湘中地区早寒武世牛蹄塘组黑色岩系地球化学特征与有机质富集机理

中国南方扬子板块寒武纪早期广泛发育一套富有机质黑色岩系,为了研究其有机质富集特征及控制因素,对湘中地区AY-1井牛蹄塘组32件岩芯样品总有机碳质量分数w(TOC)、主微量和稀土元素质量分数等地球化学特征参数进行测试。研究结果表明:研究区牛蹄塘组黑色页岩有机质丰度高,与热液相关的Ni和Sb等微量元素富集以及热液指标w(Co)+w(Ni)较高;w(P生物)和w(Ba生物)显示牛蹄塘组生产力在中—高等水平,w(U)/w(Al),w(V)/w(Al),w(Ni)/w(Co),w(V)/w(Cr)和w(U)/w(Th)共同指示水体基本处于缺氧、还原环境;从底部至顶部,页岩受热液作用强度、生产力水平和水体还原性变化均表现为由弱—强—弱的趋势,且与有机质丰度呈现正相关;顶部生产力水平虽然较高且趋于稳定,但沉积时海平面下降使水体还原性减弱,有机质无法良好地保存。强热液活动、高古生产力和强还原环境使牛蹄塘组中部形成高有机碳丰度的页岩层系,成为页岩气勘探的有利层段。     

埃迪卡拉纪末期华南盆地深水环境的微量元素约束

对沉积于埃迪卡拉纪末期(551～542 Ma)华南盆地深水的老堡组硅岩样品中微量元素进行了研究.老堡组硅岩的元素地球化学特征显示岩石中微量元素主要来源于沉积水体,它们的质量分数和相关比值具有良好的环境指示意义.老堡组硅岩微量元素具有极低的w(Th)/w(U)(0.15～1.36,平均0.78),高的w(V)/(w(V)+w(Ni))(0.58～0.91,平均0.77),氧化还原敏感元素富集(U,V,Mo的富集系数较高),Mn的质量分数(10.9×10~(-6)～27.6×10~(-6))和富集系数均低的地球化学特征.这些特征表明埃迪卡拉纪末期华南盆地深水是缺氧的.然而,硅岩样品相对低的U,V,Mo质量分数以及缺乏黄铁矿指示了当时深水不是硫化的,而是缺氧含铁的,这种水体环境可能为多细胞后生动物的出现和快速演化提供了必要条件.     

米仓山-汉南隆起牛蹄塘组页岩稳定碳同位素组成及其意义

利用牛蹄塘组暗色泥页岩样品进行有机碳同位素(δ~(13)C_(org))、无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))、氧同位素(δ~(18)O)、总有机碳(TOC)、微量元素测定,分析米仓山-汉南隆起区早寒武世古海洋环境及其与页岩有机质生产的关系。基于原始海洋巨大溶解有机碳库(DOC)和海洋分层理论,结合不同古海洋微生物种属碳分馏特征,描述米仓山-汉南隆起区早寒武世古海洋环境和有机质生产模式。结果表明:研究区牛蹄塘组页岩中获取的碳氧同位素具有良好的原始性,对研究区古海洋环境具有良好的指示意义;δ~(13)C_(org)明显富集轻碳同位素(~(12)C)显示强烈的负异常,分布在-34.032‰～-29.537‰,属于L型无定形有机质,且更富集轻碳同位素;δ~(13)C_(carb)明显富集重碳同位素(~(13)C),分布在-1.21‰～3.64‰;氧同位素δ~(18)O分布在-8.94‰～-3.5‰;研究区南北部碳氧同位素空间分布具有差异性,与南部西河乡剖面相比,北部宁强铁锁关和两河村剖面的碳同位素具较高的δ~(13)C_(org),偏正的δ~(13)C_(carb)和高的δ~(13)C_(carb-org),且δ~(13)C_(carb)与δ~(13)C_(org)呈明显的解耦关系而与δ~(13)C_(carb-org)线性相关;牛蹄塘组页岩碳氧同位素组成取决于海侵过程中藻类、化能自养、甲烷细菌、甲烷氧化菌等特殊的古海洋微生物种属分布或活动强度与上升洋流、海洋分层的有机结合。     

湘中南中奥陶统烟溪组页岩地球化学特征及有机质富集机理

为了解湘中南中奥陶统烟溪组黑色页岩有机质富集规律及模式,选择湖南城步撑架坪(CJP)、宁远棉花坪(MHP)、祁东马杜桥(MDQ)这3个剖面的烟溪组页岩样品对有机质丰度、主微量元素质量分数进行测试。研究结果表明:烟溪组有机质丰度较高,CJP黑色页岩TOC质量分数w(TOC)平均为2.52%,MHP黑色岩石w(TOC)平均为1.96%,MDQ黑色岩石w(TOC)平均为2.54%。化学蚀变指数ACI和w(Sr)/w(Cu)显示烟溪组时期为温暖潮湿的气候;生物成因钡w(Ba_(xs))为141.6～738.0μg/g,表明烟溪组沉积环境具有中等生产力;古氧化还原参数w(V)/(w(V)+w(Ni))和w(Th)/w(U)指示水体环境为缺氧—贫氧环境;有机质的富集受古生产力、古地理、海平面变化、陆源碎屑物等多方面因素影响,而闭塞性沉积盆地引起的水体缺氧环境是有机质保存下来的决定因素;烟溪组页岩有机质富集模式是受浊流沉积物影响的"深水滞留盆地"模式,华夏地块浊流沉积物的输入使盆地中部祁东地区的有机质丰度比研究区东南侧的丰度高。     

震旦纪至寒武纪转折时期湘西北地区黑色岩系元素地球化学特征及其意义

黑色岩系作为地质历史时期特殊环境的产物,对研究地质历史与环境演化具有重要意义。本文以湘西北地区新元古代晚期至寒武纪早期典型剖面中的黑色岩系为研究对象,对震旦系灯影组白云岩、寒武纪牛蹄塘组硅质岩、磷块岩、黑色页岩等,开展了常规的元素地球化学特征研究,结果表明,研究区黑色岩系明显富集Mo、U、V、Cd、Tl,相对富集Cu、Ni、Zn,亏损Co、Mn、Ge 等元素;稀土元素总量较低,总体表现出轻稀土相对富集、重稀土相对亏损,δCe 呈明显负异常特征,显示出黑色岩系具海相热水沉积特征：黑色页岩、白云岩以正常海相沉积为主,兼有热水作用参与;硅质岩、磷结核受海水热液作用强烈。结合氧化还原特征元素比值U/Th、V/Cr、Ni/Co、V/Sc、V/(V+Ni),MoEF-UEF协变关系及δCe 异常值在剖面上的分布规律,分析得出剖面自底部而上沉积环境经历了弱氧化→氧化→还原(硫化)→缺氧→贫氧的变化。     

黔北地区高成熟烃源岩地球化学的古海洋环境指示意义

中国南方中上扬子地区发育多套烃源岩,其中震旦系和下寒武统黑色页岩分布广泛,厚度大、有机质含量丰富、生烃潜力好。研究表明:有效烃源岩形成及发育主控因素的研究是预测优质烃源岩的基础;古生产力及氧化还原条件是全球气候变化和海洋环境研究的重要内容,也是重建有效烃源岩发育环境的主要参数。作者通过对控制海洋氧化还原条件的[U,V,Mo,Tu/U,V/Sc,V/(V+Ni)]等氧化还原敏感痕量元素在沉积物或沉积岩中的富集程度的研究,利用沉积物或沉积岩中这些痕量元素的含量来重建古海洋的氧化还原状态和沉积环境。从无机地球化学角度分析发育有效烃源岩的沉积环境。结果显示:下寒武统牛蹄塘组早期为较深水弱还原环境,之后逐渐演变为深水盆地严重缺氧的还原环境,可能受热液作用的影响,富集了V和Mo等金属的含矿层,最后又逐渐演变为水体变浅的弱还原环境。     

川南地区五峰组—龙马溪组沉积环境演化及其对页岩发育的控制

基于岩心观察、薄片观察、电镜观察、XRF元素扫描以及全岩X-衍射、ICP-MS元素分析、总有机碳含量测试等手段,对川南地区五峰组—龙马溪组页岩岩相类型及其沉积环境演化进行分析,并探讨沉积环境高频演化对岩相的控制作用。将川南地区五峰组—龙马溪组页岩划分为富有机质层状生物硅质页岩、富有机质纹层状(长英质-钙质)粉砂页岩、富有机质(钙质)粉砂页岩、富有机质纹层状钙质页岩、中有机质纹层状(长英质-钙质)粉砂页岩、中有机质块状黏土质页岩6种岩相类型。在岩相识别基础上借助特征元素比值Sr/Ba、U/Th、V/Cr、V/Ni、Ni/Co、Sr/Cu及Mo、Cu、Sr含量变化进行古沉积环境恢复,划分出7个演化阶段。结果表明：五峰组沉积早期气候温暖潮湿、水体较为氧化、盐度较低;五峰组沉积中期水体还原性增强、古生产力提高;五峰组晚期气候干冷,水体较为氧化,经历了赫南特冰期;龙马溪组自下而上古气候经历了暖湿—相对干热—暖湿—相对干热的演化,同时古水体也经历了还原—相对氧化—还原—相对氧化的演化。沉积环境高频演化对页岩岩相发育以及有机质富集具有明显的控制作用,不同岩相有机质含量与海洋古生产力和水体还原性均呈现...     

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"。     

涪陵焦石坝地区五峰组—龙马溪组页岩古氧相研究

焦石坝五峰组—龙马溪组页岩下段与龙马溪组页岩上段两类页岩层开发效果迥异,为了探索其产生差异的根本原因,以地球化学特征分析为依据,结合晚奥陶世—早志留世的沉积学和古生态学资料,研究了焦石坝五峰组—龙马溪组页岩古氧相。五峰组—龙马溪组页岩下段地层Fe、Mn含量低,U含量高,w(U)/w(Th)0.75,Uau(即自生U质量分数)大于5×10-6,生物化石和沉积纹层保存完好,表现为典型的贫氧-厌氧沉积环境,有利于生物遗体的富集和保存,有机质含量高;随深度增加,龙马溪组页岩上段地层Fe、Mn含量逐渐降低,U、S含量增高,沉积水体还原性逐渐增强,S含量与TOC含量呈明显的正相关关系,地层上部为典型的富氧沉积环境,生物遗体难以保存,有机碳含量低,地层下部为贫氧—富氧过渡性沉积环境,TOC含量较高,具有一定的勘探潜力。古氧化-还原环境的差异是导致两类页岩品质差异的根本原因。     

海相页岩与海陆过渡相页岩吸附气量主控因素及其差异性

以黔北地区下寒武统牛蹄塘组海相页岩和南华北地区下二叠统太原-山西组海陆过渡相页岩为研究对象,分析页岩有机地化、储层、吸附气量特征,进而研究页岩吸附气量影响因素及其差异性。研究结果表明:页岩有机碳含量大于2%,两者均为优质的烃源岩;但有机碳含量相差甚大。牛蹄塘组页岩矿物组成主要为石英,其次为黏土矿物,而太原-山西组页岩以富集黏土矿物为特征。牛蹄塘组页岩比表面积和吸附气量大于太原-山西组页岩;而总孔体积和平均孔径均小于后者。页岩岩石组成与吸附气量之间的关系如下:牛蹄塘组页岩TOC与吸附气量呈正相关关系且TOC是吸附气量的主要影响因素;而太原-山西组页岩TOC与吸附气量之间关系不明显。牛蹄塘组页岩石英与吸附气量呈正相关性,其原因是石英为生物成因,伴随有机质富集;而太原-山西组页岩石英与吸附气量具有负相关性,其原因为TOC和黏土矿物随石英的增加而减少,且TOC、黏土矿物与吸附气量呈正相关关系。牛蹄塘组页岩伊利石和太原-山西组页岩黏土矿物均与吸附气量具有正相关性,原因为黏土矿物吸附有机质且黏土矿物中各组分发育大量孔隙。     

金属元素及其质量分数比值与湖泊古环境记录——以萨拉乌苏河滴哨沟湾全新世沉积为例

通过对萨拉乌苏河滴哨沟湾从末次冰期晚期到中全新世以来的河流相、湖相、泥炭沼泽沉积序列的金属元素分析,探讨了不同环境中沉积物的金属元素迁移、富集特征以及元素质量分数比值代表的环境意义.分析表明:V、Ni可能更多是在黏土中富集,而Fe_2O_3、Mn与还原条件有关,MgO、Sr、CaO与碳酸盐的形成有关.W、Bi、Co、Ce、Hf、Zr、Rb、Ti、Nb、K_2O、SiO_2、Al_2O_3主要赋存于较粗的颗粒中,水体强流动性、较浅水体、酸性氧化环境有利于这些元素的富集.金属元素在不同水介质中的溶解性、水体流动性以及在不同类型矿物中的富集、自生矿物形成时不同元素的富集特征等均影响了金属元素质量分数比值.w(Sr)/w(Ca)、w(Mg)/w(Ca)在水体流动性强、水体较淡、温度较低等环境中不能作为盐度的指标,而在水体滞留时间较长的湖泊环境中则是很好的盐度指标.高w(Fe)/w(Mn)指示了水浅流急的环境,但不能有效地指示水体较浅的还原环境,低值则指示了湖泊较深特征.指示风化作用强弱的w(Rb)/w(Sr)和CIA值与形成不同碳酸盐矿物的盐度状况、湖泊不同环境等有关,CIA值可能对流域的风化作用有较好的指示意义,而w(Rb)/w(Sr)对于水体较淡的湖泊指示意义更大.w(Si)/w(Al)可以有效地指示水体的深浅和水动力的强弱.     

湘西碳沥青若干微量元素地球化学特征

 为分析碳沥青的微量元素地球化学特征, 采用Element XR 等离子体质谱分析仪及对选取的碳沥青样品进行测试。结果显示, 碳沥青的微量元素丰度与页岩、围岩差异明显, 其中V(1039.40 μg/g)、Ni(345.90 μg/g)、Sr(227.67 μg/g)和Mo(64.70μg/g)显著富集。对以上4 种元素的赋存和富集模式进行分析, 结果表明:元素V 和Ni 在碳沥青中富集的主要原因包括, 继承了原油微量元素特征、较强的螯合作用和油气演化3 个方面, 在本身绝对含量不减或微增的情况下, 其他元素和有机质总量的亏损在一定程度上突出了V 和Ni 的相对富集;Mo 与V、Ni 具有相似的赋存和富集机理, Sr 的富集可能与油气运移过程中对地层中Sr的溶解和储层热演化过程中的有机质络合作用有关, 但是也可能与Sr 尚不明确的地球化学行为有关。     

中国南方页岩气牛蹄塘组与龙马溪组成藏条件对比研究——以渝东南地区为例

下寒武统牛蹄塘组与下志留统龙马溪组页岩是我国南方下古生界发育的两套富有机质黑色页岩,由于其分布面积广、厚度大、有机质丰度高的特点而成为页岩气勘探的重点层位。涪陵礁石坝页岩气田的发现标志着龙马溪组页岩气已取得了重大突破,但是牛蹄塘组页岩气至今还未取得实质性的突破。通过对渝东南两套富有机质黑色页岩的沉积环境、厚度、埋深、有机质丰度、类型、成熟度、岩矿特征,孔渗物性等方面的对比分析,发现两套页岩的差别主要体现在三个方面——孔渗物性、伊/蒙混层黏土矿物(I/S)的相对含量和热成熟度,其中成熟度的高低起着决定性的作用。在漫长的地质历史过程中,过高的热演化程度已严重影响了牛蹄塘组的微观孔隙结构和成岩作用,出现孔隙体积和比表面积均明显小于龙马溪组页岩的情况,不利于页岩气的吸附富集,从而导致了牛蹄塘组页岩的富气程度不如龙马溪组的结果。     

绵阳-长宁拉张槽北段麦地坪组烃源岩特征——以绵竹清平剖面为例

以四川盆地绵阳-长宁拉张槽北段中央的绵竹县清平剖面为例,基于系统的薄片鉴定、有机地球化学分析、主元素、痕量元素及稀土元素的综合分析,研究绵阳-长宁拉张槽北段下寒武统麦地坪组烃源岩地质特征及元素地球化学特征。清平剖面麦地坪组主要岩性为碳质页岩含火山灰夹层、泥/微晶白云岩、碳/硅质页岩、白云岩屑粉砂岩与泥岩互层、白云岩屑磷块岩、白云岩/磷质岩屑粉砂岩夹泥岩。麦地坪组烃源岩则主要由其中碳/硅质页岩构成,主要特征是:(1)厚度达146.2m;(2)TOC质量分数为0.70%~42.68%,平均为12.95%;(3)干酪根类型指数在98~100,为Ⅰ型腐泥型干酪根;(4)沥青质反射率(Rob)为1.56%~2.83%(平均为2.31%),tmax为414~612℃(平均为577℃),表明烃源岩处在高成熟-过成熟阶段;(5)痕量元素V/(V+Ni)、U/Th、Ni/Co的比值及稀土元素δU、Ceanom、Ce/La比值,指示麦地坪组烃源岩形成于缺氧的强还原型水体环境。川西地区(绵阳-长宁拉张槽北段)麦地坪组为一套形成于缺氧环境下的有机质含量高、干酪根类型好、高成熟—过成熟阶段的优质烃源岩。     

川南地区五峰-龙马溪组页岩沉积环境及风化作用对页岩含气性指标的影响

通过对四川盆地南部兴文县僰王山镇上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组露头剖面的61个样品进行有机碳质量分数w(TOC)、硫质量分数w(S)和有机质碳同位素(δ~(13)C_(org-PDB))组成分析,并与长宁剖面和长芯一井的分析结果进行对比,研究了w(TOC)、w(S)、δ~(13)C_(org-PDB)等页岩含气性评价指标受风化作用的影响程度.分析结果显示兴文地区五峰-龙马溪组底部约25 m的层段w(TOC)较高,达2.28%~5.06%,平均4.01%,向上残余w(TOC)变低(0.83%~1.93%)并趋于稳定.δ~(13)C_(org-PDB)=-31.5‰~-28.8‰,平均-30.3‰.w(TOC)的分布范围及垂向上的变化特征与长宁剖面和长芯一井有良好的可对比性,表明五峰-龙马溪组页岩中高演化的残余有机质芳构化程度高、抗风化能力强,基本没有受到风化作用的影响.兴文地区五峰-马溪组页岩w(S)=0.02%~3.15%,剖面底部20m层段的w(S)远低于长宁剖面,表明底部高有机质层段页岩中的黄铁矿受风化作用的影响已基本流失(0.1%),w(S)普遍很低,用于反演有机质沉积环境已失去了有效性.兴文地区五峰-龙马溪组页岩w(TOC)与δ~(13)C_(org-PDB)总体上呈负相关关系,随着w(TOC)增大,δ~(13)C_(org-PDB)变小,显示有利于有机质保存的还原条件增强.通过长宁剖面、长芯一井和兴文剖面对比研究,结合五峰组-龙马溪页岩的岩石学和地球化学特征,认为控制龙马溪组烃源岩有机质富集的主要原因是海平面升高和深水还原环境导致有机质保存较好.川南沉积中心五峰组和龙马溪组底部高有机质海相泥岩,是页岩气富集的最有利层段.     

肃北县红山铁矿硅质岩地球化学特征及地质意义

通过主量、微量与稀土元素的研究,红山铁矿区内硅质岩具低Si、高Fe和低Al的特征.(w(Fe)+w(Mn))/w(Ti)、w(Fe)/w(Ti)、w(Al)/(w(Al)+w(Fe)+w(Mn))显示热水沉积硅质岩特征.硅质岩微量元素相对于地壳丰度大多亏损,其中Ba富集较为明显.w(U)/w(Th)与w(Sr)/w(Ba)表明具热水沉积特征.稀土元素总量低,轻稀土较重稀土富集,经北美页岩标准化,Eu负异常、Ce异常不明显.(w(La)/w(Ce))_(CN)=1.082~1.353,具大陆边缘深海的硅质岩特征.红山铁矿为热水沉积成因有关的铁矿床,有陆源物质介入,当时形成于大陆边缘深海环境.     

鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组微量元素地球化学特征及沉积环境指示意义

沉积岩中的各种微量元素在测定整个沉积岩的环境和演化过程中都有着很大的灵活性和敏感程度,是记录整个沉积岩演化过程的有效参数。鄂尔多斯盆地西缘羊虎沟组沉积厚度大,有机质含量高,是上石炭统油气所展现出来的新型层系,其中古水体环境和古气候对于恢复该区域历史时期羊虎沟组沉积的格局和成藏性研究有着十分重要的意义。对鄂尔多斯盆地西缘东部羊虎沟组不同层位的47件泥岩样品进行微量元素测试,选取对于泥岩沉积环境较为敏感的元素作为评价和判别的指标,如锶(Sr)、钡(Ba)、铀(U)、钍(Th)、钒(V)、镍(Ni)、钴(Co)等,并结合沉积学标志研究了盆地西缘羊虎沟组古盐度、氧化还原条件、古水深及古气候特征。结果表明:Li、Sr、Ni、Ga以及Sr/Ba数值表明该研究区处于淡水-微咸水环境,偶尔也会注入咸水;δU、U/Th、V/(V+Ni)、V/Cr和Ni/Co数值表明研究区处于弱氧化弱还原-氧化环境,部分深水区可能存在还原环境;综合沉积学标志及生物遗迹化石判断,羊虎沟组沉积期以浅水环境为主;Sr/Cu以及CaO/(MgO×Al_2O_3)值指示研究区在羊虎沟组时期处于北部及中部较炎热干燥、南部较温暖湿润的气候中。     

元素地球化学分析法在沉积环境判别中的应用——以冷湖地区上干柴沟组为例

综合运用对沉积环境反映敏感的镁(Mg)、钙(Ca)等主量元素,锶(Sr)、钡(Ba)、铜(Cu)、铷(Rb)、钒(V)、铬(Cr)、镍(Ni)、钴(Co)等微量元素,结合δ~(13)C_(VPDB)、δ~(18)O_(VPDB)数据及沉积学特征,对柴达木盆地北缘冷湖地区新近系上干柴沟组的古气候、古盐度、古水深、氧化还原环境等古环境参数进行了综合研究,结果表明:主、微量元素含量频繁波动,反映上干柴沟沉积期古环境的不稳定性,w(Sr)/w(Cu)、w(Sr)/w(Ba)、w(V)/(w(V)+w(Ni))、w(V)/w(Cr)、w(Ni)/w(Co)等值反映上干柴沟沉积期气候从干旱逐渐趋于温暖湿润、水体逐渐变深、沉积水体为分层不强的氧化-弱还原过渡的陆相淡水沉积环境。沉积学证据表明:研究区从反映还原环境的灰色含砾砂岩到反映氧化环境的棕红色砂岩、棕灰色粉砂岩及棕红色泥岩均有出现且呈互层发育,干旱湿润气候呈交替频繁变化,造成了湖平面升降频繁,湖盆表现为高频振荡性特征,水动力条件及水体深度变化较大,砂泥岩多呈互层状分布,为有利储盖组合的发育创造了条件。     

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。     

海相页岩优势储集相划分—以重庆周缘下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组页岩为例

页岩岩相划分在中国南方海相页岩气的勘探开发过程中曾得到广泛研究,但由于在岩相划分过程中未考虑控制页岩有机质孔隙发育的热演化程度这一关键参数,从目前针对演化程度过高的海相页岩气的开发成果来看并不理想,因此页岩岩相划分并不适用于演化程度过高的海相页岩。提出基于页岩有机碳含量、储层热演化程度及有机质孔隙有效赋存空间组合的优势储集相概念及划分。页岩优势储集相是指储层的热演化程度、有机碳含量与有机质孔隙的组合。此次研究以重庆周缘下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组页岩为研究对象,选取岩心样品进行有机碳含量测试、等效镜质体反射率测定及聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)等实验,明确龙马溪组和牛蹄塘组页岩的总有机碳(TOC)含量、镜质体反射率(Ro)及不同岩相页岩内有机质孔隙发育等特征。结果表明:龙马溪组页岩的富泥硅质页岩和硅质页岩均发育大量有机质孔隙,而同样岩相的牛蹄塘组页岩样品均不发育有机质孔隙。页岩中的有机质孔隙发育受控于储层的热演化程度,与页岩的岩相特征并无关系。优势储集相划分结果表明:研究区龙马溪组页岩属于适宜演化富有机质储集相(RC-1),由于热演化程度适宜,TOC含量高,储层内部发育大量有机质孔隙,使烃类气体得到有效赋存;而牛蹄塘组页岩属于过演化富有机质储集相,虽然TOC含量高,但热演化程度过高,导致储层内部有机质孔隙大量消失,烃类气体无法有效赋存。页岩优势储集相概念的提出与划分可进一步为南方高—过成熟度海相页岩气的高效勘探开发提供更准确的参数指标。