美国Marcellus页岩与中国南方龙马溪组页岩地质特征对比及启示

中国南方地区下志留统龙马溪组富有机质页岩与美国阿巴拉契亚盆地中泥盆统Marcellus页岩,在形成构造背景、沉积环境方面具有一定的相似性,均形成于前陆盆地构造背景下的陆棚-斜坡浅海,沉积环境具有半封闭性。同时,二者也存在一定差异性,Marcellus页岩形成于前陆盆地早期快速沉降阶段斜坡带,其后期经历的构造变形相对较弱;中国南方龙马溪组页岩形成于前陆盆地持续沉降背景下,但其后期经历的构造改造作用多期复杂,其中四川盆地处于距离造山带较远的隆后凹陷构造位置,其除经历了频繁的升降运动外,挤压、拉张改造相对其周缘地区较弱。二者在具体地质特征方面也具有一定差异,主要表现在龙马溪组页岩埋藏较深、有效厚度大、热演化程度相对较高以及有机质含量相对较低。二者形成沉积构造背景以及地质特征的对比研究,对中国南方志留系龙马溪组页岩气进一步的勘探评价以及研究工作具有重要的指导意义。     

藏南地区晚白垩世岩相古地理初步研究

通过对藏南地区上白垩统沉积特征及沉积相进行综合分析,初步地恢复了该地区晚白垩世岩相古地理.该地区自南向北沉积水体逐步变深,沉积相带展布依次为滨海相、浅海陆棚相(外陆棚和内陆棚亚相)、大陆斜坡相及深海盆地相,局部地区浅海陆棚相之上发育碳酸盐岩礁滩相和孤立台地相等.盆地性质总体上仍然为被动大陆边缘海盆,但已具备周缘前陆盆地...     

湖南晚奥陶世凯迪晚期-赫南特期沉积相及岩相古地理

湖南晚奥陶世凯迪晚期-赫南特期沉积的地层在湘西北区为五峰组、观音桥组;湘中区为五峰组;湘南区为天马山组和苏水冲组。根据其岩性特征、沉积构造及古生物特征,将湖南地区晚奥陶世凯迪晚期-赫南特期沉积相划分为局限浅海相、潮坪相、深水盆地相、陆棚边缘-斜坡相等类型。凯迪期晚期,由于华夏陆块向扬子陆块不断挤压碰撞,黔中隆起、川中隆起等边缘古隆起面积不断增大,此时海平面相对上升,湘西北区变为被各古隆起围限的沉积了黑色碳、硅质页岩及泥灰岩的局限浅海环境,湘中地区主要为黑色碳、硅质页岩、粉砂质页岩的深水盆地环境,而湘南地区由于两陆块挤压隆升而沉积了陆棚边缘-斜坡相的砂板韵律;赫南特期随着全球冰川事件的发生,整个南方地区发生大规模海退,湘西北永顺-张家界-慈利一线以北抬升成湘鄂隆起,该线以南的湘西北区水体继续变浅,主要沉积了厚度仅十几厘米的观音桥组泥灰岩,湘中湘南地区沉积格局基本未变。     

湖南晚奥陶世凯迪晚期—赫南特期沉积相及岩相古地理

湖南晚奥陶世凯迪晚期—赫南特期沉积的地层在湘西北区为五峰组、观音桥组;湘中区为五峰组;湘南区为天马山组和苏水冲组。根据其岩性特征、沉积构造及古生物特征,将湖南地区晚奥陶世凯迪晚期—赫南特期沉积相划分为局限浅海相、潮坪相、深水盆地相、陆棚边缘—斜坡相等类型。凯迪期晚期,由于华夏陆块向扬子陆块不断挤压碰撞,黔中隆起、川中隆起等边缘古隆起面积不断增大,此时海平面相对上升,湘西北区变为被各古隆起围限的沉积了黑色碳、硅质页岩及泥灰岩的局限浅海环境,湘中地区主要为黑色碳、硅质页岩、粉砂质页岩的深水盆地环境,而湘南地区由于两陆块挤压隆升而沉积了陆棚边缘—斜坡相的砂板韵律;赫南特期随着全球冰川事件的发生,整个南方地区发生大规模海退,湘西北永顺—张家界—慈利一线以北抬升成湘鄂隆起,该线以南的湘西北区水体继续变浅,主要沉积了厚度仅十几厘米的观音桥组泥灰岩,湘中湘南地区沉积格局基本未变。     

湘西地区古生代地层特征及沉积体系研究

通过湘西地区的地层发育特点及构造演化过程的研究,揭示其沉积体系演化特征。湘西地区古生代沉积了寒武系—二叠系。其中,寒武系纽芬兰统发育浅海陆棚碎屑岩相,寒武系第二统下部发育浅海陆棚碎屑岩—碳酸盐岩混合相,寒武系第二统中部—奥陶系发育海相碳酸盐岩台地相,志留系发育前陆盆地碎屑岩—生物礁相,泥盆系发育滨岸砂岩相,二叠系发育海相碳酸盐—潮坪相。依据岩性、岩相组合将湘西地区古生界划分为:深水滞留盆地、浅海陆棚、开阔碳酸盐岩台地—斜坡、浊积扇、三角洲、生物礁、潟湖—潮坪、滨岸等多种沉积体系类型。每种沉积体系类型形成受控于盆地的构造运动。     

渝东北下寒武统水井沱组陆棚相黑色页岩沉积演化特征

渝东北地区位于四川中生代前陆盆地和扬子陆块南部被动边缘褶冲带的结合部位,形成东西向密集、大体平行、不对称的背、向斜构造。研究区下寒武统水井沱组发育在克拉通内坳陷形成的滞留盆地沉积环境中,是页岩气富集层位,埋藏深,岩相组合变化大。本文利用地层剖面组合、岩性、标准层、地层厚度和地球化学指标等将水井沱组页岩地层划分为两个三级层序（SQ1、 SQ2）,每个层序又进一步划分为两个体系域,即海侵体系域TST和高位体系域HST。通过野外剖面沉积相分析和沉积相平面展布特征的研究,结合连井剖面、黑色页岩分布规律等分析该区陆棚相黑色页岩沉积演化特征。研究结果表明：该套页岩主要由浅海深水陆棚相、浅水陆棚相和砂质陆棚相组成,为3种陆棚亚相沉积。     

湘中—湘南烟溪组沉积特征及页岩气勘探潜力

湖南地区,尤其是湘中—湘南区域奥陶系烟溪组是我国新发现的页岩气勘探层位,该地层具有岩性变化大、有机碳含量高、成熟度高的特点。通过野外露头资料、钻井资料分析表明烟溪组岩性以硅质岩和碳质页岩为主,砂质页岩和砂岩次之。根据岩性、沉积构造以及纵向上岩石组合特征分析,认为烟溪组沉积相类型多样,包括深水盆地相、浅水盆地相、浅水陆棚相和浊积扇相等。研究表明:深水盆地相分布在湘南,浅水盆地和浅水陆棚相分布在湘中中部,而浊积扇相分布在湘中西北部、北部和东部等区域,沉积相的分布规律决定了烟溪组页岩气的勘探方向。横向上,湘南深水盆地硅质岩和碳质页岩TOC含量较低,而湘中浅水盆地相碳质页岩TOC含量高、厚度大,是烟溪组最有利的勘探区域;纵向上,烟溪组第三岩性段碳质页岩有机质丰度最高,脆性矿物含量高,是页岩气勘探的“甜点”层位。     

湘中—湘南地区寒武纪岩相古地理*

湘中—湘南地区位于扬子陆块与华夏陆块之间的过渡区域。根据研究区寒武系沉积特征,识别出4种沉积相类型:碳酸盐陆棚亚相、深水盆地相、碎屑陆棚亚相及混积陆棚亚相。纽芬兰世—第二世早期(梅树村期—沧浪铺期),深水盆地分布范围广,占据了湘中及湘南大部分地区,湘东南发育碎屑陆棚沉积。第二世中晚期(龙王庙期),相对海平面下降,深水盆地范围略有减小,研究区西北部碳酸盐沉积逐渐占主导,碎屑陆棚面积变化不大。第三世(毛庄期—崮山期),海平面持续下降,碳酸盐陆棚及碎屑陆棚由两侧向中间推进,深水盆地面积急剧减小;湘西北一带发育混积陆棚亚相,沉积物以碳酸盐沉积为主混有陆源碎屑。芙蓉世(长山期—凤山期),碳酸盐陆棚范围迅速增大,深水盆地面积继续锐减,碎屑陆棚与碳酸盐陆棚毗邻发育,湘南区发育混积陆棚亚相。总之,寒武纪扬子陆块与华夏陆块间沉积相带连续完整,存在碳酸盐岩与碎屑岩混积的过渡沉积物,推测两者处于同一浅海海域,为由北西、南东向中部变深的沉积格局。     

湘中—湘南地区寒武纪岩相古地理

湘中—湘南地区位于扬子陆块与华夏陆块之间的过渡区域。根据研究区寒武系沉积特征,识别出4种沉积相类型:碳酸盐陆棚亚相、深水盆地相、碎屑陆棚亚相及混积陆棚亚相。纽芬兰世—第二世早期(梅树村期—沧浪铺期),深水盆地分布范围广,占据了湘中及湘南大部分地区,湘东南发育碎屑陆棚沉积。第二世中晚期(龙王庙期),相对海平面下降,深水盆地范围略有减小,研究区西北部碳酸盐沉积逐渐占主导,碎屑陆棚面积变化不大。第三世(毛庄期—崮山期),海平面持续下降,碳酸盐陆棚及碎屑陆棚由两侧向中间推进,深水盆地面积急剧减小;湘西北一带发育混积陆棚亚相,沉积物以碳酸盐沉积为主混有陆源碎屑。芙蓉世(长山期—凤山期),碳酸盐陆棚范围迅速增大,深水盆地面积继续锐减,碎屑陆棚与碳酸盐陆棚毗邻发育,湘南区发育混积陆棚亚相。总之,寒武纪扬子陆块与华夏陆块间沉积相带连续完整,存在碳酸盐岩与碎屑岩混积的过渡沉积物,推测两者处于同一浅海海域,为由北西、南东向中部变深的沉积格局。     

贵州石炭系黑色页岩层系沉积特征及分布规律研究

随着我国页岩气勘探的推进,在局部地区已经取得突破并建成一定规模的产能,但天然气资源保障形势依然严峻,亟需加强拓展页岩气新层系沉积环境和富集规律,以进一步扩大页岩气的勘探范围和规模。贵州石炭系黑色页岩作为新发现的页岩气目标层,具有较好的页岩气勘探前景。由于受水城—紫云裂陷槽的控制,贵州石炭系沉积相变复杂,开展该页岩地层的沉积相和沉积模式研究,总结页岩沉积富集特征,有利于推进其页岩气勘探进程。本文通过研究揭示贵州石炭系页岩地层可划分为裂陷槽两侧边缘斜坡相,槽内过渡浅海—半深海相,裂陷槽内槽盆相,水城地区隆起浅海相,威宁地区潮坪—潟湖相沉积,总结具有裂谷边缘—槽盆滞留沉积模式。浅海相、浅海—半深海相、槽盆相、湖盆相是黑色页岩沉积富集的有利区,而具体地层厚度、黑色页岩发育、总有机碳含量（TOC）、干酪根类型受沉积环境和物源区的影响控制明显。     

四川盆地东部龙马溪组页岩气成藏地质条件对比分析

为了揭示四川盆地东部页岩气成藏地质规律,指导页岩气勘探部署,选取四川盆地东部焦石坝地区、彭水地区及湖南保靖地区进行页岩气成藏地质条件对比分析。结果表明: 在龙马溪沉积时期,四川盆地东部形成了前陆盆地,沉积了富含有机质的碳质页岩,为页岩气生成提供了物质条件; 前陆盆地沉积中心位于重庆一带,其碳质页岩厚度从中心向周围减薄,碳质页岩中有机质丰度由中心向周边减小,有机质成熟度由中心向周边降低,地层压力由中心向周边减小,生烃时间从西向东逐渐缩短; 渝东焦石坝地区页岩气储集空间以孔隙为主,湖南保靖地区储集空间以裂缝为主; 从西向东,储层中孔隙空间缩小,裂缝发育程度加大; 构造运动对页岩气产生破坏作用,由东向西逐渐减弱。综合分析认为,四川盆地东部从渝东焦石坝地区向湖南保靖地区,页岩气成藏条件逐渐变差,勘探难度增加。     

川南及邻区下志留统龙马溪组下段沉积相与页岩气地质条件的关系*

在川南及邻区下志留统龙马溪组下段沉积相详细研究的基础上,结合偏光显微镜、X衍射及元素地球化学分析等,提出沉积相对页岩气地质条件的影响特征。研究发现:川南及邻区龙马溪组下段主要发育潮坪相和浅海陆棚相。局限滞留的缺氧还原环境、快速海侵形成的分层水体、适宜的沉积速率及较高的生物产率,造成了龙马溪组下段有机质富集,并以硅质型页岩为主,利于页岩气的富集与开发。隆起边缘的潮坪相沉积,为页岩气的非有利区;沉积中心的深水陆棚沉积区,主要发育碳质硅质页岩、碳质页岩与含粉砂含钙碳质页岩,为页岩气的有利区;砂泥质浅水陆棚含有较高的有机质,应为页岩气发育的次级有利区;灰泥质浅水陆棚主要发育“钙质页岩+含碳泥质灰岩”,有机质含量相对较低,为页岩气的较不利发育区。     

川南—黔北地区下志留统龙马溪组沉积相展布及演化

川南-黔北地区下志留统龙马溪组发育了一套富含有机质的页岩,属于浅海陆棚沉积环境,基于野外实测剖面和岩心观察,结合有机碳含量（TOC）以及测井资料等,对龙马溪组进行了详细的沉积相研究。根据岩性标志,沉积构造特征,古生物特征,地球化学特征,识别出龙马溪组浅海陆棚相,包括浅水陆棚亚相和深水陆棚亚相。并进一步划分出风暴层,砂泥质浅水陆棚,泥质浅水陆棚,灰泥质浅水陆棚,灰质浅水陆棚,浊积砂,砂泥质深水陆棚,泥质深水陆棚,灰泥质深水陆棚等微相。龙马溪组自下而上划分出SSQ1和SSQ2两个沉积旋回,整体显示出水体变浅的趋势,并控制富有机质黑色页岩储层的分布。SSQ1的TST中泥质深水陆棚微相是最有利页岩储层发育的有利相带。     

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.     

中上扬子地区下志留统沉积演化与页岩气勘探方向*

通过录井、测井、地震、野外剖面与岩心资料的深入剖析, 探讨中上扬子地区下志留统页岩段的沉积相与总有机碳的关系, 预测页岩气有利勘探区。中上扬子地区下志留统龙马溪组为一套20～268 m厚的黑色页岩夹灰绿色泥质粉砂岩沉积, 在等时框架内自下而上可识别出2个三级层序即SQ1与SQ2, 它们分布稳定、可对比性好。下部层序(SQ1) 的海侵体系域(TST)发育一套有利于页岩气形成的富有机质页岩, 此时期呈现出“北面向次深海敞开、东西南三面受古陆围限、陆棚广布”的沉积格局, 深水陆棚相广泛发育, 面积为255000 km², 平均厚度35 m。受海平面下降的影响, 从下部层序至上部层序水体变浅, 岩相从深水陆棚相黑色页岩向中-浅水陆棚相沙纹层理粉砂质页岩转变。岩相的发育受海平面升降、古陆、海底地形、物源供给等因素的影响, 岩相类型有碳质或硅质或钙质页岩、纹层状页岩、生物扰动粉砂质页岩、沙纹层理的粉砂质页岩、块状砂岩或介壳灰岩薄夹层5类。研究表明, 沉积相对富有机质页岩的形成具有内在的控制作用, 高TOC含量页岩发育于深水陆棚相、中陆棚相和潟湖相中。目前, 已有多口井在龙马溪组页岩获得工业气流, 揭示了该区良好的页岩气勘探前景;综合分析认为涪陵-赤水-仁怀、威远-长宁、鄂西-渝东为中上扬子地区下志留统页岩气勘探的主要方向和有利目标区。     

上扬子西南缘下志留统细粒沉积岩有机质富集机理研究——以盐津牛寨剖面为例

利用化学元素行为特征的差异性,以总有机碳（TOC）、主量元素和微量元素的含量或比值判别四川盆地西南缘盐津牛寨剖面下志留统龙马溪组细粒沉积岩形成时的初级生产力、氧化还原条件、陆源供应的输入和盆地水体滞留程度等环境特征,并对比川南沉降中心（长宁剖面）和南川非沉降中心（南川剖面）龙马溪组的古环境参数,综合探讨了早志留世上扬子海滞留海盆细粒沉积岩有机质富集的差异性。结果表明,盐津牛寨地区下志留统细粒沉积岩以黑色—灰黑色碳质页岩、页岩和泥岩为主,富有机质主要集中在龙马溪组下段,TOC平均含量为2.73%;Ba_bio显示盆地西南缘龙马溪组早期具有较高的生产力;Ni/Co、V/（V+Ni）,U/Th和V/Cr揭示龙马溪组从底部缺氧环境逐步过渡到顶部的氧化环境;TiO₂、Al₂O₃、Zr表明龙马溪组下段陆源碎屑供应量明显增加;Mo/TOC值和U-Mo协变模式图均说明四川盆地西南缘在早志留世水体呈中等滞留环境。与长宁剖面和南川剖面对比分析,发现盆地西南缘TOC与氧化还原条件呈现显著的正向相关关系;与盆地水体的滞留程度呈现微弱的正向相关关系;与陆源碎屑物质的注入和初级生产力无明显相关性,表明缺氧还原的沉积环境是影响该地区龙马溪组黑色页岩有机质富集的主要因素。     

“Source-Diagenesis-Accumulation” enrichment and accumulation regularity of marine shale gas in southern China

After the breakthrough of shale gas exploration and development in the Ordovician Wufeng Formation (Fm.) and Silurian Longmaxi Fm. of Chongqing Jiaoshiba area, Changning-Weiyuan area, etc. in Sichuan basin, a series of discovery and breakthrough were obtained by China Geological Survey in the Cambrian Niutitang Fm. and Sinian Doushantuo Fm. shale of the areas with complicated structure outside Sichuan basin. Based on the understanding of the law of shale gas enrichment in Longmaxi Fm. in the basin, this paper puts forward three elements of the formation and enrichment of shale gas, which are the “Source”, the “Diagenesis” and the “Accumulation”, after deeply studying the law shale gas enrichment and accumulation in Sinian-Cambrian reservoir of the complex structure area outside the basin. The “Source” means the sedimentary environment and petrological characteristics of organic shale. The “Diagenesis” means the basin tectonic subsidence and hydrocarbon generation and expulsion process of organic matter. The “Accumulation” means the tectonic uplift and shale gas preservation. It is proposed that the Sinian-Cambrian and Ordovician-Silurian black shale series in the middle and upper Yangtze region of southern China were both formed in the deep-water shelf environment of rift trough and foreland basin respectively. The dessert intervals were formed in the strong reduction environment under transgressive system tract. The shale lithology belongs to calcium-siliceous and charcoal-siliceous respectively. Based on the summary of structural evolution in Yangtze area, the correlation of structural burial depth with shale diagenesis and the coupling evolution of organic matter with pore structure are discussed. Combining with structural styles, the preservation conditions of shale gas are discussed. Five types of shale gas reservoir control models are further described. Two types of future exploration directions, which are reverse fault syncline and paleo-uplift margin in complex structural area outside the basin, are proposed.     

大巴山地区早古生代黑色岩系岩相古地理及页岩气地质意义*

大巴山地区早古生代发育下寒武统水井沱组(巴山组—鲁家坪组)和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组2套黑色岩系。沉积学研究表明,2套黑色岩系均发育于扬子北缘被动大陆边缘盆地之上,早期快速海侵,沉积环境以深水陆棚为主,晚期随着海平面下降逐渐变为浅水陆棚沉积,局部发育滩礁沉积。早寒武世和晚奥陶世—早志留世,研究区均处于被动大陆边缘盆地,基底不平整,陆架边缘呈现多个小岛阻隔的古地理格局,但两者的形成机制却完全不同:早寒武世的构造格局沿袭了陡山沱期的地堑和地垒分布格局,地垒处表现为局部隆起或水下潜隆;晚奥陶世—早志留世的构造格局则与扬子板块向华北板块俯冲有关,是在扬子北缘被动大陆边缘基础上发育起来的前陆隆起。这种受限的滞留海域有利于形成厚度大、有机碳含量高(2%~6%)、脆性矿物含量高(40%~65%)的富有机质页岩,虽然其是页岩气勘探的有利目标层系,但仍需加强构造保存条件的研究。     

再论岩相古地理可作为页岩气地质调查之指南

在页岩气的区域地质调查阶段,主要通过有机质含量（TOC）与类型、有机质热演化程度、含气页岩厚度、矿物组分类型与含量以及储集层特征等基本地质条件参数,对页岩气有利区进行评价,而以上页岩气基本地质因素均受沉积相的控制。以详细的沉积相研究为基础,通过岩相古地理编图,可以明确富有机质页岩的展布特征,所以岩相古地理控制了页岩气的发育特征。通过利用主要基本地质条件参数,对川南及邻区志留系龙马溪组黑色岩系页岩气有利区进行初步评价,认为川南及邻区志留系龙马溪组,只要已进入中成岩阶段的浅海陆棚相黑色岩系,就能形成页岩气储层。在前人研究的基础上,进一步实例论证并提出沉积相或岩相古地理研究应为页岩气地质调查和选区评价的关键和基础。