页岩含气量现场测试技术进展与发展趋势

含气量是页岩气勘探评价及生产决策中的关键性基础参数,大三段式现场含气量解吸是准确、经济、快捷的首选方法。有别于煤层气思路,页岩含气量在测试原理、方法、技术及仪器等方面均取得了重要进展。无管化测试技术和小三段式测量方法的提出和应用,在提高解吸气测试精度的同时提供了更多有价值的信息。从借鉴于煤层气的条件回推法到多点测量约束拟合法,页岩损失气测量方法更加摆脱了对假设条件的依赖。基于非接触式扭矩传递的方法原理,实现了残余气测试过程中的全程气密。双三段式的含气量准确测量,为总含气量、游吸比、可采系数等含气结构参数的分析和求取奠定了基础,但页岩的可采气量并不是损失气和解吸气的简单加和。高精度含气量现场解吸的应用领域广泛,高精度解吸数据的系统获得、含气结构多参数的预测评价、智能评价技术的实践应用等,是页岩含气量现场解吸发展的基本方向。

中国页岩气勘探领域和发展方向

我国油气对外依存度较高,勘探开发页岩气是缓解能源和环境压力的重要途径。尽管我国页岩气在短时间内已经取得了一系列重大进展,但目前仍然处于勘探发展方向选择的“十字路口”。为此,系统梳理了我国页岩气地质条件的特殊性,结合页岩气成藏机理研究成果,指出了我国不同领域的页岩气勘探方向。研究结果表明:①中国页岩气勘探可分海相、陆相及海陆过渡相3大基本领域,华北、扬子及塔里木3大板块页岩气地质特点各异,构造沉积演化、页岩生气成藏、后期改造破坏等多因素相互作用,形成了中国页岩气地质分布的复杂性及勘探领域的多样性;②海相页岩有机孔缝发育,奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩仍将是未来一段时间内页岩气勘探的主体,扬子地区的寒武系牛蹄塘组和震旦系陡山沱组、滇黔桂地区的泥盆系罗富组和石炭系旧司组、华北地区的蓟县系洪水庄组和中元古界下马岭组等可以作为页岩气勘探战略突破的对象;③大中型陆相盆地的构造深部位和斜坡部位、中小型盆地的沉降—沉积中心是陆相页岩气勘探的两大主要方向,页岩层理缝和粒间孔发育,多类型有机质与热演化程度的匹配常使得页岩油、页岩气共生,将成为陆相页岩气进一步探索的重要领域;④海陆过渡相页岩主要形成于晚石炭世—二叠纪,页岩与砂岩、泥岩、煤层及碳酸盐岩地层之间的旋回组合特点明显,页岩中成岩裂缝发育,较好的构造保存条件与成岩保存条件是该类型页岩气富集的两大要素,潮坪—潟湖沉积体系和三角洲沉积体系、大中型叠合盆地和中小型残留盆地,以及盖层发育且构造保存条件好的深层是海陆过渡相页岩气勘探的有利方向。

中国页岩气成藏模式

尽管我国在页岩气地质理论和勘探开发方面已经取得了重大进展,但对于页岩气成藏的地质特殊性和富集规律性方面的研究依然较为薄弱。为此,针对中国页岩气成藏模式开展了研究。研究结果表明:(1)前中生代大陆边缘型海相和海陆过渡相沉积、中新生代盆地型陆相沉积发育了多样性的富有机质页岩;(2)以中新生代陆相沉积为主的盆地叠覆在前中生代海相或海陆过渡相大陆边缘沉积之上,前者在盆地中形成了厚度大、有机质丰度高但时代新、热演化程度低的陆相页岩,盆地构造深部位有利于页岩气富集,后者时代老、热演化程度高、历经构造运动次数多的页岩得到了良好的保存,构造稳定区是页岩气富集的有利区;(3)主要形成于中新元古代、震旦纪—奥陶纪及泥盆纪—三叠纪的裂陷槽,是海相富有机质页岩沉积的有利区域,它们与成藏组合条件好的海陆过渡相页岩、中小型盆地中的煤系页岩及接受岩浆侵入影响的中低热演化程度页岩等一起,共同构架了我国丰富多彩的页岩气成藏模式;(4)基于已有的钻探成果,可以将中国页岩气成藏模式归纳为构造型和地层型两大类,前者主要与构造形态有关,而后者则主要与岩性地层变化有关;(5)页岩发育及含气量变化主要受沉积、成岩及后期构造运动等多方面地质因素的影响和控制,有利的沉积环境、适宜的热演化程度、良好的盖层封闭性和构造保存条件,是页岩气富集的必要前提。

草莓状黄铁矿的形成机制探讨及其对古氧化-还原环境的反演

【研究目的】草莓状黄铁矿广泛存在于现代沉积物和沉积岩中,其成因机制总体上分为有机成因和无机成因两种,尽管两种机制均有理论与实验的支撑,但尚未建立一种具有普遍意义的形成机制。【研究方法】本文对目前草莓状黄铁矿的形成机理、氧化还原环境的应用及后期环境变化的影响进行了系统的综合研究。【研究结果】不同氧化-还原环境下形成的草莓状黄铁矿在粒径、形态以及硫同位素之间均存在较大的差异,可做为反演古氧化-还原环境的指标。草莓状黄铁矿的微晶尽管与粒径具有一定的正相关性,但是两者在形态演化序列、生长模式、聚集因素等方面与古氧化-还原环境的关系尚不清楚。仅凭草莓状黄铁矿粒径与铬还原法测定的硫同位素反演古氧化-还原环境存在一定的局限性,需要其他指标综合判定,尚需进一步开展草莓状黄铁矿原位硫同位素值与粒径对古氧化-还原环境反演的研究。后期氧化可使草莓状黄铁矿表面化学成分发生变化,但粒径分布依然具有古氧化-还原环境的指示意义。【结论】草莓状黄铁矿的实验模拟、理论体系和多学科交叉的研究中仍存在一些问题,尚需进一步研究。

中国页岩剖面区域分布及其页岩气地质意义

我国页岩分布在平面上广泛、时间上连续、空间上复杂,笔者对华北、华南、塔里木板块页岩分布进行了系统梳理和讨论。中、上元古界页岩以海相为主兼有陆相,发育滨浅海至浅海陆棚相、海相和陆相冰碛页岩,页岩剖面以见于不同古板块的边缘为特点。下古生界页岩以海相为主,发育广海陆棚相至浅海陆棚相页岩,页岩主要分布在华南板块和塔里木板块内部。上古生界页岩以海陆过渡相为主,兼有不同程度的海相和陆相,具有最广泛的发育和分布。中、新生界页岩类型多样但以陆相为主,中生界页岩沿近南北向的滇、川、陕和近东西向的新—陕—黑一线为主,新生界页岩主要发育在华北板块的东、西两侧。板块边缘、褶皱带及复杂构造活动区对页岩剖面分布具有重要影响,古海槽对页岩沉积、沉积环境对页岩成分、成分对页岩剖面的抗风化能力等均具有明显的影响作用。不同时代和地区的页岩剖面发育受多种因素影响,各具不同的地质特点。页岩剖面可分为锰质、硅质、灰云质、粉砂质、炭质、煤质及混合型7种,炭质型可出现在各种剖面中。其中的锰质型页岩主要见于华南板块中二叠统及更老地层中,硅质型页岩主要见于广海陆棚相,煤质型页岩发育时代较晚且主要见于海陆过渡相和陆相,粉砂质和灰云质型分布广泛。页岩类型各具有不同的时代性和地域性分布特点,对我国页岩层系进行系统梳理,有助于页岩气新区新层系研究。

复杂构造区页岩含气性与保存条件评价——以黔西南垭紫罗断裂带打屋坝组为例

贵州黔西南地区下石炭统打屋坝组是重要的含气页岩层系,也是近年来探索热点层系。该地区以垭都-紫云-罗甸断裂带为代表发育了多条断裂,构造条件十分复杂,是南方复杂构造区的典型代表,保存条件是该区页岩气富集的重要限制性因素。在野外地质调查及重点钻井解剖基础上,研究了黔西南下石炭统打屋坝组页岩矿物组成、有机地化特征、构造特征与断裂分布、含气性及其主控因素等,综合考虑岩性、断裂、盖层、有机质、矿物等对页岩含气的影响,提出了针对复杂构造区页岩气保存条件的评价方法,预测该地区页岩气发育有利区。结果表明:在研究区内,页岩矿物组成、有机质丰度和孔隙度等单因素与含气性相关性较弱,地质过程和多因素复合作用控制含气性,泥页岩与(泥)灰岩频繁叠置,构成“千层饼”式保存条件,有利于页岩气的保存;运用层次分析法和加权求和法对研究区保存条件进行定性半定量评价,评价结果显示紫云-罗甸及六枝-镇宁-关岭地区页岩保存条件相对较好。紫云、罗甸地区为Ⅰ类有利区,六盘水、六枝-镇宁-关岭地区为Ⅱ类有利区。

辉绿岩床侵入对围岩有机质热演化影响的模拟研究——以赵家山下马岭组剖面为例

燕山地区中上元古界下马岭组发育大套黑色页岩,是页岩气勘探的潜在目标层位。野外剖面调查显示下马岭组地层中有多套辉绿岩床侵入,是制约油气成藏的关键因素。选取赵家山下马岭组剖面为研究对象,在实测剖面以及开展成熟度测定的基础上,重点对侵入黑色页岩段的一套约7 m厚的辉绿岩床对围岩成熟度的影响开展数值模拟研究。结果表明,这套辉绿岩床对围岩R;(镜质体反射率)的影响范围约为8.5 m,是自身厚度的1.2倍,并且靠近岩床方向R;呈指数增加。数值模拟结果显示,这套辉绿岩在110年后基本冷却,对围岩地温场的扰动范围约为100 m,远大于对R;的影响范围,只有当围岩温度能达到并超过250℃时才会引起R;值的变化响应。辉绿岩床厚度越大,对围岩R;的影响范围越大,靠近岩床方向R;增加的程度越大;辉绿岩床对围岩有机质R;的影响范围为自身厚度的1倍以上。

海洋系统中氮的生物地球化学循环回顾与展望

氮(N)是地球上所有生命必不可少的营养物质,对生态环境有着重大而广泛的影响。近几年来,氮循环的研究在地球生物学、地球化学、海洋科学、大气科学和生态健康等领域取得重大进展。在这里,我们回顾了海洋系统中氮循环的重要进展,总结了现代人类对海洋系统氮循环的影响和相应的反馈,并对未来海洋氮循环进行展望。氮同位素(δ^(15)N)是评估氮循环的重要工具,可信的证据表明氧气(O_(2))的波动对氮循环的演化具有显著的促进作用。海洋氮循环显然与生物演化和环境演变密切相关,特别关注了埃迪卡拉-早寒武世、晚奥陶纪-早志留纪和晚二叠纪-早三叠纪三个阶段全球氮循环对生命演化和环境演变的耦合。自从进入人类世以来,人类活动极大的加快活性氮(Nr)的排放以满足农业和工业的需求,同时大量Nr向海洋系统的输入引起一系列具有成因关联的生物地球化学反馈,对环境变化、其他元素循环和人类健康产生了强烈的影响。随着Nr向海洋系统的持续过量输入,过量的Nr排放已被视为全球环境问题之一,一系列关键性问题亟需研究。