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四川盆地南缘下志留统龙马溪组页岩气储层矿物成分特征71426414

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四川 盆地 南缘下志留统龙马溪组 页岩 气储层 矿物 成分 特征 71426414
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第32卷第5期 2011年9月 石 油 学 报 2 2011 文章编号:0253—2697(2011)05—0775—08 四川盆地南缘下志留统龙马溪组页岩气储层矿物成分 特征及意义 陈尚斌 朱炎铭 王红岩 刘洪林。 魏 伟。 方俊华 (1中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州 221116; 2中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州 221116 3.中国石油勘探开发研究院廊坊分院河北廊坊065007) 摘要:运用四川盆地南缘长宁一兴文地区下志留统龙马溪组39个露头泥岩/页岩样品进行了定性和定量分析。 结果表明,龙马溪组泥岩/页岩矿物成分以黏土矿物和石英为主,平均含量分别为53.39%和29.15%;其次为方解石,平均含量为 5.46%;另外,还含有少量的长石、白云石、石膏、黄铁矿等矿物。龙马溪组为浅海陆棚沉积,对有机质的富集和保存有利,为页岩气 藏的形成提供了良好的沉积条件;黏土矿物组合特征反映出龙马溪组已经历晚成岩阶段,对应有机质演化的成熟一高成熟阶段,具 有适宜页岩气形成的成熟度条件。黏土矿物对页岩气藏的形成和开发有一定积极意义,龙马溪组底部厚度约为30利 石和绿泥石含量低、相应孔隙率高且脆性矿物石英含量大于5O%,是理想的页岩气重点勘探开发层位。页岩气储层矿物成分研究 为其吸附储存、裂缝评价、渗流运移、压裂造缝和工艺性能等的研究提供了坚实的基础。 关键词:页岩气;储层;矿物成分;马溪组;下志留统;四川盆地南缘 中图分类号: 文献标识码:A of in 1.21116,.21 1 16,.65007,—RD)9 in of of of an 3.39%,29.15%.46%,n an %of of a of a by to a or of is a of of 0m 0%of an on of a of as as by in 国页岩气研究尚处于起步阶段 ,四川盆地南 部下志留统龙马溪组是中国页岩气近期研究的热 点 ]。在页岩气藏中,龙马溪组既是烃源岩,又是储 集层,因而需要从储层角度对其开展全新的研究。优 茎兰 謦学基1983 3 。2 0叩09 嚣 兽 研弛主要从事煤层气与页岩气地质的学习 第一作者:陈尚斌,男, 年月生, 年获中国矿业大学硕士学位,现为中国矿业大学在读博士计冤生,王墨从争燥』云_弋与贝石飞地规削子 作者. o 篓hi c 1999 大学博士学位,现为中国矿业大学教授、博士生导师,主要从事煤及油气资源评价、资源勘 通讯作者:朱炎铭,男, 年月生, 年获中国矿业大学博士学位,现为中国矿业大学教拨、博士生导帅’王赞从争垛及 、觅碾 。、贝 探、能源沉积盆地分析等方面的研究。78 石 油 学 报 2011年第32卷 表1 长宁一兴文地区龙马溪组矿物成分 of in 白云石、石膏、黄铁矿等较少,平均含量均小于5%。 2.3.3黏土矿物含量 伊利石是研究区发育最为普遍且含量最高的黏土 矿物,为1O.3%~41.3%,平均达24.49%;样品也普 遍含有高岭石和伊蒙混层,分别为1.1%~18.1%和 2.5%~10.4%,平均为11.11%和3.92%;尽管部分 样品中不含绿泥石,但其平均含量仅次于伊利石,为 12.7%(0~16.5%);样品中还含少量蒙皂石等黏土 矿物。 根据制了四川盆地南缘 龙马溪组矿物成分剖面(图2)。由图2可见,黏土矿 物和方解石含量由顶部至底部有减少趋势,其中伊利 石和绿泥石含量显著减小,龙马溪组底部含量约为顶 部的1/3;石英含量具有由顶部至底部增加的趋势;长 石和其他矿物含量变化趋势不明显。 3 讨论 3.1 研究区及邻区下志留统(龙马溪组)泥岩/页岩主 要矿物成分比较 表2为长宁一兴文及其邻区威远等地的岩矿测试 数据。与长宁构造长芯1井对比表明(因威远各钻井 的具体层组不明,只作为参考),两者黏土矿物、石英、 第5期 陈尚斌等:四川盆地南缘下志留统龙马溪组页岩气储层矿物成分特征及意义 779 表2研究区及邻区下志留统(龙马溪组)样品主要矿物平均含量比较 of 解石等主要矿物含量较为接近,其中研究区黏土矿 物及石英含量略高于长芯1井,而方解石、长石、白云 石、黄铁矿含量略低于长芯1井。由此可见,四川盆地 南缘长宁一兴文地区龙马溪组以黏土矿物为主,含量 约为5O%,其次为石英,含量接近30%,方解石含量接 近10%。 3.2矿物成分反映的沉积环境特征 中国南方下志留统龙马溪组的黑一灰黑色页岩属 于典型的海相水生有机质富集层是重要的烃源岩 层系 。岩/页岩中 碎屑状石英含量平均约为29%,还含有白云石和方解 石等自生矿物,以及黄铁矿等多种金属硫化物;显微镜 下也观察到极细莓状黄铁矿大量存在。这些均表明研 究区龙马溪组为浅海陆棚沉积环境 。龙马溪组这 种还原沉积环境对有机质的富集和保存有利,为页岩 气藏的形成提供了良好的沉积条件。 3.3 矿物成分反映的页岩气成熟度信息 泥岩/页岩中黏土矿物的形成、转变、消失及其所 反映出的分布规律受古环境、成岩作用及物源母质等 多种因素控制,但不同地区、不同层位黏土矿物的控制 因素往往不同,导致其黏土矿物的分布类型也不相 同分析黏土矿物的分布类型有助于分析其所经 历的古环境和成岩作用。页岩气成藏与成熟度关系密 切,某些标志性的黏土矿物演化及组合可以作为表征 成岩作用阶段及其成熟度的指标。,39个泥岩/页岩样品中仅有5个样品不含绿泥石, 3个样品不含蒙皂石,所有样品均含有伊利石、高岭石 和伊蒙混层。研究认为 ,伊蒙混层、高岭石、伊利石 和绿泥石组合是中成岩作用阶段的特征组合,龙马溪 组具有这种黏土矿物组合(蒙皂石含量小可忽略),表 明其至少已经进入中成岩作用阶段;伊利石主要在晚 成岩作用阶段和极低变质作用阶段出现,龙马溪组伊 利石含量占黏土矿物含量的36.41%~74.86%,平均 达到了48.32%,高而稳定的伊利石含量表明四川盆 地南缘龙马溪组成岩作用已经历晚成岩作用阶段;伊 蒙混层含量为4.18.18%,平均为8.16%,根据 马力等研究成果[1 ,龙马溪组进入了晚成岩作用阶 段,对应有机质演化的成熟一高成熟阶段(R。为 1.0%~2.6%,孔隙度小于8%),其成熟度接近美 国。为1.6%~ 1.88%),略低于四川盆地区域上的R。值(> 2.5%_2。J,或为2.3%~3.4%。龙马溪组矿物成分 所反映的成熟度表明四川盆地南缘龙马溪组具有适宜 的页岩气成熟度条件。 3.4黏土矿物对孔隙率的影响 黏土矿物对于孔隙的演化和保存具有重要作用, 高岭石相对含量的变化与孔隙演化趋势一致,伊利石、 绿泥石相对含量的变化与孔隙演化趋势相反 。研 究区龙马溪组底部伊利石和绿泥石含量显著减小,按 此规律推论,龙马溪组底部必然具有较高的孔隙率,能 为页岩气的储存提供良好的场所。朱平等_2。 研究表 明,黏土矿物中单矿物绿泥石和绿蒙混层组合形成的 包膜,或孔隙充填绿泥石在孔隙保护中具有显著作用。 龙马溪组的中部和上部绿泥石的含量较大,尽管其孔 隙率可能不及底部大,但因普遍含有绿蒙混层而存在 孔隙保护作用,同样会对页岩气的存储起到积极作用。 当然,黏土矿物具有极大的比表面积和表面自由能,对 于外来流体侵入地层后发生的敏感性物理或化学反 应,在压裂开发阶段需要重视。但总的来说,龙马溪组 中黏土矿物对页岩气藏的形成和开发有积极意义,特 别是底部低伊利石、绿泥石含量,高孔隙率层位应是页 岩气勘探开发的重点层段。 3.5脆性矿物在页岩气地质研究中的意义 页岩脆性强,容易在外力作用下形成天然裂隙和 诱导裂隙,有利于渗流。研究显示,了具有很高的 第5期 陈尚斌等:四81 4结 论 (1)利用岩 样品的分析结果表明,四川盆地南缘下志留统龙马溪 组的矿物组成种类较多。其中黏土矿物含量最高,为 16.8%~70.1%,平均达53.39%;其次为石英,为 16.2%~75.2%,平均为29.15%;矿物中还含有较多 的方解石和长石,平均含量分别为5.46%和4.93%; 其余如白云石、石膏、黄铁矿等矿物,平均含量均小于 5%;另有少量难以鉴定的矿物。 (2)矿物成分组合特征反映出龙马溪组为浅海陆 棚沉积环境,对有机质的富集和保存有利,为页岩气藏 的形成提供了良好的沉积条件;黏土矿物组合特征反 映龙马溪组进入晚成岩阶段,对应有机质演化的成 熟一高成熟阶段,具有适宜页岩气形成的成熟度条件。 (3)黏土矿物是影响孔隙度的重要内在因素,龙 马溪组中黏土矿物对页岩气藏的形成和开发有一定积 极意义,特别是底部伊利石和绿泥石含量低、相应孔隙 率高的层位;与美国五大页岩系统相比,研究区石英和 方解石平均含量偏低,但龙马溪组底部厚度约30 m 的地层石英含量大于50%,是理想的页岩气重点研究 勘探开发层位。 矿物成分研究是储层研究中不可或缺的部分,是 页岩气吸附储存、裂缝评价、渗流运移、压裂造缝和工 艺性能等研究的重要基础。但页岩气地质研究是个复 杂的系统工程,在深入研究矿物成分的基础上,还应全 面开展页岩孔隙结构、烃源岩成熟度、含气性等方面的 研究工作,揭示页岩气成藏特征和开采开发地质特性, 寻求烃源岩、储层和压裂开发三者间的最优匹配关系, 以实现页岩气的商业化开采。 [1] [2] [3] 参 考 文 献 陈尚斌,朱炎铭,王红岩,等.中国页岩气研究现状与发展趋势 [J].石油学报,2010,31(4):689—694. et of ].2010,31(4):689—694. 张金川,聂海宽,徐波,等.四川盆地页岩气成藏地质条件天 然气工业,2008,28(2):151—156. u Bo,et of ].n— 008,28(2):151王社教,王兰生,黄金亮,等,上扬子区志留系页岩气成藏条件 [J].天然气工业,2009,29(5):45—50. et of of ].009,29(5):45—50. [43 [5] [6] [7] [8] [9] [1O] [11] [12] [13] [14] 聂海宽,唐玄,边瑞康.页岩气成藏控制因素及中国南方页岩气 发育有利区预测[J].石油学报,2009,30(4):484—491. of in ].009,30(4):484—491. 朱炎铭,陈尚斌,方俊华,等.四川地区志留系页岩气成藏的地质 背景[J].煤炭学报,2010,35(7):1160 1164. et he of ].01 0,35(7): 1160—1164. 蒲泊伶,蒋有录,王毅,等.四川盆地下志留统龙马溪组页岩气成 藏条件及有利地区分析[J].石油学报,2010,31(2):225—230. i,et of ].010,31(2):225—230. A.s ].007,91(4):523—533. 张林晔,李政,朱日房.页岩气的形成与开发[J].天然气工业, 2009,29(1):124 128. i he of ].009,29(】): 124—128. 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