鄂西黄陵隆起东缘鄂宜页2井五峰组—龙马溪组页岩气储层特征与含气性

鄂西地区五峰组-龙马溪组已成为中国南方页岩气勘探的热点领域。为深化该区页岩储层及含气性特征认识,本文以鄂宜页2井钻井及测试分析资料为基础,以笔石带为标尺,对五峰组-龙马溪组下部黑色富有机质页岩的岩石学特征、有机地化特征、储集空间类型及结构特征进行深入研究,分析总结了页岩储层含气性特征及影响因素,并对页岩储层开展了综合评价。结果表明：鄂宜页2井五峰组-龙马溪组下部黑色岩系缺失LM5-LM6笔石带,富有机质页岩上延至LM7笔石带,总厚度约16 m;岩性以硅质页岩夹少量硅质岩、混合质页岩和黏土质页岩为主,有机质类型为Ⅰ-Ⅱ1型,Ro为1.88%~2.03%,显示黑色页岩已过大量生气阶段;页岩储集空间主要为小于100 nm的有机质纳米孔、直径大于5 μm的微米孔和构造微裂缝,其中纳米孔占比超过50%,孔隙容积、比表面积与有机碳含量存在显著正相关性;现场解析总含气量为0.068~3.33 m³/t,平均1.13 m³/t,高含气量段集中于凯迪阶WF2-WF3与鲁丹阶LM2-LM4,含气量与TOC、脆性矿物含量之间具有明显的正相关性;根据TOC、含气性、脆性矿物含量以及页岩沉积环境等参数进行综合评价,Ⅰ类储层主要对应于凯迪阶WF2-WF3笔石带以及鲁丹阶LM2-LM4笔石带以深水环境下形成的硅质页岩和硅质岩层段,总厚度约9 m,是该区五峰-龙马溪组水平钻井的最佳甜点段。     

石英矿物类型及其对页岩气富集开采的控制:以四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组为例

页岩矿物组成控制着页岩的储层类型和岩石力学性质,并影响着页岩气的富集和开发.为了分析不同类型石英矿物的纵向变化特征及其对页岩气富集开采的控制作用,以四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组WF2-LM4和LM5-LM8两个笔石带页岩为主要研究对象,利用普通薄片观察、扫描电镜、矿物成岩世代关系、能谱分析等手段,识别出陆源碎屑石英、生物成因石英和黏土矿物转化过程中形成的3种石英类型.结果表明不同的页岩层段,3种成因的石英含量不同.生物成因石英在WF2-LM4笔石带页岩最为富集,向上到LM5-LM8笔石带页岩逐渐减少.在WF2-LM4笔石带页岩,生物成因石英与有机碳含量呈明显的正相关性,有利于页岩优质储层的形成,对页岩储层的压裂改造具有积极作用,实现了页岩赋气和改造的有机统一.研究认为四川盆地及其周缘地区五峰组-龙马溪组一段下部黑色页岩（WF2-LM4笔石带页岩）具有生物成因石英含量高,页岩生烃、储集能力和可压裂性最优的特点,是页岩气富集开采的有利层段.      

生物地层格架下湘西北地区五峰组—龙马溪组孔隙结构特征

为探究生物地层格架下五峰组—龙马溪组孔隙结构特征,在笔石带划分的基础上结合孔隙结构特征及其影响因素将SY-3井五峰组—龙马溪组划分为LM5—LM7、WF4—LM4、WF2—WF3三个笔石带,并基于扫描电镜、低温氮气吸附实验、高压压汞实验等技术手段,分别对这三个笔石带进行孔隙结构特征的研究和对比。结果表明:LM5—LM7富集黏土矿物,主要发育较大孔径孔隙,以黏土矿物粒间孔为主;WF4—LM4富集有机质,主要发育较小孔径孔隙,以有机质孔为主;WF2—WF3富集石英,主要发育小孔径孔隙,以石英粒间孔为主,但大部分石英粒间孔被黏土矿物和有机质充填。LM5—LM7孔隙发育主要受TOC含量和矿物含量的影响,WF4—LM4孔隙发育主要受TOC含量影响,而WF2—WF3受矿物组分、有机质赋存特征及成岩作用等因素共同影响。不同笔石带由于沉积环境的差异导致其具有不同的有机质丰度及矿物组分,从而导致了孔隙结构的差异。     

云南永善－大关地区五峰组－龙马溪组黑色页岩生物地层划分与沉积环境探讨:以新地2井为例

由于缺乏对四川盆地西南缘永善-大关地区五峰组-龙马溪组生物地层的详细划分与对比,黑色页岩分布时限及其沉积背景不明确.对新地2井五峰组-龙马溪组黑色页岩岩心开展生物地层研究,识别出了从上奥陶统凯迪阶上部WF1 Dicellograptus complanatus带至志留系兰多维列统埃隆阶顶部LM8 Stimulograptus sedgwickii带的9个生物带和组合.新地2井与宁211井、焦页1井、威202井、巫溪2井黑色页岩生物地层对比结果显示,新地2井的顶界与宁211井、焦页1井黑色页岩笔石带相近,但与威202井、巫溪2井相比低了1个笔石带.结合TOC值标定,新地2井富有机质页岩沉积期为WF2-LM6笔石带,其顶界高于宁211井的LM4笔石带.在笔石生物地层框架内对比了各井黑色页岩的沉积厚度、沉积速率及TOC值,探讨了它们的沉积演化差异及构造背景.靠近古隆起或古陆的沉积区,海侵-海泛稳定期时间呈缩短的趋势,富有机质页岩上界可低至LM5笔石带或以下;远离古隆起或古陆的沉积区,富有机质页岩上界可达LM8-LM9笔石带.受沉积水体深浅差异及古隆起陆源碎屑输入的影响,威远、焦石坝及巫溪地区出现了沉积分异现象.阶段性的海退事件及古隆起的状态变化（隆升与扩大）是广西运动的构造响应.      

四川盆地西南缘金坷村剖面五峰组-龙马溪组生物地层划分及区域对比

为了探究上扬子海盆在奥陶纪-志留纪之交的沉积环境、明确四川盆地西南缘金坷村筠连地区有机质页岩沉积层位，通过对金坷村剖面五峰组-龙马溪组岩石地层及生物地层的研究，识别出自晚奥陶世凯迪阶WF2带至早志留世埃隆阶LM6带的9个连续生物带及组合.认为金坷村地区是上扬子海盆最早进入前陆期的地区，时间为鲁丹阶LM1期.金坷村剖面与其北部的新地2井、宁211井、威202井生物地层对比发现，自南向北黑色页岩笔石带上限自LM6延伸至LM9，呈逐渐增高的趋势.金坷村剖面富有机质页岩层位于WF2-LM4带，厚度20.6 m，为该地区页岩气勘探开发提供了一定的基础资料.     

鄂西建始地区五峰-龙马溪组黑色页岩生物地层特征

鄂西建始地区五峰组-龙马溪组黑色页岩发育,尚未建立古生物地层序列.基于建地1井及湘鄂渝地区23个穿越奥陶系和志留系钻井、剖面资料,研究建始地区五峰组-龙马溪组黑色页岩笔石序列,分析湘鄂水下高地演化模式及其对页岩气成藏影响.建地1井从奥陶系Dicellograptus complexus（WF2）带至志留系Stimulograptus sedgwickii（LM8）带,共包含8个笔石带,缺失了Perculpto gr. perculptus（LM1）、Akidograptus ascensus（LM2）和Parakido gr.acuminatus（LM3）三个笔石带,表明建始地区在赫南特期至鲁丹早期处在湘鄂水下高地范围内.受控于全球海平面变化和广西运动双重作用,湘鄂水下高地整体呈现出自凯迪期至鲁丹早期不断隆升、影响范围逐渐扩大,鲁丹中晚期再逐渐回缩的演化模式;在其范围内普遍缺失WF3-LM4部分笔石带富有机质页岩,导致页岩气藏抗构造破坏能力差,勘探风险较大.      

南川地区南页1井五峰组—龙马溪组页岩特征与生物地层

南川区块为国内首个页岩气招拍挂区块,生产实践表明该区具有较大的页岩气勘探开发潜力。为了进一步分析南川地区五峰组―龙马溪组页岩气成藏条件,对该区岩芯资料较全的南页1井开展了系统的笔石鉴定和笔石带划分对比,建立了从凯迪阶的Dicellograptus complexus带(WF2带)至埃隆阶上部的Lituigraptus convolutus带(LM7带)连续的生物地层序列。同时利用薄片、有机地化、全岩X衍射、氩离子抛光扫描电镜等分析测试资料和测井资料,对五峰组―龙马溪组下部优质页岩段进行了精细岩石地层划分,发现①-③小层为深水陆棚亚相细粒沉积,富有机质纹层和含有机质纹层发育,海水富营养,古生物繁盛,有机质富集程度高,有机成因硅质含量高,储层物性好,页岩气成藏物质基础和富集条件优于④-⑤小层,是页岩气勘探开发甜点段。与威202井和宁211井生物地层对比表明,宁211井WF2―LM4带页岩气最富集层段沉积速率最快、厚度最大、页岩气成藏物质基础最好,南页1井、威202井沉积速率较慢、厚度较薄、页岩气成藏物质基础略差。     

下扬子巢湖地区皖含地1井五峰组-高家边组下段生物地层

下扬子巢湖地区皖含地1井在五峰组—高家边组下段钻遇一套黑色笔石页岩。本文以此开展了生物地层研究并划分出5个跨越奥陶系—志留系界线的笔石带,自下而上分别是Dicellograptus complexus带(WF2带)、Paraorthograptus pacificus带(WF3带)、Cystograptus vesiculosus带(LM4 Coronograptus cyphus带(LM5带)及Demirastrites triangulatus带(LM6带)(未见顶)。通过对比皖含地1井各岩性段的岩石有机地球化学特征和笔石生物带,发现主要油气目的层是五峰组—高家边组下段,大致对应笔石Dicellograptus complanatus带(WF1带)至Demirastrites triangulatus带(LM6带)。皖含地1井与上扬子五峰组—龙马溪组笔石生物带相比,皖含地1井缺少了Normalograptus extraordinarius带(WF4带)、Persculptograptus persculptus带(LM1带)、Akidograptus ascensus带(LM2带)和Parakidograptus acuminatus带(LM3带)。由于LM1-LM3带在邻区可见,因此推测皖含地1井的缺失是受滑脱构造的影响。由于皖含地1井位于逆冲推覆构造带上,构造作用复杂,导致该井五峰组-高家边组下段笔石序列部分缺失、黑色页岩厚度减薄,因此主力产气层位遭受破坏。     

中国南方五峰组-龙马溪组页岩中笔石与有机质富集关系探讨

中国南方奥陶纪-志留纪之交广泛沉积了以五峰组和龙马溪组为代表的笔石页岩。基于对重庆巫溪地区五峰组-龙马溪组底部页岩段中近400件页岩样品中笔石丰度的统计及100件页岩样品有机碳含量（TOC,%）的分析测试结果,选择其中23件不同笔石丰度与TOC的页岩样品开展页岩中笔石体与围岩（非笔石体部分）TOC的对比实验,并结合能谱分析测试结果,探讨笔石与有机质富集的关系。初步研究认为:①五峰组-龙马溪组页岩中笔石体的C、O等元素含量较高,其TOC明显高于围岩,是页岩有机质的贡献者之一;②五峰组-龙马溪组页岩全岩TOC与笔石丰度及笔石体TOC相关性均较差,而与围岩TOC相关性较好,这指示着页岩中笔石丰度对有机质富集影响较小。     

江苏宁镇地区五峰—高家边组优质页岩分布及其与笔石带的对应关系：来自苏页1井的启示

为准确掌握江苏五峰—高家边组页岩气基础地质条件,在宁镇地区汤山—仑山复背斜南翼高家边组命名地实施页岩气参数井苏页1井,井深1 203.37 m,全孔取芯。苏页1井钻遇高家边组中下部五峰组、汤头组,为完整揭露五峰—高家边组底部富有机质页岩的典型钻孔。基于243个厘米-分米级采样间隔的TOC(总有机碳)数据,建立了五峰—高家边组下部TOC标准柱状图。根据TOC划分的页岩分段与笔石带对应良好,共分7个页岩段,包括4个优质富有机质页岩段,其中WF4—LM3优质页岩段品质最好,为宁镇地区的典型代表。苏页1井Ro介于2.47%～2.91%之间,平均值为2.62%,总体处于过成熟早-中期生干气阶段,干酪根类型为Ⅰ型。五峰—高家边组优质、富有机质页岩呈2层式,真厚度约为22.4 m。页岩气勘探潜力最好的WF4—LM3优质页岩段真厚度为8.6 m,应视为主要产气页岩小层和未来水平井钻进层段。不同页岩段的沉积速率不同,说明有机质含量与物源输入作用关系密切。     

Differential Characteristics of the Upper Ordovician-Lower Silurian Wufeng-Longmaxi Shale Reservoir and its Implications for Exploration and Development of Shale Gas in/around the Sichuan Basin

The Upper Ordovician Wufeng-Lower Silurian Longmaxi shale is widely distributed in the Sichuan Basin and its periphery, which is the key stratum for marine shale gas exploration and development(ED) in China. Based on sedimentary environment, material basis, storage space, fracability and reservoir evolution data, the reservoir characteristics of the Wufeng-Longmaxi shale and their significance for shale gas ED are systematically compared and analyzed in this paper. The results show that(1) the depocenter of the Wufeng(WF)-Longmaxi(LM) shale gradually migrates from east to west. The high-quality shale reservoirs in the eastern Sichuan Basin are mainly siliceous shales, which are primarily distributed in the graptolite shale interval of WF2-LM5. The high-quality reservoirs in the southern Sichuan Basin are mainly calcareous-siliceous and organic-rich argillaceous shales, which are distributed in the graptolite shale interval of WF2-LM7.(2) Deep shale gas(the burial depth 3500 m) in the Sichuan Basin has high-ultrahigh pressure and superior physical properties. The organic-rich siliceous, calcareous-siliceous and organic-rich argillaceous shales have suitable reservoir properties. The marginal area of the Sichuan Basin has a higher degree of pressure relief, which leads to the argillaceous and silty shales evolving into direct cap rocks with poor reservoir/good sealing capacity.(3) Combining shale gas exploration practices and impacts of lithofacies, depth, pressure coefficient and brittle-ductile transition on the reservoir properties, it is concluded that the favorable depth interval of the Wufeng-Longmaxi shale gas is 2200～4000 m under current technical conditions.(4) Aiming at the differential reservoir properties of the Wufeng-Longmaxi shale in the Sichuan Basin and its periphery, several suggestions for future research directions and ED of shale gas are formulated.     

Graptolite‐Derived Organic Matter and Pore Characteristics in the Wufeng‐Longmaxi Black Shale of the Sichuan Basin and its Periphery

A key target of shale gas exploration and production in China is the organic-rich black shale of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation in the Sichuan Basin and its periphery. The set of black shale contains abundant graptolites, which are mainly preserved as flattened rhabdosomes with carbonized periderms, is an important organic component of the shale. However, few previous studies had focused on the organic matter (OM) which is derived from graptolite and its pore structure. In particular, the contributions of graptolites to gas generation, storage, and flow have not yet been examined. In this study, focused ion beam-scanning electron microscope (FIB-SEM) was used to investigate the characteristics of the graptolite-derived OM and the micro-nanopores of graptolite periderms. The results suggested that the proportion of OM in the graptolite was between 19.7% and 30.2%, and between 8.9% and 14.4% in the surrounding rock. The total organic carbon (TOC) content of the graptolite was found to be higher than that of the surrounding rock, which indicated that the graptolite played a significant role in the dispersed organic matter. Four types of pores were developed in the graptolite periderm, including organic gas pores, pyrite moulage pores, authigenic quartz moldic pores, and micro-fractures. These well-developed micro-nano pores and fractures had formed an interconnected system within the graptolites which provided storage spaces for shale gas. The stacked layers and large accumulation of graptolites resulted in lamellation fractures openning easily, and provided effective pathways for the gas flow. A few nanoscale gas pores were observed in the graptolite-derived OM, with surface porosity lie in 1.5%–2.4%, and pore diameters of 5–20 nm. The sapropel detritus was determined to be rich in nanometer-sized pores with surface porosity of 3.1%–6.2%, and pore diameters of 20–80 nm. Due to the small amount of hydrocarbon generation of the graptolite, supporting the overlying pressure was difficult, which caused the pores to become compacted or collapsed.     

川东南武隆地区五峰组—龙马溪组页岩气形成条件及富集区分析

通过野外地质调查资料及样品测试分析,结合前人研究的结果,对川东南武隆地区五峰组—龙马溪组页岩气形成的基础地质条件进行了研究,指出五峰组与龙马溪组底部富有机质页岩形成于深水陆棚环境,富有机质页岩厚度大,分布广,埋深适中(300~3 500 m),脆性矿物含量较高,TOC主要分布于2%~5%之间,热演化程度处于高成熟—过成熟早期阶段,发育溶蚀(微)孔、粒间微孔、粒内微孔、有机质孔及微裂缝等,并通过综合信息叠合分析,提出了5个页岩气富集区。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.