沉积环境对页岩气储层的控制作用_以中下扬子区下寒武统筇竹寺组为例_王阳
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2 沉积环境控制下的储层发育特征
2． 1 页岩厚度与总有机碳含量发育特征 不同的富有机质泥页岩类型形成于不同的沉积
环境,古水深、沉积类型、古气候等直接影响其发育特 征,而沉积环境是影响研究区富有机质泥页岩发育的 主控因素。 富有机质泥页岩在横、纵向上明显受沉积 相带变迁的控制,即在不同的沉积相带中富有机质泥 页岩的发育不同。
早寒武世筇竹寺期沉积时,海水由西南入侵,在 中下扬子地区沉积了浅海—深海相的沉积环境( 图 1)。 研究区江苏范围内主要以扬子海沉积环境为 主,在宁镇和盱眙洪泽一带发育黑色炭质页岩、砂质 页岩夹石煤层,含磷结核、黄铁矿炭质、硅质较高;往 东南方向,海水逐渐加深,海侵自南西向北东逐渐扩 大,海水浸没到江山—绍兴和杭州—嘉兴一带,形成 静水滞流海盆和平缓斜坡环境。 在浙江江山—临安 一带沉积了黑色炭质页岩、炭质硅质页岩、石煤及薄 层灰岩,水平层理发育,反映了滞流盆地相沉积。 安
国内外页岩气地质研究表明,页岩气是一种自生 自储的连续型气藏[1-2] ,储层研究是页岩气基础地质 研究的重要组成部分[3-4] 。 页岩储层研究的重点包 括矿物类型与含量、孔隙度和渗透率、储集空间特征 和储层含气性等方面[5-6] 。 其中,沉积环境不仅控制 了泥页岩的厚度、分布面积、有机碳含量等特征,沉积 相还严重影响沉积岩石类型以及岩石的矿物组成,而 岩石类型以及矿物组成差异又决定着储层物性发育 的特点,进而影响页岩气的成藏。 目前,对就此问题 尚未开展充足的研究。 因此,研究沉积环境对储层发 育的控制作用对于分析页岩气成藏机理以及资源评 价等具有重要的理论指导意义。 笔者选取中下扬子 地区下寒武统筇竹寺组黑色页岩为研究对象,研究沉 积环境对页岩气储层的控制作用。
DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2013.05.022
第 38 卷第 5 期 2013 年 5 月
煤 炭 学 报 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
文章编号:0253-9993(2013)05-0845-06
Vol. 38 No. 5 May 2013
(1． Key Laboratory of CBM Resource & Reservoir Strata Process,Ministry of Education,China University of Mining & Technology,Xuzhou 221008,China; 2． School of Resources and Earth Science,China University of Mining & Technology,Xuzhou 221116,China)
徽扬子海沉积范围内的东至歙县、滁州、宿松一带为 硅泥质型深水盆地相沉积,岩石呈深灰色,代表强还 原环境。 在湖南凤凰—吉首—常德一线西北及整个 湖北省地区,筇竹寺组下部岩性以炭质页岩为主夹灰 岩或白云质灰岩,上部发育灰绿色页岩夹钙质页岩及 泥灰岩,指示为次深海—宽阔的浅海陆架环境沉积, 在强还原、滞流及海盆缓慢沉降条件下,生活了大量 藻类[8-9] 。
Sedimentary environment control on shale gas reservoir:A case study of Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Middle Lower Yangtze area
WANG Yang1,2 ,CHEN Jie1,2 ,HU Lin1,2 ,ZHU Yan-ming1,2
授。 Tel:0516-83591000,E-mail:yanmingzhu@ sohu. com
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煤 炭 学 报
2013 年第 38 卷
Key words:sedimentary environment;shale gas;reservoir characteristics;Qiongzhusi Formation;Middle Lower Yangtze area
图 1 中下扬子区早寒武世筇竹寺期岩相古地理图[7-9] Fig． 1 The lithofacies paleogeographic map of Lower Cambrian
Qiongzhusi Formation in the Middle Lower Yangtze area
研究表明,中下扬子早寒武世筇竹寺期主要发育 缓坡、陆棚、深海—次深海盆地和陆坡等 4 种沉积相, 进而分为泻湖、平缓斜坡、浅水陆棚、深水陆棚和深水 滞留盆地等 5 种沉积亚相。 其中筇竹寺组富有机质 泥页岩主要发育于陆棚相和深海—次深海滞留盆地 相中。
1 地质概况与沉积背景
中下扬子区北临秦岭构造带,南依江南构造带, 西联四川盆地,东望太平洋板块,是指勉阳—略阳断 裂带、郯庐断裂带和五莲—荣城断裂带以南,江山— 绍兴断裂带以北,齐岳山断裂带以东的陆上部分,面 积约 40×104 km2 。
中下扬子地区的寒武纪不是一个独立的构造演 化单元,而是同整个南方寒武纪有着紧密的联系,南 方寒武纪基底为晚元古代前的陆壳,进入寒武纪,扬 子沉积区以台地沉积为主体,北部为南秦岭海槽深水 区,南部边 缘 有 一 斜 坡 过 渡 带 与 华 南 海 深 水 盆 地 过 渡。 东、西发育有两大陆地,即东南部的华夏古陆和 西部的康滇古陆,此外还发育有规模较小陆地。 因此 南方寒武纪沉积时的古地理格局表现为北高南低,扬 子区总体以台地为背景,西部及东南部受康滇古陆和 华夏古陆的制约,南部由东南斜坡与华南海相连,纵 向上表现为一个进积序列[7] 。
收稿日期:2013-02-17 责任编辑:常 琛 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973) 资助项目(2012CB214702) ;国家自然科学基金资助项目(41272155) 作者简介:王 阳(1989—) ,男,江苏镇江人,博士研究生。 E - mail:wangycumt@ 163． com。 通讯作者:朱炎铭(1963—) ,男,江苏丹阳人,教
Abstract:According to the assumption of “ deposition control facies,facies control reservoir” ,based on field investigation,experimental test and previous research results,a study was performed to investigate the characteristics of shale reservoir controlled by the sedimentary environment of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Middle Lower Yangtze area. The studies show that the organic-rich shale is mainly developed in the shelf facies and deep-sea retention basin facies,the thickness of deposition center is up to 100 -180 m with the maximum organic carbon content of 18． 7% ,and the average organic carbon content is 5． 07% . The major lithologies include organic-rich carboniferous shale,siliceous shale,silty shale and calcareous shale under anoxic environment. The minerals of the shale are mainly quartz( average 64． 97% ) and clays( average 23． 66% ) . A large number of intergranular holes of pyrite under the anoxic environment,microporosity produced by hydrocarbon generation in organic matter,microporosity between layers of clay minerals and micro-cracks controlled by brittle mineral provide a good reservoir space for shale gas. Therefore,the studies on the development of reservoir characteristics under the control of the environment will provide a substantial basis for shale distribution,organic matter abundance,reservoir space and favorable area evaluation in shale gas exploration and development.
通过野外调研、室内分析测试以及结合前人研究 成果可知,中下扬子富有机质泥页岩主要存在 3 个沉
第5 期
王 阳等:沉积环境对页岩气储层的控ห้องสมุดไป่ตู้作用
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积中心,分别为湖南桑植—永顺地区、江苏扬州—盐 城地区以及安徽黟县—黄山地区,基本上呈北东向展 布,沉积中心富有机质泥页岩厚度一般可达 100 ~ 180 m。 全区有机碳含量( TOC) 最高可达 18． 7% ,平 均达到 5． 07% 。 其中,中扬子宜昌、张家界等地区页 岩样 品 有 机 碳 含 量 介 于 0． 3% ~ 18． 2% , 平 均 为 5． 3% ;下扬子区页岩介于 0． 2% ~ 18． 8% ,平均可达 5． 25% 。 在平面上,厚度、TOC 含量等值线展布与沉 积相带的分布密切相关,均呈北东向,而且随着海水 由北西向南东的加深,页岩有效厚度由北西向南东呈 递增的趋势,有机质在水深较大的地区更容易富集和 保存,TOC 高值区与厚度高值区重叠 ( 图 1 ) 。 纵向 上,下寒武统筇竹寺组黑色页岩的下段沉积于生物生 产率较高的缺氧环境,但往上随着缺氧环境逐渐变 差,底部黑色页岩中的 TOC 含量较高,往上逐渐减小 (图 2)。
沉积环境对页岩气储层的控制作用
———以中下扬子区下寒武统筇竹寺组为例
王 阳1,2 ,陈 洁1,2 ,胡 琳1,2 ,朱炎铭1,2
(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 221008;2． 中国矿业大学 资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116)
摘 要:以“沉积控相,相控储层” 为研究思路,基于野外露头实测、室内试验测试以及结合前人研 究成果,探讨中下扬子区下寒武统筇竹寺组沉积环境对页岩气储层的控制作用。 研究表明:中下扬 子区下寒武统筇竹寺组富有机质泥页岩主要发育于陆棚相和深海—次深海滞留盆地相中,沉积中 心页岩厚度可达 100 ~ 180 m,有机碳含量( TOC) 最高可达 18． 7% ,平均达到 5． 07% ;静水缺氧还原 沉积环境岩石类型主要以富含有机质的炭质页岩、硅质页岩、粉砂质页岩以及钙质页岩为主,页岩 矿物成分以石英( 平均达 64． 97% ) 和黏土矿物( 平均达 23． 66% ) 为主;缺氧还原环境下沉积的大 量黄铁矿形成的黄铁矿晶间孔、有机质生烃形成的微孔隙、黏土矿物层间微孔隙以及脆性矿物控制 的微裂缝为页岩气提供了良好的储集空间。 沉积环境控制下储层发育特征的研究可为页岩展布、 有机质丰度、储集空间以及后期有利区评价等研究提供基础。 关键词:沉积环境;页岩气;储层特征;中下扬子区;筇竹寺组 中图分类号:P618． 13 文献标志码:A
2． 1 页岩厚度与总有机碳含量发育特征 不同的富有机质泥页岩类型形成于不同的沉积
环境,古水深、沉积类型、古气候等直接影响其发育特 征,而沉积环境是影响研究区富有机质泥页岩发育的 主控因素。 富有机质泥页岩在横、纵向上明显受沉积 相带变迁的控制,即在不同的沉积相带中富有机质泥 页岩的发育不同。
早寒武世筇竹寺期沉积时,海水由西南入侵,在 中下扬子地区沉积了浅海—深海相的沉积环境( 图 1)。 研究区江苏范围内主要以扬子海沉积环境为 主,在宁镇和盱眙洪泽一带发育黑色炭质页岩、砂质 页岩夹石煤层,含磷结核、黄铁矿炭质、硅质较高;往 东南方向,海水逐渐加深,海侵自南西向北东逐渐扩 大,海水浸没到江山—绍兴和杭州—嘉兴一带,形成 静水滞流海盆和平缓斜坡环境。 在浙江江山—临安 一带沉积了黑色炭质页岩、炭质硅质页岩、石煤及薄 层灰岩,水平层理发育,反映了滞流盆地相沉积。 安
国内外页岩气地质研究表明,页岩气是一种自生 自储的连续型气藏[1-2] ,储层研究是页岩气基础地质 研究的重要组成部分[3-4] 。 页岩储层研究的重点包 括矿物类型与含量、孔隙度和渗透率、储集空间特征 和储层含气性等方面[5-6] 。 其中,沉积环境不仅控制 了泥页岩的厚度、分布面积、有机碳含量等特征,沉积 相还严重影响沉积岩石类型以及岩石的矿物组成,而 岩石类型以及矿物组成差异又决定着储层物性发育 的特点,进而影响页岩气的成藏。 目前,对就此问题 尚未开展充足的研究。 因此,研究沉积环境对储层发 育的控制作用对于分析页岩气成藏机理以及资源评 价等具有重要的理论指导意义。 笔者选取中下扬子 地区下寒武统筇竹寺组黑色页岩为研究对象,研究沉 积环境对页岩气储层的控制作用。
DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2013.05.022
第 38 卷第 5 期 2013 年 5 月
煤 炭 学 报 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
文章编号:0253-9993(2013)05-0845-06
Vol. 38 No. 5 May 2013
(1． Key Laboratory of CBM Resource & Reservoir Strata Process,Ministry of Education,China University of Mining & Technology,Xuzhou 221008,China; 2． School of Resources and Earth Science,China University of Mining & Technology,Xuzhou 221116,China)
徽扬子海沉积范围内的东至歙县、滁州、宿松一带为 硅泥质型深水盆地相沉积,岩石呈深灰色,代表强还 原环境。 在湖南凤凰—吉首—常德一线西北及整个 湖北省地区,筇竹寺组下部岩性以炭质页岩为主夹灰 岩或白云质灰岩,上部发育灰绿色页岩夹钙质页岩及 泥灰岩,指示为次深海—宽阔的浅海陆架环境沉积, 在强还原、滞流及海盆缓慢沉降条件下,生活了大量 藻类[8-9] 。
Sedimentary environment control on shale gas reservoir:A case study of Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Middle Lower Yangtze area
WANG Yang1,2 ,CHEN Jie1,2 ,HU Lin1,2 ,ZHU Yan-ming1,2
授。 Tel:0516-83591000,E-mail:yanmingzhu@ sohu. com
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煤 炭 学 报
2013 年第 38 卷
Key words:sedimentary environment;shale gas;reservoir characteristics;Qiongzhusi Formation;Middle Lower Yangtze area
图 1 中下扬子区早寒武世筇竹寺期岩相古地理图[7-9] Fig． 1 The lithofacies paleogeographic map of Lower Cambrian
Qiongzhusi Formation in the Middle Lower Yangtze area
研究表明,中下扬子早寒武世筇竹寺期主要发育 缓坡、陆棚、深海—次深海盆地和陆坡等 4 种沉积相, 进而分为泻湖、平缓斜坡、浅水陆棚、深水陆棚和深水 滞留盆地等 5 种沉积亚相。 其中筇竹寺组富有机质 泥页岩主要发育于陆棚相和深海—次深海滞留盆地 相中。
1 地质概况与沉积背景
中下扬子区北临秦岭构造带,南依江南构造带, 西联四川盆地,东望太平洋板块,是指勉阳—略阳断 裂带、郯庐断裂带和五莲—荣城断裂带以南,江山— 绍兴断裂带以北,齐岳山断裂带以东的陆上部分,面 积约 40×104 km2 。
中下扬子地区的寒武纪不是一个独立的构造演 化单元,而是同整个南方寒武纪有着紧密的联系,南 方寒武纪基底为晚元古代前的陆壳,进入寒武纪,扬 子沉积区以台地沉积为主体,北部为南秦岭海槽深水 区,南部边 缘 有 一 斜 坡 过 渡 带 与 华 南 海 深 水 盆 地 过 渡。 东、西发育有两大陆地,即东南部的华夏古陆和 西部的康滇古陆,此外还发育有规模较小陆地。 因此 南方寒武纪沉积时的古地理格局表现为北高南低,扬 子区总体以台地为背景,西部及东南部受康滇古陆和 华夏古陆的制约,南部由东南斜坡与华南海相连,纵 向上表现为一个进积序列[7] 。
收稿日期:2013-02-17 责任编辑:常 琛 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973) 资助项目(2012CB214702) ;国家自然科学基金资助项目(41272155) 作者简介:王 阳(1989—) ,男,江苏镇江人,博士研究生。 E - mail:wangycumt@ 163． com。 通讯作者:朱炎铭(1963—) ,男,江苏丹阳人,教
Abstract:According to the assumption of “ deposition control facies,facies control reservoir” ,based on field investigation,experimental test and previous research results,a study was performed to investigate the characteristics of shale reservoir controlled by the sedimentary environment of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Middle Lower Yangtze area. The studies show that the organic-rich shale is mainly developed in the shelf facies and deep-sea retention basin facies,the thickness of deposition center is up to 100 -180 m with the maximum organic carbon content of 18． 7% ,and the average organic carbon content is 5． 07% . The major lithologies include organic-rich carboniferous shale,siliceous shale,silty shale and calcareous shale under anoxic environment. The minerals of the shale are mainly quartz( average 64． 97% ) and clays( average 23． 66% ) . A large number of intergranular holes of pyrite under the anoxic environment,microporosity produced by hydrocarbon generation in organic matter,microporosity between layers of clay minerals and micro-cracks controlled by brittle mineral provide a good reservoir space for shale gas. Therefore,the studies on the development of reservoir characteristics under the control of the environment will provide a substantial basis for shale distribution,organic matter abundance,reservoir space and favorable area evaluation in shale gas exploration and development.
通过野外调研、室内分析测试以及结合前人研究 成果可知,中下扬子富有机质泥页岩主要存在 3 个沉
第5 期
王 阳等:沉积环境对页岩气储层的控ห้องสมุดไป่ตู้作用
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积中心,分别为湖南桑植—永顺地区、江苏扬州—盐 城地区以及安徽黟县—黄山地区,基本上呈北东向展 布,沉积中心富有机质泥页岩厚度一般可达 100 ~ 180 m。 全区有机碳含量( TOC) 最高可达 18． 7% ,平 均达到 5． 07% 。 其中,中扬子宜昌、张家界等地区页 岩样 品 有 机 碳 含 量 介 于 0． 3% ~ 18． 2% , 平 均 为 5． 3% ;下扬子区页岩介于 0． 2% ~ 18． 8% ,平均可达 5． 25% 。 在平面上,厚度、TOC 含量等值线展布与沉 积相带的分布密切相关,均呈北东向,而且随着海水 由北西向南东的加深,页岩有效厚度由北西向南东呈 递增的趋势,有机质在水深较大的地区更容易富集和 保存,TOC 高值区与厚度高值区重叠 ( 图 1 ) 。 纵向 上,下寒武统筇竹寺组黑色页岩的下段沉积于生物生 产率较高的缺氧环境,但往上随着缺氧环境逐渐变 差,底部黑色页岩中的 TOC 含量较高,往上逐渐减小 (图 2)。
沉积环境对页岩气储层的控制作用
———以中下扬子区下寒武统筇竹寺组为例
王 阳1,2 ,陈 洁1,2 ,胡 琳1,2 ,朱炎铭1,2
(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 221008;2． 中国矿业大学 资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116)
摘 要:以“沉积控相,相控储层” 为研究思路,基于野外露头实测、室内试验测试以及结合前人研 究成果,探讨中下扬子区下寒武统筇竹寺组沉积环境对页岩气储层的控制作用。 研究表明:中下扬 子区下寒武统筇竹寺组富有机质泥页岩主要发育于陆棚相和深海—次深海滞留盆地相中,沉积中 心页岩厚度可达 100 ~ 180 m,有机碳含量( TOC) 最高可达 18． 7% ,平均达到 5． 07% ;静水缺氧还原 沉积环境岩石类型主要以富含有机质的炭质页岩、硅质页岩、粉砂质页岩以及钙质页岩为主,页岩 矿物成分以石英( 平均达 64． 97% ) 和黏土矿物( 平均达 23． 66% ) 为主;缺氧还原环境下沉积的大 量黄铁矿形成的黄铁矿晶间孔、有机质生烃形成的微孔隙、黏土矿物层间微孔隙以及脆性矿物控制 的微裂缝为页岩气提供了良好的储集空间。 沉积环境控制下储层发育特征的研究可为页岩展布、 有机质丰度、储集空间以及后期有利区评价等研究提供基础。 关键词:沉积环境;页岩气;储层特征;中下扬子区;筇竹寺组 中图分类号:P618． 13 文献标志码:A