(fā)射掃描電鏡和能譜元素分析等技術(shù)，結(jié)合生產(chǎn)實踐成果，研究得出了4點認(rèn)識：①火山灰以中酸性為主，大多來自爆炸式火山噴發(fā)，其表面附著易溶薄層鹽膜，入水后可迅速釋放鐵鹽等營養(yǎng)物質(zhì)，有利于促進藻類勃發(fā)；②藻類勃發(fā)不僅是優(yōu)質(zhì)烴源巖的主要物質(zhì)來源，而且還可促進碳酸鹽巖礦物沉積，形成藻類與碳酸鹽巖紋層狀互層，利于發(fā)育層間孔縫，提高頁巖油氣層的物性和脆性；③在以缺氧環(huán)境為主的深水區(qū)，不僅厘米一毫米級火山灰層數(shù)與富有機質(zhì)泥頁巖厚度呈正相關(guān)關(guān)系，而且頻繁的微米級火山灰沉降也能形成大面積厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖；④板塊運動形成的造山帶與板塊俯沖帶具有良好的對應(yīng)關(guān)系，是爆炸式火山噴發(fā)的發(fā)育帶，其周邊的古湖泊和海洋是形成大面積厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖的有利區(qū)。結(jié)論認(rèn)為：四川盆地及其周邊的下古生界海相頁巖為頁巖氣現(xiàn)階段最可行的勘探領(lǐng)域，除鄂爾多斯等主要含油氣盆地外，銀額、民和、二連和海拉爾等中小盆地也具有較大的頁巖油(致密油)勘探潛力。
關(guān)鍵詞：頁巖氣 頁巖油 致密油 火山灰 藻類勃發(fā) 優(yōu)質(zhì)烴源巖 富有機質(zhì)頁巖 勘探潛力
An important role of volcanic ash in the formation of shale plays and its inspiration
Abstract：Volcanic ash layers are discovered in many main producing shale oil&gas formations all ovcr the world．The analysis of the types，composition，origin and diagenetic evolution of volcanic ash and studies on the relationship between volcanic ash and organic-rich shales are essential to deterraine the effects of volcanic ash on shale oil／gas layers．Based on the observation of shale outcrops and cores of the main producing shale basins in China，the advanced technologies such as field emission scanning election microscope and energy spectrum analysis were used to study the role of volcanic ash in the formation of shale plays，and the following conclusions were obtained．(1)Most of the volcanic ash is of intermediate-acidic，and originate from explosive volcano eruptions．The ash particles are commonly covered with soluble salt coatings，which can rapidly release a large amount of nutrients，such as iron containing salt，resulting in plankton bloom．(2)Planktonic algae bloom can not only supply organic matters for the formation of high quality source rocks，but improve the deposition of carbonate minerals．The interlaminated algae and carbonates are favorable for the development of interlayer pores and fractures and also for the enhancement of physical properties and brittleness．(3)The number of volcanic ash layers in centimeter to millimeter scale has a positive correlation with the thickness of organic-rich shales deposited in commonly anoxic deepwater environments．In addition，the frequent deposition of volcanic ash in micrometer scale can even form extensive thick higDquality source rocks．(4)The orogenic belts resulted from plate movement generally have a good corresponding relationship with subduction zones and are favorable for explosive volcano eruption．The surrounding ancient lakes and sea are likely to form extensive thick high-qualitv sOHrce rocks．On this basis，the marine shales of the Lower Paleozoic in the Sichuan Basin and its periphery are predicted to be the most promising targets for shale gas exploration at present．In addition to the major petroliferous basins such as Ordos，the medium sized and small basins such as Yin¢e，Minhe，Erlian and Hailar，also show good shale oil(tight oil)potentials．
Keywords：shale gas，shale oil，tight oil，volcanic ash，planktonic al gae bloom，high quality source rock，organic rich shale，exploration potential
研究表明，國內(nèi)外主力頁巖油氣產(chǎn)層大多伴生火山灰層。如美國Williston盆地上泥盆一下石炭統(tǒng)Bakken組[1]、Appalachian盆地中泥盆統(tǒng)Marcellus組[2]、Gulf Coast盆地上白堊統(tǒng)Eagle Ford組[3]，我國四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組[4]，松遼盆地上白堊統(tǒng)青山口組[5]，鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組7段[6]，三塘湖盆地中二疊統(tǒng)蘆草溝組等頁巖層段[7]?；鹕交覍搸r油氣是否具有重要貢獻?其作用機制是什么?筆者等對鄂爾多斯、四川、準(zhǔn)噶爾盆地等主要頁巖油氣探區(qū)開展了野外考察和巖心觀察，通過氬離子拋光、場發(fā)射掃描電鏡、能譜元素分析等技術(shù)，深入研究了火山灰類型、成分、分布規(guī)律和成巖演化，詳細分析了火山灰與富有機質(zhì)泥頁巖的形成關(guān)系，以期明確火山灰對頁巖油氣的作用機制，并得到一些重要啟示，對我國頁巖油氣的勘探開發(fā)提出建議，促進該領(lǐng)域地質(zhì)研究的深入開展。
1 火山灰類型、分布規(guī)律與成巖演化
1．1 火山灰類型與成分
廣義的火山灰泛指粒徑小于2mm的火山噴發(fā)產(chǎn)生的碎屑物質(zhì)。按組成及結(jié)晶狀況，火山灰分為巖屑(巖石碎屑)、晶屑(晶體碎屑)和玻屑(玻璃碎屑)3種。其中巖屑形狀多樣，成分不一，既可是火山巖，也可是圍巖；晶屑多為早期析出的斑晶隨熔漿炸碎而成，粒徑介于2～0.0625mm；玻屑通常構(gòu)成火山灰細粒部分的主體[8]。按照礦物組成，火山灰可分為基性和中酸性2大類，以中酸性為主?；曰鹕交抑袔r屑多為玄武巖，晶屑主要為橄欖石、輝石、斜長石等，玻屑少見；中酸性火山灰中巖屑為安山巖、流紋巖、英安巖等，晶屑主要為石英、鉀長石、斜長石、角閃石、黑云母等，玻屑發(fā)育。按照搬運和沉積方式，火山灰又可劃分為3種類型：①重力流型，按其沉積環(huán)境又可分為陸上的火山灰流和水下高密度底流2種沉積類型；②降落型，通常又稱降落灰，主要是指火山灰在大氣中經(jīng)風(fēng)力搬運的產(chǎn)物；③水?dāng)y型，是侵蝕成因的火山灰經(jīng)過流水搬運后沉積形成[9]。筆者所涉及的火山灰主要為降落型。
1．2 火山灰分布規(guī)律
火山灰從前寒武紀(jì)至第四紀(jì)在全球廣泛發(fā)育，其分布主要受3個因素控制。
1．2．1顆粒大小和密度
不同粒徑的火山灰沉降速度相差可達幾個數(shù)量級，粒徑大的幾分鐘或幾天就沉降下來，粒徑小的可在空中漂浮數(shù)月甚至數(shù)年；相同粒徑下，火山灰密度越大，沉降速率越快[9]。
1．2．2風(fēng)速和風(fēng)向
飄浮在空中的火山灰聚集成云，其走向和速度取決于風(fēng)向和風(fēng)速。風(fēng)速越大，火山灰擴散的距離越大，但寬度減??；風(fēng)速越小，火山灰擴散距離越小，但寬度增大[10]。
1．2．3火山噴發(fā)類型和規(guī)模
火山灰的形成數(shù)量和分布范圍主要受火山噴發(fā)類型和規(guī)?？刂??；鹕絿姲l(fā)按巖漿的通道分為2大類：①裂隙式噴發(fā)，又稱冰島型火山噴發(fā)，巖漿沿地殼中的斷裂帶溢出地表，通常溫和寧靜，噴出物多為基性熔漿，碎屑和氣體較少；②中心式噴發(fā)，巖漿通過管狀通道噴出地表，通常產(chǎn)生爆炸，噴出物多為中酸性熔漿，碎屑和氣體豐富。根據(jù)噴出物性質(zhì)和噴發(fā)強烈程度，火山噴發(fā)可分為多種類型(表1)，其中普林尼型等強烈爆炸式火山噴發(fā)形成的火山灰量最大。
總之，中酸性硅質(zhì)火山灰主要來自爆炸式火山噴發(fā)，比基性的鐵鎂質(zhì)火山灰密度小、灰柱高、數(shù)量多、分布廣。
1．3 火山灰成巖演化
火山灰可形成凝灰熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂泥巖5種巖石類型[11]，在成巖演化過程中主要會發(fā)生脫?；?、水化水解、交代蝕變等物理、化學(xué)變化。
1．3．1脫玻化作用
脫?；饔糜址Q為失透作用、晶化。玻璃質(zhì)巖石隨著地質(zhì)時代的增長，特別是由于埋藏使溫度、壓力升高時，玻璃質(zhì)將逐漸轉(zhuǎn)化為結(jié)晶物質(zhì)，即產(chǎn)生脫?；饔谩；鹕交乙圆Ｐ紴橹?，而火山玻璃在成巖過程中極易發(fā)生脫玻化作用，形成隱晶或微晶石英與長石集合體，形態(tài)輪廓模糊不清，難以辨認(rèn)。中酸性火山玻璃脫?；螅＞喏毥Y(jié)構(gòu)、球粒結(jié)構(gòu)；基性火山玻璃脫玻化后為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)[12]?；鹕讲Ａг诿摬；^程中，發(fā)生形態(tài)變化，造成體積縮小，可適量增加基質(zhì)孔隙。
1．3．2水化、水解作用
水化作用是物質(zhì)與水發(fā)生化合的過程，又稱水合作用，火山玻璃與地層水發(fā)生水化作用可形成含水玻璃，如基性火山灰含水可形成碎云玻璃和橙玄玻璃；水解作用是水將物質(zhì)分解形成新物質(zhì)的過程，火山玻璃與地下水發(fā)生水解作用可變?yōu)轲ね痢⒌鞍资?、方解石等?span lang="EN-US">
1．3．3交代蝕變作用
交代作用也稱為熱水換質(zhì)作用，是巖石與熱水之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象。反應(yīng)最主要的形式為晶格中陽離子的取代，使晶體在不熔解、不改變其品格結(jié)構(gòu)的前提下，改變化學(xué)組成。蝕變作用是巖石、礦物受到熱液作用，產(chǎn)生新的物理化學(xué)條件，使原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及成分相應(yīng)地發(fā)生改變，生成新的礦物組合的過程?；鹕剿樾紟r發(fā)生交代蝕變作用可產(chǎn)生次生石英巖化、青盤巖化、黏土化、沸石化等次生變化。其中次生石英巖化主要是中酸性火山碎屑物被交代而成，如凝灰?guī)r可生成次生石英巖[13]；青盤巖化主要為中基性火山碎屑物被交代而成，特征礦物為綠簾石、綠泥石、鈉長石和碳酸鹽巖(方解石、白云石和鐵白云石)；黏土化可形成水白云母(伊利石)、綠泥石、高嶺石、斑脫土(以蒙脫石為主)等礦物[4]；而沸石化則幾乎是火山碎屑特有的交代蝕變產(chǎn)物，可形成斜發(fā)沸石、方沸石、片沸石和濁沸石等[14]。
火山灰交代蝕變等成巖作用，不僅能形成大量的次生孔隙(圖1)，改善頁巖油氣層的物性，而且火山灰形成的凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖等巖層還能成為頁巖油氣的有效儲層。另外，火山灰含有大量鈾、釷等放射性元素，可加速有機質(zhì)的熱解，對頁巖油氣的生成具有積極意義[15-16]。
2 火山灰對頁巖油氣層的作用機制
2．1 藻類勃發(fā)是形成優(yōu)質(zhì)烴源巖的物質(zhì)基礎(chǔ)
優(yōu)質(zhì)烴源巖指含有機質(zhì)豐度高、類型好、對油氣藏有較大貢獻的烴源巖，于酪根類型為腐泥型 偏腐泥混合型，TOC一般大于2％，對頁巖油氣的成藏與富集起重要控制作用[17-18]。形成優(yōu)質(zhì)烴源巖的主控因素為生產(chǎn)力和有機質(zhì)保存條件，其中生產(chǎn)力更為重要。生產(chǎn)力分初級和次級2類，初級生產(chǎn)力主要來自浮游植物(藻類)，而次級生產(chǎn)力主要來自微體動物，如介形蟲、有孔蟲等。通常所說的生產(chǎn)力主要指初級生產(chǎn)力[19]。
藻類勃發(fā)就是浮游藻類在一定條件和時期形成單屬種的極度生長和富集，具有強烈的排他性。浮游藻類分布極其廣泛，地球表面只要有水的地方，一般都有其蹤跡。藻類勃發(fā)在現(xiàn)代海洋和湖泊往往呈現(xiàn)季節(jié)性，主要類型為硅藻、顆石藻和溝鞭藻等[20]。影響藻類勃發(fā)的因素主要有光照、水溫、營養(yǎng)鹽供給、pH值和溶解氧等，其中前3個因素最為重要[21-23]。藻類勃發(fā)能在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量有機質(zhì)聚集，具有極高的生產(chǎn)力，其直接后果是形成藻類沉積紋層。我國主要優(yōu)質(zhì)烴源巖均發(fā)現(xiàn)藻類富集，如渤海灣盆地古近系沙河街組油頁巖中保存有大量層狀藻類體、結(jié)構(gòu)藻類體和藻屑體，且地球化學(xué)分析表明藻類是原油的直接來源[24]；鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)長7段油頁巖的有機質(zhì)來源以藻類為主，陸源高等植物等貢獻十分有限[25]；松遼盆地上白堊統(tǒng)青一段湖相富有機質(zhì)泥頁巖以藻類為有機質(zhì)主要來源[26]；四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組產(chǎn)氣頁巖也以藻類為主要生烴來源。筆者等對我國主要致密油產(chǎn)層的烴源巖進行了取樣分析，發(fā)現(xiàn)致密油普遍高產(chǎn)的準(zhǔn)噶爾和三塘湖盆地的蘆草溝組烴源巖有機質(zhì)類型以偏腐泥混合型為主，藻類占主導(dǎo)的腐泥組含量較高，一般大于65％；而致密油普遍低產(chǎn)的四川盆地下侏羅統(tǒng)烴源巖有機質(zhì)類型以偏腐殖混合型為主，腐泥組含量偏低，一般小于30％(表2)。
2．2 火山灰促進藻類勃發(fā)
近年來，隨著衛(wèi)星分析技術(shù)的不斷成熟，火山灰促進浮游藻類大面積勃發(fā)現(xiàn)象已被多次觀測和證實。如2003年馬里亞納群島東北部的阿娜塔翰(Anatahan)火山噴發(fā)，導(dǎo)致西太平洋海域4.8×103km2的藻類勃發(fā)[27]；2008年美國阿拉斯加州的卡薩托奇(Kasatochi)火山噴發(fā)，促使太平洋東北海域(1.5～2.0)×106km2的藻類大勃發(fā)[28]。
火山灰含有豐富的易溶性鐵鹽等營養(yǎng)物質(zhì)，能促進藻類暴發(fā)性生長?；鹕絿姲l(fā)過程中，火山灰與氣體(如二氧化硫、氯化氫、氟化氫)、氣溶膠(如硫酸)發(fā)生反應(yīng)，在表面形成由硫化物、鹵化物等組成的厚度小于10nm的薄層鹽膜[29]，入水后迅速溶解，使得營養(yǎng)物質(zhì)濃度快速增加。實驗表明，Fe濃度在最初5min內(nèi)增速最快，之后明顯減緩；NH4+濃度在最初5min內(nèi)達到最大，之后基本保持不變；Si濃度在最初l5min內(nèi)增速最快，之后緩慢增加；Cu和Zn的濃度在最初5min內(nèi)達到最大，之后反而下降。
分析認(rèn)為，火山灰表面鹽膜溶解是水體營養(yǎng)鹽濃度快速上升的主要原因，同時火山灰自身礦物也會發(fā)生緩慢溶解，從而造成Fe、Si等濃度緩慢增加。生物實驗表明，在火山灰浸泡15～20min的海水中，大洋中常見的硅藻屬齒角毛藻(Chaetoceros dichaeta)的光合作用效率和數(shù)量顯著提高[30]。由于絕大多數(shù)浮游藻類都生長在透光層(一般水深不到50m)，而即使是細粒的火山灰，沉降穿過透光層的時間也在1～2h[9]。因此火山灰表面鹽膜溶解是導(dǎo)致藻類勃發(fā)的主因。
火山灰沉積厚度與釋放的營養(yǎng)物質(zhì)濃度成正比，適量沉降的火山灰能促進藻類勃發(fā)。Duggen等[30]學(xué)者實驗表明：一層厚度為lmm、面積為ldm2的火山灰(約20g)沉降在相同面積的50m高度(相當(dāng)于透光層厚度)的水柱中，呵大幅增加營養(yǎng)物質(zhì)的濃度，其中Fe濃度增加0.4～2.4nmol／L，Zn濃度增加0.1～1.1nmol／L，而正常海水中Fe和Zn的平均含量一般小于0.5nmol／L。如果火山灰的厚度為1cm，則所有物質(zhì)濃度值會相應(yīng)增加約10倍。因此，距離火山口越近，火山灰沉積的厚度越大，海洋和湖泊獲得的營養(yǎng)物質(zhì)濃度也越高，藻類勃發(fā)的可能性越大。如1980年圣海倫斯火山(Mount St．Helens)噴發(fā)后，附近湖泊的藻類數(shù)量出現(xiàn)大幅增長[9]；我國鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)長7段發(fā)育紋層狀沉凝灰?guī)r層，其中盆地東南部的Z8井共識別出沉凝灰?guī)r超過180層，不僅與之共生的油頁巖中藻類極為豐富，而且沉凝灰?guī)r層自身也富含藻類和超微生物化石[6,31]。但是火山灰不僅能釋放鐵、氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)，也會釋放銅和鋅等有害物質(zhì)，其中Cu2+具有很強的毒性，濃度過高會嚴(yán)重抑制浮游生物的生長[9]。對于水體有限的湖泊，近距離火山噴發(fā)還會釋放大量氯化氫、氯氣等有毒氣體，并大幅提升水溫、降低pH值，從而造成生物大規(guī)模死亡。如我國遼寧西部四合屯地區(qū)中生代湖相地層中，含有多層凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r，其間夾持著多套大規(guī)模生物集群死亡形成的化石層，而且凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r地層中也含有大量生物化石[32]。此外，Keller等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)歷史中發(fā)生的奧陶紀(jì)末、泥盆紀(jì)末、二疊紀(jì)末、三疊紀(jì)末和白堊紀(jì)末5次全球生物大滅絕，除奧陶紀(jì)末外，其余均為大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)造成[33]。
“近則傷，遠則荒”。距離火山口過近會造成大規(guī)模生物死亡，中小型湖泊則可能因大量火山碎屑充填而萎縮甚至消亡；距離火山口過遠則沉降的火山灰量太少，不足以促成規(guī)模藻類勃發(fā)，較難形成優(yōu)質(zhì)烴源巖。鄂爾多斯盆地長7段野外剖面和巖心觀察發(fā)現(xiàn)，富有機質(zhì)泥頁巖中夾持的火山灰厚度絕大多數(shù)為厘米至毫米級，而且火山灰層數(shù)越多，優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度越大，在遠離物源的深湖區(qū)，長7段底部的沉凝灰?guī)r累計厚度與高有機質(zhì)豐度的油頁巖厚度呈良好的正相關(guān)關(guān)系(圖2)[34]；而準(zhǔn)噶爾盆地中二疊統(tǒng)蘆草溝組優(yōu)質(zhì)烴源巖的研究發(fā)現(xiàn)，雖然很少見肉眼可識別的火山灰層，但在光學(xué)顯微鏡下，富有機質(zhì)黑色泥頁巖中普遍發(fā)育微米級的中基性巖屑和晶屑火山灰與藻紋層，表明頻繁的小規(guī)?；鹕交页两狄灿欣趦?yōu)質(zhì)烴源巖的形成(圖3)。
初步分析認(rèn)為，多次的厘米級及其以下的火山灰沉降可促使藻類高頻勃發(fā)，在淺水區(qū)由于氧化和生物食取而難以保存，而遠離物源的深湖區(qū)可形成缺氧還原環(huán)境，有利于藻類紋層的保存，因此多次噴發(fā)的火山發(fā)育帶周邊的深水湖泊和海洋最有利于形成大面積厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖。當(dāng)然，不是所有的優(yōu)質(zhì)烴源巖都與火山灰有關(guān)，但火山灰沉降確實有利于形成優(yōu)質(zhì)烴源巖。
2．3 藻類勃發(fā)有利于碳酸鹽巖沉積
藻類勃發(fā)促進碳酸鹽礦物沉積，有利于形成碳酸鹽巖紋層。大量藻類發(fā)生光合作用，消耗掉透光層中的CO2，使得CaCO2達到過飽和而結(jié)晶析出，形成碳酸鹽巖沉積紋層[20-35]。
優(yōu)質(zhì)烴源巖中常見藻類紋層與碳酸鹽巖紋層互層。如渤海灣盆地濟陽坳陷東營凹陷的古近系沙河街組三段下亞段油頁巖，層理十分發(fā)育，主要由黑色的富含有機質(zhì)紋層和白色的鈣質(zhì)紋層組成。富含有機質(zhì)紋層中藻類異常豐富，可見絲網(wǎng)狀體，呈連續(xù)水平狀；鈣質(zhì)紋層為微晶方解石紋層，厚度比富有機質(zhì)紋層稍大，部分因重結(jié)晶作用而呈粗晶狀，形成小透鏡體[36]。
筆者等在陜西省銅川市金鎖關(guān)鎮(zhèn)霸王莊和何家坊上三疊統(tǒng)長7段剖面．：發(fā)現(xiàn)褐黑色油頁巖與灰白色碳酸鹽巖互層，可見多套薄層斑脫土；三塘湖盆地蘆草溝組云質(zhì)泥巖的薄片鑒定和熒光照片也發(fā)現(xiàn)藻類與碳酸鹽巖紋層狀互層(圖4)。
藻類勃發(fā)形成富有機質(zhì)紋層與碳酸鹽巖紋層交互沉積，有利于發(fā)育層間孔縫，形成頁巖油氣運移的重要通道；同時，碳酸鹽巖紋層的存在增強了地層的脆性，有利于頁巖油氣層的壓裂改造。
3 啟示
3．1 板塊俯沖帶周邊的古湖泊和海洋易于形成優(yōu)質(zhì)烴源巖
全球火山活動可分為3個區(qū)帶：①環(huán)太平洋火山帶，分布在太平洋板塊和美洲板塊邊緣，呈馬蹄形，約80％的爆炸式火山噴發(fā)發(fā)生在該帶上；②爪哇島、蘇門達臘島延伸至喜馬拉雅山脈、地中海以及大西洋的阿爾卑斯山脈，分布在印度洋板塊與亞歐板塊、非洲板塊的邊界，火山較發(fā)育；③大西洋中洋脊，火山噴發(fā)較少。絕大部分火山都分布在板塊邊緣，以聚斂板塊邊界為主，而且以大角度的正面俯沖帶的弧后火山活動最為強烈，當(dāng)板塊運動方向與板塊邊緣走向成小角度相交時，缺少正面俯沖的動力，火山活動相對平靜。走滑斷層帶上更缺少火山活動。大洋中脊往往只有小規(guī)模的寧靜溢流，僅當(dāng)存在熱點(地幔柱)時才有較大規(guī)模的噴發(fā)活動[37]。
因此，地質(zhì)歷史時期的板塊俯沖帶最有利于形成爆炸式火山噴發(fā)，而其周邊的古湖泊和海洋則可能因為火山灰沉降而促發(fā)藻類勃發(fā)，從而發(fā)育大面積優(yōu)質(zhì)烴源巖。
3．2 我國地質(zhì)歷史中的火山活動規(guī)律
顯生宙以來，對中國大陸火山活動和成盆環(huán)境有重要影響的主要有以下4次大的板塊間運動。
1)古亞洲洋的閉合。古亞洲洋約在早石炭世最終拼合，形成了從中亞到中國北部的興蒙巨型造山系，典型代表是天山、祁連山、北疆—興蒙造山帶，而準(zhǔn)噶爾、三塘湖等盆地的中二疊世的火山灰很可能來自北疆興蒙造山帶。
2)特提斯洋的消減與拼合。特提斯洋經(jīng)歷了原特提斯(Z—S)、古特提斯(D—T2)、新特提斯(T3—E)3個階段，形成了昆侖秦嶺大別山以南，包括青藏高原、華南南海在內(nèi)的一系列造山帶，而中三疊世末，揚子板塊與華北板塊碰撞對接，古特提斯洋消亡，來自秦嶺的火山灰促成了鄂爾多斯盆地長7段優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育。
3)蒙古—鄂霍次克洋的擴張與閉合。晚三疊世至早白堊世期間，蒙古鄂霍次克洋一直在擴張，受其影響，中國大陸北部自西向東，在興蒙造山帶周邊發(fā)育廠一系列的侏羅 白堊紀(jì)斷陷盆地，如酒西、銀額、二連、海拉爾、松遼等盆地，同時這些盆地也普遍發(fā)育晚侏羅世至早白堊世的火山灰層。晚白堊世末，鄂霍次克洋發(fā)生自西向東的關(guān)閉，使得這些盆地的發(fā)育表現(xiàn)出自西向東的遷移規(guī)律。
4)太平洋板塊的俯沖。侏羅紀(jì)開始，太平洋板塊推擠著前緣的依澤奈畸板塊向中國大陸俯沖，穩(wěn)定的華北地塊解體，形成渤海灣等多個裂谷盆地。同時，使得自黑龍江到海南島，縱貫中國大陸東部陸緣地帶火山活動連綿不斷[38-40]。
板塊運動形成的造山帶往往與板塊俯沖帶有良好的對應(yīng)關(guān)系，也是爆炸式火山噴發(fā)的發(fā)育帶，其周邊盆地可能發(fā)育同期的優(yōu)質(zhì)烴源巖，如我國興蒙造山帶周邊的銀額、雅布賴、二連和海拉爾等盆地，在侏羅—白堊系均發(fā)現(xiàn)大面積的火山灰層，具有良好的頁巖油(致密油)勘探前景(圖5)。
3．3 我國頁巖油氣有利勘探領(lǐng)域預(yù)測
我國頁巖分為海相、海陸過渡相與煤系、湖相3類，其中海相頁巖主要發(fā)育在下古生界，富有機質(zhì)集中段分布穩(wěn)定，熱成熟度偏高，以干氣為主，頁巖氣勘探前景最好；海陸過渡相與煤系頁巖主要發(fā)育在石炭—侏羅系，沒有明顯的富有機質(zhì)集中段，頁巖氣勘探潛力有待落實，基本無頁巖油(致密油)勘探價值；湖相頁巖主要發(fā)育在中、新生代，富有機質(zhì)集中段厚度大，成熟度偏低，頁巖油(致密油)勘探潛力大，在埋深較大的凹陷區(qū)可能具有一定的頁巖氣資源前景[41]。
綜合分析認(rèn)為：我國四川盆地及其周邊構(gòu)造相對穩(wěn)定，地表條件良好，下寒武統(tǒng)筇竹寺組、上奧陶統(tǒng)五峰組和下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖，均發(fā)現(xiàn)火山灰層，有機質(zhì)豐度高、含氣量較高、埋深適中(1000～4500m)，為海相頁巖氣現(xiàn)實勘探領(lǐng)域。我國西部準(zhǔn)噶爾、三塘湖等盆地的中二疊統(tǒng)，中部鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)，北部酒泉、銀額、民和、二連、海拉爾等盆地的侏羅—白堊系、東部松遼、渤海灣、南華北、蘇北、江漢等盆地的白堊系和古近系，火山灰層發(fā)育，有機質(zhì)豐度高，埋深適中(1000～4000m)，為頁巖油(致密油)有利勘探領(lǐng)域(圖5)。
4 結(jié)論
1)火山灰以中酸性為主，主要來自爆炸式火山噴發(fā)，其表面附著的薄層鹽膜可迅速提高水體營養(yǎng)物質(zhì)濃度，有利于大面積藻類勃發(fā)，在成巖過程還可產(chǎn)生豐富的次生孔隙。
2)藻類勃發(fā)不僅是優(yōu)質(zhì)烴源巖的主要物質(zhì)來源，也可促進碳酸鹽巖礦物沉積，形成藻類與碳酸鹽巖紋層狀互層，有利于發(fā)育層間孔縫，提高頁巖油氣層的物性和脆性。
3)在以缺氧環(huán)境為主的深水區(qū)，不僅間斷沉積的厘米—毫米級火山灰層數(shù)與富有機質(zhì)泥頁巖厚度正相關(guān)，而且頻繁的微米級火山灰沉降也能形成大面積厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖。
4)板塊運動形成的造山帶與板塊俯沖帶有良好的對應(yīng)關(guān)系，是爆炸式火山噴發(fā)發(fā)育帶，其周邊的古湖泊和海洋有利于形成大面積厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖，具備良好的頁巖油氣勘探前景。
5)四川盆地及其周邊的下古生界海相頁巖為頁巖氣現(xiàn)實勘探領(lǐng)域，除鄂爾多斯等主要含油氣盆地外，銀額、民和、二連和海拉爾等中小盆地也具有較大的頁巖油(致密油)勘探潛力。
在研究過程中，得到了楊式升、涂建琦、張師本、朱德升、C．J．Hackbarth等專家的熱情指導(dǎo)，中國石油各油田公司在樣品采集與資料分析方面也給予了巨大幫助，在此致以真誠的感謝!
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本文作者：李登華 李建忠 黃金亮 汪少勇 王淑芳
作者單位：中國石油勘探開發(fā)研究院
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