川南—黔北地区下志留统龙马溪组沉积相展布及演化

川南-黔北地区下志留统龙马溪组发育了一套富含有机质的页岩,属于浅海陆棚沉积环境,基于野外实测剖面和岩心观察,结合有机碳含量（TOC）以及测井资料等,对龙马溪组进行了详细的沉积相研究。根据岩性标志,沉积构造特征,古生物特征,地球化学特征,识别出龙马溪组浅海陆棚相,包括浅水陆棚亚相和深水陆棚亚相。并进一步划分出风暴层,砂泥质浅水陆棚,泥质浅水陆棚,灰泥质浅水陆棚,灰质浅水陆棚,浊积砂,砂泥质深水陆棚,泥质深水陆棚,灰泥质深水陆棚等微相。龙马溪组自下而上划分出SSQ1和SSQ2两个沉积旋回,整体显示出水体变浅的趋势,并控制富有机质黑色页岩储层的分布。SSQ1的TST中泥质深水陆棚微相是最有利页岩储层发育的有利相带。     

川南及邻区下志留统龙马溪组下段沉积相与页岩气地质条件的关系

在川南及邻区下志留统龙马溪组下段沉积相详细研究的基础上,结合偏光显微镜、X衍射及元素地球化学分析等,提出沉积相对页岩气地质条件的影响特征。研究发现:川南及邻区龙马溪组下段主要发育潮坪相和浅海陆棚相。局限滞留的缺氧还原环境、快速海侵形成的分层水体、适宜的沉积速率及较高的生物产率,造成了龙马溪组下段有机质富集,并以硅质型页岩为主,利于页岩气的富集与开发。隆起边缘的潮坪相沉积,为页岩气的非有利区;沉积中心的深水陆棚沉积区,主要发育碳质硅质页岩、碳质页岩与含粉砂含钙碳质页岩,为页岩气的有利区;砂泥质浅水陆棚含有较高的有机质,应为页岩气发育的次级有利区;灰泥质浅水陆棚主要发育"钙质页岩+含碳泥质灰岩",有机质含量相对较低,为页岩气的较不利发育区。     

川南及邻区下志留统龙马溪组下段沉积相与页岩气地质条件的关系*

在川南及邻区下志留统龙马溪组下段沉积相详细研究的基础上,结合偏光显微镜、X衍射及元素地球化学分析等,提出沉积相对页岩气地质条件的影响特征。研究发现:川南及邻区龙马溪组下段主要发育潮坪相和浅海陆棚相。局限滞留的缺氧还原环境、快速海侵形成的分层水体、适宜的沉积速率及较高的生物产率,造成了龙马溪组下段有机质富集,并以硅质型页岩为主,利于页岩气的富集与开发。隆起边缘的潮坪相沉积,为页岩气的非有利区;沉积中心的深水陆棚沉积区,主要发育碳质硅质页岩、碳质页岩与含粉砂含钙碳质页岩,为页岩气的有利区;砂泥质浅水陆棚含有较高的有机质,应为页岩气发育的次级有利区;灰泥质浅水陆棚主要发育“钙质页岩+含碳泥质灰岩”,有机质含量相对较低,为页岩气的较不利发育区。     

海相和湖相页岩气富集机理分析与思考:以四川盆地龙马溪组和自流井组大安寨段为例

本文关注四川盆地龙马溪组和自流井组大安寨段两个页岩气代表层段,以涪陵页岩气田龙马溪组和元坝、涪陵自流井组大安寨段比较系统的实验分析资料为基础,从页岩储层的岩性、物性、电性及含气性、有机地球化学特性、脆性等"六性"对比的角度,对海相和湖相页岩气形成基本条件、富集机理和潜力层段进行分析和讨论,认为有机孔隙的发育程度是造成其含气性差异的主要原因,受TOC含量、热演化程度和有机质类型的影响,海相页岩有机质孔隙更加发育。两套页岩层系都具有较好的勘探前景,发育条带状或纹层状灰岩的浅湖-半深湖相富有机质泥页岩是湖相页岩气勘探的有利相带;龙马溪组底部深水陆棚含骨针放射虫笔石页岩岩相是龙马溪组勘探最有利的页岩岩相,另外富含有机质的浅水陆棚相带泥页岩发育的区域、保存条件受到一定程度破坏但吸附气含量仍较高的区域同样具有一定勘探潜力。     

川东南地区下古生界页岩储层微观类型与特征及其对含气量的影响

通过氩离子抛光+扫描电镜、压汞和气体吸附等方法,对川东南地区下古生界页岩储层微观类型和特征进行了研究,认为页岩储层微观类型主要包括有机质孔、矿物质孔和微裂缝3类,有机质孔主要指各种有机质内孔隙,孔隙形态主要有圆孔形、椭圆形和不规则形等,在一定成熟度范围内,孔隙度随页岩有机质含量和热演化程度的升高而升高;矿物质孔主要包括颗粒间孔、颗粒内孔、各种溶蚀孔和矿物比表面等,孔隙形态主要有层形、圆孔形、椭圆形、三角形和不规则形等,孔隙结构和大小主要受颗粒的大小、压实程度、成岩作用阶段和胶结类型等控制,孔隙大小随页岩脆性矿物含量的升高而增加,随演化程度和压实程度的增加而降低,随溶蚀作用增强而增加;微裂缝主要发育在脆性矿物颗粒间和颗粒内、黏土矿物颗粒内,宽度一般为几十nm,长度为数μm。页岩微观孔隙具有nm级孔隙发育多,μm级微孔发育少的特点,以孔隙直径小于100 nm为主,占50%以上,个别样品超过90%,μm级孔隙直径含量一般小于5%。在剖面上,页岩层段下部具有较高的有机碳含量,微观孔隙以有机质孔为主,向上有机质孔减少,矿物质孔增加;在平面上,靠近沉积中心区域的深水陆棚、深海等沉积相带的页岩以有机质孔为主,向陆缘方向的浅水陆棚、滨海等沉积相带的页岩有机质孔减少、矿物质孔增加。研究区下志留统龙马溪组页岩以有机质孔为主,局部地区溶蚀孔隙比较发育,下寒武统牛蹄塘组页岩以残留粒间孔和有机质孔为主,局部地区溶蚀孔隙比较发育,决定了页岩气以吸附态赋存为主,生产曲线上表现为与美国页岩气井区别较大的平稳形态。     

川南下志留统龙马溪组页岩岩相表征

页岩岩相表征是页岩气地质评价和选层、选区的基础性研究工作。本文以露头和钻井资料为基础,依据岩矿、薄片、地化和测井资料,建立了海相页岩岩相划分方法,对川南上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组主要岩相进行了精细表征,并形成4点认识：(1)应用岩石矿物三端员法+沉积微相划分页岩岩相类型及其组合,是开展海相页岩岩相表征的有效方法;(2)川南五峰组龙马溪组页岩发育6种岩相类型和3种典型岩相组合,其中硅质页岩和钙质硅质混合页岩是(半)深水环境的特有岩相,黏土质页岩和黏土质钙质混合页岩是半深水浅水环境的主要岩相,黏土质硅质混合页岩是浅水深水环境下的共有岩相;(3)随着水体由深变浅和水动力条件逐渐增强以及陆源物质输入量增大,不同成因岩相组合的页岩矿物成分、基质组构、古生物和有机质富集程度、测井响应等基本特征均发生重大变化;(4)受海平面变化控制,主力产层为深水陆棚沉积的硅质页岩、钙质硅质混合页岩和黏土质硅质混合页岩组合,产层顶板为半深水浅水陆棚沉积的黏土质页岩、黏土质硅质混合页岩和黏土质钙质混合页岩组合;前者因富含硅质和有机质,具有良好的脆性和物性,是形成页岩气产层的优质岩相;后者因富含黏土和贫有机质,脆性和渗透性差,是形成页岩气藏区域封盖层的优质岩相;两者自下而上构成良好的自封自储型储盖组合。     

上扬子黔北地区下寒武统海相黑色泥页岩特征及页岩气远景区评价

依据大量野外页岩实测地质剖面和2口页岩气钻井、样品岩石矿物组分分析、有机地球化学实验等大量分析测试资料,系统研究了上扬子黔北地区下寒武统牛蹄塘组黑色泥页岩的发育特征与分布,并结合北美海相页岩气形成地质条件及我国页岩气选区评价标准,预测了黔北地区页岩气勘探的有利区。结果表明:黔北地区下寒武统牛蹄塘组海相黑色泥页岩厚度大、分布广泛,早期海侵体系域水体相对较深,沉积和沉降中心位于研究区的东南部,主要的物源来自西北部,沉积相类型主要为砂质陆棚、浅水陆棚和深水陆棚相沉积,深水陆棚相分布在东南部地区,呈北西-南东向带状展布。晚期高位体系域,水体深度逐渐降低,随着相对海平面的下降,研究区陆棚砂体范围进一步扩大,浅水陆棚和深水陆棚向东南迁移,范围缩小。黑色页岩的有机质类型为Ⅲ型干酪根,有机碳含量很高,平均值为4.880%,普遍大于2%;有机质成熟度平均值为2.7%,总体演化程度较高; 黑色页岩的矿物成分主要为碎屑矿物和粘土矿物,碎屑矿物含量平均值为61.3%,成分主要为石英和少量的长石;粘土矿物含量平均值为31.1%,主要为伊利石和伊蒙混层矿物。与美国产气页岩的各项指标相比较,黔北地区下寒武统海相黑色页岩具有厚度较大、有机质丰度平均值高、热演化成熟度高、脆性矿物含量低、粘土矿物含量中等,页岩孔隙度低的特征。具备了页岩气形成的基本地质条件,是我国海相页岩气勘探的主要地区之一。综合评价预测了黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气的有利、较有利远景区。     

湘中—湘南烟溪组沉积特征及页岩气勘探潜力

湖南地区，尤其是湘中—湘南区域奥陶系烟溪组是我国新发现的页岩气勘探层位，该地层具有岩性变化大、有机碳含量高、成熟度高的特点。通过野外露头资料、钻井资料分析表明烟溪组岩性以硅质岩和碳质页岩为主，砂质页岩和砂岩次之。根据岩性、沉积构造以及纵向上岩石组合特征分析，认为烟溪组沉积相类型多样，包括深水盆地相、浅水盆地相、浅水陆棚相和浊积扇相等。研究表明:深水盆地相分布在湘南，浅水盆地和浅水陆棚相分布在湘中中部，而浊积扇相分布在湘中西北部、北部和东部等区域，沉积相的分布规律决定了烟溪组页岩气的勘探方向。横向上，湘南深水盆地硅质岩和碳质页岩TOC含量较低，而湘中浅水盆地相碳质页岩TOC含量高、厚度大，是烟溪组最有利的勘探区域；纵向上，烟溪组第三岩性段碳质页岩有机质丰度最高，脆性矿物含量高，是页岩气勘探的“甜点”层位。     

川东南武隆地区五峰组—龙马溪组页岩气形成条件及富集区分析

通过野外地质调查资料及样品测试分析,结合前人研究的结果,对川东南武隆地区五峰组—龙马溪组页岩气形成的基础地质条件进行了研究,指出五峰组与龙马溪组底部富有机质页岩形成于深水陆棚环境,富有机质页岩厚度大,分布广,埋深适中(300~3 500 m),脆性矿物含量较高,TOC主要分布于2%~5%之间,热演化程度处于高成熟—过成熟早期阶段,发育溶蚀(微)孔、粒间微孔、粒内微孔、有机质孔及微裂缝等,并通过综合信息叠合分析,提出了5个页岩气富集区。     

页岩气成藏富集主控因素研究及目标优选

中国页岩气勘探取得了显著的成果,并建立了涪陵焦石坝、长宁—威远、昭通和延长4个国家级页岩气示范区。近年来,页岩气钻井近400口,其中探井143口(直井)、评价井130口(水平井),页岩气产量相差巨大,充分反应出对页岩气的富集条件、机理及其主控因素认识依然不够深入,这也从根本上制约了页岩气勘探开发的进程。为此本文采用页岩样品地球化学分析、薄片鉴定、X-射线衍射、N2吸附实验、CO2吸附实验、压汞实验、扫描电镜实验和现场解析等方法,对川东南及其周缘地区龙马溪组、牛蹄塘组页岩开展了与页岩气富集密切相关的页岩岩相、微纳米孔隙结构、页岩气赋存状态及保存条件等方面的研究,以期揭示页岩气成藏富集的主控因素。结果表明:1岩相控制了页岩的有机质丰度和脆性矿物含量。页岩岩相(lithic facies)是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合,它是沉积相的主要组成部分。有机质丰度、矿物组成和岩石力学特征是表征页岩岩相的重要指标。根据有机质丰度和矿物组成可划分出12种页岩岩相,不同页岩岩相在有机质丰度、脆性矿物含量和含气性等方面都具有较大的差异。涪陵地区龙马溪组底部深水陆棚以发育富有机质硅质页岩岩相为主,具有有机碳含量、脆性指数、有效孔隙度和含气量均较高的特征,有机碳含量高使其生烃潜力大,脆性指数高使其可压裂性好,有利于页岩气富集成藏及后期开发压裂。2多尺度孔隙结构控制了页岩气的赋存状态和含气量。涪陵地区龙马溪组和牛蹄塘组页岩主要发育原生和次生孔隙,原生孔隙主要包括原生晶间孔和原生粒间孔,次生孔隙主要有次生晶间孔、溶蚀孔和有机质孔。孔隙以微纳米孔为主,其中有机质对微孔和中孔(50nm)贡献最大,二者对孔比表面积贡献占总孔贡献的90%以上,主要影响页岩气的吸附作用;石英等脆性矿物主要控制宏孔(50nm)的发育,中孔和宏孔贡献了孔体积的90%以上,对页岩中游离气的富集和页岩气的渗流具有决定作用。3不同演化阶段页岩气赋存状态随地质条件改变而发生转变。结合埋藏史及有机质生烃过程,将涪陵和渝东南地区页岩气赋存演化过程划分为早期生物游离气、热解吸附气、热解游离气和晚期游离气吸附4个阶段。不同阶段页岩气赋存状态可发生转化,后期构造抬升幅度决定了页岩气赋存状态和含气量的大小,抬升幅度越大,游离气和总含气量含量越少,深度越大,游离气含量越大。明确页岩气赋存状态对于资源潜力评价、开发方案制定及产能评价均具有重要的作用。4构造保存条件是页岩气有利区块优选关键要素之一。一般盆内抬升幅度小,盆内保存条件好与盆缘。有利于页岩气富集的区域构造样式主要为宽缓向斜和小倾角单斜,裂缝密度低、剥蚀厚度小、单层厚度大和扩散系数低等因素控制着页岩气的保存,进而影响页岩气成藏和富集,页岩气保存条件是南方页岩气有利区块优选的重要指标之一。利用资源潜力指数和地质风险系数双因素对川东南及其周缘地区龙马溪组页岩气进行了评价,优选了游离目标区,成果对指导川东南及其周缘地区龙马溪组勘探开发有重要参考价值。     

再论岩相古地理可作为页岩气地质调查之指南

在页岩气的区域地质调查阶段,主要通过有机质含量（TOC）与类型、有机质热演化程度、含气页岩厚度、矿物组分类型与含量以及储集层特征等基本地质条件参数,对页岩气有利区进行评价,而以上页岩气基本地质因素均受沉积相的控制。以详细的沉积相研究为基础,通过岩相古地理编图,可以明确富有机质页岩的展布特征,所以岩相古地理控制了页岩气的发育特征。通过利用主要基本地质条件参数,对川南及邻区志留系龙马溪组黑色岩系页岩气有利区进行初步评价,认为川南及邻区志留系龙马溪组,只要已进入中成岩阶段的浅海陆棚相黑色岩系,就能形成页岩气储层。在前人研究的基础上,进一步实例论证并提出沉积相或岩相古地理研究应为页岩气地质调查和选区评价的关键和基础。     

岩相古地理研究可作为页岩气地质调查之指南

得益于水平井和压裂技术的发展,页岩气已成为中国油气勘探开发的热点。沉积环境决定了有机质的含量、类型、矿物组成和含量、厚度、埋深等页岩气基本地质要素的特征。在开展区域沉积相研究的基础上,通过岩相古地理编图方法,可以明确烃源岩有利相带的时空分布,从而为页岩气勘探提供基础和方向。以四川盆地南部及邻区志留系龙马溪组为例,通过详细的沉积相及岩相古地理研究,确定了烃源岩的有利相带和空间展布特征。在岩相古地理图的基础上,叠加矿物组成、有机碳含量、成熟度、厚度等页岩气评价参数,预测了四川盆地南部及邻区志留系龙马溪组页岩气远景区和有利区。页岩气地质调查的根本目标是寻找页岩气的远景区和有利区,为页岩气勘探开发提供科学依据。因此,岩相古地理研究与编图可作为基本方法及关键的技术,为页岩气的地质调查工作提供指南。     

四川盆地五峰组—龙马溪组笔石与页岩气关系探讨

前人对笔石的研究主要用于地层划分和沉积环境分析,对笔石与页岩气之间的关系研究甚少。充分利用取心井岩心分析资料、钻井地质资料、实验分析资料和测录井资料,结合不同沉积环境的笔石类型,将JYDA-E井奥陶系五峰组分成4个笔石带(WF1-WF4)、志留系龙马溪组划成6个笔石带(LM1-LM7,LM2缺失),其中WF2-LM4的TOC含量高、有机孔隙发育,属于页岩气有利开发层段。研究发现:笔石的演化和有机质的富集具有相同的沉积环境;笔石的丰度和TOC、有机孔隙度以及气测全烃含量具有正相关关系,笔石的演化对页岩有机质丰度、有机孔的形成具有一定贡献,并在一定程度上影响其含气性,属于页岩气储层评价的一项重要指标。四川盆地五峰组-龙马溪组页岩气形成和笔石的形成演化存在成因上的关联,这对页岩气储层研究具有借鉴意义。     

四川盆地及其周缘奥陶系五峰组志留系龙马溪组页岩气富集主控因素分析

四川盆地及周缘地区奥陶系五峰组志留系龙马溪组页岩气富集主控因素包括：(1)特殊的古环境所形成的优质页岩是富集的基础。四川盆地及其周缘在五峰组和龙马溪组沉积时期,在弱挤压背景下发生了陆内拗陷沉降,奥陶纪末期冰期后全球性海平面快速上升,形成了较大规模的深水陆棚环境,为低等生物的大规模繁殖提供了有利条件,闭塞的海湾背景,为有机质的保存提供了有利的地球化学环境,欠补偿状态导致了地层中的高有机质含量。特殊生物类型所形成的大量有机硅,使成岩早期就形成了具有较强抗压实能力的岩石骨架,为早期生成原油的滞留提供了良好的空间,也为后期油向气转化时形成并保持大量的有机质孔奠定了物质基础。(2)有机质孔和特殊裂缝是页岩气富集的重要保障。有机碳含量高的优质页岩,有机质孔也发育较多,页岩的含气量大,游离气所占的比例更高。特殊裂缝主要指页岩层理缝和小尺度裂缝。在层理面堆积的笔石和藻类等成烃生物促进了这类层理缝的发育。小尺度裂缝提高了页岩自身的储集空间和渗流能力,有利于页岩气的聚集和成藏。(3)适度抬升状态下的有效保存是富集的关键。构造变形和抬升剥蚀是一把双刃剑。如果变形与抬升剥蚀作用太强,地层的封闭保存系统会破坏,导致不论是常规还是非常规的油气系统完全或者部分失效。因抬升产生微裂缝但没有出现大的穿层裂缝或断裂,即表现为一种“裂而不破”的状态是最理想的。远离断裂尤其是通天断裂、具有一定埋深且地层平缓的地区页岩气保存条件良好。四川盆地内与周缘地区保存条件的差异,主要是由于燕山中期运动所控制的构造变形、沉降沉积与抬升剥蚀作用的差异性所决定的。四川盆地及周缘地区奥陶系五峰组志留系龙马溪组页岩气有利富集区是位于富有机质黑色页岩厚度较大的深水陆棚沉积中心区、有机孔和微裂缝或页理发育的层段以及燕山期抬升时间晚且喜山期抬升幅度小区带所叠合的区域。     

雪峰山前陆盆地下志留统页岩气勘探潜力

雪峰山志留系前陆盆地分布在湘中-湘西北-四川盆地,是上扬子板块主要的盆地类型,目前针对该前陆盆地沉积特征和页岩气勘探潜力的研究少见.根据野外资料、测井资料和分析测试资料分析了湘西北和湘中地区前陆盆地沉积建造过程和页岩气勘探潜力.结果表明湘中前陆盆地前渊带以浊积扇和浅海陆棚相沉积为主,而湘西北隆后盆地沉积相类型丰富,包括潮坪相、浅海陆棚相、滨岸相、三角洲相和碳酸盐岩台地相等.虽然前渊带和隆后盆地沉积相类型和沉积厚度差异较大,但沉积旋回的划分却是一致的,因此前渊带和隆后盆地相互连通,雪峰山对其两侧盆地的遮挡作用有限.地球化学测试分析表明研究区隆后盆地页岩的有机碳含量、有机质类型均较四川盆地的焦石坝差.湖南地区志留系页岩各项地化指标较差的主要原因是其缺少龙马溪组第一旋回的黑色碳质页岩.