涪陵与宜昌地区海相页岩裂缝脉体成因及流体包裹体古温压特征

发布时间：2020-05-21 10:20

【摘要】：页岩气储层存在超压是页岩气富集和高产的重要控制因素,是页岩气层具有良好保存条件的证据,页岩气储层今、古压力状态和超压形成及演化研究受到了业界的广泛重视,页岩气储层古压力状态的证据可通过不同时期页岩裂缝脉体中捕获的流体包裹体的古压力恢复研究获得,本次选取涪陵地区上奥陶统五峰组、下志留统龙马溪组、宜昌地区下震旦统陡山沱组和下寒武统牛蹄塘组海相页岩裂缝脉体样品做为研究对象,对裂缝脉体宏观和微观充填、脉体光学、阴极发光及微量元素地球化学特征、脉体形成时间、期次及成因开展研究;同时对脉体中捕获的流体包裹体的岩相学、显微测温、低温相变及激光拉曼光谱特征展开研究;进一步利用脉体中发育的流体包裹体的古温压特征对裂缝脉体所在页岩层系的古压力状态开展分析,同时对比页岩层系的现今压力状态,分析涪陵和宜昌地区地质历史中页岩层系的含气饱和度以及页岩气的散失与保存条件,为进一步开展页岩气的保存和富集与页岩超压的关系研究提供地质依据。论文取得的主要认识和成果如下:(1)根据镜下观察及阴极发光分析,涪陵地区焦页A井五峰组-龙马溪组浊积砂段发育裂缝复合脉体(石英脉+方解石脉)及石英脉体,裂缝方解石脉的阴极发光特征主体相似,均以暗红色为主;焦页B井五峰组-龙马溪组浊积砂段发育裂缝复合脉体(石英脉+方解石脉)及纤维状方解石脉,其中龙马溪组裂缝方解石脉的阴极发光特征以橘黄色为主,五峰组裂缝方解石脉的阴极发光特征以橘红色为主。宜昌地区鄂阳页A井陡山沱组裂缝脉体类型以石英脉为主,发育于石英脉颗粒间的方解石的阴极发光特征较为复杂,主要表现为3种发光特征,分别为暗红色、深红色、橘黄色;牛蹄塘组裂缝脉体类型为方解石脉,其阴极发光特征表现为2种:一种为亮橘黄色,另一种为暗橘黄色。(2)根据裂缝方解石脉稀土元素分析,涪陵地区焦页A井和焦页B井五峰组-龙马溪组浊积砂段裂缝方解石脉的稀土元素按北美页岩标准,配分模式均表现为中稀土元素相对富集的特征,存在明显的Eu和Y正异常,且五峰组方解石脉Y正异常程度均相对高于龙马溪组。宜昌地区鄂阳页A井陡山沱组石英脉中方解石的稀土元素按北美页岩标准,配分模式存在2类:Ⅰ类模式表现为轻-中稀土元素稍富集的特征,该类配分模式存在较明显的Eu和Y正异常,Ce负异常不明显;Ⅱ类模式表现为重稀土元素稍富集的特征,该类配分模式存在较明显的Ce负异常和Y正异常,Eu正异常不明显。属于Ⅰ类配分模式的方解石的稀土元素特征参数值与寄主围岩的稀土元素特征参数值相差较大,这类成脉流体主要是受到了酸性热液流体作用的影响,沉淀于弱氧化弱还原的流体环境;属于Ⅱ类配分模式的方解石的稀土元素地球化学特征主要继承了寄主围岩的稀土元素地球化学特征,受酸性热液流体作用影响较小,沉淀于相对氧化的流体环境。牛蹄塘组方解石脉的稀土元素按北美页岩标准,配分模式存在2类:Ⅰ类模式表现为轻-中稀土元素富集的特征,该类配分模式存在较明显的Ce负异常、Eu和Y正异常;Ⅱ类模式表现为各稀土元素均衡的富集特征,该类配分模式存在较明显的Eu负异常和Y正异常,Ce负异常不明显。属于Ⅰ类配分模式的方解石可能主要是受到了酸性热液流体作用的影响,沉淀于相对高温、氧化的流体环境;属于Ⅱ类配分模式的方解石可能主要是受低温成矿作用的影响,沉淀于相对还原的流体环境。(3)根据裂缝脉体中流体包裹体激光拉曼光谱分析、岩相学分析及低温相变分析,涪陵地区焦页A井和焦页B井五峰组-龙马溪组浊积砂段裂缝脉体中主要发育2类流体包裹体:气-液两相盐水包裹体和甲烷包裹体,其中气-液两相盐水包裹体中普遍含有甲烷,甲烷包裹体中部分含有少量CO_2,部分为近似纯甲烷包裹体,个别甲烷包裹体中含有沥青,它们被捕获于CH_4-NaCl-H_2O不混溶流体体系。宜昌地区鄂阳页A井陡山沱组和牛蹄塘组裂缝脉体中主要发育3类流体包裹体:气-液两相盐水包裹体、甲烷包裹体和沥青包裹体,其中沥青包裹体多见于陡山沱组石英脉中,且个别沥青包裹体中含有甲烷,3类流体包裹体共存于同一原生流体包裹体组合,说明包裹体组合是捕获于烃类-盐水不混溶流体体系。(4)根据裂缝脉体中盐水包裹体显微测温分析,涪陵地区焦页A井五峰组裂缝石英脉、方解石脉中气-液两相盐水包裹体的均一温度分别主要分布在237~271℃、216~274℃;龙马溪组浊积砂段裂缝石英脉、方解石脉中气-液两相盐水包裹体的均一温度分别主要分布在230~260℃、206.6~266℃,盐度分别主要分布在4.02~5.86%(平均值为5.23%)、4.80~5.26%(平均值为5.07%)。焦页B井五峰组、龙马溪组浊积砂段裂缝石英脉中气-液两相盐水包裹体的均一温度分别分布在234~255℃、229~244℃,盐度分别分布在5.0~7.4%(平均值为5.9%)、4.3~4.8%(平均值为4.5%);龙马溪组下段纤维状方解石脉中气-液两相盐水包裹体的均一温度主要分布在165~209℃之间,盐度分布在0.2~1.4%,平均值为0.8%。宜昌地区鄂阳页A井陡山沱组裂缝石英脉中盐水包裹体的均一温度主要集中在3个温度段,分别为150~180℃、180~210℃和220~300℃,180~210℃温度段最为主要,150~180℃温度段次之,盐度集中分布在3个区间,分别为2.6~6.2%、11.6~15.4%和17.4~23.2%,主要为11.6~15.4%和17.4~23.2%;牛蹄塘组裂缝方解石脉中盐水包裹体的均一温度主要集中在170~220℃、220~270℃的2个温度段,170~220℃温度段最为主要。(5)根据甲烷包裹体激光拉曼光谱及显微测温分析,涪陵地区焦页A井五峰组、龙马溪组浊积砂段页岩裂缝石英脉中甲烷包裹体的均一温度分别为-98.7~-86.1℃、-99.4~-87.0℃,甲烷包裹体经校正的激光拉曼散射峰波数υ_(corr)分别为2910.929~2911.819cm~(-1)、2910.779~2911.970cm~(-1),甲烷包裹体的密度分别为0.234~0.302g/cm~3、0.226~0.304g/cm~3;焦页B井五峰组、龙马溪组浊积砂段页岩裂缝石英脉中甲烷包裹体的均一温度分别为-97.8~-86.8℃、-96.3~-95.9℃,甲烷包裹体经校正的激光拉曼散射峰波数υ_(corr)分别为2910.929~2911.623cm~(-1)、2910.779~2911.623cm~(-1),甲烷包裹体的密度分别为0.244~0.299g/cm~3、0.244~0.302g/cm~3。宜昌地区鄂阳页A井陡山沱组页岩裂缝石英脉中甲烷包裹体经校正的激光拉曼散射峰波数υ_(corr)分布在2910.7793~2911.6131cm~(-1),甲烷包裹体的密度为0.244~0.323g/cm~3。(6)利用CH_4体系状态方程,结合单井埋藏-抬升-热演化史分析,求得涪陵地区焦页A井五峰组、龙马溪组浊积砂段页岩裂缝石英脉中甲烷包裹体的捕获压力分别为92.72~160.64MPa、85.74~162.00MPa,对应的压力系数分别为1.46~2.53、1.37~2.59;焦页B井五峰组、龙马溪组浊积砂段页岩裂缝石英脉中甲烷包裹体的捕获压力分别为99.62~155.50MPa、98.22~157.25MPa,对应的压力系数分别为1.51~2.36、1.52~2.43,说明燕山期构造运动抬升前或初期,涪陵地区焦石坝区块、平桥区块五峰组-龙马溪组页岩层接近最大埋深及裂缝脉体形成时,整个页岩气层处于中等—强超压状态。宜昌地区鄂阳页A井陡山沱组页岩裂缝石英脉中甲烷包裹体的平均捕获压力为88.62~170.16MPa,对应的平均压力系数为1.37~2.64,说明宜昌地区陡山沱组页岩层在埋深的过程中由于热裂解生烃作用而发育超压,整个页岩气层处于中等—强超压状态。
【图文】：

路线图,论文研究,路线图,裂缝脉

通过甲烷包裹体均一温度参数和激光拉曼位移参数，，求取甲烷包裹体的密度范围，然后进一步求取甲烷包裹体的捕获压力，进一步通过结合相应单井的埋藏-抬升-热演化史，求取涪陵地区上奥陶统五峰组、下志留统龙马溪组和宜昌地区下震旦统陡山沱组、下寒武统牛蹄塘组裂缝脉体所处页岩层系的古压力状态，最后通过对比研究同一地区不同深度段页岩层系古压力状态以及今、古压力状态，探讨涪陵和宜昌地区的页岩气保存条件。1.3.3 技术路线本次研究在确定页岩裂缝脉体发育类型及特征的基础上，进一步对裂缝脉体进行阴极发光分析、微量元素地球化学特征分析，以明确成脉流体的期次和来源，然后，对裂缝脉体中发育的流体包裹体进行分类观察、测温分析、拉曼光谱分析，以明确包裹体的均一温度、盐度、密度、捕获压力等基本流体信息，最后结合单井埋藏-抬升-热演化史模拟恢复，以明确裂缝脉体所在页岩层系的古温压状态及裂缝脉体充填时间，所采取的详细技术路线如图 1-1 所示：

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图 2-1 中扬子涪陵地区构造纲要及井位图海西旋回中的柳江运动发生在泥盆纪末期，主要构造表现为地层的整体系遭受了不同程度的分化剥蚀，石炭纪末期，由于受到海西旋回中的云影响，研究区出现了区域性不整合面，石炭系遭到侵蚀。云南运动结束之顶面基本上被准平原化，盆地开始下沉接受沉积。随后的东吴运动造成隆起，上下二叠统之间的地层接触关系为区域性假整合接触。东吴运动13
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P618.13

【参考文献】