湖南科技大学资源勘查工程专业“地震勘探”课程的教学改革

针对湖南地区页岩气等非常规天然气勘探与开发所面临的困难,以及湖南科技大学资源勘查工程专业办学的目标,本文探索一个适用于我校资源勘查工程专业的页岩气等非常规天然气勘探开发重要的专业课"地震勘探"课程的教学改革。重点讲授油气(包括页岩气等非常规天然气)地震勘探原理、野外地震资料采集和地震资料数字处理方法等方面的知识点和相关的内容。将页岩气等非常规天然气地震勘探中的旅行时层析反演和全波形反演等地震勘探、地震资料数字处理的新方法、新技术等知识引入课堂,并特别加强对实践教学方面的改革。

桂北中奥陶统升坪组页岩气储层特征:以溪水源剖面为例

为综合评价桂北地区中奥陶统升坪组页岩气储层特征,利用偏光显微镜、扫描电子显微镜、碳硫分析仪、X射线衍射仪、稳定同位素质谱仪、孔渗分析仪和有机质成熟度分析等检测方法,对广西全州县文桥镇栗水村溪水源剖面黑色页岩的有机质丰度、无机矿物组成、储集空间及物性特征等进行了探讨分析。结果表明:升坪组碳质页岩累计厚度约81 m,以Ⅰ—Ⅱ型干酪根为主,TOC值介于0.63%~3.04%之间,平均为2.04%;Ro值为3.52%~3.68%,平均为3.60%;页岩矿物成分主要有石英、长石、黄铁矿、硬石膏、白云石和方解石,脆性指数介于52.70~89.00之间,平均为73.31;黏土矿物以伊利石为主,伊/蒙混层次之,不含蒙脱石,指示了明显的蒙脱石向伊利石转换过程;孔隙类型主要为有机质铸模孔、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔和微裂缝,孔隙度为1.0%~6.8%之间,平均为3.12%;渗透率介于0.001 3×10^(-3)μm^(2)~0.042 5×10^(-3)μm^(2)之间,平均为0.019 0×10^(-3)μm^(2)。通过与四川盆地和北美页岩气储层特征的对比分析,指出桂北地区中奥陶统升坪组中段页岩气勘探潜力较大。

湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气储集条件研究

为客观评价湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气资源勘探潜力，本研究利用x射线衍射仪（XRD）、高倍扫描电镜、扫描探针显微镜等系统研究了其页岩气储集条件。XRD分析结果表明，泥页岩中脆性矿物含量为53．8％～98．1％，平均77．9％，脆性矿物含量丰富，其高值区主要分布在张家界柑子坪、三岔及其周边地区。高倍扫描电镜分析结果显示，湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩中发育残余原生孔隙、有机质微孔隙、不稳定矿物溶蚀孔、矿物层间微裂隙和构造裂缝，其中构造裂缝、有机质微孔隙和不稳定矿物溶蚀孔是研究区页岩基质孔裂隙的主要组成部分。扫描探针显微镜分析结果显示，湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩中蜂窝状的有机质丰富，主要呈分散状和条带状分布，其内部纳米级孔隙发育。Ultrapore-200A氦孔隙仪测试结果显示，湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩孔隙度相对较低，为0．6％～11．7％，平均4．6％，其影响因素主要是构造裂缝，其次是泥页岩有机碳含量和长石含量。ULTRA—PERM200渗透率仪测试结果显示，湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩渗透率度相对较低，为0．002-0．06mD，平均0．014mD，其影响因素主要是构造裂缝，其次是矿物层间微裂隙。等温吸附实验结果表明，湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩具有较好的吸附气性能，其中有机碳含量可能是影响泥页岩吸附气含量的最主要因素。

湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩含气性影响因素分析

湘西北地区下寒武统牛蹄塘组发育了一套富有机质泥页岩,其分布稳定且厚度较大,在桑植—石门复向斜一带埋深大,保存较完整。牛蹄塘组页岩气富集“甜点区”的页岩气质量体积为1.48~8.75 m3/t,具有很好的工业开发价值。有机碳含量既决定了页岩气的资源潜力,同时也影响页岩气的吸附和存储能力。对牛蹄塘组页岩气的研究认为：储集空间主要可分为原生晶间或粒间微孔隙、有机质微孔隙、不稳定矿物溶蚀孔、构造裂缝和解理缝等5种成因类型;页岩气较易发生吸附和解吸作用,吸附态气所占较大比例;页岩气存储状态主要受有机碳含量和储集空间类型的综合影响;高—过成熟富有机质页岩生成的天然气在较好的保存条件下仍然可以聚集并成藏;温压条件、埋藏深度和矿物组成等对页岩含气性的影响均相对较小。

多层次模糊数学法在湘西北页岩气有利区块优选中的应用

湘西北下寒武统牛蹄塘组海相页岩热成熟度高,且经历了多期复杂构造运动,这种有机质高热演化程度及复杂构造条件下的页岩气有利区块优选面临挑战。本研究对影响页岩气勘探开发潜力的各种因素进行了综合研究,确定了页岩气勘探开发潜力评价的4个二级指标(生成条件、储集条件、保存条件和综合配套条件)及相应的三级指标。采用模糊数学方法对各级因素指标赋予了权重,建立了用于页岩气勘探开发潜力评价的多层次模糊数学评判模型。利用该模型,综合评价湘西北地区鹤峰复背斜、桑植复向斜、古丈隆起、沅麻盆地和洞庭坳陷5个Ⅲ级构造单元的页岩气资源勘探开发潜力。研究表明,桑植复向斜最具勘探开发潜力,其次是鹤峰复背斜,沅麻盆地、古丈隆起与洞庭坳陷则相对最差。建立的评价体系,可以作为有机质高热演化程度及复杂构造条件下的页岩气资源开发潜力评价的参考体系。

湘西北牛蹄塘组探井页岩气富集要素的对比和启示

基于湘西北地区牛碲塘组是近年来南方页岩气勘探的重点目标,以该区井花页1井、慈页1井及常页1井为研究对象,根据目的层实钻地层及气显示特征,系统对比页岩气生烃、储集及保存等方面的富集条件。研究结果表明:慈页1井和常页1井的原牛牛蹄塘组可进一步划分为杷榔组和牛碲塘组,与花页1井一致;牛蹄塘组烃源岩具有良好的生烃条件,已经历大规模生烃的过程;各探井以吸附状态页岩气为主,且均含有一定的氮气,历史上牛蹄塘组含气层可能受到过破坏;牛蹄塘组基本表现出极低孔隙度及渗透率的物性特征,有较强的压裂改造能力;研究区具有生烃时期早、抬升时期早及幅度大的特征,大规模构造改造及断裂发育,总体上对页岩气保存不利;有机质丰度、成熟度、埋深、地层压力、储层物性、脆性矿物质量分数等因素与地层含气量的相关性均不明显,高吸附能力仅是牛蹄塘组页岩气富集的1个必要非充分条件;慈页1井及常页1井在局部较好的保存条件下有较高的含气性,常页1井高含气性反映出最后1次抬升的时间晚,对页岩气的保存非常有利,因此,保存条件是页岩气富集的关键指标,在勘探过程中需从构造样式、断裂空间分布特征、目的层产状和完整程度、埋藏深度及演化历史等方面进行综合分析和重点评价。

湘中涟源—邵阳凹陷上二叠统大隆组页岩气储层特征

为评价湘中涟源—邵阳凹陷上二叠统大隆组页岩气的勘探潜力,分析其泥页岩的有机碳含量、矿物组成、孔隙及裂隙的微观特征、孔隙度和渗透率等,系统研究了页岩气的储层特征。研究区上二叠统大隆组岩石的有机碳含量与岩性关系密切,其中硅质泥岩的有机碳含量最高,平均质量分数大于3%,表明沉积环境是控制有机碳含量的最主要因素;硅质泥岩中石英等脆性矿物平均质量分数为67.7%,与美国Barnett硅质页岩基本相当,脆性矿物含量较高;硅质泥岩中构造裂缝较发育,其形成主要与其脆性矿物含量较高及地质构造较发育等因素有关;有机碳含量较高的硅质泥岩,其有机质微孔隙也是基质孔隙及裂隙的主要组成部分;硅质泥岩的孔隙度和渗透率均较低,分别小于5%和0.01 m D,构造裂缝发育程度是影响硅质泥岩孔隙度和渗透率的最主要因素。

四川盆地外复杂地质条件区海相页岩气“甜点区”优选:以湘西北地区古生界为例

针对湘西北地区古生界页岩气勘探困难等问题,分析多年来钻井地质成果,对海相页岩气聚集条件进行研究,提出四川盆地外复杂地质条件区"甜点区"评价参数体系,量化界线及权重,涵盖4个方面16个指标,并强调生烃条件和保存条件,优选勘探"甜点区"。研究结果表明:黑色页岩主要发育于深水陆棚相,有机质类型较好,以Ⅰ型干酪根为主;牛蹄塘组富有机质页岩厚度及其丰度明显比国内其他勘探层系的高;五峰组—龙马溪组有机质丰度与四川盆地的相似,但厚度(仅20～30 m)不足;有机质热演化进入高成熟阶段,有利于勘探与开发;页岩矿物质量分数具有"两低—高"的特征,即低质量分数的碳酸盐岩、低质量分数的黏土矿物和高质量分数的石英;页岩储层微观发育多种类型孔隙和微裂缝,但有机质孔控制储层特征,如渗透率、吸附能力等;对于五峰组—龙马溪组,向斜核部属于残留型保存构造样式;对于牛蹄塘组,背斜核部属于破坏型保存构造样式,而向斜核部属于残留型或完整型保存构造样式;优选牛蹄塘组"甜点区"位于雪峰隆起的北西缘逆冲推覆带下盘,而五峰组—龙马溪组"甜点区"应该靠近四川盆地龙山一带的残留向斜。

湘西北牛蹄塘组页岩气储层岩矿特征及意义

基于页岩矿物组成特征分析是页岩气储层评价的基础,也是影响页岩气成藏的关键因素,以湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩为研究对象,在岩心观察的基础上,应用薄片鉴定、XRD、场发射扫描电镜和低温液氮等温吸附实验系统分析牛蹄塘组页岩的矿物组成特征及其意义。研究结果表明:湘西北牛蹄塘组页岩矿物组分复杂,具有"两低一高(石英质量分数高(41.40%~60.81%)、黏土矿物质量分数低(21.43%~26.40%)和碳酸盐矿物质量分数低(3.28%~16.10%)"的特点,此外,样品中还普遍含有方解石、斜长石、白云石、黄铁矿及钾长石等矿物;与国内外不同地区的页岩相比,湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩脆性矿物种类丰富、质量分数高、脆性指数大,有利于储层的压裂改造;黏土矿物的组合类型反映了牛蹄塘组沉积时总体处于干冷气候条件下静水、缺氧的沉积环境,有利于页岩中有机质的富集和保存;在沉积及成岩埋藏过程中水介质偏碱性,盐度较高,富含K+,Fe2+和Mg2+;已经历晚成岩阶段B—C亚期,有机质演化属于高成熟—过成熟阶段;与矿物成分有关的储层孔隙主要是纳米级黏土矿物粒间孔、黄铁矿晶间孔以及微米级微裂缝,BJH总孔体积和BET比表面积经总有机碳归一化处理后,黏土矿物质量分数与BET比表面积呈正线性关系,表明黏土矿物质量分数对页岩的吸附性能有一定控制作用。

四川盆地外复杂构造区页岩气地质条件及含气性特征:以湘西北五峰组—龙马溪组为例

以永页2井页岩气地质条件分析为基础,结合其他钻井及前人成果,对比国内外页岩气田地质特征,系统研究四川盆地外复杂构造区湘西北五峰组—龙马溪组页岩气地质特征及含气性,指出未来勘探方向。研究结果表明湘西北五峰组—龙马溪组与四川盆地涪陵地区的页岩气聚集条件相近,具有4个显著特征:1)深水陆棚相发育富有机质页岩厚度超过20 m,富含有机质、硅质、黄铁矿以及笔石化石;2)有机质属于Ⅰ型干酪根,有机碳质量分数w(TOC)普遍大于2.0%,自西向东逐渐减小,镜体反射率Ro主要在2.0%~3.0%之间,热演化达到过成熟阶段;3)矿物成分以石英为主,平均质量分数为47.9%,黏土矿物(主要是伊/蒙混层)次之,平均质量分数为26.9%,碳酸盐岩矿物质量分数低于10%,页岩普遍发育微孔隙(主要为有机质孔、晶间孔、溶蚀孔)和微裂缝,储层吸附能力强;4)五峰组—龙马溪组页岩含气量为1.0~3.5 m3/t,以解吸气为主,甲烷体积分数超过90%。深水陆棚相发育丰富有机质,奠定了五峰组—龙马溪组页岩气聚集基础,但含气性受控于盖层、埋深及断裂等保存条件。未来勘探方向应集中于桑植—石门复向斜内龙山—永顺一带向斜核部。

张家界地区下寒武统牛蹄塘组沉积特征与页岩气成藏研究

为评价张家界地区页岩气资源勘探潜力,利用野外地质调查成果、地球化学试验数据和现有地质资料等进行综合研究,结果表明。张家界地区下寒武统牛蹄塘组的黑色岩系是在缺氧的环境下形成,且受热水沉积影响。有机碳含量和热演化程度高,孔隙度和渗透率条件较好,张家界下寒武统牛蹄塘组的黑色页岩具有良好的生气能力。

湘西北寒武系黑色页岩地质演化及页岩气成藏靶区分析

通过对湘西北地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩空间分布特征、生烃作用历程等进行系统分析,认为湘西北地区下寒武统黑色泥页岩厚度分布明显受沉积相带控制,从深水陆棚相至斜坡相黑色泥页岩厚度逐渐减薄。黑色页岩属Ⅰ型干酪根,具有分布面积大、厚度稳定、有机质丰富等优越条件,有可能形成大规模的非常规天然气藏。桑植—石门复向斜一带的资源潜力很大。

湘西北页岩气勘探慈页1井地质背景及钻探效果

页岩气是一种非常规气藏,湘西北下寒武统牛蹄塘组黑色页岩有机碳含量和热演化程度高,具有良好的页岩气形成条件。牛蹄塘组泥页岩的孔隙度相对较低,渗透率度相对较低,具有较强的气体吸附能力。慈页1井是一口页岩气预探井,设计井深2 810 m,目的层位为下寒武统牛蹄塘组,完钻井深达3008米,根据慈页1井钻探工程地质日报分析了实际钻进地层及井身结构,共划分了15个储层,发现52米的富有机质页岩。论文对后期页岩气勘探水平井及压裂技术进行了总结分析,还指出国际油价的走低对页岩气开采带了较大的压力。

湘中地区石炭系测水组页岩气生气物质基础研究

为客观评价湘中地区石炭系测水组含煤岩系的页岩气勘探开发潜力,从黑色泥页岩厚度、有机碳含量、有机质类型及其热演化程度等方面系统研究了页岩气的生气物质基础。研究结果表明：湘中石炭系测水组黑色泥页岩厚度较大,平均在40m以上,明显受构造和沉积环境控制;泥页岩有机碳含量相对较低,基本上在1%左右,涟源凹陷相对最高,其次是邵阳凹陷,最低的是零陵凹陷,主要受沉积环境、水体深度等因素控制;黑色泥页岩干酪根类型属Ⅱ型,镜质组反射率为1.33%~2.55%,平均2.18%,有机质热演化程度适中,均有利于页岩气的生成。

湘中坳陷泥盆系页岩气生储特征及勘探潜力研究

湘中坳陷泥盆系具有良好的生烃条件,勘探实践表明泥盆-石炭系普遍含气但地层压力偏低且产量递减快,本文主要围绕物质基础烃源岩的发育特征,从岩相古地理、发育地层、烃源岩的生烃和储集特征等方面展开研究。分析发现,湘中坳陷泥盆系沉积环境主要分为台盆相、台坪相和潮坪相,受大规模基底断裂的影响,形成台盆相间的沉积格局。由此导致烃源岩岩性非常复杂,可以分为泥页岩、泥灰岩和灰岩3大类;湘中坳陷泥盆系D_2t至D_3x沉积时期构成了一个完整的沉积层序旋回,海水大体上由南向北侵入和退出,高位体系域的D_3s烃源岩最为发育,影响丰度指标的最根本因素是不同沉积相的岩石类型,台盆相的沉积环境最有利于烃源岩发育。烃源岩的储集空间主要分为粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝4种类型,主体孔隙为中孔,孔喉分选相对较好,利于后期改造开发。从不同凹陷对比来看,涟源凹陷烃源岩规模较大且丰度高,勘探潜力相对较高。

湖南某地独居石型稀土矿工艺矿物学研究

通过镜下鉴定、矿物参数自动定量分析系统（MLA）、扫描电镜分析、x射线衍射分析、化学多元素分析和化学物相分析等多种测试手段对矿石的化学成分、稀土的化学物相、矿物组成及含量、主要矿物的产出形式、稀土矿物的嵌布粒度和稀土矿物的解离分析等方面做了较详细的研究，最终查明了该矿石中稀土矿物以独居石为主，约占稀土矿物总量的97％左右，主要呈不规则状以稀疏～星散浸染状的形式嵌布在白云石、磷灰石和重晶石等粒问或边缘。在-0．074mm含量占95％的磨矿细度条件下，稀土矿物的解离度仅为31．39％，粒度极为细小，分散程度较高，与镶嵌矿物之间的交生关系较为复杂，因此属较难处理的矿石类型。

湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气生气物质基础研究

为客观评价湘西北地区页岩气资源勘探潜力,利用野外露头地质剖面资料、有机地球化学分析数据等研究了区内页岩气生气物质基础。研究结果表明,研究区黑色泥页岩厚度可从几十米高至两百余米,且从深水陆棚往斜坡方向黑色泥页岩厚度逐渐减薄。研究区黑色泥页岩有机碳含量平均为5.46%,热水喷口及其周边地区则平均高达8%以上。湘西北地区下寒武统牛蹄塘组泥页岩有机碳含量与其石英矿物含量之间具有正相关关系,深水陆棚区和斜坡区泥页岩有机碳含量与其黏土矿物含量之间则分别具有正、负相关关系,表明泥页岩中石英、黏土矿物含量可指示其有机质富集程度。湘西北地区下寒武统牛蹄塘组泥页岩有机质类型为Ⅰ型和Ⅱ1型,等效镜质组反射率均在2.5%以上,平均大于3%,达到了过成熟阶段。不难发现,湘西北下寒武统牛蹄塘组具有良好的页岩气生气物质基础。

中国南方海相地层牛蹄塘组页岩气“甜点段”识别和优选

为了探索中国南方海相地层牛蹄塘组原始储层中页岩气赋存状态,笔者采用了液氮低温吸附/脱附实验和甲烷等温吸附实验等手段,分别表征了页岩对吸附气和游离气的储集能力;同时结合典型井的含气性特点,研究页岩气的赋存机理,识别和优选出了研究区储层的"甜点段"。结果表明,牛蹄塘组发育1~2层富有机质页岩(有机碳含量TOC>2.0%),岩性以黑色硅质页岩为主;储层微观主要发育有机质孔(两端开口的圆柱孔),粘土矿物层间孔(四面开口的狭窄平板孔)以及粒间孔和晶间孔(四面开口的锥形平板孔),而最重要的孔隙类型是有机质孔。牛蹄塘组含气性普遍较差,但慈页1井残余气体积分数高达69.7%。理论计算和现场实验结果均表明,牛蹄塘组页岩储层赋存甲烷特征变化随TOC发生改变,由于有机质孔的孔径较小(一般仅为几十纳米以下),导致原始储层中赋存吸附气能力较强,而赋存游离气能力较弱。随着有机质质量分数的增加,岩石的弹性模量逐渐降低,但泊松比却逐渐增加。牛蹄塘组"甜点段"具有"甜"和"脆"的特点,即厚度为20~40 m,TOC含量为4%~8%,石英质量分数超过40%,粘土矿物质量分数30%~40%,碳酸盐岩质量分数低于20%,VBJH在(10~17)×10-3 cm3/g,VL在4~6 cm3/g,游离气体积分数超过40%,弹性模量为25~35 GPa,泊松比为0.20~0.25,整体上,牛蹄塘组"甜点段"主要发育在深水陆棚泥质相带,且游离气富集能力强的层段。

复杂地质条件区页岩气聚集差异性及其意义：以湘西北古生界为例

针对湘西北地区寒武系牛蹄塘组和奥陶系五峰组—志留系龙马溪组富有机质海相页岩勘探效果巨大差异,比较复杂地质条件区聚集特征,分析差异性原因,指出未来勘探方向。研究结果表明:1)牛蹄塘组页岩有机质质量分数w(TOC)及厚度异常高,明显比五峰组—龙马溪组的高;2)牛蹄塘组以热水沉积作用下的硅质页岩为主,黏土矿物以伊利石为主,而五峰组—龙马溪组以生物作用下的硅质页岩和硅质岩为主,黏土矿物主要为伊/蒙混层;3)牛蹄塘组储层中孔(孔径为2~50 nm)和小孔(孔径<2 nm)更加发育,吸附能力比五峰组—龙马溪组的强;4)牛蹄塘组热演化程度高,主要生气期与燕山—喜山期构造运动时期相一致;5)牛蹄塘组含气量低,甲烷体积分数低,残余气体积分数超过65%;而五峰组—龙马溪组含气性较好,甲烷体积分数超过90%,解吸气体积分数超过50%。产生这种差异性的原因在于:不同的沉积环境影响页岩品质,尤其是w(TOC)及厚度;牛蹄塘组顶底板条件较差,影响页岩气保存;燕山—喜山期断裂与滑脱双重作用导致牛蹄塘组含气性较差。复杂地质条件区页岩气聚集的关键因素为:沉积条件控制页岩气聚集的物质基础,保存条件控制页岩气富集程度。未来牛蹄塘组勘探应该重视寻找“外源供给型”气藏,五峰组—龙马溪组应重视残留向斜内滑脱作用形成的“甜点区”。

湖南锡矿山环境地质问题及其防治对策研究

系统收集锡矿山地区的矿业活动和生态环境资料,认为锡矿山地区存在的主要环境地质问题有矿山地质灾害、大气污染、水体污染及破坏、土壤污染、固体废弃物排放等,并分析了造成其环境破坏的主要原因。提出包括制定全面且科学的环境综合治理方案,多渠道筹集资金,引进先进技术,淘汰落后产能,实行保护性开采等措施。