不同构造单元页岩孔隙结构差异及其油气地质意义——以四川盆地泸州地区深层页岩为例

不同构造单元页岩储层品质、含气性差异明显,构造改造作用对页岩气勘探开发具有控制作用,但关于深层页岩气的构造控制作用机理研究较少,相关认识尚不明确,制约了深层页岩气的勘探开发。为此,通过“岩心—薄片—扫描电镜”多尺度观察、全岩矿物X射线衍射分析、核磁共振等技术手段,对比分析了四川盆地南部泸州地区不同构造单元上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组深层页岩孔隙结构和储层特征的差异,探讨了不同构造单元页岩孔隙结构差异与储层品质的耦合关系,明确了页岩气产量差异的内在地质原因,落实了构造改造作用下的页岩气勘探开发有利区。研究结果表明:①向斜区页岩主要以有机质孔隙、非构造裂缝为主,孔径大;背斜区页岩孔隙结构被强烈改造,以矿物粒间孔、构造裂缝为主,矿物粒间孔狭长且定向排列,孔径小。②向斜区构造相对稳定,有机质孔隙、矿物粒间孔以及成岩裂缝保存较好,宏孔占比高,储集性能好,含气量和产量高;背斜区页岩储层发育大量构造裂缝与断层,孔隙和成岩裂缝被压实,孔径减小,储集性能变差,含气量和产量低。③距盆缘剥蚀区越远,构造越稳定的单元,保存条件越好,该类构造单元页岩储层越发育,含气量和产量越高,页岩气勘探开发潜力越大。结论认为,构造运动对于压力系统的影响是形成不同构造单元深层页岩孔隙结构特征差异的重要因素,并控制了页岩储层的含气性与产量;向斜区深层保存条件好,远离剥蚀区,为勘探开发的最有利区,该认识可为深层页岩气勘探开发提供技术支撑。

南天山北部巴音布鲁克早古生代火成岩的地球化学特征与岩石成因

南天山北部上志留统巴音布鲁克组火山岩系以中基性喷出岩为主,并有辉长岩侵入,其矿物组合中都含有角闪石,岩层中爆发相火山碎屑岩极为发育。各种火山—侵入岩的LREE和 LILE强烈富集、HFSE相对亏损,出现明显的Ta、Nb负异常,(La/Yb)_N=2.92～5.21,Nb/La=0.22～0.33,具有岛弧岩浆岩的特征。Zr/Nb=26～47、Hf/Ta=11.9～19.9,暗示其源区为类似于N-MORB的亏损地幔;高的Th、LREE含量和高于正常弧火山岩、低于洋岛玄武岩(OIB)的HFSE绝对丰度,较小的ε_(Nd)(t)值(+3.23～+6.15)、较大的(^(87)Sr/^(86)Sr)t值(0.7044～0.7063),ε_(Nd)(t)与(^(87)Sr/^(86)Sr)_1间呈明显的线性负相关关系,并且分别与LILE/HFSE之间呈负相关和正相关关系。上述特征反映出巴音布鲁克火成岩的岩石成因中既有俯冲洋壳板片流体—沉积物的加入,也有板片熔体组分的贡献,在地球化学上具有正常岛弧玄武岩(IAB)与富铌岛弧玄武岩(NEAB)之间过渡系列的特征。该套火成岩与中天山南缘蛇绿混杂岩带紧邻,地层时代也与南天山洋俯冲—消减时代相当,它应当是南天山洋盆于晚志留世时发生的俯冲—消减所引发的岛弧火山—岩浆作用的地质记录。

南方海相上奥陶统－下志留统优质烃源岩发育的控制因素

从全球古气候和古海洋特征出发,结合中国南方晚古生代古地理演化特征,并利用中上扬子地区典型剖面系统的地球化学数据,探讨了南方海相上奥陶统—下志留统优质烃源岩发育的控制因素。研究表明V/(V+Ni)、Ni/Co、Ceanom、δEu和δ13Corg等地球化学指标与有机碳含量均有较好的相关性,这些指标的异常匀表明上奥陶统—下志留统优质烃源岩发育于缺氧环境。但是,从古气候和古海洋洋流的研究结果看,上奥陶统五峰组烃源岩与下志留统龙马溪组烃源岩的发育因素有明显的不同,五峰组沉积处于全球冰期的高峰阶段,在扬子地区发育强劲的上升洋流,提高了该地区的有机质的生产率,现今广泛分布在扬子地区的高有机质丰度的薄层硅质岩,是上升洋流的最好标志。龙马溪组沉积处于全球冰期过后的暖期,不利于上升洋流的大规模形成,上升洋流的影响范围仅局限于当时扬子克拉通盆地周缘深水斜坡部位。龙马溪组优质烃源岩主要发育在海侵的初期,主要是因为海侵初期海平面的快速上升,限制了陆源碎屑的大规模注入,海底的缺氧环境得以保存。而海侵的后期由于深层海水和表层海水有充足的时间混合,致使底部缺氧环境遭受破坏,有机质保存条件变差。

四川盆地及其周缘上奥陶统—下志留统页岩气聚集条件

通过对25处野外露头的观测、采样以及吸附气含量、地化参数和物性参数等测试分析,研究了四川盆地及其周缘上奥陶统—下志留统黑色页岩的沉积相、厚度及分布、有机质类型及含量、成熟度、孔隙度和含气量等页岩气成藏条件。与美国主要产气页岩相比,研究区发育的页岩具有沉积相有利、厚度大、有机碳含量高、成熟度高、孔隙度高和含气量高等特点,具备页岩气藏发育的良好地质条件。此外,建立了预测页岩气藏发育有利区的参数模型,采用综合信息叠合法预测四川盆地及其周缘上奥陶统—下志留统页岩气藏的有利发育区位于川南-黔北、鄂西-渝东和川(渝)东北-鄂西北等地。在各个有利区的具体指标中,川南-黔北有利区具有较高页岩含气量,是目前勘探较为现实的地区。根据实测含气量,采用体积法计算研究区上奥陶统—下志留统页岩气资源量为(2.2～8.5)×1012m3,中值为5.3×1012m3。

四川盆地焦石坝地区页岩气储层特征及控制因素

页岩气的生成和聚集具有不同于常规油气藏的独特规律,页岩气储层的研究是页岩气勘探与开发的核心问题。目前,对焦石坝地区页岩气储层的认识是相对有限的,需要对本区页岩气储层做进一步研究。基于大量实验室测试数据的统计分析显示:上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组目的层段总有机碳(TOC)含量介于0.55%~5.89%,平均为2.54%,且具有自上而下有机碳含量逐渐增加的趋势;基于全岩X-射线衍射分析方法,页岩中黏土矿物含量介于16.6%~62.8%,平均为40.9%,自上而下逐渐减少,脆性矿物含量自上而下逐渐增加,总量介于37.2%~83.4%,平均为59.1%;基于氦气注入法检测了目的层段的孔隙度,实测氦气孔隙度介于1.17%~7.98%,平均为4.61%,目的层段孔隙度呈现出'两高夹一低'的三分性特征;稳态法水平渗透率介于0.002~335.209 m D,平均为23.785 m D;通过高压压汞法对储层孔隙结构进行了研究,大量的测试数据表明,介孔级别的孔隙发育,且介孔提供了主要的孔比表面积,而介孔和大孔对渗透率起主要的贡献;将氩离子剖光技术和扫描电镜(SEM)相结合对储层的孔隙类型进行了观察,总体表现为自上而下有机孔隙增加、无机孔隙减少;由解吸法测得总含气量介于0.44~5.19 m3/t,平均为1.97 m3/t,从上到下呈现出逐渐增大的趋势。研究表明,焦页1井海相页岩气储层发育的控制因素有矿物组成和有机质发育特征等。TOC是控制下部储层段的主要内在因素,也是提供页岩气储存空间的重要物质;成岩阶段晚期,黏土矿物组合发生变化,蒙脱石向伊利石转变,形成新的微孔隙,增加了储层的孔隙度,对上部储层段有较大影响;脆性矿物含量大于50%,易于形成裂缝,可造成地层渗透性能的显著增强。总体来看,五峰组和龙马溪组的底部层段是优质储层,也是主要的产气层段。

上扬子区志留纪层序地层特征

在稳定的上扬子地区，对志留系（４３９～４０９Ｍａ）进行了露头层序地层研究，建立了２个二级层序（不完整）和９个三级层序（ＯＳ１—ＯＳ９），每个三级层序的时限约３．３Ｍａ，ＯＳ１由龙马溪组和香树园组构成。雷家屯组包括２个三级层序。ＯＳ４由马脚冲组和溶溪组构成。秀山组和回星哨组构成ＯＳ５和ＯＳ６层序。ＯＳ７位于关底组下部。由关底组上部和妙高组下部组成ＯＳ８。ＯＳ９由妙高组上部和玉龙寺组构成。ＯＳ１和ＯＳ７为Ⅰ型层序，其余为Ⅱ型层序。三级层序均发育ＴＳＴ和ＨＳＴ，而缺乏ＬＳＴ和ＳＭＳＴ。层序的发育与全球海平面变化有密切关系。加里东运动造成的扬子地台持续上升及差异升降对二级层序的组成具有明显的影响。

四川盆地及其周缘上奥陶统—下志留统页岩气成藏体系研究

通过对页岩层系发育的时代、沉积特征、演化历史、现今所处的大地构造位置、构造特征、页岩残留状况、分布特征、埋深和含气量等因素的综合考虑,根据"单源一位"页岩气成藏体系划分的一般性原则,将四川盆地及其周缘上奥陶统—下志留统页岩气成藏体系划分为川南—川东南、黔北、渝东、湘鄂西、龙门山、米仓山—大巴山和川中7个成藏体系,描述了不同成藏体系中页岩层系的厚度、有机碳含量、成熟度和含气量等特征,并按战略展开区、战略突破区、战略准备区和战略远景区4个层次对成藏体系进行了评价,明确了勘探层次。

江苏北部晚志留世“植物碎片”的研究(英文)

系统研究江苏北部晚志留世地层中的植物碎片 ,包括表皮 (3个类型 )、管状体 (3属 5种 )和其它分子。这些植物碎片与世界上 (如 :Anglo WelshBasin和Scotland)同时期地层中的植物碎片相似。通过研究认为 ,这些表皮可能产自较高等陆生植物和Nematophytes ;管状体来自Nematophyte。根据研究结果 ,并结合已有的资料 ,认为华南地区Ludlow—Pridoli期发育的 6个沉积区。

扬子地区上奥陶—下志留统生物钡特征及其古生产力意义

对扬子地区上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组Ba和Ti元素的含量进行了分析,结果表明,扬子地区五峰组和龙马溪组钡质量分数为855.63～1872.33mg/kg;采用标准陆源物质扣除法获得的生物钡质量分数为612.17～1711.81mg/kg,占总钡质量分数的60.74%～91.98%,平均为76.73%.总钡和生源钡含量变化趋势明显,均在五峰组上部明显升高.根据钡的古生产力计算模型估算了古生产力状况,并探讨了古生产力变化的影响因素,认为五峰晚期古生产力升高与当时全球气候变冷所引发的上升洋流和海平面下降事件有关.

中上扬子地区上奥陶统—下志留统烃源岩发育的古环境恢复

上奥陶统—下志留统烃源岩是中国南方海相4套主力区域烃源岩之一,有关它形成与发育环境的研究是南方海相油气成藏理论的基础性问题。本文选择中上扬子南缘2条代表性剖面,对上奥陶统—下志留统沉积岩进行了详细的地球化学分析,提取其中对沉积古环境有指示意义的地化指标,对该段地层的古环境进行了恢复。研究表明,优质烃源岩段主要集中在上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组底部,V/(V+Ni)、Ni/Co、Ceanom、δEu和δ13Corg等地球化学指标与有机碳含量均有较好的相关性,这些指标的异常均表明优质烃源岩发育于缺氧环境。而龙马溪组上部地层的有机碳含量较低,各种地球化学指标也显示,此时缺氧环境遭到了破坏,这与当时的沉积环境多为高能环境、不利于烃源岩发育是一致的。

上扬子区志留系页岩气成藏条件

广泛分布于中国南方上扬子地区的志留系为一套静水、缺氧环境下沉积的良好烃源岩,尤以四川盆地的下志留统龙马溪组黑色笔石页岩最为发育。从该套地层的有机地化参数、四川盆地南部长宁构造新完钻的页岩气浅井的分析测试数据看,龙马溪组有机质丰度高、成熟度较高、微裂缝发育、埋深适中,具有形成页岩气藏的优越条件。川东石柱—鄂西利川、川南泸州和川北镇巴地区的页岩有机碳含量大于2%,平均厚40～80m;泸州—宜宾—自贡地区,黔中麻江—瓮安、川东南的秀山、松桃及湘西吉首地区,页岩的成熟度多小于3%;阳深2、阳63、阳9、付深1、隆32、太15等探井,在钻遇志留系页岩层段时均见到气测异常、气侵、井涌现象,长芯1井也证实了浅层志留系页岩气的存在,页岩气含量平均为0.15m3/t;野外和岩心观察该套页岩微裂缝发育,岩矿组成显示石英和方解石含量较高,表明该区页岩脆性的特征;采用体积法初步估算的四川盆地及邻区龙马溪组页岩气资源量为4.0×1012～12.4×1012m3,显示了该区页岩气巨大的勘探潜力。

四川盆地东南部习水地区上奥陶统-下志留统泥页岩裂缝发育特征

四川盆地上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组黑色页岩是页岩气勘探开发的重要目标层位之一。根据裂缝(节理)产状统计、薄片研究、纳米级扫描电镜研究、脆性矿物含量分析、地球化学分析和岩石力学分析,对四川盆地东南部贵州习水骑龙村五峰组-龙马溪组泥页岩剖面进行研究。整个剖面的裂缝(节理)产状与区域断裂近似一致,走向主要有3组(近东西方向、北西西-南东东方向和北北东-南南西方向),此外还有一组近南北方向的次要节理发育。页岩储层中的裂缝多以微裂缝形式存在。随着抗压强度的增加,岩石微裂缝也被破坏严重,并逐渐形成大规模复杂的裂缝网络体系。平行层理方向上岩石力学性质主要受到地应力的控制。水力压裂若沿着垂直于最大水平应力(北东东-南西西)的方向,可以扩大水力压裂的处理面积。

四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气勘探进展、挑战与前景

四川盆地黑色页岩层系多、页岩气资源丰富,是迄今为止中国主要的页岩气勘探开发盆地。为了给今后四川盆地乃至整个中国南方地区页岩气勘探开发提供指导和参考,以该盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气勘探开发实践为对象,总结了其发展阶段与进展,明确了页岩气富集成藏的有利条件,梳理了制约页岩气发展的理论与技术挑战,进而探讨了未来的勘探开发前景。研究结果表明:(1)深水陆棚相形成高富含有机质页岩且连续段厚度大、品质好,复背(向)斜宽缓区构造相对稳定是该盆地五峰组—龙马溪组页岩气持续聚集的有利条件,保存条件是页岩气富集的关键因素,页理(纹理)、微裂缝发育是页岩气高产的重要因素,超压是页岩气高产的重要条件;(2)制约该盆地五峰组—龙马溪组页岩气工业化发展的技术瓶颈,主要包括富有机质页岩沉积相与沉积模式,页岩储层成岩过程与评价体系,页岩气形成与聚集机理,页岩气层地球物理识别与预测,资源动用率低、不确定性大,3500 m以深页岩气勘探开发技术尚未突破。结论认为,四川盆地五峰组—龙马溪组仍是今后相当长一段时间内中国页岩气勘探开发的重点层系。

中上扬子地区志留系龙马溪组页岩气资源潜力评价

中上扬子地区志留系以泥页岩沉积为主,其中龙马溪组下部发育富含有机质的泥页岩。这套泥页岩是在鲁丹期冰川消融期海平面快速上升时沉积的,受台地古地形的影响,厚层富烃泥页岩主要分布在川东、湘西及鄂东地区。龙马溪组泥页岩以含碳粉砂质泥页岩为主,分布稳定;有机碳含量最高达到6.5%,在石柱冷水溪剖面TOC大于1.0%的厚度近105m,有机质类型以Ⅰ—Ⅱ为主,成熟度高,是页岩气勘探的潜力地区。

华南中上扬子早志留世古地理与生储盖层分布

依据"构造控盆、盆地控相、相控油气基本地质条件"思路,重建华南中上扬子地区早志留世鲁丹期、埃隆期和特列奇期岩相古地理格局,并从盆地沉积演化的角度总结生储盖层发育条件与时空分布规律。赫南特期末期冰川消融后全球的快速海进和构造挤压造成的地壳挠曲,导致中上扬子地区在鲁丹期形成以深水陆棚为主的古地理格局,发育的多个坳陷区成为有利烃源岩的沉积中心。埃隆期处于构造挤压的间歇期,由于相对海平面下降等因素,形成特殊的混积型碳酸盐缓坡,以礁滩相为主的碳酸盐岩储集层主要分布在沿岸的潮下高能带。特列奇期构造运动加剧,盆地整体抬升。东部作为构造挤压的前锋带,形成滨岸/潮坪/三角洲组成的复合性海岸环境,有利于储集砂体的发育,其中以小河坝组的临滨砂坝和三角洲前缘席状砂最具储集潜力,而广泛分布的韩家店组潮坪—陆棚相泥页岩可作为下伏含油气层系的良好封盖层。

中、上扬子地区晚奥陶世—早志留世古地理演化及页岩沉积模式

为明确南方海相页岩沉积与古地理演化关系,以中、上扬子地区晚奥陶世—兰多维列世沉积的页岩为研究对象,以24口页岩气井笔石地层划带资料为重点,配合GBDB数据库中的露头剖面信息,综合前人资料,按照相-亚相-微相划分,结合沉积物、沉积环境、地化参数及测井特征,总结出陆棚、潮坪及三角洲3种沉积相、8种亚相以及相应的多种微相的划分方案。明确中、上扬子地区总体处于隆起围限的局限低能陆表浅海环境,其中页岩储层沉积有利相带为局限深水陆棚相。以年代地层"阶"为单位,"优势相"为方法和覆盖全区的沉积相剖面/钻井为控制点,有效推测各时期隆起边界变化情况,重建中、上扬子地区凯迪期、赫南特期、鲁丹期和埃隆期4个连续断代岩相古地理格局;以"阶"为标尺卡准各时期笔石页岩段厚度,明确各期沉积体系时空展布及页岩分布规律。黑色页岩发育受控于全球海平面上升、区域构造运动和古地理格局3种因素。页岩厚度明显受控于隆-坳相间格局,沉积模式为"两隆夹一凹"型:页岩气富集区被"两隆"所夹持,位于"一凹"之中。靠近隆起区,笔石带发生不同程度缺失,不利于页岩气的开发,页岩气作业应尽量避开远离笔石页岩发育先天不足的隆起区。

吉林中部中—上志留统三叶虫动物群

描述了吉林中部永吉县中—上志留统张家屯组与二道沟组的三叶虫群6科的10属、12种及2未定种,其中新属3个、新种8个,并简要讨论了华北板块北缘三叶虫群的生物古地理特征。

川南地区五峰组—龙马溪组页岩层序地层及其对储层的控制

随着四川盆地勘探程度的深入,页岩气藏已经成为勘探重点,有必要系统地开展页岩层序地层研究。在岩石地层、生物地层、年代地层研究的基础上,运用露头-钻井-地震、全球海平面变化曲线、地球化学、古生物等资料,在川南地区五峰组—龙马溪组页岩地层中识别出4个三级层序界面,划分了3个三级层序:SQ1相当于五峰组,沉积速率低(1.18~2.19 m/Ma);SQ2相当于龙马溪组下段及上段底部,沉积速率较低(约为15 m/Ma);SQ3相当于龙马溪组上段中上部,沉积速率较高(216.25~340 m/Ma)。建立了该区的层序地层格架。分析了层序对储层的控制作用,主要体现在黑色页岩层序SQ1—SQ2中相对海平面升降与页岩脆性指数呈负相关、与TOC及孔隙度呈正相关,渗透率高值多位于脆性段,渗透率低值多位于塑性段。灰色页岩层序SQ3以塑性段为主,孔、渗均低于SQ1、SQ2凝缩段,其相对海平面与有机质没有明显的相关性。相对海平面变化影响了优质页岩储层发育,SQ1、SQ2海侵期—海退早期为优质页岩储层发育期。综合本次研究成果,明确了层序地层对优质页岩储层的控制作用,对于在层序格架内预测优质页岩储层段具有指导意义。

大地构造对上扬子区志留纪生物礁分布及发育的控制

根据上扬子板块的基底特征，及板块边缘特征等不同大地构造单元演化特征入手，分别对上扬子板块基底地貌、板块边缘构造及板内不同构造单元控制志留纪古沉积环境及生物礁发育演化进行了论述。在上扬子板块的北缘（南秦岭构造带），为被动大陆边缘，沉积环境适于生物礁发育，类型较多。而板块西缘（金沙江构造带）为主动大陆边缘，在岛弧区发育部分点礁以及生物层；板块内部受古隆起影响的地区（川西北、川东南、黔北），形成缓坡沉积环境，在浅缓坡区生物礁十分发育，类型众多；但是板内深断裂（龙门山，二郎山—攀西裂谷带）边缘生物礁不甚发育，仅见生物层—小型点礁组合。志留纪时，上扬子板块受全球海平面变化的影响明显，至Ｗｅｎｌｏｃｋ期后，大部分地区因海平面下降而无沉积。但是在板块边缘凹陷区，因区域构造的影响，全球海平面波动对其影响不大。

中、上扬子区志留系油气成藏特点与勘探前景

中、上扬子区上奥陶统—志留系优质烃源岩主要发育于上奥陶统五峰组和下志留统底部,以好烃源岩-最好烃源岩为主。志留系碎屑岩和碳酸盐岩两类储集岩均以低孔低渗-特低孔低渗为特征,碎屑岩是主要储集岩类。下志留统龙马溪组为优势盖层发育层位,是一套良好的区域性盖层,现今总体上处于中成岩 B 期—晚成岩期,虽演化程度高,但仍具有良好的封盖能力。上扬子川东地区大规模生烃期较早,大部分志留系烃源岩在中侏罗世就达到了生油高峰;中扬子区大部分志留系烃源岩达到生油高峰期较晚,为晚三叠世。古构造控制着志留系油气的运移方向和聚集部位,川东南—鄂西渝东区为志留系天然气勘探最有利区,江汉平原南部冲断褶皱区为有利区。