长宁和泸州地区构造变形差异性及其对页岩气保存的影响

长宁和泸州地区是四川盆地南部页岩气勘探的重点区块,分别位于盆—山结构的不同部位,其自元古代以来遭受多期构造改造作用,构造变形特征复杂。通过对研究区龙马溪组底界构造的精细地震解释和岩心裂缝统计分析,对比了长宁和泸州地区的构造变形特征和多尺度断层、裂缝发育特征的差异性,恢复了古生界以来的构造演化过程,为页岩气保存条件评价提供了依据。研究表明:长宁地区构造样式以断层传播褶皱为主,主要构造变形时期为燕山晚期,并在喜山期遭受大规模抬升剥蚀;泸州地区为典型隔档式褶皱,主要构造变形时期为燕山早期,构造形迹在喜山期受到一定改造。泸州地区变形强度总体低于长宁地区,其断层级次和裂缝发育程度较低,页岩气保存条件较好。上述结果丰富了页岩气保存条件的理论研究,为下一步四川盆地页岩气开发提供了帮助。

页岩自封闭性与页岩气保存的微观机理研究

为加快页岩气的勘探开发,围绕页岩自封闭性阐述了页岩气保存的微观机理。页岩层系的自封闭能力主要与其纳米喉道为主的低连通性、束缚水赋存引起的低速扩散和毛细管力封闭、埋藏条件下沿层方向的突破压力有关。基于页岩孔隙形态以及连通性分析表明,页岩有机孔以纳米喉道为主,连通性差且具有明显的滞留效应,同时顶、底板及页岩层系内部多套相对致密的封隔层叠置,有利于形成纵向自封闭。结合束缚水对基质孔隙流动能力及突破压力的实验和分子动力学模拟分析,揭示束缚水赋存使得页岩基质孔隙有效扩散能力显著下降,并可形成高的毛细管力,从而对储集于有机孔隙中的气体形成有效封闭。研究中构建了渗透率—突破压力演化关系,揭示深埋条件下页岩沿层方向层理缝有效闭合可形成高的突破压力封闭,抬升阶段相对弱的挤压环境沿层方向仍可以保持较高的封闭能力,有利于页岩气保存;而强挤压改造导致层理缝开启并沟通开启性断裂面,导致保存能力失效并使得页岩气发生较大规模的散失。该研究利用实验和分子动力学模拟等手段获取的认识,进一步阐述了页岩气保存的微观机理,可为复杂构造区海相页岩气勘探提供指导。

川北米仓山前缘筇竹寺组成脉流体特征及流体活动对页岩气保存的意义

四川盆地下寒武统筇竹寺组页岩气勘探研究目前主要集中在川南、川西南地区,对于川北米仓山前缘的研究特别是页岩层系中裂缝脉体的研究较少,制约了该地区筇竹寺组的勘探进程。通过岩心-薄片观察、流体包裹体测温、流体地球化学分析等方法研究了川北米仓山前缘筇竹寺组成脉流体特征及流体活动对页岩气保存的意义。结果表明:研究区筇竹寺组有2期方解石和1期石英充填,第1期方解石脉形成于早奥陶世,成脉流体为层内地层水、海水、大气淡水的混合流体;第2期方解石脉形成于早白垩世,成脉流体为层内地层水和深部热液的混合流体,与液烃、气相甲烷一起充注;第3期石英脉形成于晚白垩世,成脉流体为层内的硅质流体,与气相甲烷一起充注。筇竹寺组2期方解石成脉时受到了深部热液和大气淡水的影响,页岩气保存条件遭受一定程度的破坏,而第3期硅质流体来源于页岩层内,表明筇竹寺组的后期改造作用不强,页岩保留了一定的自封闭性。研究成果为米仓山前缘筇竹寺组页岩气勘探提供了理论依据。

下扬子区构造变形特征与页岩气保存条件

通过大量野外地质踏勘资料与室内钻井及地球物理资料分析剖析了下扬子区的区域构造变形特征及其页岩气保存潜力。结果表明:下扬子地区中新生代的构造运动在不同地区表现为不同的样式,不仅表现为南北分为根带、中带、锋带的特点,其东西方向上的差异也十分显著;东部地区的构造样式主要受到志留系滑脱层的控制,主要表现为侏罗山式褶皱构造,主要保存了印支期和燕山期的构造样式,后期拉张和构造反转对其影响相对较弱,页岩气保存条件较好;而茅山以西地区受到了后期拉张与构造反转的强烈改造,并形成了一系列的拉张断陷盆地和火山盆地;这种构造特点使得此区域勘探难度大,页岩气保存条件差。

四川盆地南部构造变形特征及其与页岩气保存条件的关系

复杂多变的构造作用是影响四川盆地南部(以下简称川南地区)下志留统龙马溪组页岩气保存条件的主要原因之一。为了进一步明确该区各类构造变形的特征及其与龙马溪组页岩气保存条件的关系,依据地震、露头和钻井等资料划分了构造带,分析了构造变形、演化与构造的主控因素,预测了页岩气保存的有利区。研究结果表明:①川南地区可划分为基底逆冲构造带(齐岳山、大娄山的山前带)、盖层滑脱构造带(齐岳山、大娄山和华蓥山之间的区域)和基底升降构造带(华蓥山南段以西区域),分别具有“双滑脱层、基底逆冲断层”“三滑脱层、坡坪式断层”“深层伸展、浅层挤压”的剖面结构特征;②志留纪末形成二叠系与志留系之间的不整合,晚侏罗世至早白垩世齐岳山至川东地区NE—SW向构造开始发育,晚白垩世大娄山及其北部地区近E—W向构造开始发育,新生代赤水地区及其北部形成近S—N向构造;③川南地区构造的形成与滑脱层的分布和变形层系的受力方式有关,滑脱层主要为中—下寒武统膏盐岩、龙马溪组泥页岩和下三叠统嘉陵江组膏盐岩,变形层系的受力方式取决于基底及其活动方式;④基底逆冲构造带除了盆缘水平挤压外,垂向隆升强且中—下寒武统膏盐岩较薄,部分规模较大的基底断层断穿了膏盐岩。结论认为:①基底逆冲构造带中,断层常断穿龙马溪组,高角度裂缝发育,构造变形强,宽缓褶皱、断背斜的倾没端和单斜的缓斜坡为页岩气保存的有利区;②盖层滑脱构造带中,断层通常不断穿龙马溪组,以低角度裂缝为主,页岩气总体保存条件好;③基底升降构造带中,构造变形弱,页岩气保存条件好。

川东南构造变形特征及其对页岩气保存的影响

川东南地区构造变形复杂,二叠系和志留系含有丰富的页岩气资源。依据岩性和地震资料的解释,寒武系膏盐层与中–下三叠统膏盐层对构造变形有重要控制作用,多数断层沿膏盐层滑脱。研究区包括盆内和盆缘两部分,盆内发育形态对称的盖层滑脱式褶皱;盆缘发育基底卷入式褶皱冲断构造,分为山前推覆带和山前转换带,前者发育高陡的三角楔构造,后者由冲断带、褶皱带和斜坡带组成。构造演化分析表明:晚侏罗世齐岳山断层开始发育,盆内地层发生挠曲变形;白垩纪盆缘形成三角楔构造,盆内主要构造和断裂已经发育;新生代齐岳山褶皱隆升,盆内寒武系之上沉积盖层褶皱形成多个背斜和向斜。山前推覆带构造高陡、变形强烈,页岩气保存条件差;山前转换带构造变形程度适中,其褶皱带背斜完整,页岩气保存条件好;盆内中–下三叠统膏盐层封盖性好,埋深适中的背斜为页岩气有利勘探目标区。

川东南东溪地区龙马溪组裂缝分布预测及页岩气保存条件评价

页岩气的商业性开发证实成熟页岩具有较大的勘探潜力,川东南地区是我国南方页岩气勘探开发的战略先导区。裂缝发育情况是页岩气保存和开发部署的关键因素,对于构造环境复杂特殊的盆缘地区,在加大页岩裂缝研究难度的同时,也给页岩气勘探开发提供了新的方向。页岩气勘探作为我国油气勘探的新领域,尚未形成成熟的裂缝评价体系。以川东南东溪地区为例,基于三轴岩石力学实验结果,首先采用有限元数值模拟手段进行应力场模拟,而后利用岩石力学参数进行模型构建和模拟结果的反复试算,以获取东溪地区最大、最小主应力和应力差分布图,最后运用莫尔–库伦准则计算岩体破裂系数预测裂缝分布规律。结果表明:研究区裂缝发育情况主要分为4个级别,其中,Ⅰ级裂缝呈条带状分布在东西两侧断裂附近,Ⅱ级裂缝在Ⅰ级裂缝周围发育,而Ⅲ级裂缝分布在北部背斜核部和西部背斜翼部;优选页岩气埋深、距剥蚀区距离、距齐岳山断裂距离、断裂作用、应力差及压力系数等10个保存条件参数,采用组合权重法确定保存条件参数权重,其中一级参数权重分别为埋深(0.2)、距剥蚀区距离(0.1)、距齐岳山断裂距离(0.1)、断裂作用(0.25)、应力差(0.15)、压力系数(0.2),以此建立相对完善的页岩气评价体系与评价标准。优选出2类页岩气勘探目标有利区,其中A类、B类有利区分别分布在研究区南部背斜核部及翼部和中部宽缓褶皱两翼。研究成果为川东南地区的页岩气勘探提供重要的参考价值。

川东-武陵构造带下古生界海相页岩构造变形特征及对页岩气保存的影响

川东-武陵构造带下古生界发育的两套海相页岩层系(下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组)不仅是区域内重要的滑脱层,也是页岩气勘探开发的重点层位。通过野外详细的构造解析及室内显微观察,从宏观露头—显微尺度分析了页岩的变形特征,认为页岩至少存在两期构造变形:早期顺层向北西或南东的逆冲和晚期的切层断层作用。页岩的变形强度随着与断裂带距离的变化而发生改变,远离断裂带的地区页岩变形主要表现为近直立的微裂隙,属脆性域;靠近断裂带,页岩的变形特征逐渐表现为脆-韧性过渡,开始发育糜棱化构造;在断裂带内部,页岩强烈面理化,发育大量的糜棱化构造,属韧性域。通过氩离子抛光和扫描电镜技术,分析了变形页岩内部的孔隙演化特征,认为随着变形作用从脆性—脆-韧性过渡—韧性的转变,页岩内部的孔隙类型不仅可以发生转换,而且页岩内部孔隙的大小、分布特征也随之改变。在此基础上,进一步讨论了中国南方复杂构造区下古生界页岩变形对页岩气保存的影响,认为顺层剪切滑脱作用会改变页岩内部的孔隙体系,有利于页岩气的富集;切层的伸展或走滑剪切作用不仅会破坏先前形成的油气圈闭,而且会导致油气沿着断裂带从高势区向低势区运移,进而造成油气散失。

中扬子强烈叠加改造区断裂系统与成因机制:当阳复向斜断裂特征及其与页岩气保存的关系

目前对于中扬子地区强烈叠加改造区当阳复向斜断裂系统的分布规律和成因机制认识不清,制约了该区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气勘探开发的进程。为了厘清该区断裂系统的分布规律和成因机制,揭示不同成因断裂对页岩气保存条件影响作用的差异,以该地区巡检斜坡区块的三维地震资料为基础,应用前陆逆冲理论和里德尔剪切模式,系统解析了巡检斜坡区块断裂特征和形成机制,进而探讨了当阳复向斜断裂对五峰组—龙马溪组页岩气保存条件的影响。研究结果表明:①巡检斜坡区块断裂系统纵向上划分为深层、中层、浅层3套系统,平面上分为3个区块,其中主控断裂FA、FB断裂带处于走滑断层发育初期—早期阶段;②中燕山期北东东向挤压、南东向右旋压扭和晚燕山期近东西向左旋张扭应力场形成了区内逆冲构造体系、压扭构造体系、张扭构造体系等3个断裂体系;③燕山期以来强烈走滑变形改造对龙马溪组页岩气后期保存条件产生了严重的破坏作用,其中逆冲断层、R'面断层及FB断裂东段对页岩气保存条件的破坏相对较弱,有利于页岩气的保存。

构造运动对秭归盆地北缘下古生界页岩气保存的影响

构造运动对页岩气藏的保存起着重要的作用。在学科进展和行业需求的推动下,鄂宜页1井下寒武统牛蹄塘组成功的钻获了页岩气流,但在相距不远且具有较好(相似)页岩气发育条件的BD1钻孔(秭归盆地北缘)中却未见气显。通过对区域构造演化的分析及实地调研,以区内构造样式的几何学、运动学、动力学研究为基础,得出以下结论:页岩气的运移以顺层方向的扩散和渗流为主,如果页岩气层段出露或缺失,页岩气就易于顺层运移而散失;泥页岩横向渗透率一般大于垂向渗透率,侧向扩散是页岩气的基本散失通道;走滑断裂的剪切作用会加速页岩气的散失。

页岩气富集与保存条件差异研究——以焦石坝—武隆地区为例

焦石坝—武隆地区位于四川盆地东缘,具有良好的页岩气藏地质基础,但勘探过程中发现川东盆缘内外页岩气产能存在显著差异。基于构造差异,以齐岳山断层为界,将研究区镜像划分为焦石坝构造带与武隆构造带。对构造区的地质资料、地震资料、钻井资料进行精细解释,探讨研究区内构造变形差异与页岩气保存条件差异,表明焦石坝构造带内主要的富气构造为正向构造——箱状背斜与弱改造型圆弧背斜,武隆构造带内发育负向构造——残留向斜。差异富集模式的建立,可用于对比不同构造形态下页岩气的保存条件差异。分析表明:在箱状背斜中页岩气赋存主控因素为断层;弱改造型圆弧背斜受断层与派生张性结构有关,而残留向斜的页岩气保存则与页理封闭有关。

川东南丁山地区燕山期—喜马拉雅期差异构造-热演化与页岩气保存

中国的海相富有机质页岩经历了多期构造改造,其含气性具有明显的差异。页岩气在不同构造演化阶段的保存条件是揭示页岩气差异富集机理的关键科学问题之一,开展构造-热演化研究可以明确其热演化史和构造隆升-剥蚀过程,为其评价提供演化格架。研究以丁山地区下古生界页岩为对象,联合磷灰石裂变径迹、磷灰石(U-Th)/He和锆石(U-Th)/He等多个古温标反演热演化史,结合镜质体反射率重建的最高古地温剖面,对丁山地区燕山期以来的差异构造隆升过程和剥蚀量进行了恢复,并在此基础上结合流体包裹体分析对丁山地区龙马溪组页岩的压力演化过程进行了模拟;根据页岩在埋藏—抬升过程中的温、压演化特征,定量表征了不同抬升阶段页岩含气量的变化,建立了龙马溪组页岩"埋藏—生烃—抬升"的演化格架。分析表明,丁山地区在燕山期和喜马拉雅期经历了不同的构造隆升过程。燕山期表现为"早期快速隆升—晚期缓慢隆升"的分段隆升,具有自NW向SE递进隆升且隆升幅度逐渐增大的特征;喜马拉雅期表现为整体快速隆升。燕山期是丁山地区产生差异构造隆升的主要时期。受这种差异构造隆升-剥蚀作用的影响,龙马溪组页岩的降温、降压过程和页岩气的散失过程具有明显的差异。燕山期的差异构造隆升是造成丁山地区龙马溪组页岩含气性呈平面分带的主要原因。

黄陵背斜南翼牛蹄塘组二段页岩岩心裂缝脉体成岩环境演化与页岩气保存

岩心观察鄂西黄陵背斜南翼下寒武统牛蹄塘组二段黑色页岩中发育构造挤压成因的高角度裂缝和顺层裂缝.选取不同产状的典型裂缝脉体样品,薄片镜下观察发现高角度裂缝中充填方解石脉,顺层裂缝中充填方解石-白云石复合脉.通过阴极发光、流体包裹体分析以及微区原位元素测定,开展了裂缝脉体成岩环境演化研究,分析了不同产状裂缝对页岩气层局部封闭性的影响.阴极发光结果表明,高角度方解石脉和顺层方解石-白云石复合脉均为2期流体活动形成.根据流体包裹体分析,高角度方解石脉早期成脉流体主要为变质较深的地层卤水,晚期成脉流体混入了低矿化度流体,而顺层方解石-白云石复合脉2期成脉流体均未受低矿化度流体的改造.利用不同阴极发光的裂缝脉体碳酸盐矿物的微区原位微量元素测定结果,对铁锰含量、稀土元素(REE)和氧化还原判别参数分析显示,高角度方解石脉成岩环境经历了由还原环境向氧化环境转化,而顺层方解石-白云石复合脉的成岩环境长期保持了较为还原的环境.因此认为,高角度裂缝对页岩气层的局部封闭条件可能产生破坏作用,从而造成页岩气一定程度的散失,而顺层裂缝对局部封闭条件的破坏作用相对有限,裂缝发育特征及其经历的成岩演化过程研究可为页岩气层自封闭和页岩气微观保存条件的评价提供依据.

构造热演化与页岩气的改造和保存研究

该文重点开展了中国南方典型盆地构造热演化特征及页岩气形成的地质背景的研究,初步开展了构造改造对页岩储层物性和页岩气赋存形式的影响的研究。所取得的主要进展有:(1)以全面调研及大量野外地质调查为基础,结合地球物理资料解释与分析,多尺度详细剖析下扬子地区的构造特征,盆地演化及其对关键暗色页岩分布与保存的影响,揭示江阴-无锡滑脱褶皱带为相对稳定区块;(2)以野外地质调查、样品采集及室内扫描电镜观测为基础,结合挤压构造活动数值模拟,探索了构造改造对下扬子页岩储集空间的影响,揭示了强烈的挤压、剪切会严重破坏页岩中的孔洞结构,但断层活动影响的范围有限,褶皱冲断带内的宽缓向斜页岩气保存条件较好;(3)Ro以及新获得的低温热年代学测试数据研究结果表明四川盆地热历史可大致以260 Ma为界分为P2末期之前的热流升高阶段和之后的热流降低阶段及随后的低热流发展阶段,晚二叠世峨眉山地幔柱和中晚三叠世以来前陆盆地演化是四川盆地热演化主要影响因素。

深层页岩气储层孔隙特征研究进展——以四川盆地下古生界海相页岩层系为例

孔隙结构对于深层页岩气储层中异常高压的保持乃至页岩气的保存与富集均具有一定的指示作用,是事关深层页岩气能否保存与富集的重要研究内容。为此,通过调研和分析国外深层页岩气储层孔隙特征,对比四川盆地深层、超深层页岩孔隙的最新研究成果,系统分析了深层页岩气储层孔隙的非均质性和连通性,进一步明确了超压对深层页岩油气储层孔隙结构的影响,总结了近年来深层页岩气储层孔隙特征研究成果。研究结果表明:①典型深层、超深层页岩中的微孔段、介孔—大孔段孔隙具有多重分形的特征,多重分形谱相关参数α5--α5+值与多重分形维数相关参数H指数分别对深层页岩储层孔隙的非均质性及连通性具有较好的指示作用;②四川盆地下古生界页岩储层孔隙的连通性、非均质性与埋藏深度不具有明显的相关性,但受页岩总有机碳含量、矿物含量、有机质成熟度等因素的影响则较大;③高上覆地层压力所带来的机械压实作用对超深层页岩的影响显著,但其对深层页岩的孔径、孔隙形态等参数以及介孔体积/微孔体积、介孔比表面积/微孔比表面积等特征比值的影响则较为有限;④页岩层系超压能够在一定程度上抵消上覆地层压力对孔隙(特别是微孔)的机械压实作用,可以延缓甚至改变孔隙度随埋藏深度加深而下降以及孔隙形状系数随埋藏深度加深而减小的趋势,对于页岩气的保存与富集具有积极意义;⑤深层页岩中固体沥青孔隙形状系数与其所处封闭流体系统超压特征具有中度相关性。

黔北地区龙马溪组页岩裂缝发育特征及地质意义

天然裂缝的发育不但改善了页岩储层的储集品质,也为开发阶段水力压裂形成大规模的缝网提供了有利条件。以黔北地区凤冈区块下志留统龙马溪组页岩为例,通过野外露头观测、岩心裂缝统计、含气性分析等方法,深入分析了研究区宏观裂缝发育特征和页岩气保存条件。结果表明:龙马溪组页岩裂缝类型以构造裂缝为主;根据构造应力强弱、构造变形样式及裂缝发育类型等特征,将研究区构造保存有利区进一步划分为稳定区和弱变形区,稳定区地层变形较弱,构造主体为宽缓背斜和紧闭向斜,断裂不发育,裂缝多以非构造裂缝为主,致使页岩气自封闭性良好,有利气体富集,是页岩气保存的有利区。分析裂缝与含气量关系发现,龙马溪组页岩储层中裂缝发育程度和含气量有着良好的对应关系。

手性砌块库和合成模块库的构建

成功构建了包括新型卤代醇、羟基氰、芳香醇、脂肪醇和芳香胺的手性砌块库,涵盖108种手性化合物。构建了5种新型酶-化学手性反应模块,例如脂肪酶拆分-Pd/LDH-DS消旋反应模块能够在常温下拆分芳香胺类,其中底物转化率99%,产物ee值99%,突破生物拆分过程理论转化率仅为50%的不足,过程的原子经济性与转化效率较高,具有较大的创新性。