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页岩气与我们生活中使用的天然气一样，主要是由90%以上的甲烷构成，是一种新型的绿色环保能源，但由于它存储在致密坚硬的黑色页岩之中，被称为从 石头缝里挤出的“蓝金”。
图1 典型黑色笔石页岩 什么是笔石？ 笔石是笔石动物的化石，由于其外形很像铅笔在岩石层上书写的痕迹而得名。笔石动物生活在距今5.10~3.28亿年前。它们没有现生种，也无法和其他化石类进行对比，一些学者根据笔石和现代海洋中的杆壁虫在外形和超微结构等方面有许多相似之处，将笔石动物复原归为半索动物门笔石纲，认为笔石是一种生活在古生代海洋里的群体发育动物。一个笔石体由一个胎管和许多胞管组成，胎管是一个中空的锥形管子，由原胎管和亚胎管两部分组成。原胎管向顶端逐渐生长变细，形成向外伸出的丝状线管，亚胎管向下开口，成为第一代成虫的“房室”（图1）。第一代胞管从胎管上生出，随后世代繁殖的笔石虫不停地建造它们的胞管，让自己居有定所，便留下了今天我们见到的各种形态的笔石体，它们是笔石虫建造的“房室”，类似蜂巢。
图1 笔石结构图（据文献 , Maletz等, 2017）
图2 典型黑色笔石页岩 沧海桑田藏“蓝金” “蓝金”是石油人对页岩气的爱称。我国目前的页岩气产层主要来自奥陶纪末期的五峰组和志留纪初期龙马溪组底部的黑色含笔石页岩层段（图2）。大约4.47亿年前，我国长江流域所在的扬子地台南陆北海形成一片半封闭式的大海湾，沉积了五峰组黑色页岩，伴生了高分异度、具有明显地区性特征的笔石动物群（陈旭等，2014）。4.45亿年前全球气温急剧下降，当时的南极大冰盖凝聚，导致了全球海平面大幅萎缩，海退区域通常以壳相泥质灰岩（称观音桥层）的出现为指示特征。持续了将近1Ma年的南极大冰盖随着全球温度升高迅速消融，海面持续上升南侵，形成了龙马溪组黑色页岩，同样发育了高分异度和高丰度的笔石动物群。沧海桑田不断变迁，两套富有机质的黑色笔石页岩，藏给人间一片“蓝金”。 笔石带标定出页岩气勘探“甜点层” 受奥陶纪末生物大灭绝和志留纪初生物复苏事件的影响，五峰组和龙马溪组笔石动物群的演替非常迅速，每隔几十万年，甚至十万年，就会出现一批面貌全新的笔石动物群，它们在分异度和丰度上的差异也很大。通过对这些变化迅速的笔石动物群的鉴定，恰好能实现页岩层位的精细标定和含油气地层时空分布的圈定，其定年精细程度远小于地质年代的基本单位1Ma年。 为了解决五峰组和龙马溪组两套黑色页岩精细划分的难题，我国著名笔石专家陈旭院士组织了页岩气生物地层组，依据扬子区四川盆地及其周缘重要钻井岩芯和露头资料，运用笔石生物地层学的方法，将五峰组和龙马溪组划分为13个笔石生物带（陈旭等，2015），其中五峰组4个带（自下而上WF1-WF4带），龙马溪组9个带（自下而上LM1-LM9带）。对比全球有机碳（Toc）和含气量测井曲线，他们总结出五峰组的WF2-WF3带和龙马溪组的LM2-LM5带是常规石油与天然气的烃源岩层，更是页岩气的主要烃源岩层及储层，又称“甜点层”（图3）。笔石好比黑色页岩里会说话的眼睛，在野外露头或者钻井一片漆黑的页岩中，勘探人员只要找到了这几种带化石对应的地层段，就能找到页岩气层，这一重要作用让笔石成为了页岩气勘探的“黄金卡尺”。
图3 五峰组—龙马溪组笔石生物地层与页岩气含量示意图（据文献，陈旭等，2015） 笔石带圈定页岩气有利勘探区 扬子这么大，哪里藏气多？且看科学家如何根据笔石的记录来解谜。扬子海盆除湘桂交界和皖浙赣交界地区外，在五峰组广泛分布10米以内的黑色笔石页岩，可能表明当时扬子台地地形平坦，总体沉积较稳定。龙马溪组的黑色页岩沉积厚度差别却大，笔石带也不一样。陈旭院士团队从贵阳一路向北，利用遵义、桐梓、綦江至华蓥山一线生物地层研究程度较高的典型剖面，将龙马溪组黑色页岩由南向北划分出四个廊带（图4）（陈旭等，2017）。
图4 中、上扬子区龙马溪组页岩气勘探的有利区带示意图（据文献，陈旭等，2017） 四个廊带的划分使得上扬子地台龙马溪组页岩气勘探的有利区带一目了然（图4）：第④廊带四川华蓥山东侧至綦江丁山镇一带是扬子海盆的中心，发育了LM1-LM8甚至LM9带，是最有利的勘探区，涪陵页岩气田即位于这一廊带；第③廊带从綦江观音桥到桐梓凉风垭发育LM1-LM6带，第②廊带桐梓红花园、戴家沟至遵义板桥以北、桐梓凉风垭以南发育LM4-LM6带，这两个带也是有利的勘探区域；第①廊带桐梓红花园、戴家沟至遵义董公寺、板桥虽发育LM5带，但沉积的是黔中古陆北缘近岸碎屑岩相，已非真正的龙马溪。笔石带的变化演绎了沧海桑田的变迁，从北往南笔石带最低层位的增长，表明海水在不断南侵，至LM5带到达最南边界。LM5带以后，最高层位越来越低，说明LM5带以后黔中古陆再度抬升导致海水向北慢慢退去。 中、上扬子区在两套黑色页岩形成时期区带相通,但利用笔石带的识别还能进一步剔除有利勘探带上的非有利区，如中扬子地台湖北西南角的宜昌上升地区（图4），蓝线与橙线之间的环状带普遍缺失LM１- LM２带, 向内橙线与红线之间普遍缺失LM1-LM3带，最里圈红线区甚至缺失了LM1-LM6带，成为布井钻探的谨慎区（陈旭等，2018）。 作者：王文娟 陈建文 杨金玉 （自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所） 编辑：张凡 美编：徐悦菡 |
