2022, Vol. 34
2. 湖北省地质勘查工程技术研究中心, 武汉 430022;
3. 中国石油集团西部钻探工程有限公司苏里格气田分公司, 内蒙古鄂尔多斯 017300
,
ZHOU Bao1,2
,
LENG Shuangliang1,2,
WEN Yaru1,
LIU Hai3,
ZHANG Xiaobo1,
YU Jianghao1,
CHEN Wei1
2. Hubei Geological Exploration Engineering Technology Research Center, Wuhan 430022, China;
3. Sulige Gas Field Branch, CNPC Xibu Drilling Engineering Company Limited, Ordos 017300, Inner Mongolia, China
硅质岩是指由化学作用、生物和生物化学作用以及某些火山作用所形成的富含二氧化硅（SiO2）（质量分数一般大于70%）的沉积岩，包括盆地内经机械破碎再沉积的硅质岩，具有结构致密、抗风化能力强等特征，可以较好地保存其沉积时期的古地理、古环境以及古气候等信息[1-2]。目前，有关硅质成因及沉积环境的研究手段主要是通过野外观察，然后转向室内岩相学特征研究，如硅质岩的矿物组分、结构构造、古生物鉴别、阴极发光等，一般是通过无机地球化学分析进行研究，如主、微量稀土元素、同位素特征等[3-4]。有关四川盆地五峰组—龙马溪组硅质岩的研究，目前已经取得了一些成果，总体上其硅质来源较多且在不同地区存在差异。黄志诚等[5]对句容县五峰组硅质岩进行了研究，发现其富含大量硅质生物和多达97层的火山碎屑岩，认为这是深海环境中的火山-生物作用形成。高长林等[6]通过对北大巴山硅质岩的研究，认为其硅质岩成因与火山活动有关，形成于深海环境。刘伟等[7]通过对四川雷波地区五峰组硅质岩的研究，认为其为正常生物化学沉积，沉积环境远离陆源碎屑和淡水。王淑芳等[8]通过对四川盆地蜀南五峰组—龙马溪组硅质岩的研究，认为其硅质为生物来源，陆源碎屑贡献较少。近年来，鄂西地区是继四川盆地焦石坝、威远等地外，南方海相页岩气勘探的又一热点领域，在来地1井、咸页1井等相继钻遇良好页岩气显示，表明该区具有良好的勘探前景。目前，尚未对鄂西地区五峰组和龙马溪组黑色岩系的硅质来源及成因进行深入研究，因此明确其硅质来源对于深化黑色岩系的形成环境认识和促进鄂西地区页岩气勘探具有重要意义。
在对鄂西咸丰地区沙岭剖面详细观察和描述基础上，对五峰组—龙马溪组硅质岩进行系统采样，结合系统的岩石学和地球化学分析测试，查明其矿物组成和元素地球化学特征，并与不同地区硅质岩进行对比与分析，进而揭示其成因及沉积环境，探讨其对页岩气储集的地质意义，以期为鄂西地区五峰组和龙马溪组页岩气勘探开发提供指导。
1 地质背景沙岭剖面在行政上位于恩施州咸丰县活龙坪乡西南部，构造上位于湘鄂西褶冲带之中央复背斜带，东与花果坪复向斜毗邻，西接利川复向斜，是中扬子板块的一部分[9-10] [图 1（a）]，主要发育震旦系至下三叠统海相沉积，厚度为4 000~5 000 m，除泥盆系和石炭系发育不全外，其余层系均发育良好。其中，奥陶系五峰组—志留系龙马溪组是我国南方海相页岩气的主要产层[11-13]。自晚古生代以来，受加里东、印支等多期构造运动改造[9-10]，研究区变形强烈，构造线总体呈北北东—北东的弧形分布，具有向斜宽缓和背斜高陡的特征。在晚奥陶世五峰组沉积期，中上扬子地区盆地格局发生重大转变，川西—滇中、汉南等边缘古隆起已形成，特别是雪峰隆起、川中隆起和黔中隆起均出露海平面之上，使早中奥陶世时期具有广海特征的海域转变为被隆起所围限的局限浅海域，形成大面积低能、欠补偿、缺氧的沉积环境，此时五峰组沉积了一套稳定的黑色富有机质页岩，厚度为5~12 m。五峰组顶部观音桥段沉积时，受冈瓦纳古陆冰期开始的影响，海平面下降，水体相对较浅，发育一套生物碎屑泥质灰岩[14]。随后，海平面迅速上升，进入早志留世龙马溪组沉积早期，此时研究区继承了五峰组沉积期的古地理背景，同样处于深水陆棚的沉积环境中，发育一套黑色炭质页岩和硅质岩组合，厚度为30~50 m。研究区主要出露奥陶纪至二叠纪地层，出露良好且连续，由老到新为宝塔组、五峰组和龙马溪组[图 1（b）]。其中五峰组主要为富笔石黑色硅质岩，厚度为9.90 m，放射虫大量发育，有4层灰黄色斑脱岩夹层，见大量顺层和团块状分布的黄铁矿，其顶部发育一层厚约0.33 m的灰岩，含赫南特贝等化石，整合于宝塔组瘤状灰岩之上。龙马溪组主要由富笔石黑色硅质岩和页岩组成，厚度大于30 m，其中硅质岩厚度约为12.2 m。
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下载原图 图 1 咸丰地区沙岭剖面构造位置（a）及硅质岩地化参数变化曲线（b） Fig. 1 Structural location of Shaling profile in Xianfeng area(a)and curves of geochemical parameters of siliceous rocks(b) |
本次研究的样品均采自咸丰地区沙岭剖面，基本覆盖了五峰组和龙马溪组硅质岩段，均为岩性均匀的新鲜岩石。采样中尽量避开了泥页岩和斑脱岩夹层，同时去除了节理裂隙中的石英脉，并对所采样品进行了清洗，以避免泥土的污染。将这些硅质岩样品磨制成岩石薄片，共17件，其中五峰组硅质岩9件（编号：XF-01—XF-09），龙马溪组硅质岩8件（编号：XF-10—XF-17）。在偏光显微镜下观察其矿物组成和内部结构，并对其进行主量、微量元素及扫描电镜分析。
样品的主、微量元素分析测试均在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心完成。其中，主量元素采用X射线荧光光谱仪（XRF-1800）测定，分析精度优于3%；微量元素分析采用ELAN6000 ICP-MS完成，分析精度优于5%。样品处理如下：①称取粉碎至大约74 μm的岩石粉末50 mg于Teflon溶样器中；②采用Teflon溶样弹将样品用1.5 mL HF+ 1.5 mL HNO 3在195℃条件下消解48 h；③将在120 ℃条件下蒸干除Si后的样品用2% HNO3稀释2 000倍，定容于干净的聚酯瓶。
3 硅质岩特征 3.1 硅质岩岩石学特征硅质岩的岩石学特征是进行硅质岩地球化学研究的基础[4, 15-16]。通过野外露头及薄片镜下观察，结合咸丰地区沙岭剖面五峰组—龙马溪组页岩矿物组成、沉积构造和生物组成的特征，共识别出2种岩相类型：玉髓质放射虫岩和粉砂质硅质岩。
3.1.1 玉髓质放射虫岩沙岭剖面上，玉髓质放射虫岩为灰黑色—黑色[图 2（a）]，呈稳定层状产出，层厚多为7~12 cm，为块状层理。显微镜下显示岩石主要由生屑组成，体积分数为75%~78%，含粉砂质碎屑物[图 2（b）—（c）]和胶结物，体积分数分别为2%~3% 和20%~22%，为生屑结构。生屑为放射虫，主要呈圆状、椭圆状外形，大小一般为0.03~0.30 mm，杂乱分布，主要由隐晶状、纤维状玉髓组成，含少量微粒状石英。粉砂质碎屑物主要为石英，次棱角状、次圆状外形，粒径一般为0.004~0.040 mm，零散分布。胶结物由硅质及少量黏土矿物、铁炭质组成，其中，硅质由隐晶状、纤维状玉髓及少量微粒状石英组成，不均匀分布于放射虫介壳间，与显微鳞片状、隐晶状黏土矿物及尘点状、粉末状铁炭质混杂分布。
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下载原图 图 2 咸丰地区沙岭剖面五峰组—龙马溪组典型硅质岩特征 （a）五峰组硅质岩野外露头特征；（b）玉髓质放射虫岩，五峰组，样号XF-05，正交偏光；（c）玉髓质放射虫岩，龙马溪组，样号XF-11，正交偏光；（d）龙马溪组硅质岩野外露头特征；（e）含放射虫粉砂质硅质岩，见大量石英碎屑颗粒，五峰组，样号XF-03，单偏光；（f）含放射虫粉砂质硅质岩，龙马溪组，样号XF-16，单偏光 Fig. 2 Typical micoro photos of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area |
沙岭剖面上，粉砂质硅质岩为灰黑色—黑色[图 2（d）]，呈稳定层状产出，层厚多为6~12 cm，以块状层理为主，有时见水平层理。显微镜下显示岩石主要由硅质组成，体积分数为56%~60%，含粉砂质碎屑物[图 2（e）—（f）]、黏土矿物和铁炭质，体积分数分别为20%~28%，4%~7% 和5%~7%，以及少量的放射虫，为含粉砂质隐晶状结构。硅质由隐晶状、纤维状玉髓组成，粒径一般小于0.01 mm，与黏土矿物、铁炭质混杂分布。粉砂质碎屑物主要为石英，次棱角状、次圆状外形，粒径一般为0.004~0.050 mm，杂乱分布。黏土矿物呈隐晶状、显微鳞片状，部分重结晶，粒径一般小于0.01 mm，与硅质、铁质混杂分布。铁炭质呈尘点状、粉末状，与硅质、黏土矿物混杂分布，偶见放射虫，呈圆状、椭圆状外形，大小一般约为0.03 mm，由隐—微晶玉髓及少量微粒状石英组成。
3.2 硅质岩地球化学特征 3.2.1 主量元素特征咸丰地区沙岭剖面五峰组—龙马溪组硅质岩具有SiO2含量高的特征，其中五峰组（质量分数为73.96%~90.20%，平均为83.58%）高于龙马溪组（质量分数为70.70%~80.70%，平均为76.47%），五峰组和龙马溪组Al2O3质量分数分别为3.22%~8.68% 和6.36%~12.38%，平均值分别为6.15% 和8.93%；K 2O质量分数分别为0.86%~2.52% 和1.76%~3.51%，平均值分别为1.78% 和2.51%；Fe2O3质量分数分别为0.58%~2.73% 和1.35%~2.67%，平均值分别为1.38% 和2.02%；Na2O质量分数分别为0.21%~0.74% 和0.56%~1.20%，平均值分别为0.38% 和0.82%。其他次要成分MgO，MnO，TiO2，CaO，P2O5等的质量分数普遍小于1%（表 1）。
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下载CSV 表 1 咸丰地区沙岭剖面五峰组—龙马溪组硅质岩主量元素含量及其参数 Table 1 Major element content and parameters of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area |
咸丰地区沙岭剖面五峰组—龙马溪组硅质岩稀土元素总量（ΣREE）变化较大，五峰组和龙马溪组的质量分数分别为（74.06~210.43）×10-6和（141.44~221.55）×10-6，平均值分别为122.43×10-6和173.84× 10-6，龙马溪组硅质岩ΣREE略高于五峰组。五峰组和龙马溪组硅质岩轻稀土元素（LREE）质量分数分别为（63.28~187.12）×10-6和（123.61~200.37）× 10-6，平均值分别为109.40×10-6和155.54×10-6；重稀土元素（HREE）质量分数分别为（7.91~23.31）× 10-6和（11.56~21.18）×10-6，平均值分别为13.03× 10-6和17.46×10-6；w（LREE）/w（HREE）分别为5.87~11.62和6.93~10.23，平均值分别为8.50和8.49，由此表明沙岭剖面五峰组—龙马溪组为轻稀土元素富集（表 2）。
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下载CSV 表 2 咸丰地区沙岭剖面五峰组—龙马溪组硅质岩稀土元素含量及其参数 Table 2 Rare element content and parameters of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area |
在PAAS标准分配模式上，咸丰地区沙岭剖面五峰组和龙马溪组稀土元素分配曲线呈近似于平坦，个别样品分配曲线呈右倾（图 3），样品具有微弱的Ce负异常和Eu负异常。五峰组和龙马溪组的δCe分别为0.83~0.96和0.89~0.96，平均值分别为0.89和0.93；δEu分别为0.79~0.96和0.85~0.95，平均值分别为0.89和0.88。
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下载原图 图 3 咸丰地区沙岭剖面五峰组（a）和龙马溪组（b）硅质岩PAAS标准化的REE分配图解 Fig. 3 REE distribution for PAAS standardization of siliceous rocks of Wufeng Formation(a)and Longmaxi Formation(b)of Shaling profile in Xianfeng area |
咸丰地区沙岭剖面五峰组—龙马溪组硅质岩呈灰黑—黑色，薄层状分布，层厚多为6~12 cm，局部可见水平层理，夹少量灰黑色薄层泥页岩及灰黄色斑脱岩。光学显微镜下，玉髓质放射虫岩和粉砂质硅质岩分别显示为生屑结构、含粉砂质隐晶状结构，硅质矿物主要为玉髓，含少量微粒状石英及含量不等的粉砂级石英碎屑，可见大量黑色有机质分布及残余硅质生物碎屑，主要为放射虫（图 2）。这表明研究区硅质岩为沉积成因，且硅质岩中含有生物成因的石英，这2种硅质岩均受到陆源硅的输入影响，且后者大于前者。
4.1.2 主量元素证据Al，Fe和Mn元素是区分硅质岩热液成因与生物成因的有效地球化学指标[17-18]。硅质岩中有热液影响通常伴随着Fe和Mn的富集，而陆源的输入会引起Al和Ti的富集，Al/（Al + Fe + Mn）值可以作为衡量沉积物中热水沉积物含量的标志[18-20]。Adachi等[19]和Yamamoto[20]指出，纯热水和纯生物沉积的w（Al）/w（Al + Fe + Mn）值分别为0.01和0.60，并拟定了热水沉积与非热水沉积的Al-Fe-Mn三角图。
咸丰地区沙岭剖面五峰组和龙马溪组硅质岩的w（Al）/w（Al + Fe + Mn）值分别为0.64~0.87和0.71~0.87，平均值分别为0.77和0.76（表 1），与海相生物硅质岩的值相近，但均高于纯硅质岩，表明其除了受到生物硅质影响外，还可能受到其他来源影响。在Al-Fe-Mn三角图中，17个样品均位于非热液成因区，即研究区五峰组和龙马溪组硅质岩均为非热液成因（图 4），明显不同于贵州桑木场[21]、贵州桑树湾[15]和安徽青坑[16]热液成因硅质岩的特征。此外，Al2O3/TiO2-Al/（Al + Fe + Mn）图用于区分热水沉积和非热水沉积[22]。如图 5所示，沙岭剖面全部样品位于非热水沉积区。
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下载原图 图 4 咸丰地区沙岭剖面五峰组—龙马溪组硅质岩Al-Fe-Mn图解[19] Fig. 4 Al-Fe-Mn diagram of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area |
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下载原图 图 5 咸丰地区沙岭剖面五峰组—龙马溪组硅质岩Al2O3/TiO2 -Al/（Al + Fe + Mn）图解[22] Fig. 5 Al2O3/TiO2 -Al/(Al + Fe + Mn)diagram of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area |
海相沉积物中Fe/Ti值和（Fe+ Mn）/Ti值可以用来判断热水沉积和正常海水沉积，当上述质量分数比值分别大于20和25时，一般认为属于热水来源的沉积物[23]。沙岭剖面五峰组和龙马溪组硅质岩的w（Fe）/w（Ti）值分别为1.91~7.73和1.73~4.95，平均值分别为4.17和3.85；w（Fe + Mn）/w（Ti）值分别为1.93~7.79和1.73~4.95，平均值分别为4.20和3.86（参见表 1）。两者均远小于其标准值，这与贵州桑木场[21]、贵州桑树湾[15]和安徽青坑[16]热液成因硅质岩特征不同，显示为正常海水沉积。
Mn是一种容易迁移的元素，其受成岩作用的影响很大[18]，而样品中Mn元素含量较低。针对该现象，可以用Fe/Ti-Al/（Al + Fe）图解来判断硅质岩成因[24]。当w（Al）/w（Al + Fe）> 0.5，且w（Fe）/w（Ti） < 30时，为非热液成因；而当w（Al）/w（Al+ Fe） < 0.35，且w（Fe）/w（Ti）> 30时，为热液成因。如图 6所示，沙岭剖面五峰组和龙马溪组硅质岩w（Al）/w（Al + Fe）值分别为0.64~0.87和0.71~0.87，平均值分别为0.77和0.76，明显不同于贵州桑木场[21]、贵州桑树湾[15]和安徽青坑[16]热液成因硅质岩的特征，17个样品均落在非热液成因区。
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下载原图 图 6 咸丰地区沙岭剖面硅质岩Fe/Ti-Al/（Al+ Fe）图解[18] Fig. 6 Fe/Ti-Al/(Al+ Fe)diagram of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area |
硅质岩Eu异常是判别硅质岩成因的重要指标[25-28]。热液成因的硅质岩通常具有明显的Eu正异常[28-30]，正常海水沉积和生物成因的硅质岩不显示明显的Eu正异常。沙岭剖面五峰组和龙马溪组硅质岩w（Eu）/w（Eu*）值分别为0.79~0.96和0.85~0.95，平均值分别为0.89和0.88（参见表 2），两者均不具有明显的正Eu异常，不同于贵州桑树湾热液成因硅质岩[w（Eu）/w（Eu*）平均值为1.30][15]和安徽青坑热水成因的硅质岩[w（Eu）/w（Eu*）平均值为1.63][16]，排除其形成过程中主要受热水作用影响的可能。
典型的海相热液沉积物的ΣREE低，重稀土元素（HREE）富集，且具有明显的Ce负异常[31]。Fleet等[31]在系统研究全球非热液成因和热液成因沉积物中的稀土元素之后指出，非热水沉积中的ΣREE高，但HREE不富集，而热水沉积中的ΣREE低。沙岭剖面五峰组和龙马溪组硅质岩均具微弱的Ce负异常和HREE不富集的特征，且w（ΣREE）普遍较高，分别为（74.06~210.43）×10-6和（141.44~221.55）× 10-（6表 2），平均值分别为122.43×10-6和173.84× 10-6，明显区别于贵州桑树湾茅口组[w（ΣREE）平均值为6.3×10-6][15]、安徽青坑黄柏岭组[w（ΣREE）平均值为11.27×10-6][16]典型热液成因硅质岩的REE特征。
稀土元素可作为沉积物沉积过程的示踪剂[32-34]。Murray等[32]研究表明，陆源碎屑的稀土元素含量明显高于海水的稀土元素含量。因此，在形成过程中受陆源碎屑影响的硅质岩，其稀土元素含量较高。沙岭剖面ΣREE曲线垂向变化幅度较大，上部龙马溪组硅质岩ΣREE明显高于下部五峰组，且具有粉砂质硅质岩ΣREE明显高于玉髓质放射虫岩的特征[参见图 1（b）]。由此表明，五峰组和龙马溪组硅质岩在形成过程中可能受到了陆源碎屑的影响，且龙马溪组硅质岩受到陆源碎屑的影响更大。
综上所述，根据硅质岩岩石镜下特征、样品的Fe/Ti，（Fe + Mn）/Ti，Al/（Al + Fe + Mn），δEu，Al-Fe-Mn图解，Al2O3/TiO2-Al/（Al + Fe + Mn）图解和Fe/Ti-Al/（Al + Fe）图解，咸丰地区五峰组和龙马溪组硅质岩为正常海水沉积成因，伴有陆源硅输入，以生物沉积作用为主，且与典型热液成因的硅质岩特征差异明显[15-16, 21]。此外，扬子地台五峰组—龙马溪组广泛发育斑脱岩，且在不同地区的厚度和规模存在差异[5-8, 14]。研究区发育少量斑脱岩，其厚度为1.10~1.50 cm，主要由伊利石、蒙脱石和伊/蒙混层物组成，含少量长石、石英等[14]，显示他们是远源沉积产物。火山距研究区较远，也不能说明研究区存在热源，但这些火山沉积物富含SiO2，可为硅质岩的沉积提供物质来源；同时，SiO2在海水中大量富集也为硅质生物繁盛创造了有利条件，这些生物死亡后，通过生物作用形成硅质岩。
4.2 硅质岩形成环境已有研究表明，硅质岩的Al2O3/（Al2O3+ Fe2O3）值可用来判定其沉积环境[18, 32]。当w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3） < 0.4时，指示硅质岩的沉积环境为洋中脊；当0.4 < w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3） < 0.7时，指示其沉积环境为大洋盆地；w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）> 0.5时为大陆边缘[18]。沙岭剖面五峰组和龙马溪组硅质岩的w（Al2O3）/w（Al2O3 + Fe2O3）值分别为0.70~0.90和0.76~0.90，平均值均为0.81；两者均与沉积于大陆边缘硅质岩特征相似（参见表 1）。沙岭剖面五峰组和龙马溪组硅质岩均分布在大陆边缘区域内，远离大洋中脊，表现出显著的大陆边缘沉积特征[图 7（a）]。
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下载原图 图 7 咸丰地区沙岭剖面硅质岩Fe2O3/TiO2-Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）（a）和LaN/CeN-Al2O3/（Al2O3+Fe2O3）（b）图解[18] Fig. 7 Fe2O3/TiO2-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3) (a)and LaN/CeN-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3) (b)diagram of siliceous rocks of Wufeng-Longmaxi Formation of Shaling profile in Xianfeng area |
Murray[18]指出，当w（LaN）/w（CeN）值为0.5~1.5时，则硅质岩沉积于大陆边缘环境；当w（LaN）/w（CeN）值为1.0~2.5，硅质岩沉积于大洋盆地内；当w（LaN）/w（CeN）值大于3.5时，则为洋中脊环境。沙岭剖面五峰组和龙马溪组硅质岩w（LaN）/w（CeN）值分别为1.07~1.19和1.01~1.09，平均值分别为1.15和1.06，与沉积于大陆边缘硅质岩特征相似（参见表 2）。在Murray[18]建立的LaN/CeN-Al2O3/（Al2O3 + Fe2O3）判别图中，沙岭剖面五峰组和龙马溪组样品均分布在大陆边缘区域内，远离大洋中脊，表现出大陆边缘沉积特征[图 7（b）]。
MnO/TiO2值亦可作为判断硅质岩沉积环境的参数之一[33]。当硅质岩的w（MnO）/w（TiO2） < 0.5时，硅质岩沉积于大陆边缘区域；当w（MnO）/w（TiO2）为0.5~3.5时，硅质岩的沉积环境为开阔大洋。沙岭剖面五峰组和龙马溪组硅质岩的w（MnO）/w（TiO2）值分别为0.02~0.07和0.01~0.03，平均值分别为0.04和0.02（参见表 1），两者均远小于0.5，表明沙岭剖面硅质岩的沉积环境为大陆边缘。
Murray等[34]研究表明，沉积于大陆边缘的硅质岩LaN/YbN值较高，为1.1~1.4；产出于深海盆地的硅质岩w（LaN）/w（YbN）值为0.3~1.1；沉积于洋中脊的硅质岩w（LaN）/w（YbN）值小于0.3。沙岭剖面五峰组和龙马溪组硅质岩w（LaN）/w（YbN）值分别为0.83~1.22和0.89~1.55，平均值分别为0.99和1.15，在沉积于大陆边缘和深海盆地的硅质岩的LaN/YbN值范围内。
根据上述沙岭剖面硅质岩主量和稀土元素特征、相关地化参数及图解，并结合野外特征和镜下特征等，可以判断研究区硅质岩为未受热水作用影响、具有正常海水沉积的硅质岩，这与前人通过岩性、沉积构造、古生物等特征分析的沉积环境一致[9-10, 14]，为大陆边缘的半局限深水陆棚。
5 页岩气储集意义海相页岩中硅质矿物的发育对有机质富集具有重要影响，通常情况下硅质矿物特别是生物硅含量与总有机碳含量具有明显的正相关性[8, 35-38]。蔡全升等[39]通过对鄂西宜昌地区硅质岩的分析发现，硅质矿物与TOC含量峰值之间具有正态分布曲线关系的特征：当生物硅质量分数由0增加至100% 时，样品的TOC含量先增大再减小，当生物硅质量分数约为40% 时，TOC含量最高，两者为明显的正相关关系；当生物硅质量分数由40% 继续增大时，TOC含量有明显降低的趋势。通过分析鄂西咸丰地区沙岭垂向地化剖面[参见图 1（b）]发现，TOC含量与SiO2含量、生物硅（Sibio）含量之间具有明显的相关关系，整体上呈正相关关系，局部呈负相关关系，即部分样品SiO2含量和生物硅含量高，但TOC含量并不高，这表明生物硅含量和TOC含量之间并不是简单的线性关系，随着生物硅含量的增加，TOC含量先增大再减小，硅质矿物含量越高并不一定预示着有机质越富集，这一特征与蔡全升对鄂西宜昌地区硅质岩的认识相符[39]。
硅质矿物对页岩储集空间的保存和发育具有重要意义[36-39]。硅质矿物作为硅质岩中主要的造岩矿物，具有很强的抗压实能力，对储集空间能够起到较好的保护作用[39-40]。镜下观察显示，一些硅质放射虫体腔内充填了黑色有机质（参见图 2），这些有机质内部也发育有大量的纳米级孔隙，多呈气泡状和斑点状分布，孔径一般为300~350 nm，最大可达3.0 μm[图 8（a）—（b）]；还有一些放射虫体腔内被玉髓充填（参见图 2），这些玉髓内部可见孔径不一的粒内孔，孔径一般为150~200 nm，最大可达6.0 μm [图 8（c）—（d）]。这些都能显著地提高硅质岩的储集空间，进而改善硅质岩储存页岩气的能力。
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下载原图 图 8 咸丰地区沙岭剖面硅质岩扫描电镜下孔隙特征 （a）有机质孔，五峰组，样号XF-05；（b）有机质孔，龙马溪组，样号XF-14；（c）玉髓粒内孔，五峰组，样号XF-03；（d）玉髓粒内孔，龙马溪组，样号XF-11 Fig. 8 Pore characteristics of siliceous rocks of Shaling profile in Xianfeng area under scanning electron microscope |
（1）鄂西咸丰地区五峰组和龙马溪组硅质岩可识别出2种岩相类型，玉髓质放射虫岩和粉砂质硅质岩。这2种硅质岩均可见粉砂级石英碎屑，含量差异较大，表明其受到陆源输入影响，且后者大于前者。
（2）鄂西咸丰地区五峰组和龙马溪组硅质岩SiO2含量较高（质量分数平均值分别为83.58% 和76.47%），其次为Al2O3和K2O。五峰组和龙马溪组硅质岩不具有典型热液成因特征，与贵州桑木场、贵州桑树湾和安徽青坑热液成因硅质岩特征明显不同，表现为正常海相生物成因硅质岩，并伴有陆源硅输入。
（3）鄂西咸丰地区五峰组和龙马溪组硅质岩的沉积环境为大陆边缘，为半局限深水陆棚环境。
（4）鄂西咸丰地区五峰组和龙马溪组生物硅含量和TOC含量之间并不是简单的线性关系，具有随着生物硅含量的增加，TOC含量先增大再减小的特征，而不是硅质矿物含量越高有机质越富集。同时，放射虫体内大量发育的石英粒内孔和有机质孔可以显著提高硅质岩储集空间，改善硅质岩储存页岩气的能力。
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