上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩中黄铁矿特征及其地质意义

黄铁矿的研究不仅为沉积、成岩环境的恢复提供依据,也为富有机质页岩的预测提供参考。以上扬子板块3个不同沉积位置钻井（宜昌EYY1井、威远W001-4井、汉中SNY1井）的下寒武统牛蹄塘组页岩为例,通过X射线衍射全岩矿物分析（XRD）、显微镜、扫描电镜和碳硫分析等实验手段对样品及其黄铁矿进行对比研究。研究区样品中黄铁矿主要发育草莓状、立方体自形、条带状及不规则非自形等4种类型。其中草莓状黄铁矿发育最多,其粒径整体较小且变化范围较窄,反映以同沉积成因为主,一般与有机质含量有良好的正相关性,其他类型黄铁矿则可能为成岩成因。3口钻井页岩样品中黄铁矿形貌特征和粒径特征差异显示,SNY1井沉积水体安静、还原性最强,W001-4井和EYY1井沉积水体下部具有贫氧—厌氧环境的转变,其中W001-4井高丰度黄铁矿可能受绵阳—长宁拉张槽热液活动的影响。岩相对黄铁矿含量具有一定的控制作用,硅质页岩和硅质—钙质过渡型页岩比钙质页岩更有利于黄铁矿的形成。黄铁矿对有机孔的发育和保存具有积极影响,有利于页岩储层中天然气的富集和储存。      

中上扬子地区下寒武统富有机质页岩吸水特征及对页岩气勘探的指示意义

以中上扬子地区下寒武统富有机质页岩为研究对象,分别选取位于寒武系页岩气勘探突破区的湖北宜昌和四川威远2个地区的3个钻井/露头剖面（宜昌WPZK001井剖面、长阳露头剖面和威远W001?4井剖面）和目前勘探失利区的2个典型剖面（贵州开阳剖面和重庆酉阳剖面）共37件样品,开展岩石小柱体的吸水实验,并与四川盆地志留系龙马溪组富有机质页岩进行对比研究。结果表明：寒武系页岩气勘探突破区的下寒武统水井沱组/筇竹寺组富有机质页岩与四川盆地志留系龙马溪组富有机质页岩相似,其饱和吸水量主要受有机碳含量和石英含量的控制,表现出较好的正相关关系,而寒武系页岩气勘探失利区的下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩的饱和吸水量则与黏土矿物和碳酸盐矿物含量表现出弱的正相关关系,与有机碳含量和石英含量均无明显相关关系。这不仅指示了研究区下寒武统富有机质页岩发育孔隙网络特征,特别是有机质孔隙的发育,存在显著差异,同时也为从富有机质页岩矿物组成及其成因来源与孔隙发育耦合机制方面来探讨寒武系页岩含气性变化提供了新的研究思路。     

四川盆地五峰组—龙马溪组海相页岩元素地球化学特征与有机质富集的关系

选择四川盆地长宁县双河镇上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组新鲜露头剖面,对24个页岩样品进行了有机碳、硫含量和主、微量元素测试。分析了主、微量元素含量在剖面垂向上的变化特征及其与海盆古沉积环境的关系,讨论了控制四川盆地奥陶纪—志留纪页岩有机质富集的主要因素。研究结果表明:五峰组—龙马溪组底部约20 m的层段有机碳含量(TOC)较高,达2.2%~7.76%,向上有机碳含量变低(0.81%~1.83%)并趋于稳定。页岩的主要成分为SiO_2(55.67%)、Al_2O_3(10.13%)和CaO(9.51%)。TiO_2和Al_2O_3含量在剖面底部低,向上增大,指示陆源碎屑物质输入增加。富有机质页岩的SiO_2和CaO含量明显高于贫有机质页岩的含量,而Al_2O_3、Fe_2O_3和TiO_2含量较低;同时,在富有机质层段中氧化还原敏感元素Mo、U、V、Ni、Co、Cr和营养型元素Ba明显富集。Ni/Co、V/Cr、U/Th和黄铁矿矿化度(DOPT)指示五峰组沉积时期水体氧化还原条件变化较大,以贫氧—厌氧环境为主,龙马溪组底部水体还原性比五峰组强,为具有一定H2S含量的静海相环境,而中上部则为正常富氧环境。页岩中P和过剩钡(Baxs)含量指示五峰组—龙马溪组沉积期具有高生产力特征,且TOC与氧化还原指标呈正相关关系,表明有机质含量的变化主要受控于氧化还原环境。Mo/TOC与DOPT图解表明控制龙马溪组页岩微量元素富集的主要因素是氧化还原条件,而控制五峰组的则是水体滞留。龙马溪组有机质的富集主要是由海平面升降造成的海水缺氧程度所控制,而五峰组主要是水体滞留造成的海底缺氧使有机质得到了较好的保存。     

四川盆地龙马溪组页岩吸水特征及3种页岩孔隙度分析方法对比

为研究分析页岩的吸水特征,有效测量页岩孔隙度,选取四川盆地黔浅1井龙马溪组5件页岩岩心样品开展吸水实验,分别从每件岩心样品中钻取一组不同直径（或不同长度）的页岩柱体,测量和计算每组各个小柱体的饱和绝对吸水量及骨架体积,建立二者的线性关系,由斜率K值表征各页岩样品单位体积的饱和吸水量,再据此计算出各页岩样品的有效孔隙度为3.51%~8.90%。为评价该方法所确定吸水孔隙度的准确性,又测定了样品的氮气吸附孔隙度和氦孔隙度,三者进行对比分析。结果显示：样品氮气吸附孔隙度为2.38%~7.04%,全部小于吸水孔隙度,二者相差0.54%~1.96%不等,这可能是由于氮气吸附实验无法探测泥页岩中孔径大于350 nm的宏孔,导致测定结果不包含这部分孔隙所贡献孔隙度而偏低。样品氦孔隙度为4.55%~8.09%,与吸水孔隙度相差仅为0.23%~0.81%,二者具有良好的一致性和可对比性,特殊地,QQ?45号样品的氦孔隙度比吸水孔隙度大2.65%,这是由于页岩柱体含微裂缝所导致的误差,而吸水实验可快速识别出含有微裂缝的柱体,能有效避免测量误差。由此可见,页岩柱体吸水实验法在有效保留页岩原生孔隙结构的前提下,通过统计分析多个页岩小柱体孔隙度测定结果而获得了页岩样品整体的吸水孔隙度,受页岩非均质性影响小,更接近页岩实际孔隙度。龙马溪组页岩孔隙度的变化与TOC含量具有良好的正相关性,与黏土及脆性矿物的相关程度不等,表明有机质是控制龙马溪组页岩孔隙度变化的主要因素。