贵州牛蹄塘组黑色页岩岩相划分及岩相—沉积环境—有机质耦合关系

贵州下寒武统牛蹄塘组黑色页岩是良好的烃源层,基于前人研究成果总结及研究区黑色页岩沉积古环境特征分析,对牛蹄塘组黑色页岩进行岩相划分,并讨论了岩相分布以及其与沉积环境和有机质分布之间的耦合关系。结果表明：牛蹄塘组黑色页岩主要以硅质页岩和富黏土质页岩为主;纵向上,页岩沉积时的氧化还原环境表现为从下部到上部由厌氧向氧化转变,深水相厌氧环境主要发育硅质页岩,贫氧环境主要发育富黏土硅质页岩;横向上,JY1井的浅水台地相厌氧环境主要发育黏土/硅混合页岩,TX1井的斜坡相—盆地相贫氧环境主要发育富硅黏土质页岩和硅质页岩;深水盆地和浅水台地均出现有机质的富集,有机质主要富集于硅质页岩中。     

黔北地区下寒武统黑色页岩沉积特征及页岩气意义

以沉积学、层序地层学、石油天然气地质学为理论基础,以野外实测剖面分析、地化元素分析、薄片观察等为手段,采用"点—线—面"三位一体的方法,对黔北地区沉积特征进行分析。黔北地区下寒武统牛蹄塘组沉积环境为浅海沉积,主要沉积体系类型有浅水陆棚和深水陆棚。古地貌整体为西北高、东南低的特点,物源区主要来自研究区西北部,少量来自西南部。下寒武统黑色页岩普遍发育,厚度在工区东南部最大,可达200 m。宏观上的黑色页岩广泛发育、厚度大、颜色深,微观上富含有机质且硅质质量分数较高。结合宏观、微观2方面,认为工区东南部为页岩气勘探重点区域。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩岩相及沉积环境分析

贵州温水村剖面发育有一套完整的下寒武统牛蹄塘组富有机质黑色页岩,为厘清下寒武统牛蹄塘组页岩岩相类型,明确不同岩相形成环境特征,通过采集25块该剖面页岩样品,进行岩石薄片观察、X射线衍射（全岩）分析、总有机碳含量（TOC）测定及主微量和稀土元素分析,划分出温水村剖面下寒武统页岩的岩相类型,并明确了该层位页岩的沉积环境和有机质富集特征,建立了沉积模式。根据TOC值、沉积构造和矿物组成,同时考虑岩石脆性特征,共划分出9类页岩岩相：①富有机质块状强脆性硅质细粒岩;②富有机质纹层状强脆性硅质页岩;③高有机质块状强脆性硅质细粒岩;④高有机质纹层状强脆性硅质页岩;⑤高有机质块状中等脆性硅/黏土混合质细粒岩;⑥中有机质块状强脆性硅质细粒岩;⑦中有机质纹层状强脆性硅质页岩;⑧低有机质块状强脆性硅质细粒岩;⑨低有机质纹层状中脆性硅/黏土混合质页岩。其中,前5类页岩相形成于深水缺氧、暖湿型气候和以低温热水沉积作用为主的环境,初级生产力和古盐度较高,有机质富集受控于古氧化还原条件、古生产力、古盐度、古水深、暖湿型气候和热液活动,而其他岩相有机质富集则不受热液活动影响,沉积环境初级生产力和古盐度有所下降;建立了一个受氧化还原条件、古生产力、古盐度、热液活动及暖湿型气候影响的深水陆棚相沉积模式。     

鄂西下寒武统牛蹄塘组页岩特征及页岩气富集主控因素

综合大量野外露头、钻井、气测录井、地震、岩石矿物学分析、有机地球化学以及现场解吸等数据,对鄂西宜昌—秭归地区下寒武统牛蹄塘组黑色含气页岩特征、岩石物性、矿物成分、孔隙结构和含气性等地质特征进行了系统研究,并对页岩气富集主控因素进行了初步探讨。鄂西宜昌—秭归地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩主要以深水陆棚沉积为主,TOC含量平均值约3.2%,有机质处于过成熟阶段,矿物成分富含碳酸盐矿物,石英次之。页岩有机质孔隙和微裂缝发育,现场解吸及气测录井均显示含气性较好,且页岩单层有效厚度和总厚度越大,页岩含气性越好。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件

基于上扬子地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的野外露头、钻井、岩心等资料,通过显微薄片、扫描电镜及X-衍射、压汞分析、等温吸附等多项实验测试分析,以牛蹄塘组黑色页岩的地层、岩石学、地球化学、地球物理和页岩含气性等为重点,对上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的成藏条件与特征进行了初步探索。研究表明上扬子地区下寒武统牛蹄塘组以浅水-深水陆棚沉积环境控制富有机质页岩的发育,沉积厚度一般在50~300 m;有机碳含量在1.5%以上,有机质成熟度达到高-过成熟阶段;富有机质页岩脆性矿物丰富、粘土矿物演化程度高,以伊利石稳定矿物为主,不含蒙脱石;多种孔隙类型及裂缝发育,可为页岩气的赋存提供良好储集空间;富有机质页岩含气量达到了页岩气商业开发下限2.0 m³/t。综合各种成藏条件,认为资阳-自贡一带、黔北和渝东南-湘鄂西地区为页岩气有利勘探区带。     

湘西北常页1井下寒武统牛蹄塘组页岩气聚集条件及含气特征

为评价湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气聚集条件及含气性,优选并实施钻探了湖南省第一口以牛蹄塘组为目的层段的页岩气参数井--常页1井,累计揭示了牛蹄塘组黑色页岩层系真厚度674.5 m,是目前中国单井钻遇的最大厚度黑色页岩层系。通过岩心样品有机地球化学、岩石矿物学、储层物性等实验分析,认为常页1井牛蹄塘组黑色页岩具有机碳含量高（平均为3.9%）、成熟度适中（等效R_o平均为2.6%）、脆性矿物含量高（石英含量平均为50.1%）、黏土矿物含量低（平均为32.4%）、低孔低渗（孔隙度、渗透率平均分别为1.7%、1.32×10^-3mD）、中小孔及裂缝发育的特征,具有良好的页岩气聚集条件。岩心现场解析实验和等温吸附实验都显示出常页1井具有良好的含气性,且整体上含气量随深度的增大而增加,其中井段1 100~1 250 m的黑色页岩段平均有机碳含量高达10.1%,现场解析总含气量为0.5~2.1 m³/t,等温吸附含气量为3.7~6.4 m³/t,是该井页岩气发育最有利的深度,显示出以常页1井为代表的湘西北牛蹄塘组具有良好的页岩气勘探开发潜力,鉴于其沉积厚度巨大,应优先对牛蹄塘组中下部黑色页岩进行勘探开发。     

黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气地质调查井位优选

对黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩露头和实测剖面进行系统的基础地质调查基础上,对采集的页岩样品进行有机地球化学、矿物组成、物性条件及含气特点等实验测试分析.研究结果表明,下寒武统牛蹄塘组页岩在岑巩、石阡、铜仁一带分布稳定、埋藏适中,厚度在40～60m之间,有机碳含量普遍大于2.5％,有机质热演化程度高,处于成熟-过成熟阶段.页岩吸附含气量平均为2.74m3/t,并且TOC值与黏土矿物含量对其影响作用明显,在剖面上呈现规律性变化.优选并实施了位于黔北地区岑巩县羊桥乡的岑页1井,该井完井深度为1 526m,钻遏揭示的下寒武统牛蹄塘组黑色页岩厚度为53m,岩性以炭质页岩为主,气测录井发现页岩气显示.     

黔西北仁页2井牛蹄塘组页岩特点及含气评价

上扬子地区广泛发育下古生界海相页岩。研究表明:牛蹄塘组富有机质段岩性以深水陆棚相黑色炭质页岩和黑色硅质页岩为主,有机质类型以Ⅰ型为主,总有机碳含量为0.37%~11.83%,变化幅度较大,有机质成熟度为2.01%~3.11%,处于成熟—过成熟阶段,储集空间以微孔和中孔为主,连通性差。利用测井数据、等温吸附实验对页岩含气量进行分析,牛蹄塘组总含气量为0.68~6.04 m3/t。仁页2井揭示了黔西北地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩具有高有机质丰度、高有机质成熟度、含气性较好的特点,表明牛蹄塘组具有较好的页岩气资源潜力。     

黔北-湘西牛蹄塘组页岩储层特征分析

黔北-湘西下寒武统牛蹄塘组页岩分布广泛,页岩气具有较好的勘探前景。本次研究以野外露头、钻井取心等资料为基础,结合显微薄片分析资料,从平面、层内和微观3个方面,对页岩的厚度、有机碳含量、成熟度、矿物组分、孔隙与裂缝进行对比研究,并根据研究结果作出相应的分析。研究表明,黔北-湘西牛蹄塘组页岩沉积厚度在50~350 m,有机碳含量高,有机质成熟度达到过成熟干气阶段;页岩矿物成分中石英含量高,储层脆性强,易产生天然裂缝和诱导裂缝,储存空间丰富,有利于油气的渗流,为该区的页岩气富集提供了储集空间。     

湘鄂西地区下寒武统页岩气成藏地质条件

湘鄂西区下寒武统牛蹄塘组是华南海相页岩气勘探的重要层系,而对该层系的研究远不及五峰-龙马溪组,且页岩气成藏地质特征还缺少系统分析。为此,本文基于大量的钻井、岩心、露头等的分析测试资料,从沉积、地化、储层及含气性等方面,对湘鄂西区下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的地质条件进行了探索,指出了早寒武世深水陆棚沉积环境控制了牛蹄塘组富有机质暗色页岩的平面展布,深水陆棚沉积中心暗色页岩厚度最大,牛蹄塘组有机碳含量普遍较高,TOC平均含量都在2%以上,纵向上富有机质暗色页岩集中发育在牛蹄塘组的下部,演化程度较高;暗色页岩脆性矿物含量高、可压性好,微裂缝发育,并发育少量的有机孔;暗色页岩钻井气显示活跃。总体认为,湘鄂西区下寒武统牛蹄塘组具有优越的页岩气形成地质条件,宣恩-来风地区一带是牛蹄塘组页岩气勘探的最有利区域。     

湘西地区下寒武统牛蹄塘组页岩沉积环境与有机质富集

下寒武统牛蹄塘组是我国中上扬子地区发育的一套极为重要的海相页岩层系。为进一步明确我国南方下寒武统牛蹄塘组页岩有机质的富集环境与条件,以湘西沅陵地区牛蹄塘组页岩为研究对象,开展了岩石学、有机地球化学和元素地球化学分析等系统研究。结果表明：牛蹄塘组富有机质页岩沉积期处于干冷型气候向暖湿型气候转换期,从沉积早期到晚期其生物生产力水平、水体还原程度和热液作用强度表现为低-高-中高的变化趋势。湘西地区牛蹄塘组页岩有机质的富集并非受控于单一因素,而是古气候、生物生产力、水体氧化-还原性质、沉积速率和热液活动等多个要素相互配置与耦合的结果。牛蹄塘组页岩沉积早期水体较浅,整体处于偏氧化环境,初级生产力水平较低,不利于有机质富集;沉积中期早寒武世发生的大规模海侵使水体加深,伴生的上升洋流携带大量营养盐类进入表层水体,促使藻类大量勃发,同时底层水体缺氧和硫化的环境使有机质大量保存;晚期尽管水体氧化程度有所增加,但受华南持续拉张作用的影响,大陆边缘较强的热液活动提供了丰富的营养物质,生产力仍保持较高水平;且具有相对较高的沉积速率,从而使有机质得以快速埋藏、保存和富集。     

湖南常德地区牛蹄塘组页岩特征及含气性

下寒武统牛蹄塘组是常德地区重要的页岩气勘探层位之一,岩石类型主要为富炭硅质页岩、炭质页岩和石煤。以单井地质分析为基础,结合区域地质和露头资料,对常德地区牛蹄塘组黑色页岩有机地球化学、岩矿组成、储集空间类型、力学性质、含气性等进行了研究。该区牛蹄塘组地层相对稳定、分布范围广、页岩厚度大、有机碳含量高、有机质类型好、热演化程度高,孔隙和微裂缝发育,比表面积大、吸附气能力强,脆性矿物含量较高,具备良好的可压裂性。CY1井揭示牛蹄塘组页岩厚度大,含气量达到0.5~2.1m3/t,具有良好的储集条件。综合研究认为常德地区牛蹄塘组具有较好的页岩气勘探潜力。     

黔北地区下寒武统黑色页岩储层特征及其影响因素

为了评价黔北地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的储气性能,对黔北下寒武统牛蹄塘组的20余个露头剖面进行了系统采样和岩石物性、扫描电镜、压汞分析、比表面和孔径等分析测试。初步研究结果表明:黔北地区下寒武统页岩中石英含量平均为56.3%,粘土矿物平均含量为30.5%,有效孔隙度平均为8.24%,渗透率平均为0.127×10^-3 μm²,具有低渗致密的储层特征;孔径分布集中在4 nm左右,本区页岩孔隙以中孔为主。孔隙体积与石英、粘土矿物和有机碳含量等的相关性分析表明,石英含量与微孔和中孔体积成负相关,而与宏孔成弱的正相关关系;粘土物质则正相反,与微孔和中孔体积成正相关,而与宏孔成弱的负相关关系;有机碳含量和中孔体积、宏孔体积成一定的正相关性;镜质体反射率与宏孔体积成弱的正相关性。     

黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩特征研究

通过对永凤1井牛蹄塘组页岩进行岩心观察、场发射扫描电镜（FE-SEM）、全岩矿物X衍射定量分析等实验测试,研究了牛蹄塘组岩性、矿物组成、有机地球化学、孔隙类型及页岩脆性特征。研究结果表明：牛蹄塘组上段岩性以碳质页岩为主,下段以硅质页岩为主;页岩矿物主要由石英和黏土矿物组成,含少量碳酸盐、长石及黄铁矿;总有机碳（TOC）平均含量为5.97%,有机质成熟度高（R_o平均为1.99%）,含气量平均为0.99 m³/t;页岩孔隙类型为微孔隙-裂隙型,孔径主要为纳米孔（0.1～350.0nm）。该井初步揭示了黔北地区下寒武统牛蹄塘组具有良好的页岩气资源勘探和开发潜力,且页岩脆性指数大于60%,有利于后期压裂开采。     

沅麻盆地牛蹄塘组页岩气勘探前景分析

对雪峰隆起周缘野外露头下寒武统牛蹄塘组暗色泥页岩特征和保存条件深入研究表明,雪峰隆起沅麻地区早古生代是一个统一的被动大陆边缘,早寒武世牛蹄塘期为陆棚相-盆地相沉积环境,是下寒武统暗色泥页岩的有利相带。牛蹄塘组暗色泥页岩有机碳含量普遍较高,脆性矿物含量高;基质孔隙、微裂缝发育,吸附能力强,同时具有良好的顶底板条件,埋深条件适中,深凹陷部断层不发育,保存条件良好。研究认为,沅麻盆地草堂凹陷和辰溪凹陷牛蹄塘组具有优越的页岩气形成地质条件,是南方下寒武统页岩气勘探开发又一重要地区。     

湖南花垣页岩气区块地质评价与勘探展望

利用露头、钻井、岩心等资料,以构造、沉积、地球化学、储层和含气性等研究为重点,对湖南花垣区块下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的地质条件与特征进行了初步探索,指出区块构造简单,深水陆棚、半深海—深海沉积环境控制牛蹄塘组页岩发育与分布,富有机质页岩厚度大,有机质类型为Ⅰ型,有机碳含量一般大于2.5%,有机质成熟度RO值大于2.0%,达到高—过成熟阶段;页岩的矿物以石英和黏土矿物为主,硅质含量较高、碳酸盐含量低、黏土矿物中主要以伊利石和伊/蒙混层为主,利于后期压裂改造和吸附气的大量富集;储层具有致密非渗特征,但含气性较好;目的层顶、底板具有封盖性,保存条件较好。通过地质评价和资源量计算,花垣区块牛蹄塘组页岩气资源量较为丰富,勘探有利区面积大,具备较好的页岩气形成地质条件,是较现实的页岩气勘探开发区域。     

贵州地区下寒武统牛蹄塘组页岩气潜力分析

贵州地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩分布区域较广,厚度大,有机碳含量高,成生于缺氧的闭塞滞留海洋环境。牛蹄塘组页岩气资源量约为1 960×108 m3. 虽然经历多次构造运动和热事件,导致贵州地区牛蹄塘组黑色页岩产状复杂、局部微变质,但仍应具有一定的页岩气资源潜力。在未来的页岩气勘探、开发中,应将其与常规以及致密碎屑岩、碳酸盐岩油气藏等一并考虑。     

上扬子区下寒武统牛蹄塘组页岩气基本特征研究——以贵州丹寨南皋剖面为例

上扬子区下寒武统牛蹄塘组是我国页岩气最具勘探潜力的目的层位之一,因此,以贵州丹寨南皋剖面为例,通过野外测量、薄片鉴定、地球化学分析、X-衍射矿物分析、孔隙度测量、扫描电镜观察和等温吸附模拟实验等多种方法,研究牛蹄塘组页岩气地质、地球化学、储层和含气性特征,并讨论有机质发育与矿物相关性,以及吸附气量的控制因素。下寒武统牛蹄塘组下部为深水陆棚相泥岩沉积,上部为浅水陆棚相粉砂质泥岩和钙质泥质粉砂岩沉积。微量元素比值表明黑色页岩形成于缺氧还原沉积环境,且具有明显的热水沉积特征。黑色页岩有机质类型好,属Ⅰ型干酪根;有机质丰度高,TOC值为0.38%~15.31%,平均为5.2%;RO值为1.60%~4.15%,平均为2.80%,属过成熟阶段。矿物成分主要为黏土(伊利石和少量绿泥石)、石英、长石、重晶石和石膏等。石英含量相对较高且剖面向上降低,平均值为53%;黏土含量较低且剖面向上增加,平均值为34%;碳酸盐矿物较少,仅在顶部可见。泥岩和硅质岩孔隙度一般在0.99%~4.66%之间,平均为2.39%;密度为1.99~2.62g/cm3,平均为2.47g/cm3。黑色页岩孔隙主要发育粒内孔、粒间孔、裂缝和有机质孔等4种类型,前两者较为常见。有机质含量与矿物相关性分析表明石英含量过高或过低以及黏土过低均不利于有机质的富集。等温吸附实验表明吸附气量为1.71~2.62m3/t,平均为2.33m3/t,吸附能力整体较强。吸附量与TOC呈正相关,与最高热解温度(Tmax)呈负相关,与石英呈正相关,与黏土呈不相关,与纳米孔分布频率呈正相关,其中有机质丰度和纳米孔对页岩对气吸附能力的影响占主导作用。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组优质页岩储层测井识别——以贵州岑巩页岩气区块为例

南方地区古生界发育多套海相富有机质页岩,是我国页岩气勘探部署的重要战略地区,目前已在四川盆地及周缘龙马溪组获得突破。与龙马溪组相比,下寒武统牛蹄塘组具有更大的沉积厚度与更广泛的分布面积,是我国页岩气勘探开发亟待突破的另一重点层系。地球物理测井贯穿页岩气的勘探开发,是识别与评价页岩气储层的重要手段。为此,通过对研究区3口井下寒武统牛蹄塘组测井资料的对比分析,总结出牛蹄塘组含气页岩具有“四高四低”的测井响应特征;元素测井上表现为硅质(石英)含量增加,铝、铁、钾元素与黏土矿物含量降低的特征;在核磁共振测井T₂谱上以单峰和连续型双峰为主,弛豫时间与振幅明显大于普通页岩。通过选取对富有机质页岩响应敏感的自然伽马能谱、地层电阻率、密度、声波时差和补偿中子测井资料对研究区内不同保存条件下的页岩储层进行叠合与交会分析,总结出不同保存条件下的富有机质页岩、富有机质硅质泥岩、普通页岩、砂岩和灰岩的测井响应特征,为研究区优质页岩储层的测井识别与评价提供依据。此外,地层电阻率与声波时差测井资料对页岩的含气性、流体性质与保存条件具有一定的指示作用,可作为页岩含气性与保存条件的判识性指标。     

中扬子地区牛蹄塘组页岩气成藏地质条件

近年来,我国南方海相页岩气勘探开发快速推进,上扬子威远、中扬子宜昌等地先后在牛蹄塘组(水井沱组)见良好气显示,中扬子地区下寒武统该套页岩较为发育,勘探前景广阔。结合中扬子重点钻井取心资料,采用X-衍射、氩离子抛光扫描电镜和比表面积等实验测试方法进行分析,研究中扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏地质条件。研究认为:牛蹄塘组主要为深水陆棚-盆地相沉积环境,富有机质页岩厚度50~200m,孔隙度2.0%~3.0%。在此基础上,对牛蹄塘组页岩含气性进行了研究。