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。     

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。     

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。     

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.      

湘西北HY1井下寒武统牛蹄塘组页岩储层可压性评价

为系统深入研究湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层可压裂性,以HY1井为依托,通过密集取心采样、实验测试分析、测井综合解释等多种方法手段,系统分析了牛蹄塘组页岩储层有机地球化学特征、储集物性、裂缝发育特征、脆性矿物组成、岩石力学性质,进而探讨了牛蹄塘组富有机质页岩可压裂性.结果表明:HY1井牛蹄塘组有机碳含量高(0.25...     

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.     

黔西纳雍地区下寒武统牛蹄塘组黑色岩系生物标志物的特征

以贵州纳雍地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩为研究对象,分析其中的生物标志化合物。结果表明：奇偶优势(OEP)均值为1.08,接近平衡值1.00,无明显奇偶优势,姥鲛烷与植烷比(Pr/Ph)均值小于1,具明显的植烷优势;萜烷丰度顺序为五环三萜烷>三环萜烷>四环萜烷,规则甾烷以C27略占优势,ΣC27/ΣC29的均值为1.41,大于1,显示有机质来源以浅海相菌藻类等低等水生生物为主;C32αβ22S/(22S+22R)平均值为0.59, Ts/(Ts+Tm)值为0.43,βα-莫烷/αβ-藿烷平均值为0.124,C29甾烷的20S/(20S+20R)平均值为0.39,C29甾烷αββ/(αββ+ααα)平均值为0.41,均表明纳雍地区黑色岩系中的有机质均接近或达到成熟阶段。根据这些特征可以推断,该区域早寒武世牛蹄塘组黑色岩系形成于浅海还原环境,有机质热演化程度较高,其母质主要来源于细菌、藻类等低等水生物。     

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。     

贵州遵义牛蹄塘组黑色岩系有机质的稀土元素地球化学研究

以贵州遵义寒武纪初牛蹄塘组黑色岩系的有机质为分析对象,对22个样品的稀土元素(REE)组成进行了研究,结果表明:①有机质的∑REE占全岩∑REE的lO%左右,且其REE标准化配分曲线不同于全岩的.由于有机质主要来自海洋上层水体中的微生物,囚而可以认为其REE特征代表的是古海洋上层水体的稀土元素组成特征;②有机质的REE总量变化于11.6×10-6～548×10-6之间,Ce异常系数变化于O.40～O.92之间,Eu异常系数变化于O.59～1.14之间.有机质的ce异常系数和LaN/CeN值在剖面上显示明显的变化,指示研究区经历了大陆斜坡到大洋盆地再到大陆边缘的环境,指示在寒武纪初存在一次海侵.     

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。      

遵义牛蹄塘组发现的多水硫磷铝石

遵义牛蹄塘组黑色岩系发现的多水硫磷铝石主要产出在Ni-Mo多金属层的微裂隙中，偶尔在多金属层下部的黑色粉砂岩中以脉体形式产出。该矿物结构不稳定，结构中一部分水分子很容易失去，在X射线衍射鉴定时其特征谱线变化较大；在自然条件下存放一定时间后，样品具有稳定的X射线衍射特征。此外，对这些样品进行了红外光谱、热重和差热分析、TEM观测、化学分析和晶胞参数计算，与纤磷铝石进行了对比和讨论。     

川黔湘交境寒武纪二级层序的划分及海平面变化

根据时限、造山幕和水深变化，将研究区寒武纪划分为３个二级层序，即早世中层序Ⅱ１，中世和晚世为正层序组Ⅱ２和Ⅱ３，它们都肯ＳＢ１型底界面，二级层序与二级海平面变化对应，从不同块体二级海平面变化比较可看出扬子 块与华北板块、北美板板块极不相同，反映它们之间的距离较大；而与塔里木地块非常一致，说明两者的距离极近，这些异同与三叶虫生物地理分区吻合。     

贵州瓮安地区早寒武世含磷岩系有机地球化学特征

贵州瓮安水银山的下寒武统底部的磷块岩的生物标志物以及单体烃碳同位素分析表明,正构烷烃以nC17和nC27为优势,无奇偶优势;Pr/Ph为0.95,显示弱的植烷优势;萜烷丰度顺序为五环三萜烷三环萜烷四环萜烷;规则甾烷呈不对称的"V"字形分布,表现为C29C27C28的分布特征。正构烷烃的单体碳同位素值随碳数增加的曲线变化略显平缓,变化范围较窄(-31.13‰～-33.14‰)。这些生物标志物和单体烃碳同位素的特征表明,贵州瓮安水银山磷块岩中生物母源主要是低等的水生藻类的输入,高含量伽玛蜡烷和三环萜烷以及Ts/(Ts+Tm)比值为0.37(0.5)的特征表明深部温盐流上涌是形成这套磷块岩的主要原因。     

湘西北早寒武世黑色岩系微量元素地球化学特征

对湘西北杆子坪剖面牛蹄塘组黑色岩系进行了系统的微量元素地球化学研究，结果表明：牛蹄塘组底部黑色岩系Ni、Mo、V、U、Cu、Pb、Zn、Cd、Tl、Ba等亲硫元素与过渡元素高度富集，U／Th大于1，稀土元素具有明显的正Eu异常与正Y异常，是海底热水沉积作用的结果。牛蹄塘组上部碳质页岩与泥质页岩亲硫元素与过渡元素明显降低，而Nb、Ta、Zr、Hf、Rb等高场强与大离子元素明显增高，表明陆源碎屑来源越来越多。     

富有机质页岩有机质孔隙度研究——以黔西北下志留统五峰—龙马溪组为例

黔西北下志留统五峰—龙马溪组是我国南方海相页岩气勘探的重要目的层,其孔隙类型除了与常规储层相似的粒间孔、粒内孔、溶蚀孔等孔隙外,还发育了大量的有机质孔。近年来,越来越多的研究发现,页岩气储层中有机质孔占有十分重要的地位。本次研究中发现页岩岩石样品中占主要体积的孔隙类型是中孔(2 nm～50 nm)占比44.16%～82.39%,其次是微孔(<2 nm)占比8.57%～41.23%,宏孔(>50 nm)最少,占比4.02%～16.41%;从场发射扫描电子显微镜照片中可以看出,许多宏孔、中孔有明显的挤压变形现象,说明岩石经历了较长时间的压实作用,并可能伴随着部分孔隙被其他矿物充填的过程。由回归分析可以看出:总有机碳(TOC)含量强烈影响微孔和中孔的发育和演化,尤其是对中孔的影响明显,TOC与这两种孔隙体积之间都存在着明显的正相关关系;石英对中孔发育有一定影响,但不如前者明显,同时石英与微孔之间存在一定的负相关关系;黏土矿物与中孔发育之间存在负相关关系;Ro与微孔、中孔占总孔隙体积的百分比有着良好的正相关关系,而与宏孔占总孔隙百分比有着良好的负相关关系。     

湘西北永顺——龙山地区早志留世三角洲沉积

湘西北早志留世龙马溪期至溶溪期为三角洲沉积，可划分出前三角洲、三角洲前缘和三角洲平原三个亚相。前三角角洲亚相以龙马溪组为代表，已鉴别出原地泥页岩、浊积岩和底流沉积三一相，其中后二者主要见于龙马溪组 ；三角洲前缘亚相以小河坝且为代表，已鉴别出试状砂粒滩、礁间泥微相；三角洲平面亚相以溶溪组为代表，已鉴别出分流河道及沼沼泽微相。该三角洲沉积的特征是入海河流流速低而流量大，泥沙含量高而粒级细小，在三角洲前     

湘西北奥陶纪层序地层研究

有关奥陶纪层序地层研究，在湘西北地区尚属首次，通过对１１个剖面详细的野外露头层序界面的辨认，追索以及对亚层序的划分和堆形式的识别，将奥陶第初步划分为两个中层序或二级层序，１１个正层序或三级层序，根据层序所确定的海平面升降曲线，可与北美、澳大利亚、华北等进行对比。     

湘西北和鄂西云台观组孢子组合及其地层意义

通过对孢子组合的研究,确定云台观组属中泥盆统(季维特阶)。该地层不仅产出有丰富并保存完好的孢子,而且还有一些疑原类、虫颚和几丁虫碎片。文中描述的孢子包括19个属、30个种和变种,其中新种2个、新联合种1个,即小刺凸刺弓形脊三缝孢、多刺冠环三缝孢以及大刺剑刺三缝孢(新联合)。与北半球同类组合对比表明:湘西北和鄂西云台观组孢子组合主要为季维特阶的属种,从整个组合特征看,可能属晚季维特阶。文中还讨论了云台观组的沉积环境和地层意义。