黔北地区牛蹄塘组页岩有机质富集及有机质孔隙发育机制研究

基于上扬子黔北地区下寒武统牛蹄塘组典型钻孔剖面,通过对代表性样品TOC含量、矿物组成、主量元素、微量元素、孔隙特征等测试分析,对黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质特征、沉积环境以及孔隙发育机制开展了系统研究,为黔北地区牛蹄塘组页岩气的勘探提供参考。黔北地区牛蹄塘组中、下段发育富有机质页岩,TOC含量平均值为2.53%,TOC含量大于2.0%的富有机质页岩累积厚度约80 m。对氧化-还原环境敏感参数U/Th、Mo/Al和U/Al的研究表明,富有机质页岩形成于强还原性的沉积环境。牛蹄塘组中段富含黏土矿物的中等TOC含量页岩段较底部贫黏土矿物的高TOC含量页岩段孔体积和孔比表面积更高,有机质孔发育更好,可能与剖面下段排烃效率较高有关。富含黏土矿物的中等TOC含量页岩黏土矿物粒间孔较为发育,为生烃期原油或者运移沥青提供了一定的储集空间,并在更高热演化条件下二次裂解成气产生有机质孔。牛蹄塘组中段中等TOC含量页岩段较底部的高TOC含量页岩段为更有利的页岩气富集层段。     

黔中隆起及周缘下寒武统牛蹄塘组页岩气勘探前景

文章基于黔中隆起及周缘地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的野外露头,并与周边钻井资料类比,通过野外地质观测、样品显微薄片等多项实验测试,以地层沉积、岩石学、有机地球化学和泥页岩含气性等为重点,对其下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的成藏条件与勘探前景进行了分析。结果表明黔中隆起及其周缘地区下寒武统牛蹄塘组主要发育以盆地相—深水陆棚沉积环境控制的富有机质泥页岩,富有机质泥页岩厚度大(80~160 m),有机质丰度高(平均TOC含量3.63%),有机质类型好(Ⅰ-Ⅱ1型),热演化程度高成熟―过成熟(Ro1.55%),石英等脆性矿物含量丰富(平均46%),泥页岩中发育微米至纳米级微孔隙和微裂缝,且有较好的保存条件,有利于页岩气的形成与富集,具有较好的勘探前景。     

黔北绥页1井牛蹄塘组页岩气地质特征及资源潜力分析

黔北地区位于上扬子地台区,断裂构造发育。该地区下寒武统牛蹄塘组海相沉积发育,以陆棚沉积为主,尤以深水陆棚沉积对页岩气形成有利。目标层位牛蹄塘组绥页1井资料分析的结果表明: 牛蹄塘组有利潜质页岩主要位于该组下部,有机质丰度高、成熟度高、微裂隙发育、含气性好,页岩气的保存条件好,牛蹄塘组上段成为保存页岩气的良好盖层。牛蹄塘组页岩气地质特征分析表明,牛蹄塘组页岩气资源潜力较大。     

黔北黄平地区黄地1井下寒武统发现海相页岩气

正1研究目的(Objective)中国南方下寒武统牛蹄塘组广泛发育暗色页岩,有机质含量丰富,沉积厚度大,但普遍存在有机质成熟度过高导致页岩气赋存不利等因素。贵州黄平地区牛蹄塘组为一套深水陆棚相沉积,以炭质页岩为主,具有页岩厚度大、有机质含量高、成熟度适中且构造保存较好等有利条件,目前尚未获得页岩气调查突破。在前期研究的基础上,为摸清牛蹄塘组在该区地层发育,力争获得页岩气发现,在武陵山褶皱带南部贵州黄平地区上塘复背斜东翼南段部署实施了黄地1井,钻遇牛蹄塘组见良好油气     

渝东南YK1井下寒武统牛蹄塘组底部黑色页岩沉积环境及有机质富集机制

渝东南YK1井下寒武统牛蹄塘组底部发育富有机质黑色页岩,是我国南方海相页岩气勘探的重要目的层位之一,对YK1井样品分析测试表明其TOC平均含量约为3.75%。沉积环境控制了有机质的形成,而有机质是页岩气的重要赋存场所。为了研究该套黑色页岩形成的沉积环境及有机质富集机制,针对其中具有环境意义的矿物学和微量元素地球化学特征进行研究。Couch法古盐度范围为10.733‰~34.687‰,平均值为22.358‰,B/Ga比值为2.190~10.000,平均值为5.500,表明该区域水体大致属于咸水-半咸水范畴,渝东南YK1井下寒武统牛蹄塘组沉积于浅海陆棚环境。稀土元素中Ce负异常,V/Cr比值范围为1.300~13.776,平均值为4.648以及镜下观察到的草莓状黄铁矿都表明样品形成于还原环境。微量元素、稀土元素等分析表明研究区牛蹄塘组不同层位曾受到上升洋流带来的深部热液的影响。有机质富集机制方面,当环境条件达到有利于有机质保存所需的还原条件后,还原程度的强弱不再是决定有机质富集程度的主要因素;上升洋流对有机质的富集起到了促进作用;古盐度的变化对有机质的富集影响不大。     

塔西北地区早寒武世玉尔吐斯组热液作用及沉积模式

埃迪卡拉纪-寒武纪之交全球沉积了一套黑色泥页岩和硅质岩组合,塔里木盆地早寒武世玉尔吐斯组即包含这样一套组合,并被认为是塔里木古生界主力烃源岩之一,然而目前对这套岩石组合的成因及沉积过程的研究还相对薄弱。在野外研究的基础上,将玉尔吐斯组分为5段,分为两个海进-海退旋回,认为其总体沉积于缓坡背景之上。对第一段硅质岩进行主量元素及稀土元素分析,结果显示其含有较低的Al/(Al+Fe+Mn)和较高的Fe/Ti值(均值分别为0.29和108.24)。在Al-Fe-Mn和Fe/Ti-Al(Al+Fe+Mn)图解上,多数样品落入热液作用范围,表明硅质岩主要受热液作用控制。硅质岩REE配分模式显示其不具有Eu的正异常和LREE富集的特征,这显示了海水对热液的稀释作用。靠近热液盆内口的库勒和什艾日克剖面发育较厚的硅质岩和一系列滑移变形构造。早寒武世时期,南天山洋已经打开,硅质热液广泛发育于整个塔北的深水和浅水区,这些迹象表明该区早寒武世仍然有很强的伸展构造活动。     

川东—武陵山地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质富集模式

有机质富集、保存对页岩气资源评价、勘探选区和开发具有重大的指导意义。以川东—武陵山地区下寒武统牛蹄塘组页岩为例,利用岩石地球化学、油气地球化学和沉积岩石学方法和技术对牛蹄塘组有机质丰度、有机质来源及古环境演化进行了分析,对川东—武陵山地区页岩有机质富集和保存条件进行了评价。结果表明:牛蹄塘组页岩有机质主要来自于蓝藻、红藻、褐藻等自生海洋藻类;相比于牛蹄塘组高位体系域,在牛蹄塘组海侵体系域页岩沉积期,温暖湿润的古气候和大规模海侵使得海平面快速上升,海侵导致深水陆棚、斜坡甚至部浅水陆棚处于贫氧—缺氧环境,该深水贫氧—缺氧还原环境（部分硫化还原环境）有利于有机质保存,在川东—武陵山地区上形成大面积富有机质页岩。      

湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气储集条件研究

为客观评价湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气资源勘探潜力,本研究利用X射线衍射仪（XRD）、高倍扫描电镜、扫描探针显微镜等系统研究了其页岩气储集条件。XRD分析结果表明, 泥页岩中脆性矿物含量为53.8%-98.1%, 平均77.9%,脆性矿物含量丰富,其高值区主要分布在张家界柑子坪、三岔及其周边地区。高倍扫描电镜分析结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩中发育残余原生孔隙、有机质微孔隙、不稳定矿物溶蚀孔、矿物层间微裂隙和构造裂缝,其中构造裂缝、有机质微孔隙和不稳定矿物溶蚀孔是页岩基质孔裂隙的主要组成部分。扫描探针显微镜分析结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩中蜂窝状的有机质丰富,主要呈分散状和条带状分布,其内部纳米级孔隙发育。Ultrapore-200A氦孔隙仪测试结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩孔隙度较低,为0.6%～11.7%,平均4.6%,其影响因素主要是构造裂缝,其次是泥页岩有机碳含量和长石含量。ULTRA-PERMTM200渗透率仪测试结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩的渗透率度较低,为 0.002mD~0.06mD,平均0.014mD,其影响因素主要是构造裂缝,其次是矿物层间微裂隙。等温吸附实验结果表明,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩具有较好的吸附气性能,其影响因素主要是有机碳含量,其次是粘土矿物含量。     

黔北地区牛蹄塘组页岩气成藏条件及有利区评价

为评估黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气资源潜力,根据井下岩心和露头岩样的地球化学实验分析结果,对黔北地区牛蹄塘组页岩气成藏条件进行了研究,并评价了该区页岩气成藏的有利区。研究表明:黔北地区牛蹄塘组页岩主要形成于深水陆棚相沉积,页岩埋深适中(<3 000 m),富有机质页岩厚度较大(30~110 m),有机碳含量高(平均TOC>3.0%),有机质类型主要为Ⅰ型,热演化程度高(R_o>2.0%,为过成熟),页岩储层物性为低孔渗,发育大量的微米-纳米级孔裂隙,富含石英等脆性矿物(平均含量>40%),页岩含气量较高(平均1.5 m3/t),具备良好的页岩气成藏条件。在上述基础上,提出东南部的石阡-余庆-施秉一带为黔北地区牛蹄塘组页岩气成藏有利区。      

渝东南地区黑色岩系储集层特征及含气性评价

基于野外地质成果和页岩气调查评价资料,笔者对渝东南下寒武统牛蹄塘组黑色岩系进行了研究,并对其中黑色页岩的储集层特征及含气性进行了初步评价。该区牛蹄塘组黑色岩系主要可分为黑色碳质页岩、薄层黑色含粉砂页岩、中薄层黑色含粉砂碳质页岩及黑色薄层硅质岩等4种岩性。研究认为,黑色岩系中泥页岩储集层具有含气量大、有机碳含量高、成熟度高等特点,并且纳米孔隙、微裂隙十分发育,有利于页岩气的勘探开发。研究区东南部为下寒武统牛蹄塘组页岩气开发有利区块。     

湘中震旦纪—寒武纪之交硅质岩地球化学特征及成因环境研究

震旦纪(埃迪卡拉纪)—寒武纪之交华南地块处在伸展扩张的构造背景下,在扬子板块东南缘发育了广泛的硅质岩沉积。湘中地区发育了自震旦系陡山沱组、留茶坡组及寒武系牛蹄塘组连续的深水相沉积,岩性以层状硅质岩为主,夹炭质、硅质页岩。通过对硅质岩的主量、稀土元素的地球化学特征分析表明,本区硅质岩Si O2含量极高(普遍92%),Al/(Al+Fe+Mn)比值普遍大于0.6,稀土元素澳大利亚后太古代平均页岩(PAAS)标准化配分曲线显示中—弱Ce负异常且有明显的重稀土富集特征。震旦纪陡山沱期硅质岩样品中Ce/Ce*值、LaN/YbN值、Y/Ho值分别为0.34~0.54、0.05~0.10、38.00~51.44;灯影期硅质岩样品中Ce/Ce*值、LaN/YbN值、Y/Ho值分别为0.70~0.85、0.06~0.37、35.91~46.79;寒武纪初期硅质岩样品中的稀土元素地球化学特征与灯影期相似,Ce/Ce*值、LaN/YbN值、Y/Ho值分别为0.58~0.78、0.26~0.40、34.75~45.58。湘中地区震旦纪—寒武纪之交的硅质岩地球化学特征显示本期硅质岩为正常的海水沉积成因,整体受热液和陆源影响较小,但从震旦纪陡山沱期至寒武纪初期陆源输入有增加趋势,硅质来源可能与硅质浮游生物有关,硅质岩沉积环境始终保持在深水盆地中,湘中地区沉积盆地符合被动大陆边缘伸展型盆地特征。     

鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩元素地球化学特征及沉积古环境恢复

目前关于牛蹄塘组页岩沉积古环境及其对有机质富集影响的认识尚显不足。为此,基于总有机碳（TOC）含量测定、XRD矿物组分分析、沉积地球化学分析等方法,以鄂西地区X井和Y井牛蹄塘组页岩为研究对象,揭示了页岩的沉积古环境,并探究了其对页岩有机质富集的影响。研究结果表明牛蹄塘组牛二段下部为富有机质层段,石英含量最高。牛一段页岩的Ca、P富集显著,牛二段以及牛三段页岩的Ca、Fe富集显著,其中牛二段页岩中的氧化还原敏感元素Mo、U富集程度最高。牛蹄塘组页岩无明显的Eu异常,轻稀土元素（LREE）比重稀土元素（HREE）更加富集。硅质页岩沉积于高的古生产力、较低的碎屑输入以及缺氧的底水环境;钙质页岩沉积于较高的古生产力、相对较低的碎屑输入以及贫氧—氧化的底水环境;而黏土质页岩和硅质—黏土质页岩沉积于较低的古生产力、较高的碎屑输入以及氧化的底水环境。此外,Ba_bio、Si_bio、U/Th、C_org/P_tot、Al、Ti/Al等古环境指标在垂向上的变化表明牛蹄塘组从沉积的早期到晚期,水深逐渐变浅,水动力条件变强,沉积底水的氧含量逐渐增加,表层水体的古生产力逐渐降低。缺氧的底水条件是控制牛蹄塘组富有机质页岩发育的关键因素。     

湖南省下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙结构特征

选取下寒武统牛蹄塘组作为湖南省页岩气勘探开发的目标层位,通过对典型页岩样品的有机碳含量、有机质成熟度、矿物形态、裂缝形态、孔隙结构特征等进行测试分析,结果表明:1从采集的65块黑色页岩样品的有机碳值分析,有机碳含量普遍较高,最高值达到17.7%。其中湘西北高值区主要在大庸、慈利、桃源和常德县等地,含量在6%~15%;湘南高值区主要分布在衡阳、郴州及江永;湘西、常德部分地区、龙山地区等热演化已达到成熟及过成熟阶段。2牛蹄塘组裂缝发育,孔隙类型有原生孔、外生孔、矿物质孔,矿物质含量高,矿物自形程度高。3牛蹄塘组储层微孔较多,且孔隙体积较大,具有较好的储气性。研究认为:湖南省下寒武统牛蹄塘组页岩储层微孔较多,且孔隙体积较大,具有较好的储气性;孔隙和喉道分布均匀,孔隙分布较均匀,有利于页岩气的排出;页岩吸附能力较强。据此得出牛蹄塘组是湖南省页岩气勘探开发的重点目标层位。     

古隆起边缘页岩气富集规律与选区——以雪峰西南缘下寒武统牛蹄塘组为例

为进一步明确古隆起边缘页岩气富集主控因素,有效指导相似地质条件地区的页岩气选区评价,以雪峰西南缘下寒武统牛蹄塘组为例,结合最新勘探资料和前期认识,通过沉积相、演化历史和保存条件等综合研究,探讨了该区页岩气富集规律。结果表明：（1）牛蹄塘组下段页岩沉积于深水陆棚相,在热液活动参与下,发育高丰度、I型、富热成因硅的优质页岩,脆性矿物含量高,具有页岩气富集的基础;（2）热演化程度虽处于过成熟阶段,但有机质尚未碳化,生烃演化与储层演化相匹配,具备页岩气富集的前提;（3）燕山期以来的构造改造作用是否破坏了早期的保存条件,是页岩气富集的关键。基于上述富集规律认识,建立了雪峰西南缘页岩气选区评价标准,并指出在岑巩—施秉—黄平—麻江—都匀—独山一带,下寒武统牛蹄塘组优质页岩厚度大（50~140m）、有机碳含量高（TOC≥2.0%）、热演化适度（R_O平均2.63%）、埋深适中（1500~4000m）、构造相对稳定,是雪峰古隆起边缘页岩气勘探有利区带。     

扬子地区下寒武统与下志留统黑色页岩孔隙度与有机碳关系差异性及原因

下寒武统牛蹄塘组与下志留统龙马溪组页岩是扬子地区发育的两套富有机质黑色页岩,由于其分布面积广、厚度大、有机质丰度高而成为页岩气勘探的重点层位.然而牛蹄塘组孔隙度表现出了与龙马溪组截然不同的规律,两套页岩的孔隙结构、有机碳含量、密度也存在显著差异.结合测井、埋深（上覆压力）、孔隙度、有机碳及成熟度测试数据进行了对比分析.结果显示,牛蹄塘组过高的有机碳含量和热演化程度严重影响了页岩的孔隙结构,使有机质碳化,有机质孔发生坍塌和充填;牛蹄塘组埋深大、上覆压力也大,导致无机孔被压实,因此其总孔隙度明显小于龙马溪组.      

贵州渣拉沟剖面下寒武统黑色硅质岩微量元素富集机制

华南早寒武世发育了一套富有机质黑色硅质岩,其成因尚有较大争议。选择贵州省三都县渣拉沟剖面早寒武世牛蹄塘组底部硅质岩段进行研究,发现该硅质岩具有微量元素富集的特征。其可能的原因包括,静海环境、上升流和热液活动。Ce/Ce*比值显示硅质岩沉积时水体为次氧化条件,不支持静海环境;而Ba、Zn、Cu、Ni、Cd、P与有机碳含量不存在相关关系,也不支持上升流为微量元素富集的主要原因。Al-Fe-Mn三角图、Al2O3/(Fe2O3+Al2O3)、REY配分模式等指标则表明存在热液活动。上述认识与现代上升流、静海环境的微量元素富集系数对比结果相吻合。与华南地区早寒武世初期不同沉积环境硅质岩对比,发现:深海环境并不富集Ba、Zn、Cu、Ni等氧化还原敏感元素,而沿着斜坡相带同沉积断层分布的热液活动,更有可能造成这些微量元素的富集。     

重庆黔江地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件

下寒武统牛蹄塘组是重庆黔江地区继下志留统龙马溪组之后,最有望取得页岩气勘探突破的重点层系之一,但其页岩气勘探方向仍不明确。通过钻井岩心和野外露头剖面观察,采用显微薄片、扫描电镜、全矿物-黏土矿物X衍射、有机地球化学参数等多项实验测试方法,系统分析了区内牛蹄塘组沉积环境、富有机质页岩的分布与埋深及其有机地球化学指标、储集性特征、保存条件与含气性特征等页岩气成藏条件。研究表明区内牛蹄塘组处于浅水陆棚-深水陆棚过渡沉积环境,富有机质页岩分布于地层下部,沉积厚度40~80m;有机碳质量分数介于2.0%~6.0%,热演化程度达过成熟阶段,有机质类型以Ⅰ型为主,生烃强度5×10~8~20×10~8 m~3/km~2,生烃潜力较大;脆性矿物含量较高,黏土矿物以伊利石和伊/蒙混层为主,页岩储层储集空间类型多样,具低孔-超低渗特征,具备了页岩气藏发育的良好地质条件。综合各种页岩气选区评价指标表明,黔江-濯水-酉阳以西、彭水以东、北抵郁山-黔江、南至洪渡-酉阳等区域的牛蹄塘组页岩气成藏条件优越,为区内页岩气勘探有利区带。     

上扬子黔北地区下寒武统海相黑色泥页岩特征及页岩气远景区评价

依据大量野外页岩实测地质剖面和2口页岩气钻井、样品岩石矿物组分分析、有机地球化学实验等大量分析测试资料,系统研究了上扬子黔北地区下寒武统牛蹄塘组黑色泥页岩的发育特征与分布,并结合北美海相页岩气形成地质条件及我国页岩气选区评价标准,预测了黔北地区页岩气勘探的有利区。结果表明:黔北地区下寒武统牛蹄塘组海相黑色泥页岩厚度大、分布广泛,早期海侵体系域水体相对较深,沉积和沉降中心位于研究区的东南部,主要的物源来自西北部,沉积相类型主要为砂质陆棚、浅水陆棚和深水陆棚相沉积,深水陆棚相分布在东南部地区,呈北西-南东向带状展布。晚期高位体系域,水体深度逐渐降低,随着相对海平面的下降,研究区陆棚砂体范围进一步扩大,浅水陆棚和深水陆棚向东南迁移,范围缩小。黑色页岩的有机质类型为Ⅲ型干酪根,有机碳含量很高,平均值为4.880%,普遍大于2%;有机质成熟度平均值为2.7%,总体演化程度较高; 黑色页岩的矿物成分主要为碎屑矿物和粘土矿物,碎屑矿物含量平均值为61.3%,成分主要为石英和少量的长石;粘土矿物含量平均值为31.1%,主要为伊利石和伊蒙混层矿物。与美国产气页岩的各项指标相比较,黔北地区下寒武统海相黑色页岩具有厚度较大、有机质丰度平均值高、热演化成熟度高、脆性矿物含量低、粘土矿物含量中等,页岩孔隙度低的特征。具备了页岩气形成的基本地质条件,是我国海相页岩气勘探的主要地区之一。综合评价预测了黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气的有利、较有利远景区。     

湘西吉首斜坡带下寒武统牛蹄塘组页岩气成气过程的流体包裹体证据：以湘吉地1井为例

中国南方地区资源丰富,古流体活动频繁。基于湘西地区吉首斜坡带下寒武统牛蹄塘组的岩心资料,通过显微薄片、冷阴极发光、流体包裹体等多项实验测试综合分析,以牛蹄塘组黑色页岩脉体为重点研究对象,对湘西地区吉首斜坡带下寒武统牛蹄塘组页岩的流体活动与页岩气的成烃演化过程进行了初步探索。研究认为湘西地区牛蹄塘组脉体沉淀有白云岩、石英和方解石矿物,发育有单一脉体和混合脉体,碳酸盐脉体多与混合热流体有关(上升流和海水);流体包裹体以沥青包裹体、甲烷包裹体和盐水包裹体为主。结果表明与烃类演化相关的共有4期流体活动：早—中奥陶世、早志留世、早—中三叠世和古近纪。     

雪峰古隆起边缘下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏地质特征及有利区预测

雪峰古隆起边缘下寒武统牛蹄塘组页岩具有良好的生烃和储集条件,是重要的页岩气勘探层位,但受多期构造运动改造,页岩气保存条件复杂,页岩气勘探一直未获突破.基于野外地质调查、钻探资料,结合有机地化分析测试等手段,对雪峰古隆起边缘即沅麻盆地及周缘下寒武统牛蹄塘组页岩气地质条件和勘探前景进行综合评价.研究表明:牛蹄塘组沉积于深水陆棚相,页岩有机碳含量TOC值普遍大于2.0%,一般在3.0%~5.0%之间;有机质类型为Ⅰ型;有机质成熟度2.17%~3.38%之间,平均为2.79%;页岩碎屑矿物平均含量77.25%;粘土矿物平均含量22.71%,硅质含量高,脆性较大,易于储层改造.综合地化、储层物性及保存条件等评价指标,提出沅麻盆地草堂凹陷及古隆起北缘凤凰-吉首-张家界一带为牛蹄塘组页岩气勘探有利区带.