川东南龙马溪组页岩的矿物组成与微观储集特征研究

通过岩石学特征、矿物组成、微观孔隙和力学性质等分析,对川东南地区龙马溪组页岩的矿物组成与微观储集特征进行了综合研究。研究结果表明,龙马溪组页岩主要由石英和黏土矿物组成,平均含量分别为36.07%和41.55%,碳酸盐岩含量较低,平均9.92%,底部石英含量最高,向上含量降低,黏土含量增加;页岩中硅质含有丰富的生物碎屑,表明主要为生物成因。页岩主要发育有机质孔隙和无机矿物孔隙,后者的粒缘微裂缝较发育,而粒内和粒间孔隙相对较少。页岩中石英含量与页岩孔容呈正相关关系,表明生物来源硅质的孔隙对页岩总孔隙有重要贡献,生物来源硅质的存在也提高了页岩脆性,有利于储层的后期压裂改造。     

早古生代烃源形成的生物组合及其意义

早古生代生物的富集和埋藏为油气资源提供了雄厚的物质基础。不同生物对烃类贡献的差异使成烃生物组合成为烃源岩研究的重要内容,也是高演化烃源岩评价的一个新手段。从地质历史生物演化来看,藻类是早古生代最主要的成烃生物先质,按照生活习性,它们可以分为底栖藻类和浮游藻类。底栖藻类主要生活在海岸带,成带状分布,主要受光的强度、基底情况等因素控制;浮游藻类主要生活在表层水体,它们在不同海域的分布主要受藻体大小和风浪强度控制。依据对塔里木盆地北缘4条下古生界露头剖面的7个地层组中成烃生物的辨识及有机质地球化学特征的研究,总体显示以底栖藻类为主的烃源岩的有机碳含量高于以浮游藻类为主的烃源岩,除形成环境的因素外,成源和生烃过程均有影响,但后者对有机质的碳同位素值影响较小。烃源岩干酪根碳同位素值（δ¹³C_干酪根）与成烃生物组合面貌对比研究发现,以底栖藻类为主的烃源岩的δ¹³C_干酪根小于-34‰;以浮游藻类为主的烃源岩的δ¹³C_干酪根大于-30‰。对比塔里木盆地已发现原油的碳同位素值（均重于-30‰）,推断其原油主要来源与浮游藻类密切相关,揭示了下古生界具有较低有机碳含量但以浮游藻类为主的源岩具有很大的生烃能力。     

中国海相层系多元生烃及其示踪技术

中国海相层系具有时代老、时空跨度大、烃源类型多等特点,绝大多数烃源处于高-过成熟演化阶段,存在多种烃源复合成烃转化过程,给油气成藏和油气源对比研究带来诸多困难。根据中国海相烃源的特点,按照烃源的可溶性将其划分为不溶、可溶和酸溶有机质3大类型。同时按照烃源的形成过程,将其分为原始烃源（岩）、再生烃源和化学烃源,海相原始烃源有机质有其独特的显微生物组合和赋存形式。通过仿真生烃模拟,揭示不同类型烃源的产烃率变化特征,特别是不同类型可溶有机质（古油藏、分散可溶有机质和沥青等）产率与原始状态密切相关。鉴于不同烃源的复杂性和演化的特殊性,从不同烃源的生物标记化合物特征、同位素组成特征和微量元素特征入手,有效揭示出次生烃源与烃源岩中干酪根的亲缘关系。利用元素、生物标志化合物、稳定同位素以及稀有气体同位素有效组合从物质来源、关键时间和成藏过程进行示踪指标技术集成,发展了中国海相层系的油气形成与成藏的有机-无机示踪体系。     

塔里木盆地下寒武统泥质烃源岩成烃生物组合的构造-沉积环境控制因素

成烃生物组合是烃源岩研究的重要内容,目前关于成烃生物研究主要集中在生烃模拟实验,对成烃生物发育的地质控制因素研究在油气地质界还相对较少,然而这方面的研究是利用成烃生物预测优质烃源岩分布并指导油气勘探的重要环节。成烃生物面貌的研究结果表明,西山布拉克组和玉尔吐斯组主要以底栖藻为主,含浮游藻类,但西山布拉克组主要以底栖藻类和浮游藻类为主,而东二沟剖面玉尔吐斯组则以底栖藻类（红藻）为主。稀土元素地球化学揭示西山布拉克组和玉尔吐斯组沉积时均受热水作用影响,且西山布拉克组受影响程度要强于玉尔吐斯组。泥岩稀土、主量和微量元素分析发现,西山布拉克组和玉尔吐斯组均为还原环境,但西山布拉克组水体还原性强度要弱,水动力条件稍强,活跃的火山活动使得库鲁克塔格地区西山布拉克组沉积期古地貌起伏程度要强于柯坪地区。对比现代藻类分布模式,构造活动、水体深度以及古地貌上差异可能是导致南雅尔当山剖面西山布拉克组和东二沟剖面玉尔吐斯组成烃生物面貌不同的重要原因。     

川东南涪陵地区五峰—龙马溪组硅质页岩的生物成因及其油气地质意义

为研究川东南地区五峰—龙马溪组富有机质硅质页岩的成因,选取川东南涪陵页岩气探区钻井岩心样品,采用X射线衍射（XRD）、光学显微镜、环境扫描电子显微镜和能谱仪开展了岩石的矿物组成、微观形貌和成分与结构特征研究。五峰组和龙马溪组下段页岩的矿物组成以石英为主,向上至龙马溪组中部和上部石英含量逐渐降低,黏土矿物含量明显增加。镜下观察到大量具清晰圈层状生长结构和针状结构的生物残体和碎屑,特别是在五峰组和龙马溪组下段尤为丰富,外观具有放射虫和海绵骨针的典型形貌特征。前者内部具有明显的圈层和外部裙边状结构,碎屑骨架与内部充填物质均为微晶石英;碎屑间更小粒级的石英颗粒则多呈不规则球状或椭球状,自形程度低,充填在矿物基质中,应属生物硅质溶解再沉淀形成的自生石英。后者则以较完整和碎屑两种形式呈分散状分布在矿物基质中。五峰—龙马溪组高丰度硅质生物及其硅质重结晶产物的存在,为该段硅质页岩的生物成因提供了直接证据,具有古生产力恢复、水体沉积环境追溯、微观孔隙结构和岩石力学分析等多方面重要的油气地质意义。      

泥岩与沉积物中粘土矿物吸附有机质的三种赋存状态及其热稳定性

为研究有机质在粘土矿物中的赋存状态和二者的结合方式以及有机质的热稳定性,提取济阳坳陷东营凹陷古近系沙河街组泥质烃源岩和东海陆架表层泥质沉积物中的粘土组分(粒径<2 μm),依次进行索氏抽提、碱性水解和酸性水解处理,得到原始和相继处理过程所得碱解和酸解粘土样品及相应的有机组分,继而进行原始和碱解、酸解粘土样品的微观形貌(SEM)、比表面积(BET)、X-射线衍射(XRD)和热重/微分热重(TG/DTG)分析对比。结果显示,索氏抽提有机质主要赋存于粘土矿物外表面和堆积于孔隙中,碱解有机质主要赋存于粘土矿物边缘破键处,而酸解有机质主要赋存于膨胀型粘土蒙皂石层间。前者为物理吸附或束缚的游离有机质,后两者为化学吸附的结合有机质。有机质与粘土矿物的不同结合关系造成它们热稳定性的差异,显示出二者间复杂的作用关系及其对生烃的多阶段性影响。研究不同赋存态有机质的相对和绝对数量对深入研究油气成因和烃类初次运移具有十分重要的意义。     

南方海相深层页岩气储集空间差异化发育及保持机理探讨

我国南方海相深层(主体埋深大于3 500 m)页岩气具备良好的地质条件,资源潜力巨大,但由于埋深大,研究程度低,不同位置的水平井之间产能差异比较明显,勘探开发面临诸多挑战。在调研国内外深层页岩气现状及发展动态的基础上,重点梳理我国南方海相深层页岩气储集空间差异化发育、石英等刚性矿物抗压保孔和储层流体超压保孔等研究进展和存在问题。就川东南上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组深层页岩气而言,储集空间差异化发育及其是否有效保持是控制含气量、产能和单井EUR的主要原因之一,但差异化发育特征及保持机理并不明确,储层近深层原位条件下的差异化响应过程及机理仍需要深入研究;石英等刚性矿物在抗压保孔过程中具有重要的作用,但关于“石英抗压保孔”对不同储集空间类型的差异化作用仍不十分明确;“储层流体超压”作用对于深层页岩气储集空间保持具有重要的意义,但对“储层流体超压”究竟如何作用于深层页岩储集空间了解甚微。解决上述问题的关键在于研究典型富有机质页岩处于近深层原位状态下(多重应力加载和高温)不同类型储集空间类型差异化发育、响应及保持特征和作用机理。      

泥质烃源岩中粘土矿物结合有机质热演化的红外发射光谱研究

选取济阳坳陷古近系渐新统沙河街组泥质烃源岩,进行小于2μm的粘土组分提取,运用红外发射光谱技术研究粘土矿物结合有机质的热演化过程和有机-粘土相互作用对有机质热演化过程的影响.结果显示,代表脂肪链结构的甲基、亚甲基振动吸收峰随着温度的升高,强度逐渐降低,烷基链由于受到粘土保护而晚于支链分解;代表芳香结构的芳环的振动吸收峰强度变化较为复杂,798,779,750cm-1等峰随温度升高而减弱,而1600cm-1和3030cm-1峰则在200℃左右才出现并不断增强,随后慢慢减弱,且芳香度指数一直增加,显示出明显的芳构化过程.同时,粘土矿物层间水合阳离子通过"水桥"机制将含羧基的有机分子结合起来,对其演化有抑制作用.红外发射光谱研究揭示出粘土矿物结合的有机质主要通过脂肪族化合物的芳构化转化实现生烃的演化特征,是烃源岩热演化研究的有效手段.      

川东南地区不同埋深五峰组-龙马溪组页岩储层微观结构特征与对比

采用薄片、X衍射、常规扫描电镜、高分辨率氩离子抛光扫描电镜及压汞、氮气吸附等方法,结合有机碳含量(TOC)与孔隙度的分析,对川东南不同深度上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩储层的矿物组成、微观结构和微孔体积进行了研究。该区深层D1井和浅层J1井页岩储层硅质、黏土、碳酸盐等矿物除含量上略有差异,纵向变化规律相近,仅硅质含量大于40%的优质页岩层厚度不同。深、浅层五峰组-龙马溪组页岩储层微孔隙都以有机质内微孔为主,常见粒缘缝(隙)、微层(页)理缝,粒间微孔因有机质充填而不发育;底部优质页岩储层表现为结构各向同性,向上纵横向结构各向异性变强,单一微纹层厚度变薄,微层理缝密度增加;底部优质页岩层段TOC高,向上明显降低;底部储层孔隙度高,向上降低,表明有机孔隙的贡献大,但孔隙度降幅明显小于TOC,应与页岩中存在较多的无机孔隙有关。深、浅层五峰组-龙马溪组页岩纵向上矿物组成、微观结构、TOC、孔隙度随深度具有相似的变化规律。与浅层J1井相比,深层D1井底部优质储层具有微孔、介孔、大孔与总孔体积数量更大的特点,这与深层D1井储层存在较多的粒缘缝等无机孔有关。川东南五峰组-龙马溪组页岩储层在深埋条件下孔隙保持较好,具有良好的储集空间。     

蛋白石硅质页岩成岩过程中的孔隙结构变化特征

为研究硅质页岩成岩演化过程中的孔隙结构变化,选取松辽盆地嫩江组低演化蛋白石硅质页岩和渝东南高演化五峰-龙马溪组样品,在X射线衍射分析基础上,采用氮气等温吸附技术,开展了成岩作用过程中蛋白石硅质页岩的孔隙结构变化特征研究。结果显示较低演化的蛋白石硅质页岩比表面积和孔容均远高于较高演化的蛋白石硅质页岩,低演化页岩2 nm以上孔隙主要集中在2~3 nm区间,其次分布在20~30 nm区间,2 nm以下孔隙主要集中在0.6~0.8 nm区间,总孔容主要由10~30 nm区间孔隙贡献;高演化页岩2 nm以上孔隙主要集中在2~3 nm区间,2 nm以下孔隙主要集中在0.6~1 nm区间,总孔容主要由2~30 nm区间孔隙贡献。将五峰-龙马溪组硅质页岩与其相比,发现纳米孔隙在成岩过程中大幅丧失,孔容缩小至原始的1/3~1/10。五峰-龙马溪组硅质页岩中2~30 nm区间的孔隙对孔容的贡献最大,30~200 nm范围内孔隙有微小贡献,2 nm以下的孔隙在成岩演化过程中几乎消失殆尽,显示出成岩作用对不同孔径孔隙的改造程度存在差异性。