平行于和垂直于层理方向的笔石有机岩石学特征：对热成熟度评价的启示

《International Journal of Coal Geology》：The organic petrology of graptolites in sections parallel and perpendicular to the bedding: Implication for thermal maturity evaluation

非颗粒状笔石在不同层理方向的反射率与光学各向异性差异显著，平行层理方向真最大反射率（Rmax）和均方随机反射率（GRo）较垂直方向分别低至1.5%和3.2%，建立基于层理取向的笔石热成熟度等效方程，为含笔石页岩气藏勘探提供新方法。

　　本研究围绕寒武纪至志留纪时期的笔石化石及其所在的页岩展开，重点探讨了笔石在平行与垂直于层理面的切片中所表现出的光学特性和反射率差异，以及这些差异如何影响热成熟度的评估。在这一地质时期，笔石广泛分布于世界各地的奥陶纪至志留纪的富有机质页岩中，尤其是在中国四川盆地及其周边地区，以及瑞典的Alum页岩中。由于缺乏来自高等植物的镜质体，传统上用于热成熟度评估的镜质体反射率（VRo）在前泥盆纪岩石中的应用受到限制。因此，笔石反射率成为一种重要的替代指标，特别是在评估这些古老沉积物的热演化状态时。

笔石作为一类具有显著光学双折射特性的化石，其反射率不仅与沉积物的热成熟度有关，还受到其在切片中取向的影响。研究发现，笔石在平行于层理面的切片中，其反射率相较于垂直于层理面的切片存在一定的差异。这种差异主要体现在平均随机反射率（GRo）和最大反射率（Rmax）等参数上。在平行于层理面的切片中，GRo值略高于垂直切片中的GRo值，而Rmax值则低于垂直切片中的Rmax值。此外，平行切片中的中间反射率（Rint）和双反射率（bireflectance）也表现出低于垂直切片中的趋势。这些发现表明，笔石在不同取向的切片中，其光学特性存在显著的异质性，这可能导致在热成熟度评估中出现较大的误差或不确定性。

为了更准确地评估笔石的热成熟度，本研究采用了有机岩石学的方法，通过对比平行与垂直于层理面的切片中的光学特征和反射率，提出了几种等效的计算公式。这些公式可以将笔石的反射率数据转换为与镜质体反射率相对应的热成熟度指标，从而为热成熟度的评估提供更可靠的基础。此外，研究还发现，非粒状笔石在垂直于层理面的切片中表现出更强的各向异性，这可能与其内部结构和光学特性有关。因此，在进行热成熟度评估时，需要特别注意笔石的取向问题，以避免因反射率测量方法的不同而导致的误差。

在样本选择方面，本研究共分析了来自中国和瑞典的24个样本，其中包含21个中国奥陶纪至志留纪的Wufeng–Longmaxi页岩样本和3个瑞典的Alum页岩样本。这些样本均经过清洗和研磨处理，以去除表面风化层并确保其粒度达到200目。通过这些处理步骤，研究者能够更准确地测量笔石的反射率，并分析其在不同取向下的光学特性。此外，样本的总有机碳（TOC）含量和氢指数（HI）值也被记录下来，以进一步探讨其有机质含量与热成熟度之间的关系。

研究还指出，非粒状笔石和粒状笔石是奥陶纪至志留纪富有机质页岩中的主要有机组分，而脂质体（liptinites）仅在低成熟度的样本中被检测到。非粒状笔石在反射率和各向异性方面均优于粒状笔石，因此在热成熟度评估中占据主导地位。在垂直于层理面的切片中，非粒状笔石的GRo值与Rmax值、负Rmax值（?Rmax）和双反射率之间表现出更强的正相关性，这进一步证明了其在垂直取向下的各向异性特征。相比之下，平行于层理面的切片中，这些参数之间的相关性较弱，说明在不同取向下，笔石的反射率特性存在显著差异。

为了更系统地分析这些差异，研究者利用反射率交叉图（crossplot）来确定笔石的最大、中间和最小反射率值。通过绘制实际最小反射率（Rmin）和实际最大反射率（Rmax）与对应的双反射率（Rmax – Rmin）之间的关系，可以更直观地展示笔石在不同取向下的反射率变化趋势。研究发现，随着热成熟度的增加，非粒状笔石在平行和垂直于层理面的切片中，其最大反射率和最小反射率逐渐向两个独立的V形数据包络线靠近，表明其具有显著的双折射光学特性。同时，这两个数据包络线的面积随着热成熟度的增加而扩大，这可能反映了笔石各向异性特征的增强。

研究还指出，非粒状笔石在垂直于层理面的切片中，其GRo值与Rmax值、?Rmax值和双反射率之间表现出更强的正相关性。这种现象可能与非粒状笔石的内部结构和光学特性有关，其在垂直取向下更能够展现其各向异性特征。因此，在热成熟度评估中，应优先考虑垂直于层理面的切片数据，以获得更准确的反射率参数。此外，研究者还建议，为了获得高质量的反射率交叉图，应尽可能多地收集最大-最小反射率测量对，这有助于更精确地确定笔石的各向异性特征。

综上所述，本研究通过对比平行与垂直于层理面的切片中的笔石反射率特性，揭示了其在不同取向下光学特性和热成熟度评估的差异。这些发现不仅有助于提高热成熟度评估的准确性，也为进一步研究笔石的光学特性及其在有机质演化过程中的作用提供了新的视角。此外，研究还强调了在进行反射率测量时，应充分考虑笔石的取向问题，以避免因测量方法的不同而导致的误差。这些结论对于理解笔石在页岩气储层中的作用以及优化热成熟度评估方法具有重要意义。