川北—鄂西地区下志留统龙马溪组上段厚层斑脱岩的新发现及地质意义

基于重庆市城口地区明中剖面上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组露头,对川北—鄂西地区埃隆阶—特列奇阶斑脱岩的发育特征开展系统研究,新发现多套厚层斑脱岩层。对其地质意义和科学价值进行分析,得到3点认识：①城口地区明中剖面共发现7个斑脱岩密集段（下志留统埃隆阶—特列奇阶新发现3个斑脱岩密集段）,主要赋存于上奥陶统凯迪阶—下志留统特列奇阶的7个笔石带中;②埃隆阶—特列奇阶的斑脱岩密集段主要为单层、厚度超过5 cm的厚层斑脱岩,且大多出现于黏土质含量较高的层段,在自然伽马曲线上呈现峰值响应,其发育特征及自然伽马响应在川北—鄂西地区具有普遍性,可以作为该地区龙马溪组上段重要的地层对比界面;③根据龙马溪组上段斑脱岩密集段的分布特征,川北—鄂西地区在前陆挠曲发展期至少经历了埃隆阶早期、埃隆阶晚期和特列奇阶早期3次强烈的火山喷发和前陆挠曲活动,导致沉降-沉积中心向西、向北相应发生了3次大规模迁移,这使得扬子台盆区北缘海域的封闭性变弱,上升洋流大规模涌入川北—鄂西海域。川北—鄂西地区埃隆阶—特列奇阶的富有机质页岩沉积是斑脱岩密集段Ⅴ出现前后前陆挠曲和上升洋流共同控制的产物,页岩的层位随着斑脱岩密集段Ⅵ—Ⅷ的发育而向西逐渐变新;斑脱岩密集段Ⅴ与Ⅵ之间的火山活动间歇期是埃隆阶上升洋流相富有机质页岩沉积的主要时期。     

四川盆地及周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组关键界面基本特征

以典型剖面详测和重点资料点解剖为基础,结合观音桥段介壳层典型特征分析,以特定斑脱岩层为重点,系统研究四川盆地及周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组内部关键界面基本特征及其与富有机质页岩沉积关系.研究区五峰组—龙马溪组发育特征笔石带、观音桥段介壳层、斑脱岩密集段、结核体等4种具有界面属性的标志层,可成为笔石页岩内地层划分...     

川东北地区下志留统龙马溪组上升洋流相页岩沉积特征

上升洋流相是海相富有机质页岩的重要沉积模式。依据川东北巫溪地区下志留统龙马溪组露头和钻井资料,对埃隆阶富有机质页岩开展了精细表征,初步认为巫溪地区埃隆阶显示出具有受上升洋流控制的沉积建造特征,并形成了4点认识：①岩性组合多样,自下而上出现厚层状碳质页岩夹硅质页岩、碳质页岩夹高自然伽马（GR为185~203 cps）砂岩层、碳质页岩和黏土质页岩夹重晶石团块、黏土质页岩与高自然伽马砂岩层韵律层、厚层-块状黏土质页岩等多种深水岩相组合,较五峰组-鲁丹阶复杂。②具有低S/C值、高Mo含量,显示埃隆阶沉积期巫溪海域拥有低盐度、弱封闭的大陆边缘特征。③P、Fe、Ba等营养物质含量丰富,显示巫溪海域古生产力在奥陶纪和志留纪之交普遍较高,并在埃隆阶沉积期达到高峰,且明显高于同期台盆区。④沉积速率总体较快,大致呈现初期慢、中晚期快的特点,在埃隆阶沉积中期以后达到25.24~149.42m/Ma,并控制形成厚18~50 m、TOC为2%~4%的富有机质页岩。由此判断,扬子海盆龙马溪组富有机质页岩除主体为静水陆棚相缓慢沉积外,在台盆区北缘埃隆阶及以上存在上升洋流相沉积。     

四川盆地不同成熟度下志留统龙马溪组页岩有机孔特征

有机质孔隙是页岩气的主要储集空间,也是页岩天然渗流通道的重要组成部分。选取四川盆地不同热成熟度的下志留统龙马溪组页岩,采用场发射扫描电镜开展页岩不同显微组分有机质孔隙形成演化研究。笔石是龙马溪组页岩主要的结构有机质,含量较少,自身不发育有机质孔隙。成岩过程中由脂类原位聚合或外部地质聚合物交代使得笔石化石具有一定的生烃潜力,导致局部存在有机质孔隙。固体沥青是龙马溪组页岩最主要的显微组分,也是有机质孔隙发育的主要载体。考虑细粒沉积物成岩和有机质生烃演化,结合固体沥青赋存形态,可将固体沥青区分为前油沥青和后油沥青,且后油沥青含量占绝对优势。固体沥青有机质孔隙演化与热成熟度密切相关。总体上,随着热成熟度增加,固体沥青有机质孔隙越来越发育。成熟-高成熟早期（GR_o < 2.3%）,固体沥青孔隙不太发育,可能受到有机质生成的烃类物质掩盖。高成熟晚期-过成熟早期（2.3% < GR_o < 4.5%）是固体沥青有机质孔隙大量发育的主要时期,含海绵状孔隙和气泡状孔隙2种类型,富有机质页岩有机质孔隙度对总孔隙度的贡献达50%以上。过成熟晚期（GR_o > 4.5%）,有机质炭化对页岩孔隙产生强烈破坏作用,导致页岩气勘探风险加剧。     

四川盆地南缘上奥陶统五峰组—下志留统 龙马溪组页岩矿物组成与脆性特征

通过X射线全岩衍射、光学薄片鉴定及扫描电镜等技术手段,对四川盆地南缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩野外露头及新钻井岩心样品进行测试分析。结果表明,五峰组—龙马溪组页岩矿物组分以石英和粘土矿物为主,其次为方解石和白云石,还有少量的钾长石、斜长石和黄铁矿。其中石英以陆源碎屑来源为主,部分为生物成因;伊利石与绿泥石组合是粘土矿物的特征组合类型;方解石和白云石多以亮晶胶结物和裂缝填充物的形式存在。以矿物组分为依据,将五峰组—龙马溪组页岩划分为富石英页岩、富粘土页岩及富碳酸盐页岩3类端元岩相,每类岩相在矿物组成、结构、构造及沉积背景等方面均表现出不同特征。经计算该页岩脆性指数为0.36~0.74,平均为0.51,表明该套页岩具备良好的脆性与可压裂性,有利于页岩气的开采。其中,底部页岩石英含量高,脆性指数大且富含有机质,有利于页岩气富集与储层压裂改造,是研究区页岩气勘探开发的重点层位。     

中上扬子地区下志留统龙马溪组有机质碳化区预测

确定有机质碳化区分布范围和排除页岩气勘探高风险区是中国南方海相页岩气选区和勘探评价面临的重要任务。以大量钻井、露头资料为基础,对中上扬子地区下志留统龙马溪组开展了有机质碳化区识别与预测,编制龙马溪组有机质碳化区分布工业化图件,初步获得四点成果和认识:①提出海相页岩有机质碳化判识标准,其中测井电阻率"细脖子型"响应特征与页岩有机质石墨化具有唯一相关性,是判断高过成熟海相页岩有机质碳化的金标准。②中上扬子地区龙马溪组有机质碳化分布具有一定规律性,主要分布于川东-鄂西、鄂西北部、川南西部和长宁构造东侧4个探区,总面积超过35 000 km^2。③在川东-鄂西和川南西部2个探区,龙马溪组有机质碳化呈连片分布趋势,面积较大,显示弱-严重碳化特征。④在鄂西北部和长宁构造东侧2个探区,有机质碳化区面积相对较小,分别显示严重碳化和弱碳化特征。综合认为,上述4个碳化区为龙马溪组页岩气勘探禁区,也是页岩气资源评价和战略选区面临的高风险区。     

四川盆地南缘下志留统龙马溪组页岩气储层矿物成分特征及意义

运用X射线衍射技术,对四川盆地南缘长宁-兴文地区下志留统龙马溪组39个露头泥岩/页岩样品进行了定性和定量分析。结果表明,龙马溪组泥岩/页岩矿物成分以黏土矿物和石英为主,平均含量分别为53.39%和29.15%;其次为方解石,平均含量为5.46%;另外,还含有少量的长石、白云石、石膏、黄铁矿等矿物。龙马溪组为浅海陆棚沉积,对有机质的富集和保存有利,为页岩气藏的形成提供了良好的沉积条件;黏土矿物组合特征反映出龙马溪组已经历晚成岩阶段,对应有机质演化的成熟-高成熟阶段,具有适宜页岩气形成的成熟度条件。黏土矿物对页岩气藏的形成和开发有一定积极意义,龙马溪组底部厚度约为30 m的地层,伊利石和绿泥石含量低、相应孔隙率高且脆性矿物石英含量大于50%,是理想的页岩气重点勘探开发层位。页岩气储层矿物成分研究为其吸附储存、裂缝评价、渗流运移、压裂造缝和工艺性能等的研究提供了坚实的基础。     

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。     

渝东北地区下志留统龙马溪组页岩气勘探前景

在野外露头剖面测量、钻井岩心取样及实验测试的基础上,从富有机质页岩区域展布、地球化学特征、岩石储集特征及含气性等方面研究渝东北地区下志留统龙马溪组页岩气形成条件与资源潜力。结果表明：研究区下志留统龙马溪组黑色页岩厚度大,自西向东先增厚后减薄,TOC含量高,有机质类型好,热演化程度较高,脆性矿物含量高,有机质纳米孔隙及微裂缝发育,含气量较高,埋深适中,有利于页岩气的形成与富集。采用综合信息叠合研究认为,巫溪-田坝-温泉地区为页岩气勘探开发的有利区域,综合地震资料优选出区带内田坝、文峰区块为有利区块,面积约450 km²,估算页岩气资源量为2×10¹²～3×10¹²m³,具有良好的页岩气勘探开发前景。     

川东南下志留统龙马溪组深层页岩等温吸附特征及地质意义

目前在四川盆地已实现深层页岩气的勘探突破,然而对深层页岩吸附性能及页岩气赋存状态仍存在一定的争议。为此,开展了川东南涪陵、丁山地区下志留统龙马溪组深层典型页岩样品近地质条件下的高温高压等温吸附实验。实验结果表明,页岩绝对吸附量与过剩吸附量之间存在较大的差别,必须将过剩吸附量校正为绝对吸附量后来评价深层页岩的真实吸附能力。校正后的页岩绝对吸附量随压力的增大呈现“快速上升”、“缓慢上升”和“平稳上升”3个阶段,涪陵及丁山地区深层页岩在110℃、70 MPa条件下绝对吸附量仍可达2.0 m³/t以上,结合深层页岩吸附、游离气比例,深层页岩总含气量可达4.0 m³/t以上,表明深层页岩在高温高压下仍可能具有较好的含气性。深层页岩吸附能力评价可为页岩含气量研究、资源潜力评价和储量评估提供科学依据;针对深层与中浅层页岩游离、吸附气比例的差异,采取针对性的勘探、开采方式可以有效提高页岩气的产能及产气周期。     

四川盆地富顺-永川地区龙马溪组页岩有机孔特征及其影响因素

四川盆地南部广泛发育海相泥页岩层系,龙马溪组页岩具备优越的页岩气成藏条件。基于钻井岩心观察和分析测试,对富顺-永川地区下志留统龙马溪组页岩有机孔特征及其影响因素进行了研究。结果显示:龙马溪组页岩总有机碳(TOC)含量主要介于2.45%～5.59%,有机质丰度高,镜质体反射率(Ro)介于1.97%～2.23%,有机质达到了高-过成熟,为有机孔发育提供了良好基础;有机孔是页岩气重要的储集空间,根据扫描电镜观察,单个有机孔形态以圆形、椭圆形和凹坑形为主,其次为长条形和不规则形等,边缘较光滑;结合氮吸附与高压压汞实验观察,富顺-永川地区龙马溪组页岩有机孔孔径较小,大多属于介孔范围,介孔占比约为57%。通过建立有机孔孔隙度与自然伽马能谱测井值(U)的关系模型并对全区的有机孔进行定量分析,发现富顺-永川地区龙马溪组页岩有机孔孔隙度介于1.10%～3.64%,平均为2.15%。有机孔发育及保存受多种因素影响,对有机孔孔隙度与粘土矿物、脆性矿物和TOC含量相关关系的研究结果表明:四川盆地富顺-永川地区龙马溪组页岩有机孔孔隙度的大小与粘土矿物含量成负相关、与脆性矿物和TOC含量成正相关,压实作用对有机孔...     

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。