论笔石对页岩气源储的贡献——以华南地区五峰组-龙马溪组笔石页岩为例

华南地区奥陶纪—志留纪之交五峰组—龙马溪组笔石页岩广泛发育,该套笔石页岩层系是目前我国页岩气勘探开发的目标层段。基于扬子板块南缘及北缘五峰组—龙马溪组底部近1 000余件页岩样品中笔石丰度统计与相关页岩样品的有机碳(TOC)含量测试、不同尺度扫描电镜分析等数据,综合分析了华南地区页岩中笔石丰度与有机质富集的关系,初步明确了笔石中有机质分布及孔隙特征,探讨了笔石对页岩气源储的贡献。五峰组—龙马溪组笔石页岩全岩(包括笔石体与非笔石体即围岩2个部分)TOC含量主要受其围岩所控制,而受笔石体丰度影响程度较小,指示笔石对页岩有机质富集即"源"的影响程度相对较小。笔石体上发育有大量的有机质,具有网状生物组织结构,约占笔石体面积的20%~50%;笔石体内发育蜂窝状孔隙,孔径大小一般为110nm~1.7μm,平均约为500nm,高于围岩中有机质孔(108~770nm,平均约为330nm),这表明笔石体对页岩气储集空间具有重要贡献。由于五峰组—龙马溪组底部页岩发育大量笔石,局部呈叠加堆积式或纹层状分布,不仅能够为页岩气提供大量储集空间,同时也可作为页岩气流体流动的优势通道,因此,可认为笔石大量发育是该段页岩气富集高产的重要因素之一。     

川南自贡地区海相页岩沉积环境及有机质富集主控因素研究

为深化对川南自贡地区五峰组—龙马溪组海相页岩沉积环境特征及有机质富集机理认识，通过开展有机地球化学和元素地球化学等实验，对Z303井沉积环境特征进行综合研究。结果表明：研究区海相页岩有机质丰度高，TOC平均为2.15%,矿物组成以石英和黏土矿物为主，氧化还原环境是自贡地区有机质富集的主控因素；五峰组和下龙马溪组沉积时期有机质富集条件相比中龙马溪组和上龙马溪组沉积时期更加优越，形成了一套富含有机质且脆性矿物含量高的优质页岩，是研究区页岩气勘探开发的首选目标。     

宣汉—巫溪地区五峰组—龙马溪组黑色页岩生物地层特征及分层对比

要实现我国"十三五"页岩气产量发展目标(2020年年产300×10~8 m~3),亟需寻找新的页岩气勘探开发有利区。四川盆地东部宣汉—巫溪页岩气矿权区块具有良好的页岩气勘探开发潜力,为进一步分析该区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相页岩地层的发育特征,通过对巫溪、田坝等剖面的野外地质踏勘,TOC、含气量等分析化验,古生物化石鉴定和精细地层对比,得出了巫溪和涪陵一带同属一个沉积中心、巫溪地区TOC2%的富有机质页岩累计厚度超过90 m的认识。进而针对该区五峰组—龙马溪组黑色页岩层系难以区分的难题,根据区域地层特征和笔石带序列对复杂构造区典型井——巫溪2井的页岩储层进行了精细划带,确定了8个笔石带,即五峰组的WF2笔石带—龙马溪组LM9笔石带。结论认为:该区生物地层基本稳定,优质页岩主要位于WF2(Dicellograptus complexus)—LM6(Demirastrites triangulatus)笔石带,但同时在大巴山南缘优质页岩的横向分布仍存在着不稳定性。     

湘西北地区五峰组—龙马溪组生物地层特征及勘探意义

湘西北地区上奥陶统五峰组—下兰多维列统龙马溪组黑色页岩广泛发育,具有较好的页岩气勘探开发前景.为研究其生物地层特征,开展了XY-3井的化石种类分析,结合笔石与自然伽马(GR)测井曲线,建立了研究区生物笔石序列,并根据各笔石带的有机质丰度、矿物组分、沉积环境的变化,明确研究区页岩气的有利富集层段.结果表明:①研究区五峰组...     

四川盆地五峰组-龙马溪组页岩气高产地质原因及启示——以涪陵页岩气田JY6-2HF为例

涪陵页岩气田开发的巨大成功(JY6-2HF井累产超过3×10⁸ m³)为五峰组-龙马溪组页岩气勘探开发提供了新的启示,这一成功的关键在于①焦石坝地区位于鄂西-渝东五峰组-龙马溪组深水沉积区,WF2—LM4笔石带页岩厚度较大,具有较好的页岩气富集的物质基础;②JY6-2HF井主要穿行在WF2—LM4笔石带页岩层位中,该套优质页岩与中东-北非的"Lower Hot Shale"具有全球可对比性。涪陵、威远和长宁等页岩气田开发井的主要水平段也都在这段笔石带之中,该笔石带页岩具有有机碳含量高(TOC>3%)、有机质孔最发育(有机质孔隙度>4%)和含气量高(6.87～9.02 m³/t)等特点。综合分析认为,在类似的地质和工程条件下,页岩气井水平轨迹在WF2—LM4笔石带页岩中穿行比例决定了页岩气单井产量和最终可采储量(EUR)。研究成果将为四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩气和世界其他地区志留系页岩气勘探开发提供参考。     

重庆地区五峰组—龙马溪组页岩笔石光学特征及其在成熟度评价中的应用

上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组富有机质页岩以富含笔石为特征,是中国上扬子地区最重要的烃源岩层和页岩气储层之一,但在实际工作中却存在成熟度难以确定的困难。通过对重庆地区五峰组—龙马溪组大量块光片中笔石的光学特征观察和反射率测试,结果表明:五峰组—龙马溪组页岩中被认为是类镜质组颗粒或者沥青的有机质可能是笔石表皮体。五峰组—龙马溪组页岩有机质的非颗粒状结构笔石表皮体丰度较大,且其具有不同于沥青的特殊生物结构和光学特征:生物结构复杂、分节、具有纺锤层、易被黄铁矿充填,尤其是在高过成熟阶段表现出强烈的各向异性。五峰组—龙马溪组样品中非颗粒状结构笔石表皮体的平均双反射率值(最大反射率与最小反射率之差)介于0.71%~5.78%之间,其光学性质类似于二轴光性体。非颗粒状结构笔石表皮体的最大反射率经校正后,渝东南地区五峰组—龙马溪组的等效镜质体反射率值介于2.75%~4.72%之间;而渝东北城口和巫溪地区五峰组—龙马溪组的等效镜质体反射率值分别为1.05%~1.17%和5.42%~5.58%。渝东北巫溪和渝东南五峰组—龙马溪组样品处于过成熟热演化阶段,而渝东北城口五峰组—龙马溪组样品仍处于成熟热演化阶段。     

渝东北地区巫溪2井五峰组—龙马溪组页岩气储层及含气性特征

为深入研究渝东北巫溪地区五峰组—龙马溪组页岩气储层及含气性特征,以巫溪2井钻井资料为基础,以笔石生物地层作为黑色页岩地层划分对比的"标尺",对富有机质页岩有机地球化学特征、岩石学特征、储集空间类型及特征等进行系统分层研究,并分析其含气性及影响因素。研究结果表明:巫溪2井五峰组—龙马溪组富有机质页岩厚度达89.8 m,笔石序列发育完整连续;有机质类型好、丰度高、热演化程度适中,生烃条件较好;有机质丰度受沉积速率的影响,缓慢的沉积速率有利于黑色笔石页岩有机质的富集;由顶至底硅质含量逐渐增加,黏土矿物含量逐渐减少,脆性逐渐增强;富有机质硅质页岩、黏土质硅质页岩具有"既甜又脆"的特性,为页岩储层发育的优势岩相;纳米孔隙形态多为四边开放平行板状孔,连通性较好;联合孔径分布曲线具有"多峰"特征,主孔位于0.42~0.62nm、3~5nm段;有机质孔、黏土矿物层间孔对总孔容贡献最大,脆性矿物间孔的贡献最小;由顶至底有机质孔隙逐渐增多,黏土矿物层间孔逐渐减少;现场实测岩心含气量最高超过8 m~3/t,含气性受生烃、储集和保存条件的综合控制;凯迪阶沉积期—埃隆阶沉积早期(WF2—LM6带)对应Ⅰ类优质页岩气储层,赫南特阶LM1带为最佳层段,具有"最甜、最脆"的特性,可作为水平井最佳靶体位置"甜点段"。     

中上扬子地区龙马溪组、筇竹寺组页岩有机质微孔缝特征:生物发育与孔隙网络

以中上扬子地区早古生代2套含气页岩为研究目标,结合2套层位古生物发育特征与保存情况,并运用图像分析方法建立了笔石立体结构模型,定量对比分析了2套层位有机质孔隙结构特征。筇竹寺组炭质化石以藻类为主,受矿化影响明显,化石内部孔隙空间较大但相对孤立分布,且围岩致密,分散有机质内海绵状孔隙发育程度低于龙马溪组。龙马溪组保存了大量炭化笔石薄膜并沿层面发育,高TOC层段与高笔石丰度层段对应发育,导致气体有利赋存空间与岩石力学薄弱面直接相连;同时笔石体呈多层炭化薄膜保存,保留有一定的层间孔隙,通过笔石体立体模型的建立,表明笔石体内仍有一定的孔隙空间,沥青填充部分孔隙,对气体的保存起到积极影响。     

基于笔石带特征的页岩等时地层测井划分方法及意义——以四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组为例

上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩生物地层研究中,笔石作为全球公认的主导门类,为五峰组—龙马溪组页岩的精细划分提供依据。在四川盆地及其周缘地区,五峰组—龙马溪组的WF2—LM4笔石带页岩是页岩气的富集高产层段,目前主要通过岩心鉴定来划分笔石带,但取心井数量少限制了这一技术的大规模推广应用。为了克服现有技术的不足,有必要开发一种基于笔石带特征的页岩等时地层测井划分方法及系统,以达到快速、精准评价页岩气高产层段的目的。技术上,可通过标准井的笔石鉴定确定研究区的笔石带类型与自然伽马(GR)测井曲线的对应关系;对于研究区的新井,可根据GR测井曲线的各个局部峰初步确定各个笔石带的位置;某个局部峰在向上(浅层)方向上邻近的局部极小值或极大值所对应的半幅值可确定为该局部峰值所对应笔石带的上边界,也即上覆笔石带的下边界。平面上可依据沉积环境和沉积相首先划分出不同的地层分区,再在每个分区分别建立标准井笔石带与GR测井曲线的对应关系。页岩笔石带的测井划分方案能够对五峰组—龙马溪组页岩气富集高产层段的纵向和平面分布进行快速划分,为预测和评价页岩气勘探开发的富集高产层段提供技术手段。     

四川盆地及周缘奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩生物地层及其储集层特征

通过单剖面笔石鉴定、笔石带划分、等值线图编制及页岩矿物成分、TOC和纹层特征分析,系统研究四川盆地及周缘奥陶系五峰组—志留系龙马溪组生物地层及其储集层特征.结果 表明,四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组发育笔石带WF1-WF4和LM1-LM9,不同笔石带可用岩性和电性特征标定.不同笔石带页岩分布呈现西南和东北2大沉积中心,...     

四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气“源-盖控藏”富集

根据页岩气地质理论研究进展和勘探发现,基于"源-盖控烃"论分析了四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气富集的主控因素。1"源控"主要表现在优质页岩厚度、面积、有机碳含量等物质基础参数控制了页岩的生烃能力和储集能力,上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)具有沉积速率低、有机质类型好、有机碳含量高和生烃能力强等特点,具备良好的页岩气发育生烃物质基础;浮游藻类来源的成烃生物有利于大量生烃和有机质孔大量发育,且高有机碳含量保证了发育大量有机质孔并形成三维连通的有机质孔孔隙网络,为天然气提供良好的赋存空间和渗流通道。2"盖控"的盖层包括直接盖层和间接盖层,直接盖层指龙马溪组一段中上部(LM5笔石页岩段及其以上)页岩对五峰组和龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)的封闭;中下三叠统膏盐岩、泥岩间接盖层(区域盖层)保证了一定的压力封闭,使得其下的五峰组和龙马溪组页岩气能有效富集,形成高压富集的页岩气藏(焦石坝、富顺—永川、长宁等地区);在中下三叠统缺失的地区,先存的高压封闭体系被破坏,页岩气保存失去有效性,形成低压—常压富集的页岩气藏(渝东南彭水、云南昭通等地区)。源-盖空间匹配关系的数量(静态匹配)和质量(动态匹配)控制着页岩气富集位置和富集程度。四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)发育厚度大,中下三叠统膏盐岩、泥岩盖层发育,主成藏期在J3—K1以新的地区,是四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气富集的有利地区。     

四川盆地下志留统龙马溪组结核体发育特征及其沉积环境意义

目前,对于四川盆地下志留统龙马溪组结核体发育特征及其对黑色页岩段沉积环境指示意义的研究甚少。为此,以该盆地川南—川东坳陷及周缘的露头和钻井资料为基础,通过分析自然伽马、岩石矿物、薄片、地球化学等资料,并结合围岩岩相、地球化学、电性等地质特征的研究结果,探究龙马溪组结核体的发育特征,揭示其对沉积环境的指示意义。研究结果表明:①龙马溪组结核体产出层位与岩相特征区域差异大,结核体层在川南—川东南坳陷区发育于Coronograptus cyphus、Demirastrites triangulatus笔石带中,以钙质硅质混合页岩相、钙质黏土质混合页岩相、黏土质硅质混合页岩相和钙质页岩相为主,在川东—鄂西坳陷区发育于Demirastrites triangulatus、Lituigrapatus convolutus笔石带中,以黏土质硅质混合页岩相、硅质页岩相和钙质硅质混合页岩相为主;②结核体层自然伽马曲线呈低谷响应特征,核体中心富集钙质或硅质,边缘富集黏土质和有机质;③结核体层多赋存于TOC介于0.8%～2.4%、黏土含量超过40%、脆性指数低于50%的碳质页岩和黏土质页岩中,与优质页岩不共生;④鲁丹阶结核体层可作为川南坳陷腹部Coronograptus cyphus带中段对比标志层,埃隆阶结核体层不能单独作为区域对比标志层;⑤结核体主要形成于同沉积—早期成岩阶段,发育于前陆挠曲初期和前陆挠曲发展期,是前陆期深水—半深水陆棚相快速沉积的产物,结核体层的空间分布特征反映出前陆挠曲坳陷自南向北迁移。结论认为,结核体层与笔石、斑脱岩密集段相结合,对于笔石带分层和优质页岩分布研究具有重要的参考价值。     

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。     

可溶有机质对泥页岩储集物性的影响

可溶有机质是有机质的重要组成部分,为了研究可溶有机质对泥页岩储集物性的影响,对川东北地区龙马溪组和大隆组页岩进行了TOC、岩石热解、扫描电镜、氩离子抛光+扫描电镜等分析,并对页岩进行可溶有机质萃取及开展氮气和甲烷吸附等对比实验。结果表明：①可溶有机质在页岩中,特别是在低成熟页岩中主要赋存于干酪根、黏土矿物和草莓体黄铁矿等颗粒的表面及大中孔中;②萃取可溶有机质后大隆组页岩比表面积和甲烷吸附量均明显增加,而龙马溪组页岩的比表面积和甲烷吸附量没有明显变化,说明低成熟页岩中可溶有机质能阻碍孔隙的连通和降低对气体的吸附能力,但在高-过成熟阶段可溶有机质很少,对比表面积和甲烷吸附量没有影响;③可溶有机质含量与大隆组页岩孔隙分形维数之间具有明显的负相关性,而与龙马溪组页岩孔隙分形维数之间具有正相关性,反映出可溶有机质对低成熟和高成熟页岩孔隙的均匀性方面起相反的作用;④萃取可溶有机质后,大隆组与龙马溪组2套页岩的孔隙分形维数均呈降低的趋势,说明可溶有机质被去除后,页岩的孔隙连通性和均匀性变好。通过本次研究,确定了可溶有机质是影响页岩储集物性的重要因素之一,特别是表征低成熟页岩储层物性时要充分考虑可溶有机质的影响。     

利用测井信息计算页岩有机质丰度 ——以川南长宁地区龙马溪组为例

充足的有机质是油气生成的物质基础,有机质丰度决定了烃源岩的生烃潜力,因此获取页岩有机质丰度对指导页岩气的勘探开发具有重要作用。在选取川南长宁地区龙马溪组下段泥、页岩作为研究对象的同时,利用总有机碳含量作为有机质丰度评价指标,对泥、页岩样品化验得出的有机碳含量和对应深度的测井数据进行拟合,得出总有机碳含量的计算公式,并依据不同测井响应参数的选取,总结出 3 种测井计算方法,相应地回归出 3 个计算公式,在研究区对计算结果进行验证和误差分析。结果表明：Δ lg R-密度法和密度-铀多元回归法得出的有机碳含量与样品实测的有机碳含量符合程度较高;单井纵向上表现出龙马溪组有机碳含量在下段底部附近较高,具有由底部向上逐渐降低的趋势;密度-铀多元回归公式计算的误差最小,表现出较强的适用性,可在长宁地区推广应用。     

中上扬子地区志留系龙马溪组页岩气资源潜力评价

中上扬子地区志留系以泥页岩沉积为主,其中龙马溪组下部发育富含有机质的泥页岩。这套泥页岩是在鲁丹期冰川消融期海平面快速上升时沉积的,受台地古地形的影响,厚层富烃泥页岩主要分布在川东、湘西及鄂东地区。龙马溪组泥页岩以含碳粉砂质泥页岩为主,分布稳定;有机碳含量最高达到6.5%,在石柱冷水溪剖面TOC大于1.0%的厚度近105m,有机质类型以Ⅰ—Ⅱ为主,成熟度高,是页岩气勘探的潜力地区。     

中扬子地区龙马溪组页岩有机质孔隙发育特征及控制因素——以湖南省永顺地区永页3井为例

以焦石坝气田为代表的上扬子地区龙马溪组页岩气勘探和开发已经取得了巨大成功,但是中扬子地区龙马溪组中的页岩气勘探潜力尚不明确。文章通过对湖南省永顺地区永页3井页岩有机质孔隙发育特征和主控因素进行分析,以此为中扬子地区龙马溪组页岩储集性能评价提供参考。永页3井龙马溪组页岩发育典型海相有机质,TOC分布在0.65%～3.81%(平均为1.87%),具有高-过成熟阶段、孔隙度低(平均孔隙度为2.06%)的特征。通过氩离子抛光+扫描电镜技术对样品有机质孔隙进行了系统的观察,结合能谱测试结果和JMicroVision软件图像处理对有机质孔隙特征参数进行了统计与分析,提出了一种基于SEM图像的有机质孔隙连通性表征方法。结果表明,该井龙马溪组页岩中有机质主要为孔隙相对发育的迁移有机质和孔隙发育较差的原生有机质;有机质孔隙的发育存在非均质性,在成因上主要受控于有机质显微组分、有机碳含量以及粘土矿物含量等因素,较高热演化程度下适当的有机碳含量是有机质孔隙发育的关键因素。     

海相烃源岩发育环境与岩石的沉积序列——以鄂尔多斯盆地为例

国内外海相大油气田的烃源岩多为黏土矿物含量较高的泥页岩、油页岩和泥灰岩,形成于由台地向海槽过渡的深水斜坡环境,而碳酸盐岩形成于与大气交换条件较好的浅水环境,是有机质丰度低和干酪根类型差的根本原因。从机理上讲,碳酸盐岩排烃效率低于泥质岩,并且不存在有机碳含量随成熟度升高而有规律降低的现象,不能成为有效烃源岩。鄂尔多斯盆地西缘中奥陶统平凉组自东而西发育的碳酸盐岩—泥质岩、灰岩—硅质页岩和海底碎屑岩反映了海相沉积因水深变大而形成的岩性序列,含有机质丰度高的泥质和泥灰质烃源岩形成于深水斜坡相的古地理环境中。     

湖相泥页岩储层脆性评价及影响因素分析——以苏北盆地海安凹陷曲塘次凹泥页岩为例

为准确评价湖相泥页岩脆性及探究其影响因素,选取了苏北盆地海安凹陷曲塘次凹古近系阜宁组二段湖相泥页岩样品,利用全岩X衍射分析、有机碳测定、镜质体反射率测定、扫描电镜、三轴岩石力学等实验技术手段,分析了样品的矿物成分、地球化学、储集空间等特征;并采用测井、强度参数、矿物成分以及应力—应变曲线变化特征等方法评价其脆性特征。结果表明,页岩主要为云质页岩和灰质页岩,脆性矿物含量较高;有机碳含量平均为1.25%,且已达到成熟阶段;储集空间由特低孔和裂缝组成;应力应变关系曲线表现出较强的脆性特征;不同方法的脆性评价结果存在一定差异,基于弹性参数与矿物组分评价脆性比基于强度参数的应用效果更佳,但每种方法都存在一定局限性。阜二段页岩脆性受矿物组分、有机质丰度、储集空间发育程度等共同影响,随着白云石含量、有机质成熟度、裂缝发育程度的增加,储层脆性随之增加;而方解石含量、有机质丰度、孔隙度的增加则会减弱储层脆性。