四川盆地及周缘下寒武统富有机质页岩孔隙发育特征

四川盆地及周缘下寒武统富有机质页岩分布范围广、厚度大,是页岩气勘探的重要接替层位。以多口重点钻井岩心资料为基础,利用扫描电镜、氮气吸附等实验分析方法,对下寒武统富有机质页岩的孔隙类型、孔隙结构等进行系统研究,并探讨了下寒武统富有机质页岩孔隙发育的主要控制因素。结果表明：不同地区的下寒武统富有机质页岩孔隙发育存在显著的差异,孔隙度与TOC含量之间关系复杂,受到有机质组成和热成熟度的影响,主要表现为有机质组成和热成熟度控制了有机孔的发育。下寒武统富有机质页岩孔隙结构多样,且不同成熟度的页岩具有不同的孔隙结构,随着热成熟度的增加,页岩微孔消失、孔容和比表面积均减小。热成熟度是四川盆地及周缘下寒武统页岩气勘探与评价的最重要参数之一。     

中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩气高效勘探开发储层地质参数

近年来对中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩气进行了大规模勘探开发,但效果并不理想,只有四川盆地井研-犍为及湖北宜昌地区钻井见商业气流。为了明确四川盆地周缘牛蹄塘组页岩气勘探开发失利原因并为后续高效勘探开发提供储层地质参数指标,在此次研究中,采用有机碳热解分析、等效镜质体反射率测定及聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）等实验方法并以四川盆地周缘渝东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层为例进行分析。结果表明：渝东北地区牛蹄塘组页岩样品的TOC平均含量达3.1%;等效镜质体反射率分布范围在3.0%~4.0%,热演化程度已达到过成熟-变质期阶段。由于热演化程度过高导致研究区下寒武统牛蹄塘组页岩样品有机质孔隙不发育,发育以粒间孔隙和粒内孔隙为主要类型的微纳米孔隙。热演化程度控制了页岩中的干酪根及滞留液态烃的持续生气,同时又控制着页岩有机质孔隙的发育。四川盆地周缘渝东北地区牛蹄塘组页岩的有机质孔隙演化和生烃演化未达到最佳匹配,在页岩有机质孔隙大量发育时期,由于地层未及时抬升,导致储层热演化程度进一步加强,有机质孔隙数量急剧减少,页岩气在生成后失去有机质孔隙这一有效赋存空间而散失。针对中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩气的高效勘探开发应寻找热演化程度适中（2.0% < R_o < 3.0%）,地层古埋藏较浅的页岩发育区,即寻找发育有古隆起或古潜山的页岩分布区。     

威远地区筇竹寺组页岩气成藏条件分析

利用威远地区筇竹寺组黑色页岩野外露头剖面实测资料及钻井岩心样品分析化验结果,从富有机质页岩的沉积展布特征、地球化学特征、岩石物性特征及页岩气保存条件等方面对川南威远地区下寒武统筇竹寺组页岩气的形成条件进行分析。结果表明:研究区筇竹寺组页岩沉积厚度较大,为200 m~300 m;有机质丰度高,平均为2.15%,成熟度较高,达到过成熟阶段,有机质类型以Ⅰ型为主,Ⅱ_1为辅;页岩中脆性矿物含量较高,以石英长石为主,黏土矿物含量中等,以伊利石为主,有利于页岩气的形成与富集。     

中扬子长阳地区寒武系牛蹄塘组页岩气成藏地质条件

中扬子湘鄂西褶皱带是湖北省页岩气勘探的首要目标区,但其页岩气勘探程度很低,尤其是寒武系及前寒武系。在寒武纪—早奥陶世,长阳地区发生广泛、快速海侵,在深水陆棚沉积背景下发育一套广泛而稳定、以黑色泥页岩和钙质页岩为主的下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩层系。野外露头、镜下薄片观察及地层对比结果表明,研究区牛蹄塘组按照岩性可分为上、中、下3段,自南向北呈现逐渐增厚的趋势,沉积的黑色泥页岩厚度稳定且达到100 m左右。地化分析、储层特征以及含气量等温吸附实验结果表明,研究区牛蹄塘组黑色泥页岩具有较高的有机质丰度和成熟度,干酪根类型有利于生成气态烃类;岩石中脆性矿物含量较高,有机质孔隙和粒内孔隙十分发育,微裂缝也较发育;模拟吸附气含量较高,具有较好的页岩气吸附能力;孔隙度和渗透率低,属于低孔—特低孔、特低渗透型储层。长阳地区及邻区牛蹄塘组埋深适中、产状平缓且断裂不发育地区是下步页岩气勘探的有利目标区。     

中上扬子地区下寒武统页岩气储层特征及勘探方向

为查明中国南方古老层系页岩储层孔隙特征及其影响因素,以中上扬子地区下寒武统页岩为例,采用岩石薄片、压汞-氮气吸附联合测定、氩离子抛光-扫描电镜、聚焦离子束扫描电镜和全岩X衍射等多种技术方法,系统开展页岩孔隙结构、类型及其影响因素研究;并基于页岩储层特征及页岩气形成地质条件,提出了下寒武统页岩气勘探方向。研究认为,下寒武统主要发育棚内拉张槽型、陆架边缘斜坡型及台地前缘斜坡型3种沉积成因类型富有机质页岩。棚内拉张槽型富有机质页岩孔隙以粒间孔和粘土矿物层间孔为主,其次为有机质孔;台地前缘斜坡型富有机质页岩主要以有机质孔和方解石粒内溶蚀孔为主;而陆架边缘斜坡型富有机质页岩以有机质孔为主,无机矿物质孔不发育。整体而言,下寒武统页岩孔隙发育受页岩矿物组成、有机质丰度、热演化程度及保存条件等多种因素控制。结合页岩气保存条件和探井油气发现等相关分析,建议下寒武统页岩气勘探在四川盆地内部应关注棚内拉张槽型页岩分布区,尤其是筇竹寺组上部的富有机质页岩段;而在四川盆地外部,应关注热演化程度适中、保存条件相对较好的台地前缘斜坡型和陆架边缘斜坡型页岩分布区。     

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     

四川盆地巫溪2井龙马溪组含气页岩细粒沉积纹层特征

基于多种分析测试资料,以四川盆地巫溪2井志留系龙马溪组为例,确定其含气页岩纹层组成、结构、构造及纹层类型。巫溪2井志留系龙马溪组共发育富有机质、含有机质、黏土质和粉砂质4类纹层,形成2类纹层组和5类层。随深度变浅,4类纹层TOC值依次降低、黏土矿物含量增加、脆性矿物含量轻微降低,这与沉积时期陆源碎屑供给逐渐增加、古水动力增强、水体含氧量增加有关。志留系龙马溪组一段1—3小层以富有机质纹层、富有机质+含有机质纹层组及富有机质层为主,沉积期水体缺氧,古水动力弱,龙马溪组一段4小层富有机质纹层、含有机质纹层和黏土质纹层均发育,水体含氧量增加,古水动力增强,龙马溪组一段1—3小层为目前页岩气勘探开发"甜点"井段及最佳钻井目标层位。图5表3参43     

中扬子区上震旦统—志留系页岩气勘探远景

利用野外露头、有机地球化学及钻井资料,分析中扬子区寒武—志留系页岩气资源勘探远景。研究表明,中扬子区上震旦统—志留系页岩主要以上震旦统陡山沱组、下寒武统水井沱组(或牛蹄塘组)及志留系为主。上述3套泥质岩及页岩有机质含量丰富、有机质类型好、热演化程度高,多数已达到成熟-过成熟阶段,是有效页岩气气源岩。中扬子区自加里东以来经历多期构造运动,构造隆升和挤压作用改善了页岩储集性能,提高了页岩气聚集量。湘鄂西区上震旦统和下寒武统泥页岩可作为有利页岩气勘探选区,而鄂西渝东区钻井揭示志留系见工业性气流,表明该区志留系页岩气潜力较大。     

中扬子区上震旦统一志留系页岩气勘探远景

利用野外露头、有机地球化学及钻井资料,分析中扬子区寒武-志留系页岩气资源勘探远景.研究表明,中扬子区上震旦统一志留系页岩主要以上震旦统陡山沱组、下寒武统水井沱组(或牛蹄塘组)及志留系为主.上述3套泥质岩及页岩有机质含量丰富、有机质类型好、热演化程度高,多数已达到成熟一过成熟阶段,是有效页岩气气源岩.中扬子区自加里东以来经历多期构造运动,构造隆升和挤压作用改善了页岩储集性能,提高了页岩气聚集量.湘鄂西区上震旦统和下寒武统泥页岩可作为有利页岩气勘探选区,而鄂西渝东区钻井揭示志留系见工业性气流,表明该区志留系页岩气潜力较大.     

海相页岩有机质碳化的电性证据及其地质意义——以四川盆地南部地区下寒武统筇竹寺组页岩为例

寻找一种能够有效表征海相页岩有机质碳化现象的可靠证据,是当前开展古老地层页岩气选区面临的重大科学问题。为此,以钻井岩心、测井和分析化验资料为基础,通过对比分析四川盆地南部地区下寒武统筇竹寺组、下志留统龙马溪组2套富有机质页岩的电性特征,探索研究了筇竹寺组页岩有机质碳化现象及其对页岩气赋存条件的影响。获得以下认识:1电性实验证实,川南地区筇竹寺组富含有机质页岩已出现有机质碳化特征,根据极高成熟度、富有机质页岩的干岩样低电阻率特征和井下超低电阻率测井响应特征,能够直观判断有机质的碳化程度、评价烃源岩质量;2川南南部长宁地区筇竹寺组页岩表现为干样低电阻率和低—超低测井响应特征,有机质已出现严重碳化现象,威远地区筇竹寺组页岩电阻率曲线基本正常,石墨化程度介于龙马溪组和长宁筇竹寺组之间;3中高电阻率页岩在生气潜力、基质孔隙发育程度和对天然气吸附能力等方面明显优于超低电阻率页岩;4川南北部犍为—威远—潼南地区富有机质页岩具有中—高电阻率特征,钻井已获工业气流,为筇竹寺组页岩气勘探开发的有利区。     

上扬子地区下寒武统筇竹寺组页岩沉积环境

上扬子地区下寒武统页岩展现出了良好的页岩气勘探前景，是油气资源的重要战略接替领域。通过露头观测、岩心描述、薄片观察、扫描电镜分析以及主微量元素地球化学分析，对该套页岩沉积环境进行了综合研究。根据矿物学、岩石组构及沉积构造的不同，在筇竹寺组识别出5大类12小类岩相类型，进一步总结了浅水陆棚、深水陆棚、斜坡-盆地沉积体系中发育的6类典型的沉积序列，建立了相应的沉积模式。浅水陆棚沉积处于氧化、相对低的古海洋生产力条件下，发育磷质-云质-泥质沉积序列和砂质-泥质-灰质沉积序列，有机质含量普遍偏低。深水陆棚以及斜坡-盆地沉积处于贫氧-缺氧、高海洋生产力的条件下，发育富含有机质的泥质-磷质-云质沉积序列、硅质-泥质沉积序列和泥质沉积序列。在四川盆地资阳-长宁一线陆内裂陷槽内部以及四川盆地之外东南部黔中、黔北及鄂西-渝东等大部分深水陆棚沉积区是富有机质页岩发育的有利区域。此外，热液活动为黔西北地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩提供了必要的物质基础和保存条件，有利于形成富有机质的页岩。     

扬子陆块下古生界页岩气保存条件分析

早古生代扬子陆块主要发育有下寒武统牛蹄塘组与上奥陶—下志留统五峰—龙马溪组2套富有机质页岩。受多期造山与多期成盆事件影响,2套页岩在经历广西、印支、燕山与喜马拉雅4期造山事件改造后,上扬子区及中扬子西部改造相对较弱、变形叠加期次最少(2~3期),页岩气保存条件最好、页岩气含量最高、最有资源前景;中扬子东部及下扬子区西部改造强度与变形叠加期次其次(3~4期),页岩气保存条件相对较差、页岩气含量相对较高、资源前景较好;下扬子区东部及扬子陆块周缘山前改造最强、变形叠加期次最多(4期),页岩气保存条件最差、页岩气含量较低、资源前景有限;陆块内部总体以残留复向斜区页岩气保存条件最好。     

扬子地块上二叠统龙潭组页岩气勘探前景

扬子地块是中国南方进行油气勘探研究较早的地区之一,在古生代,扬子地块发育了以下寒武统、上奥陶统-下志留统、上二叠统和下二叠统为代表的8套黑色泥页岩。近几年,人们对下寒武统筇竹寺组和上奥陶统-下志留统五峰组-龙马溪组海相泥页岩做了较多的基础性研究工作,而对上二叠统龙潭组海陆交互相泥页岩则尚缺乏评价。为此,根据前人的研究成果和野外地质调查资料,分析了扬子地块上二叠统龙潭组泥页岩的发育特征,探讨了龙潭组页岩气的勘探开发前景。结论认为：①龙潭组黑色页岩具有有机碳含量较高、热演化成熟度达高成熟度阶段、石英含量达40%左右、厚度介于20～200 m、吸附能力强等有利条件,与美国圣胡安盆地Lewis页岩很相似,具有较好的页岩气勘探开发潜力,但黏土含量高、非均质性强、后期改造作用强烈等又会对其页岩气富集产生不利的影响;②龙潭组页岩气成藏条件纵向上：中、上段优于下段,横向上页岩气勘探的有利地区为上扬子川中、川东、渝西北和下扬子苏南地区。     

四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组含气页岩段纵向非均质性及其发育主控因素

四川盆地涪陵地区下志留统龙马溪组发育一套富有机质泥页岩,勘探证实为一套优质含气页岩储层。该套页岩具较强的纵向非均质性,直接影响了储层含气量及储层可改造性。研究首先建立了页岩等时层序地层对比格架;在等时地层格架中,分析了页岩储层在岩矿组成、黄铁矿含量、沉积构造、有机质丰度等方面的非均质性特征。在海侵期,页岩中主要发育自生硅质和沉积成因的自生黄铁矿,页理发育,有机碳含量高,与硅质之间呈现特殊的正相关耦合关系。早期高位域时期,页岩中主要包含陆源粉砂,发育小型波纹层理和透镜状层理;粘土质含量较海侵期有所增加,有机碳含量中等;兼有沉积成因的自生黄铁矿和后期次生成因的黄铁矿。晚期高位域时期,粘土质含量进一步增加;粉砂质含量减少;有机碳含量低;兼有沉积成因的自生黄铁矿和后期次生黄铁矿。从沉积作用、古海洋生产力和氧化还原环境等方面探讨了非均质性的影响因素,明确其主要受控于陆源供给速率、古生产力、水体氧化还原性和古洋流等因素。     

四川盆地海相页岩水蒸气吸附特征及其主控因素

页岩普遍含水,深入认识页岩孔隙系统中的水分赋存机制对页岩气高效开发具有重要意义。以四川盆地川南地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,采用重量法真空水蒸气吸附仪获取水蒸气等温吸附-脱附曲线,结合页岩组分及孔隙结构参数,定量化研究页岩孔隙中水分的赋存特征,剖析影响水分吸附行为的主控因素。结果表明：页岩水蒸气等温吸附曲线呈现单层吸附、多层吸附和毛细凝聚3个典型阶段,水蒸气回滞环可划分为中-低相对压力阶段“上凸型”和全相对压力阶段“扁平型”,粘土矿物层间水滞留是中-低相对压力阶段回滞环形成的主要原因,采用GAB和FHH模型可有效描述页岩水蒸气吸附曲线形态特征;页岩吸附水量与粘土矿物含量呈显著正相关趋势,粘土矿物强亲水特性是影响水蒸气吸附量的主要因素,而水蒸气吸附量与碳酸盐矿物间存在负相关性,碳酸盐矿物含量高不利于水分赋存;对于富有机质页岩,水蒸气吸附能力与总有机碳含量（TOC）相关性较强,无机矿物与有机质组分共同控制着水分赋存行为,干酪根有机孔可为水分吸附提供赋存空间,且样品比表面积和孔容越大,水分吸附能力越强,但是对于TOC较低的粘土质页岩,粘土矿物与水分间的强物化作用是水分能够大量赋存的关键。     

川南威远地区W201井古生界海相页岩矿物特征

页岩的矿物学特征是页岩气储集层裂缝、渗流运移和后期压裂改造等相关研究的重要基础。应用X射线衍射分析,对川南威远地区W201井下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组两套海相页岩岩心样品进行了岩石矿物组成的定性和定量分析。结果表明,川南威远地区筇竹寺组和龙马溪组海相页岩主要由石英、黏土矿物和碳酸盐矿物组成,还含有少量黄铁矿等矿物,样品中石英含量分别为38.7%和31.8%,黏土矿物含量分别为26.1%和37.3%,形成于海相强还原沉积环境,有利于有机质的富集和保存,为页岩气的生成提供了良好的条件;筇竹寺组和龙马溪组脆性矿物含量均较高,平均含量分别为70.5%和58.7%,脆性指数分别为73.0%和61.1%,整体上具有良好的脆性和可压性,有利于后期压裂改造,是四川盆地页岩气勘探开发的重要目的层。     

四川盆地龙马溪组页岩吸水特征及3种页岩孔隙度分析方法对比

为研究分析页岩的吸水特征,有效测量页岩孔隙度,选取四川盆地黔浅1井龙马溪组5件页岩岩心样品开展吸水实验,分别从每件岩心样品中钻取一组不同直径（或不同长度）的页岩柱体,测量和计算每组各个小柱体的饱和绝对吸水量及骨架体积,建立二者的线性关系,由斜率K值表征各页岩样品单位体积的饱和吸水量,再据此计算出各页岩样品的有效孔隙度为3.51%~8.90%。为评价该方法所确定吸水孔隙度的准确性,又测定了样品的氮气吸附孔隙度和氦孔隙度,三者进行对比分析。结果显示：样品氮气吸附孔隙度为2.38%~7.04%,全部小于吸水孔隙度,二者相差0.54%~1.96%不等,这可能是由于氮气吸附实验无法探测泥页岩中孔径大于350 nm的宏孔,导致测定结果不包含这部分孔隙所贡献孔隙度而偏低。样品氦孔隙度为4.55%~8.09%,与吸水孔隙度相差仅为0.23%~0.81%,二者具有良好的一致性和可对比性,特殊地,QQ?45号样品的氦孔隙度比吸水孔隙度大2.65%,这是由于页岩柱体含微裂缝所导致的误差,而吸水实验可快速识别出含有微裂缝的柱体,能有效避免测量误差。由此可见,页岩柱体吸水实验法在有效保留页岩原生孔隙结构的前提下,通过统计分析多个页岩小柱体孔隙度测定结果而获得了页岩样品整体的吸水孔隙度,受页岩非均质性影响小,更接近页岩实际孔隙度。龙马溪组页岩孔隙度的变化与TOC含量具有良好的正相关性,与黏土及脆性矿物的相关程度不等,表明有机质是控制龙马溪组页岩孔隙度变化的主要因素。     

上扬子地区五峰组—龙马溪组黑色页岩高频层序划分

上扬子地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组是中国页岩气勘探开发最成功的层位。开展该套地层黑色页岩高频层序划分,有助于理解有机碳在页岩中的分布特征。以上扬子地区N211井的五峰组—龙马溪组黑色页岩为研究对象,分析了自然伽马（GR）与总有机碳含量（TOC）特征,基于旋回地层学理论划分了黑色页岩高频层序。结果表明：上扬子地区五峰组和龙马溪组下部黑色页岩GR值与TOC值整体上由五峰组底部到五峰组顶部的观音桥段逐渐变大,观音桥段出现极大值,再由观音桥段向龙马溪组逐渐变小。利用GR频谱分析及其滤波曲线,在五峰组和龙马溪组下部分别识别出约6个和7个长偏心率周期,据此,将五峰组和龙马溪组下部划分为12个完整的四级层序和1个不完整的四级层序。该研究可为黑色页岩高频层序划分提供典型案例,并为上扬子地区五峰组—龙马溪组页岩气甜点段预测提供参考,即：在五峰组—龙马溪组页岩高频层序结构中,层序边界附近的黑色页岩有机质富集程度相对较高。     

下扬子地区望江坳陷二叠系富有机质页岩孔隙结构特征与影响因素

下扬子地区虽发育有厚层富有机质页岩,但目前尚未取得明显突破。以页岩气地质调查井WWD4井二叠系大隆组与吴家坪组2套富有机质页岩为研究对象,对下扬子地区望江坳陷二叠系富有机质页岩的微观孔隙进行了定性观察与定量化表征,讨论TOC含量与矿物组成对不同尺度孔隙结构的主控因素。结果表明：大隆组和吴家坪组页岩孔隙分布以微孔与中孔为主。下扬子地区望江坳陷上二叠统大隆组与吴家坪组的孔隙发育与有机质关系密切。其中微孔比表面积与孔体积和TOC含量良好的相关关系证明了有机质是微孔发育的主要控制因素。而介孔—大孔的比表面积与孔体积与TOC含量之间相关关系减弱表明除了有机质的贡献外,还有黏土矿物、长石等矿物产生的粒间孔与溶蚀孔的贡献。同时,吴家坪组页岩黏土含量、TOC含量及比表面积（孔体积）存在内在联系。对于脆性矿物而言,大隆组石英与碳酸盐矿物含量和页岩总比表面积（孔体积）之间不存在相关性。而吴家坪组石英含量与页岩总比表面积（孔体积）之间存在一定的负相关性,页岩总比表面积（孔体积）随着石英含量的升高而降低。通过该项研究,为下扬子地区页岩气的勘探与开发提供基础参数与理论依据。