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。     

重庆周缘龙马溪组和牛蹄塘组页岩有机质孔隙发育特征

针对牛蹄塘组页岩气勘探开发过程中存在产气量较低,产气持续时间较短等问题,以渝东南下志留统龙马溪组页岩和渝东北下寒武统牛蹄塘组页岩为对象进行对比,重点剖析2套页岩的孔隙储集能力及其演化特征。结果表明：龙马溪组页岩和牛蹄塘组页岩的有机质孔隙发育特征存在较大差别：龙马溪组页岩内部的固体干酪根有机质孔隙数量少,孔径小,连通性差,但其焦沥青内部有机质孔隙数量多,孔径大,连通性好。牛蹄塘组页岩内部的固体干酪根和焦沥青均不发育有机质孔隙。储层热演化程度对页岩有机质孔隙的发育有着直接的控制作用。龙马溪组页岩由于古埋深较牛蹄塘组页岩浅,所经历的热演化作用相对较弱,适宜的热演化程度保留了龙马溪组页岩焦沥青内部大量的有机质孔隙,但其固体干酪根由于演化时间相对较长,有机质孔隙数量减少。渝东北牛蹄塘组页岩埋深过大,储层过度演化达到变质期导致其内部固体干酪根和焦沥青均不发育有机质孔隙。针对牛蹄塘组页岩气的高效勘探开发应寻找热演化程度适中的页岩分布区。     

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。     

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。     

酉秀隆褶带下寒武统牛蹄塘组页岩有机地化因素对含气性的影响研究

为了探讨酉秀隆褶带下寒武统牛蹄塘组有机质页岩勘探潜力,在野外地质调研基础上,结合页岩气资源调查评价专题基础地质研究资料,对研究区牛蹄塘组有机质页岩有机地球化学特征及其对含气性的影响进行了分析。结果表明:研究区下寒武统牛蹄塘组页岩TOC平均4.62%,R_o平均3.43%,有机质类型以Ⅰ型为主,总体上属于中等烃源岩;牛蹄塘组页岩已进入生烃衰竭期,现今页岩气的散失大于补充导致页岩吸附气含量不高,R_o过高导致的微孔隙减少掩盖了TOC增加导致的微孔隙增加,构造运动和压实作用的破坏减少了页岩气的储集空间,是牛蹄塘组页岩含气性较差的可能原因;整体而言,下寒武统牛蹄塘组有机质页岩中段为有利储集层段,W4井附近为有利储层分布区带。适当的有机质成熟度、较高的有机碳含量、构造作用对保存条件的影响,是牛蹄塘组页岩今后的主要研究方向。     

渝东南地区下寒武统页岩气高氮低烃成因

聚焦渝东南下寒武统牛蹄塘组页岩高有机碳、微含烃、高含氮的复杂特性,从气体组分、成因类型等有机地球化学角度出发,利用同位素和流体包裹体分析结合区域构造演化特征,追踪氮气来源,挖掘牛蹄塘组高含氮的原因,最终结合勘探实践建立渝东南地区下寒武统页岩气破坏散失模型,为评价选区和勘探部署提供参考。牛蹄塘组页岩气属高温裂解气,氮气含量普遍高于90%,烃类不足3%,其中氮气是有机质热演化氮气和大气氮气的混合成因气;上震旦统灯影组顶部的不整合面与周围深大断裂沟通,构成了水体侵入和气体散失的通道,底板封盖能力差、深大断裂发育和流体活动频繁是渝东南地区页岩气保存条件的最主要的3个破坏因素,是导致牛蹄塘组页岩气"高氮、低烃"的关键。     

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。     

湘西北复杂构造区下寒武统页岩含气性及主控因素分析——以慈页1井为例

我国南方地区广泛发育厚度大、有机质含量高的下寒武统海相页岩,但影响页岩含气性的主控因素仍不明确。湘西北复杂构造区下寒武统牛蹄塘组页岩沉积厚度大且埋深适中,在优选出的慈利景龙桥向斜内钻探的页岩气参数井——慈页1井,富有机质泥页岩厚度为149 m,对岩心进行取样,并开展了总有机碳含量、镜质体反射率、矿物成分、储集物性等测试分析,揭示了牛蹄塘组页岩总有机碳质量分数平均为4.83%,底部总有机碳质量分数大于3.0%的连续优质页岩厚达37 m,页岩镜质体反射率（R_o）平均为3.28%。采用岩心直接解吸法测得牛蹄塘组页岩总含气质量体积为0.859 m³/t,天然气成分中甲烷质量分数平均为78.23%。通过分析湘西北慈利地区构造演化特征,并将慈页1井与周边钻遇的下寒武统页岩钻井关键参数进行对比,阐明影响湘西北地区下寒武统页岩含气性的主控因素为构造保存条件和页岩演化程度。南方雪峰山隆起、黄陵背斜和汉南古陆等古隆起周缘基底稳定,构造保存条件较好,页岩成熟度相对较低,是未来复杂构造区页岩气勘探的重点地区。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件

基于上扬子地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的野外露头、钻井、岩心等资料,通过显微薄片、扫描电镜及X-衍射、压汞分析、等温吸附等多项实验测试分析,以牛蹄塘组黑色页岩的地层、岩石学、地球化学、地球物理和页岩含气性等为重点,对上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的成藏条件与特征进行了初步探索。研究表明上扬子地区下寒武统牛蹄塘组以浅水-深水陆棚沉积环境控制富有机质页岩的发育,沉积厚度一般在50~300 m;有机碳含量在1.5%以上,有机质成熟度达到高-过成熟阶段;富有机质页岩脆性矿物丰富、粘土矿物演化程度高,以伊利石稳定矿物为主,不含蒙脱石;多种孔隙类型及裂缝发育,可为页岩气的赋存提供良好储集空间;富有机质页岩含气量达到了页岩气商业开发下限2.0 m³/t。综合各种成藏条件,认为资阳-自贡一带、黔北和渝东南-湘鄂西地区为页岩气有利勘探区带。     

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。     

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。      

黔中隆起及邻区下寒武统页岩气成藏特殊性分析

黔中隆起及邻区下寒武统牛蹄塘组页岩厚度大、有机碳含量高、热演化程度高、脆性矿物含量高,具备页岩气成藏的基本地质条件,但经过多年页岩气勘探实践,至今未取得实质性突破,主要受页岩气成藏条件的特殊性控制。在系统分析野外剖面以及黄页1井、龙页1井、丁山1井等资料的基础上,重点开展沉积相、页岩分布、有机碳含量、热演化程度等页岩基本地质特征和储集类型、储集物性及页岩含气性等页岩储层特征的研究,认为页岩气成藏条件特殊性主要表现在2个方面:（1）页岩热演化程度的特殊性,生烃、排烃历史复杂,热演化程度高,不利于页岩气的赋存和富集;（2）储层特殊性,热演化史复杂、成岩作用强导致页岩孔隙度较低,尤其有机孔发育少且孔径较小,页岩储集性差。在此基础上,制定了页岩气选区评价参数标准,评价了页岩气富集有利区。初步明确了黔南坳陷黄平地区具有构造相对稳定、页岩埋深适中、有机质热演化程度相对较低、保存条件较好及含气性好等特征,勘探风险程度相对较低,是黔中隆起及邻区页岩气勘探突破的Ⅰ类有利地区;黔西地区由于成熟度较高,是探索高热演化条件下页岩气藏的Ⅱ类有利区。      

鄂西渝东下古生界海相页岩饱和烃组成特征及其指示意义

鄂西渝东区下寒武统水井沱组（牛蹄塘组）、上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组海相富有机质页岩是我国南方页岩气勘探的重要层位。研究表明,研究区水井沱组经历的最高古地温介于280~300 ℃,现今R_o为3.90%~4.50%;五峰组和龙马溪组最高古地温介于200~220 ℃,现今R_o为2.45%~3.00%,有机质处于高演化过成熟阶段。然而,页岩样品氯仿抽提物饱和烃组成仍较为完整,存在碳数分布多具双峰型的正构烷烃、部分类异戊二烯烷烃和甾萜类化合物。该现象说明在地层条件下页岩中较严格受限的液态烃向气态烃的热力转化即环化缩聚和加氢裂解受到限制,从而造成常见饱和烃生物标志化合物的基本碳骨架在地温为200~300 ℃和热力作用时间为50~180 Ma的条件下仍然可以保存。研究表明,过成熟页岩中的饱和烃生物标志化合物没有完全失去其指示成熟度和生源的意义。根据页岩样品中的正构烷烃碳数和双峰型分布特征以及C₂₃三环萜烷/C₃₀藿烷指标判断,水井沱组页岩有机质成熟度更高,有机质来源中以原核生物的母质贡献占优,而五峰组和龙马溪组页岩有机母质来源中主要为细菌和藻类。     

下扬子地区寒武系页岩气成藏条件分析与资源潜力评价

下扬子地区寒武系为海相沉积地层，分布面积达13×104 km2，其中下寒武统荷塘组（幕府山组）发育黑色碳质泥岩，厚度达276 m，有机碳含量为0.25%~23.52%，平均含量为4.54%，有机质类型以Ⅰ型为主，页岩气成藏条件十分有利。该区下寒武统地层经历了加里东、华力西、印支、燕山和喜马拉雅期的构造运动及岩浆活动的改造，个别地段已经成为变质岩的一部分；很多地区荷塘组碳质泥岩演化程度较高，镜质体反射率（R_o）最大可达6.32%，完全处于过成熟阶段。该区荷塘组上覆地层较厚，但受构造影响，荷塘组地层埋藏深度变化较大。综合荷塘组碳质泥岩的厚度、埋深、有机碳含量和镜质体反射率等4个方面的指标，开展了下扬子地区寒武系地层的页岩气地质调查和潜力评价，共划分出3个页岩气远景目标区，分布于江西上饶-浙江桐庐、江苏扬州和安徽全椒等地，估算资源量为288 944.4×108 m3。