川南地区五峰组-龙马溪组黑色页岩储层特征及控制因素

发布时间：2020-08-10 14:39

【摘要】：四川盆地南部地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组发育富有机质黑色页岩,是我国页岩气勘探和开发的重点对象。目前为止,对黑色页岩中脆性矿物的成因、来源以及对孔隙的影响研究较为薄弱,对细粒沉积岩的沉积过程研究也不够深入,成为制约页岩气勘探和开发的瓶颈。本文通过野外露头剖面实测、岩心观察、分析测试及室内综合研究,对川南地区五峰组-龙马溪组黑色页岩矿物学、岩石学、沉积学以及储层地质学特征进行了详细研究。利用X射线衍射、偏光显微镜、硅氧同位素、主微量元素等分析测试手段分析了研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩矿物学特征。研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩矿物成分复杂,包括石英、粘土矿物、方解石、白云石、长石、黄铁矿等。其中,石英来源可分为陆源碎屑石英和生物石英。富陆源碎屑石英页岩δ 3OSi偏负,δ 3OSi 值为-0.34‰～-0.64‰,δ 18O 值为 18.09‰～19.43‰。富生物石英页岩δ 30Si值偏正,为-0.09‰～0.31‰,δ18O值相对较高,为18.75‰～22.14‰。碳酸盐矿物的成因包括内碎屑、生物碎屑、成岩期自生成因和微生物成因。微生物成因的白云石与硫酸盐还原菌密切相关,发育粒内孔,孔隙直径2微米左右,与实验室培养的硫酸盐还原菌菌体大小相近,推测孔隙为白云石形成时硫酸盐还原菌菌体所占据的空间,细菌死亡后成为孔隙。此外,富微生物成因白云石的黑色页岩与相邻页岩相比具有较高盐度,有利于促进微生物白云石的形成。根据矿物成分和成因,提出以陆源碎屑石英+长石、生物石英、碳酸盐矿物和粘土矿物为“四端元”、采用二级命名法对研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩进行分类命名,识别出四大类、十小类岩相:碳酸盐细粒岩类(碳酸盐细粒岩、泥质碳酸盐细粒岩和粉砂质碳酸盐细粒岩)、生物硅细粒岩类(生物硅细粒岩和粘土质生物硅细粒岩)、粘土细粒岩类(生物硅质粘土细粒岩和粘土细粒岩)和混合细粒岩类(粘土混合细粒岩、碳酸盐混合细粒岩和生物硅混合细粒岩)。通过野外露头剖面、岩心和镜下观察,从宏观和微观角度识别了五峰组-龙马溪组黑色页岩的主要沉积构造。研究区五峰-龙马溪组黑色页岩沉积构造类型丰富,主要发育块状构造、水平层理、粒序层理、波状层理、透镜状构造和截切构造。块状构造在各岩相中均有发育;透镜状构造主要发育于生物硅细粒岩和生物硅混合细粒岩中;水平层理发育于生物硅细粒岩类、混合细粒岩类和碳酸盐细粒岩类,在粘土细粒岩类中少见;粒序层理发育于粘土细粒岩、生物硅质粘土细粒岩、泥质混合细粒岩和粉砂质碳酸盐细粒岩中,纹层界面模糊,为正粒序;波状层理发育于粉砂质碳酸盐细粒岩中;截切构造偶见,仅在B1井中发现。本文利用氩离子抛光、场发射扫描电镜、氮气吸附、压汞和CT扫描等分析测试手段,定性和定量表征了研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩储集空间特征,分析了脆性矿物对页岩孔隙的影响。研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩发育粒内孔隙、粒间孔隙、有机质孔隙和裂缝。粒内孔隙发育于草莓状黄铁矿、粘土矿物、方解石和白云石颗粒内部,多为次生孔隙。粒间孔隙在石英、长石、方解石、白云石以及粘土矿物絮凝颗粒间都有发育,其中在石英颗粒边缘最为发育。裂缝类型主要包括构造缝、页理缝、微裂缝和有机质收缩缝。有机质孔隙和碳酸盐矿物粒内孔隙是页岩介孔的主要来源,而有机质孔隙和与石英相关的粒间孔隙是页岩宏孔的主要来源。由于碳酸盐矿物在较小孔隙中沉淀需要达到更高的浓度,因此较小的碳酸盐矿物粒内孔更容易保存下来。首次在研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩中识别出重力流成因的粉砂质碳酸盐细粒岩,主要由粉砂级陆源碎屑石英和粉晶白云石组成,可见粒序层理,为低密度浊流沉积。在粉砂质碳酸盐细粒岩中,陆源碎屑石英颗粒直径50-110微米,呈棱角-次棱角状,其含量在研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩中最高。受后期成岩作用影响,大部分粉晶白云石颗粒边缘不清晰。与上覆和下伏黑色页岩相比,低密度浊流成因的粉砂质碳酸盐细粒岩游离气含量和总含气量有明显的升高。综合分析认为有机碳含量、岩相、沉积环境和成岩作用是影响研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩储层的主要因素。当黑色页岩有机质含量相近时,无机孔隙对页岩含气性的影响要大于有机质孔隙。生物硅细粒岩、粘土质生物硅细粒岩和生物硅混合细粒岩有机碳含量高,储层物性好,含气性较好,游离气含量高,是研究区最有利的储层,其次为低密度浊流成因的粉砂质碳酸盐细粒岩。对研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩孔隙影响较大的成岩作用包括压实作用、胶结作用和溶蚀作用,碳酸盐矿物胶结作用对研究区内五峰组-龙马溪组黑色页岩中的宏孔起破坏性作用,而溶蚀作用则使碳酸盐矿物粒内溶蚀孔隙(主要为介孔)发育。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P618.13
【图文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｐｏｒｅ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｓｃｈｅｍｅ邋ｏｆ邋ｓｈａｌｅ邋（ａｆｔｅｒ邋Ｌｏｕｃｋｓ，邋２０１２）逡逑隙的两分观点［１４］。陈一鸣等［１５］将页岩储层孔隙类型划分为矿物质孔、粒间孔、逡逑有机质孔隙、化石孔及微裂缝５类。Ｌｏｕｃｋｆ６］等提出了一个泥页岩储层基质孔隙逡逑三端元分类方案，把基质孔隙分成粒间孔隙、粒内孔隙和有机质孔隙３种基本类逡逑型，前两种孔隙类型与矿物基质有关，第三种类型与有机质有关，奠定了目前主逡逑流的页岩孔隙分类依据（图１．２）。逡逑１．２．１．２页岩孔隙研究方法逡逑由于泥页岩孔渗极差，常规储层研究方法和测试手段在泥页岩的研宄中不能逡逑得到有效的应用。近年来，借助于聚焦离子束ＦＩＢ、氩离子抛光－扫描电子显微逡逑镜、场发射高分辨率扫描电子显微镜、ＣＴ扫描和气体吸附等先进技术，人们开逡逑始通过定量表征和定性表征两种方法研究页岩孔隙（图１．３）。逡逑页岩孔隙的定性研究可采用的仪器和手段包括原子力显微镜（ＡＦＭ）、场逡逑－

Ｉ邋１０逦１邋１０邋°逦１邋１０邋＊逦１邋１０邋２逦１邋１０邋５逦１邋１０邋４逦１邋１０邋５逡逑孔隙直径（ｎｍ）逡逑图１．４高压压汞－氮气吸附－二氧化碳吸附表征孔径分布逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｐｏｒｅ邋ｓｉｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕａｔｉｏｎ邋ｆｒｏｍ邋ｎｉｔｒｏｇｅｎ邋ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｍｅｒｃｕｒｙ邋ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ逡逑５逡逑

其分类方案一直存在争议。Ｄｏｔｔ基于流变学特征将其分为粘性流逡逑体流（池流）和塑性流（碎屑流）两大类［１Ｇ３］；邋Ｍｉｄｄｌｅｔｏｎ和Ｈａｍｐｔｏｎ按支撑机制逡逑将其分为颗粒流、泥石流（或碎屑流）、液化沉积物流和浊流［１Ｇ４－１（）５］（图１．５）；逡逑Ｌｏｗ［１ＱＷ（）７］综合前两种分类方案的优点，根据流体的流变学特征和颗粒支撑基质逡逑将沉积物重力流划为浊流、流体流、液化流、颗粒流、泥流或粘性碎屑流，颗粒逡逑流由颗粒间的相互碰撞作用所产生的分散应力支撑，碎屑流沉积物中的较粗颗粒逡逑由基质支撑，液化物流由颗粒间逸出的向上运动的流体支撑，浊流由流体湍流支逡逑撑，并且将浊流进一步划分为高密度浊流和低密度浊流，在一定条件下各种流体逡逑可以发生转化；Ｓｈａｎｍｕｇａｍ％８］基于流变学特征将沉积物重力流分为牛顿流体和逡逑塑性流体两类，认为高密度浊流并非单一流体，由下部的砂质碎屑流和上部的低逡逑密度浊流组成，并在Ｓｈｕｌｔｚ分类的基础上增加了砂质碎屑流和泥质碎肩流（图逡逑１．６）。逡逑

本文编号：2788213