中国中上元古界页岩气地质特征及有利区预测

作为中国沉积最早的地层,中、上元古界页岩气发育的地质条件和资源分布值得重视。通过文献调研、野外地质研究和实验分析相结合的手段,对页岩的分布、厚度和地球化学等特征及页岩气有利区进行了系统的分析。中、上元古界页岩主要分布在中上扬子地区的陡山沱组和燕山地区的洪水庄、下马岭组等地层中;沉积环境为大陆架和局限海相盆地内,分布相对稳定,沉积连续,厚度从20m到150m不等。页岩的地球化学指标较好,有机质类型以腐泥型为主,有机质丰度受控于沉积环境,TOC>2%的地层普遍发育。扬子地区中、上元古界页岩达到高-过成熟阶段,华北北部地区和建昌盆地略低,目前仍处于生烃高峰期。从页岩气聚集的地质条件上看,中国中、上元古界页岩气具有一定的资源潜力,湘鄂西和渝东南地区的陡山沱组、华北北部地区和建昌盆地的洪水庄组是页岩气发育较好的地区和层段,其勘探前景值得关注。     

中国页岩气勘探领域和发展方向

我国油气对外依存度较高,勘探开发页岩气是缓解能源和环境压力的重要途径。尽管我国页岩气在短时间内已经取得了一系列重大进展,但目前仍然处于勘探发展方向选择的"十字路口"。为此,系统梳理了我国页岩气地质条件的特殊性,结合页岩气成藏机理研究成果,指出了我国不同领域的页岩气勘探方向。研究结果表明:(1)中国页岩气勘探可分海相、陆相及海陆过渡相3大基本领域,华北、扬子及塔里木3大板块页岩气地质特点各异,构造沉积演化、页岩生气成藏、后期改造破坏等多因素相互作用,形成了中国页岩气地质分布的复杂性及勘探领域的多样性;(2)海相页岩有机孔缝发育,奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩仍将是未来一段时间内页岩气勘探的主体,扬子地区的寒武系牛蹄塘组和震旦系陡山沱组、滇黔桂地区的泥盆系罗富组和石炭系旧司组、华北地区的蓟县系洪水庄组和中元古界下马岭组等可以作为页岩气勘探战略突破的对象;(3)大中型陆相盆地的构造深部位和斜坡部位、中小型盆地的沉降—沉积中心是陆相页岩气勘探的两大主要方向,页岩层理缝和粒间孔发育,多类型有机质与热演化程度的匹配常使得页岩油、页岩气共生,将成为陆相页岩气进一步探索的重要领域;(4)海陆过渡相页岩主要形成于晚石炭世—二叠纪,页岩与砂岩、泥岩、煤层及碳酸盐岩地层之间的旋回组合特点明显,页岩中成岩裂缝发育,较好的构造保存条件与成岩保存条件是该类型页岩气富集的两大要素,潮坪—潟湖沉积体系和三角洲沉积体系、大中型叠合盆地和中小型残留盆地,以及盖层发育且构造保存条件好的深层是海陆过渡相页岩气勘探的有利方向。     

华北地区北部中—上元古界泥页岩储层特征及页岩气资源潜力

中国页岩气资源丰富,已取得了南方下古生界海相页岩气和中生界陆相页岩气勘探开发的突破,但对于华北地区分布广泛的中—上元古界古老泥页岩,前人对其烃源岩特征开展了较多研究,作为页岩储层研究还是空白。对天津蓟县地区中—上元古界串岭沟组、洪水庄组、下马岭组泥页岩,通过全岩及黏土矿物X射线衍射分析、地球化学分析、压汞、氮气和二氧化碳气体吸附分析,结合环境扫描电镜(ESEM)及场发射扫描电镜(FESEM)观察,进行了储层黏土矿物组成、TOC含量、成熟度、孔隙类型特征及评价研究,结果显示:样品矿物成分以石英和黏土矿物为主,其中石英含量20.3%~52.3%,黏土矿物含量38.4%~54.1%,TOC含量从0.008%~3.440%不等,Ro值范围为1.44%~3.01%,样品整体孔隙较发育,孔隙类型主要包括粒间孔及粒间溶孔、有机质边缘孔、粒内孔及粒内溶孔、黏土矿物晶间孔等,3个岩组泥页岩对比分析认为洪水庄组页岩储层最好,其次是下马岭组和串岭沟组。     

河北省北部富有机质页岩的页岩气潜力研究

为满足当前国内页岩气勘探开发需求,亟需完善富有机质页岩勘探开发理论。以河北省北部富有机质页岩样品为依托进行岩石热解、XRD全岩矿物分析、扫描电镜、甲烷等温吸附等实验,以期探明研究区古老地层富有机质页岩的页岩气潜力。研究发现：研究区下马岭组和洪水庄组烃源岩发育较好,有较好的生排烃潜力;页岩孔隙特征整体复杂,储层物性为低孔低渗,富集储存条件较好。又创新性研究了页岩含气性与岩相类型的关系,结果表明层状页岩含气性优于块状页岩。该研究成果丰富了页岩气富集理论,并指明了研究区富有机质页岩的页岩气勘探开发潜力较大,可为下一步有效开发提供理论指导。     

胶莱盆地水南组页岩气成藏条件与勘探方向

胶莱盆地是中国东部典型的中生代断陷盆地,陆相湖盆背景下沉积的水南组发育较厚的富有机质泥页岩,是页岩气成藏的有利区,分析其成藏条件对于明确该区页岩气下一步勘探方向具有重要意义。鉴于此,文中依据页岩气成藏的重要参数,以野外调查资料为基础,结合室内多种测试手段,从沉积环境、泥页岩分布、有机质丰度及类型、有机质成熟度、孔裂隙特征、矿物组分以及含气性等7个方面与鄂尔多斯盆地延长组7段泥页岩进行页岩气成藏地质条件对比,并采用综合信息叠加法进行勘探目标区预测。结果表明,研究区莱阳凹陷西南部、夏格庄洼陷中部和诸城凹陷北部具备页岩气富集成藏的条件,可作为下一步页岩气有利勘探目标。     

四川盆地下志留统龙马溪组页岩气成藏条件及有利地区分析

四川盆地下志留统龙马溪组发育富含有机质页岩。作为页岩气的源岩,该套页岩在盆地内分布广泛,厚度大,有机质含量高,有机质类型好,热演化程度高,生气潜力大;作为储层,页岩中孔隙和裂缝发育,为页岩气提供了充足的储集空间,并且等温吸附实验也表明,页岩具有较强的气体吸附能力;由于页岩的致密性及抗构造破坏性,本地区构造条件满足页岩气成藏要求。多口井下志留统页岩的气测显示也为页岩气的存在提供了有利证据。根据页岩厚度、有机碳含量、热演化程度和生烃强度等信息,预测宜宾-自贡-泸州一带及达州-万县一带为页岩气的有利勘探区域。     

渝页1井地质背景及钻探效果

我国南方海相页岩分布广、厚度大,有机质丰度高、热演化程度高,由于地质及地形条件复杂、含气性变化大,页岩气资源潜力有待查明。位于重庆市彭水县境内的页岩气取心井——渝页1井揭示了高陡构造带上黑色页岩及其中的含气特点。该井钻揭下志留统龙马溪组黑色页岩层系地层厚度为225.78 m(未穿)。实验分析结果表明:该井龙马溪组黑色页岩具有有利的页岩气成藏条件及典型的浅层页岩气特点,有机碳含量平均达到了3.7%,有机质成熟度(Ro)平均为2.04%。黑色页岩中裂缝及微孔隙发育,储集空间包括了黏土矿物粒间微孔隙、页理间孔隙、溶蚀孔隙、成岩微裂缝及构造裂缝等。实验计算龙马溪组黑色页岩含气量介于1.0～3.0 m3/t。研究表明,渝页1井所揭示的下志留统龙马溪组和上奥陶统五峰组暗色页岩分布广泛,页岩气资源潜力大。     

四川盆地二叠系海陆过渡相页岩气地质条件及勘探潜力

上二叠统龙潭组海陆过渡相泥页岩是四川盆地重要的烃源岩层系,前期的研究工作主要集中于烃源岩评价,而针对页岩气成藏方面的研究则较少。为此,通过对龙潭组取心井——东页深1井分析测试结果的解剖,结合邻区的钻探成果,对龙潭组富有机质泥页岩的分布特征、地化特征、储层特征、含气特征及顶底板条件等进行了研究,并与具有相似沉积背景且已获得良好页岩气显示的页岩层系展开了对比分析,明确了龙潭组页岩气形成的地质条件及勘探潜力。研究结果表明:(1)川东南地区龙潭组海陆过度相富有机质泥页岩发育,厚度大于40 m、脆性矿物含量较高、孔隙度较高、有机碳含量高、热演化程度适中、含气性较好,具备页岩气形成的有利地质条件;(2)较之于国内外其他已获得良好页岩气显示的海陆过渡相泥页岩,川东南地区龙潭组孔隙度、有机碳含量、有机质成熟度、含气量等关键参数更优;(3)有机质类型是影响龙潭组泥页岩中有机质孔隙发育程度的主要因素,页岩气勘探选层应避开煤层富集段。结论认为:在综合考虑富有机质泥页岩发育程度及夹层厚度、埋深、保存等条件下,綦江—赤水一带是四川盆地龙潭组海陆过渡相页岩气勘探的最有利地区。     

河北省北部页岩样品纳米级孔隙结构及其影响因素

页岩孔隙结构影响到页岩气资源前景乃至后期开发工程,其中纳米级孔隙是主要研究对象。采集不同层系23件黑色页岩样品,对其物质组成和小于100nm孔隙的结构进行测试。结果显示:石炭系—二叠系山西组、太原组样品的总有机碳(TOC)平均含量低于上元古界洪水庄组和下马岭组样品,黏土矿物含量普遍高于洪水庄组和下马岭组并含有大量高岭石,平均孔比表面积和孔容由高到低依次为洪水庄组、下马岭组、山西组和太原组。黏土矿物含量、种类和TOC均显著影响到页岩的孔隙结构:在TOC2%、2%~4.58%和4.58%3个分布段,页岩样品孔比表面积和孔容与黏土矿物含量之间分别呈正相关关系,与TOC含量呈负相关关系;当TOC含量4.58%时,TOC含量变化对孔隙结构的影响更为明显;而当TOC含量2%时,黏土矿物含量和种类对孔隙结构的影响更为明显,其中以伊利石含量的影响为主,高岭石含量的影响较小。发现TOC含量/黏土矿物含量之比与孔比表面积和孔容的相关性良好,指示与有机质丰度增高引起的孔比表面积和孔容变化相比,黏土矿物含量增高对孔隙结构的改善效应更为明显,两者的分布关系也是孔隙结构的重要指示影响因素和表征。研究认为,山西组和太原组页岩孔隙结构受黏土矿物特征影响较大,下马岭组和洪水庄组页岩孔隙结构则更多地受到TOC含量的影响。     

建昌盆地中新元古界石油地质条件研究

以建昌盆地中新元古界作为研究对象,首先系统地分析了地化数据,明确了洪水庄组暗色泥岩是主力烃源岩,围绕主力源岩存在洪水庄组—雾迷山组及洪水庄组—铁岭组—下马岭组2套有利生储盖组合。其次根据构造特征及其演化、油气包裹体的产状、光学特征和均一温度判定中新元古界存在多期油气充注,后期油气充注很重要。最后分析了研究区勘探潜力,指明了汤神庙断块区、杨树沟逆冲断裂与九佛堂逆冲断裂的上盘、木头城子断块、老爷庙断鼻4个勘探有利区。建昌盆地中新元古界原生油气藏勘探对于开拓辽河油田新的勘探领域具有重要意义。     

冀北坳陷中元古界洪水庄组页岩油勘探前景探讨

为评价冀北坳陷中元古界洪水庄组页岩油勘探前景,对钻井岩心和露头剖面典型样品开展热解、基质孔隙度与渗透率、压汞+氮吸附、氩离子抛光+扫描电镜、X衍射全岩矿物等分析,综合前人分析与研究成果,剖析了洪水庄组页岩油形成条件,估算了页岩油资源潜力并探讨勘探前景。冀北坳陷洪水庄组中部潟湖相黑色泥页岩厚度主要介于35～55 m,有机质类型以Ⅱ₁、Ⅱ₂型为主,为一套富有机质的好—极好烃源岩,等效镜质体反射率处于0.80%～1.25%;基质孔隙度主要介于1.0%～8.0%,基质渗透率介于(2～100)×10^-6μm²,孔隙以孔径大于50 nm的无机孔缝为主;恢复后热解游离烃S₁主要介于1.60～6.50 mg/g,残余气态烃介于0.13～0.24 m³/t,具有较好的含油气性;脆性矿物含量平均介于61.9%～72.3%,具备良好的可压裂改造性。冀北坳陷洪水庄组富有机质页岩型页岩油地质资源量约为12×10⁸ t,可采资源量为0.72×10⁸     

贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析

贵州在地质历史时期长期处于海洋沉积环境,特别是缺氧沉积环境发育,形成多层位黑色泥页岩。根据黑色泥页岩分布范围及厚度,主要划分出震旦系陡山沱组、下寒武统牛蹄塘组、奥陶系五峰组、下志留统龙马溪组、中泥盆统罐子窑组-火烘组、下石炭统大塘组、二叠系栖霞组-龙潭组。页岩气烃源岩具有层位多\,厚度大\,有机质含量高,成熟度高等特点。同时,根据页岩气烃源岩分布、厚度、有机质含量、成熟度等综合分析,划分出有利的页岩气成藏区,即武陵褶皱、黔中-黔北、南盘江紫云-册亨页岩气有利发育区,并认为南盘江坳陷的册亨-望谟一带是最有利的页岩气勘探远景区。     

下扬子地区下寒武统荷塘组泥页岩地质特征与勘探前景--以浙西江山-桐庐地区为例

以往研究认为下扬子地区下寒武统暗色泥岩热演化程度普遍过高,制约了油气成藏,最新野外调查发现在浙西江山-桐庐地区存在热演化程度相对较低的区域。围绕该相对低值区域,以浙西区域地质调查资料、最新钻探的井下资料分析结果为基础,分析了江山-桐庐地区下寒武统荷塘组地质地化特征及页岩气勘探前景。该区荷塘组处于有利沉积相带内(深水盆地-陆棚相),具有沉积厚度大、有机质丰度高、热演化程度相对较低、脆性矿物含量高、黏土矿物含量适中、微孔隙微裂缝较发育等特点,认为该区具有较好的成藏物质基础。并以"高中找厚"(寻找高有机质丰度泥页岩沉积较厚区域)、"高中找低"(在普遍高热演化程度环境中寻找较低值区域)、"强中找稳"(在强构造背景中寻找地层稳定、埋藏较深区域)为原则,同时避开岩体以及岩浆活动较强烈的区域,优选出常山-开化地区为页岩气有利勘探区。     

四川盆地石柱地区自流井组页岩气成藏条件与勘探前景

为研究四川盆地石柱地区自流井组页岩气的成藏条件,开展了野外地质露头调查、岩心观察、有机地球化学分析、X射线衍射测试、物性分析和扫描电镜观察等工作。结果表明：①石柱地区自流井组东岳庙段形成于半深湖相,岩性以泥页岩为主,厚度为30～95 m。②目的层泥页岩具有“有机质丰度高、热演化程度适中”等特征,TOC质量分数多为0.49%～2.02%,R_o平均为1.27%,脆性矿物质量分数平均为58.8%。③岩石中吸附气含量较高,质量体积平均为2.78 m³/t,且埋深适中,具有良好的勘探前景。④采用叠合法预测出石柱地区桥头坝—建南—上水坝一带为页岩气勘探的有利区,通过计算可以获得研究区页岩气地质资源量约为3 905亿m³。该研究成果可为四川盆地石柱地区自流井组页岩气勘探提供借鉴。     

湖北西部上二叠统大隆组页岩气资源潜力评价

湖北宜昌秭归地区寒武系及前寒武系页岩气的勘探突破,显示出湖北西部地区良好的页岩气勘探前景。湖北西部地区是目前湖北省页岩气勘探开发的重点区域,也是最有可能实现页岩气商业性突破的地区。通过野外剖面测量与对比、老井复查、泥页岩样品的地球化学和含气性分析认为：湖北西部建始-鹤峰地区上二叠统大隆组主要发育台盆沉积环境,沉积的黑色页岩有效厚度达30 m左右,且成烃物质基础良好;大隆组页岩气钻井现场解析气质量体积均超过2 m³/t,泥页岩样品等温吸附实验模拟测定的页岩气质量体积均值达2.58 m³/t,显示出良好的页岩气勘探前景。湖北西部二叠系大隆组是湖北省最有可能成为继秭归地区寒武系及前寒武系页岩气勘探示范区之后又一页岩气勘探示范区,有望揭开湖北省页岩气勘探开发的新局面。     

四川盆地海相页岩气富集条件及勘探开发有利区

历经十余年探索实践,四川盆地海相页岩气勘探取得了一系列进展,锁定五峰组—龙马溪组为最有利产层,提出了一批页岩气富集高产理论,形成了集地质评价、开发优化、优快钻井、体积压裂、工厂化作业、清洁开发等为一体的勘探开发技术,探明了万亿立方米级储量的页岩气大气田。时值中国页岩气勘探发展的重要节点,回顾四川盆地海相页岩气勘探开发历程、梳理五峰组—龙马溪组页岩气在地质条件与富集规律上的成果认识、展望四川盆地海相页岩气勘探的重点接替领域,对推进盆地海相页岩气的勘探开发有积极意义。(1)四川盆地海相页岩气勘探开发经历了4个阶段：评层选区找目标阶段;浅层至中—深层先导试验阶段;浅层至中—深层示范区建设阶段;浅层至中—深层上产、深层评价、常压页岩气评价、立体开发评价、超深层和新层系探索阶段。(2)四川盆地五峰组—龙马溪组的沉积条件优越,深水陆棚相高有机质含量页岩呈连续稳定分布;页岩气主要赋存在有机孔隙中,页岩储层在纵向上集中发育,连续厚度大;川南地区和川东南涪陵区块的构造相对简单,气源持续补给、远离古/今剥蚀区和大型断裂逸散区是页岩气富集保存的有利区;目前,五峰组—龙马溪组的页岩气资源量为33.19×10<...     

河北宽城北杖子地区下马岭组沉积相特征

河北宽城北杖子地区新元古界青白口系下马岭组为一套碎屑岩沉积,主体岩性为深色页岩,氧化物的含量及组合的变化,在一定程度上指示了沉积环境的变化。通过对氧化物的含量变化情况进行分析,发现其值随沉积相区带的变化呈明显的变化规律;通过对该地区下马岭组野外实测资料,室内地球化学化验分析资料进行研究分析,认为该地区下马岭组沉积相为无障壁型海岸相和浅海陆棚相,可进一步划分为滨岸亚相和滨外陆棚两个亚相及前滨带、近滨带和陆棚泥三个微相类型,并总结了下马岭组的沉积相模式。     

鄂西宜昌地区页岩气成藏地质特征

通过分析鄂西宜昌地区页岩气的地质特征，探讨了页岩气成藏的控制因素。结合黄陵隆起的构造演化特征将鄂西宜昌地区的演化划分为刚性基底形成、盖层沉积、隆升改造3个阶段。鄂西宜昌地区受构造演化的控制，其震旦系陡山沱组、寒武系牛蹄塘组和上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组3套页岩在沉积期主体处于相对深水的沉积环境，与四川盆地内部陡山沱组、筇竹寺组和龙马溪组3套页岩具有相同的沉积背景和组成特征，具备形成页岩气的物质条件。基于已发现气藏的解剖，从保存条件和热演化过程2个方面分析了黄陵隆起在鄂西宜昌地区3套页岩气成藏过程中的关键控制作用。鄂西宜昌地区古老刚性隐伏隆升基底的形成时间早、分布广、抗挤压能力强、隆升时间晚且持续时间长，其上覆寒武系、震旦系和上奥陶统-下志留统古老页岩层系的深埋时间短、热演化程度相对较低、构造稳定、保存条件好，为页岩气的成藏提供了良好的地质条件。     

冀北坳陷郭杖子单斜带中上元古界成藏条件分析

冀北坳陷发育巨厚的中上元古界地层。地表油苗丰富,发现多个古油藏,说明该区已有油气成藏过程,郭杖子单斜带发育洪水庄组灰黑色页岩和铁岭组黑色灰岩2套好的有效烃源岩,有机质质量分数0．5％-4．58％,镜质体反射率1．07％～1．10％。铁岭组中下部的高角度裂缝白云岩和雾迷山组上部晶白云岩和叠层石白云岩是该区主要储层,储集空间主要是裂缝和溶洞．并发育与这2套储层有关的2套生储组合：洪水庄组生-雾迷山组储、洪水庄组生-铁岭组储。主生烃期、构造格局定型期、构造裂缝和溶孔溶洞的形成期都在白垩纪中后期。高角度裂缝遮挡油气是该区油气能成藏的最重要的条件。