中上扬子地区下古生界页岩气特征

二、富集条件
• 一、烃原岩有机质地球化学特征 1、有机质丰度 2、厚度 3、类型 4、成熟度 • 储集条件 1、矿物组成 2、裂缝发育
一、地球化学特征
• 标准A——有机碳含量（TOC）
• A
ＴＯＣ高
生气潜力大
含气率高
• B
ＴＯＣ高
大量微孔隙
吸附率高
有潜力的页岩气源岩的下限
• TOC=0.5%
• 中寒武世----早奥陶世稳定发展期, 发育了碳酸盐台地和蒸 发岩。 • 中奥陶世----早志留世为中上扬子的挤压期[ 11 ] ,中上扬子 克拉通转为局限浅海; 晚奥陶世末的都匀运动使黔中隆起 基本定型, 江南-雪峰隆起已具雏形, 上奥陶统五峰组-下志 留统龙马溪组只分布在不受都匀运动影响的地区。夹持在 川中、黔中、江南(雪峰)三大古隆起之间[ 12] 的川东北、 川东鄂西、川南3个隆后局限浅海盆地, 沉积了两套黑色页 岩烃源岩。此后, 边缘隆起和基底提供碎屑物, 形成碎屑岩 储层和局限环境的泥质岩盖层
构造特征
• 上扬子地区在早寒武世，盆地类型以克拉通盆地、 克拉通边缘盆地和被动大陆边缘盆地为主( 图 4) ， 整体呈现出古斜坡背景，这是高有机质丰度泥页 岩，特别是碳质 － 硅质页岩，发育的有利场所。 下寒武统沉积时，上扬子地区西有川中古隆起， 东有鄂中古陆，这样的古构造格局对上扬子地区 下寒武统富有机质泥页岩的形成是很有利的。一 方面，在这两大高地貌单元之间的洼地，为深水 陆棚沉积环境，利于暗色细粒沉积物发育; 另一方 面，古隆起对海水的循环有很大制约，在隆起背 后形成广泛的滞留环境，有利于有机质的保存。
• 筇竹寺组主要由深灰色—黑色炭质页岩、钙质页岩、硅质 页岩、粉砂质页岩和粉砂岩组成。据野外地质调查可知， 筇竹寺组页岩自上而下颜色由深灰色变为黑色，砂质减少， 偶夹碳酸盐岩，页理逐渐发育，至底部有机质富集而成黑 色“炭质页岩”，局部含少量黄铁矿、菱铁矿结核及磷质 结核，含有丰富的三叶虫、腕足类、海绵骨针等生物化石， 并且富含硅质透镜体。
孔裂隙特征
页岩微孔隙和微裂隙非常发育，孔隙类型丰富 ，有矿物间 微孔隙、黏土片间微缝隙与微孔隙、矿物颗粒溶蚀铸模微 孔隙、溶蚀杂基内孔隙、粒内溶蚀微孔隙以及微裂缝等。
吸附性特征
页岩对页岩气的吸附能力直接决定吸附气的大小，页岩组 成、孔隙裂缝度、孔隙结构、温度、压力等对控制页岩的 吸附能力具有明显的控制作用。 筇竹寺组黑色页岩等温吸附测试的吸附气含量在0.23 ～ 1. 79 cm3/ g，平均为0. 80 cm3/ g，具有较强的吸附能力。
研究年代分成三个板块：
寒武统筇竹寺组 奥陶统五峰组 志留统龙马溪组
寒武统筇竹寺组
构造沉积特征
沉积特征 中上扬子地区下寒武统筇竹寺组发育了一套富含有机质组 分以藻类为主的植物型和以被囊和海绵为主的动物型的烃 源岩，沉积厚度大、有机碳含量高，在以往的钻探中普遍 见到放空、井漏、气侵等气体显示，表明筇竹寺组存在良 好的页岩气资源。
• 第2 种途径:生物成因 气。一般指页岩在成 岩的生物化学阶段直 接由细菌降解而成的 气体,也有气藏经后期 改造而成的生物气
扬子克拉通盆地成气演化简史
• 震旦纪----早寒武世的拉张期, 中上扬子克拉通内和克拉通 边缘表现为裂解, 形成地垒、地堑式盆地结构[ 11] , 控制了 冰消后的碳酸盐盖帽和早期黑色页岩沉积, 构造背景也有 利于富烃盆地的形成。震旦世冰消后的海平面上升, 沉积 了陡山沱组潮坪相黑色页岩烃源岩, 这是下古生界第一套 烃源岩; 早寒武世, 中上扬子地区西有川中水下古隆起, 东 有鄂中古陆, 环绕这两个古隆起周缘, 发育了川北、川东鄂西、川南、湘黔4个浅水陆棚区[ 12] , 沉积了筇竹寺组黑 色炭质页岩烃源岩。
• 在龙马溪组沉积以后的演化过程中，中上扬子地区受挤压 与碰撞作用经历“早降晚抬 ”型隆升演化模式。具体表现 为：早志留世到晚志留世处于短暂的沉降状态，早泥盆世 到晚石炭世发生抬升，其后除中二叠世有沉积间断外，总 体仍然持续沉降直到白垩纪末；白垩纪末期以后一直处于 快速抬升状态，总体表现为早期沉降、中期深埋 晚期隆升、 沉降期长、隆升期短的特点。（图4）
பைடு நூலகம்
• 地理位置
• 这套泥页岩是在鲁丹期冰川消融期海平面快速上 升时沉积的，受台地古地形的影响，厚层富烃泥 页岩主要分布在川东、湘西及鄂东地区。
• 大地构造分区
• 中奥陶世到志留纪时期，在扬子陆块的北缘，秦 岭洋沿商丹断裂带向华北陆块俯冲，华北陆块与 扬子陆块碰撞相接，扬子陆块北缘由原来的被动 大陆边缘盆地转为活动大陆边缘前陆盆地；
中上扬子地区下古生界页岩气特征分析
什么是页岩气？
• 页岩气是指以热成熟作用或连续的生物作用为主以及两者 相互作用生成的聚集在烃源岩中的天然气。页岩气以游离 相存在于天然裂缝与粒间孔隙中，吸附在干酪根或粘土颗 粒表面，溶解于干酪根和沥青里。
页岩产气机理与赋存形式
•
天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离,具有与煤层气大致相同的 机理过程。如图1所示,通过生物作用或热成熟作用所产生的天然气首 先满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要, 此时所形成的页岩气主要 以吸附状态赋存于页岩内部。当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱 和时,富裕的页岩气解吸进入基质孔隙。随着天然气的大量生成,页岩 内压力升高,出现造隙及排出,游离状天然气进入页岩裂缝中并聚积。
页岩气成因
• 第1 种途径:热裂解成因气。页岩中热成因气的形成有3 个 途径(图2) : • ①干酪根分解成气体和沥青; • ②沥青分解成油和气体(步骤1 和步骤2 为初次裂解) ; • ③油分解成气体、高含碳量的焦炭或者沥青残余物(二次 裂解) 。 • 最后一个步骤主要取决于系统中油的残余量和储层的吸附 作用。
矿物成分特征
• 页岩气储层矿物成分研究对页岩气地质资源评价、成藏机 理分析及开发均具有重要意义。筇竹寺组黑色页岩中脆性 矿物含量较高，为 40. 0% ～ 80. 8%，其 中 石 英 含 量 最 高，占28. 0% ～ 70. 0% ，钾长石和斜长石含量为 0. 5% ～ 20. 3% ，方解石含量为 1. 9% ～ 24. 3% ，有利于工业开发; 黏土矿物含量为 21. 1% ～ 56. 4%，伊利石56. 0% ～ 93. 0% 、绿泥石 12. 0% ～ 27. 5% 、高岭石0 ～ 12. 0% ，不 含蒙脱石。
• 局限浅海相带几乎遍及整个中上扬子沉积区,沉积的黑色岩 系厚度薄且分布稳定,生物以笔石占绝对优势。
岩性特征
• 主要为黑色页岩、炭质页岩、硅质页岩、粉砂质页岩,上部 见少量泥灰岩,富含笔石(图3), 含硅质岩和放射虫,为低能沉 积环境,是扬子地区重要的生油岩系,分布稳定。
2.2.4 烃源岩厚度
• 奥陶系五峰组虽然厚度较薄,一般厚仅数米至十数米,但由 于它与其上的志留系龙马溪组烃源岩形成叠置,厚度一般可 达100~700m
有机质成熟度
• 下寒武统筇竹寺组黑色泥岩埋深介于 2 500 ～4 000 m，经 历了多期构造生烃演化，故热演化程度总体表现较高，Ｒ o值可达 2. 0% ～4. 0%，川西南较低为 2. 0% ～3. 0% ，四 川盆地内 Ｒo值为 2. 0% ～ 4. 0%，渝东—鄂西区、湘鄂西 区 Ｒo值为3. 0% ～4. 0%( 图1) ，均属于高—过成熟阶段。
页岩气形成地质条件：
• 1烃源岩特征 • 2储层特征
1、烃源岩特征
有机质类型及丰度 筇竹寺组黑色泥页岩有机碳含量高，大致位于 0. 5% ～4. 0% ，平均 1. 92% ～ 2. 35% ，个别样品的 TOC 值在10% 以上，有机质类型以 Ⅰ 型为主，其次为 Ⅱ1型。
2、储层特征
• 矿物成分特征 • 孔裂隙特征 • 吸附性特征
结论：总有机碳含量在0.5%~4.0%，大于有潜力的页岩气 源岩的下限0.5%，因此此地层具有良好的生气能力。但是 相较于美国五地区的页岩而言，我国页岩TOC含量较小。
一、地球化学特征
• 标准B——页岩的厚度 • 页岩的厚度越大，越有利于页岩气成藏，也越能增强页岩 的封盖能力。 • 下限为9m
• 结论：页岩厚度在500~1250m,大于9m，,因此，从厚度角 度而言，此地层具有良好的页岩气形成条件。而且相较于 美国五个地区的页岩而言，我国页岩厚度更大，具有更强 的封盖能力、保存能力。
寒武统页岩气有利富集带
编制下寒武统筇竹寺组页岩气有利区分布图( 图 1) ，最有 利发育区位于四川盆地和米仓山—大巴山前陆以及渝东、 黔北、湘西—江南隆起北缘一线，主要分布在川南的威 远—兴文、川东北通江—渝北巫溪、渝东黔江、黔北—黔 中的贵阳—麻江、湘鄂西的恩施—建始和桑植—石门等地 区。
奥陶统五峰组
有机质成熟度
• 上扬子地区Ro值为2. 79% ~3. 98% • 中扬子地区Ro值一般小于2. 0%
• 中上扬子地区下古生界的富有机质页岩层 均已达到过成熟干气阶段,与国外产气页岩 层相比,显得成熟度过高。
奥陶系五峰组页岩气优选区
• 中上扬子地区下古生界奥陶系页岩气发育较好地段为四川 盆地及周缘，附表四川盆地及周缘地区五峰——龙马溪组 页岩基本特征（表1）最为有利的地区为川南复合构造带， 盆地内地层埋深适中，封闭较条件好。其次有利的地区是 川东——鄂西过渡带，该区向斜构造带导致五峰组——龙 马溪组埋深适中。再次是鄂西——渝东南地区，该区埋藏 较浅，有机碳含量较高，有效厚度也合适，但剥蚀区太多， 构造复杂，断裂发育，对页岩气的保存有一定破坏作用， 而且主要是山地，勘探开发难度较大，因此需要加强进一 步的研究和论证。
地质背景
• 奥陶纪——志留纪为俯冲拼合发育阶段, 沉积环境为克拉 通、周缘前陆及前陆隆起上的坳陷沉积。
• 区内主要发育奥陶系的五峰组地层，为海 相富有机质笔石页岩，区域分布稳定, 岩性 基本特征与美国主要产气页岩特征相似。
分布特征
• 晚奥陶世五峰期——志留纪早期, 海水再次 大规模侵人上扬子区,沉积体系继承了早寒 武世的沉积体系。中上扬子海域被古隆起 围限,为一局限海盆,海域面积缩小。
华南洋
向西俯冲
华北陆块
碰撞
前陆盆地
前陆隆起
2、构造-沉积演化特征
• 龙马溪组沉积早期，正处于冈瓦纳大陆，冰川消 融期 ，全球海平面快速上升; • 同时，在中上扬子地区形成较深水的陆棚沉积环 境，沉积了龙马溪组富含有机质的黑色碳质页岩、 含碳质泥页岩和泥页岩等。随后相对海平面开始 下降，沉积水体变浅，沉积为灰色、灰绿色粉砂 质泥页岩及泥质粉砂岩。
储层
• 边缘隆起和基底提供碎屑物,形成碎屑岩储层,主要为黑色 硅质页岩、泥质页岩和炭质页岩。
盖层
奥陶系五峰组页岩气的上覆盖层同其储层的物质来源相同 也为边缘隆起和基底提供碎屑物,形成局限环境的泥质岩盖 层。
有机质丰度及类型
• 上奥陶统五峰组烃源岩分布遍及整个扬子地区,有机质丰度 高 • 有机碳含量为0. 29% ~4. 54%,以大于1. 5%为主, 氯仿沥青 “A”含量为12~191×10-6,有机质类型以腐泥型(Ⅰ)为主,次 为腐殖腐泥型(Ⅱ1),具有形成页岩气藏的优越条件。
一：地球化学特征
• 标准C——有机质类型 • Ⅰ型与Ⅱ型为主，也有部分Ⅲ型
地球化学特征
• 标准D——有机质成熟度 • 热成因型气藏——１．１％≤Ｒｏ＜３％ • 生物成因型气藏——Ｒｏ≤０．８％
志留统龙马溪组
一、构造分析
• ——地理位置及大地构造分区
• ——构造—沉积演化特征
• ——龙马溪组页岩气优选区
1、地理位置及大地构造分区
中上扬子地区志留系主要分为3个组发育时限为早—中志留 世。其中龙马溪组烃原岩系主要发育在晚奥陶世时期，即 板块碰撞挤压前期。它形成于黔北—川南—川东—鄂西地 区发育的一个继承性的坳陷带内，即克拉通盆地内部的坳 陷带。
秦岭洋
沿商丹断裂带俯冲
华北陆块
碰撞
被动大陆边缘盆地
活动大陆边缘前陆盆地
• 与此同时，在扬子板块的东南缘，古华南洋向西俯冲， 造成华南洋与扬子陆块的碰撞拼贴，古华南残留洋盆关 闭并褶皱造山，在造山带的前缘形成前陆盆地和前陆隆 起，扬子陆块的中心保持稳定沉积，形成受川中隆起 黔中隆起和汉南古陆控制的稳定克拉通盆地。