页岩气资源智能评价

页岩气资源评价包含基于地质及勘探过程分析基础之上的资源量计算、有利区分布及经济有效性分析等内容,其核心是符合地质过程演化特点及资料掌握程度的评价方法选择、参数处理及结果分析。页岩气资源智能评价能够克服现实资源评价中的局限性,可实现从定性到定量的全程模拟与评价,具有明显的发展阶段性特点,利用机器学习、推理机等现代手段开展资源评价是现阶段的主要特点。方法选择、参数质量及评价效果是页岩气资源评价的关键,基于地质特点和勘探程度的知识库建立、数据搜集、参数分析、数据挖掘、地质推理、方法选择、智能运算、结果可信度分析、结果的空间表达及全程连续执行等,是页岩气资源智能评价的基本思路和方法。功能强大、全程连续实现的智能评价是页岩气资源评价发展的基本方向,需要在现有技术基础上不断积累与实践,在更大的范围内推动页岩气资源评价方法和技术的发展。

中国深层页岩气资源前景和勘探潜力

为了讨论页岩气产业的发展方向,从页岩气成藏地质条件、资源分布、勘探前景等方面探讨和评价了中国深层页岩气的资源前景和勘探潜力。研究结果表明:①自中元古代以来,不同类型的潜质页岩发育于纵向16套层系之中,它们均有形成深层页岩气的地质基础条件,形成了南方以下古生界海相为主、北方以中新生界陆相为主且受盆地类型(东中西部差异)约束、晚古生代海陆过渡相南北方均有发育的页岩气分布格局;②扬子、华北及塔里木板块均有形成深层页岩气的基础地质条件,但类型特点及分布各有差异,具有南北分区、东西分带的特点;③采用限定条件下的深度趋势分析法,预测我国埋深介于4500~6000 m的页岩气地质资源量和可采资源量(P_(50))分别为61.10×10^12m^3和11.07×10^12m^3,埋深介于3000~6000 m的页岩气地质资源量和可采资源量分别为115.72×10^12m^3和20.93×10^12m^3,其中规模性的深层页岩气资源量主要分布在四川盆地及其周缘地区,是深层页岩气勘探重要的现实领域,其次是鄂尔多斯、塔里木、准噶尔、渤海湾及松辽等大中型盆地及其周缘地区,在平面上分别形成了上扬子、西北、华北及东北等深层页岩气资源分布中心;④在现今含油气盆地中,深层页岩气主要分布在沉降—沉积中心方向,除了早古生代海相页岩之外,晚古生代海陆过渡相和中新生代陆相(含中小型盆地)页岩也是深层页岩气资源分布的有利指向,在中新生代陆相盆地中,不同构造部位下伏的上古生界也有望成为深层页岩气勘探研究的重要领域。结论认为,我国深层页岩气资源丰富、类型多样、分布广泛,具有良好的资源前景和重大的勘探意义,是我国页岩气产业发展的基本方向。

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。

页岩含气量评价方法

作为页岩气资源勘探评价的核心基础,含气量的评价一直作为关键研究内容而受到高度关注。页岩气的成藏和富集是一个动态地质过程,游离和吸附状态天然气的同时存在及比例变化,导致了页岩中天然气赋存状态的复杂性。页岩含气机理与煤层气差异较大,直接和间接成因的页岩气类型各具不同的页岩油气形成条件和含气特点。垂向上的页岩含气相关指征曲线变化特点,可提供更多的沉积、含气及保存等信息。页岩含气量的获得方法可划分为6种基本类型,归属于3个可信度梯度级别,其中的现场解析法是含气量获取方法中的重要方法。在现场解析的升温过程中,只有当岩心在加热至地层温度前见解吸气者,通过线性或多项式逆向回归法计算出来的损失气量才具有明确物理意义。页岩的含气量受页岩的生气能力和强度控制,损失气、解吸气及残余气分别与吸附气和游离气存在内在联系。页岩吸附含气量和总含气量是页岩含气量地质评价中的重要参数,页岩气中游离气的占比不仅能反映页岩中天然气的赋存状态,而且更指示了页岩气的可采性。同时满足总含气量和游吸比双高目标的评价对象,是页岩气的有利目标。含气量、游吸比及可采系数等含气结构参数的同时使用,有助于更准确地进行页岩气评价。机器学习和大数据分析等提高了数据处理工作效率,智能评价是页岩含气量评价研究未来发展的重要方向。

基于地层水指标的页岩气保存条件评价——以渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩气藏为例

四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组页岩气勘探开发已取得较好成果,但不同井位之间页岩含气量差异大。通过对渝东南地区PY1HF、JY1HF、NY1HF、LY1等井位地层水的矿化度、地化指标、水型等分析后认为:CaCl2水型反映较好的页岩气保存条件,NaHCO3和Na2SO4水型反映地层水与大气水有不同程度的贯通,保存条件相对较差。基于渝东南地区发育的大型断裂和残留向斜构造及五峰组—龙马溪组地层水特征,将其地下水渗流方式对应划分为大型断裂发育区地层水下渗型和残留向斜区地层水向心流型两种类型,分别对应不同的页岩气保存条件。大型断裂发育的地区,地表水沿断裂下渗深度较大,对页岩气藏破坏较大,多表现为微含气或不含气状态;残留向斜区地层水向心流型,向斜深部保存条件相对较好。在向斜边缘地表水与地层水形成自由交替带,页岩气藏的保存条件较差,因而含气性较差,而越靠近核部地区受大气水下渗影响越弱,保存条件越好。

页岩气地质评价智能化的应用与展望

中国页岩气资源类型多样,形成地质条件与成藏模式复杂,如何针对不同类型与级别的页岩气资源展开具有针对性的地质评价,是勘探开发工作的重点与难点。为解决此问题,在页岩气地质评价过程中,通过智能化软件和测量仪器的研发,提高了定量数据的获取精度;建立概率密度曲线,识别了不同类型页岩气相关地质参数的分布特征,进一步开展了资源量计算方法的优选;以机器学习中多种方法如知识图谱、随机森林、支持向量机、聚类分析、概率赋值等背后的数学原理为支撑,从数据本身的自然规律出发,对参数的异同性和内在关联度开展研究。结果表明:不同类型页岩气资源的地质参数分布特征差异较大,结合勘探开发程度共同决定资源量计算方法的选取;对数据开展全面定量地解释与分析,极大程度挖掘了数字背后的地质信息,并帮助调整地质认识的客观性与真实性,同时能够发现评价结果产生的误差与偏差。该研究内容与成果建立并完善了从参数获取到综合评价的技术方法与流程,极大程度上提高了评价结果的可信度,拓展了人工智能在该领域应用的广度与深度,为最终能够达到页岩气地质评价智能化的目标奠定基石。

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。

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。

地下油气形成聚集地质过程虚拟仿真教学实验设计

石油的形成演化发生于地下上千米深的微米—纳米级的岩石孔隙空间中,经历了漫长的地质历史时期,其时空跨度超过人们以往的经验认知范围,学生理解难度较大。地下油气形成聚集地质过程虚拟仿真教学实验建立了地球—板块—盆地—圈闭—油气分子等从宏观到微观的各级场景,涵盖烃源岩形成、油气生成、油气运聚及破坏三个教学环节共十一类场景,实现了地下油气从形成到成藏的全场景、全过程再现,实验完成后采用双重测评方案测评并实时反馈,教学效果良好。

辽河坳陷清水洼陷沙三段页岩气富集条件

受构造作用控制,辽河西部凹陷清水洼陷沙三段页岩沉降-沉积中心发生由北西向南东方向的明显迁移,表现为欠补偿沉积的半深湖-深湖相同步迁移。从湖盆中心向陆方向,清水洼陷沙三段沉积时期主要发育了深湖-半深湖-浅湖-扇三角洲等沉积类型,对应形成了从Ⅰ、Ⅱ到Ⅲ型的干酪根分布。与此对应,页岩中的石英、长石等脆性矿物含量递次增多,而黏土矿物含量逐渐减少,反映为沉积相对页岩有机地球化学条件和矿物成分的控制作用。在深大断裂控制下,页岩沉积剖面表现为向西减薄的楔形,TOC从中心处的最大值向外逐渐降低,成熟度Ro介于0. 5%~2. 0%,为页岩油气的形成提供了有利的富集条件。在现今埋深状态下,洼陷区页岩一般处于热成熟生油阶段,埋深较大的局部地区可达高成熟阶段,进入页岩气为主状态,形成"下气上油"的生烃格局。沙三段页岩主要处于中成岩阶段B期,出现了大量定向排列的片状伊利石。在4 000 m以深的页岩中,伊蒙混层比小于15%,发育了多种孔隙类型,伴生黄铁矿和伊利石等黏土矿物,孔隙度一般为0. 7%~3. 5%,8~35 nm的页岩孔隙直径所占体积最大。高精度含气量解析结果表明,双兴1井沙三段页岩含气量为1. 6~5. 44 m3/t,随着页岩储层成岩裂缝增加,页岩含气量不断增加。总含气量、吸附含气量与TOC具有很好的相关性,但总含气量增加速度较吸附气增量速度更大,这与有机质生油气产物关系密切,与溶解态天然气的存在也不无关系。有机质类型多样、油气共生、含气量较大且下气上油,形成了辽河清水洼陷特色的页岩气富集模式。

页岩储层非构造裂缝研究进展与思考

随着我国对非常规油气勘探理论的完善和技术的提高,页岩油气勘探开发不断获得突破,其战略地位也在不断上升。页岩储层的品质通常是制约其资源潜力的主要因素,其中裂缝是页岩油气富集、高产、稳产的关键。因此裂缝作为富有机质页岩储层重要的储集空间和渗流通道,其相关研究一直都是该领域内的重点。我国页岩储层内天然裂缝大量发育,而非构造裂缝同样比较发育,对页岩油气的富集和保存评价亦具有重要意义。目前对页岩储层构造裂缝的研究比较深入,而对页岩非构造裂缝的研究则相对薄弱。为此本文在充分调研近年来国内外页岩非构造裂缝研究成果的基础上,重点梳理了非构造裂缝的分类、识别与表征、主控因素、期次及演化序列等方面的研究进展。页岩储层非构造裂缝以成因和形态复杂、分布不规则、尺度较小为特征,依据成因机制差异可将其分为成岩缝、异常高压缝、层理缝和表生缝4个大类,它们的识别与表征目前主要还停留在定性描述的阶段;尽管不同类型的非构造缝主控因素存在差异,但均在不同程度上受控于沉积作用、成岩作用、矿物组分及含量、岩石力学性质,呈现出一定的共性。综合分析并指出了页岩储层非构造裂缝研究的关键问题及发展趋势:一是基于页岩储层岩心、薄片、成像测井、常规测井的典型特征,结合先进图像技术,建立不同类型不同尺度非构造裂缝综合有效识别与定量化表征新方法。二是针对页岩储层非构造裂缝的形成发育具有“多成因类型、多控制因素、多期次演化”的特点,并且页岩非构造裂缝的形成与演化与“古温压、古流体、古成岩”过程联系紧密。据此提出了利用页岩储层非构造裂缝中普遍存在的方解石等充填物的流体地球化学、同位素地球化学(C,O,Sr)及微区原位同位素年代学(U-Pb,Sm-Nd)等先进实验分析技术,综合确定页岩储层非构造裂缝形成时间和活动期次及演化序列是未来研究的关键手段。三是由页岩储层非构造裂缝发育程度与单因素主控因素之间的定性-半定量分析,向多个主控因素耦合控制下的非构造裂缝发育程度的定量研究方向发展,即采用数学方法确定不同主控因素对于裂缝发育程度影响的权重,并构建适合我国页岩非构造裂缝发育程度的综合指数与多个主控因素之间的定量关系模型。

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。

页岩中黄铁矿类型及其对页岩气富集的影响--以四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩为例

黄铁矿是页岩中普遍存在的矿物之一,对其类型、成因及其对页岩气富集的影响的研究还处在探索阶段。以四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩为研究对象,通过薄片观察、扫描电镜等手段,识别出草莓状、纹层状、结核状、自形以及他形等黄铁矿类型,五峰组-龙马溪组页岩中的黄铁矿主要形成于同生沉积阶段和早成岩阶段。草莓状黄铁矿主要形成于同生沉积阶段,指示还原环境,有利于有机质富集和保存,其含量与总有机碳呈正相关关系,其发育层段常富含有机质。草莓状黄铁矿与生物成因石英、陆源碎屑石英一起形成刚性颗粒支撑格架,对原始粒间孔隙的保存具有重要作用,有利于油气充注、滞留以及有机质孔的发育。研究区五峰组-龙马溪组底部黑色页岩草莓状黄铁矿非常发育,显示其不仅具有良好的有机质富集的物质基础,也有利于页岩优质储层的形成,草莓状黄铁矿含量可以作为页岩气甜点段判识的依据。

页岩储层构造裂缝活动期次及开启性研究进展与展望

随着我国在非常规油气领域的研究不断深入和技术手段不断提高,页岩油气勘探开发工作取得了显著进展。大量生产实践结果表明:页岩储层裂缝是影响油气富集、高产和稳产的关键因素,页岩储层中裂缝的存在不仅可以改善储层的物性,还有利于后期的压裂改造。特别是储层中发育的构造裂缝,其活动期次与开启性的研究对于揭示页岩油气富集规律、保存条件等具有重要意义。早期对于页岩储层裂缝的研究集中在裂缝分类、识别与表征、裂缝发育主控因素分析与分布预测及建模等方面,而对于裂缝的形成时间与活动期次厘定、裂缝开启性的主控因素、裂缝开启与闭合机理、裂缝开启程度定量表征研究相对薄弱,制约了我国盆内页岩油气的高效勘探开发。为此本文在充分调研了国内外页岩储层构造裂缝研究成果的基础上,围绕页岩储层构造裂缝活动期次及开启性这一主题,重点梳理了页岩裂缝期次划分、充填脉体定年、开启性主控因素分析及开启程度定量表征方面的研究进展。裂缝活动期次的划分方法可分为两类:地质定性分析和裂缝充填物地球化学示踪分析。在实际应用中,上述方法只能得到裂缝活动期次相对的先后顺序,且会受到埋藏史、热史等基础地质资料精度的影响,其应用存在一定局限性。裂缝中脉体多为碳酸盐岩矿物和石英,高精度微区原位U-Pb定年技术的出现,使得厘定不同组系裂缝脉体形成的绝对年龄成为可能,避免了由于热史、埋藏史认识差异带来的流体活动时间的多解问题。影响构造裂缝开启性的主控因素较多,不仅受到岩石本身特性的影响,还受到现今地应力、地层流体压力等因素的控制。裂缝中广泛分布的纤维状充填物岩石学特征记录了晶体的生长过程,此类特殊的晶体形态是裂缝曾经存在多期活动的证据,揭示了裂缝多次开启闭合的演化过程。目前主要应用开度这一参数来表征裂缝的开启程度,或是通过计算及实验获取裂缝开启压力间接表征其开启性。在总结并分析上述研究成果后指出了页岩储层构造裂缝活动期次及开启性研究中存在的关键问题及发展趋势,旨在丰富和完善页岩油气储层研究的理论和方法体系,为我国页岩油气的构造保存条件和富集机理研究提供重要的科学依据。

溱潼凹陷阜二段页岩岩相组合特征及其对含油性的影响

苏北盆地溱潼凹陷阜宁组二段(阜二段)页岩油勘探取得了一系列突破。溱潼凹陷阜二段页岩矿物组成占比接近,且岩相单层厚度薄、垂向上变化十分频繁,依靠传统矿物组成的岩相划分方法在本地区应用受到很大局限。以溱页1井湖相泥页岩层段岩心为研究对象,通过岩心、薄片观察、全岩X射线衍射、有机地球化学等实验分析,开展岩相划分及其组合特征研究,并分析其对含油性的影响。研究认为:在页岩矿物组成近似条件下,基于沉积构造,溱潼凹陷阜二段页岩可分为块状黏土质泥岩(MCM)、块状混合质泥岩(MMM)、纹层状混合质页岩(LMS)、层状混合质页岩(BMS)和纹层状长英质页岩(LSS)共5种岩相类型,根据岩相在垂向上分布的规律又划分出8种岩相组合;阜二段页岩岩相组合与层段划分具有一定对应性,以S1=1.5 mg/g、OSI=100 mg/g为主要界限指标,可以将不同岩相组合含油性及可动性进行很好的区分,符合S1>1.5 mg/g、OSI>100 mg/g标准的MCM-LMS-BMS和LMS-BMS-LMS岩相组合确定为该区有利岩相组合,其所属层段为页岩油勘探有利层段。本研究认识为陆相页岩岩相及其对油气聚集控制理论的完善提供了有益补充。

黔北寒武系牛蹄塘组页岩孔隙分形表征

页岩的孔隙结构是影响页岩气赋存和流动的关键因素,分形维数可以用来定量描述页岩孔隙结构的复杂程度。以黔北地区牛蹄塘组富有机质页岩为例,在扫描电镜、页岩地球化学和矿物组成分析基础上,利用高压压汞和低温氮气吸/脱附法研究了页岩孔隙结构特征参数,利用FHH模型计算了孔隙分形维数,讨论了孔隙结构的影响因素。研究发现:(1)下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩石英含量为39.0%~68.4%;黏土矿物含量为11.5%~28.2%;有机碳含量为2.77%~5.81%,平均为3.81%;有机质成熟度高。(2)氮气吸脱附数据显示BET比表面积为11.954~21.744 m^(2)/g,平均为14.572 m^(2)/g;总孔体积为0.0186~0.0259 cm^(3)/g,平均为0.0214 cm^(3)/g;平均孔径范围在4.773~7.025 nm,平均为5.967 nm。微孔对总比表面积贡献大,而中孔和宏孔对孔隙体积贡献大。(3)基于低温氮气吸附数据获得的页岩孔隙分形维数D_(1)和D_(2)分布相对集中(D_(1)为2.65~2.71,D_(2)为2.79~2.85),压汞数据的大孔隙分形维数分布范围宽(D_(Hg)为2.21~2.81),分形维数显示牛蹄塘组富有机质页岩具有以微孔为主的复杂孔隙结构和高度非均质性,孔隙发育具有多重分形特征。(4)分形维数D_(2)与有机碳含量和微孔体积有明显的正相关关系,显示分形维数D_(2)可用于有机质孔隙结构表征,而矿物组成对分形维数没有明显影响。研究区牛蹄塘组页岩分形维数与龙马溪组产气页岩较为接近,指示本区页岩具有较好的孔隙结构。

皖南地区上二叠统大隆组页岩沉积环境与有机质富集机理

皖南地区上二叠统大隆组富有机质页岩不仅是中国下扬子区重要的烃源岩,也是目前中国页岩气勘探的重要层位之一。为研究其沉积环境与有机质富集机理,对港地1井进行系统取样,开展了有机地球化学测试和元素地球化学分析等工作。结果表明:皖南地区大隆组页岩沉积时期处于暖湿型气候,具有高的生物生产力和沉积速率,早-中期伴随着区域性海平面上升,沉积水体加深且滞留程度增强,整体处于贫氧-厌氧环境;到了晚期区域性海平面下降,水体变浅且滞留程度减弱,整体处于氧化环境,且在二叠纪末期伴随有明显的火山热液活动。大隆组富有机质页岩的形成,不是由单一因素所决定,而是由古气候、水体氧化还原性质、生物生产力、沉积速率等多个要素相互配置与耦合的结果。皖南地区大隆组早-中期区域性海平面上升把深水的营养物质带到浅海的透光带,促进表层水体微生物大量繁殖,产生了高的生物生产力,且贫氧-厌氧的水体环境有利于有机质保存,形成了偏还原条件下的有机质富集模式;大隆组晚期沉积水体整体处于氧化状态,虽然含氧水体不利于有机质保存,但二叠纪末期大规模的火山热液活动蕴含了丰富的营养物质,促进生物大量繁殖,这样一方面可以形成高的生物生产力,另一方面生物的呼吸也可以加剧水体中氧的消耗,而且高的沉积速率也可以缩短有机质在水体中被氧化分解的时间,使得有机质快速埋藏和保存,形成了偏氧化条件下的有机质富集模式。

非常规天然气成藏体系

有别于常规天然气,非常规天然气在成藏条件、富集机理、分布模式、预测方法及勘探应用技术等方面都具有明显的特殊性。从成藏系统的角度分析非常规天然气成藏过程和主控因素,对于非常规天然气评价和预测具有重要的意义。为此,基于成藏机理和分布模式,将非常规天然气成藏体系划分为页岩气、煤层气、致密碳酸盐岩气、致密砂岩气、水溶气及天然气水合物共6种主要类型;按照成藏体系“元素—功能—结构”的研究思路和“气源岩—输导体系—成藏分布”的组配关系,将非常规天然气成藏体系划分为6类“源—位结构”关系,分析了除天然气水合物以外的其余5种类型非常规天然气成藏体系的特点。研究结果表明:①页岩气、煤层气、致密碳酸盐岩气均属于源内型非常规天然气成藏体系,具有生供气能力强、无输导体系、缺乏二次运移、生储盖一体、原地成藏等结构特点;②致密砂岩气和水溶气属于源缘型非常规天然气成藏体系,具有生气类型多样、邻层近源聚集、储层内部运移、就近成藏富集等结构特点;③盆地演化、沉积环境和后期构造运动控制了非常规天然气成藏体系的类型。结论认为,我国南方古生界海相沉积有利于页岩气和致密碳酸盐岩气成藏体系的形成;南、北方上古生界海陆过渡相沉积则有利于煤层气、页岩气及致密砂岩气成藏体系的发育;中、东部中新生代深水陆相沉积有利于深层致密砂岩气和页岩气成藏体系,浅水陆相盆地则对煤层气、致密砂岩气及页岩气成藏体系的形成更为有利;水溶气则广泛见于新生代富有机质浅层区或邻近气源岩的高压储层中。

宣城地区龙潭组页岩沉积环境与有机质富集

安徽宣城地区上二叠统龙潭组海陆过渡相页岩不仅是我国下扬子区重要的烃源岩,也是目前我国页岩气勘探的重要层位之一。为研究海陆过渡相页岩沉积环境与有机质富集的关系,以港地1井和两个露头剖面为研究对象,系统开展了有机地球化学测试、有机岩石学研究、氩离子抛光—扫面电镜观察、元素地球化学分析等工作。结果表明:下扬子宣城地区龙潭组页岩沉积时期处于暖湿型气候,沉积水体处于氧化—贫氧状态,具有高的生物生产力和沉积速率。海陆过渡相富有机质页岩的形成,不是由单一因素所决定的,而是由古气候、水体氧化还原性质、古生产力、沉积速率等多个要素相互配置与耦合的结果,这些因素都会直接或者间接地影响有机质的供给或者有机质的埋藏和保存。其中,温湿型气候不仅有利于陆源高等植物的生长,而且会促进生物地球化学作用,使得母岩化学风化程度加大,向水体输入的营养物质增多,有利于菌藻类等低等水生生物勃发,高等植物碎屑和低等水生生物共同为富有机质页岩沉积提供了丰富的有机质来源。宣城地区晚二叠世沉积时期,较高的古生产力为海陆过渡相富有机质页岩的形成提供了良好的物质基础,有机质产生后进一步埋藏和保存,虽然富氧水体环境不利于有机质保存,但高的沉积速率可以缩短有机质在富氧水体中暴露的时间,使得有机质来不及被氧化或分解,也可造成有机质的富集。