中扬子地区晚震旦世—早寒武世转折期台—盆演化及烃源岩形成机理

在中国南方中扬子地区早寒武世早期,沉积了一套黑色碳质页岩、碳硅质页岩、黑色粉砂质页岩,分布范围广,厚度大,有机碳含量高,属于腐泥型为主的有机质类型,为中国南方海相区域主力烃源岩之一。为了认清该套烃源岩的形成环境,通过对岩石学特征、沉积相的变化、台—盆转化的研究并结合一些地球化学指标分析了该地区在转折期古环境发生的变化,初步探讨了下寒武统这套主力优质烃源岩的形成背景,提出了一个热水活动—上升洋流—缺氧事件复合模式,即为在地壳拉张背景下,热液活动与上升洋流共同作用造成生物产率提高,水体缺氧,使得有机质大量埋藏并得以保存,构成了在中扬子克拉通上和东南边缘重要的下寒武统优质烃源岩。

中扬子区构造特征及勘探方向建议

中扬子区经历了印支-喜山期四个构造变形、变位发展阶段:印支运动结束海相沉积,并形成了黄陵、潜江、洪湖古隆起,早燕山期全区挤压,奠定了本区中、古生界的基本构造格局,晚燕山期,构造负反转,中、古生界构造发生叠加改造,喜山期,构造正反转,总体表现为隆升挤压。印支期以来多期构造运动的叠加改造,形成了南、北两个弧形构造体系,平面上构造展布特征具有明显的差异性:北部(大洪山)弧形构造系呈现南北分带、东西分块的构造格局,南部弧形构造系东西差异明显,东部具双重结构特征,西部为"隔槽式"构造格局。近期应以江汉平原南部、湘鄂西区桑植石门复向斜为勘探重点,同时围绕深化地质认识,解剖区域结构,加强地震攻关,积极准备中扬子南、北逆冲推覆带勘探。

中扬子地区涪陵区块海相页岩气层特征

涪陵区块地处中扬子板块西部,综合测录井及岩屑、岩心室内分析化验资料研究结果表明,涪陵区块龙马溪组—五峰组海相页岩层岩性主要为灰黑色粉砂质泥岩;储层厚度大,有机碳含量高,镜质体反射率与脆性矿物含量适中;储层低孔特低渗,纳米级孔隙发育,微裂缝较发育;天然气以甲烷为主,不含硫化氢;深水陆棚沉积环境优越,页岩气层存在明显异常高压。研究结论对于涪陵区块页岩气勘探开发产能建设,以及国内页岩气勘探具有重要指导作用。

中扬子地区海相天然气勘探方向、关键问题与勘探对策

中扬子地区古生界海相层系与上扬子地区具有相似的油气地质基本条件,但经历了长期、曲折的勘探历程,久攻未克。研究分析中扬子地区区域构造、沉积演化,烃源岩、储层沉积相带、成藏组合,认为中扬子地区发育以震旦系、寒武系为勘探主要目的层的下组合和以二叠系、三叠系为主的上组合两个含油气组合,具备发现常规天然气和页岩气的良好石油地质条件,资源潜力大,是寻找规模天然气的重点勘探潜力区。提出上组合有效勘探区域主要为鄂西渝东石柱复向斜、江汉平原区沉湖—土地堂复向斜、当阳复向斜和湘鄂西区的利川复向斜南部地区;下组合勘探以鄂西渝东石柱复向斜及湘鄂西区为有利分布区;湘鄂西区是寒武系牛蹄塘组页岩气勘探有利区,枝江—当阳区块为奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩气勘探有利区。在勘探思路上,应坚持以构造演化及成藏演化为主线,以储层和保存评价为重点,常规油气与非常规油气并举,强化技术攻关,实现中扬子海相勘探的大突破。

中扬子地区晚震旦世—早寒武世沉积特征及岩相古地理

中扬子地区指青峰 -湘广断裂带以南 ,湘黔桂海盆以北 ,鄂西恩施—龙山一线以东的湖北省和湖南省的大部分地区。根据中扬子地区上震旦统—下寒武统十余条代表性剖面的沉积特征及其横向展布规律 ,应用等时面优势相成图方法编制了晚震旦世的陡山沱期、灯影期 ,早寒武世的筇竹寺期、沧浪铺早期、沧浪铺晚期、龙王庙期共 6幅岩相古地理图。中扬子地区上震旦统发育了从碳酸盐潮坪、开阔台地、浅滩、台地边缘、斜坡到台地前缘盆地等沉积 ,下寒武统下部主要为细碎屑岩和碳酸盐岩组成的混合型浅海陆棚沉积 ,上部变成碳酸盐潮坪、开阔台地、台缘斜坡和台缘盆地沉积。晚震旦世岩相古地理格局由碳酸盐台地 (鄂中台地 )和南边的台缘盆地组成。由于地壳差异性升降运动 ,晚震旦世陡山沱期岩相古地理格局发生了急剧变化。早寒武世早—中期岩相古地理格局由鄂中古陆、围绕古陆的碳酸盐潮坪、陆棚及南边的陆棚边缘盆地组成。早寒武世中—晚期岩相古地理格局由碳酸盐潮坪、开阔台地、台缘斜坡和台缘盆地组成 。

页岩气资源评价方法及评价参数赋值——以中扬子地区五峰组—龙马溪组为例

页岩气是一种重要的非常规油气资源,其评价方法不同于常规油气资源。以页岩气聚集机理及形成过程为依据,结合中国页岩气勘探开发现状,认为体积法是适合中国现阶段页岩气资源评价的最优方法。结合财政部对页岩气的界定标准及中扬子地区五峰组—龙马溪组泥页岩有机质成熟度、埋深、含气量、保存、地表条件等因素,认为研究区目的层页岩气勘探开发有利区位于出恩施—彭水地区;以体积法计算页岩气资源量的原理为依据,对有利区含气页岩面积、有效页岩厚度、密度等参数采用确定性赋值,其值分别为5174 km2、57 m、2.71 t/m3;并采用条件概率赋值法分别对有机碳含量、总孔隙度、含气饱和度等不确定性参数进行条件概率赋值。最终估算出了有利区内五峰组—龙马溪组页岩气地质资源量为5434.7×108m3。

中扬子区南华纪以来盆地演化与油气响应特征

分析了中扬子区南华纪以来的盆地演化史,指出其先后经历了加里东期、海西期—早燕山期、晚燕山期—喜山期3个大的盆山演化旋回,每个旋回都经历了早期的盆地初始沉降、盆地大规模发育到最后闭合造山的过程。结合盆地演化分析,探讨了不同时期油气的响应特征,重点分析了烃源岩、储集岩的发育特征、控制因素以及古隆起对于油气成藏的控制作用,指出早印支期以前油气运移基本受古隆起控制,以侧向运移为主,是油气藏的建设时期;晚印支—早喜山期油气藏以调整、破坏为主,小范围内的垂向运移是主要的运移方式;晚喜山期是油气成藏定型时期。

中扬子京山地区方解石脉成因及其对油气保存的指示意义

野外观察中扬子京山地区逆冲推覆带和冲断褶皱带内奥陶系、二叠系和三叠系发育多期沿裂缝分布的方解石脉。通过稀土元素（ REE），电子探针，氧同位素，流体包裹体分析及盆地模拟对方解石脉成因进行了研究。奥陶系和三叠系方解石脉REE呈现轻稀土元素（LREE）富集，重稀土元素（HREE）亏损，明显的正铕（Eu）异常，说明成脉流体受到了热液流体的影响；二叠系方解石脉REE总量低，LREE低度富集，HREE配分曲线平坦，中等程度负铈（ Ce）异常，显示成脉流体为大气淡水成因。根据电子探针Fe，Mn元素分析，部分奥陶系方解石脉成因与其围岩碳酸盐溶解有关；二叠系方解石脉成因主要与大气淡水淋滤碳酸盐成分有关，三叠系方解石脉成因与其他层位海相碳酸盐成分有关。利用氧同位素温度和流体包裹体均一温度，结合研究区虚拟井的埋藏史和热史模拟结果，推测3套地层裂缝方解石脉体形成深度约在2000～2500 m，形成时间约为距今150～60 Ma。综合方解石脉地球化学特征分析认为，燕山期构造挤压抬升作用伴随的热液流体、成岩流体及地表水下渗作用使京山地区油气保存条件遭受了一定程度的破坏。

中扬子地区泥页岩发育特征与页岩气形成条件分析

中扬子地区在震旦系和古生界发育多套海相暗色页岩,在上三叠统—下侏罗统发育了1套高炭泥质煤系地层,在江汉盆地发育2套古近系陆相暗色泥岩。这些泥页岩厚度大、有机碳含量高、成熟度适宜,与美国产页岩气盆地具有很好的对比性。在前人对中扬子地区的研究基础上,结合页岩气的最新研究成果,探讨中扬子地区泥页岩的发育特征和页岩气形成条件。通过分析,认为中扬子地区具备形成页岩气藏的良好地质条件,尤其是鄂西渝东、湘鄂西区、江汉盆地南部和鄂东南具备优先勘探的条件。

中扬子宜昌地区寒武系水井沱组页岩含气性及影响因素

中扬子宜昌地区作为南方海相页岩气勘探的有利目标区之一,多口井于寒武系水井沱组页岩中见页岩气显示,但含气性差异较大。基于区域地质背景与页岩气钻井资料,结合现场解析含气量测试数据,描述了宜昌地区水井沱组页岩气纵向分布特征,探讨了页岩气含量的主要影响因素。该区水井沱组黑色岩系主要为碳质页岩和灰质页岩,厚50～140 m,有机碳含量高,以Ⅰ型为主,处于过成熟热演化阶段,具良好的生烃潜力;现场解析含气量为0.32～5.48 m^3/t,含气量大于2 m^3/t的页岩累计厚度达到44.05 m,反映该区页岩具较好的整体含气性。水井沱组页岩含气性受沉积相带、有机碳含量、矿物组分、孔隙度、裂缝发育程度、地层压力等多种因素影响。陆棚相沉积的黑色碳质页岩含气量高于斜坡相灰色钙质页岩,而局限台地相泥灰岩含气量最低;含气量与页岩中有机碳含量、石英矿物含量均呈较好的正相关性,与碳酸盐矿物含量呈弱的负相关性,与黏土矿物含量关系不大,而有机碳含量对含气量的控制作用更为显著;页岩孔隙度大小和孔隙分布差异是导致含气量差异的重要因素,此外页岩含气量还与储层裂缝发育程度和地层压力密切相关。

中扬子地区下古生界海相泥-页岩含气勘探远景

利用中扬子区下古生界页岩的野外露头地质剖面、有机地球化学分析数据和钻井显示资料,分析中扬子下古生界页岩气资源勘探远景。研究表明,中扬子区下古生界海相泥-页岩主要以下寒武统水井沱组(或牛蹄塘组)和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组为主。上述2套泥质岩和页岩有机质含量丰富、有机质类型好、热演化程度高,多数已达到成熟—过成熟阶段,是有效页岩气气源岩。中扬子区自加里东以来经历了多期构造运动、构造隆升和挤压作用,改善了页岩储层的储集性能,提高页岩气聚集量。湘鄂西区和江汉平原区南部下寒武统泥-页岩可作为有利页岩气勘探选区,而鄂西渝东区钻井揭示志留系见工业性气流,表明该区志留系页岩气潜力较大。

岩石热声发射和盆模技术研究中扬子区西部下古生界海相页岩最高古地温和热成熟史

中扬子地区西部下古生界海相页岩热演化程度高，有机显微组分中无镜质组，沥青反射率具有不确定性，故热成熟度较难确定。综合运用岩石热声发射实验与干酪根红外光谱，并结合盆地模拟技术对中扬子地区西部典型井下古生界海相页岩经历的最高古温度及热演化成熟史进行了恢复。样品的热声发射信号随温度的升高变化显著，热凯瑟尔（Kaiser）效应明显；下寒武统水井沱组经历的最高古温度范围为293～324℃，上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组为210～256℃。同时利用二次加温验证热Kaiser效应敏感，表明热声发射技术可用于岩石经历的最高古地温的测定。在对典型井的下古生界海相页岩热演化成熟史模拟中结合最高古温度作为约束条件所得结果表明，模拟计算的下寒武统水井沱组和上奥陶统五峰组一下志留统龙马溪组镜质体反射率分别为4．0％～45％和2．6％～3．2％，处于高演化过成熟阶段，与干酪根红外光谱分析得出的有机质成熟度结果一致。

中扬子北缘上侏罗统-白垩系沉积岩地球化学特征与构造背景分析

沉积岩中的微量元素和稀土元素特征对沉积环境、沉积物的物源和构造背景具有十分重要的示踪与指示作用。对采自中扬子北缘晚侏罗世-白垩纪地层的泥质岩样品中微量元素和稀土元素进行了测试与分析,结果表明,研究区微量元素中的深源元素普遍低于地壳粘土岩中的平均值,说明沉积物的来源为陆源物质,而典型陆源元素Zr、Hf的平均含量远高于地壳粘土岩中的平均含量,反映了大量的陆源物质的快速堆积。上侏罗统与下白垩统泥质岩的微量元素特征相似,而上白垩统则发生了明显的变化,表现为深源性微量元素含量较上白垩统明显降低,而陆源性微量元素含量显著增加,反映早晚白垩世之间沉积背景发生了变化。纵向上,稀土元素的变化规律显示,上白垩统与下白垩统的稀土元素特征具明显的差异,表现为Eu的负异常明显减小,Ce的负异常增大,轻稀土富集程度降低,反映了沉积作用分异度较低的特点。La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10和Th-Sc-Zr/10构造环境判别图及La/Th-Hf和Th/Sc-Sc比值图表明,中扬子北缘晚侏罗世-白垩纪沉积岩物源区的构造背景以大陆岛弧型为主,可能也存在类似被动大陆边缘构造背景。

中扬子地区当阳复向斜中生代以来的构造抬升和热史重建

综合运用锆石及磷灰石裂变径迹、镜质体反射率资料以及盆地模拟技术对中扬子地区当阳复向斜中生代以来的构造抬升和古地温演化进行了研究和重建。砂岩样品的锆石和磷灰石裂变径迹表观年龄分别为107～126 Ma和9.8～54 Ma,分别反映早白垩世燕山期、始新世至中新世喜马拉雅期的两次重要构造抬升及剥蚀冷却事件。侏罗系与白垩系、古近系与新近系之间的不整合面上、下镜质体反射率错开现象以及现今地表镜质体反射率异常偏高,也证实了两次抬升剥蚀冷却事件的存在。研究表明,区内当深3井和建阳1井的上三叠统-下侏罗统在早白垩世早期(约137 Ma)达到最大古地温190～210℃,造成锆石裂变径迹退火,至早白垩世末-晚白垩世初(约97 Ma)剥蚀冷却至近地表20～40℃;晚白垩世至古近纪沉积使该套地层又一次埋深增温至140～165℃,造成磷灰石裂变径迹完全退火;喜马拉雅期再次构造抬升及剥蚀冷却至现今70～90℃。研究区古近系经历的最高古地温为100～120℃和现今40～50℃。研究区中生代古热流相对稳定,热流值相对较低为53.5 mW/m2;晚白垩世古热流逐渐增大,古近纪达到最高59 mW/m2;其古地温梯度分别为中生代36.3～43.0℃/km和新生代30.2～37.8℃/km,现今降低至28.9℃/km。早白垩世和始新世至中新世的最大剥蚀厚度分别约为4 800 m和2 400 m,由此可认为,当阳复向斜应该存在较大厚度的侏罗系,最大厚度可能达5 000 m。

中扬子区海相天然气勘探层系及突破方向

中扬子海相地层在地质发展史中经历了加里东期、海西—早印支期、晚印支—早燕山期以及晚燕山—喜山期4次大的旋回,大体形成了浅海、前陆坳陷、陆相断陷3大类型的盆地。多期盆地沉积充填、叠加改造,奠定了油气成藏聚集的物质基础。受不同时期海平面升降变化的影响,在沉积古地理环境和表生溶蚀作用控制下,形成了上震旦统灯影组、下寒武统石龙洞组、中石炭统黄龙组及中二叠统茅口组等古岩溶型储层。中扬子区晚二叠、早三叠世沉积期具备台地边缘礁、滩的沉积背景,同时区内还发育台内礁、滩。此外,志留纪前陆盆地发展阶段广泛发育的砂岩储层,应成为南方古生界勘探的重要领域。这些不同的油气聚集空间,显示区内勘探领域广阔。开展储层沉积相和高精度地震预测攻关研究,弄清不同储层发育的地球物理响应及其分布规律是勘探突破的关键。勘探对策应该立足于寻找大型天然气藏,坚持上、中、下组合并举和多领域勘探兼顾,优选有利勘探区块,实施重点突破。

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩气地球化学特征及其成因

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩钻遇良好的页岩气显示,区内宜页1井水井沱组页岩经水力压裂后获得了高产工业气流,是四川盆地外下寒武统页岩气新的勘探区。采集压裂产气段的9个页岩气样品,测试气体组分、碳和氢同位素组成以及He同位素组成,分析水井沱组页岩气地球化学特征并探讨了页岩气成因。研究表明,页岩气组成中甲烷含量为87.17%~92.75%,乙烷含量为0.83%~0.94%,含微量的丙烷,页岩气干燥系数为0.99,为典型干气;非烃气体中氮气含量稍高,平均为7.73%,二氧化碳平均含量低于1%,不含H2S。甲烷碳同位素值为-33.8‰^-33.1‰,乙烷碳同位素值为-39.2‰^-36.0‰,丙烷碳同位素值为-39.4‰^-38.5‰,二氧化碳的碳同位素值为-16.8‰^-14.6‰。甲烷氢同位素值为-133.8‰^-128.5‰,乙烷氢同位素值为-168.0‰^-146.1‰。气态烃稳定同位素分布具有δ^13C1>δ^13C2>δ^13C3和δDCH4>δDC2H6的倒转特征。He同位素R/Ra为0.04~0.08,表明He为典型的壳源成因。综合页岩气分子组成和比值、碳氢同位素倒转分布以及页岩现今处于过成熟热演化阶段等特征,认为宜昌地区下寒武统页岩气为油型气,具有二次裂解成因的特点,且与四川盆地筇竹寺组页岩气具有相似的特征。

中扬子台地北缘灯影组白云岩研究

研究区白云岩成因类型可划分出准同生白云石化、回流渗透白云石化、混合水白云石化、压溶白云石化和埋藏白云石化。本文详细研了各成因类型的白云岩矿物岩石学特征和地球化学特征，重点探讨了埋藏白云石化Ｍｇ２＋来源及其搬运机理。认为埋藏白云石化Ｍｇ２＋来自粒间残留古海水，迁移机制与地下异常高压孔隙流体的驱动和襄樊－广济同沉积断裂的活动有关。五类白云岩中以混合水白云石化和埋藏白云石化的岩石类型储集性能最好。

中扬子地区下寒武统岩相古地理及页岩气成藏条件分析

以中扬子地区下寒武统海相页岩为研究对象,以野外剖面及岩心观察、测井资料解释、岩石学微观分析、有机地球化学分析及等温吸附模拟为手段,对研究区早寒武世水井沱期岩相古地理特征,泥页岩的分布特征、生气能力、储层特征等进行论述。研究结果表明：研究区水井沱期主要发育碳酸盐岩缓坡、浅水陆棚和深水陆棚沉积,其中泥页岩主要分布于深水陆棚沉积环境中,沉积厚度主体为100-250 m;有机碳质量分数平均为2.23%,有机质类型主要为Ⅱ型,有机质成熟度普遍达到高-过成熟阶段;具一定量的微孔隙和微裂缝为游离气提供储集空间,有机质质量分数高可以提高吸附气的含量。根据页岩厚度、埋深、有机碳质量分数、有机质成熟度、含气量及保存条件等信息,预测出五峰—酉阳和崇阳—通山2个有利勘探区域。

运用方解石脉包裹体和碳氧同位素评价页岩气保存条件——以中扬子地区寒武系为例

裂缝脉体的碳/氧同位素和包裹体对于研究油气保存条件有着重要的指示意义。为了揭示中扬子地区寒武系页岩气保存条件的差异性,选取该区3口代表不同构造条件和含气性的井(YY1井、YD4井、ZD1井)作为主要的研究对象,基于裂缝脉体包裹体和方解石脉碳/氧同位素测试分析资料开展了对比研究。研究结果表明:①该区寒武系裂缝脉体包裹体主要有液烃包裹体、甲烷包裹体、气液两相包裹体、盐水包裹体4种类型,(液烃+甲烷)包裹体/(气液两相+盐水)包裹体比值与油包裹体丰度一样对油气成藏与保存具有重要的指示意义,YY1井以高演化液烃和甲烷包裹体为主,ZD1井以气液两相和盐水包裹体为主,YD4井介于二者之间,构造条件越复杂古流体中烃类的占比越低,水的比例越高;②Δ13C (δ13C围岩-δ13C方解石)值、Δ18O(δ18O围岩-δ18O方解石)值的变化范围与保存条件具有相关性,ZD1井的变化范围明显大于YY1井,高度封闭的页岩段Δ13C值、Δ18O值趋近于0,页岩内部跨层流体、外部流体侵入都会导致Δ13C值、Δ18O值变化;③包裹体及方解石脉碳/氧同位素指示YY1井裂缝导致页岩气向上散失,YD4井、ZD1井裂缝导致页岩气向下散失两种不同逸散类型;④初步建立了中扬子地区基于包裹体和方解石脉碳/氧同位素的寒武系页岩气保存条件评价指标。结论认为,中扬子地区寒武系页岩气保存条件由黄陵隆起向江南-雪峰隆起整体逐渐变差,黄陵隆起周缘的寒武系页岩是下一步页岩气勘探的重点。

中扬子地区南华纪早期碎屑锆石U-Pb年龄及其对物源特征和古地理格局的约束

南华纪早期中扬子地区以鄂中古陆为主体,在其周缘发育以莲沱组为代表、以河流相为主的沉积。本文通过对湖北通山、长阳以及湖南杨家坪3个地区代表性剖面的莲沱组及相应层位碎屑锆石年龄谱的研究,结合研究区已发表的相关成果,对中扬子地区不同地理位置南华纪早期物源特征及其对古地理格局的约束进行探讨。根据研究区碎屑锆石年龄谱~810Ma、~860Ma、~2000Ma及~2500Ma的年龄峰值,认为其物源为典型的亲扬子型,主要物源区为鄂中古陆的隆起剥蚀区;>3000Ma的崆岭杂岩物源只分布于宜昌莲沱、长阳以及随州大洪山地区,在该线南东方向应存在一个地势较低的区域。