四川盆地及其周缘下寒武统筇竹寺组细粒沉积特征与影响因素

四川盆地及其周缘下寒武统筇竹寺组页岩气资源丰富,已成为盆地重要的页岩气开发层段之一。受控于复杂的沉积格局,该区筇竹寺组粉砂质页岩纵向储层的岩相多样,非均质性强,制约了页岩气勘探和开发,因此亟需对其沉积特征、沉积相带和沉积模式开展研究。基于前期构造、层序地层研究认识,通过对矿物岩石、钻测井、地球化学和古生物等主要资料开展精细分析,明确四川盆地及其周缘早寒武世为海洋—古陆联合影响、水体深度中等、还原作用普遍发生的沉积背景,认为筇竹寺组主要沉积于滨岸相和陆棚相,并以陆棚相为主体,包括浅水陆棚亚相和深水陆棚亚相。通过对波浪和潮汐联合作用、海水蒸发作用、悬浮作用、上升洋流以及沉积古地貌等细粒沉积影响因素开展分析,结合沉积物空间分布特征,建立了四川盆地及其周缘筇竹寺组细粒岩沉积模式,即沉积初期差异沉降作用显著,层序厚度变化大,不同地区沉积特征及影响因素差异较大;沉积中期差异沉降作用不断减弱,层序厚度差异持续减小;沉积末期稳定沉降,进入“广盆”阶段,层序厚度趋于一致。     

川东北下寒武统筇竹寺组稀土元素特征及其地质意义——以南江杨坝剖面为例

筇竹寺组是四川盆地重要的页岩气产层。为了揭示筇竹寺组优质烃源岩层段形成时期的物源区构造背景、物源特征及其沉积环境,选择四川盆地南江杨坝剖面出露较完整的下寒武统筇竹寺组系统采样,并对样品中稀土元素及微量元素进行分析。稀土元素分布模式及参数特征指示：整体上筇竹寺组物质来源较为一致,沉积物源区处于被动大陆边缘构造背景条件下,母岩以沉积岩和花岗岩混合为主,其中底部碳质页岩形成时期陆源碎屑中黏土矿物含量多。δCe与V/Cr参数指示：筇竹寺组底部形成于厌氧的水介质环境,中部—上部地层沉积时期属于贫氧—弱氧化的环境。     

上扬子地区下寒武统高演化页岩微观孔隙特征

为揭示高演化页岩储层微观孔隙特征及储集性能,采用全岩X-射线衍射、有机碳测定、氦气孔隙度测试、低温氮气吸附、高压压汞-吸附联合测定及氩离子抛光-扫描电镜等多种技术方法,开展了上扬子地区下寒武统高演化页岩微观孔隙结构、类型及其特征研究。结果表明：页岩比表面积介于0.46~34.70m²/g之间,平均为12.36 m²/g,总孔容介于（0.43~11.29）×10^-3cm³/g之间,平均为4.65×10^-3cm³/g,孔径以小孔（2～10nm）为主,其次为中孔（10～50nm）,小孔孔容、TOC与比表面积呈正线性关系;页岩发育有机质孔、粒间孔、粒内孔、黏土矿物层间孔、黄铁矿晶间孔、构造微裂缝及成岩微裂缝7种孔隙类型,其中微裂缝全区普遍发育,四川盆地内部以粒间孔、黏土矿物层间孔及有机质孔为主,四川盆地之外仅发育有机质孔,形态以不规则形、狭缝形为主,无机矿物质孔欠发育,认为两者孔隙类型的差异与有机质含量高低密切相关。     

四川盆地及其周缘下寒武统麦地坪组-筇竹寺组层序充填和演化模式

四川盆地及其周缘下寒武统筇竹寺组页岩气资源丰富，是重要的页岩气产气层段之一。由于该套地层埋藏深、资料少且地质条件复杂，对其开展的层序地层研究较为薄弱，这严重制约了后续研究和生产。首先对四川盆地及其周缘早寒武世构造-沉积背景开展研究，在此基础上结合岩性、颜色、测井曲线、微量元素、古生物和地震反射同相轴等特征，对麦地坪组-筇竹寺组层序地层开展研究，提出层序划分思路，将麦地坪组-筇竹寺组从下往上依次划分为4个Ⅲ级层序。进而厘清层序地层空间分布规律，建立受全球板块张性活动控制的四川盆地及其周缘麦地坪组-筇竹寺组“早期窄盆差异沉积，后期广盆稳定分布”的层序演化模式。该演化模式对深化认识四川盆地寒武纪构造-沉积格局、推动沉积成藏等地质研究及促进深部页岩气勘探开发具有一定意义。     

川南地区下寒武统筇竹寺组页岩储层特征

根据川南地区绵阳-长宁拉张槽3口井的源储实验资料研究表明,川南地区筇竹寺组具有有机质丰度高、富有机质页岩厚度大、演化程度高、高脆性等特征,经历多期构造运动改造,B1井区保存条件较好。微观储集空间分为有机孔、无机孔(黏土矿物晶间孔、脆性矿物粒间孔、粒内溶蚀孔及黄铁矿晶间孔)和微裂缝(构造微缝、成岩收缩缝和溶蚀缝)3大类,并可进一步细分为9种类型,孔隙形态表现为细颈墨水瓶广体孔含少量狭缝形孔和平板、楔形缝2种结构,孔径分布复杂,以中孔为主,少量微孔及大孔。优质页岩孔容、BET比表面积较大,为页岩游离气及吸附气提供良好的储集吸附空间。其孔隙类型与分布特征的差异主要受有机碳含量、成熟度、成岩作用、孔隙流体压力的控制。     

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。     

四川盆地及其周缘下寒武统沧浪铺组下段岩相古地理特征

川中—川北地区的风险探井角探1井、蓬探1井、川深1井在下寒武统沧浪铺组钻遇厚层鲕粒白云岩,测井解释气层厚17 m,证实了盆地内沧浪铺组发育优质滩相白云岩储层,可形成气藏。为了明确颗粒滩分布范围,需对沧浪铺组,特别是其下段岩相古地理特征进行研究。通过钻井、野外剖面及区域地质调查资料的统计,系统性编制单因素图件,综合分析认为沧浪铺组总体表现为西部古隆起区薄、裂陷区及盆地边缘厚、东南缘盆地相地层薄的特点,下段沉积在德阳—安岳裂陷中南部地区厚度较大。沧浪铺组下段可分为6种沉积相,自川西向黔东南地区依次为三角洲相、碎屑潮坪相、台洼相、碳酸盐岩台地、斜坡相及盆地相。最有利的储集相带是碳酸盐岩台地相中的高能颗粒滩亚相,经白云化作用更有利于形成规模储层,主要发育在川北—川中地区。经历早期、晚期加里东运动,川北—川中地区具备形成优质储层的条件,是最有利的勘探区域。     

川南下寒武统筇竹寺组页岩气形成条件及资源潜力

利用四川盆地南部地区最新钻探的井下资料、周边露头地质调查资料及大量样品的分析测试结果,从富有机质页岩区域展布、地球化学特征、岩石储集特征、含气性等方面研究川南地区下寒武统筇竹寺组页岩气形成条件与资源前景。研究区筇竹寺组有机质含量高(TOC值为0.55%～25.70%,平均值大于2%),页岩有效厚度大(黑色页岩厚60～300 m),脆性矿物含量较高(大于40%),页岩中发育丰富的纳米—微米级孔隙和微裂缝,含气量高(页岩含气量0.27～6.02 m3/t,平均1.90 m3/t),有利于页岩气的形成与富集。钻井过程中筇竹寺组气显示频繁并获得了工业性突破,是目前中国最有利的页岩气勘探开发层系之一,综合对比研究认为威远、叙永—筠连地区是研究区内筇竹寺组页岩气勘探开发最有利的地区。图4参23     

四川盆地下寒武统筇竹寺组烃源岩有机质差异富集机制与天然气勘探领域

四川盆地以下寒武统筇竹寺组为烃源岩的海相高演化天然气系统是全球这一领域的一个典范,为进一步深化地质理论认识,拓展勘探领域,针对当前川中、川东北2个热点勘探区块,通过地球化学方法,从古生产力、氧化还原条件、陆源输入三方面入手,对不同区域该套烃源岩质量及其有机质富集机制展开了差异对比研究,探讨了天然气勘探领域。结果表明：川中GS17井、ZJ2井所在的裂陷槽内深水陆棚相烃源岩有机碳含量整体高于川东北小洋坝浅水陆棚相烃源岩,两者有机质富集均主要受控于氧化还原环境;川中烃源岩形成于缺氧环境,相较于川东北烃源岩所形成的贫氧环境更有利于有机质的保存;川东北烃源岩形成过程中陆源输入对有机质的稀释作用尤为显著,烃源岩质量不如川中烃源岩。筇竹寺组天然气系统的勘探仍需围绕裂陷槽及周缘展开,同时盆地周缘的深水陆棚地区也值得加以重视,且常规与非常规天然气资源并重。     

四川盆地下寒武统九老洞组页岩气勘探

四川盆地下寒武统九老洞组岩性主要为暗色页岩夹粉、细砂岩等,特别是盆地西部厚度大、有机质丰富、生气强度大,以往一直都只认为是一很好的生油层。近年来由于页岩气理念的引入,开始认识到页岩既是生油层,也是储层,有粉、细砂岩、甚至砂岩夹层的参与,可使已生成的天然气在气源层就近聚集成藏。经过对全盆地九老洞组泥页岩在以往研究的基础上,进一步研究其天然气的形成与演化、运移和成藏后,认为勘探的有利区块主要是威远区块,其生气强度达230×108m3/km2,紧邻其下的震旦系灯影组也是一生油层并不断地供应其天然气,且其上覆间接盖层奥陶系—志留系的泥页岩封盖良好。其次是盆地北部川陕边境的南江区块,生气强度达(30～60)×108m3/km2,该区块地面已出露九老洞组岩层,其最大特点是埋藏浅,投资小,既省人力、物力和时间,而且验证也快。     

四川盆地下古生界页岩气资源前景预测

以石油地质学、油气地球化学等理论为依据,对四川盆地下古生界下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组富含有机质的暗色泥页岩的发育及分布作了分析。利用暗色泥页岩沉积厚度、总有机碳含量、有机质类型以及有机质成熟度4个指标对页岩气资源进行了初步评价,发现筇竹寺组和龙马溪组拥有巨厚的泥页岩沉积、较高的有机碳含量、良好的有机质类型以及十分重要的过成熟条件,从而推断出研究区具有丰富的页岩气资源,并进一步划分出研究区页岩气聚集的有利勘探区带。     

川北地区下寒武统龙王庙组混积特征及其对储层的影响

通过露头观察及室内薄片鉴定,将川北地区下寒武统龙王庙组混合沉积分为潮坪相相缘Ⅰ型、滩间海相相缘Ⅱ型、颗粒滩相相缘Ⅲ型及开阔海相事件Ⅰ型、开阔海相事件Ⅱ型混积。混积作用最强的潮坪相相缘Ⅰ型主要分布于龙王庙组底部、中部和顶部;而横向上,相缘型混积主要分布于西侧靠近陆源区的内缓坡地区,事件型混积主要分布于东侧远离陆源区的中（外）缓坡地区。川北龙王庙组整体表现为混积作用背景下北西—南东向碳酸盐岩缓坡沉积。混合沉积不利于颗粒滩的原始沉积,且较强混积作用减弱颗粒白云石之间的胶结作用,使得颗粒间抗压实效应降低,不利于原始孔隙的形成和保存;同时,石英稳定性较强,在酸性环境下难以发生溶蚀作用,降低了成岩中—晚期有机酸对储层的改善效果。川北地区龙王庙组不具备发育大规模颗粒滩叠加溶蚀型优质储层的地质条件。     

四川盆地及其周缘下寒武统页岩气聚集条件

在对重庆市秀山县溶溪和四川省南江县小两等15处下寒武统黑色页岩的露头观察和取样分析基础上,研究了四川盆地及其周缘下寒武统黑色页岩的沉积相、分布、有机质类型及含量、成熟度、孔隙度和含气量等页岩气聚集条件。与美国主要产气页岩相比,这些页岩具有厚度大、有机碳含量高、成熟度高和含气量高等特点,具备页岩气藏发育的良好地质条件。四川盆地及其周缘下寒武统页岩气藏最有利发育区位于川南-黔北-黔中、鄂西-渝东和川东北地区,并分析了各有利区的泥岩、页岩具体指标。根据实测含气量,采用体积法计算研究区下寒武统页岩气资源量为（3.3~11.4）×10¹² m³,中值为7.4×10¹² m³。