涪陵页岩气田焦石坝区海相页岩气层特征研究_李湘涛
涪陵页岩气田焦石坝区块调整井钻井技术
◄钻井完井►doi:10.11911/syztjs.2020122引用格式：范红康，刘劲歌，臧艳彬，等. 涪陵页岩气田焦石坝区块调整井钻井技术[J]. 石油钻探技术，2021, 49（3）：48-54.FAN Hongkang ， LIU Jinge ， ZANG Yanbin ，et al. Drilling technology for adjustment wells of the Jiaoshiba Block in the Fuling Shale Gas Field [J]. Petroleum Drilling Techniques ，2021, 49（3）：48-54.涪陵页岩气田焦石坝区块调整井钻井技术范红康1,2， 刘劲歌1,2， 臧艳彬1,2， 周贤海3， 艾 军3， 宋 争4（1. 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室，北京 102206；2. 中国石化石油工程技术研究院，北京 102206；3. 中国石化江汉油田分公司，湖北潜江 433121；4. 中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司，重庆 408014）摘 要: 随着涪陵页岩气田焦石坝区块进入开发调整期，单井可采储量降低，要继续经济开发就需要缩短钻井周期、降低钻井成本。
为了实现钻井提速降本，进行了钻井优化设计、超长水平段钻井、强化参数钻井提速、基于等寿命理念的“一趟钻”钻井、“钻刮通洗一体化”完井和长效密封固井等方面的技术攻关，形成了涪陵页岩气田焦石坝区块调整井钻井技术。
现场应用结果显示，调整井平均水平段长度达到2 096 m ，同比涪陵页岩气田焦石坝区块一期增加37.8%；平均机械钻速达到9.49 m/h ，同比一期提高26.2%；钻井周期62.27 d ，同比一期缩短26.0%；环空带压比例由一期的70.0%降至4.6%。
研究表明，涪陵页岩气田焦石坝区块调整井钻井关键技术满足了焦石坝区块部署调整井的技术需求，支撑了涪陵页岩气田稳产增效。
页岩气开发对涪陵区水资源_水工程及水环境的影响分析
,
一 是 页 岩气 开 发 过程 中 产 生 废 水 废 气 及
,
、
其 开发 可 能 发 生 的 事故灾害 等 引起 的 水 环 境 污 染 比 如焦 石 镇 楠 木 村八社 院子 清大 龙 洞 供 3 6 户
12 6
人 2 0 头 猪及 5 0 亩农 田 灌 溉 放炮 后 出水 变成 黄 色
,
。
水户
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目
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页 启 气开 发 对 涪 陡 区 水工 程 的 形 响
,
6 页 岩 气 的 钻探 爆 破 工 作 对 水 工 程 影 响 较 大 据截 止 1
日统 计 全 区 布 设钻 孔 1 4 个乡 镇 已 布
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,
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设 钻孔 水断流
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,
5626 5
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8 村 已 放炮 合 计 2 9 3 5 9 个 受 到 钻孔及 炮损影 响 估算 有 4 个 目前 有 9 乡镇 4 7 个 溶洞
,
表 明 每 口 页 岩气 开 发 时 的 用 水 量 为 10 万
1 倍 苯 甲 醇 杀 菌剂 等 ) 回流水 比海 水咸 0
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一
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如此多 的 高盐 度 回 流 水 若 不 进行 及 时处 理或 造 成泄
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漏 对 水 质和 生态 环 境 的影 响 不 可 低 估
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及 开 发 对 涪 陵 区 水 资 源 水 工 程 及 水 环 境 的 调 查 研 究 根 据 目前 发 现 的 问 题 提 出 解 决 对 策 以 实现
先期 预 防 过 程 控 制 后 期 恢 复的 目标 有 效 保 护 涪 陵 区 水 资 源 水 工 程 及 水 环 境
探访我国首个大型页岩气田
页岩气大型压裂平均每口井用水量高达3万立方米，涪陵工区专门铺设管线从20公里外的乌江取水，压裂反排液则通过技术处理达标后，被重新配制成压裂液，用于下口井施工，实现循环利。
非常规勘探先锋梦圆焦石坝
页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩中的天然气，是一种蕴藏广泛且丰富的非常规清洁能源。据预测，世界页岩气资源量为456万亿立方米，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、俄罗斯等地区。
2008年，中石化就开始涉足页岩气领域研究，2009年，中石化成立了非常规勘探处。5年来，该公司在页岩油气勘探开发和研究方面已经投入数十亿元人民币，在山东、河南、湖北、四川、贵州、重庆等地完成了40多口页岩油、页岩气井，成果丰硕。
在焦页取得商业页岩气战略突破之后，中石化南方勘探公司联合成都理工大学、浙江大学、四川省煤田地质研究院等共同承担国土资源部重点科研项目——上扬子及滇黔桂地区页岩气资源调查评价与选区，最终明确了四川盆地及周缘页岩气主控因素，并由此发现了丁山片区的页岩气资源，“解禁了整个川东南1000多平方千米的页岩气勘探面积”。
从“焦页”到“丁页”，中石化在页岩气领域的勘探开发速度正在加快。中石化董事长傅成玉表示，中国第一个大型页岩气田——涪陵页岩气田的发现和建设，标志着我国页岩气开发实现重大战略突破，提前加速进入大规模商业化发展阶段，比原先预计的10年实现规模开发的时间大大缩短。页岩气的大规模开发对于加快能源结构调整、缓解我国中东部天然气市场供应压力，加快节能减排和大气污染治理具有重要意义。
涪陵深层页岩气井压裂工艺难点及对策研究
四川盆地是中国页岩气勘探开发的有利地区，埋深3500m以深的页岩气资源量高达4612×108m3，由于埋藏较深，页岩气储层呈“五高”特性，地层温度高、上覆压力高、应力差值高、破裂压力高和闭合压力高，给储层压裂带来极大挑战[1]，制约页岩气资源的商业化开发。
因此，有必要研究总结深层页岩气开发技术和经验，逐步形成具有特色的深层页岩气开发技术，实现我国深层页岩气的商业化开发。
1 深层页岩的力学特性通过高温高压三轴应力－应变实验研究深层页岩岩石破裂规律，可知：高温高压下，围压越大，页岩应力与应变非线性关系越明显；常温下，加载至峰值应力时，页岩瞬间破坏，呈现劈裂多缝特征，残余应力高；高温条件下，应力加载至峰值应力前塑性变形特征明显，剪切缝破坏显著，残余应力低。
因此，受高温高压影响深层页岩呈现较强非线性变形特征，页岩破裂及裂缝张开难度大，现场施工难以观察到明显破裂点[1]。
2 涪陵深层页岩气储层压裂改造难点2.1 压力高，施工难度大随着埋深增加，储层地应力逐渐增大，现场施工压力高。
如涪陵焦页XX井，施工压力在100MPa以上，最高达到115MPa。
2.2 加砂困难，砂液比低深层页岩气储层受高温高压影响呈现出较强的非线性变形特征，页岩破裂及裂缝张开，加砂难度大。
涪陵焦石一期产建区内最高砂比可达19%，平均9%～10%。
二期产建深层页岩气区块内最高砂比14%，平均5%～8%，综合砂液比低。
2.3 形成复杂缝网困难，改造体积有限随着深度增加，页岩储层地应力相应增加（图1），地层最大与最小水平地应力差值高（图2），相同净压力条件下，裂缝转向及层理缝的横向扩展难度相应增大，加之深层岩石矿物成分变化，温度、围压升高后，岩石脆性变差，塑性特征明显，易形成主缝，提高裂缝复杂度、增加改造体积的难度加大。
图1 水平主应力差与储层深度关系3636m 图2 脆性指数与储层深度关系3 涪陵深层页岩气储层压裂改造对策3.1 升级压裂配套装备随着埋深增加，储层地应力逐渐增大，目前部分井现场施工压力在100MPa以上，国内主流配套105MPa 压力级别压裂装备不能完全满足于深层页岩气的压裂改造施工，需要配套140MPa压裂装备。
中国页岩气勘探开发进展(4-5)
中国页岩气勘探开发进展（4-5）胡经国9、中石化未来将推进页岩气整个产业链混改发展据报道（20140722），7月17日从中国石化集团获悉，经国土资源部评审，中石化涪陵页岩气田被认定是典型的优质海相页岩气，新增探明地质储量1067.5亿立方米。
这标志着中国首个大型页岩气田正式诞生，同时也反击了此前有关涪陵页岩气非典型页岩气的质疑。
⑴、典型页岩气涪陵页岩气田主体位于重庆市涪陵区焦石镇，属山地－丘陵地貌。
今年6月，关于中石化涪陵页岩气不是典型页岩气、中石化以此获得财政补贴的媒体质疑曾引起业内关注。
油气业也就此展开了激辩。
据中石化称，今年7月8日至10日，国土资源部油气储量评审办公室组织专家组，对中国石化涪陵页岩气田焦石坝区块焦页1-焦页3井区五峰组－龙马溪组一段的探明地质储量进行评审。
经评审，中石化涪陵页岩气田被认定是典型的页岩气田。
气田储层为海相深水陆棚相优质泥页岩，厚度大、丰度高、分布稳定、埋深适中，中间无夹层，与常规气藏明显不同，具有典型的页岩气特征，与北美典型海相页岩各项指标相当。
数据显示，涪陵页岩气田气井产量高、试采效果好。
试采单井产量高，稳产时间长。
截至2014年6月30日，29口试采井合计日产气320万立方米，累计产气6.11亿立方米。
其中，第一口探井焦页1HF井按日产6万立方米定产，已稳产一年半，累计产气3769万立方米。
国土资源部油气储量评审办主任吴国干指出，这次评审是中国页岩气勘探开发历史上的一次具有里程碑意义的标志性事件。
首次开创性地应用中国自己制定的首个页岩气行业规范标准及地质资料，评审出中国首个优质大型页岩气田。
为今后页岩气评价技术规范的不断丰富和完善，及下一步国内页岩气资源的评审工作，积累了宝贵经验。
⑵、页岩气开发“三步走”“两桶油”中，在上游资源上处于弱势的中石化，对于开发页岩气的积极性一直高于中石油。
今年3月24日召开的中石化2013年度业绩发布会上，公司董事长傅成玉透露了中石化页岩气发展的“三步走”战略：2015年底建成页岩气产量产能50亿立方米；2017年完成产量100亿立方米；并着手制定2017年之后的三期开发计划。
涪陵页岩气体积压裂改造理念及关键技术
涪陵页岩气体积压裂改造理念及关键技术邹龙庆张剑李彦超（川庆钻探井下作业公司）摘要涪陵页岩储层为龙马溪组海相页岩，以灰黑色粉砂质页岩及灰黑色碳质页岩为主，优质页岩厚度为38m~44m，储层具有有机质类型好、丰度高、矿物脆性指数高、可压性强、裂缝层理发育、含气性高等特点。
本文系统总结了涪陵页岩气体积压裂改造理念及关键特色技术，即以综合地质评价为改造基础，以大型体积压裂为储层改造理念，以水平井及多级压裂为技术保障，获取最大的储层改造体积，实现页岩气的高效开发。
涪陵页岩气体积改造理念及关键技术为前期27口井的高效开发提供了技术保障，为未来中国海相页岩气高效开发积累了经验。
关键词页岩气涪陵体积改造水平井分段压裂前言四川盆地是我国页岩气最富集有利区，主要勘探区域为威远、长宁、富顺-永川、昭通、涪陵地区，层系为志留系龙马溪组、寒武系筇竹寺组，其中，涪陵区块位于川东高陡褶皱带万县复向斜的南扬起端包鸾一焦石坝背斜带焦石坝构造高部位，川东南涪陵地区评价下志留统龙马溪组。
借鉴北美海相页岩气体积压裂改造经验，通过对涪陵区块页岩储层岩心资料、测井数据、岩石力学参数等资料综合分析，建立页岩储层综合可压指数预测模型，实现储层改造评价；借助页岩储层大型体积压裂改造理念，应用水平井及分段压裂技术，进行涪陵地区页岩气开发[1-4]。
截至2014年5月17日，在涪陵页岩气田280平方公里一期产建区，已开钻页岩气井82口，完钻47口，投产27口，平均单井日产气量在11万方以上，涪陵页岩气体积改造理念及关键技术为前期27口投产井的高效开发提供了技术保障。
1. 储层地质特征1.1气藏基本特征涪陵页岩气区块主要目的层位为龙马溪组地层，埋藏深度为2400~3500m，优质页岩厚度为38m~42m，岩性为灰黑色粉砂质页岩及灰黑色碳质页岩，天然裂缝及层理发育。
页岩储层孔隙度4.3%~6.2%，渗透率0.02mD~0.04mD。
岩心分析显示：该区块在龙马溪组底部和五峰组含气性良好，有机质类型为Ⅰ型，有机碳含量大于3%，热成熟度大于3%，属于过成熟储层，地层压力系数1.35。
焦石坝页岩气田龙马溪组—五峰组沉积相特征
焦石坝页岩气田龙马溪组—五峰组沉积相特征林婉;肖传桃;石文睿;梁文君;李昂;任元【摘要】依据岩心观察、实验分析、录井和测井资料,研究了四川焦石坝页岩气田志留系龙马溪组下部—奥陶系五峰组海相页岩基本特征、沉积环境.龙马溪组下部—五峰组主要为黑色、灰黑色炭质页岩,形成于弱氧化—强还原环境,由含碳低硅,高碳低硅,中碳中硅、低硅,高碳高硅、中硅,富碳高硅7种岩石相构成;沉积微相可划分为深水砂泥质陆棚、深水混积陆棚、深水硅泥质陆棚、深水泥质陆棚4种;页岩沉积经历了一个较为完整的“海进—海退”三级海平面升降旋回,沉积亚相为深水陆棚沉积.研究成果为今后在四川盆地海相页岩地层寻找优质储层、深化认识焦石坝海相页岩储层特征提供了有益的借鉴.【期刊名称】《四川地质学报》【年(卷),期】2015(035)004【总页数】5页(P517-521)【关键词】页岩气;岩心;沉积相;焦石坝【作者】林婉;肖传桃;石文睿;梁文君;李昂;任元【作者单位】长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室,武汉430100;长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室,武汉430100;长江大学地球物理与石油资源学院,武汉430100;长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室,武汉430100;长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室,武汉430100;中石化江汉石油工程有限公司测录井公司,湖北潜江433123【正文语种】中文【中图分类】P618.13中国南方中古生界海相领域勘探已有五十多年历史，在四川盆地找到了丰富的油气储量。
由于其良好的原始油气地质条件，比照北美地区页岩气田形成条件、勘探方法与储层评价标准，形成了具有中国特色的页岩气战略选区、钻完井施工、测录井储层评价等页岩气勘探开发关键技术，近三年中石油和中石化相继在川南威远地区和川东南涪陵焦石坝地区发现了威远页岩气田和焦石坝页岩气田，取得了中国页岩气勘探的新突破［1-5］。
焦石坝页岩气田隶属于川东褶皱带，位于万县复向斜的南部与方斗山背斜带西侧的交汇区域。
涪陵页岩气田复杂情形下的固井质量评价
涪陵页岩气田复杂情形下的固井质量评价在焦石坝地区的固井质量评价过程中，出现了海相碳酸盐岩快速地层、高密度油基钻井液、低密度水泥浆等复杂情形，需要深入分析测井资料信息和地层的地球物理特性，以便研究不同情况的形成机理，从而给出更为合理的固井解释评价结果。
标签：固井质量评价；声波变密度测井；高密度油基钻井液；低密度水泥浆焦石坝区块位于四川盆地川东高陡褶皱带。
由于开采的需要，高温高压的深部钻探增多，水平井大幅度增加，加之低压易漏地层的出现和水平井段长、斜度大等情况对固井水泥浆体系和测井仪器的影响，形成了一些复杂情形的固井质量评价问题。
目前，国内外用于固井质量评价方法主要有声幅-变密度测井技术、扇区水泥胶结测井技术、环井周超声波测井技术、水泥评价测井技术和套后成像测井技术。
焦石坝工区页岩气井水平段固井质量检测主要采用声幅-变密度测井和八扇区水泥胶结测井方法。
1 固井质量评价原理固井质量评价是基于声波变密度测井资料和八扇区水泥胶结测井资料对水泥胶结的声波反映。
1.1 声波变密度测井（CBL-VDL）声波变密度测井需测量经由套管、水泥环、地层传来的声波幅度，并根据时间刻度将声波信号转化为相应的灰度信息形成VDL变密度图，并根据灰度图确定一、二界面的胶结情况。
1.2 八扇区水泥胶结测井（RIB）RIB八扇区水泥胶结测井仪是声波测井仪，接收探头测出不同方位8条声波幅度曲线，每条曲线显示45度张开角内水泥胶结情况，由于探头距信号发生器只有18英寸，因此，仪器很容易检测出水泥胶结微环中存在的细小问题。
利用RIB可以形象、直观地分辨水泥环向、纵向的胶结不均匀性。
2 固井质量评价中的复杂情形2.1 海相碳酸盐岩快速地层焦石坝区块上部地层是以致密灰岩、云质灰岩为主，为碳酸盐岩地层，地层骨架声波时差为≤50μs/ft，而套管声波时差为50μs/ft，因此声波在快速地层中的传播速度大于套管的声波传播速度，在记录采样中地层波首波到达时间与套管波基本相同或超前，使得套管波与地层波相互叠合，表现为声波幅度值增大和变密度波形的重叠。
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３ 结论
）涪陵页岩气田焦石坝区 １ 块海 相 地 层 Ｓ ｌ １ Ｌ－Ｏ ３ｗ 主 要 岩 性 为炭质页岩 ， 深水陆棚相沉积环 境优 越 ， 总 有 机 碳 质 量 分 数 高 ， 微孔隙相对发育 ， 含气页岩厚度 大 ， 存在明显异常高压 。 ） 区内页 岩 气 层 脆 性 矿 物 ２ 含量 与 脆 性 指 数 高 ， 适 用 于 水 平井 多 级 分 段 压 裂 改 造 ， 并 能 形成 较 好 的 放 射 状 裂 缝 网 络， 具有一定勘探开发潜力 。
·１ １·
涪陵页岩气田焦石坝区海相页岩气层特征研究
李湘涛 石文睿
（ ） 中石化江汉石油工程有限公司技术装备处 ， 湖北 潜江 ４ ３ ３ １ ２ ４ ） （ 长江大学地球物理与石油资源学院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ １ ０ ０
） 香港中文大学 ， 香港 ９ ９ ９ ０ ７ ７ 郭美瑜 （ ） 渤海钻探工程有限公司测井公司 ， 天津 ３ ０ ０ ２ ８ ０ 李鑫 （ 中石化江汉石油工程有限公司测录井公司 ， 湖北 赵红燕 ， 陈曦 ， 任元 ， 石元会 （
页岩气是一种新型非常规资源 ， 富存于总机碳质量分数与有机质成熟度相对较高的泥页岩 （ 以下统 称页岩 ） 层中 ， 具自生自储 ， 孔隙度小 ， 渗透率低等特征 ， 常呈大面积连续分布 ， 局部富集 ， 无自然产 能 ， 需要通过水平钻井开采 。 目前 ， 国内值得借鉴的页岩气勘探成功经验和测录井解释方法较少 ， 未形
Ｙ １井 Ｓ ｌ Ｏ 图 ５ Ｊ １ Ｌ－ ３ｗ 页岩矿物分类柱状图
第３ １期 ６ 卷第 １
李湘涛 等 ： 涪陵页岩气田焦石坝区海相页岩气层特征研究
·１ ５·
） 基金产出论文 。 本文属中石化石油工程技术服务有限公司科技攻关项目 （ ３ ０ ５ Ｓ Ｇ １ ［ 参考文献 ］
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１～２ ６］ 。 中石 化 先 后 在 涪 陵 页 岩 气 田 焦 石 坝 区 块 钻 探 了 ４ 口 直 井 （ 成统一的解释模式与评价标准 ［ 试验参
，均于下志留统龙马溪组下部 （ 上奥陶统五峰组 数井 Ｊ ｌ Ｙ ３ 井 、Ｊ Ｙ ４ 井） Ｙ ２ 井 、Ｊ Ｓ Ｙ １ 井和探 井 Ｊ １ Ｌ） － （ ４ 年 ５ 月， 涪 陵 页 岩 气 田 焦 石 坝 区 块 共 有 ２ Ｏ ０ １ ７口水 ３ｗ） 海相地层中发现了良好的页岩气层 。 截至 ２
石油天然气学报 （ 江汉石油学院学报 ） ２ ４年１ １月 第３ ６卷 第１ １期 ０ １ ）Ｎ ． ２ ０ １ ４Ｖ ｏ ｌ ． ３ ６Ｎ ｏ ． １ １ ｏ ｖ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｇ ａ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｊ ． Ｊ Ｐ Ｉ Ｊ ｏ ｕ ｇ ｙ（
２ 页岩气层特征
２ ． １ 岩性 ｌ ｌ Ｓ １ Ｌ－Ｏ ３ｗ 页岩气层录井岩屑岩性主要 为 灰 黑 色 粉 砂 质 页 岩 、 灰 黑 色 页 岩 与 炭 质 页 岩 。Ｓ １ Ｌ 岩心以
收稿日期 ］２ ０ ３ ２ ０ ４ ０ １ ［ － － ， 男 ，１ 作者简介 ］ 李湘涛 （ ９ ８ ２ ５ 年江汉石油学院毕业 ， 高级工程师 ， 现主要从事石油工程技术管理工作 。 １ ９ ６ ［ －）
３ ３ ， 平均 ２ 。 利用氩离子 ／ ／ 率为 ０ ． ５ ． ０ ３ ． ０ ｍＤ； 岩石密度为 ２ ０ ２ ～３ ６ ５ ． ０ ｍＤ， 平均 ２ ４ ～２ ． ８ ２ ８ ｃ ｍ ｃ ｍ ． ４ ｇ ｇ
，主要分布在 图 ３） 抛光扫描电镜观测可见 ， 层 内 发 育 多 种 类 型 纳 米 级 孔 隙 ， 孔 喉 半 径 多 小 于 ５ ｍ （ ０ ｎ ） 。 图４ ｍ范围内 ， 对渗透率贡献较大的孔喉半径为 ６～２ ｍ （ ５ ｎ ４～１ ６ ｎ
３ ／ ， 吸附 气 量 介 于 ０ ｔ ． ５ ｍ ． ５～２ ３ ／ ， 游离 气 量 介 于 ０ ｔ ． ５ ｍ ． ５～７ ３ ／ 。 总含 气 量 介 于 １ ｔ ０ ． ０ ｍ ． ０～１
Ｙ １ 井页岩气层岩心孔喉半径与渗透率直方图 图 ４ Ｊ
总有 机 碳 含 量 、 吸 附 气 量 、 游 离气 量 、 总 含 气 量 由 上 至 下 呈 明显增高趋势 。
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石油天然气地质
４年１ １月 ２ ０ １
深灰色 －黑色纹层状炭质页岩或粉砂质炭质页岩夹放射虫炭 质 页 岩 为 主 ；Ｏ ３ｗ 岩 心 以 黑 色 含 放 射 虫 炭 质 页岩或粉砂质页岩为主 ， 其顶部发育了一层厚约 １ ｍ 左右的凝灰岩 。 岩心观察可见灰黑色含炭质粉 砂 质 页岩与泥质粉砂岩呈条带状或条纹状互层 。 薄片显示水平纹层发育 ， 砂粒间为自生黏土胶结 。 岩石中常 ） 。 含顺层分布的笔石化石 ， 为深水陆棚环境下季节性低密度浊流形成的产物 （ 图１