四川盆地五峰组—龙马溪组含气页岩中石英成因研究

为了分析含气页岩中石英的成因类型及其对页岩储层质量的影响,以四川盆地五峰组—龙马溪组含气页岩层段为主要研究对象,利用X-射线衍射分析、扫描电镜、阴极发光、能谱分析及主量元素测试等手段,识别出陆源石英和成岩过程中形成的石英。陆源石英阴极光下表现为强发光,单色阴极发光光谱一般有2个峰值,主峰出现在620~650nm处,次峰出现在420~450nm处;成岩过程中形成的石英单色阴极发光特征为弱发光—不发光,光谱通常在波长620nm附近出现峰值。成岩过程中形成的石英包括以隐晶、微晶及微晶聚集体的形式出现,呈不规则状的生物成因石英;以及嵌入在黏土基质中微米级颗粒,呈短链状、小晶簇状聚集,或以板片状、小晶片状形式存在的黏土矿物转化过程中形成的石英。TOC值与石英含量呈明显的正相关关系,说明高石英含量且富含生物成因石英页岩沉积时,有利于有机质的富集,并且页岩储层脆性高,可压裂性好。     

四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组页岩有机质宏微观赋存机制

页岩中有机质的宏微观赋存特征对于确定其成因、时空分布以及生烃机理等均具有重要的意义,而目前对于不同矿物/岩相与有机质间赋存的非均质性及模式方面的研究较为薄弱。为此,以四川盆地及周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩为研究对象,利用X射线衍射、岩心观察、扫描电镜等手段,分析微米—纳米级尺度下无机矿物成因、形态及其与有机质的接触关系,并在岩相划分的基础上,研究厘米—毫米级尺度下岩相与有机质的赋存关系,探讨有机质成因、宏微观展布及其主控因素。研究结果表明:(1)研究区页岩矿物组分以石英和黏土矿物为主,有机质为可溶有机质和不溶有机质;(2)石英、黏土矿物、碳酸盐矿物存在着3种有机质赋存样式,黄铁矿存在着4种有机质赋存样式;(3)研究区页岩可划分为富有机质硅质页岩、高有机质硅质黏土质页岩、高有机质含灰硅质黏土质页岩和低有机质粉砂黏土质页岩等4种典型岩相;(4)有机质在不同尺度上表现出赋存方式的非均质性,其中富有机质硅质页岩中有机质赋存的非均质性表现在相同或相似沉积环境下纹层内部,低有机质粉砂黏土质页岩中的有机质赋存的非均质性表现在不同沉积环境下形成的纹层间;(5)有机质赋存的主控因素包括有机质类型与演化条件、无机组分成因与形态、沉积环境等。结论认为,不同尺度下有机质赋存的非均质性影响着页岩气"甜点"的分布与预测结果的吻合度。     

四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组与筇竹寺组页岩含气性差异及成因

四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组页岩和筇竹寺组页岩是同时期进行页岩气勘探开发的2套重点层位,五峰组—龙马溪组页岩气勘探取得了重大突破,而筇竹寺组页岩气勘探效果却不理想。利用四川盆地及其周缘野外露头资料、已钻页岩气井生产资料以及前人研究成果,总结了四川盆地及其周缘海相页岩的地质特征,并分析了五峰组—龙马溪组页岩与筇竹寺组页岩的含气性差异及其主要原因。研究认为,四川盆地及其周缘海相页岩最显著的特征为"高演化"和"强改造",这与北美海相页岩差异明显。统计大量页岩气井生产情况发现,五峰组—龙马溪组页岩产气情况明显好于筇竹寺组页岩。筇竹寺组页岩压力系数较低,有机孔发育程度较差,相邻储层沥青分布广泛,这些都证实了桐湾期不整合面对筇竹寺组页岩含气性的破坏作用。震旦系顶桐湾期不整合面形成的排烃"通道"从生烃期开始的长期排烃,使层内残留烃量减少,是筇竹寺组页岩含气性较差的主要原因。     

黔北绥阳地区五峰—龙马溪组富有机质泥岩特征及意义

黔北地区五峰-龙马溪组富有机质泥岩由黔北隆起向南厚度逐渐增大,沉积相分别由潮坪、浅水陆棚、深水陆棚组成。黔北绥阳地区枧坝剖面黑色泥岩厚度达33.1 m,沉积序列与黔北其他剖面具有一致性,但是与周边剖面相比其厚度明显增大,表明该区发育棚内洼地深水陆棚相沉积。枧坝剖面五峰-龙马溪组泥岩段有机碳含量在0.53%~6.04%之间,平均3.05%,热解峰温一般大于500℃,镜质体反射率处于1.93%~2.19%之间,平均为2.07%,热演化程度总体处于过成熟阶段;其脆性矿物平均含量70.5%,黏土矿物平均含量29.5%,具有高含脆性矿物特征。黔北绥阳地区具有良好的页岩气基本地质条件。     

四川盆地五峰组—龙马溪组海相页岩元素地球化学特征与有机质富集的关系

选择四川盆地长宁县双河镇上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组新鲜露头剖面,对24个页岩样品进行了有机碳、硫含量和主、微量元素测试。分析了主、微量元素含量在剖面垂向上的变化特征及其与海盆古沉积环境的关系,讨论了控制四川盆地奥陶纪—志留纪页岩有机质富集的主要因素。研究结果表明:五峰组—龙马溪组底部约20 m的层段有机碳含量(TOC)较高,达2.2%~7.76%,向上有机碳含量变低(0.81%~1.83%)并趋于稳定。页岩的主要成分为SiO_2(55.67%)、Al_2O_3(10.13%)和CaO(9.51%)。TiO_2和Al_2O_3含量在剖面底部低,向上增大,指示陆源碎屑物质输入增加。富有机质页岩的SiO_2和CaO含量明显高于贫有机质页岩的含量,而Al_2O_3、Fe_2O_3和TiO_2含量较低;同时,在富有机质层段中氧化还原敏感元素Mo、U、V、Ni、Co、Cr和营养型元素Ba明显富集。Ni/Co、V/Cr、U/Th和黄铁矿矿化度(DOPT)指示五峰组沉积时期水体氧化还原条件变化较大,以贫氧—厌氧环境为主,龙马溪组底部水体还原性比五峰组强,为具有一定H2S含量的静海相环境,而中上部则为正常富氧环境。页岩中P和过剩钡(Baxs)含量指示五峰组—龙马溪组沉积期具有高生产力特征,且TOC与氧化还原指标呈正相关关系,表明有机质含量的变化主要受控于氧化还原环境。Mo/TOC与DOPT图解表明控制龙马溪组页岩微量元素富集的主要因素是氧化还原条件,而控制五峰组的则是水体滞留。龙马溪组有机质的富集主要是由海平面升降造成的海水缺氧程度所控制,而五峰组主要是水体滞留造成的海底缺氧使有机质得到了较好的保存。     

四川盆地涪陵气田五峰组—龙马溪组页岩优势岩相

以四川盆地涪陵气田主力产层上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩为研究对象,利用改进的硅质矿物-碳酸盐矿物-黏土矿物三端元图解,对其页岩岩相类型进行精细划分。涪陵气田五峰组—龙马溪组页岩主要发育8种岩相:硅质页岩相(S)、混合硅质页岩相(S-2)、含黏土硅质页岩相(S-3)、含灰/硅混合质页岩相(M-1)、含黏土/硅混合质页岩相(M-2)、混合质页岩相(M)、含硅黏土质页岩相(CM-1)和含黏土/灰混合质页岩相(M-3)。将优势岩相定义为页岩的含气量达到特定工业标准的岩相,结合研究区开发现状,划分出2类优势岩相,即含气量大于4.0 m3/t评为Ⅰ类(特优),含气量在2.0~4.0 m3/t评为Ⅱ类(优)。筛选出有机质丰度、硅质矿物含量、黏土矿物含量3项参数与含气量作相关性分析,建立了五峰组—龙马溪组一段页岩优势岩相的分级标准,确定了研究区混合硅质页岩相(S-2)、含黏土硅质页岩相(S-3)为Ⅰ类优势岩相,含黏土/硅混合质页岩相(M-2)为Ⅱ类优势岩相。页岩优势岩相分级标准可为其他区块页岩气评价提供参考。     

黔北地区五峰组—龙马溪组页岩储层含气性特征及其影响因素

黔北地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组发育一套优质富有机质页岩,具有良好的资源前景,但页岩储层特征、含气特征和主控因素尚不明确。基于前人资料和最新钻井,对黔北地区五峰组—龙马溪组页岩的有机质特征、储层物性和含气性特征进行了系统的分析,并探讨了含气性的主要影响因素。结果表明：黔北地区五峰组—龙马溪组为浅水陆棚—深水陆棚沉积,优质页岩主要分布在道真—习水一线深水陆棚相,最大厚度达80～100 m;五峰组和龙马溪组下段富有机质页岩TOC含量高,多在2%以上,有机质类型好、成熟度适中,具有良好的页岩气物质基础;优质页岩脆性矿物含量较高,具有较好的可压裂性,储层空间类型多,以有机质纳米孔为主,孔渗相对较低;页岩的甲烷吸附能力强,主要受控于TOC含量和热成熟度。黔北不同地区页岩含气量差异较大,在习水和道真地区页岩气含量相对较高、在桐梓—正安等地区页岩气含量相对较低,同一构造部位页岩气含量的差异受控于TOC含量、纳米孔隙发育程度和含水饱和度,不同构造部位页岩气含量受控于构造保存条件,构造宽缓、远离大断裂和较大的埋深等保存条件较好的页岩含气量普遍较高。     

四川盆地平桥地区五峰—龙马溪组页岩微观孔隙特征研究

基于氩离子抛光扫描电镜、吸附脱附实验等方法,对四川盆地平桥地区五峰组-龙马溪组下部页岩微观孔隙进行了研究。结果表明,富有机质的硅质页岩和碳质页岩微观孔隙以有机孔和微裂缝为主;孔隙结构相对复杂,孔隙形态丰富,孔径范围较大。吸附脱附实验显示,该页岩既有狭窄的平行板片状孔、少量的锥形平板孔和楔形孔,孔隙连通性相对差,又有规则开放圆孔与一端开口的墨水瓶状孔,孔隙开放性、连通性相对好。氩离子抛光扫描电镜法测量有机孔以细介孔为主且偏向微孔;吸附法测量比表面积为9～32.6 m²/g,平均18.0 m²/g,值偏低,BET法孔径为3.23～4.35 nm,BJH法孔容平均0.016 5 cm³/g,以细介孔为主,且偏向微孔界线。综合分析认为,研究区页岩储层微观孔隙以细介孔为主,且介孔和微孔贡献了绝大部分的比表面积。     

渝东南地区五峰组-龙马溪组黑色富有机质页岩岩性及沉积相研究

本文对研究区五峰-龙马溪组富有机质页岩岩性及沉积相进行了系统分析。五峰-龙马溪组水体经历了深-浅-深-浅的旋回,总体上属于陆棚沉积。     

四川盆地五峰组—龙马溪组页岩脆性评价与“甜点层”预测

页岩气储层评价过程中,有机碳含量是表征富有机质页岩的主要指标,脆性指数则是反映压裂品质的重要参数,有机碳含量与脆性指数相结合可以更为精细地刻画"甜点层"的分布,从而为勘探开发工作提供有利依据。为此,依据岩矿资料,应用"石英+白云石+黄铁矿"三矿物脆性指数模型对四川盆地焦石坝、长宁和威远3个气田的上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组富有机质页岩进行了脆性评价。基于脆性指数(BI)与有机碳含量(TOC)之间的显著相关性,综合有机质丰度和可压裂性,建立了储层品质的分级标准:TOC3%且BI50%为优质储层(甜点层);2%TOC3%且40%BI50%为次优储层;1%TOC2%且30%BI40%为差储层;TOC1%且BI30%为非储层。依据该标准,长宁地区优质页岩气储层厚度为32 m,焦石坝地区优质储层厚度为22 m,威远地区优质储层厚度为13 m。探索脆性指数与测井响应之间的相关性,并建立了富有机质、高脆性页岩的常规测井响应图版,以自然伽马大于160 API、钍铀比小于3且密度小于2.58 g/cm~3作为优质储层的测井识别标准,进而预测了四川盆地五峰组—龙马溪组页岩"甜点层"的平面展布特征。     

川南罗布向斜五峰组—龙马溪组页岩孔隙分形特征与主控因素

四川盆地南缘罗布向斜上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩具有厚度大、有机碳含量高、分布范围广、有机质热演化程度适中等特点,有可能成为下一步页岩气勘探的重要领域。为更好地表征研究区页岩非均质性及其对页岩气富集的影响,根据岩矿、地化、测井资料以及CO₂和N₂吸附实验,对研究区五峰组—龙马溪组龙一₁亚段各小层开展了页岩分形特征研究。结果表明,研究区各小层的总有机碳含量、矿物成分和孔隙度均存在较大差异,储集层非均质性强,页岩孔隙分形维数为2.711 0~2.794 8,平均为2.747 0,其中五峰组和龙一31小层的分形维数较高,龙一41小层的分形维数最低;有机碳和生物成因石英对页岩微孔的发育具有促进作用,页岩平均孔径越小,孔隙数量越多,孔隙结构越复杂,分形维数越大。     

四川盆地下寒武统九老洞组页岩气勘探

四川盆地下寒武统九老洞组岩性主要为暗色页岩夹粉、细砂岩等,特别是盆地西部厚度大、有机质丰富、生气强度大,以往一直都只认为是一很好的生油层。近年来由于页岩气理念的引入,开始认识到页岩既是生油层,也是储层,有粉、细砂岩、甚至砂岩夹层的参与,可使已生成的天然气在气源层就近聚集成藏。经过对全盆地九老洞组泥页岩在以往研究的基础上,进一步研究其天然气的形成与演化、运移和成藏后,认为勘探的有利区块主要是威远区块,其生气强度达230×108m3/km2,紧邻其下的震旦系灯影组也是一生油层并不断地供应其天然气,且其上覆间接盖层奥陶系—志留系的泥页岩封盖良好。其次是盆地北部川陕边境的南江区块,生气强度达(30～60)×108m3/km2,该区块地面已出露九老洞组岩层,其最大特点是埋藏浅,投资小,既省人力、物力和时间,而且验证也快。     

四川盆地志留系龙马溪组泥页岩吸水模拟实验及对孔隙连通性的指示意义

采用岩石小柱体吸水实验方法,结合N2吸附法对孔隙结构和BET比表面积的测量,以及TOC含量和黏土矿物含量的分析,研究了龙马溪组富有机质泥页岩对水的吸收程度,以此来探讨影响泥岩吸水的主控因素,以及对孔隙连通性的指示意义。结果表明:TOC和黏土矿物是影响泥页岩吸水的主控因素,泥岩吸水量与BET比表面积具较好的正相关性,吸水过程自发且可逆。相同泥页岩样品的绝对吸水量与其体积变化呈直线关系,斜率为单位体积吸水量,可计算泥岩有效孔隙度(6.23%),吸水研究为泥岩中孔隙的连通性和有效孔隙度的测量提供了新的手段。     

四川盆地及周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩岩相划分

页岩岩相对页岩气勘探"甜点"的确定具有十分重要的意义,不同专家和学者提出了不同的页岩岩相划分方案,但目前还未形成明确统一的标准。在总结前人对四川盆地及周缘上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩岩相划分的基础上,从页岩品质和可压性的角度,开展了页岩硅质成因分析和岩相划分特征参数的研究,明确了五峰组-龙马溪组页岩岩相综合划分方案：（1）分别以钙质含量大于50%、硅质含量大于75%、黏土含量大于50%为界,划分出泥灰岩、硅质岩和黏土岩3大类岩相和页岩混合岩相区;（2）将页岩混合岩相区以页岩气储量申报标准有机质含量1%、2%和4%为界,形成了低碳、中碳、高碳和富碳页岩4种页岩岩相;以页岩常见硅、钙矿物组分含量25%和50%为界,形成了低硅/中硅/高硅+低钙/中钙页岩等5种页岩岩相。该套以有机碳-矿物组分为基础、结合硅质成因分析的岩相综合划分方案,在科学研究和实际应用中适用性强、可推广,为五峰组-龙马溪组页岩纵横向优势岩相展布规律的研究奠定了基础。     

川南威荣页岩气田五峰组-龙马溪组页岩沉积相特征及其意义

以川南威荣页岩气田五峰组-龙马溪组典型取心井为例,基于岩心观察,有机碳测试、生物鉴定、现场含气量解析和测录井等资料开展了富有机质页岩微相划分。五峰组-龙马溪组一段沉积相主要为深水陆棚亚相,根据矿物组成不同可划分为6种微相：黏土质硅质、富硅生物、硅质黏土质、钙质黏土质、含钙富黏土和富黏土深水陆棚微相。纵向上,前4种页岩相带具有高有机质丰度（≥ 3%）、高孔隙度（≥ 5%）和高含气量特征（≥ 2 m³/t）,其中高有机质丰度为页岩气生成提供物质基础,同时生烃过程中产生大量的有机孔为页岩气赋存提供空间,尤其是富硅生物页岩脆性矿物含量高,具有高孔、高渗特征,工程上易于压裂,是页岩气富集最有利相带和页岩气勘探开发的甜点层段;横向上,这4种有利相带在威荣页岩气田的西区较厚,其勘探潜力优于东区。     

四川盆地志留系龙马溪组页岩气气体地球化学特征及意义

四川盆地威远地区和川南长宁地区志留系龙马溪组页岩气化学组成以及碳、氢和氦同位素组成分析表明,该区页岩气CH4含量占绝对优势(94.0%~98.5%)、湿度低(0.3%~0.6%)、非烃气体含量较低(以CO2和N2为主、含微量的He、未检测出H2S)。烷烃气体碳同位素值随碳数增加出现局部反序分布特征:δ13C1δ13C2;δ13CCO2=-2.4‰~-6.0‰,3 He/4 He=0.01~0.03Ra。威远和长宁2个地区页岩气碳同位素组成有所差异,威远地区页岩气的碳同位素值比长宁地区的偏低,δ13C1值偏低约8‰,δ13C2值偏低6‰;重复性实验结果表明2个地区页岩气碳同位素的差异可能源于其地质演化条件。川南长宁龙马溪页岩处于高—过成熟阶段,封闭性好,页岩气主要为干酪根初次裂解气和液态烃二次裂解气不同比例的混合,非烃气体中除有机质热裂解成因外含少量碳酸盐矿物分解产生的CO2。液态烃二次裂解可能是碳同位素值随碳数分布发生反序分布的原因。威远地区页岩中沥青含量较长宁地区多,同时后期的构造作用和抬升可能导致威远地区页岩气的烷烃气体的碳同位素值偏低。     

重庆綦江地区龙马溪组页岩孔隙特征与页岩气赋存关系探讨

通过高压压汞实验、低温氮气吸附实验、氩离子抛光—扫描电子显微镜观测对重庆綦江地区龙马溪组页岩样品进行了储层表征,并结合分子势能理论揭示了龙马溪组孔隙与页岩气赋存的关系。研究表明:1龙马溪组页岩储层中以小于100nm的孔隙最为发育,比表面积主要由半径小于8nm的孔隙提供,且纳米级孔隙以有机质孔为主,孔表面普遍存在不光滑性,具有分形特征,大孔孔壁叠合成诸多小孔。2有机质孔中甲烷分子与孔壁距离小于2nm时,二者间具有较强相互作用力;大于2nm时,二者间相互作用力可以忽略,甲烷分子呈游离状态。3龙马溪组储层孔隙中吸附气体积随孔径的增大而减少,当半径大于30nm时,吸附气体积可以忽略;游离气体积呈先增大后减小的趋势,在半径45nm附近达到顶峰。在10nm附近游离区域体积开始大于吸附区域体积;1~75nm孔隙中吸附区域占此孔径范围内孔隙总孔容的66%~71%。     

论四川盆地二叠系乐平统龙潭组页岩气勘探

四川盆地二叠系乐平统龙潭组深灰色泥页岩的厚度一般都大于50m,最厚可达120m,有机质含量一般为2%～7%,最大为8%,生气强度常在(20～50)×10<'8>m<'3>/km<'2>,最高可达75×10<'8>m<'3>/km<'2>,而且泥页岩中常有粉砂岩、石灰岩及煤岩等夹层,它们除自身具有一定的孔隙外,在石化过程中被压实、失水和收缩等情况下亦会产生裂缝,可增大储集空间,聚集更多的天然气.勘探有利区块有綦江、渝东北、万州和泸州等,同时如能对盆地内已钻的1 500余口井都进行压裂或压碎,对已吸附的天然气充分解吸,对四川的油气勘探将是一大贡献.     

川东北城口地区筇竹寺组页岩流变对孔隙结构的影响

为确定页岩天然流变对微观孔隙结构的影响,以川东北城口地区下寒武统筇竹寺组海相页岩为例,利用岩石薄片、聚焦离子束扫描电镜和低温液氮吸附实验,对页岩流变构造类型、特征、微观孔隙结构及其相互关系进行了研究。页岩流变的显微构造主要有碎斑系、碎裂流、压溶缝合线、显微褶皱、S-C组构和褶劈理;微米—纳米级构造包括糜棱岩化带、微型混杂带和旋转碎斑。天然流变页岩以发育纳米级矿物粒间孔隙为主,大部分原生孔隙结构在流变作用下难以保存;韧性流变导致页岩孔隙数量、孔径、孔体积、孔比表面积等减小,降低了页岩的储集性能。     

四川盆地五峰组-龙马溪组页岩岩相类型与沉积环境

沉积物的搬运过程和环境条件控制着富有机质页岩的形成。根据矿物学、岩石组构、生物组成及沉积构造的不同,五峰组-龙马溪组页岩识别出7种岩相类型:硅质页岩、粉砂质页岩、黏土质页岩、灰质页岩、含介壳灰岩泥质/泥灰岩、粉砂岩-细砂岩和斑脱岩。五峰组-龙马溪组页岩并不是一直在低能的水动力条件下以悬浮的形式沉积,大量硅质生物化石、具粒序特征的生物碎屑、粉砂纹层、透镜状层理及沙纹交错层理等沉积构造表明,还存在生物沉积、风暴沉积和底流沉积作用。微量元素分析表明五峰组和龙马溪组下部硅质页岩形成于贫氧/缺氧环境,富含有机质;随后海平面逐渐下降,同时受到底流的影响,岩相类型向粉砂质页岩和黏土质页岩转变,贫氧/缺氧环境受到破坏,有机质的保存条件逐渐变差。