摘 要：全球主力頁(yè)巖油氣層大多伴生火山灰層，剖析火山灰的類(lèi)型、成分、成因和成巖演化作用，探索火山灰與富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的形成關(guān)系，有利于明確火山灰對(duì)頁(yè)巖油氣層的作用機(jī)制。通過(guò)對(duì)我國(guó)主要產(chǎn)頁(yè)巖油氣盆地的野外考察和頁(yè)巖巖心觀察，應(yīng)用場(chǎng)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(shí)踐成果，研究得出了4點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①火山灰以中酸性為主，大多來(lái)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有利于促進(jìn)藻類(lèi)勃發(fā)；②藻類(lèi)勃發(fā)不僅是優(yōu)質(zhì)烴源巖的主要物質(zhì)來(lái)源，而且還可促進(jìn)碳酸鹽巖礦物沉積，形成藻類(lèi)與碳酸鹽巖紋層狀互層，利于發(fā)育層間孔縫，提高頁(yè)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(jí)火山灰層數(shù)與富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度呈正相關(guān)關(guān)系，而且頻繁的微米級(jí)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(yùn)動(dòng)形成的造山帶與板塊俯沖帶具有良好的對(duì)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(yè)巖為頁(yè)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(yè)巖油(致密油)勘探潛力。
關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣 頁(yè)巖油 致密油 火山灰 藻類(lèi)勃發(fā) 優(yōu)質(zhì)烴源巖 富有機(jī)質(zhì)頁(yè)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(guó)內(nèi)外主力頁(yè)巖油氣產(chǎn)層大多伴生火山灰層。如美國(guó)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(guó)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(zhǎng)組7段[6]，三塘湖盆地中二疊統(tǒng)蘆草溝組等頁(yè)巖層段[7]?；鹕交覍?duì)頁(yè)巖油氣是否具有重要貢獻(xiàn)?其作用機(jī)制是什么?筆者等對(duì)鄂爾多斯、四川、準(zhǔn)噶爾盆地等主要頁(yè)巖油氣探區(qū)開(kāi)展了野外考察和巖心觀察，通過(guò)氬離子拋光、場(chǎng)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(lèi)型、成分、分布規(guī)律和成巖演化，詳細(xì)分析了火山灰與富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的形成關(guān)系，以期明確火山灰對(duì)頁(yè)巖油氣的作用機(jī)制，并得到一些重要啟示，對(duì)我國(guó)頁(yè)巖油氣的勘探開(kāi)發(fā)提出建議，促進(jìn)該領(lǐng)域地質(zhì)研究的深入開(kāi)展。
1 火山灰類(lèi)型、分布規(guī)律與成巖演化
1．1 火山灰類(lèi)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(xì)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(lèi)，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(zhǎng)石等，玻屑少見(jiàn)；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(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母等，玻屑發(fā)育。按照搬運(yùn)和沉積方式，火山灰又可劃分為3種類(lèi)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(lèi)型；②降落型，通常又稱(chēng)降落灰，主要是指火山灰在大氣中經(jīng)風(fēng)力搬運(yùn)的產(chǎn)物；③水?dāng)y型，是侵蝕成因的火山灰經(jīng)過(guò)流水搬運(yùn)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(gè)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(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)，粒徑大的幾分鐘或幾天就沉降下來(lái)，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(kuò)散的距離越大，但寬度減?。伙L(fēng)速越小，火山灰擴(kuò)散距離越小，但寬度增大[10]。
1．2．3火山噴發(fā)類(lèi)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(lèi)型和規(guī)?？刂啤；鹕絿姲l(fā)按巖漿的通道分為2大類(lèi)：①裂隙式噴發(fā)，又稱(chēng)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?kù)o，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(guò)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(qiáng)烈程度，火山噴發(fā)可分為多種類(lèi)型(表1)，其中普林尼型等強(qiáng)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(lái)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(lèi)型[11]，在成巖演化過(guò)程中主要會(huì)發(fā)生脫玻化、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(chēng)為失透作用、晶化。玻璃質(zhì)巖石隨著地質(zhì)時(shí)代的增長(zhǎng)，特別是由于埋藏使溫度、壓力升高時(shí)，玻璃質(zhì)將逐漸轉(zhuǎn)化為結(jié)晶物質(zhì)，即產(chǎn)生脫?；饔??；鹕交乙圆Ｐ紴橹鳎鹕讲Ａг诔蓭r過(guò)程中極易發(fā)生脫?；饔茫纬呻[晶或微晶石英與長(zhǎng)石集合體，形態(tài)輪廓模糊不清，難以辨認(rèn)。中酸性火山玻璃脫玻化后，常具霏細(xì)結(jié)構(gòu)、球粒結(jié)構(gòu)；基性火山玻璃脫?；鬄殡[晶質(zhì)結(jié)構(gòu)[12]?；鹕讲Ａг诿摬；^(guò)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(guò)程，又稱(chēng)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(guò)程，火山玻璃與地下水發(fā)生水解作用可變?yōu)轲ね?、蛋白石、方解石等?span lang="EN-US">
1．3．3交代蝕變作用
交代作用也稱(chēng)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(yáng)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(guò)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(pán)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(pán)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(zhǎng)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(yè)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(yè)巖油氣的有效儲(chǔ)層。另外，火山灰含有大量鈾、釷等放射性元素，可加速有機(jī)質(zhì)的熱解，對(duì)頁(yè)巖油氣的生成具有積極意義[15-16]。
2 火山灰對(duì)頁(yè)巖油氣層的作用機(jī)制
2．1 藻類(lèi)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(jī)質(zhì)豐度高、類(lèi)型好、對(duì)油氣藏有較大貢獻(xiàn)的烴源巖，于酪根類(lèi)型為腐泥型 偏腐泥混合型，TOC一般大于2％，對(duì)頁(yè)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(jī)質(zhì)保存條件，其中生產(chǎn)力更為重要。生產(chǎn)力分初級(jí)和次級(jí)2類(lèi)，初級(jí)生產(chǎn)力主要來(lái)自浮游植物(藻類(lèi))，而次級(jí)生產(chǎn)力主要來(lái)自微體動(dòng)物，如介形蟲(chóng)、有孔蟲(chóng)等。通常所說(shuō)的生產(chǎn)力主要指初級(jí)生產(chǎn)力[19]。
藻類(lèi)勃發(fā)就是浮游藻類(lèi)在一定條件和時(shí)期形成單屬種的極度生長(zhǎng)和富集，具有強(qiáng)烈的排他性。浮游藻類(lèi)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(lèi)勃發(fā)在現(xiàn)代海洋和湖泊往往呈現(xiàn)季節(jié)性，主要類(lèi)型為硅藻、顆石藻和溝鞭藻等[20]。影響藻類(lèi)勃發(fā)的因素主要有光照、水溫、營(yíng)養(yǎng)鹽供給、pH值和溶解氧等，其中前3個(gè)因素最為重要[21-23]。藻類(lèi)勃發(fā)能在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量有機(jī)質(zhì)聚集，具有極高的生產(chǎn)力，其直接后果是形成藻類(lèi)沉積紋層。我國(guó)主要優(yōu)質(zhì)烴源巖均發(fā)現(xiàn)藻類(lèi)富集，如渤海灣盆地古近系沙河街組油頁(yè)巖中保存有大量層狀藻類(lèi)體、結(jié)構(gòu)藻類(lèi)體和藻屑體，且地球化學(xué)分析表明藻類(lèi)是原油的直接來(lái)源[24]；鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)長(zhǎng)7段油頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)來(lái)源以藻類(lèi)為主，陸源高等植物等貢獻(xiàn)十分有限[25]；松遼盆地上白堊統(tǒng)青一段湖相富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖以藻類(lèi)為有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源[26]；四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組產(chǎn)氣頁(yè)巖也以藻類(lèi)為主要生烴來(lái)源。筆者等對(duì)我國(guó)主要致密油產(chǎn)層的烴源巖進(jìn)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(jī)質(zhì)類(lèi)型以偏腐泥混合型為主，藻類(lèi)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(jī)質(zhì)類(lèi)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(jìn)藻類(lèi)勃發(fā)
近年來(lái)，隨著衛(wèi)星分析技術(shù)的不斷成熟，火山灰促進(jìn)浮游藻類(lèi)大面積勃發(fā)現(xiàn)象已被多次觀測(cè)和證實(shí)。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(lèi)勃發(fā)[27]；2008年美國(guó)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(lèi)大勃發(fā)[28]。
火山灰含有豐富的易溶性鐵鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能促進(jìn)藻類(lèi)暴發(fā)性生長(zhǎng)?；鹕絿姲l(fā)過(guò)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度快速增加。實(shí)驗(yàn)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(dá)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(dá)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(yíng)養(yǎng)鹽濃度快速上升的主要原因，同時(shí)火山灰自身礦物也會(huì)發(fā)生緩慢溶解，從而造成Fe、Si等濃度緩慢增加。生物實(shí)驗(yàn)表明，在火山灰浸泡15～20min的海水中，大洋中常見(jiàn)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(lèi)都生長(zhǎng)在透光層(一般水深不到50m)，而即使是細(xì)粒的火山灰，沉降穿過(guò)透光層的時(shí)間也在1～2h[9]。因此火山灰表面鹽膜溶解是導(dǎo)致藻類(lèi)勃發(fā)的主因。
火山灰沉積厚度與釋放的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度成正比，適量沉降的火山灰能促進(jìn)藻類(lèi)勃發(fā)。Duggen等[30]學(xué)者實(shí)驗(yàn)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(yíng)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(huì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度也越高，藻類(lèi)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(lèi)數(shù)量出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)[9]；我國(guó)鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)長(zhǎng)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(shí)別出沉凝灰?guī)r超過(guò)180層，不僅與之共生的油頁(yè)巖中藻類(lèi)極為豐富，而且沉凝灰?guī)r層自身也富含藻類(lèi)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也會(huì)釋放銅和鋅等有害物質(zhì)，其中Cu2+具有很強(qiáng)的毒性，濃度過(guò)高會(huì)嚴(yán)重抑制浮游生物的生長(zhǎng)[9]。對(duì)于水體有限的湖泊，近距離火山噴發(fā)還會(huì)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(guó)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(yuǎn)則荒”。距離火山口過(guò)近會(huì)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(guò)遠(yuǎn)則沉降的火山灰量太少，不足以促成規(guī)模藻類(lèi)勃發(fā)，較難形成優(yōu)質(zhì)烴源巖。鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段野外剖面和巖心觀察發(fā)現(xiàn)，富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中夾持的火山灰厚度絕大多數(shù)為厘米至毫米級(jí)，而且火山灰層數(shù)越多，優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度越大，在遠(yuǎn)離物源的深湖區(qū)，長(zhǎng)7段底部的沉凝灰?guī)r累計(jì)厚度與高有機(jī)質(zhì)豐度的油頁(yè)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(jiàn)肉眼可識(shí)別的火山灰層，但在光學(xué)顯微鏡下，富有機(jī)質(zhì)黑色泥頁(yè)巖中普遍發(fā)育微米級(jí)的中基性巖屑和晶屑火山灰與藻紋層，表明頻繁的小規(guī)模火山灰沉降也有利于優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成(圖3)。
初步分析認(rèn)為，多次的厘米級(jí)及其以下的火山灰沉降可促使藻類(lèi)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(yuǎn)離物源的深湖區(qū)可形成缺氧還原環(huán)境，有利于藻類(lèi)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(shí)有利于形成優(yōu)質(zhì)烴源巖。
2．3 藻類(lèi)勃發(fā)有利于碳酸鹽巖沉積
藻類(lèi)勃發(fā)促進(jìn)碳酸鹽礦物沉積，有利于形成碳酸鹽巖紋層。大量藻類(lèi)發(fā)生光合作用，消耗掉透光層中的CO2，使得CaCO2達(dá)到過(guò)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(jiàn)藻類(lèi)紋層與碳酸鹽巖紋層互層。如渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷的古近系沙河街組三段下亞段油頁(yè)巖，層理十分發(fā)育，主要由黑色的富含有機(jī)質(zhì)紋層和白色的鈣質(zhì)紋層組成。富含有機(jī)質(zhì)紋層中藻類(lèi)異常豐富，可見(jiàn)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(jī)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(zhǎng)7段剖面．：發(fā)現(xiàn)褐黑色油頁(yè)巖與灰白色碳酸鹽巖互層，可見(jiàn)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(lèi)與碳酸鹽巖紋層狀互層(圖4)。
藻類(lèi)勃發(fā)形成富有機(jī)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(yè)巖油氣運(yùn)移的重要通道；同時(shí)，碳酸鹽巖紋層的存在增強(qiáng)了地層的脆性，有利于頁(yè)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(dòng)可分為3個(gè)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(mén)達(dá)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(dòng)最為強(qiáng)烈，當(dāng)板塊運(yùn)動(dòng)方向與板塊邊緣走向成小角度相交時(shí)，缺少正面俯沖的動(dòng)力，火山活動(dòng)相對(duì)平靜。走滑斷層帶上更缺少火山活動(dòng)。大洋中脊往往只有小規(guī)模的寧?kù)o溢流，僅當(dāng)存在熱點(diǎn)(地幔柱)時(shí)才有較大規(guī)模的噴發(fā)活動(dòng)[37]。
因此，地質(zhì)歷史時(shí)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?yàn)榛鹕交页两刀侔l(fā)藻類(lèi)勃發(fā)，從而發(fā)育大面積優(yōu)質(zhì)烴源巖。
3．2 我國(guó)地質(zhì)歷史中的火山活動(dòng)規(guī)律
顯生宙以來(lái)，對(duì)中國(guó)大陸火山活動(dòng)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(yùn)動(dòng)。
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(guó)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(lái)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(gè)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(yáng)子板塊與華北板塊碰撞對(duì)接，古特提斯洋消亡，來(lái)自秦嶺的火山灰促成了鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育。
3)蒙古—鄂霍次克洋的擴(kuò)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(kuò)張，受其影響，中國(guó)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(shí)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(kāi)始，太平洋板塊推擠著前緣的依澤奈畸板塊向中國(guó)大陸俯沖，穩(wěn)定的華北地塊解體，形成渤海灣等多個(gè)裂谷盆地。同時(shí)，使得自黑龍江到海南島，縱貫中國(guó)大陸東部陸緣地帶火山活動(dòng)連綿不斷[38-40]。
板塊運(yùn)動(dòng)形成的造山帶往往與板塊俯沖帶有良好的對(duì)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(guó)興蒙造山帶周邊的銀額、雅布賴(lài)、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(yè)巖油(致密油)勘探前景(圖5)。
3．3 我國(guó)頁(yè)巖油氣有利勘探領(lǐng)域預(yù)測(cè)
我國(guó)頁(yè)巖分為海相、海陸過(guò)渡相與煤系、湖相3類(lèi)，其中海相頁(yè)巖主要發(fā)育在下古生界，富有機(jī)質(zhì)集中段分布穩(wěn)定，熱成熟度偏高，以干氣為主，頁(yè)巖氣勘探前景最好；海陸過(guò)渡相與煤系頁(yè)巖主要發(fā)育在石炭—侏羅系，沒(méi)有明顯的富有機(jī)質(zhì)集中段，頁(yè)巖氣勘探潛力有待落實(shí)，基本無(wú)頁(yè)巖油(致密油)勘探價(jià)值；湖相頁(yè)巖主要發(fā)育在中、新生代，富有機(jī)質(zhì)集中段厚度大，成熟度偏低，頁(yè)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(yè)巖氣資源前景[41]。
綜合分析認(rèn)為：我國(guó)四川盆地及其周邊構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，地表?xiàng)l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(yè)巖，均發(fā)現(xiàn)火山灰層，有機(jī)質(zhì)豐度高、含氣量較高、埋深適中(1000～4500m)，為海相頁(yè)巖氣現(xiàn)實(shí)勘探領(lǐng)域。我國(guó)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(jī)質(zhì)豐度高，埋深適中(1000～4000m)，為頁(yè)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(lái)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度，有利于大面積藻類(lèi)勃發(fā)，在成巖過(guò)程還可產(chǎn)生豐富的次生孔隙。
2)藻類(lèi)勃發(fā)不僅是優(yōu)質(zhì)烴源巖的主要物質(zhì)來(lái)源，也可促進(jìn)碳酸鹽巖礦物沉積，形成藻類(lèi)與碳酸鹽巖紋層狀互層，有利于發(fā)育層間孔縫，提高頁(yè)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(jí)火山灰層數(shù)與富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度正相關(guān)，而且頻繁的微米級(jí)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(yùn)動(dòng)形成的造山帶與板塊俯沖帶有良好的對(duì)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(yè)巖油氣勘探前景。
5)四川盆地及其周邊的下古生界海相頁(yè)巖為頁(yè)巖氣現(xiàn)實(shí)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(yè)巖油(致密油)勘探潛力。
在研究過(guò)程中，得到了楊式升、涂建琦、張師本、朱德升、C．J．Hackbarth等專(zhuān)家的熱情指導(dǎo)，中國(guó)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(chéng)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(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院
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