应用ICP-MS研究川西南龙马溪组泥页岩稀土元素特征及沉积环境

为深入研究盐源盆地龙马溪组黑色岩系的沉积环境、构造背景及物源属性,指导区域页岩气勘探及相关研究,本文利用电感耦合等离子体质谱技术研究了盐源盆地南缘龙马溪组黑色页岩的稀土元素地球化学特征和沉积环境。结果表明:该区稀土总量偏低,轻稀土富集重稀土亏损,轻重稀土分异较大;δCe_N均值为0.87,显示弱的负异常,δEu_N值为0.66~1.43,变化范围较大,说明源岩成分复杂;La_S/Yb_S均值为1.31,说明研究区构造背景主要为被动大陆边缘,源岩为古老沉积岩、花岗岩及中基性岩的混合物,推测康滇古陆为其提供了主要物源。δCe_S为负异常,δEu_S为正异常,La/Ce1等特征均指示沉积期水体为还原环境,推测为深水陆棚沉积,且受到一定程度热水沉积影响。深海热液带来丰富的营养元素有利于有机质形成,还原水体环境有利于有机质保存,使得研究区龙马溪组泥岩页富含有机质,且富有机质页岩段厚度较大,由此初步认为龙马溪组泥页岩为优质烃源岩储层。     

渝东南龙马溪组页岩储集空间特征研究

开展对解四川盆地东南缘龙马溪组页岩的储集空间特征及其影响因素的研究,有利于页岩气的勘探和开发。在区域地史演化、区域构造、沉积环境调研和分析的基础上,结合岩心、铸体薄片、扫描电镜、X衍射及分析化验资料,对研究区古生界下志留统龙马溪组页岩的矿物成分,储集空间发育特征及类型进行综合分析。研究表明,川东南龙马溪组页岩矿物成分主要包括粘土矿物类、石英、长石等碎屑矿物类、碳酸盐岩类。龙马溪组页岩储集空间类型丰富,包括:粒间孔、粒内孔、有机质孔、溶蚀孔和微裂缝等。     

下扬子地区高家边组底部黑色页岩与北美Marcellus页岩地质特征对比

从地层形成的构造古地理环境、地层的厚度及空间展布以及烃源岩的岩性特征等方面,对美国东部阿巴拉契亚盆地中泥盆统Marcellus页岩和下扬子地区的下志留统高家边组黑色页岩作对比研究。结果发现,两套地层形成于相似的古地理环境,都沉积于前陆盆地早期缺氧的闭塞水体中,都是有利于细粒的有机质保存形成黑色页岩的环境。两套地层的分布和埋深都受到同沉积构造及其后期改造作用的相互影响,同时也对其中页岩的空间分布和勘探前景起重要的控制作用。两套页岩都是较好的烃源岩,含有较高的总有机碳(TOC)和脆性矿物,且都达到了高成熟阶段,生气和产气潜力大。相对于Marcellus页岩,高家边组黑色页岩TOC含量较低,埋深更大,而且受到多次构造作用的改造,使得其勘探风险相对较大。     

龙马溪组页岩不同显微形态有机质成因及其勘探潜力探讨

有机质是页岩中最重要的组分,有机孔更是页岩气重要的储集空间,以扫描电镜为主流的微观分析检测技术成为页岩研究的重要手段,目前对有机质的综合研究正逐步成为页岩气勘探开发研究的重要内容。本次研究选取四川盆地及其外围龙马溪组富有机质页岩,采用氩离子抛光非镀膜样品,利用低电压近距离工作状态,对样品进行了高分辨率场发射扫描电镜检测,观察、总结了有机质显微形态,并依据其内部结构及组成特征对其生烃及储集能力进行了探讨。检测结果揭示:龙马溪组富有机质页岩中有机质主要有三种显微形态,分别是结构型沉积有机质、分异型交生有机质和填隙型运移有机质。结构型沉积有机质形成于沉积及早期成岩演化阶段,保留了部分生物结构特征或沉积定向构造;分异型交生有机质与黏土矿物交互生长并经历演化分异作用,形成了类似于岩浆岩中的“花岗结构”;而填隙型运移有机质形成于晚成岩有机质高演化阶段,为液态烃充填于自生矿物晶间,其周边矿物具有自形特征。龙马溪组页岩以填隙型运移有机质和分异型交生有机质为主,二者都发育丰富的有机质孔隙(孔径10~300nm),是龙马溪组页岩优质的生气母质,并具有优质的储集性能。研究结果为我国海相龙马溪组页岩气生成理论及勘探开发评价提供了较深层次的微观信息。     

场发射扫描电镜及PerGeos系统在安页1井龙马溪组页岩有机质孔隙研究中的联合应用

安页1井是中国地质调查局在我国南方盆地外围武陵山复杂构造区实施并取得页岩气突破的一口地质调查参数井。本文以安页1井龙马溪组富有机质页岩为研究对象,利用场发射扫描电镜,研究了上扬子地区盆地外围龙马溪组富有机质页岩储集空间类型,并将Per Geos数字岩石处理系统引入有机质孔隙定量分析,定量刻画了有机质微纳米孔隙结构及发育特征。研究认为:有机质孔隙是安页1井龙马溪组富有机质页岩最主要的储集空间,形态上表现为填隙于自生硅质中的有机质发育着均匀海绵状孔隙结构,或与黏土矿物交互生长的有机质发育着气泡状孔隙结构,这两类不同赋存形态的有机质的孔隙均极为发育。通过Per Geos数字岩石系统处理,揭示了两类有机质孔隙孔径发育呈现双众数分布,其中海绵状结构的有机质孔隙孔径众数为5~10 nm,气泡状结构的有机质孔隙孔径众数为51~100 nm,有机质孔隙主要介于中孔~宏孔范畴。安页1井龙马溪组有机质孔隙的大量发育,指示了盆地外围的龙马溪组页岩经历了较强烈的生烃过程并具有较好的储集能力,具备良好的开发潜力。     

页岩纹层结构分类与储集性能差异 ——以四川盆地龙马溪组页岩为例

纹层结构研究对页岩系统储层有效性评价具有重要意义。以四川盆地海相志留系龙马溪组页岩为例,综合利用成像测井、光学显微镜、场发射扫描电镜、孔隙度测定、氮气吸附及含气量测试等方法,明确了龙马溪组不同尺度纹层结构特征,评价了不同纹层结构储集性能的差异。龙马溪组发育水平等厚纹层结构—中粗纹层组合、水平—小型波状纹层结构—中粗纹层组合、水平不等厚纹层结构—薄纹层组合及块状无纹层组合;纹层成分主要为包括石英、碳酸盐、有机质与黏土矿物的三类组合,碳酸盐纹层的有机质孔隙和无机质孔隙相对发育;纹层状页岩与块状泥岩在孔隙类型、孔隙体积、有机质丰度及含气量等方面具有明显差异。总体来看,中粗纹层组合页岩储层性质优于薄纹层组合页岩优于块状泥岩,是龙马溪组优先勘探的目标。下一步研究应重点加强纹层结构形成的水动力学背景、对有机质富集及储层可改造性等方面的影响。相关认识可为深化四川盆地龙马溪组有利储层优选与评价提供重要的参考和技术支持。     

中上扬子地区晚奥陶世－早志留世岩相古地理演化与黑色页岩的关系

晚奥陶世-早志留世时的中上扬子地区,是一个周边被前陆隆起围限的浅海陆棚,沉积环境受武陵-雪峰及黔中前陆隆起带的控制.前隆间的隆后盆地为滞留、还原环境的海域,为黑色页岩沉积提供了空间.上奥陶统凯迪阶五峰组黑色页岩厚度薄而稳定,含笔石生物层和丰富的放射虫,沉积环境为浅海深水盆地;下志留统鲁丹阶龙马溪组下部的黑色页岩为五峰组的继承性沉积,其上部及埃隆阶的龙马溪组为向上变浅的沉积序列,由潮下带潮汐沙坝-潮坪环境黑色含粉砂质页岩、灰色粉砂岩薄互层所构成.沉积序列的变化和时空演化受边缘古隆起的制约.晚奥陶世前陆隆起范围小(平缓),至早志留世鲁丹期,前陆隆起不断扩大并导致盆内构造分隔,发育了大致与前隆平行的坳陷,造成龙马溪组黑色页岩厚度变化大;至埃隆期晚期,海平面相对下降,水体变浅.除个别地区外,中上扬子地区基本结束了黑色页岩沉积.     

页岩沉积环境对其油气潜力的影响:以中国和北美对比研究为例

页岩油气是当前全球油气勘探和研究的热点,但其潜力评价一直是难点。该文以中国和北美的四套典型页岩为例,包括北美湖相Green River组、内陆海相Niobrara组、中国环境来评价相龙马溪组和济阳坳陷湖相页岩,发现页岩沉积环境与其油气潜力具有密切关系,因此可通过分析发现这四套页岩的沉积环境都具有页岩沉积环境评价其页岩油气潜力。通过微量元素、生物标志化合物、扫描电镜、X-CT和X射线衍射等方法,发现这四套页岩都具有一定的还原性和较高的生产力,且具有差异性。内陆海相Niobrara组页岩具有弱还原的沉积环境,在四套页岩中有机碳含量较低,呈块状沉积构造,裂缝与微裂缝较少,储集空间相对有限。焦石坝海相龙马溪组页岩为还原的沉积环境,岩石以富含有机质的硅质岩为主,可观察到大量的大孔隙与少量的微裂缝。Green River页岩和济阳坳陷页岩形成于陆相咸化的强还原沉积环境,有机碳含量高,页岩以纹层状结构为主,岩石组成脆性矿物含量高,含有大量的裂缝。可见,具有强还原沉积环境的页岩通常具有较好的勘探前景。     

黔中隆起北缘五峰-龙马溪组页岩元素地球化学特征及其地质意义

为探讨黔中隆起北缘五峰—龙马溪组富有机质页岩的沉积环境和物源区背景,对区内两口井的样品进行了有机碳含量、微量元素和稀土元素地球化学测试和分析.结果表明,研究区五峰—龙马溪组页岩在沉积时以贫氧—厌氧环境为主,富氧环境也偶尔存在,且龙马溪组沉积水体还原程度比五峰组高.La_N/Yb_N值的变化反映沉积速率为:龙马溪组下部 < 五峰组 < 观音桥段,表明五峰—龙马溪组页岩沉积时存在沉积速率先变快后变缓的过程.Mo/TOC值显示五峰组页岩沉积时盆地滞留程度较强,进入志留纪相对减弱,盆地滞留程度对有机质富集的正向影响可能不大,海平面升降造成的氧化还原条件以及生产力条件的变化或许控制了有机质的富集.微量和稀土元素组合及比值特征,反映研究区五峰—龙马溪组沉积时的原始物质来自上地壳,五峰组沉积时存在混合物源,而龙马溪组沉积时物源相对单一,总体上源岩以长英质（花岗岩）为主.源区构造背景以主动大陆边缘为主,受到一定热液活动的影响,同时也表现出一定的大陆岛弧构造背景的特征.      

华南加里东运动演化过程中烃源岩的成生

震旦纪至早古生界华南地区是洋盆形成、消亡，最终向前陆盆地转换的连续过程。盆地演化划分为四个阶段：弧后盆地早期碎屑岩充填阶段；弧后盆地晚期热沉降阶段；前陆盆地碳酸盐缓坡阶段；前陆盆地晚期碎屑岩充填阶段。在盆地演化中，形成了四套主要烃源岩系：晚震旦世陡山沱期、早寒武世梅树村期—筇竹寺期、晚奥陶世五峰期和早志留世龙马溴期。其烃源岩有一个共同的特点，为黑灰的碳质页岩。但这几套烃源的成生背景是在盆地不同演化阶段、不同的沉积环境中形成的。被动大陆边缘阶段(震旦系—中奥陶世)以陆棚至斜坡的转折带为最佳。前陆盆地阶段由于前陆隆起的阻挡作用，在其后的隆后盆地为最佳的生烃区，在构造改造成阶段也为受破坏最弱区。因而陆棚至斜坡的转折带和前陆隆起的隆后盆地是寻找油气的有利靶区。     

四川盆地龙马溪组页岩有机质的纳米孔隙

在南方下古生界海相页岩有机显微组分及其赋存状态研究的基础上,以场发射扫描电镜二维图像所展示的有机质纳米孔隙形貌特征为主要依据,将四川盆地龙马溪组页岩有机质纳米孔隙的成因类型划分为沥青球粒孔、气孔、铸模孔。分别论述了这3种纳米孔隙的成因、形貌、大小、演化、连通性、相互关系及其在页岩储层中的作用。研究表明,龙马溪组页岩的显微组分主要是沥青质体,气孔和沥青球粒孔均发育于沥青质体内部,形成于有机质降解和热演化过程,是页岩气生成、吸附和聚集的有力佐证与优先空间。龙马溪组底部富有机质页岩中,各种有机质纳米孔隙发育程度高,直接体现了强的生气和聚气作用。      

川南龙马溪组页岩孔隙发育的主控因素

针对川南龙马溪组页岩的孔隙发育状况,采用地球化学资料、低温液氮吸附、氦气孔隙度、X射线衍射、场发射扫描电镜等观测手段,分析沉积环境、热演化程度、成岩作用及构造条件对孔隙发育的控制作用。研究结果表明:深水陆棚相硅质页岩、黏土质硅质页岩、硅质黏土质页岩、钙质黏土质页岩为TOC大于1%,孔隙度大于4%的富有机质页岩;富有机质页岩与贫有机质页岩各类孔容随成熟度变化的趋势线,二者在微孔孔容为0.002 cm~3/g,中孔孔容为0.003 5 cm3/g,大孔孔容为0.001 cm~3/g时,呈现出一个明显孔容分界线,该界线对应的Ro为1.7%～2.7%,即为页岩孔隙发育的适宜演化区间;富有机质页岩脆性矿物含量高,溶蚀作用发育,受压实作用影响相对较小,对于孔隙的形成及保存具有重要的影响。富有机质页岩顶底板裂缝不发育,封存性良好,形成地层超压,压力系数大于1.2,埋深2 220m～4 000m,孔隙度为3.61%～5.18%,有利于孔隙保存。综合分析川南龙马溪组页岩中孔隙发育的主控因素首先是:优质岩相这是孔隙形成的物质基础,其次是适宜演化这是孔隙发育的重要保障,第三是构造条件这是孔隙保存的决定因素。     

扬子陆块下古生界页岩发育特征与沉积模式

为了深入探讨扬子陆块下古生界页岩发育与分布特征、建立沉积模式,系统收集与整理了扬子陆块下寒武统牛蹄塘组与上奥陶统-下志留统五峰-龙马溪组两套富有机质页岩大量数据,选取贵州省三都县渣拉沟及四川省筠连县昭104井两个典型剖面与井岩芯进行了系统观察与采样,对扬子陆块范围内两套富有机质页岩岩性与沉积相发育特征进行了系统分析.研究表明,早古生代以来,扬子陆块受被动大陆边缘扩张与陆缘造山挠曲坳陷两类成盆环境影响[1-2],牛蹄塘组页岩沉积于被动大陆边缘扩张环境,缘于上升洋流与缺氧事件复合沉积模式,富有机质页岩以扬子陆块东南缘深水陆棚-斜坡相区最为发育、厚度最大、有机碳含量最高;五峰-龙马溪组页岩沉积于加里东期周缘前陆造山环境,缘于浅水陆棚-闭塞滞留海湾沉积模式,富有机质页岩以中上扬子陆块东南缘深水陆棚区最为发育、厚度最大、有机碳含量最高.     

四川盆地东南缘渝南黔北毗邻地区龙马溪组页岩气有利勘探区预测

利用区域地质调查、野外剖面实测、样品采集及实验测试分析,总结了四川盆地东南缘渝南黔北毗邻地区构造特征及其演化过程,重点分析了龙马溪组页岩的岩石学特征和有机地球化学特征。开展与四川盆地东部盆缘已获高产工业气流的JY1井龙马溪组页岩的对比研究,结果表明研究区龙马溪组页岩与JY1井龙马溪组页岩在岩石特征方面具有极大相似性。由此,选取有效黑色页岩厚度、脆性矿物石英含量、埋藏深度、有机质成熟度(Ro)4个指标,同时参照JY1井龙马溪组页岩与之相对应参数确定指标阈值,结合构造特征、地貌复杂性,圈定龙马溪组页岩气有利勘探区,优选出有利勘探区位于研究区的西北部隔挡式构造带内龙骨溪背斜中段、南段北西翼靠近核部区域。     

晚三叠世龙门山前陆盆地须家河组泥页岩沉积环境及有机质富集模式

晚三叠世龙门山前陆盆地形成早期的沉积环境长期存在争议。本文通过对须家河组中泥页岩的元素地球化学分析,并结合古生物、矿物组成和沉积特征对须家河组的沉积环境进行分析,探讨有机质富集模式。研究表明,龙门山前陆盆地须家河组沉积时期属于温暖潮湿的热带—亚热带气候。其中,须一段为海相沉积,泥页岩主要形成于还原环境,可见少量黄铁矿,有机质富集受氧化还原条件控制。须二段—须五段的地球化学特征、古生物特征和泥页岩有机质特征上具有相似性,与须一段的海相沉积有明显差别,在与里海进行分析对比后认为,从须二段开始,须家河组逐渐转为陆相沉积。研究表明,须二段—须五段为半咸水—淡水沉积,泥页岩中黄铁矿消失,菱铁矿出现,结合V/Cr、U/Th和dU等地化指标反映,泥页岩应沉积于弱氧化的水体。须二段—须五段泥页岩TOC含量与古生产力和沉积速率相关性好,有机质富集受古生产力和沉积速率共同控制。前陆盆地持续沉降的构造背景下形成的泥页岩具有较快的沉积速率,使得有机质在弱氧化条件下也能得到较好的保存,在沉积速率大于10 cm/kyr,古生产力充足的条件下,有机质富集和保存不再受氧化还原条件控制。     

鄂西陡山沱组和四川盆地龙马溪组高成熟页岩中NSO极性大分子化合物对比研究

采用超高分辨率的傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)技术,结合常规的色谱质谱分析,对鄂西地区震旦系陡山沱组和四川盆地志留系龙马溪组页岩抽提物中NSO极性大分子化合物进行了对比分析。对有机杂原子类型和分布的研究发现,2个层位中均缺少含氮化合物,且因为成熟度过高,DBE(等效双键数)值普遍较低,陡山沱组页岩中极性大分子化合物是以O_3S类化合物为主,而龙马溪组则以O_2类化合物为主;陡山沱组沉积环境相对闭塞,有一定的蒸发量,而龙马溪组沉积环境相对开阔,这是导致震旦系O_3S类杂原子化合物含量远大于龙马溪组的原因;由于出露地表,可能遭受生物降解,龙马溪组中杂原子化合物含量远高于陡山沱组。     

四川盆地志留系龙马溪组页岩与美国Fort Worth盆地石炭系Barnett组页岩地质特征对比

从沉积学、地球化学、生烃演化、构造演化等方面,对美国Fort Worth盆地石炭系Barnett页岩和四川盆地下志留统龙马溪组页岩进行了对比性研究,发现四川盆地志留系,特别是川南志留系页岩气具有较好的勘探前景.2套烃源岩共性与个性共存,具有相似的沉积背景、厚度、有机质类型(Ⅰ～Ⅱ)和生烃演化史.但是,Barnett页岩TOC值较高(30%-13%)、相对富集脆性矿物、页岩的微孔隙发育;龙马溪组页岩埋藏较深(一般2000-4000m)、相对富集粘土矿物,且具有较高的成熟度(普遍Ro>2%)、较大的隆升幅度和较快的隆升速率(3000m/80Ma).     

四川盆地志留系龙马溪组页岩与美国Fort Worth盆地石炭系Barnett组页岩地质特征对比

从沉积学、地球化学、生烃演化、构造演化等方面,对美国Fort Worth盆地石炭系Barnett页岩和四川盆地下志留统龙马溪组页岩进行了对比性研究,发现四川盆地志留系,特别是川南志留系页岩气具有较好的勘探前景。2套烃源岩共性与个性共存,具有相似的沉积背景、厚度、有机质类型(Ⅰ~Ⅱ1)和生烃演化史。但是,Barnett页岩TOC值较高(3%~13%)、相对富集脆性矿物、页岩的微孔隙发育;龙马溪组页岩埋藏较深(一般2000~4000m)、相对富集粘土矿物,且具有较高的成熟度(普遍Ro>2%)、较大的隆升幅度和较快的隆升速率(3000m/80Ma)。     

全球页岩油形成分布潜力及中国陆相页岩油理论技术进展

全球非常规页岩层系油气资源丰富,富有机质页岩主要沉积在劳亚构造域和特提斯构造域的上侏罗统、渐新统—中新统、白垩系和上泥盆统4套页岩层系内。交汇分析北美典型页岩油区块产量与R_o数据关系,提出R_o为0.7%作为低熟页岩油和中高熟页岩油的界限,系统评价了全球116个盆地157套页岩层系中高熟页岩油、低熟页岩油技术可采资源量约2 512亿t,主要分布在北美洲、南美洲、北非和俄罗斯,以前陆盆地中新界、克拉通盆地古生界、裂谷盆地和被动大陆边缘盆地的中生界为主。海相页岩油受显生宙以来的海侵影响,富集在稳定克拉通和前陆等类型盆地中,具大面积稳定分布、成熟度适中等特征;陆相页岩油受暖室期气候影响,主要在坳陷、断陷等类型盆地中发育,以微纳米级无机孔隙和微页理裂缝为主要储渗空间通道,具有沉积相横向变化大、“甜点区段”局部富集等特征。中国石油工业正经历从“陆相页岩生油”向“陆相页岩产油”转变,初步形成源岩油气“进源找油”地质理论、陆相页岩油高效勘探及低成本开发技术体系,推动中国陆相页岩油取得重要突破。着力加强应用基础理论研究与关键技术攻关,构建地质-工程一体化模式,...     

火山灰沉积与页岩有机质富集关系探讨——以五峰组—龙马溪组含气页岩为例

现代火山活动喷发形成的火山灰沉降到海水中能够提高海洋表层生产力、促进浮游生物繁盛,有利于有机质形成与富集沉积。而地质历史时期火山灰（斑脱岩）沉积与有机质富集关系研究相对较少,且存在着争议。以我国华南地区奥陶纪-志留纪转折期五峰组-龙马溪组页岩为例,开展含火山灰页岩层段与正常沉积的页岩层段的TOC含量、古生产力、氧化还原条件等对比分析,以探讨两者之间关系。研究结果初步表明:火山灰对高生产力背景的海洋区域影响相对较弱,对其有机质富集的促进作用不明显,而沉积水体氧化还原条件（富氧-贫氧-缺氧变化）与有机质含量关系密切,是这一时期有机质富集的主控因素。由于火山活动对沉积环境影响是十分复杂的过程,未来需要利用地质、地球化学等多种测试手段,开展更高分辨率（如厘米级、毫米级尺度）综合对比研究,精细解剖火山活动对有机质形成及富集作用的影响。火山活动相关的沉积事件是非常规油气沉积学重要研究内容之一,厘定它与页岩有机质富集关系,对我国页岩油气等非常规油气勘探开发具有重要意义。