早石炭世断陷盆地构造特征及演化规律与页岩气保存关系:以桂中坳陷融水地区为例

广西页岩气勘探已在雪峰山隆起南缘桂中坳陷中北部的下石炭统鹿寨组取得多处页岩气重要发现,商业试采取得出气点火成功,但该地区坳陷内结构及演化特征尚未明确,制约了对富有机质泥页岩形成条件与有利沉积相带展布特征、页岩气富集规律的准确认识。以融水地区为例,通过地质调查分析、二维-三维地震剖面构造解译及演化平衡剖面等技术,对主要构造及结构特征、构造演化规律及其与页岩气保存关系进行研究,认为研究区现存3条主干断裂、NE-NNE向4个主要向斜构造,先存的NNE向三江-融安断裂是伸展断陷、挤压-走滑改造作用的主控因素。研究区在寒武系褶皱基底上,伸展断陷发展于晚泥盆世、强盛于早石炭世早期、停止于早石炭世晚期,坳陷改造期的挤压-走滑作用发育于印支期、燕山期,喜山期局部张性作用。现今的褶皱体系主体形成于印支期,受自西向东三江融安断裂的逆冲作用逐渐增强的影响,呈现宽缓向斜-复式向斜-断展褶皱的构造样式展布规律。沙坪复式向斜是页岩气保存的有利构造单元,页岩气保存有利的构造样式为断向斜、断背斜。该认识明确了该地区下一步页岩气勘探部署的方向,为桂中坳陷中北部的环江浅凹等结构和演化认识提供有利思路。

滇黔桂盆地东北部泥盆系竹节石页岩时空分布与沉积特征

为探讨滇黔桂盆地东北部泥盆系竹节石页岩的分布特征、竹节石与有机质聚集作用的联系,对吾隘剖面、东风剖面、上林西剖面、寨沙剖面、荔浦剖面和贵港剖面的地层旋回性进行研究,对竹节石页岩的有利产出阶段、空间展布特征、地层厚度变化和微观特征进行分析。结果表明:滇黔桂盆地东北部的泥盆系可划分为13个三级层序,暗色泥页岩主要发育于SQ_(5)~SQ_(11);在二级海平面变化上升阶段,竹节石页岩主要形成于每个三级层序的海侵体系域(TST_(5)~TST_(9)),在二级海平面变化最高阶段,竹节石页岩主要形成于每个三级层序的高水位海退体系域(HST_(10)~HST_(11));竹节石页岩在空间分布上受同生断裂带的控制,沿断裂带展布方向上延伸相对良好,沿非断裂带展布方向上延伸很差;竹节石页岩构成的富有机质页岩的有机质来源与竹节石关系密切,竹节石的富集程度对潜在性富有机质页岩的有机质丰度具有一定的指示作用。该结果为浮游生物在滇黔桂盆地东北部泥盆系有机质聚集过程中的作用提供实例。

桂中坳陷北部下石炭统鹿寨组页岩岩相类型及储层特征

桂中坳陷北部下石炭统鹿寨组富有机质泥页岩是页岩气勘探的主力层位。文中运用扫描电镜、X射线衍射、氩离子抛光、氮气吸附实验等测试手段以及总有机碳质量分数分析,研究了该层位暗色泥页岩的的主要岩相类型、储层物性与孔隙发育特征,并指出了优势页岩岩相。结果表明:1)运用总有机碳质量分数与硅质矿物(石英+长石)、碳酸盐矿物(方解石+长石)、黏土矿物四端元法,可识别出硅质页岩、钙质页岩、黏土质页岩及混合质页岩等4大类13小类岩相类型,以富有机质硅质页岩、富有机质黏土质/硅质页岩、富有机质黏土/硅混合质页岩和中有机质黏土/硅混合质页岩为主。2)鹿寨组硅质页岩储集空间以有机质孔、矿物溶蚀孔为主,混合质页岩以矿物溶蚀孔、与黏土矿物质量分数相关的孔隙为主。页岩孔径分布表现为多峰特征,以微孔、介孔为主,宏孔相对欠发育。孔隙度在1.20%~6.21%,平均值为2.29%,渗透率介于0.001×10^(-3)~0.023×10^(-3)μm^(2),平均值为0.004×10^(-3)μm^(2)。页岩吸附气量普遍高于1.5 m3/t,分布特征与孔隙度具有高度一致性。3)富有机质硅质页岩的总有机碳质量分数、石英等矿物质量分数、孔隙度及吸附气量均较高,可作为优势页岩岩相,其次为富有机质黏土/硅混合质页岩。优势页岩岩相主要发育于深水盆地或深水陆棚沉积,因此宜山断凹构造单元带内的深水台盆沉积可作为主要有利勘探目标,其次为柳城斜坡与环江浅凹的深水陆棚沉积。

广西页岩气勘查现状、存在问题及建议

广西富有机质泥页岩发育,据2013年国土资源部预测数据显示,广西页岩气地质资源量为4.44×10^(12)m^3,在全国排名第八。广西页岩气勘查工作起步较晚,2014年之后主要针对中—下泥盆统、下石炭统富有机质泥页岩开展了页岩气基础地质调查,并在东塘1井下石炭统鹿寨组和丹页2井的中泥盆统罗富组富有机质泥页岩中发现有较好的页岩气显示。然而,广西的泥页岩存在着有机质成熟度(Ro)高、沉积相变化快、保存条件复杂、含气性不稳定等问题,因此页岩气勘查需要增加工作投入、加强关键地质问题的研究、加强人才队伍建设及与科研院所的合作,从而更好地推动页岩气勘查工作的深入开展。

桂西北泥盆系罗富组泥页岩烃源岩有机地球化学特征及意义

通过野外剖面勘测、室内烃源岩地球化学分析以及碳同位素测试的方法和手段,对桂西泥盆系罗富组(D_2l)的黑色泥页岩烃源岩进行了研究。结果表明:研究区烃源岩有机质丰度普遍较高,TOC值为0.62%~2.74%,平均值为2.12%,均超过生烃门限(TOC=0.2%);氯仿沥青"A"含量为0.003 5%~0.143 8%,平均值为0.0439%,总烃含量(HC)为9.144~1177.5×10^(-6)(ppm),平均值为302.14×10^(-6)(ppm),生烃条件好。河池-南丹剖面烃源岩有机质类型主要为Ⅰ_1型,其他绝大部分为Ⅰ_2型在河池西南剖面有机质出现Ⅲ_1型。R_0的值为3.47%~3.73%,均处于过成熟阶段。有机质正构烷烃的分布既有单峰型,又有双峰型;Pr/Ph的比值均小于1,三环萜烷以C_(23)和C_(21)为主峰,藿烷以C_(30)藿烷含量最高,其次为C_(29)藿烷,伽马蜡烷/C_(30)。藿烷的比值为0.15~0.16,伽马蜡烷含量较高;C_(28)甾烷含量最高,其次是C_(29)甾烷,C_(27)甾烷含量最低,甾烷呈反"L"型分布。以上生物标志化合物的参数表明:罗富组烃源岩的有机质来源以低等水生生物为主,并有陆源高等植物的输入,沉积环境为还原的微咸水海相沉积环境。

复杂地表起伏多重变加密网格有限差分法波动方程数值模拟

常规变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法采用水平分层加密网格,该网格剖分策略在适应地形起伏和近地表速度结构变化特征方面效果较差。针对该问题,提出一种起伏多重变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法。该方法根据地形起伏和近地表低速层到高速层的速度分布特征进行网格加密;采用不同网格中的变系数差分格式离散声波方程,在保证波场模拟精度的同时兼顾计算效率;同时,为了进一步保障地表附近波场模拟的精度,地表附近最细网格中的差分格式不做降阶处理,针对位于地表以上的虚像点的波场值,提出一种融入自由地表边界条件的法向虚像外推法。算例分析验证该算法对速度模型不同区域进行的网格多次加密显著提高了计算效率,以黄土塬实际模型为例,耗时为常规1 m×1 m网格耗时的43.3%,并可达到和细网格基本一致的模拟精度,模拟误差控制在10-12范围内,同时表现出很好的近地表散射压制和边界吸收效果,且算法能稳定地适应实际复杂地表介质。

广西西大明山矿集区德立铅锌矿床成矿时代及其找矿勘查启示

右江前陆盆地形成于华南板块向印支板块俯冲拼合过程中,保留了大量印支期构造形迹。然而盆地中印支期岩浆及其相关成矿作用鲜有报道。选择右江盆地东南缘西大明山矿集区新发现的与有机质关系密切的德立矿床为研究对象,采用闪锌矿Rb–Sr同位素等时线测年方法,获得德立矿床成矿时代为207.1±0.6 Ma,表明该矿床形成于晚三叠世。Sr同位素初始比值(^(87)Sr/^(86)Sr)i为0.728379~0.739226,对比显示,闪锌矿Sr同位素组成与矿集区及周边晚白垩世长英质岩体、晚侏罗世高镁安山岩低Sr同位素组成具有明显差异,而与区域内三叠纪长英质岩体具有相似的Sr同位素组成,表明德立铅锌矿床成因可能与三叠纪岩浆关系密切,也暗示西大明山矿集区深部或周边存在隐伏三叠纪岩浆岩。此外,该矿床的矿体产出部位与富有机质地层关系密切,泥盆系和寒武系之间的硅钙界面破碎带是寻找铅锌矿床的有利位置。此次研究指示在西大明山矿集区不仅有晚白垩世铅锌成矿作用,矿集区西侧还存在印支期铅锌成矿作用,不排除在局部地区发育两期成矿作用的叠加,为今后矿集区找矿勘查拓展了新的思路和方向。

桂中坳陷北部下石炭统鹿寨组一段页岩气成藏条件与资源潜力评价

为明确桂中坳陷北部下石炭统鹿寨组一段成藏条件,评价区块资源潜力,利用录井、地震、实验测试等手段,系统分析页岩气成藏地质特征,并采用静态法对研究区页岩气资源量进行计算。研究表明:鹿寨组一段页岩有机质丰度中等(TOC含量在0.49%~5.15%)、类型好(有机质类型为II_(1)~II_(2)型)、热演化程度适中(热成熟度在2.2%~2.9%);储层脆性指数高(51%~94%),物性条件较好(孔隙度在3.12%~5.02%,渗透率在0.0005~0.161 mD),孔径多小于400 nm;储层孔隙类型以有机质孔和溶蚀孔为主,孔隙比表面积以微孔贡献为主,孔体积则主要由微孔和介孔贡献,微孔发育主控因素包括TOC和黏土矿物,而介孔发育主控因数为黏土矿物;现场总含气量平均1.73 m^(3)/t,甲烷含量高达95%,为高热值干气;甲烷等温吸附绝对吸附量在1.07~3.67 m^(3)/t,页岩吸附能力强;研究区页岩气藏埋藏深度多在1000~3000 m,顶板黄金组和底板尧云岭组岩性以(泥质)灰岩为主,岩性致密,累计厚度分别可达720 m和490 m,区内逆冲断层封堵性好,构造变形程度较低,岩浆活动较弱,温泉水循环深度多在800~1000 m,水文地质开启程度低。研究区沙坪复向斜页岩气地质资源量为255.2×10^(8) m^(3),技术可采资源量为38.3×10^(8) m^(3),技术可采资源丰度0.45×10^(8) m^(3)/km^(2)。结论认为,桂中坳陷北部残留向斜核部鹿寨组一段页岩生烃基础较优越、储集空间发育、含气性高、保存条件较好、埋深适中及资源丰度较高,是页岩气勘探开发有利目标。

起伏地表弹性波数值模拟的不等距差分法:以黄土塬区为例

针对包含复杂近地表及起伏地形的黄土塬区的正演模拟问题,提出一种弹性波不等距差分数值模拟方法。该方法不需要在地表处进行阶梯状离散,且在计算中可以将自由地表边界条件融入不等距差分格式中,能够提高计算效率。采用一个倾斜模型进行模拟,经与特征变量法对比,得到相同的波场,验证了该方法的有效性。对实际复杂黄土塬区模型进行试算,得到其波场快照与地震记录,证明了在复杂黄土塬区的适用性和可能的应用前景。

桂中坳陷东部下石炭统鹿寨组泥页岩有机地球化学特征

基于对桂中坳陷东部下石炭统鹿寨组泥页岩总有机碳含量(TOC)、有机质成熟度(Ro)、显微组分、饱和烃色谱-质谱等有机地球化学特征分析,发现其TOC主体>2.0%,Ro为0.84%~2.95%,有机质类型属于Ⅱ1-Ⅱ2型。通过对比国内外主要页岩气盆地富有机质泥页岩有机地球化学特征和分析研究区页岩气保存条件,判断下石炭统鹿寨组泥页岩具有较好生烃潜力。在此基础上,分析了鹿寨组泥页岩的沉积环境和有机质来源,发现:Pr/Ph<1,伽马蜡烷/αβC30霍烷比值为0.72~0.75,具有升霍烷系列,C27重排甾烷/C27规则甾烷比值为0.13~0.15,孕甾烷/C29-20R规则甾烷比值为0.03~0.04,研究区属于高咸度贫氧-缺氧的强还原环境;正构烷烃分布范围宽,C、N原子比为42.23~50.89,三环萜烷中C21、C23、C24呈倒"V"形分布,αβC30霍烷/∑C29甾烷比值为0.48~0.51,C29具有明显优势,伽马蜡烷指数平均值为0.37>0.2,不同显微组分在剖面上对TOC贡献率不同,判断鹿寨组泥页岩有机质来源多样,以高等植物和水生生物为主,顶部和底部层位有机质来源以低等细菌、藻类为主,具有较好的生烃潜力。

桂中坳陷页岩气目的层构造稳定条件分析

文章通过对广西桂中坳陷东部地区内主干断裂活动特征、褶皱形态进行分析研究,综合二维地震勘探线解译成果,分析研究区内形成的典型逆断层+向斜构造样式,结合东岗岭组(D2d)页岩气目的层的埋深条件及其相关的断层封闭性能,划分两处构造稳定区,为下一步在该地区开展页岩气有利目标区调查提供依据。

广西富有机质页岩含气潜力研究与勘探对策

为了加深对广西页岩含气潜力方面的认识,通过页岩等温吸附实验方法结合页岩内部总有机碳(total organic carbon,TOC)含量、有机质类型、镜质体反射率(R_(O))、全岩和黏土X衍射等分析测试,分析了广西地区重点富有机质页岩层位的含气潜力及页岩吸附甲烷气量的控制因素,探讨了含气潜力层的有利分布区及勘探对策。研究认为:鹿寨组页岩含气潜力最好,饱和吸附量平均为2.87 m^(3)/t,其他依次为罗富组、清溪组、升坪组、石炮组;罗富组在上林、南丹一带,鹿寨组在南丹—柳州一带、马山周鹿一带,石炮组在上思一带的页岩吸附性能最优;控制广西页岩吸附甲烷气量的主要因素有TOC含量、有机质类型、R_(O)、介孔和微孔孔容、伊蒙混层含量、盖层条件等,但不同页岩层位的主控因素略有差异。在后期勘探评价中应重点查明沉积微相、页岩的TOC含量、黏土矿物类型与相对含量、构造与盖层保存条件,对构造活动较强、R_(O)较高的地区应遵循“动中找静,高中选低”的勘探原则,以期指导广西页岩气勘探开发取得新突破。

桂中坳陷融水-融安地区下石炭统黑色泥页岩沉积特征及成藏潜力探讨

为了进一步揭示研究区页岩气的成藏潜力与影响因素,通过野外地质调查、剖面资料、桂北下石炭统富有机质泥页岩层地质参数井(GRY1井)测录井资料、室内岩矿分析测试等,综合分析了桂中坳陷北部融水—融安地区下石炭统鹿寨组页岩气主要目的层系的沉积特征及黑色泥页岩有机地化特征、含气性和储集-保存条件,进而探讨了该区页岩气的成藏潜力。结果表明:①研究区融水和睦以东地区目的层系鹿寨组下段岩性为灰黑色泥质灰岩、钙质泥岩、炭质泥岩为主。融安地区目的层系下石炭统鹿寨组下段岩性以灰黑色、黑色含粉砂含钙泥岩、含碳泥岩夹黑色泥灰岩以及黑色炭质页岩为主;优质泥页岩段约40 m。②TOC值介于1.80%~2.96%之间,平均2.27%,Ro值介于1.80%~2.13%之间,平均值为2.00%,属于高—过成熟演化阶段,表明其已进入大量生干气期。储集层孔隙类型主要为矿物溶蚀孔、微裂缝、有机质孔隙等,经后期改造可形成较好的连通通道以及提高孔渗能力。且含气性最高可达2.61 m^(3)/t,不含残余气。③融水—融安地区下石炭统鹿寨组黑色泥页岩层系具有较好的页岩气成藏及勘探潜力,研究成果可为桂北乃至整个广西古隆起边缘页岩气的勘探提供参考。

桂北寒武系清溪组泥页岩地质特征及页岩气潜力分析

桂北寒武系清溪组发育有一大套黑色炭质泥页岩,为页岩气潜力目的层段。通过野外调查采集样品进行测试分析,以了解桂北寒武系清溪组的变化特征,初步探讨其页岩气潜力。清溪组普遍发育多套富有机质黑色泥页岩,有机质类型为腐泥型(Ⅰ型)、腐植-腐泥型(Ⅱ1型),分布面积广,厚度大,有机碳含量普遍大于1%,是页岩气良好的目的层系。但镜质体反射率普遍大于4%,处于过成熟阶段,生烃潜力一般。受多期次构造影响清溪组泥页岩具轻微变质,褶皱、断层发育,构造保存条件相对较差,页岩气潜力一般。

桂中坳陷环江地区高-过成熟富有机质页岩储集性能研究及其对含气性的影响

桂中坳陷上古生界普遍发育富有机质泥页岩,相对于美国成功勘探的盆地而言,桂中环江地区富有机质页岩成熟度较高,缺乏储集性能及其含气性研究。利用沥青反射率代替镜质体反射率研究页岩的成熟度分布范围,通过压汞法分析孔径大小,进一步讨论孔隙度大小特征、比表面积、总孔容大小与页岩热演化的关系。数据表明:富有机质页岩以微孔—介孔为主,高—过成熟页岩仍具有一定的孔隙,当Ro,eq<3.0%,随着页岩成熟度增加,其比表面积和孔容略减小;当Ro,eq>3.5%时,随着页岩成熟度增加,其比表面积和孔容增大,从而增大了页岩的吸附能力,且同时微裂缝增多,增加了页岩气储集空间。因此,环江地区高—过成熟富有机质页岩仍有较好的储集性能,在生烃条件及保存条件等较好的情况下,其含气性仍具有较大潜力。

广西晚古生代地层页岩气烃源岩地质条件分析

文章根据古地理概况,结合样品分析结果,对广西上古生界下、中泥盆统及下石炭统黑色泥页岩地层作为页岩气烃源岩的地质条件进行了初步分析、评价,认为桂北地区下泥盆统地层及桂中地区下石炭统地层为有利的页岩气勘查层位。

广西环江地区下石炭统鹿寨组页岩气成藏条件与勘探的有利区预测

环江地区是桂中坳陷北部的一个重要沉积坳陷,下石炭统鹿寨组页岩厚度大,分布连续,成烃物质基础好,但勘探程度较低。为了评价环江地区下石炭统鹿寨组页岩气勘探潜力,以环江水克剖面为例,通过对该地区下石炭统鹿寨组页岩气成藏地质条件、储层特征和保存条件等进行分析。结果表明,环江地区西部、南部的残余向斜地层层序完整,盖层厚度大,构造保存条件好,为页岩气勘探的有利区。

来宾地区中泥盆统东岗岭组泥页岩有机地球化学特征

文章分析了桂中坳陷东部来宾地区中泥盆统东岗岭组(以下简称中泥盆统东岗岭组)泥页岩总有机碳含量(TOC)、有机质成熟度(Ro)、饱和烃色谱等有机地球化学特征,对比国内外不同地区富有机质泥页岩的有机地球化学特征,发现中泥盆统东岗岭组泥页岩具有一定的生气基础和勘探潜力。在此基础上,探讨中泥盆统东岗岭组泥页岩的沉积环境和有机质来源,发现中泥盆统东岗岭组泥页岩的沉积环境属于陆棚斜坡相缺氧还原的咸水环境,有机质来源多样,既有陆源高等植物,也有低等水生生物,有机质类型为Ⅰ-Ⅱ1型。

桂中坳陷下石炭统鹿寨组页岩气成藏条件和有利区预测

以桂中坳陷野外考察和岩心观察为基础,结合地球化学、扫描电镜、全岩X射线衍射和低温气体吸附等数据,分析了下石炭统鹿寨组的泥页岩分布、有机地球化学参数、储层特征和含气性等页岩气成藏的地质条件。研究表明,桂中坳陷下石炭统鹿寨组页岩以深水陆棚相沉积为主,富有机质页岩的分布面积广,沉积厚度一般在50~300 m,埋深适中;页岩的有机碳含量大于1.5%,有机质成熟度达到高成熟-过成熟阶段;储层中脆性矿物较多,孔隙空间发育较好,气体吸附性能好,具备页岩气聚集成藏的有利地质条件。结合桂中坳陷剥蚀厚度较大、经历断裂和岩浆活动较多、页岩气保存环境较差等问题综合分析,认为柳州-鹿寨和河池-宜州地区一带为桂中坳陷下石炭统鹿寨组页岩气勘探的有利区。

滇黔桂盆地桂中坳陷下石炭统鹿寨组页岩气勘探潜力

滇黔桂盆地桂中坳陷下石炭统鹿寨组富有机质页岩厚度比四川盆地龙马溪组更大,有望成为继四川盆地、滇黔地区之外重大突破领域,但地质条件更加复杂。为探索广西页岩气富集条件及主控因素,以桂中坳陷下石炭统鹿寨组为研究对象,利用钻井、测井、地震、大地电磁测深及分析测试等资料,开展富集条件及主控因素研究。研究表明:①桂中坳陷下石炭统鹿寨组富有机质页岩厚度大、分布广、有机质丰度高,有机质类型好、处于高成熟—过成熟阶段,具备较高孔隙度等良好储集条件,现场解析含气量最高为2.9 m^(3)/t,等温吸附实验表明最高吸附能力为5.32 m^(3)/t,保存条件较好,对比国内外典型页岩气藏,鹿寨组具备良好的页岩气富集条件;②桂中坳陷下石炭统鹿寨组页岩气富集的主控因素为:台盆或深水陆棚相是页岩气富集的有利相带,适中埋藏深度下的“滞留烃”和干酪根联合生气,保证了充足的气源,R_(O)值为1.5%~3.5%,处于生储耦合的最佳窗口,较缓慢的抬升及有利构造样式是页岩气富集的关键因素;③基于桂中坳陷剥蚀厚度大、热演化程度高、断裂多期活动等特点,综合分析认为柳城北地区、鹿寨地区、南丹地区及环江地区为鹿寨组页岩气勘探有利区。