重庆周缘下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组页岩有机质孔隙发育及演化特征

针对重庆周缘下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组2套海相页岩已经进行了规模勘探与开发,但2套页岩的产气效果却存在较大差别,其中龙马溪组页岩产气量大,稳产时间长;牛蹄塘组页岩产气量小,稳产时间短。因此,以重庆周缘龙马溪组和牛蹄塘组页岩样品为研究对象,通过有机碳含量测试、全岩XRD分析、等效镜质体反射率测试、聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）及聚焦离子束氦离子显微镜（FIB-HIM）观察,结合地层埋藏史及生烃演化史分析,对2套页岩的有机质孔隙及演化特征进行了研究。研究结果表明：2套页岩的有机质孔隙发育特征存在较大差别。龙马溪组页岩固体干酪根内有机质孔隙数量少、孔径小,连通性差;但龙马溪组页岩迁移有机质内部孔隙数量多、孔径大,连通性好;牛蹄塘组页岩固体干酪根内不发育孔隙,而迁移有机质内部孔隙数量少、孔径小及连通性差;影响2套页岩有机质孔隙发育的最重要的因素是热演化程度。牛蹄塘组页岩固体干酪根孔隙由于过度演化而大量消失,只保留少量的迁移有机质孔隙;而龙马溪组页岩由于热演化程度适中,发育大量的迁移有机质孔隙,固体干酪根只保留少量孔隙。适宜的热演化程度能够保证页岩有机质孔隙的大量发育期和生烃高峰期的耦合,为页岩气生成之后第一时间得到有效赋存提供必要的有机质孔隙。针对中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩气的勘探开发应重点寻找热演化程度适中（2.0%O<3.0%）,即分布在古隆起边缘的页岩分布区。     

渝东南地区海相页岩有机质孔隙发育特征及演化

页岩气在储层内的有效赋存及渗流由有机质孔隙决定。由此,以渝东南地区下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组高—过成熟度典型富有机质黑色海相页岩为研究对象,使用电子显微镜观察2套页岩层位的有机质孔隙结构。结果表明：龙马溪组页岩有机质孔隙主要发育在焦沥青内部,而固体干酪根内仅发育少量直径较小的有机质孔隙;牛蹄塘组页岩的焦沥青和固体干酪根均不发育有机质孔隙;2套页岩的总有机碳含量、全岩矿物组成及干酪根类型均具有相似特征,但牛蹄塘组页岩的热成熟度要远高于龙马溪组页岩,且已达到变质期,其固体干酪根和焦沥青的物理化学性质均趋近于石墨,导致其有机质内部不发育孔隙。过高的热成熟度不利于页岩中有机质孔隙的保存,所以渝东南地区下寒武统牛蹄塘组高—过成熟度海相页岩气的勘探开发应重点寻找热成熟度低于3.5%的地区。     

黔东南牛蹄塘组富有机质页岩比表面积特征

为了探寻黔东南地区牛蹄塘组页岩气吸附空间的展布规律,寻找页岩气储集的有利层段,对瓮安、余庆、镇远、三穗和天柱等地牛蹄塘组地表露头观察并系统采样,优选部分样品开展有机碳含量、热演化程度、石英含量、黏土成分和比表面积分析测试并进行相关性分析。测试结果显示：研究区有机碳平均含量为4.46%,平均热演化程度为3.16%,石英平均含量为56.64%,平均比表面积为11.88 m²/g,具有高有机碳含量和低比表面积特征。相关性分析显示研究区比表面积与有机碳含量、热演化程度以及石英含量的相关性不明显,蒙脱石含量低可能是导致研究区比表面积低的主要因素。采样点平均比表面积分布特征表明,研究区西部瓮安—余庆具有较高的比表面积,是页岩气吸附空间较有利地区。该研究成果对黔东南地区页岩气勘探寻找有利储集空间有较好的借鉴价值。     

中国海陆相页岩有机质孔隙发育特征对比——基于聚焦离子束氦离子显微镜（FIB－HIM）技术

为了明确不同成熟度的海陆相页岩有机质孔隙的发育特征,分别选取了中国中西部鄂尔多斯盆地的三叠系延长组陆相页岩、中国南方上扬子地区的下志留统龙马溪组以及下寒武统牛蹄塘组海相页岩等3组海陆相页岩样品,进行聚焦离子束氦离子显微镜（FIB-HIM）的观察实验。结果表明：延长组页岩样品的有机质孔隙发育数量较少,孔隙直径较小,有机质内部多发育微裂缝,页岩黏土矿物内部发育大量的粒间孔隙,粒内孔隙发育数量较少。龙马溪组页岩发育大量的有机质孔隙,大量较小直径的孔隙嵌套在直径较大的有机质孔隙中,增加了页岩孔隙的比表面积和孔隙连通性,有利于烃类气体在页岩有机质孔隙内的赋存及有效渗流。牛蹄塘组页岩内部发育数量最多的是粒间孔隙,有机质孔隙极少发育。有机质孔隙贡献了页岩孔隙系统的绝大部分有效赋存空间。页岩有机质孔隙的发育主要受控于热演化程度,过低的热演化程度（0.5% < R_o < 1.5%）无法形成大量的有机质孔隙及烃类气源供给;过高的热演化程度（3.0% < R_o < 4.0%）则会导致页岩有机质孔隙消失,烃类气体失去有效赋存场所而在地史过程中大量散失;适宜的热演化程度（1.5% < R_o < 3.0%）能够保证页岩有机质孔隙大量发育,有利于烃类气体在页岩储层中形成有效赋存和渗流。针对中国南方高—过成熟度海相页岩气的高效勘探开发,应寻找热演化程度适中的页岩层位。     

陕南地区牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及吸附能力

为揭示陕南地区下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及其吸附能力,采用场发射扫描电镜观察、有机地球化学分析、全岩X射线衍射、氮气吸附和等温吸附实验等方法,通过定性观察和定量表征相结合的方式,来研究该组页岩的孔隙结构类型,并探讨页岩孔隙结构和吸附能力的主控因素。结果表明：陕南地区牛蹄塘组页岩主要发育有机质孔、粒内孔、粒间孔和微裂缝等4种孔隙类型,页岩孔径为1.8～316.7 nm,BET比表面积为1.34～13.20 m²/g,平均值为6.83 m²/g,BJH吸附总孔体积为0.003～0.011 cm³/g,平均值为0.006 cm³/g;影响页岩孔隙发育的直接因素包括总有机碳含量和热演化成熟度,二者与孔隙体积和比表面积均呈正相关性;影响页岩孔隙发育的间接因素包括汉南古隆起周缘的构造运动和沉积环境,二者对牛蹄塘组页岩热演化成熟度、埋藏深度、厚度和岩性变化均具有较大影响,从而间接控制着页岩孔隙结构的发育特征;页岩吸附能力主要受有机碳含量、孔隙体积和比表面积等因素的影响,三者与甲烷吸附气量均呈正相关性。该研究结果对陕南地区寒武系页岩气资源潜力评价及选区评价均具有重要意义。     

渝东南牛蹄塘组页岩有机质特征及沉积环境研究

下寒武统牛蹄塘组页岩是四川盆地震旦系成藏的主要烃源岩,同时也是四川盆地页岩气勘探的目标层位之一。为研究富有机质页岩TOC含量在垂向上的变化规律,探讨沉积环境对富有机质页岩的控制作用,对渝东南酉阳地区牛蹄塘组页岩新鲜露头剖面进行系统野外观察、连续采样,进行有机碳、硫含量、Rock-Eval热解、有机质碳同位素、生物标志化合物、全岩X-射线衍射和黏土矿物含量等测试分析。结果表明：页岩有机碳含量分布在2.43%~9.89%之间,平均高达7.0%;有机碳同位素值分布在-32.4‰~-31.1‰之间,为典型的海相Ⅰ型干酪根;正构烷烃、萜烷以及规则甾烷的分布特征反映了泥页岩有机质低等的水生生物和菌藻类母质来源特征;富含硫和黄铁矿,且与有机碳含量呈较好正相关性,表明强还原沉积环境有利于有机质的富集;富含石英矿物,平均为61%,与有机质含量呈正相关,黏土矿物平均为17.6%,与有机质丰度负相关,表明深水陆棚相沉积环境中,越靠近深海,页岩石英矿物与有机质越富集,黏土矿物含量越少。     

川东北牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及其控制因素

海相页岩气勘探在四川盆地周缘取得重要进展。通过X射线全岩衍射、氩离子抛光扫描电镜、二氧化碳和氮气吸附实验及有机地化实验等,对川东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩的孔隙发育特征及其控制因素进行了研究。结果表明:川东北地区牛蹄塘组页岩有机质丰度较高,石英矿物和黏土矿物是主要造岩矿物;孔隙类型主要为有机质孔隙、脆性矿物粒间孔隙、黏土矿物层间缝等,有机质孔隙呈蜂窝状,在有机质内部发育,有机质孔数量较少,无机矿物孔隙以孔状、夹板状等μm级孔径为主;页岩孔容与比表面积随着有机质和黏土矿物含量的升高而变大。     

川东地区龙马溪组页岩不同岩相孔隙结构特征及其主控因素

四川盆地川东地区是中国页岩气主要产区,目前发现的页岩气主要产自五峰-龙马溪组的富泥硅质页岩,而对富硅泥质和混合质页岩研究较少。为了确定川东地区龙马溪组富硅泥质和混合质页岩的孔隙发育特征,在对龙马溪组页岩岩相划分的基础之上,通过二氧化碳吸附,氮气吸附,高压压汞以及孔隙度测定,X-衍射,场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）等实验手段,对比不同岩相页岩孔隙结构特征,研究不同岩相页岩孔隙结构的主控因素。研究结果表明：①川东地区富有机质页岩可划分为富硅泥质页岩相、硅/泥混合页岩相和富泥硅质页岩相,不同岩相页岩孔隙度范围在2.62%~5.65%;②页岩储层中孔隙体积以介孔为主,大约占总孔隙的50%~60%,其次是微孔和宏孔,大约占总孔隙的15%~20%,比表面积主要贡献来自微孔和介孔,分别占总比表面积的70%和30%;③龙马溪组页岩孔隙发育主要受有机质丰度的控制,粘土矿物含量不是控制页岩孔隙发育主要因素,高有机质丰度页岩可能由于骨架颗粒支撑较弱遭受更剧烈的压实作用使大部分孔隙消失;④高有机质丰度富泥质页岩和硅/泥混合页岩也具有较高的孔隙度,与大部分富泥硅质页岩具有相似的孔隙结构,表明富硅泥质页岩相和硅/泥混合页岩相页岩也能发育一定量的纳米级孔隙,可为页岩气赋存提供空间。     

川南ZX向斜五峰组——龙马溪组页岩孔隙特征及差异性

文中选取四川盆地南缘ZX向斜五峰组—龙马溪组下段页岩样品进行研究,系统分析了其纳米孔隙结构特征和产生差异性的主要影响因素,根据Frenkel-Halsey-Hill模型计算了页岩孔隙的分形维数。结果表明：页岩孔隙的比表面积主要受控于微孔和介孔,孔体积主要受控于介孔和宏孔,随着埋深增加,比表面积明显增大;总有机碳质量分数（TOC）与比表面积和孔体积呈正相关性,镜质组反射率（Ro）对纳米孔隙发育有积极影响,钙质硅质混合页岩的分形维数较大。总体上,TOC和Ro是影响页岩纳米孔隙发育的主要因素,钙质硅质混合页岩具有更复杂的孔隙结构,是有利于开发的优质储层。     

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。     

川南及邻区龙马溪组黑色岩系矿物组分特征及评价

依据33条露头剖面和1口钻井岩心资料,结合显微镜、背散射、扫描电镜及X射线衍射等分析方法,对川南及邻区下志留统龙马溪组下段黑色岩系矿物组分与TOC的关系进行了研究。研究认为矿物组分对其TOC有一定的影响,硅质型页岩的TOC最高,其次为黏土质型页岩,碳酸盐质型页岩TOC最低。研究区硅质型页岩最为发育,石英和黏土矿物分别以生物和碎屑成因为主,而碳酸盐矿物主要为自生类型。在有机质分布特征的基础上,根据有利烃源岩矿物组分的基本评价标准,对页岩气有利分布区进行了预测。从绥江向NE方向至石柱为页岩气有利区,其中武隆―彭水地区(I1)、赤水―习水地区(I2)、隆昌―永川地区(I3)以及绥江―水富地区(I4)为页岩气最有利区;长宁―叙永地区(II)为页岩气次级有利区。     

川南及邻区龙马溪组黑色岩系成岩作用

为了厘清成岩作用对页岩气储层的影响,以川南及邻区下志留统龙马溪组黑色岩系为主要研究对象,通过偏光显微镜、背散射和X-射线衍射分析等手段,对其成岩作用进行了研究,结合有机质的镜质体反射率(R_o)、岩石热解、伊利石结晶度等分析,划分出成岩阶段,明确了成岩演化特征。在埋藏成岩过程中,页岩气地层经历了无机和有机成岩作用的共同改造,无机作用主要为压实作用、胶结作用、溶蚀作用和交代作用,有机成岩为有机质的生烃演化作用,二者密不可分、相互影响。成岩演化已达到晚成岩阶段,主要经历了4个阶段:1快速压实阶段;2弱溶蚀-压实阶段;3弱溶蚀、胶结阶段;4弱胶结、交代阶段。受成岩作用的影响,孔隙演化可分为早期原生孔隙大量、快速丧失阶段和中晚期次生微孔隙、微裂缝形成阶段。中成岩A期的弱溶蚀、胶结阶段中的黏土矿物转化和有机质生烃的协同作用是页岩气储层发育的主要原因。     

川南下志留统龙马溪组页岩气储层特征

以单井储层地质分析为基础,结合其他钻井、露头资料和前人研究成果,从黑色页岩沉积环境与分布、岩矿组成、储集空间类型、储渗条件、力学性质等方面,对川南下志留统龙马溪组下段黑色页岩的储层特征进行了研究。初步证实该页岩储集条件与美国主力产气页岩相近,具有4项显著特征：①黑色页岩为深水陆棚相沉积,厚度大,分布稳定,广泛分布于川南及其邻区,沉积中心区厚度一般为20~135 m,其中富有机质页岩段具高伽马测井响应;②石英、长石、碳酸盐3种脆性矿物含量超过40%,黏土矿物不含蒙脱石和高岭石,具较高弹性模量和较低泊松比,质地硬而脆;③发育残余原生孔隙、有机质孔隙、黏土矿物层间微孔隙、不稳定矿物溶蚀孔等4种基质孔隙以及大量裂缝,其中有机质微孔隙和黏土矿物层间微孔隙是页岩基质孔隙的主要组成部分;④应用地球物理、老资料复查和实验室分析等手段初步证实,川南龙马溪组页岩存在异常高压特征,物性好于预期。总体认为,川南龙马溪组黑色页岩具备页岩气勘探开发的良好储集条件。     

渝西地区龙马溪组深层页岩矿物特征及其储层地质意义

四川盆地的页岩气资源勘探开发迅速向深层页岩拓展,明确深层页岩储层工程性质的影响因素对精准选层、施工、降低开发成本意义重大.该文采用显微薄片观察、X射线衍射(XRD)等手段对Z-2井龙马溪组深层页岩储层矿物组分展开定性-定量研究,结果表明,龙马溪组矿物组分类型整体较为稳定,不同层段的矿物含量和矿物赋存状态均存在显著的非均...     

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。     

渝东南—黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩裂缝发育特征与主控因素

依据渝东南—黔北地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩露头、岩心、薄片和扫描电镜下裂缝系统的观察描述、特征参数和对应样品分析测试数据,深入分析并探讨了牛蹄塘组页岩裂缝的发育特征与主控因素及其对页岩含气性的影响。结果表明:牛蹄塘组页岩中发育不同类型的宏观裂缝和微裂缝,宏观裂缝以构造缝为主,主要为高角度的剪切缝、张剪性裂缝、压扭性裂缝及低角度滑脱缝;微裂缝主要为非构造成因的层间缝、粒间缝和粒内缝。岩心中宏观裂缝大部分被充填,充填物主要为方解石、泥质及黄铁矿。裂缝的发育主要受构造应力及构造部位、有机质含量、矿物成分及含量、岩性与岩石力学性质等多种因素的影响,其中构造因素是裂缝发育最主要的控制因素,脆性矿物与有机质含量对页岩岩石力学性质与裂缝的发育具有重要影响。在良好保存条件下,裂缝的发育对牛蹄塘组页岩含气性与渗透性均具有贡献,而对渗透性的改善是其最主要的贡献。压扭与滑脱性裂缝缝面糜棱状矿物内部孔隙、裂缝发育,有效改善了页岩的孔渗能力。裂缝中方解石、石英等充填物内部发育开启的次级裂缝和溶蚀孔缝亦增加了充填裂缝的有效性。     

四川盆地焦石坝地区龙马溪组海相页岩储层非均质性特征

以四川盆地焦石坝地区下志留统龙马溪组海相页岩为研究对象,综合利用全岩X衍射、薄片鉴定、阴极发光、氩离子抛光扫描电镜、高压压汞-气体吸附联测、核磁孔隙度等实验数据,开展不同岩相储层特征差异性研究。研究结果揭示：（1）焦石坝地区龙马溪组海相页岩岩相主要分为硅质类页岩、混合类页岩和黏土类页岩;（2）硅质类页岩有机孔隙非常发育,混合类页岩和黏土类页岩中无机孔隙较为发育,其中黏土类页岩有机孔隙发育程度较弱;（3）不同页岩岩相非均质性特征显著。总有机碳含量、孔隙度、孔隙体积、比表面积和含气量方面,硅质类页岩最为发育,黏土类页岩发育程度最低,混合类页岩介于两者之间;（4）硅质类页岩沉积期古生物繁盛有利于有机质富集和有机质孔隙发育,混合类页岩和黏土类页岩分别受底流和陆源碎屑沉积作用影响,总有机碳含量较低且有机质孔隙相对欠发育。