石油勘探与开发 >

2025 , Vol. 52 >Issue 5: 1054 - 1067

DOI: https://doi.org/10.11698/PED.20250088

油气勘探

含海泡石层系有机质赋存类型与富集模式——以川东地区茅口组一段为例

  • 宋金民 , 1 ,
  • 王俊轲 1 ,
  • 刘树根 1, 2 ,
  • 文龙 3 ,
  • 叶玥豪 1 ,
  • 罗冰 3 ,
  • 李智武 1 ,
  • 张本健 3 ,
  • 金鑫 1 ,
  • 杨迪 1 ,
  • 张玺华 3 ,
  • 王佳蕊 1 ,
  • 周刚 3 ,
  • 郭嘉欣 1 ,
  • 张钊益 1 ,
  • 罗平 1, 4
展开
  • 1 成都理工大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室，成都 610059
  • 2 西华大学，成都 610039
  • 3 中国石油西南油气田公司，成都 610051
  • 4 中国石油勘探开发研究院，北京 100083

宋金民（1983-），男，山东临沂人，博士，成都理工大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室教授，主要从事碳酸盐岩储层方面的研究及教学工作。地址：四川省成都市成华区二仙桥东三路1号，成都理工大学，邮政编码：610059。E-mail：

Copy editor: 衣英杰

收稿日期: 2025-02-19

  修回日期: 2025-09-08

  网络出版日期: 2025-09-10

基金资助

国家自然科学基金面上项目(42572132)

国家自然科学基金面上项目(41872150)

国家自然科学基金重点项目(42230310)

国家自然科学基金联合基金(U24B6001)

国家自然科学基金联合基金(U2344209)

收起

Occurrence types and enrichment model of organic matter in the sepiolite-containing successions: A case study of the first member of Mid-Permian Maokou Formation, Eastern Sichuan Basin, SW China

  • SONG Jinmin , 1 ,
  • WANG Junke 1 ,
  • LIU Shugen 1, 2 ,
  • WEN Long 3 ,
  • YE Yuehao 1 ,
  • LUO Bing 3 ,
  • LI Zhiwu 1 ,
  • ZHANG Benjian 3 ,
  • JIN Xin 1 ,
  • YANG Di 1 ,
  • ZHANG Xihua 3 ,
  • WANG Jiarui 1 ,
  • ZHOU Gang 3 ,
  • GUO Jiaxin 1 ,
  • ZHANG Zhaoyi 1 ,
  • LUO Ping 1, 4
Expand
  • 1 State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
  • 2 Xihua University, Chengdu 610039, China
  • 3 PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu 610051, China
  • 4 PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China

Received date: 2025-02-19

  Revised date: 2025-09-08

  Online published: 2025-09-10

Fold

摘要

通过野外露头地质剖面实测、岩心描述、薄片鉴定、氩离子抛光-场发射扫描电镜、能谱分析、X衍射、总有机碳含量及主量、微量元素测试等手段，对四川盆地东部地区中二叠统茅口组一段（简称茅一段）含海泡石层系内的有机质赋存类型及主控因素进行研究，建立海泡石共生吸附有机质富集模式。研究结果表明：①茅一段含海泡石层系为泥岩-泥质灰岩-灰岩韵律层，纵向上发育5个结构段，有机质多富集于下部的3个结构段的泥岩和泥质灰岩内。宏观-中观尺度上有机质主要以层状或瘤状产出，镜下微观特征以块状-脉状为主，介观尺度下呈分散状、填隙状和吸附状。②茅一段含海泡石层系经历低盐度向高盐度、贫氧-缺氧还原向贫氧-局部富氧的古环境演化过程。③茅一段沉积初期的第1和第2结构段为泥岩-泥质灰岩-灰岩韵律层，在通江—长寿凹陷内沉积大量的纤维状-羽状海泡石，海泡石吸附藻类体于其晶间、层面及层间孔隙，形成连片状有机质；沉积中期的第3和第4结构段主要为泥岩-泥质灰岩韵律层，藻类体见于纤维状-羽状-片状海泡石的晶体表面及晶间孔隙内，有机质呈连片状或环带状富集；沉积晚期的第5结构段由厚层状灰岩-极薄层状泥质灰岩韵律层构成，纤维状海泡石沉积于泥质灰岩层内，有机质呈不规则状零星分布于海泡石周缘。有机质与海泡石呈现出共生吸附的特征，有效提升了有机质的保存效率与茅一段的烃源岩品质，丰富了对沉积有机质富集模式的认识。

关键词： 四川盆地; 川东地区; 中二叠统茅一段; 含海泡石层系; 有机质赋存类型; 共生吸附富集模式

本文引用格式

宋金民 , 王俊轲 , 刘树根 , 文龙 , 叶玥豪 , 罗冰 , 李智武 , 张本健 , 金鑫 , 杨迪 , 张玺华 , 王佳蕊 , 周刚 , 郭嘉欣 , 张钊益 , 罗平 . 含海泡石层系有机质赋存类型与富集模式——以川东地区茅口组一段为例[J]. 石油勘探与开发, 2025 , 52(5) : 1054 -1067 . DOI: 10.11698/PED.20250088

Abstract

The occurrence types and controlling factors of organic matter in the sepiolite-containing successions of the first member of Mid-Permian Maokou Formation (Mao-1 Member for short) in Eastern Sichuan Basin have been investigated through outcrop section measurement, core observation, thin section identification, argon ion polishing-field scanning electron microscope, energy spectrum analysis, X-ray diffraction, total organic carbon content (TOC), major and trace elements analysis. And finally the symbiotic adsorption model of sepiolite for organic matter enrichment has been established. The results show that the sepiolite-containing successions of Mao-1 Member are composed of the cyclothems of mudstone, argillaceous limestone and limestone, with five depositional intervals vertically and the organic matter mostly developed in the mudstone and argillaceous limestone layers within the lower three intervals. The organic matter occurrence types are mostly layered or nodular in macro to meso-scale, blocky-vein-like under a microscope, but scattered, intersertal or adsorbed at a mesoscopic scale. It underwent transition processes from lower to higher salinity, from oxygen-poor and anoxic reduction to oxygen-poor and localized oxygen enrichment on the palaeo-environment of the Mao-1 Member. The first two intervals of the early depositional phase of Mao-1 Member constitute the cyclothems of mudstone, argillaceous limestone and limestone and quantities of fibrous-feathered sepiolite settle down within the Tongjiang-Changshou sag with continuous patchy organic matter from adsorption of alginate by sepiolite in intercrystalline, bedding surfaces and interlayer pores. The third and fourth intervals in the mid-depositional phase are mostly composed of the mudstone and argillaceous limestone alternations with the continuous patchy or banded organic matter in the surface and inter-crystalline pores of fibrous, feathered and flaky sepiolite. And the fifth interval in the late depositional phase of the Mao-1 Member comprises the cyclothems of extremely thin layered argillaceous limestone and thick-layered limestone with the fibrous sepiolite depositing in the argillaceous limestone and irregular organic matter dispersing around the sepiolite. Therefore, the symbiotic adsorption between organic matter and sepiolite effectively enhances the preservation efficiency of organic matter and improves the source rock quality of the Mao-1 Member, which enhances our understanding on the enrichment model of the depositional organic matter.

Key words： Sichuan Basin; Eastern Sichuan Basin; Mid-Permian Mao-1 Member; sepiolite-containing succession; organic matter occurrence types; symbiotic adsorption enrichment model

0 引言

海泡石属于海泡石-坡缕石族黏土矿物，为斜方晶系，分子式为Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O[1]。颜色呈浅白色，密度为2.034 g/cm3，比表面积为800~900 m2/g，具层链状结构与极强的吸附能力[1]。四川盆地中二叠统茅口组一段（简称茅一段）发育一套“眼皮-眼球状灰岩”，由泥岩-泥质灰岩-灰岩韵律层组成，因其内富含大量海泡石类黏土矿物，故称为含海泡石层系[1-7]。“眼皮灰岩”以方解石和黏土矿物为主，岩性为泥质灰岩；“眼球灰岩”则以方解石为主，岩性为泥晶灰岩[8]。海泡石多沉积于地势低洼处，且能吸附巨量有机质，因此其沉积厚值区指示沉积凹陷和生烃中心[1-2]。鉴于此，前人依据海泡石累计厚度刻画了北西向—南东向的通江—长寿凹陷，揭示出中二叠世“两台一凹”的沉积格局，凹陷内发育优质烃源岩，形成茅一段自生自储和旁（下）生侧（上）储型的高效源储配置模式[1-3,6 -7]。
四川盆地现有的海相烃源岩有机质富集模式多针对奥陶系五峰组—志留系龙马溪组和寒武系筇竹寺组的深水陆棚相—盆地相黑色页岩，以初级生产力和古环境恢复为主要着力点，通过探讨古生产力、陆源输入、古氧化还原条件、古气候、古盐度、上升洋流、火山活动、水体滞留程度等参数特征，总结出上升流模式、生产力模式、保存模式和生产力-保存协同模式等4类有机质富集模式[9-12]。而茅一段含海泡石层系则主要发育在台凹分异的中缓坡相带[2,13]，处在晚古生代冰期控制下的凉水环境[14-16]，古环境多为干旱、弱氧化-还原条件[7]，古生产力水平较五峰组—龙马溪组及筇竹寺组沉积期要低[7,17]，因此茅一段的沉积模式、古海洋环境与典型的深水陆棚相—盆地相截然不同，且茅一段有机质协同海泡石（滑石）富集于通江—长寿凹陷内[1-3,7]，其有机质富集模式具独特性，尚需进一步探索。
本文以四川盆地东部（简称川东）地区茅一段含海泡石层系为研究对象，查明有机质赋存类型，探讨有机质与海泡石-滑石矿物组合的共生关系，建立凉水环境下含海泡石层系共生吸附型有机质富集模式，以期为下一步的非常规油气勘探提供参考。

1 区域地质背景

二叠纪是显生宙全球构造格局的重要转换期，期间的重大地质事件包括：Pangea超级大陆开始裂解和峨眉山大火成岩省的形成[18]。该时期全球古气候经历了由寒冷向温暖的转变，瓜德鲁普世罗德期（对应茅一段沉积期）全球处于寒冷气候，一直到晚沃德期—中卡匹敦期（茅口组二段—三段沉积期）才开始转入温凉时期[19-22]。
中二叠世四川盆地所在的上扬子地块位于低纬度地区，东西向分隔泛大洋和古特提斯洋[21]。受云南运动的影响，其古地貌呈现西南高东北低的特征[22-23]。自中二叠世起发生北西向的台凹分异，形成以通江—长寿凹陷、蜀南—川西北台地和川东北台地组成的“两台一凹”格局[1-2,6]。台地类型为缓坡型台地，进一步分为内缓坡、中缓坡和外缓坡，内缓坡位于晴天浪基面之上，水体浅，能量高，以泥晶生屑灰岩为主；中缓坡位于晴天浪基面和风暴浪基面之间，水动力中等—较弱，以泥质灰岩-灰岩韵律层为主；外缓坡则位于风暴浪基面之下，以泥岩-泥质灰岩沉积为主[24]。川东地区以中缓坡相为主；通江—长寿凹陷内发育深灰色薄层—中层状“眼皮眼球状”泥质灰岩，夹薄层状泥岩（含海泡石及滑石）；而两侧的台地上则为中缓坡沉积，沿着凹陷边缘发育相对低能的生屑滩，多为厚层状泥晶生屑灰岩夹泥质灰岩[2,7]（见图1a）。
图1 四川盆地及邻区二叠系茅一段沉积相分布和茅口组综合柱状图（据文献[9]修改；GR—自然伽马；Δt—声波时差；ρ—密度；ϕCNL—中子孔隙度）
四川盆地茅口组自下而上划分为茅一段、茅二段、茅三段及茅四段。受中二叠世末期东吴运动的影响，局部地区缺失茅四段[24-25]。茅一段以泥晶灰岩、泥晶生屑灰岩、泥质灰岩及泥岩为主，为中缓坡和凹陷沉积[6-7]，自上而下分为a、b、c共3个亚段[26]。茅一段c亚段主要为深灰色泥岩、泥质灰岩、泥晶生屑灰岩与硅质岩，夹少量泥晶灰岩，自然伽马、声波时差、补偿中子测井曲线呈锯齿状高值；茅一段b亚段主要为深灰色似瘤状灰岩和泥晶生屑灰岩，自然伽马值降低，靠近顶界见“高尖”点，声波时差和补偿中子呈箱形低值；茅一段a亚段主要为深灰色泥岩、泥晶生屑灰岩、泥质灰岩，夹薄层硅质岩，见腕足、珊瑚和海绵等生物，自然伽马和声波时差的数值较高，靠近顶界自然伽马值减小，补偿中子见多个“高尖”点[6-7]（见图1b）。

2 样品采集与分析

笔者选取川东地区华蓥山、石柱剖面和XT1井等140余件样品，进行了薄片鉴定、场发射扫描电镜、能谱分析、氩离子抛光和X衍射测试（XRD）等分析。镜下薄片鉴定在成都理工大学能源学院完成，观测仪器为Nikon LV100POL透反两用偏光显微镜；在油气藏地质及开发工程全国重点实验室完成氩离子抛光-电镜分析，采用Quanta 250 FEG型场发射扫描电镜、Gatan 697 Ilion Ⅱ氩离子束抛光仪及X-Max 20 Oxford能谱仪在低真空环境中的观察测试分析；X射线-衍射矿物组分测试在中国地质调查局成都地质调查中心进行，仪器为Bruker D2 Advance X射线衍射仪；主量元素和微量元素分析于油气藏地质及开发工程全国重点实验室完成，仪器为荷兰AXIOS型X射线荧光光谱仪（XRF）和美国Optima 7300V型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）；岩石总有机碳含量（TOC）在四川省煤田地质局科源工程技术测试中心完成，仪器为荷兰CS-i碳硫分析仪。

3 岩石学特征

川东地区茅一段含海泡石层系宏观—中观上呈泥岩-泥质灰岩-灰岩的韵律结构特征。泥岩由白云石（3.19%）、石英（11.72%）、方解石（36.74%）、海泡石（滑石）（42.58%）和伊利石、蒙脱石、绿泥石等其他黏土矿物（5.77%）组成；泥质灰岩为泥质泥晶（生屑）灰岩，矿物组成为白云石（0.51%）、石英（4.73%）、方解石（82.80%）、海泡石（滑石）（9.88%）和伊利石、蒙脱石、绿泥石等其他黏土矿物（2.04%），见少量黄铁矿（0.04%）；灰岩为（生屑）泥晶灰岩，由白云石（0.31%）、石英（1.77%）、方解石（96.71%）、海泡石（滑石）（0.97%）和伊利石、蒙脱石、绿泥石等其他黏土矿物（0.22%）组成，含少量黄铁矿（0.02%）。结合海泡石（滑石）与有机质赋存及富集形态，根据韵律层各岩性的相对比例，将华蓥山剖面茅一段进一步划分出5个结构段（见图2）：第1结构段为第1—4层，对应茅一段c亚段下部，为泥岩夹泥质灰岩、灰岩段，厚度比例为3︰1︰1，总厚度为5 m；第2结构段由第5—6层组成，对应茅一段c亚段上部，发育泥质灰岩-灰岩的韵律层，厚度比例为1︰1，总厚度为11.5 m（见图3a）。第1、2结构段生屑组合皆以有孔虫-腕足、钙藻-介壳为主（见图3b）；第3结构段为第7—9层，对应茅一段b亚段中下部，以泥质灰岩为主，夹泥岩、灰岩，厚度比例为5︰2︰3，总厚为10.4 m（见图3d），以有孔虫-介壳和苔藓虫-腕足为主（见图3e）；第4结构段为第10—13层，对应茅一段b亚段上部，为泥岩夹灰岩、泥质灰岩段，厚度比例为5︰1︰4，总厚为7.4 m（见图3g），以有孔虫-介壳及钙藻-介壳为主（见图3h）；第5结构段为第14—20层，对应茅一段a亚段，为灰岩夹泥质灰岩段，厚度比例为7︰3，总厚为37.4 m（见图3j），发育有孔虫-棘皮和钙藻-介壳等古生物组合（见图3k）。
图2 川东地区华蓥山剖面中二叠统茅一段综合柱状图（TOC—总有机碳含量）
图3 川东地区华蓥山剖面中二叠统茅一段泥岩-泥质灰岩-灰岩韵律层及黏土矿物-有机质组合特征图版

（a）泥质灰岩-灰岩相当的韵律层结构，第2结构段，华蓥山剖面；（b）灰岩中的有孔虫-腕足、钙藻-介壳生物组合，单偏光，hyx5-3样品，第2结构段，华蓥山剖面；（c）泥质灰岩中条带状滑石与海泡石共生，见有机质伴生，BSED（背散射），hyx-5-2样品，第2结构段，华蓥山剖面；（d）泥质灰岩夹泥岩、灰岩韵律层，第3结构段，华蓥山剖面；（e）泥质灰岩中有孔虫-介壳、苔藓虫-腕足生物组合发育，单偏光，hyx-7-1样品，第3结构段，华蓥山剖面；（f）泥质灰岩中纤维状海泡石层面与有机质共生，SED（二次电子），hyx-8-1样品，第3结构段，华蓥山剖面；（g）泥岩夹泥质灰岩、灰岩韵律层，第4结构段，华蓥山剖面；（h）灰岩中有孔虫-介壳和钙藻-介壳组合发育，单偏光，hyx-12-3样品，第4结构段，华蓥山剖面；（i）泥岩中片状海泡石及层状滑石发育，见有机质和成岩收缩缝，BSED，hyx-10-1样品，第4结构段，华蓥山剖面；（j）灰岩夹泥质灰岩韵律层，第5结构段，华蓥山剖面；（k）灰岩中有孔虫-棘皮、钙藻-介壳组合发育，晶间溶孔充填有机质，单偏光，hyx15-1样品，第5结构段，华蓥山剖面；（l）灰岩中见黄铁矿、海泡石、滑石及其他黏土矿物发育，晶间充填有机质，BSED，hyx-17-2样品，第5结构段，华蓥山剖面

不同尺度下含海泡石层系内自生黏土矿物形态差异较大。①灰岩中的黏土矿物呈不规则状，多分布在颗粒间，与隐晶质石英、黄铁矿及有机质共生。其在单偏光下呈不透明或半透明，反光下呈微亮光；在扫描电镜下显示为碎屑状，海泡石及滑石较少（见图3l）。②泥质灰岩中自生黏土矿物多为海泡石和滑石，扫描电镜下海泡石单体呈纤维状结构，长度为10~30 μm，集合体呈羽状细小薄片结构，常与有机质伴生（见图3f）；滑石在单偏光下呈淡黄色，正交偏光下最高干涉色可达Ⅲ级橙色，呈不规则团块状散布于灰泥基质中，与有机质伴生；在扫描电镜下呈均匀条带或薄片状，与海泡石伴生（见图3c）。③泥岩中的自生黏土矿物亦以海泡石和滑石为主，扫描电镜下海泡石呈片状集合体，晶体周缘常见有机质伴生，表面积为36~1 200 μm2，而滑石多呈层状，与有机质伴生，见成岩收缩缝（见图3i）。

4 有机质赋存类型

4.1 总有机碳含量

在偏光显微镜下，中二叠统茅一段有机碳显褐黑色充填于孔隙内，多沿海泡石（滑石）周缘发育；反光下呈暗色。统计发现，有机碳与海泡石（滑石）含量呈现出正相关关系。茅一段第1结构段内海泡石（滑石）含量为2.00%~29.25%（见图4a），灰岩TOC值为0.16%~0.35%，平均值为0.24%，泥质灰岩TOC值为0.28%~1.20%，平均值为0.80%，泥岩TOC值为0.64%~2.90%，平均值为2.01%。第2结构段海泡石（滑石）含量为0~8.0%，而灰岩TOC值为0.06%~0.56%，平均值为0.22%，泥质灰岩TOC值为0.44%~1.67%，平均值为0.77%。第3结构段海泡石（滑石）含量为0~29.25%，而灰岩TOC值为0.05%~0.27%，平均值为0.18%，泥质灰岩TOC值为0.37%~0.92%，平均值为0.65%，泥岩TOC值为1.50%~2.12%，平均值为1.81%。第4结构段海泡石（滑石）含量为0~18.88%，而灰岩TOC值为0.07%~0.31%，平均值为0.21%，泥质灰岩TOC值为0.52%~0.87%，平均值为0.67%，泥岩TOC值为0.28%~0.94%，平均值为0.87%。第5结构段中的海泡石（滑石）含量为0~22.17%，灰岩TOC值为0.05%~0.27%，平均值为0.21%，泥质灰岩TOC值为0.46%~0.94%，平均值为0.68%。
图4 中二叠统茅一段不同结构段中海泡石（滑石）含量及不同岩性与TOC相关关系图
5个结构段的海泡石（滑石）含量与TOC含量都表现出较好的正相关性，相关系数R2最高达0.899 2（见图4a）。另外协方差值也能作为离散数据相关性评判指标。其中每个结构段内的泥质灰岩和泥岩的海泡石（滑石）与TOC的协方差值均大于灰岩，第1、3结构段表现为泥岩与TOC的协方差值最高，分别为7.33和2.86，呈中—强相关性；第1、2、4结构段表现为泥质灰岩与TOC的协方差值最高，分别为2.48、0.87和0.80，表现为中—弱相关性（见图4b）。综合分析得出，有机质主要富集于第1、2、3结构段的泥岩和泥质灰岩中，泥岩的TOC值为0.64%~2.90%，平均值为1.94%；泥质灰岩的TOC值为0.28%~1.67%，平均值为0.73%。

4.2 有机质赋存类型

茅一段有机质赋存类型通过宏观、中观、微观和介观等4个尺度来表述（见表1）。宏观尺度上有机质赋存于泥岩和泥质灰岩中，据产状可划分为瘤状和层状两大类（见图5a—图5c）。赋存于瘤状泥岩、泥质灰岩的有机质发育在第2、4结构段（见图5a），层厚40~90 cm，累计厚度30.12 m；赋存于层状泥岩、泥质灰岩的有机质呈交错状、千枚状（见图5b），或呈连续脉状（见图5c），发育于第1、3和4结构段，层厚10~50 cm，累计厚度43.88 m（见图2）。中观尺度上，茅一段有机质赋存类型主要为眼皮-眼球状。根据泥岩、泥质灰岩和灰岩的相对比例，进一步分为厚眼皮、中眼皮和薄眼皮状赋存形态。厚眼皮状有机质赋存于泥岩-泥质灰岩韵律层中，呈连续层状产出（见图5d），多发育在第1和第3结构段内，韵律层占比70%~90%，累计厚度30.78 m；中眼皮状有机质赋存于层状向瘤状过渡态的泥岩-泥质灰岩韵律层中，呈交替镶嵌状产出（见图5e），发育于第2和第4结构段内，韵律层占比60%~70%，累计厚度16.95 m；薄眼皮状有机质赋存于瘤状的泥质灰岩-灰岩韵律层中，呈断续状发育（见图5f），多发育于第4和第5结构段，韵律层占比60%~80%，累计厚度26.27 m，厚眼皮、中眼皮、薄眼皮状累计厚度比例约为4︰2︰4。
表1 川东地区华蓥山剖面中二叠统茅一段有机质赋存状态及其主要特征表
观察尺度 有机质显微组分 有机质赋存状态或形状 主要特征
宏观 藻类体、镜质体 瘤状 有机质赋存于瘤状泥岩、泥质灰岩内
层状 ①多期夹层与多类矿物组成富有机质千枚状集合体，厚度为10~15 cm；②交错状有机质依韵律变化交替互嵌富集于“眼皮”构造内，形成单层；③脉状有机质在纯滑石层内多层富集发育，单层厚度多为5~10 cm，有机质丰度高
中观 藻类体、镜质体 厚眼皮状 有机质发育于单层15~30 cm的富含滑石的泥质灰岩层中
中眼皮状 有机质发育于单层3~10 cm的富含滑石的泥质灰岩层中
薄眼皮状 有机质发育于单层1~3 cm富含滑石的泥质灰岩层中
微观 藻类体、镜质体 星点状 有机质局部富集，呈星点状不规则态分布于矿物间
充填状 有机质以规则形态填隙于孔缝中，多见于溶蚀孔内
块状-脉状 常见有海泡石吸附有机质成块状，以及与矿物质相伴发育的沥青脉
介观 藻类体、镜质体 分散状 有机质多呈卷曲柳絮状或平展状附着于矿物晶体表面，大小为几十微米
填隙状 有机质以微小块体分布多类矿物孔缝结构内，局部侵染矿物
吸附状 有机质与海泡石呈强吸附关联，于海泡石矿物层面、层间及周缘形成共生体
图5 川东地区中二叠统茅一段有机质赋存类型图版

（a）瘤状泥质灰岩，其内瘤状有机质发育，第2结构段，华蓥山剖面；（b）层状泥岩，其内发育千枚状有机质，第2结构段，石柱剖面；（c）层状泥岩-泥质灰岩韵律层，其内发育交错状或脉状有机质，第2结构段，石柱剖面；（d）泥岩-泥质灰岩韵律层中发育厚眼皮状有机质，第3结构段，华蓥山剖面；（e）中眼皮状有机质，发育于泥岩-泥质灰岩韵律层中，第2结构段，石柱剖面；（f）薄眼皮状有机质，发育于泥质灰岩-灰岩韵律层中，第5结构段，华蓥山剖面；（g）灰岩中发育星点状、充填状、块状-脉状有机质，充填晶间与被吸附于海泡石（滑石）周缘，单偏光，XT1-10样品，4 381.64 m，第4结构段，XT1井；（h）灰岩的粒间溶孔及晶间孔内发育充填状有机质，单偏光，hyx6-3样品，第2结构段，华蓥山剖面；（i）泥质灰岩中块状-脉状有机质被海泡石-滑石吸附，荧光，sz-35-5样品，第3结构段，石柱剖面；（j）灰岩中分散状有机质，附着于方解石晶面，近海泡石-滑石发育藻类体，BSED，XT1-64样品，4 421.23 m，第5结构段，XT1井；（k）泥质灰岩中填隙状有机质（镜质体），充填于晶内溶孔内，见层状海泡石发育，BSED，sz-28-2样品，第2结构段，石柱剖面；（l）泥质灰岩中吸附状有机质，海泡石层面、层间吸附藻类体，BSED，hyx5-2样品，第3结构段，华蓥山剖面

微观尺度上，主要呈星点状、充填状和块状-脉状，显微组分以藻类体和镜质体为主。星点状有机质发育于第4和第5结构段的泥质灰岩-灰岩韵律层中，对应宏观尺度上的瘤状和中观尺度上的薄眼皮状有机质（见图5g）。充填状有机质多见于泥岩-泥质灰岩韵律层中，发育于第2和第4结构段，宏观产状呈瘤状，中观产状为中眼皮状，有机质充填于晶间孔、粒间溶孔、滑石收缩缝和粒缘微缝中（见图5h）；块状-脉状有机质亦发育在泥岩-泥质灰岩韵律层中，见于第1、2和第3结构段，宏观产状为层状，中观产状为厚眼皮状，泥岩层内常见沥青脉，泥质灰岩层内有机质与海泡石（滑石）形成块状复合体，大小在微米级，呈棕褐色荧光，局部显黄绿色荧光（见图5i）。
介观尺度上，主要呈分散状、填隙状和吸附状。分散状有机质发育于泥质灰岩-灰岩韵律层中，宏观产状为瘤状，中观产状为薄眼皮状，微观产状多为星点状，集中发育于第2与第5结构段，呈卷曲柳絮状或平展状附着于方解石晶体表面，大小为40~50 μm，显微组分为藻类体（见图5j），能谱分析碳含量为72.46%；填隙状有机质集中发育于第2、第3与第5结构段，显微组分为镜质体，在泥质灰岩-灰岩韵律层中多呈孤立斑块状，而在泥岩-泥质灰岩韵律层中则多充填于粒间（溶）孔、晶间孔、晶内溶孔、成岩收缩缝与粒缘微缝中，方解石晶内溶孔充填有机质（见图5k），能谱分析碳含量为29.18%；吸附状有机质发育于第1、第3和第4结构段的泥岩-泥质灰岩韵律层中，显微组分为藻类体和镜质体。藻类体有机质与海泡石-滑石矿物伴生，大小为5~60 μm，粘附于黏土矿物层面、层间及周缘，形成黏土矿物-有机质的共生复合体（见图5l）。镜质体有机质则与方解石、石英及黄铁矿等共生，大小30~40 μm（见图5k），能谱分析碳含量53.47%。

4.3 有机质赋存类型与宿主矿物的关系

在氩离子抛光-扫描电镜（CP-SEM）观测中，有机质与宿主矿物呈“连续”吸附状和“共轭”填隙状产出，形成海泡石-滑石-有机质、方解石-石英-黄铁矿-有机质等组合类型。根据有机质产出状态及其与宿主矿物的空间关系，“连续”吸附状有机质进一步被划分为连片状与环带状。连片状有机质在扫描电镜下的宿主矿物为海泡石-滑石矿物组合，产出于晶体表面吸附活性中心附近和层链结构晶内孔道[27]（见图6a、图6b）；而环带状有机质则沿宿主矿物海泡石-滑石周缘发育。“共轭”填隙状有机质则与宿主矿物方解石-石英-黄铁矿组合共生，呈不规则状充填赋存于方解石、黄铁矿及石英的晶间孔和粒缘缝中（见图6b、图6c）。局部见有机质呈分散状包覆于方解石或海泡石-滑石表面，大小为50~60 μm（见图6d）。不同的宿主矿物微观形貌呈现显著差异，海泡石呈羽状、纤维状、片状集合体，与层状滑石伴生（见图6e、图6f）。连片状或环带状有机质以共生包裹吸附于羽状或纤维状海泡石的层面、层间与层内孔隙内，有机质显微组分以藻类体为主（见图6g），碳含量均值11.1%（见图6h）；而层状滑石内有机质以分散状与吸附状产出，发育于片状结构层间孔隙中（见图6f）。
图6 川东地区中二叠统茅一段有机质与宿主矿物关系图版

（a）泥质灰岩中吸附连片状有机质（藻类体），海泡石-滑石-有机质及其他矿物形成共生复合体，BSED，hyx7-3样品，第3结构段，华蓥山剖面；（b）泥质灰岩，填隙状、连片状有机质（藻类体、镜质体）充填于黄铁矿晶间孔，BSED，hyx6-2样品，第2结构段，华蓥山剖面；（c）灰岩，填隙状有机质（镜质体）充填于自生石英及方解石晶间孔，BSED，hyx7-3样品，第3结构段，华蓥山剖面；（d）泥质灰岩，分散状有机质（藻类体）附着于海泡石、方解石晶面发育，BSED，XT1-81样品，4431.51 m，第3结构段，XT1井；（e）泥质灰岩中见吸附状有机质（藻类体），见未转化的羽状海泡石，BSED，sz-30-3样品，第3结构段，石柱剖面；（f）泥质灰岩，吸附状有机质（藻类体）发育于滑石成岩收缩缝中，与片状海泡石和粒状黄铁矿共生，BSED，hyx10-1样品，第4结构段，华蓥山剖面；（g）泥质灰岩，连片状有机质吸附于羽状海泡石层间，虚线内为海泡石吸附富集有机质区带BSED，hyx5-2样品，第2结构段，华蓥山剖面；（h）海泡石-有机质吸附富集区面扫描能谱分析，碳含量相对较高（11.10%），BSED，hyx5-2样品，第2结构段，华蓥山剖面

5 有机质主控因素及富集模式

5.1 古环境因素

研究区中二叠统茅一段灰岩、泥质灰岩及泥岩样品的δ18O值均高于-7.98‰，Mn/Sr值均低于0.6，且δ18O与δ13C无明显相关性[17]。因此，样品受成岩改造较微弱，地球化学分析结果可有效反映茅一段沉积环境。
茅一段灰岩沉积时期，利用δ18O恢复古海水温度（T1），分布于5.73~14.95 ℃，平均值为8.46 ℃；利用Mg/Ca值恢复的古海水温度（T2），显示分布于13.78~14.20 ℃，平均值为13.89 ℃（见图7a）。古气候指标C值为0.001~0.007，平均值为0.004；而Sr/Cu值为118.68~5 940.21，平均值为2 651.91（见图7b），指示为干旱气候。古盐度判别依据Sr/Ba值及Z值分别为2.28~358.79和125.77~134.54，平均值分别为160.02及130.87（见图7c），指示为高盐度条件。Ni/Co值为3.15~33.22，平均值为13.41，而V/(V+Ni)值为0.67~0.95，平均值为0.88（见图7d），指示贫氧-缺氧条件。P/Ti值为0.01~2.33，平均值为0.70（见图7e），表明中—低生产力条件。Al元素与Ti元素具较高的正相关性，R2为0.678 4（见图7f），表明沉积期内陆源输入较少。综合显示，灰岩沉积期古环境为陆源输入较少、中—低生产力、贫氧—缺氧干旱高盐度凉水环境[7,13]。宏观尺度上有机质赋存类型以瘤状为主（见图8a），局部受较高生产力及富氧的影响，浮游动植物繁盛，有机质母质富集于“眼皮”构造内；中观尺度以薄眼皮状为主，有机质发育在厚30~50 cm的“眼皮”状构造内（见图8b）；微观尺度以星点状、充填状为主，有机质赋存于矿物晶间和裂缝中（见图8c）；介观尺度以填隙状为主，在方解石、石英等矿物晶间发育，与海泡石-滑石共生（见图8d）。
图7 川东地区茅—段含海泡石层系古环境恢复及判别图版
图8 川东地区茅一段多尺度下海泡石吸附有机质赋存特征图

（c）hyx5-2样品，第5层，华蓥山剖面；（d）hyx8-1样品，第8层，华蓥山剖面；（g）hyx8-2样品，第8层，华蓥山剖面；（h）hyx8-3样品，第8层，华蓥山剖面；（k）hyx8-1样品，第8层，华蓥山剖面；（l）hyx10-2样品，第10层，华蓥山剖面

泥质灰岩沉积时期，T1集中分布于6.19~14.23 ℃，平均值在9.48 ℃；T2分布于13.80~15.57 ℃，平均值在14.16 ℃（见图7a）。C值为0.001~0.016，平均值0.006；Sr/Cu值为176.47~5 760.70，均值1 587.69（见图7b）。而Sr/Ba值为2.98~296.28，均值为134.57；Z值为125.05~133.22，平均值为130.43（见图7c）。Ni/Co值为2.97~30.26，平均值为17.62，而V/(V+Ni)值为0.61~0.93，平均值为0.87（见图7d）。P/Ti值为0.004~2.310，平均值为0.75（见图7e）；Al元素与Ti元素具较好的正相关性，R2为0.831 9（见图7f），指示陆源输入相对较高。因此，泥质灰岩沉积期古环境为陆源输入较高、中—高生产力、缺氧-还原、干旱及相对低盐度的凉水环境。海泡石大量沉积[7,13]。该时期有机质宏观赋存类型以瘤状-层状过渡态为主，呈千枚-交错状（见图8e），有机质受海泡石吸附富集于泥岩层中，与灰岩互层产出；中观尺度以薄—中眼皮状为主，有机质赋存于眼皮状构造的泥质灰岩中，单层厚度为3~10 cm（见图8f）。微观尺度有机质以块状-脉状和充填状为主，局部呈星点状（见图8g）。介观尺度的有机质以吸附状和填隙状为主，与海泡石-滑石共生，见藻类体大量分布于纤维状、片状海泡石的层面、层间和层内（见图8h），而分散状有机质则发育在海泡石-滑石晶间孔隙。
泥岩沉积时期，T1集中分布于5.45~13.96 ℃，平均值为9.07 ℃；T2为13.82~15.15 ℃，平均值为14.20 ℃（见图7a）。C值为0.002~0.009，平均值为0.007；Sr/Cu值为120.00~2 260.13，平均值1 092.83（见图7b）；Sr/Ba值为12.65~198.68，平均值为97.95；Z值为127.27~134.48，平均值为130.70（见图7c）；而Ni/Co值为11.82~31.17，平均值为18.94；V/(V+Ni)值为0.67~0.97，平均值为0.85（见图7d）；P/Ti值为0.003~2.45，平均值为0.98（见图7e）；Al元素与Ti元素具较高的正相关性，R2为0.581 7（见图7f），指示陆源输入较灰岩和泥质灰岩沉积期有所下降。故泥岩沉积的古环境为陆源输入较低、中—高生产力、贫氧—缺氧还原干旱低盐度凉水环境[7,13]。该时期有机质宏观赋存类型以层状为主，单层厚度5~10 cm（见图8i）；中观尺度有机质以厚眼皮状为主，富集于厚1~3 cm的泥岩层内（见图8j），局部有机质丰度TOC可达2.90%；微观尺度有机质以块状-脉状为主，多富集于片状-层状海泡石-滑石中（见图8k）；而介观尺度下有机质以吸附状为主，赋存于海泡石-滑石矿物的层面、层间及晶格内（见图8l）。

5.2 有机质富集模式

综合川东地区茅一段的古温度、古气候、古盐度、氧化还原条件、古生产力及陆源输入等指标，结合各个结构段海泡石（滑石）及有机质共生关系，建立了茅一段有机质富集模式，具体包括3个阶段（见图9）。
图9 川东地区茅一段古环境主控下海泡石吸附有机质富集模式图（剖面位置见图1）
阶段Ⅰ为茅一段第1和第2结构段沉积期，海平面逐渐上升，主要发育中缓坡相。古海水温度为5.74~14.20 ℃，均值为11.29 ℃，同时富Mg、贫Al、高pH值，处于陆源输入低且古生产力较高的干旱贫氧-缺氧低盐度凉水环境，沉积泥岩-泥质灰岩-灰岩韵律层。经差异压实作用形成“眼皮眼球状构造”。基底断裂活动提供的富Si流体与海水混合后，在凹陷内大量沉积海泡石[1-3]。宏观尺度上有机质赋存类型以瘤状-层状过渡态为主，在中观尺度上表现为薄—中眼皮状，微观尺度以充填状—块状-脉状为主，介观尺度下以填隙状-吸附状为主，部分以具“纹理”状的菌藻体形式赋存。台内凹陷内的藻类体有机质发育于纤维状-羽状海泡石的晶间、层面及层间孔隙，吸附状为主，形态上相连成片；镜质体有机质则充填于各矿物晶间孔隙。有机质在凹陷下部与泥岩-泥质灰岩层共同沉积，且与海泡石通过吸附作用相结合，增大了有机质的沉积速率，致使富集程度逐渐升高（见图9a）。海泡石富集层段总有机碳含量0.28%~2.90%，均值为1.19%，且TOC与泥质含量呈正比。
阶段Ⅱ为茅一段第3—4结构段沉积期，古海水温度升高至5.47~14.44 ℃，均值为12.08 ℃，且泥岩-泥质灰岩沉积期温度明显高于灰岩，整体上处于陆源输入低且古生产力高的干旱缺氧还原低盐度凉水环境，以泥岩-泥质灰岩韵律层为主。有机质宏观赋存类型以层状为主，中观尺度下呈中—厚眼皮状，微观尺度下以充填状—块状-脉状为主，介观尺度下以填隙状-吸附状为主。台内凹陷的规模不断扩大，海平面上升，水体缺氧范围随之增大。泥岩-泥质灰岩比例增加，海泡石（滑石）含量急剧增加。凹陷内大量藻类体有机质被吸附于纤维状-羽状-片状海泡石矿物的晶体表面、层链结构间及晶内孔道内，形态上呈连续片状和环带状。而镜质体有机质仍充填于矿物晶间孔隙。在贫氧-缺氧环境中，有机质通过海泡石吸附-包裹形成复合体，有效降低与氧气及微生物等接触，提高了有机质保存效率（见图9b）。海泡石富集层段TOC值为0.37%~2.12%，均值0.88%。
阶段Ⅲ对应茅一段5结构段沉积期，以泥晶生屑灰岩为主，夹泥质灰岩，表现为厚层状灰岩-极薄层状泥质灰岩的韵律层特征，泥质含量显著降低，“眼皮”状构造减少。古海水温度上升至14.69 ℃，水体环境局部达到富氧条件，整体处于陆源输入较低且中—低古生产力的干旱缺氧—贫氧高盐度的凉水—温水过渡环境（T1>12 ℃）。有机质宏观赋存类型以瘤状为主，中观尺度表现为薄眼皮状，微观尺度下以星点状-充填状为主，介观尺度下以吸附状-填隙状为主。台内凹陷不断被充填，泥质灰岩的比例减少，海泡石含量减少，有机质总量骤减。有机质仅发育在极薄层状泥质灰岩内，被纤维状海泡石-层状滑石吸附富集，呈不规则状零星展布（见图9c）。海泡石富集层段TOC值为0.46%~0.94%，平均值为0.68%。
通过全球类比发现，土耳其Eskisehir湖盆中新统缺氧环境中发育层状海泡石，有机质亦大量富集，TOC值为0.50%~2.75%[28]；埃及西部沙漠Abu-Tartur高原上白垩统Duwi组黑色页岩中见纤维状海泡石，TOC值为0.92%~1.35%[29]；土耳其Polatli盆地中新统—上新统的黑色海泡石层的TOC值为2.56%~5.69%[30]。故海泡石共生吸附有机质富集模式具有较好的普适性，这丰富了对沉积有机质富集模式的认识。

6 结论

川东地区茅一段含海泡石层系呈现泥岩-泥质灰岩-灰岩韵律结构。纵向上呈现5个结构段，有机质多富集于第1、第2和第3结构段的泥岩和泥质灰岩内。泥岩的TOC值为0.64%~2.90%，平均值为1.94%；泥质灰岩的TOC值为0.28%~1.67%，平均值为0.73%。
茅一段含海泡石层系中的有机质产状在宏观尺度上呈瘤状与层状，中观尺度上呈薄眼皮、中眼皮和厚眼皮状，微观上呈星点状、充填状和块状-脉状，介观尺度下呈分散状、填隙状和吸附状赋存。
茅一段有机质为海泡石共生吸附富集模式，具体包括3个阶段。茅一段沉积初期（阶段Ⅰ），主要为第1和第2结构段，处于干旱贫氧-缺氧低盐度凉水环境，主要沉积泥岩-泥质灰岩-灰岩韵律层。台内凹陷内的藻类体有机质发育于纤维状-羽状海泡石的晶间、层面及层间孔隙，吸附状为主，形态上相连成片，海泡石富集层段TOC均值为1.19%。沉积中期（阶段Ⅱ），主要为第3和第4结构段，处于干旱还原缺氧低盐度凉水环境，以泥岩-泥质灰岩韵律层为主。凹陷内大量藻类体有机质被吸附于纤维状-羽状-片状海泡石矿物晶体表面、层链结构间及晶内孔道内，呈连片状或环带状，海泡石富集层段TOC均值提升至0.88%。沉积晚期（阶段Ⅲ），主要为第5结构段，处于陆源输入较低且古生产力低的干旱缺氧-贫氧高盐度的凉水-温水过渡环境，表现为厚层状灰岩-极薄层状泥质灰岩的韵律结构，有机质亦被纤维状海泡石-层状滑石吸附富集，呈不规则状零星展布，海泡石富集层段TOC平均值为0.68%。海泡石共生吸附有机质富集模式有较好的普适性，这丰富了对沉积有机质富集模式的认识。

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