0 引言

羌塘盆地是中国勘探程度低、油气潜力巨大的中生代海相残留盆地（王剑等，2020；曾胜强等， 2021）。储层主要分布于中生代侏罗系和三叠系碎屑岩、泥质岩和各类碳酸盐岩等（谭富文等，2002； 李高杰等，2020）。以往研究认为北羌塘盆地油气勘探目标层为藏夏河一带的侏罗系（赵政璋等， 2001），但近年来随着在北羌塘雀莫错地区部署的钻孔获得上三叠统完整地层资料，重新认为上三叠统是北羌塘东部的首要勘探目标层。上三叠统烃源岩厚度达 594 m，其中上三叠统巴贡组有机碳含量为0.45%～3. 01%，平均值1.52%，其中中等—好烃源岩占比73%，厚度占比49%，下伏波里拉组中等 —好烃源岩占比 89%，厚度占比 48%（褚永彬等， 2015；占王忠和谭富文，2020），是羌塘盆地最重要的烃源岩之一（宋春彦等，2018）。但由于受后期构造运动和沉积断裂等影响，上三叠统油气资源在分布、有机质含量等方面差异较大，且对影响油气勘探的矿物组成、微观结构等关系尚未厘清。为此，本文基于对 QZ-7 井钻井岩心、薄片的观察和鉴定以及全井段的岩心光谱数据的采集和解译，结合微观矿物成分定量分析和背散射扫描电镜成像技术，综合表征上三叠统地层矿物成分和微观空间结构特征，并分析其沉积环境及对油气运移、储层等的影响，以期对该地区三叠系油气勘探开发提供有效的地质依据。

1 地质背景及技术方法

1.1 地质概况

据前人研究（陈文西和王剑，2009；朱同兴等， 2010），晚三叠世受全球气候影响，羌塘盆地在巴贡组沉积时期，海水逐渐变浅，由碳酸盐岩沉积突然转变为细碎屑岩沉积（曾胜强等，2021）。下部以深灰色钙质泥岩和粉砂质泥岩为主，水平层理发育，富含有机质，该时期的水动力较弱，为低能的前三角洲相沉积环境。随后水体逐渐变浅，发育三角洲前缘相的灰—深灰色岩屑石英砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩沉积，物源以陆源碎屑为主（刘若涵等， 2019）。晚三叠世末，随着北部可可西里—金沙江洋盆的逐渐关闭，羌塘盆地进入了前陆盆地演化阶段（王成善等，2004），在羌塘盆地东部沉积了局限台地相的波里拉组，岩性主要为一套灰黑色、浅灰色薄—中层状泥晶灰岩，局部夹薄层状、透镜状岩屑石英砂岩，岩层顶部为灰色中层状泥晶灰岩夹砂屑灰岩，反映向上水体逐渐变浅的进积型沉积组。

中国地质调查局于 2014 年在北羌塘盆地东部部署实施了QZ-7井（图1），该井从上而下依次钻遇了第四系、上三叠统巴贡组和波里拉组，其中巴贡组岩性以细碎屑岩为主，主要为深灰—灰黑色块状钙质泥岩和含钙质泥岩，夹少量薄—中层浅灰色粉砂质泥岩和钙质粉砂岩。下部以深灰色钙质泥岩沉积为主，泥岩中发育水平层理，偶见波状层理，裂隙较发育，方解石脉充填。上部钙质泥岩出现大量的双壳化石及虫孔构造，层理不发育，出现粉砂岩和岩屑石英砂岩，表示沉积环境的变化。波里拉组以灰色—深灰色薄—中层状泥晶灰岩为主，常见灰黑色薄层状钙质泥岩。

1.2 技术方法介绍

本文岩心光谱扫描使用由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）研发和设计、FLSmidth 公司加工生产的Hylogge-3^TM型光谱扫描仪，测量岩心 VNIR 到 SWIR 范围（400~2500 nm）的光谱数据（光谱分辨率 4 nm@380~1100 nm、10 nm@1100~2500 nm）和 TIR 范围（6000~14500 nm，光谱分辨率 18 nm@6000 nm，150 nm@14000 nm）（史维鑫等， 2020），光谱数据处理采用 TSG 8. 0（The Spectral Geologist）软件进行分析处理，该软件集成了各类分析算法及多重特征提取等方法，主要基于岩石、土壤、矿物等样品的波谱特征进行识别以及分析不同矿物的类型和含量（张启燕等，2022b），可用于识别含水含羟基矿物、碳酸盐、部分硫酸盐和烃类等。由于获取的波谱信息是岩心的综合信息，存在异物同谱、同物异谱等混元现象，因此需要人机交互进行分析和解译。本次采集的数据解译对应面积约为 1 cm×1 cm，通过人机交互共解译 9 种矿物，其中碳酸盐矿物（主要为方解石和白云石）主要通过短波波长区间进行区分，方解石短波波长为 2337~2340 nm，白云石短波波长为 2326~2330 nm。通过热红外光谱解混比例标定定量石英、长石和碳酸盐类的含量，由于黏土矿物和石膏（含硬石膏）含量与短波光谱吸收强度呈正比关系，因此通过短波光谱解混比例标定。伊利石和蒙脱石因其矿物组成和光谱特征相似度较高，因此在光谱解混中难以进行有效区分，因此本文未做分辨。

此外本文还采用微观岩心数字化技术，矿物成分定量分析和背散射扫描电镜扫描成像技术，分别对巴贡组泥岩和波里拉组灰岩进行微米尺度的扫描和分析。矿物成分定量分析技术可以通过样品经激发源刺激而产生的特征X射线能量分析元素种类，进而通过元素分析矿物组成（张启燕等， 2022b）。背散射扫描电镜扫描成像技术通过对样品进行一系列高精度小面积扫描，进而拼接成一副超高分辨率大面积的二维背散射电子图像，主要用于观察和分析样品的微观孔隙结构（张启燕等， 2022a）。

2 巴贡组光谱及微观空间特征

根据光谱扫描矿物解译结果，选取 6 种主要矿物进行分析对比。全井段普遍存在较高含量的碳酸盐矿物，以方解石为主，这与整体为海相的沉积背景相符。碎屑矿物主要富集在巴贡组泥页岩中，主要为石英，长石含量相对较少，黏土矿物主要为伊利石-蒙脱石，高岭石不发育。波里拉组主要出露灰岩，以碳酸盐矿物（方解石）为主，未见明显的白云石化，岩心中见构造裂隙和方解石细脉穿插，局部脉体密度高、伴随灰岩的角砾化，伊利石-蒙脱石含量普遍较低。此外绿泥石主要分布在上部巴贡组碎屑岩（包括泥质岩）中，而灰岩则零星分布于波里拉组碳酸盐岩中。

2.1 巴贡组光谱特征

巴贡组岩心深度为4~245 m，长度为241 m。岩性以深灰—灰黑色泥岩为主，偶夹少量粉砂岩，岩心破碎程度高（图2），其中块状钙质泥岩岩心较为完整。

根据光谱解译矿物结果特征，巴贡组岩心从上而下可明显看到3个不同变化区域（图3），具体特征描述如下：

a—块状含钙质泥岩岩心图像（深度：78.1~81.3 m）；b—钙质泥岩岩心图像（深度：193.5~197.8 m）

上段（6~88 m）：岩性以泥岩为主，含双壳化石，该段碳酸盐和石英含量较高，长石含量较少，基本不含石膏，伊利石（含蒙脱石）整体含量较高，变化较大，明显分为两部分，绿泥石含量较高，集中分布区域与伊利石（含蒙脱石）相一致，主要分布于中层块状泥岩，与之相对应长石和石英含量较低。该段短波波长主要为2337~2340 nm，以方解石为主。

中段（89~160 m）：岩性以钙质泥岩为主，局部含泥质粉砂岩。该段石英保持高值，局部有变化，特别是含泥质粉砂岩部位，含量明显增大，但整体变化幅度较小，表示岩性变化不大。长石和石膏零散分布，含量小。碳酸盐矿物垂向变化较小，指示了较为稳定的海相沉积背景。较于上段，该段伊利石（含蒙脱石）含量较低，分布不均，局部含量变化较大，高值区域与中层块状泥岩相对应，在钙质泥岩明显的层位含量偏低。绿泥石呈低含量分布，变化特征与伊利石（含蒙脱石）一致，高值区域与块状泥岩相对应。

下段（161~245 m）：岩性以大段的钙质泥岩为主，偶夹粉砂岩。相较于其他层位，该段石英和长石含量明显增加，为整孔最高。反之，碳酸盐含量为全井段最低处，且分布不均匀，局部变化较大，伊利石（含蒙脱石）随深度增加而增加，在下部夹粉砂岩位置达到最高，反之该处绿泥石含量较少。该段矿物变化复杂，指示该段沉积环境变化较大，矿物来源复杂且具有周期性。

整体上，巴贡组矿物主要为石英和碳酸盐，碳酸盐含量与石英呈负相关。伊利石（含蒙脱石）整体含量较高，但局部变化较大，可能与泥岩局部含粉砂岩有关。黏土矿物主要以伊利石（含蒙脱石） 为主，高岭石仅见于部分脉块或砂质夹层（图4）。巴贡组含绿泥石，但整体含量不大。石膏含量较低，零星出现。通过光谱特征发现，该段短波波长主要为2337~2340 nm，碳酸盐以方解石为主。

2.2 巴贡组微观空间特征

通过镜下薄片观察，矿物整体压实程度较高，主要由泥质组成（约 64%），为微晶或隐晶的黏土矿物集合体，其中混有少量长英质碎屑。其次为碎屑组分（约 10%），多呈棱角状，粒径主要为 0. 02~0. 05 mm，最大0.1 mm，主要为石英，少量长石，且长石普遍发生蚀变（高岭石化、绢云母化）；方解石含量约占 25%，呈细小粒状分布于泥质中，晶粒粒径多为 0. 02~0. 05 mm，少量生物碎屑，普遍发生亮晶方解石重结晶。少量黄铁矿（约 1%）呈粒状零散分布（图5）。

对巴贡组下部（240.56 m）采集的粉砂质泥岩进行矿物成分定量分析（图6），主要成分为伊利石、方解石和石英，分别占比 31.84%、30.71% 和 23.71%，其次为高岭石（2.17%）、绿泥石（2. 02%） 等。其中，白云石占比为 1.71%，可以明显观察到石英与方解石混杂，以颗粒支撑形式分布，指示了海相环境下的远离物源的弱水动力沉积环境，裂缝大部分被方解石胶结充填。

a—暗色泥岩（碎块）。高岭石仅见于脉块（3号测点，对应绿色光谱）），其上（1和2号测点）和下测点（4和5号测点）为伊利石（含蒙脱石）+微量绿泥石，白色脉块位于77.87 m；b—暗色泥岩。高岭石仅见于砂质夹层（3号测点，对应绿色光谱），其上部（1和2号测点）和下部（4和5号测点）测点均为伊利石+微量绿泥石。浅色夹层深度为213.76 m

对巴贡组含砂质泥岩的高密度矿物区域薄片样品进行200 nm分辨率的背散射电子成像扫描，从图中可见多条微裂缝，少量黄铁矿颗粒，少量碳酸盐矿物颗粒，少量黏土矿物和微量杂基，该分辨率下样品未见明显孔隙，但可见普遍发育的微裂缝 （图7a）。对样品进行精度为10 nm的背散射图像精细扫描，在 10 nm 分辨率下仅可见零星分布的黏土矿物孔和黄铁矿，仅局部可见粒间孔与溶蚀孔，且孔隙内可见部分有机质充填（图7b）。

3 波里拉组光谱特征及微观空间特征

3.1 波里拉组光谱特征

波里拉组岩心深度为 246~402 m，长度为 156 m。整体岩性以深灰—灰黑色灰岩为主，见方解石脉，相较于上覆巴贡组岩心保存较为完整，特别是下部岩心整理保存情况良好。灰岩中普遍发育稀疏方解石细脉，局部破碎强（角砾化）并细脉密集 （图8），为典型的构造作用效应。

波里拉组矿物成分以碳酸盐为主，整体含量高于上覆巴贡组，泥岩含量较多的层段除外；此外，石膏含量明显变高，反之石英、钾长石、斜长石、伊利石（含蒙脱石）等矿物明显减少，特别是绿泥石含量已低于检出限。通过光谱特征分析，波里拉组伊蒙混层主要以伊利石为主，高岭石分布很局限，稀疏出现在波里拉组灰岩及其中的砂岩夹层中。经过短波长识别碳酸盐类，主要为方解石。

根据光谱解译矿物结果特征，波里拉组岩心从上而下可细分为3段（图9），具体特征描述如下。

上段（245~281 m）：岩性以灰岩为主，局部含钙质泥岩。该段呈现厚层的碳酸盐分布，且分布稳定，上部砂屑灰岩有局部石英和长石钙质区域，石英含量较低，长石和石膏零星分布。

a—单偏光；b—正交偏光

中段（282~312 m）：处于断层破碎带，岩性以薄层灰岩、砂屑灰岩、钙质泥岩为主，相比波里拉组其他层位，该段碳酸盐含量明显降低，且变化幅度较大，可能与岩性相关。石英分布不均，伊利石（含蒙脱石）和石膏主要分布于上部层状钙质泥岩位置。

下段（313~402 m）：岩性以厚层泥晶灰岩为主，局部夹碎屑灰岩和钙质泥岩。碳酸盐整体含量高，但局部变化较大，特别是下部含钙质泥岩层段，碳酸盐含量明显降低。石英含量偏低，其变化趋势与碳酸盐正好相反。主要分布于含碎屑灰岩和钙质泥岩层段（图10）。伊利石（含蒙脱石）含量较低，但整段较均匀分布，石膏主要位置与碳酸盐高值区域相对应，可能与该段碳酸盐沉积环境有关。

a—MAPS整体扫描图像（分辨率：200 nm）；b—MAPS精细扫描图像（分辨率：10 nm）

a—纹层状灰岩岩心图像（深度：272~275.2 m）；b—泥晶灰岩岩心图像（深度：342~345.1 m）

3.2 波里拉组微观空间特征

岩心和薄片显示由于该地层经历了较严重的压实、胶结和重结晶等作用，物性较为致密。镜下薄片中（图11），灰岩具泥晶结构，纹层状构造。矿物成分主要由方解石组成，多呈泥晶、微晶粒状，晶粒粒径在0. 01 mm左右，多具弱的重结晶作用，整体具纹层状结构；少量方解石呈亮晶粒状充填在岩石裂隙中，以脉体形式分布，晶粒可达4 mm；少量黄铁矿呈粒状零散分布在岩石中；少量有机质呈黑色团块状充填在岩石裂隙中，部分呈细小条带顺层分布。岩石中方解石脉发育，宽度为 0. 02~7. 00 mm，部分细小脉体呈顺层展布，疑似张性裂隙被方解石充填的结果。

此外波里拉组局部含有较丰富的生物碎屑（图12），砂屑、双壳类、有孔虫等颗粒，常见包裹体。局部充填有较多的有机质，黄铁矿发育，指示了利于烃类保存的较强的还原环境。颗粒间多为泥晶充填，粒间胶结严重，部分颗粒发生重结晶，微裂缝也被亮晶方解石胶结充填，指示了后期经历了较强的成岩作用影响，导致孔隙原生孔隙结构破坏严重，整体孔隙度较低，储层非均质性较强，储集性变差。

对波里拉组砂屑灰岩（346.17 m）进行矿物成分定量分析，分辨率为25 µm（图13），从矿物成分图可以看出，样品中方解石含量最高，达到 70. 04%左右，与岩心和薄片所观察到的结果相符合；发生一定程度的白云石化作用，白云石含量占比达 15.58%，石英含量占比 8.45%，伊利石与黄铁矿分别占比 2.44% 与 1.17%。矿物成分定量分析结果显示了明显的上、中、下 3 层，上层以较大颗粒的方解石为主，且含有石英、长石等陆源碎屑物，矿物颗粒直径可达 0.5~1. 0 mm，白云石含量较低，局部发育黄铁矿，呈现还原环境下混积特征；中部以方解石为主，白云石成条带状分布其中，伊利石、长石、石英等矿物呈小颗粒等；下部以白云石含量明显增加，其他如伊利石、长石、石英等矿物以细小颗粒呈现较为均匀的分布特征。

4 分析与讨论

4.1 沉积环境分析

储层矿物成分、含量及其微观结构，对于地层形成的沉积环境具有指示意义，特别是对于缺少沉积构造的海相沉积环境分析具有关键意义。此外沉积微环境对于矿物颗粒的沉积状态、物性变化以及孔隙类型等均有影响（梁狄刚等，2009）。结合巴贡组其他岩性的分布、样品矿物分布和沉积背景综合分析，在巴贡组沉积发育的大段深灰色—灰黑色泥岩，说明该沉积时期，更靠近水体中心，由深至浅，石英和黏土含量逐渐降低，碳酸盐含量逐渐升高，随着湖平面降低，三角洲向湖盆中心方向推进，海水盐度逐渐增加，陆源碎屑矿物组分开始逐渐向湖盆中心方向沉积，陆源输入逐渐减弱，优势沉积物逐渐从黏土变到碳酸盐矿物。随后在三角洲前缘和过渡地带，咸化水体作为物源之一，能够沉积形成碳酸盐组分，与陆源碎屑组分在短期内同时沉积。波里拉组整体为沉积水体逐渐加深的过程，岩性主要为碳酸盐岩沉积，偶见泥灰岩，发育团块状灰岩沉积。波里拉组整体表现为碳酸盐沉积，偶见泥灰岩，发育团块状灰岩沉积，碳酸盐以泥晶灰岩为主，白云岩化普遍，未见台地沉积，主要为泻湖、潮坪沉积环境。该相带沉积水动力较弱，与外界水体交换不通畅，且存在于氧化界面之下，形成黄铁矿晶体。受相对海平面的周期性变化和物源输入的影响，局部泥质含量较高，呈现混积的特征。

a—视域1单偏光（砂岩）；b—视域1正交偏光（砂岩）；c—视域2单偏光（泥岩）；d—视域2正交偏光（泥岩）

a—生物碎屑灰岩，普遍发生重结晶，包裹体发育；b—生物碎屑灰岩，生物碎屑边缘模糊，含沥青质

4.2 含油气潜力分析

北羌塘盆地东部灰黑—黑色巴贡组碎屑岩被广泛认为是羌塘盆地优质烃源岩地层。光谱矿物解译结果显示该地层以石英为主，局部层段方解石含量较高。与砂岩地层的钙质夹层不同的是，巴贡组钙质砂岩可能是由于咸水碳酸盐矿物组分与陆源碎屑组分同期混合沉积形成的，并非在砂岩地层中发生碳酸盐胶结形成。

在油气储存和运移及后期油气，矿物的性质及其成分影响较大，相较于黏土矿物，脆性矿物以及微观孔隙结构对油气运移以及后期油气压裂至关重要（马军，2020；张玉晔和赵靖舟，2021；马旭晴等，2022；张景军等，2023），而黏土矿物对于吼道的封堵以及油气的储层和运移均有不同的影响（吴松等，2020；徐飞等，2023）。巴贡组整体岩性致密，粒间孔、溶蚀孔少量发育，非均质性强且连通性差，零星可见黏土矿物孔和微裂缝。

北羌塘盆地东部在巴贡组沉积时期处于滨岸三角洲相带，在此背景下，钙质泥岩、灰质粉砂岩或粉砂质泥岩抗压实能力弱，颗粒紧密接触且未发生溶蚀作用，微观定量实验能够从矿物、微观空间特征分析巴贡组地层基本不具备成为源储一体致密储层的条件，更有可能成为好的烃源岩层。根据黏土矿物在短波红外光谱上显示特征，也间接提示巴贡组经历了较高的温度（高于含油气碎屑岩）的地质过程。结合 QZ-7 井相对位置、不同沉积期水体沉降中心、海/湖平面变化以及微观实验测试结果综合分析，认为最为有利的烃源岩段在巴贡组早期，晚期碳酸盐含量较高，并伴随着白云岩化。整体上黄铁矿含量较高，以还原环境为主。波里拉组普遍发生白云岩化，形成的晶间孔发育，是重要的储层类型，缝合线构造、微裂缝常见，此外该地层含有一定量的黄铁矿。由于黄铁矿是泥质烃源岩中常见的金属硫化物矿物，且常与干酪根共存，因此从矿物定量分析的角度说明波里拉组同样具有成为北羌塘坳陷优质烃源岩的潜力，这一结论同样能够支撑王剑等（2020）对北羌塘坳陷烃源岩层位和分布的预测。

5 结论

（1）研究区上三叠统矿物组成以碳酸盐和碎屑矿物为主，矿物含量纵向呈现规律性变化，由深至浅，碳酸盐矿物含量逐渐降低，而石英、长石等碎屑岩矿物逐渐增加，黏土矿物以伊利石（含蒙脱石）为主，高岭石很少，仅在浅色砂质夹层中可见，绿泥石主要分布在上部巴贡组碎屑岩（包括泥质岩）中；波里拉组灰岩中常见构造裂隙和方解石细脉穿插，局部脉体密度高。

（2）上三叠统沉积环境从下部的深水沉积逐渐转换到浅水三角洲沉积，矿物成分从碳酸盐沉积转变为碎屑岩沉积，有机质含量逐渐增加。波里拉组整体表现为碳酸盐沉积，以泥晶灰岩为主，白云岩化普遍，未见台地沉积，巴贡组以滨岸-三角洲沉积为主。整体上，以细粒沉积物为主，色带分布明显。

（3）巴贡组粒间孔、溶蚀孔少量发育，零星可见黏土矿物孔和纳米级微裂缝，整体孔隙发育程度较低且连通性差。波里拉组发育有晶间孔、微裂缝 （缝合线）。从矿物和孔隙发育特征分析揭示巴贡组地层早期为烃源岩主要发育期，且黄铁矿等指示还原环境的矿物普遍发育，有利于烃类的保存。

参考文献