湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机地球化学与矿物组成特征

文章以湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩为研究对象,分析其有机地球化学及无机矿物特征,重点对其烃源岩生物标志化合物特征进行分析。结果表明:该套页岩残余有机碳（TOC）含量高、氯仿沥青"A"含量低、生烃潜量"S₁+S₂"较小,镜质组反射率R_o在2.3%~3.19%之间,达到了过成熟阶段,以生成干气为主。分子生物标志化合物结果显示正构烷烃呈双峰型,碳数大于C₂₂的中-高碳数烃占优势;Pr/Ph平均值为0.31,植烷优势明显,指示强还原的海相沉积环境;萜烷丰度顺序为五环三萜烷>三环萜烷>四环萜烷,γ-环蜡烷与C₃₀霍烷的比值普遍大于0.3,指示其沉积母质以浮游生物及海洋性自养菌为主,含有部分藻类;Ts/（Ts+Tm）在0.35~0.38之间,与镜质组反射率对成熟度的检测结果相互印证;规则甾烷C₂₇ > C₂₉ > C₂₈,指示其母质来源以浅海生物来源为主,所有样品中均检测出孕甾烷、升孕甾烷、重排甾烷及4-甲基甾烷,表明其经历过微生物降解作用。全岩矿物组分分析显示该套页岩具备较好的开发物性条件和较强的吸附性能。综合以上分析结果,提出研究区牛蹄塘组页岩具备较好的页岩气成烃成藏的物质条件,并为该区深入开展页岩气勘探目标区优选奠定了很好的工作基础。      

渝东北下寒武统牛蹄塘组页岩微纳米孔隙结构特征

中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩是目前页岩气勘探的主要目的层位之一,然而在渝东北地区其勘探效果不尽如人意,原因在于其孔隙结构特征并未清楚.采用聚焦离子束扫描电子显微镜、纳米C和气体吸附实验等方法对渝东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩微纳米孔隙结构进行了定量表征.结果表明,牛蹄塘组页岩的微纳米孔隙类型主要为无机质孔隙,包括粒间孔和粒内孔,而N₂吸附滞后环类型属于4型,对应孔隙类型为单边狭缝型孔隙;牛蹄塘组页岩的平均总孔体积为0.0317mL/g,平均总比表面积为34.7m2/g.牛蹄塘组页岩过高的演化程度导致有机质孔隙不发育,进而导致其微纳米孔隙具有较差的连通性;中孔贡献了绝大部分的孔体积,而微孔则贡献了相对较多的比表面积.      

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.      

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。      

贵州金沙下寒武统牛蹄塘组中的高肌虫

描述了贵州金沙岩孔镇长岩沟下寒武统(纽芬兰统一寒武系2统)牛蹄塘组底部黑色页岩中呈碳质薄膜保存的高肌虫化石,共2属1种1相似种和1未定种:朵氏昆明虫Kunmingella douvillei,昆明虫(未定种)Kunmingella sp.和新月形遵义虫相似种Tsunyiella of luna.这些高肌虫化石与最古老的三叶虫Tsunyidiscus(Mianxiiandiscus)共生,其层位可与云南的Abadiella带对比,表明Kunmingella和Tsunyiella的下限层位已下延至筇竹寺阶的底部.本应属于早寒武世高肌虫分布中区的金沙一带却发现了两区的典型分子Kunmingella和中区的Tsunyiella,说明两区与中区间的混生区的范嗣应从长宁-镇雄小区扩大至贵州的金沙和织金一带.贵州寒武系底部大量高肌虫的发现丰富了牛蹄塘生物群的组成,对研究寒武纪早期生物的演化具有一定的意义.     

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。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层脆性评价:以贵州岑巩区块为例

页岩的脆性决定页岩储层的可压裂性,对页岩气的勘探开发影响重大。南方地区发育多套高脆性海相富有机质页岩,是我国页岩气勘探部署的重要战略地区。与已获得页岩气突破的龙马溪组页岩相比,下寒武统牛蹄塘组具有更大的沉积厚度与更广泛的分布面积,是我国页岩气勘探开发亟待突破的另一重点层系。为此,利用研究区牛蹄塘组岩心岩石力学实验、阵列声波测井、矿物组分和裂缝发育程度等资料,运用弹性参数法与脆性矿物含量法对牛蹄塘组页岩脆性特征与主控因素进行评价与分析。研究表明:牛蹄塘组页岩脆性与以石英为主的脆性矿物含量间并非呈单一正相关关系。页岩脆性与可压裂性受控于页岩的脆性矿物含量、TOC含量、热演化程度(成岩阶段)和天然裂缝发育程度。由于石英与TOC含量具有正相关性,当TOC含量小于6.5%时,牛蹄塘组页岩脆性与石英和TOC含量呈正相关关系;当TOC含量大于6.5%时,TOC对塑性贡献速率大于石英对脆性贡献速率,页岩脆性随石英与TOC含量的增加出现降低趋势。此外,岩心裂缝发育程度与页岩岩石力学脆性特征相关性较好,在过高TOC含量层段页岩脆性较低,岩心裂缝发育程度较差。对于中国南方海相页岩脆性评价,应结合不同地区、不同层位的实际地质条件进行多因素综合评价,以优选出最佳钻井与压裂层段。     

湘西北牛蹄塘组页岩可压裂性评价

为了深入了解湘西北下寒武统牛蹄塘组的页岩气资源潜力,需对该地区牛蹄塘组中下部硅质页岩和碳质页岩层段进行可压裂性评价。通过室内实验等手段分析了影响页岩可压裂性的4类关键物理和力学因素。结果显示:牛蹄塘组中下部硅质页岩的脆性矿物平均含量(51.58%)高于碳质页岩(40.55%),而其黏土矿物平均含量(14.13%)低于碳质页岩(24.49%);硅质页岩的脆性系数(基于泊松比和弹性模量)比碳质页岩高34%;硅质页岩的内摩擦角较大,碳质页岩的黏聚力较小;碳质页岩的孔隙度(平均3.67%)较大,但硅质页岩充填性天然裂缝发育程度较高。结合影响因素分析和前人经验,构建了涉及6项指标的页岩可压裂性评价体系。分别求得硅质页岩、碳质页岩和北美Barnett页岩的可压裂系数为0.59、0.29、0.62~0.64。从可压裂系数可以看出,湘西北牛蹄塘组中下部硅质页岩层段的压裂预期效果与北美Barnett页岩相当,且高出碳质页岩1倍,具有较高的开发潜力。     

贵州丹寨南皋下寒武统牛蹄塘组黑色页岩孔隙结构特征

页岩孔隙结构特征研究对页岩含气性评价具有重要意义。以上扬子东南缘南皋剖面下寒武统牛蹄塘组页岩储层为例,应用场发射环境扫描电子显微镜观察了页岩纳米级孔隙微观形态,通过低温氮气吸附法测定了页岩的氮气吸附等温线,并结合X-衍射矿物定量分析和有机碳含量测定,探讨了纳米级孔隙发育的控制因素。研究结果表明:矿物成分主要为黏土矿物(伊利石和少量绿泥石)、石英、长石、重晶石和石膏等。石英含量相对较高且沿剖面向上降低,wB平均为53%;相反,黏土矿物含量较低且沿剖面向上增加,wB平均为34%;碳酸盐矿物较少,仅在顶部可见。页岩主要发育粒内孔、粒间孔、裂缝和有机质孔4种孔隙类型,其中前两者较为常见。根据氮气吸附-脱附曲线、孔径分布特征、孔体积和比表面积可将样品划分为4类黑色页岩,孔隙以似片状颗粒组成的非刚性聚合物的槽状孔为主,前3类黑色页岩的孔径分布呈双峰形态,第4类黑色页岩的孔径分布呈单峰形态,最可几孔径分别为d≈0.9nm和d≈3.5nm。孔体积在0.002 8~0.024 3cm3/g之间,平均为0.014 7cm3/g,比表面积在1.056 8~28.825 0m2/g之间,平均为17.541 8m2/g,4类黑色页岩微孔频率分布依次减小,而介孔和宏孔频率分布逐渐增加,即微孔性逐渐变差,至第4类黑色页岩几乎只有宏孔孔隙。有机质丰度和矿物组分控制丹寨南皋牛蹄塘组黑色页岩的孔隙发育,其中有机质有利于孔隙发育且有机质微孔是孔体积和比表面积的主要贡献者;石英有利于孔隙发育,而黏土矿物则降低黑色页岩的孔隙性;它们均主要通过控制微孔和介孔的发育来控制黑色页岩的孔隙发育。     

湘鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩气聚集条件及含气性影响因素

以钻井、野外露头测量、实验测试数据为资料依据,通过对湘鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机碳含量、热演化程度、矿物含量、储集特征等的分析,认为牛蹄塘组页岩全区分布,富有机质页岩发育于牛蹄塘组中下部,分布稳定,厚度介于40~150m之间;有机碳含量高,介于2.0%~14.64%之间;热演化程度高,主体大于2.0%以上,综合评价页岩品质好。等温吸附实验表明,牛蹄塘组页岩具有较强的天然气吸附能力。现场解吸实验表明,牛蹄塘组含气量整体偏低且氮气含量高。多期构造运动的改造和大型通天断层的发育是影响牛蹄塘组页岩含气性的主要因素,过高的热演化程度对含气性亦有一定影响。     

湘鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩气储层特征

湘鄂西地区下寒武统发育一套有利的页岩气储层.选择不同沉积-构造单元内的典型页岩气井,通过有机地化测试、矿物X衍射、场发射扫描电镜及核磁共振等技术方法,对牛蹄塘组页岩气储层特征进行了对比分析.研究表明,页岩矿物组成受沉积相控制明显,浅水陆棚区页岩矿物组成表现出"低硅高钙"特征,盆地相区页岩矿物组成表现出"高硅低钙"特征;...     

黔西北下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件与有利勘探区预测

以野外露头调查、老井复查和岩心样品测试等为基础,通过现场解吸实验和等温吸附模拟的含气性分析,认为黔西北下寒武统牛蹄塘组岩性主要为深水陆棚黑色碳质页岩和浅水陆棚粉砂质页岩,其中富有机质页岩段为牛蹄塘组底部的碳质页岩。页岩沉积厚度大(大于39m)、分布稳定。有机质类型主要为Ⅰ型干酪根,有机碳含量较高(富有机质页岩段平均大于5%),有机质热演化程度处于高—过成熟阶段;页岩储层中微裂缝、微孔隙发育,具较好的孔隙度(平均5.14%)和渗透率(0.011 4×10-3μm2),含气量大(平均1.3 m3/t),具有良好的气资源潜力。预测金沙—息烽以及仁怀两个地区为页岩气勘探有利区。     

鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏及保存条件分析:以XD1井为例

为了获得鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏特征,通过对XD1井储层裂缝统计,方解石脉流体包裹体测试以及寒武纪碎屑锆石U-Pb同位素年代学研究.XD1井裂缝发育,以高角度剪切缝为主,裂缝大部分被方解石充填.液相包裹体成分以H₂O和CH₄为主,气相包裹体成分含有CO₂、H₂S、CH₄、N₂和H₂.流体包裹体的均一温度显示出较大差异性,从168~293℃均有分布,且大致划分为3个区间:168~175℃低温区、185~227℃中温区和244~293℃高温区,反映出页岩气成藏具有多期次成藏的特点,大部分晚期次生包裹体处于中温区,且CH₄含量较高,因此页岩气主要成藏期为晚期次生聚集成藏.获得有效碎屑锆石年龄数据178组,年龄值变化范围在2 638~330 Ma区间内,主要集中在2 638~2 010 Ma、1 997~1 516 Ma、1 450~904 Ma、890~722 Ma和699~330 Ma的5个时间段,说明XD1井经历多期构造改造.XD1井页岩气具有生烃的物质基础,但由于多期的构造运动产生大量裂缝和破裂带,导致页岩气保存条件的破坏,造成了页岩气的散失,因此,鄂西地区优选页岩气有利勘探区重点是寻找构造稳定区.      

湖北寒武系牛蹄塘组页岩气成藏条件与综合评价

牛蹄塘组是湖北省重要的海相页岩气层系之一,对其深入研究有助于预测资源潜力并指明勘探方向.利用露头及探井资料对区内牛蹄塘组的储层特征、资源潜力等进行了研究.结果表明,牛蹄塘组依据岩性组合可以分为一段和二段,鄂西宜昌?恩施、神农架西侧深水陆棚相以及鄂东南盆地边缘相富有机质页岩厚度大,TOC含量高,以硅质类页岩为主,页岩气成藏物质基础良好.气显较好的地区集中分布在鄂西黄陵背斜东南缘,分析认为较弱的变形、有效的顶底板和适中的热演化是牛蹄塘组页岩气富集成藏的关键.除宜昌局部地区具有勘探开发前景外,秭归、鹤峰等地区仍值得探索,鄂东南及鄂西北地区由于构造变形和岩浆活动强烈,保存条件极差,基本无页岩气勘探前景.      

鄂西地区寒武系黑色页岩地质特征及页岩气远景预测

通过对野外地表露头、钻井岩心及典型剖面等基础资料的分析,从烃源岩品质、生烃演化阶段、储层特征和保存条件四个方面人手,阐述了鄂西地区寒武系黑色页岩的地质特征,采用综合信息叠合法预测了页岩气资源远景区.结果表明:寒武系牛蹄塘组黑色页岩分布广,厚度大,有机碳含量(TOC)高,有机质类型好,热演化程度高,具备良好的生烃潜力;在宣恩—鹤峰和宜昌—宜都一带,受构造活动改造弱,黑色页岩埋深适中,盖层分布连续,断裂不发育,流体封闭性强,可作为页岩气勘探的有利远景区.     

Progresses and Questions on Shale Gas Exploration in Lower Cambrian Niutitang Formation, China

<正>1 Introduction Shale gas has been known nearly 200 years since 1821the successful and first shale gas well,whose reservoir was Dunkirk black organic-rich shale of Devonian Perrysbury formation,locates in the eastern United States Appalachian basin in Chautauga county of New York State.Undoubtedly,since the 21st century,with the innovation of shale gas geology and development theory     

Characteristics of Shale Reservoir and Sweet Spot Identification of the Lower Cambrian Niutitang Formation in Northwestern Hunan Province,China

The accumulation and productivity of shale gas are mainly controlled by the characteristics of shale reservoirs;study of these characteristics forms the basis for the shale gas exploitation of the Lower Cambrian Niutitang Formation(Fm),Southern China.In this study,core observation and lithology study were conducted along with X-ray diffraction(XRD)and electronic scanning microscopy(SEM)examinations and liquid nitrogen(N_2)adsorption/desorption and CH_4 isothermal adsorption experiments for several exploration wells in northwestern Hunan Province,China.The results show that one or two intervals with high-quality source rocks(TOC2 wt%)were deposited in the deep-shelf facies.The source rocks,which were mainly composed of carbonaceous shales and siliceous shales,had high quartz contents(40 wt%)and low clay mineral(30 wt%,mainly illites)and carbonate mineral(20 wt%)contents.The SEM observations and liquid nitrogen(N_2)adsorption/desorption experiments showed that the shale is tight,and nanoscale pores and microscale fractures are well developed.BJH volume(V_(BJH))of shale ranged from 2.144×10~(-3) to 20.07×10~(-3) cm~3/g,with an average of11.752×10~(-3) cm~3/g.Pores mainly consisted of opened and interconnected mesopores(2–50 nm in diameter)or macropores(50 nm in diameter).The shale reservoir has strong adsorption capacity for CH_4.The Langmuir volume(V_L)varied from1.63 to 7.39 cm~3/g,with an average of 3.95 cm~3/g.The characteristics of shale reservoir are controlled by several factors:(1)A deep muddy continental shelf is the most favorable environment for the development of shale reservoirs,which is controlled by the development of basic materials.(2)The storage capacity of the shale reservoir is positively related to the TOC contents and plastic minerals and negatively related to cement minerals.(3)High maturity or overmaturity leads to the growth of organic pores and microfractures,thereby improving the reservoir storage capacity.It can be deduced that the high percentage of residual gas in Niutitang Fm results from the strong reservoir storage capacity of adsorbed gas.Two layers of sweet spots with strong storage capacity of free gas,and they are characterized by the relatively high TOCcontents ranging from 4 wt%to 8 wt%.     

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。