得克萨斯州东部和西路易斯安那州上侏罗统海因斯韦尔组页岩地质研究

得 克 萨 斯 州 东 部 和 西 路 易 斯 安 那 州 上 侏 罗统 海 因 斯 韦 尔 组 页 岩 地 质 研 究Ursula Hanunes, H. Scott Hamlin和 Thomas E. Ewing摘 要 上 侏 罗 统 海 因 斯 韦 尔 组 页 岩 目 前 被 认 为 是 美 国 陆 上 潜 力 最 大 的 新 兴 页 岩 气 区 带 之 一 。 其 天 然 其 估 算 资 源 量 高 达 数 百 万 亿 立 方 英 尺 ， 单 井 控 制 储 量 估 计 多 达 75亿 立 方 英 尺 。 这 个 页 岩 区 带 分 布 在 得 克 萨 斯 州 东 部 和 路 易 斯 安 那 州 西 部 的 边 界 附 近 ， 跨 越 了 16个 以 上 的 县 。 虽 然 其 所 在 的 盆 地 已 经 有 了 很 长 的 油 气 勘 探 历 史 ， 而 且 对 中 生 界 地 层 的 研 究 也 已 比 较 深 入 ， 但 还 没 有 开 展 过 针 对 海 因 斯 韦 尔 组 页 岩 的 综 合 地 质 研 究 。 文 中 首 次 分 析 了 这 套 页 岩 的 构 造 背 景 、 地 层 发 育 、 沉 积 环 境 和 沉 积 相 、 断 裂 发 育 以 及 页 岩 气 开 发 面 临 的 诸 多 挑 战 。基 底 构 造 和 盐 构 造 运 动 影 响 了 伴 随 墨 西 哥 湾 开 启 而 发 生 的 碳 酸 盐 和 硅 质 碎 肩 沉 积 。 海 因 斯 韦 尔 组 页 岩 是 一 套 富 有 机 质 且 富 碳 酸 盐 的 泥 岩 ， 沉 积 环 境 是 局 部 缺 氧 的 静 海 深 海 盆 地 ， 沉 积 时 期 是 启 末 里 支 期 到 早 提 通 期 ， 与 导 致 全 球 性 富 有 机 质 黑 色 页 岩 沉 积 的 二 级 海 侵 事 件 （second-order transgression )有 关 。 海 因 斯 韦 尔 瓦 岩 盆 地 的 北 面 和 西 面 分 别 是 斯 马 科 弟 (Smackover )和 海 因 斯 韦 尔 Lime Louark层 序 的 破 酸 盐 岩 陆 架 。 多 条 河 流 分 别 从 西 北 面 、 北 面 和 东 北 面 向 这 个 盆 地 输 送 沙 质 和 泥 质 沉 积 物 。 海 因 斯 韦 尔 泥 岩 由 多 种 岩 相 构 成 ， 包 括 生 物 扰 动 钙 质 泥 岩 、 纹 层 状 钙 质 泥 岩 和 粉 沙 质 球 状 粒 娃 质 泥 岩 ， 还 有 未 分 层 的 富 有 机 质 硅 质 泥 岩 。 可 见 数 量 不 等 的 草 莓 状 到 胶 状 黄 铁 矿 ， 它 们 以 结 核 、 薄 层 和 单 个 微 球 丛 的 形 式 出 现 ， 并 交 代 方 解 石 胶 结 物 和 软 体 动 物 壳 。 海 因 斯 韦 尔 页 岩 气 储 层 的 特 点 是 超 压 ， 孔 隙 度 平 均 为 812%， 含 水 饱 和 度 （Sw) 20 30%,渗 透 率 在 纳 达 西 级 ， 厚 度 70100米 ， 初 产 量 最 高 可 达 3000万 立 方 英 尺 /日 。 储 层 埋 深 在 3000-4700米 之 间 ， 页 岩 气 井 的 水 平 井 段 长 度 一 般 为 10001700米 。 典 型 的 海 因 斯 韦 尔 页 岩 气 生 产 井 的 产 量 递 减 曲 线 要 比 其 他 页 岩 气 区 带 的 更 陡 （ 第 一 年 递 减 幅 度 大 约 为 80%)， 储 层 超 高 压 是 造 成 这 种 现 象 的 主 要 原 因 。1.前 言 在 世 界 各 地 都 是 优 质 烃 源 岩 （ Klemme，1994)。 最 近 ， 曾 被 认 为 是 很 多 中 生 界 油 上 侏 罗 统 启 莫 里 支 阶 -提 通 阶 页 岩气 藏 烃 源 岩 的 多 套 页 岩 都 已 有 了 比 较 高 的2 石 油 地 质 科 技 动 态天 然 气 产 量 （ Curtis和 Hill, 2008； Mancini 等 ， 20081 Hammes等 ， 2009 j Schulz和 Horsfield, 2009)。 其 中 之 一 就 是 分 布 于 得 克 萨 斯 州 东 部 和 路 易 斯 安 那 州 北 部 盐 盆 地 之 间 的 海 因 斯 韦 尔 组 页 岩 。 前 人 对 这 些 油 气 系 统 的 研 究 集 中 在 得 克 萨 斯 州 东 部 和 路 易 斯 安 那 州 的 常 规 碳 酸 盐 岩 油 藏 和 硅 质 碎 屑 岩 油 藏 。 虽 然 有 关 海 因 斯 韦 尔 组 页 岩 的 简 短 的 总 结 性 文 章 比 较 多 （Ahr 等 ， 1984, Jackson和 Seni, 1984, Salvador, 1987 ; Jackson和 Laubach, 1991 j Goldhammer, 1998； Baria, 2001 ； Oloriz等 ， 2001; Goldhammer等 ， 2003 j Mancini和 Puckett， 2003 ? Mancini 等 ， 2004, 2005, 2008)， 但 相 关 的 深 入 研 究 论 文 却 未 见 有 公 开 发 表 的 。 本 文 简 要 综 述 并 分 析 了 这 套 页 岩 的 构 造 背 景 、 地 层 发 育、 沉 积 环 境 和 沉 积 相 以 及 页 岩 气 开 发 面 临 的 诸 多 挑 战 。2007年 ， 美 国 萨 切 皮 克 能 源 公 司 最 早 发 现 海 因 斯 韦 尔 页 岩 气 区 带 具 有 商 业 开 采 价 值 （ Durham, 2008)。 鉴 于 这 套 页 岩 与 得 克 萨 斯 州 东 部 和 路 易 斯 安 那 州 的 海 因 斯 韦 尔 组 碳 酸 盐 岩 比 较 接 近 ， 而 且 两 者 具 有 地 层 可 比 性 ， 萨 切 皮 克 公 司 称 之 为 “海 因 斯 韦 尔 页 岩 ”。 在 得 克 萨 斯 州 ， 这 些 页 岩 之 前 曾 被 划 归 “Bossier 组 下 段 ” （ Goldhammer和 Johnson, 2001 , Mancini等 ， 2005),又 被 称 作 “Gilmer 页 岩 ” （Forgotson 和 Forgotson, 1976; Ahr, 1981),而 在 路 易 斯 安 那 州 它 们 被 称 为 “Shreveport页 岩 ”。 2010年 ， 这 个 页 岩 油 气 区 带 被 正 式 命 名 为 “海 因 斯 韦 尔 页 岩 ”（ 得 克 萨 斯 州 铁 路 管 理 委 员 会， 2010)。 海 因 斯 韦 尔 页 岩 气 区 带 横 跨 了路 易 斯 安 那 州 西 北 部 的 8个 堂 区 和 得 克 萨斯 州 东 部 的 8个 县 （ 图 1)。 目 前 天 然 气 产 量 最 高 的 区 域 是 路 易 斯 安 那 州 的 DeSoto、93W 92WJVV图 1得 克 萨 斯 州 东 部 和 路 易 斯 安 那 州 西 部 研 究 区 的 位 置 图 ， 图 中 显 示 了 晚 侏 罗 世 构 造 单 元 及 截 至 2010年 海 因 斯 韦 尔 页 岩 气 产 区 （ 红 色 调 带 所 示 区 域 ） 。 构 造 受 控 于 早 期 墨 西 哥 湾 盆 地 的 开 启 ， 而 后 者 还 控 制了 海 因 斯 韦 尔 页 岩 的 沉 积 。 绿 色 区 域 显 示 的 是 盆 地 ， 蓝 色 区 域 显 示 的 是 构 造 隆 起 。 深 蓝 色 线 条 勾 勒 出 了萨宾 隆 起 的 分 布 范 围 。得 克 萨 斯 州 东 部 和 西 路 易 斯 安 那 州 上 侏 罗 统 海 因 斯 韦 尔 组 页 岩 地 质 研 究 3Caddo、Red River和 Bosier堂 区 以 及 得 克 萨 斯 州 东 部 的 Harrison、 Panola、 圣 奥 古 斯 丁 、 Nacogdoches和 Shelby县 ， 而 且 这 些 有 利 区 很 可 能 进 一 步 向 得 克 萨 斯 州 西 部 延 伸 。有 关 这 个 页 岩 气 区 带 的 估 算 最 终 可 采 天 然 气 量 （ EUR),还 没 有 一 个 权 威 的 数 字 ， 现 有 的 估 算 数 字 变 化 范 围 比 较 大 。 而 在 美 国 现 有 的 页 岩 气 区 带 中 ， 海 因 斯 韦 尔 页 岩 气 井 的 初 产 量 是 比 较 高 的 ， 一 般 在 3000万 立 方 英 尺 /日 之 上 ， 根 据 Wang和 Hammes (2010)的 观 点 ， 超 高 压 和 高 初 始 油 嘴 流 量 （choke rates)有 关 。 他 们 还 认 为 ， 这 个 页 岩 气 区 带 的 天 然 气 储 量 在 100万 亿 立 方 英 尺 以 上 ， 而 单 井 的 估 算 最 终 开 采 量 介 于 4075亿 立 方 英 尺 之 间 。 然 而 ， 由 于 这 个 页 岩 气 区 带 的 勘 探 开 发 历 史 比 较 短 , 无 法 得 到 可 靠 的 数 据 。 个 别 业 界 分 析 师 (Berman, 2009)认 为 ， 实 际 的 估 算 最 终 开 采 量 会 比 当 前 的 估 算 值 小 一 些 ， 其 原 因 是 气 井 第 一 年 的 产 量 递 减 速 度 非 常 快 ， 大 约 为 80%。2.地 质 背 景海 因 斯 韦 尔 页 岩 气 区 带 分 布 在 被 称 作 萨 宾 （ Sabine)隆 起 （ 总 体 上 埋 藏 比 较 浅 的 侏 罗 系 地 层 ） 的 广 阔 区 域 和 北 路 易 斯 安 那 盐 盆 的 西 侧 （ 图 1)。 比 较 年 轻 的 侏 罗 纪 沉 积 受 到 了 多 种 因 素 的 影 响 ， 包 括 基 底 结 构 （basement architecture)及 在 盐 沉 积 之 前 形 成 了 一 系 列 构 造 隆 起 和 构 造 低 地 的 拉 张 历 史 。 晚 白 垩 世 和 新 生 代 的 构 造 运 动 可 能 对 热 流 和 埋 藏 史 产 生 了 影 响 ， 进 而 影 响 了 有 机 质 的 演 化 。萨 宾 隆 起 是 一 个 大 型 正 向 和 负 向 基 底 构 造 区 的 组 成 部 分 ， 这 些 构 造 构 造 沿 墨 西 哥 湾 盆 地 东 北 缘 一 线 分 布 （ 图 2)。 从 得 克萨 斯 州 东 部 延 伸 到 佛 罗 里 达 州 西 部 的 墨 西 哥 湾 东 北 缘 可 划 分 为 以 比 较 浅 的 前 中 生 代 基 底 和 薄 的 侏 罗 纪 盐 层 为 特 征 的 四 个 区 域 , 自 东 南 向 西 北 分 别 为 萨 拉 索 塔 （ Sarasota) 穹 隆 、 中 地 （Middle Ground)穹 隆 、 威 金 斯 （ Wiggins)隆 起 和 萨 宾 （ Sabine)隆 起 (图 2)。 在 这 些 穹 隆 之 间 及 其 周 边 地 区 分 布 着 盐 盆 ， 其 特 征 是 厚 盐 层 运 动 形 成 了 起 伏 比 较 大 的 盐 枕 和 盐 底 辟 ： 坦 帕 （ Tampa) 盐 盆 、 迪 索 托 （ DeSoto)盐 盆 、 密 西 西 比 盐 盆 、 北 路 易 斯 安 那 盐 盆 和 东 得 克 萨 斯 盐 盆 （ Ewing, 1991, Sawyer等 ， 1991) (图 2)。 墨 西 哥 湾 东 北 缘 明 显 不 同 于 其 西 北 缘 （ 得 克 萨 斯 州 部 分 ） ， 后 者 的 特 点 是 存 在 北 东 向 的 重 力 异 常 和 磁 异 常 特 征 分 布 、 厚 盐 层 大 面 积 分 布 、 基 底 埋 深 比 较 大 ， 其 下 还 可 能 下 伏 一 条 火 山 裂 谷 边 缘 （volcanic rifted margin) (Mickus等 ， 2009)。 浅 基 底 穹 隆 之 下 有 比 较 厚 的 大 陆 地 壳 碎 片 ， 而 盐 盆 之 下 是 比 较 薄 的 大 陆 地 壳 （ Dobson和 Buffler, 1997)。 最 终 导 致 墨 西 哥 湾 盆 地 形 成 的 侏 罗 纪 裂 谷 作 用 影 响 了 地 壳 的 样 式 (Sawyer等 ， 1991)。 推 测 认 为 ， 比 较 厚 的 地 壳 经 历 了 比 较 弱 的 拉 伸 和 裂 谷 作 用 ， 而 比 较 薄 的 地 壳 则 经 历 了 强 烈 的 拉 伸 、 因 岩 浆 侵 入 而 升 温 甚 至 有 可 能 被 改 造 。推 测 认 为 ， 墨 西 哥 湾 盆 地 的 拉 伸 作 用 最 初 是 东 南 方 向 的 ， 受 控 于 I-期 转 换 断 层 (图 2);此 后 随 着 尤 卡 坦 （ Yucatan)地 块 围 绕 着 佛 罗 里 达 附 近 的 枢 轴 逆 时 针 旋 转 ， 进 一 步 向 南 运 动 ， 形 成 了 墨 西 哥 湾 洋 壳 (据 Dickinson和 Lawton, 2001)。 在 墨 西 哥 湾 的 I-期 裂 谷 作 用 过 程 中 ， 东 北 缘 的 地 块 和 盆 地 处 于 以 左 旋 转 换 断 层 作 用 为 主 的 构 造 带 内 （ Salvador, 1987 。 在 这 种 情 景 下 ， 拉 伸 作 用 比 较 强 烈 的 盆 地 代 表 着 该 构 造 带 内 复 杂 的 “拉 分 ”构 造 。 然 而 ， 准 确4 石 油 地 质 科 技 动 态图 2墨 西 哥 湾 北 部 的 构 造 单 元 。 等 深 线 ： 到 基 底 的 埋 深 ， 单 位 km,据 Sawyer等 （ 丨 991)修 改 。 图 中 显 示 了 图 3剖 面 的 部 分 剖 面 线 位 置 .SU=萨 宾 隆 起 ； WU=威 金 斯 隆 起 ： MGA=中 地 穹 隆 ： SA=萨 拉 索 塔 穹 隆 ;ETSB=东 得 克 萨 斯 盐 盆 ;NLSVB=北 路 易 斯 安 那 盐 盆 :MSB=S西 西 比 盐 盆 ； DSSB=迪 索 托 盐 盆 ； 丁 8=坦 帕 盆 地 。 绿 色 线 条 代 表 转 换 断 层 ： 深 橙 黄 色 代 表 大 陆 地 壳 ； 浅 橙 黄 色 代 表 厚 的 过 渡 性 地 壳 ： 淡 绿 色 表示薄 的 过 渡 性 地 壳 ； 紫 色 表 示 大 洋 地 壳 。地 识 别 和 描 述 这 些 边 界 转 换 断 层 比 较 困难 ， 而 且 具 有 不 确 定 性 。 裂 谷 作 用 后 的 沉 降作 用 因 冷 却 地 壳 的 均 衡 沉 降 而 集 中 在 地 壳拉 伸 比 较 强 烈 的 区 域 ， 导 致 堆 积 了 比 较 厚的 盐 层 和 沉 积 地 层 ， 并 引 趋 盐 体 变 形 （Nunn 等 ， 1984),沿 一 条 南 北 向 的 测 线 开 展 的 区 域 地 球 物 理 研 究 ， 尤 其 是 Keller等 （ 1989)报 告 的 “PASSCAL” （ 大 陆 岩 石 圈 阵 列 式 地 震 研 究 项 目 ） 地 震 资 料 以 及 Mickus和 Keller (1992)开 展 的 重 力 模 拟 研 究 表 明 ， 萨 宾隆 起 之 下 是 具 有 陆 壳 性 质 的 地 壳 ， 而 且 其厚 度 接 近 陆 壳 的 厚 度 （ 大 约 35-40 km,图 3)。Mickus和 Keller (1992)认 为 这 个 地 壳 是 一 个 “微 陆 块 ”， 但 其 密 度 和 厚 度 无 法与 北 美 前 寒 武 纪 地 壳 区 分 开 来 （ 其 剖 面 的北 端 ， 图 3)。 一 条 似 洋 壳 的 狭 窄 条 带 把 萨宾 陆 块 （continental fragment)与 北 美 大 陆 分 隔 开 来 。 这 个 条 带 之 下 是 未 变 形 的 宾 夕法 尼 亚 系 和 二 叠 系 地 层 以 及 三 叠 系 地 堑 充填 沉 积 。 整 个 层 序 被 一 层 20km厚 变 形 的 古生 界 沉 积 盖 层 所 覆 盖 。 这 个 古 生 代 地 壳 构成 了 萨 宾 地 块 的 北 部 边 界 。 PASSCAL地 震资 料 (Keller等 ， 1989)及 对 同 一 条 测 线 开 展 的 其 他 区 域 模 拟 研 究 结 果 都 与 图 3中 的模 型 致 （ D.Bird, 2010,私 人 交 流 ） 。得 克 萨 斯 州 东 部 和 西 路 易 斯 安 那 州 上 侏 罗 统 海 因 斯 韦 尔 组 页 岩 地 质 研究5克拉通地壳 u -1-1 -1-1-1-1-1 -1-1-1 -1-1-1-1-I -1-?-I-I -I -I -T I -I -I -( 1-I -I -uw-200 0 200 400 600 800 1000 1200距 离 (km)图 3根 据 穿 过 萨 宾 隆 起 和 研 究 区 中 部 的 南 北 向 测 线 的 重 力 数 据 建 立 的 地 壳 模 型 。 底 线 的 比 例 尺 单 位 是 公 里 。 （ A)实 测 重 力 资 料 ， 单 位 GalXIOOO。 三 角 代 表 实 测 重 力 数 据 ， 加 号 代 表 计 算 得 出 的 重 力 数 据 。 (B)地 壳 解 释 。 数 宇 代 表 密 度 ， 单 位 克 /每 立 方 厘 米 。 Mi=镁 铁 质 侵 入 体 (3.05 g/cm3 )。 根 据 Mickus和Keller (1992)修 改 。 剖 面 AA的 位 置 参 见 图 2。关 于 萨 宾 基 底 的 性 质 仍 然 存 在 很 大 的 争 论 。 基 于 Viele和 Thomas (1989)研 究 成 果 提 出 的 一 种 主 要 观 点 认 为 ， 萨 宾 基底 (Sabinia)是 北 美 大 陆 的 一 个 外 来 地 块 ， 可 能 是 古 生 代 的 岛 弧 物 质 （arc material)。 在 这 种 模 式 下 ， 沃 希 托 逆 冲 断 层 带 及 其 下埋 藏 的 古 生 代 洋 壳 属 于 缝 合 线 的 一 部 分 ，在 晚 古 生 代 ， 萨 宾 基 底 沿 着 这 条 缝 合 线 与北 美 大 陆 连 接 在 一 起 。 另 外 一 种 观 点 认 为， 萨 宾 地 块 可 能 是 从 主 大 陆 裂 开 的 北 美 地壳 的 一 个 碎 片 ， 插 入 裂 谷 （intervening rift valley )(寒 武 纪 ） 充 填 了 来 自 沃 希 托 冲 断 带 的 沉 积 物 。 在 这 种 模 式 下 ， 沃 希 托冲 断 层 作 用 只 是 裂 谷 作 用 初 期 闭 合 或 反 转的 结 果 （ Lowe, 1985)。 在 位 于 得 克 萨 斯 州 萨 宾 县 和 路 易 斯 安 那 州 萨 宾 堂 区 的 现 今萨 宾 隆 起 的 最 南 端 ， 已 钻 了 6口 深 探 井 ，这 些 探 井 钻 遇 了 密 西 西 比 系 和 宾 夕 法 尼 亚系的 复 理 层 、 石 灰 岩 、 流 纹 斑 岩 和 凝 灰 岩以 及 二 叠 系 （ Wolfcampian)石 灰 岩 和 页 岩 (Nicholas和 Waddell, 1989)。在 墨 西 哥 湾 开 启 早 期 发 生 的 拉 张 作 用 ， 可 能 在 隆 起 区 形 成 了 由 相 对 高 地 块和 相 对 低 地 块 组 成 的 镶 嵌 结 构 。 在 南 部 地 区 ， 前 面 提 到 的 6口 深 探 井 直 接 从 上 侏罗 统 页 岩 钻 到 了 古 生 界 地 层 。 这 些 上 侏 罗统 页 岩 （ 年 代 为 早 提 通 期 到 晚 启 莫 里 支 期） 属 于 博 西 尔 （ Bossier)组 下 段 （Hammes 等 ， 2010)。 这 些 探 井 没 有 钻 遇 海 因 斯韦 尔 组 碳 酸 盐 岩 或 侏 罗 系 盐 层 。 Nicholas和 Waddell (1989)及 Ewing (2001)根 据 钻 井 资 料 推 断 ， 在 Louann盐 体 和 斯 马 科弗 组 （ Smackover)沉 积 期 间 ， 这 个 地 区 形 成 了 一 个 群 岛 集 合 体 （ 即 “萨 宾 群 岛 ”） 。 这 个 岛 （ 或 群 岛 ） 代 表 了 侏 罗 纪 隆 起 的最 高 部 分 。 在 这 个 岛 _分 布 区 以 北 地 区 ，斯j铖链 usuMfe懈如该。sfK(1SH)遼味拉坦 w#擗砌眩鸣负品抑眩长tafig农锥s (1S1) 埼味拉指谀屮KwKg蚺谘长#盎0谀。埼映拉窈us+KwsKssi/晒S刼：3拦饵耶卜伯_旮。(0甶#_坦激0忝)02咭|5班01困vlxrsced0C5BSEemnosowo中二lasCQXKroolfflw5dE0ivsfv=eMW.00ecus.IBlLUsauoroMiwxl-.ooS94OOP8O0BZrsnclxirooeuwMnolnvCBSssBJOtexlooXI-oo_MSxi-.00Melpopsooezelil-oldili PUI.SPHnol2zI Hammes, 2009; McLean等 ， 1999; Montgomery 等 ， 1999a， b)(图 10)。 然 而 在 各 层 序 内 部 ， 泥 岩 相 充 填 在 较 深 部 并 上 超 加 积 的 碳 酸 盐 岩 建 隆 之 上 。 到 萨 宾 岛 地 区 的 东 南 部 ， 在 古 生 代 隆 起 之 上 海 因 斯 韦 尔 页 岩 和 灰 岩 缺 失 ， 而 上 超 在 隆 起 的 两 翼 之 上 （ 图 10)。 株 罗 系 斯 马 科 弗 组 碳 酸 盐 岩 在 这 个 岛 屿 的 边 缘 有 分 布 ， 但 在 其 顶 部 缺 失 ， 说 明 萨 宾 岛 部 分 地 势 很 高 ， 只 有 在 博 西 尔 页 岩 沉 积 期 内 才 没 入 水 下 。根 据 泥 岩 沉 积 向 陆 的 最 大 分 布 范 围 判 断 ， 海 因 斯 韦 尔 页 岩 顶 面 为 二 级 最 大 海 泛 面 （ MFS),它 指 示 了 富 有 机 质 泥 岩 沉 积 的 最 大 分 布 范 围 ， 而 且 也 标 志 着 侏 罗 纪 碳 酸 盐 沉 积 物 生 产 的 结 束 。 海 因 斯 韦 尔 灰 岩 中 的 退 积 浅 水 碳 酸 盐 岩 相 的 向 陆 分 布 达 到 了 最 大 范 围 （ Goldhammer, 1998)。 这 些 碳 酸 盐 岩 相 直 接 被 博 西 尔 组 页 岩 中 的 高 位 体 系 域 进 积 的 硅 质 碎 屑 岩 覆 盖 。 在 沉 积 中 心 ， 海 因 斯 韦 尔 页 岩 和 博 西 尔 页 岩 下 段 构 成 了 包 含 最 大 海 泛 面 的 凝 缩 段 。 这 个 最 大 海 泛 面 还 指 示 了 海 因 斯 韦 尔 期 退 积 作 用 和 博 西 尔 期 进 积 作 用 之 间 的 转 折 点 。 海 因 斯 韦 尔 页 岩 富 含 有 机 质 ， 粘 土 含 量 一 般 很 少 ， 碳 酸 盐 矿 物 和 硅 石 的 含 量 高 但 变 化 也 比 较 大 ， 而 博 西 尔 页 岩 普 遍 富 含 粘 土 和 硅 石 ， 碳 酸 盐 矿 物 含 量 比 较 少 （ Buller和 Dix, 2009)。 最 大 海 泛 面 上 、 下 泥 岩 矿 物 组 分 的 不 同 可 以 归 因 于 进 积 的 碳 酸 盐 沉 积 环 境 向 加 积 的 硅 质 碎 屑 沉 积 环 境 的 转 变 (Emery和 Myers, 1996)。在 最 大 海 泛 面 之 上 ， 博 西 尔 页 岩 构 成 了 侏 罗 系 超 层 序 2中 高 位 体 系 域 （ HST)早期 沉 积 （ 图 6) (Goldhammer, 1998)。 向 上 至 博 西 尔 组 的 顶 部 ， 其 下 段 富 含 粘 土 矿 物 的 页 岩 渐 变 为 沙 质 泥 岩 。 博 西 尔 组 上 段 的 孤 立 砂 岩 可 能 是 在 二 级 高 位 体 系 域 内 的 三 级 低 位 期 沉 积 的 盆 底 浊 积 体 （ Klein和 Chaivre, 2002)。 在 萨 宾 岛 的 周 边 地 区 ， 博 西 尔 组 下 段 的 岩 相 比 较 特 殊 ， 主 要 表 现 为 其 岩 石 物 性 和 岩 性 特 征 类 似 于 海 因 斯 韦 尔 页 岩 。 在 这 些 地 区 ， 博 西 尔 组 下 段 以 富 有 机 质 的 钙 质 泥 岩 为 主 ， 而 在 其 他 地 区 则 主 要 是 泥 质 到 硅 质 碎 屑 岩 。 沿 上 倾 方 向 向 上 ， 博 西 尔 组 渐 变 为 厚 层 河 流 三 角 洲 相 的 卡 顿 瓦 利 群 砂 岩 。 博 西 尔 组 页 岩 和 上 覆 卡 顿 瓦 利 群 砂 岩 的 厚 度 变 化 比 较 大 （ 图 10), 说 明 在 海 因 斯 韦 尔 组 沉 积 之 后 ， 同 沉 积 构 造 活 动 加 强 ， 沉 积 相 可 能 转 变 为 三 角 洲 相 。 雷 德 （ Red)和 沃 希 托 （ Ouachita)河 等 水 系 汇 入 因 伴 随 有 盐 体 收 缩 和 溶 解 的 早 期 断 层 作 用 而 形 成 的 构 造 低 地 （Norwood 和 Brinton, 2001; Cicero等 ， 2010)。 盐 底 辟 的 早 期 阶 段 始 于 卡 顿 瓦 利 群 沉 积 过 程 中 （ Jackson和 Seni, 1984)， 沉 积 加 载 诱 发 的 盐 体 收 缩 （salt evacuation)和 伴 随 的 沉 降 形 成 了 规 模 比 较 大 的 地 堑 ， 其 中 充 填 了 卡 顿 瓦 利 群 硅 质 碎 肩 沉 积 （ McLean等 ， 1999)。 卡 顿 瓦 利 群 的 顶 面 标 志 是 3号 超 层 序 的 边 界 。 白 垩 系 Travis Peak (Hosston) 组 河 流 三 角 洲 相 砂 岩 上 覆 在 这 个 层 序 边 界 之 上 （ 图 6, 10)。5.海 因 斯 韦 尔 组 泥 岩 的 岩 相 分 析深 海 盆 地 的 沉 积 相 变 化 很 大 ， 导 致 出 现 这 种 情 况 的 因 素 包 括 盆 地 形 状 、 水 体 分 层 、 水 化 学 、 沉 积 物 供 应 、 气 候 变 化 、 构 造 作 用 以 及 局 部 和 区 域 海 平 面 升 降 (Schieber等 ， 1998)。 因 此 ， 晚 侏 罗 世 墨16 石 油 地 质 科 技 动 态西 哥 湾 盆 地 受 到 了 多 种 因 素 的 影 响 ， 包 括 由 碳 酸 盐 岩 台 地 和 古 生 代 岛 屿 形 成 的 盆 间 高 地 、 海 平 面 升 降 以 及 主 导 洋 流 和 风 向 等 （ Ewing, 2001， 2009； Goldhammer和 Johnson, 2001 ； Mancini等 ， 2008; Martin 和 Ewing, 2009)。 形 成 于 斯 马 科 弗 期 而 在 早 海 因 斯 韦 尔 期 仍 继 续 活 动 的 北 部 、 西 北 部 和 南 部 的 碳 酸 盐 岩 台 地 ， 对 于 海 因 斯 韦 尔 组 泥 岩 形 成 钙 质 的 性 质 起 到 了 很 大 作 用 （ 图 4)。 此 外 ， 萨 宾 县 和 圣 奥 古 斯 丁 县 的 古 生 代 岛 屿 的 周 边 都 沉 积 有 周 期 性 输入 盆 地 的 碳 酸 盐 沉 积 物 （ Ewing, 2001)。 然 而 ， 来 自 北 面 进 积 三 角 洲 和 东 北 部 三 角 洲 的 硅 质 碎 屑 沉 积 物 的 输 入 ， 导 致 了 海 因 斯 韦 尔 页 岩 沉 积 区 北 部 硅 质 碎 屑 沉 积 物 的 减 少 （ 图 4)。 硅 质 碎 屑 沉 积 物 的 输 入 导 致 有 机 物 质 数 量 减 少 ， 从 而 使 沉 积 物 的 TOC 含 量 比 较 低 。 在 受 限 盆 地 的 中 心 区 沉 积 了 富 有 机 质 的 岩 相 。 南 部 的 隆 起 、 西 北 部 的 台 地 以 及 在 盐 核 隆 起 上 发 育 的 局 部 碳 酸 盐 岩 岛 屿 限 制 了 盆 地 的 范 围 。海 因 斯 韦 尔 页 岩 由 多 种 类 型 的 泥 岩 构表 2海 因 斯 韦 尔 泥 岩 的 主 要 构 成生 物 群 颗 粒 矿 物有 孔 虫 类 球 状 粒 、 粪 球 粒 方 解 石 、 白 云 石放 射 虫 类 有 机 质 铁 白 云 石 、 菱 铁 矿丝 鳃 软 体 动 物 粘 土 凝 絮 物 重 晶 石菊 石 类 碳 酸 盐 结 核 黄 铁 矿双 壳 类 碎 肩 石 英 长 石 （ 钠 长 石 ）海 绵 骨 针 碎 屑 方 解 石 、 白 云 石 磷 灰 石钙 球 石 方 解 石 生 物 碎 屑 绿 泥 石 、 高 岭 石成 。 海 因 斯 韦 尔 泥 岩 的 组 成 包 括 粘 土 、 有 机 质 、 硅 质 粉 砂 、 方 解 石 胶 结 物 、 碳 酸 盐 生 物 碎 屑 和 方 解 石 晶 体 （ 图 11)。 硅 质 和 碳 酸 盐 矿 物 的 含 量 随 其 到 物 源 的 距 离 而 变 化 ， 越 接 近 碳 酸 盐 岩 台 地 的 井 ， 其 岩 心 中 方 解 石 的 含 量 约 高 ， 而 越 接 近 硅 质 碎 屑 物 源 的 井 ， 其 岩 心 中 硅 质 矿 物 的 含 量 越 高 。 因 此 ， 海 因 斯 韦 尔 页 岩 的 方 解 石 和 硅 质 碎 屑 含 量 变 化 很 大 。 XRD分 析 表 明 ， 粘 土 矿 物 基 质 主 要 由 伊 利 石 和 云 母 构 成 ， 同 时 含 少 量 绿 泥 石 和 高 岭 石 。 碳 酸 盐 矿 物 以 方 解 石 为 主 ， 但 同 时 含 有 白 云 石 、 硬 石 膏 和 菱 铁 矿 。 在 部 分 层 中 ， 白 云 石 替 代 方 解 石 成 为 主 导 的 碳 酸 盐 矿 物 。 碳 酸 盐 碎 屑 主 要 是 钙 质 生 物 碎 肩 、 碎 屑 方 解 石 和 灰泥 。 重 晶 石 也 以 交 代 胶 结 物 的 形 式 出 现 或 者 存 在 于 裂 缝 中 。 大 多 数 硅 质 碎 屑 矿 物 都 是 碎 屑 石 英 ， 少 部 分 是 斜 长 石 。 硅 石 以 粉 沙 级 到 沙 级 结 晶 石 英 的 形 式 出 现 ， 这 些 石 英 可 能 是 通 过 风 和 /或 浊 流 输 入 盆 地 的 ， 但 也 可 能 是 通 过 浮 游 生 物 循 环 而 原 地 形 成 的 (Schieber等 ， 1998; Schieber等 ， 2000)。 其 他 矿 物 相 还 有 交 代 方 解 石 例 如 长 石 （ 钠 长 石 ） 、 白 云 石 。 黄 铁 矿 在 整 个 层 段 都 有 分 布 ， 表 现 形 式 包 括 结 核 、 草 莓 状 、 方 解 石 胶 结 物 的 交 代 产 物 、 钙 质 壳 等 。 黄 铁 矿 散 布 在 整 个 基 质 中 。 采 用 XRF分 析 了 对 氧 化 还 原 反 应 敏 感 的 微 量 元 素 ， 包 括 硫 、 钒 、 钼 、 铁 、 铜 和 镍 ， 以 这 些 微 量 元 素 作 为 指 示 有 利 于 有 机 质 保 存 的 受 限 和 /或 缺 氧 沉得 克 萨 斯 州东 部 和 西 路易 斯 安 那 州上 侏 罗 统 海因 斯 韦 尔 组页 岩 地 质 研究17石 英 +长石图 11由 X射 线 衍 射 分 析 得 出 的 博 西 尔 组 和 海 因 斯 韦 尔 组 泥 岩 矿 物 组 成 三 角 图 。 海 因 斯 韦 尔 泥 岩 含 有 丰 富 的 碳 酸 盐 矿 物 ， 而 博 西 尔 组 泥 岩 的 矿 物 成 分 以 粘 土 和 石 英 为 主 ， 说 明 沉 积 环 境 从 以 碳 酸 盐 为 主 的 退 积 环 境 ， 转 变 为 博 西 尔 期 高 位 域 碎 屑 进 积 环 境 。积 环 境 的 标 志 物 （ Dean和 Arthur, 1989； Rimmer, 2004 ； Tribovillard等 ， 2006 ； Rowe等 ， 2008; Dix等 ， 2010)。 这 些 微 量 元 素 的 含 量 在 盆 地 内 有 变 化 ， 主 要 和 碳 酸 盐 产 率 、 硅 质 碎 屑 注 入 量 、 埋 藏 速 率 及 底 水 氧 化 作 用 能 力 的 变 化 有 关 （ Spain和 Anderson, 2010)(表 3)。 沉 积 环 境 缺 氧 程 度 或 受 限 的 程 度 越 高 ， 这 些 还 原 性 元 素 的 含 量 就 越 多 （ Rowe等 ， 2008; Spain 和 Anderson, 2010)。 盆 地 动 物 群 包 括 放 射 虫 类 及 其 他 有 孔 虫 类 、 软 体 动 物 、 双 壳 类 和 菊 石 类 （ 表 2)。基 于 矿 物 学 、 组 构 、 生 物 群 和 结 构 分 析 ， 海 因 斯 韦 尔 页 岩 可 以 划 分 出 三 种 主 要 岩 相 （ 图 12, 13),分 别 是 未 分 层 的 球 状 粒 硅 质 泥 岩 、 层 状 球 状 粒 钙 质 或 硅 质 泥 岩 、 生 物 扰 动 钙 质 或 硅 质 泥 岩 。表 3由 XRF和 生 油 岩 评 价 仪 得 出 的 海 因 斯 韦 尔 页 岩 TOC、 主 要 元 素 和 微 量 元 素 的 谱 图元 素 硫 （ 重 量 ) 铁 （ 重 量 ) 钒 （ 重 量 ) 钼 （ 重 量 ) 铜 （ 重 量 )镍 （ 重 量 ) TOC (重 量 )最 大 值 24.4 35.0 1547.2 442.3 316.2 593.5 6.2最 小 值 1.8 6.1 224.8 18.3 89.0 42.8 0.7平 均 值 8.8 15.6 862.2 112.1 174.3 231.7 2.8中 值 8.1 15.8 870.8 97.1 171.1 224.2 2.8未 分 层 的球 状 粒 硅质 泥 岩 相是 典 型 的 有 机 质最 为 丰 富的 岩 相 ， TOC含 量 在 3%到 6%之间 。 在 粘土 含 量 偏多 时 ， 这种 岩 相 易 剥裂 ， 而 在碳 酸 盐 含量 偏 多 时， 这 种 岩 相 更多 的 表 现为 块 状 。虽 然 在 岩心 中 这 种 岩相 似 乎 是均 质 的 ，但 薄 片 分析 发 现 ， 它含 有 粉 沙级 的 硅 质颗 粒 、 球状 粒 、 钙 质超 微 化 石、 菊 石 类和 丝 鳃 类软 体 动 物 化 石（ 图 12, 13)。 凝 块组 构 可 能是 软 球 状 粒因 压 实 而重 新 定 形的 结 果 。球 状 粒 的 形状 和 大 小各 不 相 同。 大 部 分基 质都 是 由 小 于 250mm的 球 状 粒 构 成 ， 这 些 球 状 粒 都 是 无 内 部 结 构 的 黑 色 圆 形 粘 土 絮 凝 物 ， 这 些 细 小 的 球 状 粒 可 能 是 粘 土 颗 粒 絮 凝 后 沉 降 到 海 底 的 产 物 （ Stow, 1981 ； Loucks和 Ruppel, 2007； Schieber等 ， 2007, Macquaker等 ， 2010)， 也 可 能 类 似 于 Bennett等 （ 1991)、 Honjo (1997) 和 Ransom等 （ 1998)观 察 到 的 “海 下 雪 花 ”。 Potter等 （ 2005)把 在 侏 罗 系 页 岩 岩 心 薄 片 上 观 察 到 的 部 分 絮 凝 结 构 解 释 为 “海 下 雪 花 ”。 Macquaker等 （ 2010)认 为 ，石 油 地 质 科 技 动 态18海 下 雪 花 是有 机 矿 物 质集 聚 的 结 果， 使 得 有 机 碳 能 够在 海 底 集 聚并 得 以 保 存。 在 海 因 斯 韦 尔 页岩 相 中 也 可以 观 察 到 类似 的 聚 集 体 。 其 粘土 组 成 包 括伊 利 石 、 云母 、 高 岭 石 和 绿 泥石 。 硅 质 碎屑 的 组 成 主要 包 括 石 英 、 斜 长石 和 钾 长 石。 碳 酸 盐 矿物 主 要 是 方 解 石 和少 量 的 白 云石 和 铁 白 云石 。 有 机 质 随 机 分散 在 基 质 内硅 质 碎 肩 和碳 酸 盐 颗 粒 之 间 。在 层 边 界 处， 这 种 岩 相中 可 见叠 锥 状 胶 结 物 ， 即 厚 达 2厘 米 的 方 解 石 胶 结 层 。 在 这 个 岩 相 中 粘 土 含 量 一 般 是 最 高 的 。 在 水 体 含 氧 量 足 够 高 的 环 境 中 ， 丝 鳃 软 体 动 物 、 腕 足 类 和 菊 石 类 动 物 比 较 少 见 。层 状 球 状 粒 钙 质 或 硅 质 泥 岩 相 有 一 定 的 变 化 ， 这 取 决 于 其 距 离 物 源 区 的 远 近 以 及 物 源 区 是 以 硅 质 碎 屑 颗 粒 为 主 还 是 以 碳 酸 盐 颗 粒 为 主 。 这 种 岩 相 最 为 丰 富 ， 可 见 毫 米 级 到 厘 米 级 的 各 种 分 层 ， 通 常 由 平 行图 12 (A)未 分 层 泥 岩 相 的 岩 心 板 ， 基 质 均 勻 ， 可 见 个 别 壳 体 很 薄 的 丝 鳃 双 壳 类 动 物 化 石 （ 箭 头 所 指 ） (B)由 氩 离 子 铣 磨 仪 磨 制 样 品 的 SEM图 像 ， 显 示 了 海 因 斯 韦 尔 页 岩 的 各 种 孔 隙 类 型 ， 包 括 有 机 质 孔 (0)、粒 间 孔 （ ip)以 及 铸 膜 微 孔 （ M)和 纳 米 级 孔 隙 。 （ C)生 物 扰 动 泥 岩 相 的 岩 心 板 ， 可 见 碳 酸 盐 生 物 碎 屑 和 生 物 扰 动 现 象 。 （ D)层 状 泥 岩 相 的 岩 心 板 ， 可 见 粘 土 、 有 机 质 、 碳 酸 盐 生 物 碎 屑 （ 箭 头 ）、球 状 粒 （ 箭 头 ） 和 软 体 动 物 壳 的 分 层 。得 克 萨 斯 州 东 部 和 西 路 易 斯 安 那 州 上 侏 罗 统 海 因 斯 韦 尔 组 页 岩 地 质 研究19层 面 且 排 列 成 行 的 生 物 碎 肩 、 有 机 质 层 、 球 状 粒 、 粘 土 和 碎 肩 方 解 石 构 成 。 有 机 质 纹 层 、 海 绵 骨 针 、 破 碎 的 双 壳 类 动 物 壳 体 、棘 皮 类 动 物碎 片 、 球 状粒 和 球 粒 是层 状 泥 岩 相 的 典 型特 征 。 这 些壳 层 沿 层 面排 列 成 行 ， 并 与 粘土 层 和 有 机质 层 交 替 出现 。 解图 13海 因 斯 韦 尔 泥 岩 岩 心 薄 片 的 显 微 照 片 。 （ A)未 分 层 的 球 状 粒 硅 质 泥 岩 （ 哈 里 森 公 司 ， 得 克 萨 斯 州 ） ， 可 见 有 机 质 （ 黑 色 ） 、 粘 土 （ 棕 色 ） 以 及 粉 沙 级 石 英 和 方 解 石 颗 粒 （ 白 色 ） ： （ B)未 分 层 的 球 状 粒 硅 质 泥 岩 （ 哈 里 森 公 司 ， 得 克 萨 斯 州 ） 的 放 大 照 片 ， 可 见 粘 土 的 球 状 粒 组 构 、 粉 沙 级 碳 酸 盐 和 硅石 颗 粒 以 及 碳 酸 盐 （ 淡 色 颗 粒 ） ； （ C)层 状 球 状 粒 硅 质 泥 岩 相 （ 雷 德 河 堂 区 ， 路 易 斯 安 那 州 ） ， 可 见 由 方 解 石 层 （ 淡 色 薄 层 ） 、 粘 土 、 硅 质 粉 沙 和 有 机 质 构 成 的 纹 层 ， 注 意 ， 存 在 黄 铁 矿 交 代 方 解 石 碎 屑 的现 象 （ 箭 头 ） ； （ D)层 状 泥 岩 的 放 大 图 （ Panola公 司 ， 得 克 萨 斯 州 ） ， 可 见 有 机 质 层 （ 黑 色 ） 、 粉 沙 级 方 解 石 和 硅 石 颗 粒 （ 白 色 ） 和 粘 土 凝 絮 物 （ 棕 色 ） ： （ E)生 物 扰 动 硅 质 泥 岩 （ 哈 里 森 公 司 ， 得 克 萨 斯 州 ） ， 可 见 球 状 粒 基 质 中 的 方 解 石 和 泥 质 充 填 的 掘 穴 ； （ F)生 物 扰 动 钙 质 泥 岩 ， 可 见 层 状 球 状 粒 组 构 的生 物 扰 动 现 象 （ Panola公 司 ， 得 克 萨 斯 州 ） 。20 石 油 地 质 科 技 动 态释 认 为 ， 这 些 骨 骼 层 是 由 碎 屑 流 和 /或 浊 流 从 周 边 的 碳 酸 盐 岩 台 地 输 入 盆 地 的 。 在 以 硅 质 碎 屑 沉 积 物 为 主 的 区 域 ， 碎 屑 石 英 和 长 石 粉 沙 以 及 粘 土 的 含 量 都 比 较 高 。 原 始 的 硅 质 碎 肩 沉 积 物 似 乎 大 都 是 球 状 粒 ， 小 球 粒 的 大 小 一 般 在 10 50mm之 间 ， 而 较 大 规 模 的 毫 米 级 球 状 粒 具 有 内 部 结 构 和 孔 隙 （ 图 12, 13)。 碎 屑 方 解 石 晶 体 散 布 在 基 质 中 ， 表 现 为 簇 状 和 /或 顺 层 面 排 列 成 行 。 这 个 岩 相 的 TOC为 2% 5%。生 物 扰 动 钙 质 或 硅 质 泥 岩 （ 图 12, 13)出 现 在 副 层 序 的