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。     

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。      

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。     

世界最古老页岩气层储层特征与勘探前景分析

在中国南方海相主要页岩层系中,除已经成为页岩气工业产层的奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩层系外,还包括寒武系牛蹄塘组及震旦系陡山沱组等海相页岩。目前,震旦系陡山沱组是中国乃至世界上发现的最古老页岩气层。本文在参考前人区域地质研究基础上,依托位于中扬子地区的鄂阳页1井钻井岩心资料,利用多尺度的储层性质表征方法,结合有机质丰度与演化特征开展综合研究,对陡山沱组古老页岩气层进行了储层及生烃潜力分析,并与美国及中国四川盆地已形成商业开发的页岩气产层进行了对比。研究认为,鄂阳页1井区震旦系陡山沱组页岩发育于相对稳定的沉积环境,泥页岩厚度大,有机质含量较高,大部分样品总有机碳(TOC)含量大于2%,且有机质显微形态以填隙状优质生气有机质为主;页岩脆性矿物含量高,微纳米孔隙及多尺度裂隙发育;与四川盆地龙马溪组页岩相比,陡山沱组页岩有机质热演化程度适中,计算拉曼成熟度介于2.0～3.0,有机质处于热解生气阶段。分析认为鄂西陡山沱组具备形成页岩气藏的基本地质条件,具有良好的资源与勘探前景。研究成果对于未来页岩气新领域、新层系的评价及勘探开发,提供了较全面的基础资料。     

松辽盆地长岭断陷沙河子组页岩有机显微组分孔隙演化规律研究

有机质孔隙是页岩储集空间的重要组成部分,具有强烈的非均质性,阻碍对页岩储层质量的正确认识和评价,其本质是受有机显微组分类型及其在生烃过程中孔隙演化的影响。本文采用场发射扫描电镜和荧光显微镜定位观察手段实现特定显微组分孔隙发育特征的表征,结合Image J图像处理技术,对不同演化阶段的显微组分进行定量化统计,总结不同有机显微组分的孔隙演化规律。研究结果表明:固体沥青孔隙度随着成熟度的升高呈现先增加后减小的趋势,在固体沥青反射率SBR_O介于1.6%～2.0%时,固体沥青孔隙最为发育,而以SBR_O=2.0%为界,固体沥青孔隙度开始减小。镜质体和惰质体的孔隙发育规律相似,随着成熟度增加,总体表现出先减小而后微弱增加的趋势。在生油窗阶段,镜质体和惰质体孔隙度最小,无机矿物和固体沥青的充填使胞腔孔隙损失达90%以上,而进入高成熟阶段,固体沥青孔隙的发育使原始胞腔孔隙得到一定程度的恢复,成为镜质体和惰质体残余孔隙的主要贡献者,贡献率达56.73%和100%,可见固体沥青孔隙对页岩储层储集空间的重要性。综合沉积成岩作用和生烃作用,页岩储层在未成熟阶段和高成熟阶段晚期孔隙最为发育,前者有机质以原始胞腔孔隙为主,后者以固体量孔隙为主。明确有机显微组分孔隙演化规律为页岩有利储层预测和页岩气生产开发储层改造提供参考。     

川东南地区志留系龙马溪组页岩气有利区评价优选

通过对川东南地区志留系龙马溪组页岩有机质丰度、热成熟度、有机质类型、脆性矿物含量、页岩层厚度、埋藏深度、构造形态等七大地质因素的综合分析,认定该区分布广泛的页岩有机质含量较高,有机质类型较好,热演化程度高,生烃潜力大,具备形成页岩气藏的气源条件。页岩厚度较大,埋深较浅,脆性矿物含量较大,页岩气的保存条件良好,有利于页岩气的压裂与开采。     

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。     

渝东南牛蹄塘组与龙马溪组高演化海相页岩全孔径孔隙结构特征对比研究

中国南方主要富有机质海相页岩寒武系牛蹄塘组和志留系龙马溪组是当前页岩气勘探的重要目标地层,但演化程度普遍偏高,孔隙结构复杂。为加深对这种复杂性的认识,通过场发射扫描电镜、高压压汞实验与低温低压吸附实验(CO_2与N_2),对页岩全孔径孔隙结构特征进行对比研究。研究发现,牛蹄塘组孔体积与龙马溪组页岩的孔体积分别介于0.0202~0.0402 m L/g与0.0255~0.0310 m L/g之间,介孔在两套页岩孔体积中所占比例最大。两套页岩比表面积分别介于13.74~41.26 m~2/g与21.42~27.82 m~2/g之间,微孔与介孔几乎提供了两套页岩全部的比表面。孔隙结构的差异主要表现为牛蹄塘组页岩内溶蚀孔和粒间孔较为发育,有机质孔隙发育不均匀;而龙马溪组页岩内粒内孔、粒间孔和有机质孔隙均较为发育;牛蹄塘组在微孔范围内的孔体积与比表面积占有优势,而介孔与宏孔范围内的孔体积与比表面积均小于龙马溪组。根据实验数据结果与文献的调研,两套页岩孔隙结构差异的主要原因主要是成熟度与埋深的不同影响而形成的。     

渝东南地区下古生界富有机质页岩有机岩石学特征

渝东南下古生界主要发育牛蹄塘组和五峰-龙马溪组两套富有机质页岩:五峰-龙马溪组岩心样品显微组分总含量TMC值为0.6%~1.2%,牛蹄塘组岩样TMC值为0.7%~2.2%。页岩富氢显微组分主要为腐泥组和壳质组,其中矿物沥青基质、藻类体和壳屑体是下古生界页岩主要生烃组分,对油气生成贡献最大渝东南下古生界富有机质页岩热演化程度处于过成熟—极高过成熟阶段,等效镜质体反射率(VR_O)为2.25%~5.18%。本文应用全岩有机岩石学分析技术,系统研究了2套页岩的显微组分组成、分布特征、主要组分对生烃的贡献以及有机质热演化程度,希望为该区页岩气的勘探与开发提供进一步的证据支持。     

泥页岩有机质孔隙差异特征及影响因素分析 ——以我国典型海相、陆相、过渡相储层为例

泥页岩中有机质孔隙是有机质向烃类转化的产物,也是烃类重要的纳米级赋存空间。以我国不同沉积相泥页岩（鄂尔多斯盆地延长组、四川盆地东南缘龙马溪组和牛蹄塘组、南华北盆地山西组）为研究对象,通过有机地球化学和微区分析等手段对有机质孔隙发育特征及影响因素进行了精细表征和深入探讨。结果表明:TOC与孔隙参数的相关性随热成熟度的增加展现出规律性变化,表明热演化是有机质孔隙发育的主要驱动因素。除热成熟度外,四组样品中有机质孔隙的发育特征受多种因素影响:延长组有机质孔隙处于形成阶段,多数有机质不发育孔隙,孔隙的形成主要受有机质类型和显微组分的影响。龙马溪组有机质孔隙普遍发育,为孔隙发育的高峰阶段,有机—无机相互作用制约着孔隙的结构和形貌特征。牛蹄塘组因排烃作用较为完全而处于孔隙收缩阶段,已有较多有机质孔隙被压实而消失,孔隙形态主要受控于微裂隙和有机质—黏土复合体的发育情况。山西组因过高的热演化程度引起有机质结构塌陷,且保存条件极差,处于孔隙的转化和消失阶段;有机质孔隙的发育情况与有机质类型和内部结构直接相关,并受保存条件的严重影响。相关结论有助于深刻理解页岩油气资源赋存富集机理,促进页岩油气资源的勘探开发。     

四川盆地五峰-龙马溪组页岩成熟度研究

上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组海相页岩是四川盆地下古生界主要的烃源岩和页岩气勘探目标,有机质成熟度不仅是油气生成评价的关键,也是页岩品质评价的重要指标之一.下古生界页岩有机质成熟度一直以来是有机岩石学研究的难点与热点问题.由于下古生界缺乏镜质体,先前的研究多是采用沥青反射率转换为等效镜质体反射率的方法,并且由于沥青的局限性和不确定性,使得五峰-龙马溪组页岩的成熟度缺乏统一的认识和系统研究.通过采集四川盆地及其周缘的岩心和露头样品,系统分析了页岩有机显微组分光学反射率特征.结果表明笔石和固体沥青是最主要的两类有机显微组分.根据固体沥青的显微结构形态和光性特征,将固体沥青大体上分为两类:（1）颗粒状-棱角状的充填在孔隙和微裂缝中高反射率焦沥青;（2）以细小不规则表面的有机质颗粒大量分散于粘土矿物基质中的低反射率基质固体沥青.焦沥青与笔石随机反射率均可以表征下古生界页岩有机质成熟度.但焦沥青反射率略低于笔石反射率,并且随着成熟度的增高,笔石反射率的增速大于焦沥青,各向异性也显著增强.相对于固体沥青反射率,笔石随机反射率分布更为集中,更适合作为含笔石页岩有机质成熟度指标.但是笔石反射率与等效镜质体反射率在过成熟阶段的换算关系需要进一步研究.      

川南地区龙马溪组有机质特征及其对页岩气富集规律的影响研究

四川盆地南部（简称“川南”） 广泛发育多套下古生界海相泥页岩层系,其中龙马溪组为该区一套优良的烃源岩 层,具备优越的页岩气形成条件。根据长宁和威远页岩气探区的钻井岩心、露头样品分析资料,对川南地区下志留统龙马 溪组页岩有机质特征及其对页岩气富集规律的影响进行研究后表明,川南龙马溪组页岩的有机质类型为Ⅰ～Ⅱ1型,有机 碳含量较高（平均为2.52%）,热演化程度为2.0%～3.8%,达到了高-过成熟阶段;研究区的有机质特征对页岩气的富集具 有重要的影响,干酪根的类型决定着甲烷吸附能力强弱,有机质丰度和有机演化程度决定了页岩的生气量和含气量,同时 高TOC和Ro也能促进有机质微孔隙的发育,为页岩气的富集提供更多有利空间。因此,研究认为川南地区龙马溪组有机质 特征较好,有利于页岩气的富集成藏。     

渝东南下志留统龙马溪组页岩有机质孔隙发育特征:基于聚焦离子束氦离子显微镜(FIB-HIM)技术

页岩中的有机质孔隙对烃类气体的赋存至关重要。为了明确渝东南下志留统龙马溪组页岩的有机质孔隙发育特征,使用聚焦离子束氦离子显微镜(FIB-HIM)技术进行观察。FIB-HIM具有极高的分辨率,分辨精度可达到亚纳米级,能够有效识别直径为0~20 nm的孔隙。结果表明:龙马溪组页岩的焦沥青内部发育大量的有机质孔隙,孔隙直径大,连通性好,大量较小直径的孔隙嵌套在直径较大的有机质孔隙中,增加了页岩有机质孔隙系统的比表面积和孔隙连通性,有利于烃类气体在页岩有机质孔隙内的赋存及有效渗流。龙马溪组页岩的固体干酪根内部有机质孔隙的发育特征与焦沥青相比存在较大差别,固体干酪根内部发育的有机质孔隙数量少,孔隙直径小,连通性差,孔隙多呈孤立状存在于固体干酪根内部。     

Characteristics of black shale in the Upper Ordovician Wufeng and lower Silurian Longmaxi formations in the Sichuan Basin and its periphery,China

Geochemical and mineralogical analyses, in addition to isothermal adsorption experiments on field samples, are used to characterise the sedimentary environments, reservoirs and adsorbed gas of the Upper Ordovician Wufeng–lower Silurian Longmaxi formations in the Sichuan Basin and its peripheral areas. The sedimentary environment of the Wufeng and the lower part of Longmaxi formations is a deep-water shelf with five different lithologies identified: siliceous shale, black shale, siltstone, biolithite limestone and bentonite. The black shale in the Wufeng and the lower part of Longmaxi formations is 50 m thick, with an average organic carbon content (TOC) of 3.81 wt% and a maturity (Ro) of 1.62%. Quartz comprises 54.94 vol% of the shale and positively correlates with the TOC. Micropores in the black shale include intergranular pores, intragranular pores, organic matter pores and microfractures. Among these pores, spaces between clay sheets and organic molecules represent a favourable storage space for the accumulation and preservation of oil and gas. The Langmuir volume parameter ranges between 1.52 and 3.01 cm³/g, with an average value of 2.33 cm³/g. The presence of organic matter pores and pores between clay sheets in the black shale is the main and controlling factor for accumulated gas.     

重庆焦页143-5井五峰组-龙马溪组黑色页岩有机质富集机理

上扬子地区五峰组-龙马溪组黑色岩系是我国南方重要的海相烃源岩,也是目前我国页岩气勘探开发的重要层位之一,前人对其有机质富集因素的综合分析和富集因素之间的关系研究较少.以渝东南武隆地区焦页143-5井为例,对五峰组-龙马溪组下段黑色岩系进行了地层学及古海洋环境的研究,探讨了古气候、火山活动、古海洋生产力和氧化还原特征及其在有机质富集中的作用.研究表明,TOC与强烈火山活动、缺氧古海洋环境、高古生产力和温暖古气候具有良好的正相关关系.这是由于强烈火山作用和陆源化学风化,大大提高了海洋中的营养盐含量,促使生物繁盛、生产力增高,并形成了缺氧硫化、富硅的海洋环境,从而为有机质富集提供了优良的条件.      

四川盆地下古生界硅质页岩层系中硅质来源及其对有机质保存的影响初探

四川盆地下古生界两套硅质页岩层系(寒武系底部页岩和奥陶系—志留系五峰组—龙马溪组页岩)是其重要的页岩气产层,五峰组—龙马溪组硅质含量与TOC及含气量呈正相关性,暗示硅质矿物对该地区页岩气的生成具有重要意义。但硅质来源复杂,且存在后期硅质流体的注入。因此,本文在总结前人的研究成果基础上,对四川盆地寒武系底部硅质岩系和五峰组—龙马溪组硅质岩系的硅质特征进行了详细的岩石学分析,揭示了3种硅质来源特征:(1)同沉积无机硅质流体;(2)生物硅;(3)后期无机硅质流体。其中寒武系底部以同沉积无机硅质流体和生物硅来源为主,同沉积硅质流体导致有机质快速石化埋藏,有机质内部结构及形态保存较好;五峰组—龙马溪组硅质来源以后期无机硅质流体和生物硅来源为主,有机质在保存过程中受硅质流体的影响很小,有机质腐泥化作用充分,内部结构和形态多数保存较差。该研究初步揭示了两套页岩层系的硅质发育岩石学特征,及其对有机质保存的影响,期望能为四川盆地两套页岩气储层差异性提供新的思路和基础地质数据。     

Reservoir Characteristics and Preservation Conditions of Longmaxi Shale in the Upper Yangtze Block, South China

The Upper Ordovician-Lower Silurian Longmaxi Shale in the Upper Yangtze block represents one of the most important shale gas plays in China. The shale composition, porosity, organic thermal maturity, and methane sorption were investigated at the Qilongcun section in the Dingshan area, southeastern Sichuan Basin. The results show that the Upper Ordovician-Lower Silurian Longmaxi Shale contains: (1) sapropelic I organic matter; (2) a 40-m thick bedded sequence where total organic carbon (TOC) content is > 2%; (3) a 30-m thick layer at the base of the Longmaxi Shale with a brittle mineral content higher than 50%; and (4) a mean methane adsorption capacity of 1.80 cm3/g (7 MPa pressure). A positive correlation between TOC and sorbed gas indicates that organic matter content exerts an important control on methane storage capacity. Based on the analysis of the shale reservoir characteristics, the lower member of the Longmaxi Shale can thus be considered a favorable stratum for shale gas exploration and exploitation. It has similar reservoir characteristics with the Longmaxi Shale in the Jiaoshiba area tested with a high-yield industrial gas flow. However, based on tectonic analysis, differences in the level of industrial gas flow between the low-yield study area and the high-yield Jiaoshiba area may result from different tectonic preservation conditions. Evidence from these studies indicates the shale gas potential of the Longmaxi Shale is constrained by the reservoir and preservation conditions.     

四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩有机岩石学特征研究

目前五峰—龙马溪组黑色页岩中显微组分缺乏统一的分类方案,命名也较为混乱,给页岩气勘探与评价造成了困难。为此,采用全岩光片和有机地球化学(TOC、δ¹³C_org)分析等方法,对四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩中显微组分进行有效识别与特征总结,探讨其可能成因,并判断其有机质类型。研究结果表明:五峰—龙马溪组页岩中显微组分主要由海相镜质组、腐泥组、动物有机碎屑组和次生组组成。其中,海相镜质组由无结构镜质体组成,呈浑圆状或长条状,具有强的光反射能力,但分布并不广泛;腐泥组主要由无结构腐泥体组成,为藻类遭受热降解过程而形成的无结构且无固定形态的显微组分,在富有机质页岩中广泛分布;动物有机碎屑组主要包括笔石表皮体、几丁虫和放射虫有机碎屑体;次生组由次生沥青体组成,广泛分布在页岩基质孔隙中,呈无固定形状。五峰—龙马溪组页岩中主要发育腐泥组和次生组,其次为动物有机碎屑组和海相镜质组,其有机质类型以Ⅰ-Ⅱ₁型干酪根为主,且腐泥组和次生组含量越高,有机质类型越好,其生烃潜力越大。