川南地区下古生界页岩气储层矿物组成与脆性特征研究_赵佩 (1)
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第 28 卷 第 2 期 2014 年 4 月
现
代
地
质
GEOSCIENCE
Vol. 28 No. 2 Apr. 2014
川南地区下古生界页岩气储层矿物组成 与脆性特征研究
赵
1， 2 1， 2 1， 2 1， 2 1， 2 佩 ，李贤庆 ，孙 杰 ，赖守宁 ，付铜洋 ， 1， 2 1， 2 苏桂萍 ，田兴旺 （ 1. 中国矿业大学（ 北京） 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083 ； 2. 中国矿业大学（ 北京） 地球科学与测绘工程学院，北京 100083 ）
第2 期
赵
佩等： 川南地区下古生界页岩气储层矿物组成与脆性特征研究
397
carbonate mineral content （ 14. 6% to 80. 0% ，average of 35. 9% ） ，and relatively lower quartz content （ 5. 2% to 41. 4% ，average of 21. 0% ） ． In addition，other mineral components，including pyrite，feldspar and dolomite，also exist in these shales． Generally，the mineral composition characteristics of the Lower Paleozoic marine shale samples in the southern Sichuan Basin are similar to those of the North America． Both the Qiongzhusi Formation shale and the Longmaxi Formation shale in the southern Sichuan Basin have high contents of brittle minerals． The former ranges from 55. 6% to 73. 9% ，with an average of 64. 1% ． The latter ranges from 26. 9% to 86. 6% ，with an average of 62. 5% ． It is suggested that the Lower Paleozoic marine shale in the southern Sichuan Basin have good brittleness and compressibility ，and are beneficial to fracturing treatment for shale gas． Key words： shale gas reservoir； marine shale； mineral composition； Lower Paleozoic； brittleness； the southern Sichuan Basin
［1 ］
。 页岩气在泥页岩天然裂缝和孔隙中
1
样品与实验方法
研究样品取自四川盆地川南地区的 6 口探井 ［2 ］ 附状态存在 。在页岩气藏中， 页岩既是烃源岩， （ 图 1 ） ， 全部为井下岩心样品， 下古生界海相页 又是储集层。 页 岩 储 层 矿 物 成 分 中 的 脆 性 矿 物， 岩样品共 38 件，其中下寒武统筇竹寺组页岩样品 如石英、 长石、 方解石等， 是控制页岩裂缝发育 10 件，下志留统龙马溪组页岩样品 28 件， 井下岩 ［3 － 4 ］ ， 直接影响页岩气储集 心样品中，页岩岩性主要为黑色页岩、 碳质页岩。 程度的主要内在因素 这些页岩样品富含有机质， 其有机碳 （ TOC ） 含量 空间和渗流通道。 黏土矿物也是页岩中常见的硅 多分布在 1. 0% ～ 5. 0% 之间； 有机质成熟度高，其 酸盐矿物，其含量与组成不仅在石油地质研究中 等效镜质体反射率（ VＲo ） 值多在 2. 0% ～ 3. 0% 之间。 ［5 － 6 ］ ， 而且会影响页岩气的赋存与开 有重要意义 将井下岩心页岩样品进行粉碎， 取样品量约 采。在页岩气评价中， 把寻找有机质和硅质含量 5 g放入研磨钵中， 研磨至约 300 目。 将研磨好的 ［3 ］ 高、黏土矿物含量较低 （ 通常低于 50% ） 、 裂缝 衍射 （ XＲD ） 实验分析 样品分为两份，一份用于 X发育且能成功实施压裂增产的脆性优质烃源层作 （ 0. 5 ～ 1 g ） ， 另一份留作备用。 XＲD 实验分析仪 为勘探重点目标。 中国南方扬子地区是页岩气发 器为 Ｒigaku 公司生产的 D / Max 2500 PC 型粉末 X 育的良好区域， 具有广阔的页岩气资源前景， 是 射线衍射仪。实验测试条件： Cu 靶， Kα 射线， X ［7 ］ 开展页岩气研究及勘探开发的重要地区 。 射线管功率 40 kV， 管电流 150 mA， 采用连续扫 四川盆 地 下 古 生 界 发 育 了 多 套 海 相 页 岩 层， 描，扫描 速 度 4° / min， 步 长 0. 02° ， 起 始 角 3° ， 其中以下寒武统筇竹寺组、 下志留统龙马溪组两 终角 70° ，发射狭缝与散射狭缝均为 1° ，接受狭缝 套海相页岩最发育， 它们厚度大， 分布稳定， 不 为 0. 3 mm。 利 用 粉 末 衍 射 联 合 会 国 际 数 据 中 心 以游离形式存在， 在干酪根和黏土颗粒表面以吸 仅是优质的源岩层， 而且是该区页岩气勘探开发 的重点目的层
Abstract： The mineral composition and brittleness characteristics of core samples from two sets of the Lower Paleozoic marine shale gas reservoirs， i. e． the Lower Cambrian Qiongzhusi and Lower Silurian Longmaxi formations in the southern Sichuan Basin， were studied by Xray diffraction （ XＲD） in this paper． The results showed that the Qiongzhusi Formation and Longmaxi Formation marine shales in the southern Sichuan Basin have their different mineral contents and compositions． In the Qiongzhusi Formation shale，there are the most abundant quartz content （ 28. 4% to 42. 8% ， average of 35. 7% ） ， higher clay mineral content （ 25% to 35. 3% ， average of 28. 7% ） ，and relatively lower carbonate mineral content （ 1. 4% to 21. 7% ，average of 11. 2% ） ． In the Longmaxi Formation shale，there are high clay mineral content （ 13. 4% to 66. 1% ，average of 34. 7% ） and
（ 1. State Key Laboratory of Coal Ｒesources and Safe Mining，China University of Mining and Technology，Beijing 100083 ，China； 2. College of Geoscience and Surveying Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing 100083 ，China）
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引
言
采集井下岩心页岩样品， 运用 X 射线衍射 （ XＲD ） 分析技术，拟对川南地区下古生界筇竹寺组和龙 马溪组两套海相页岩样品矿物组成与脆性特征进 行详细研究， 旨在为该区海相页岩气的评价与勘 探开发提供依据。
近年来，随着世界能源需求的不断攀升和北 美页岩气的成功开发， 页岩气的研究受到越来越 多人的关注， 有专家认为中国页岩气是资源丰富 的非常规天然气资源、 短期内可实现经济规模的 勘探开发
Study on Mineral Composition and Brittleness Characteristics of Shale Gas Ｒeservoirs from the Lower Paleozoic in the Southern Sichuan Basin
2 2 2 2 2 ZHAO Pei1， ，LI Xianqing1， ，SUN Jie1， ，LAI Shouning1， ，FU Tongyang1， ， 2 2 SU Guiping1， ，TIAN Xingwang1，
摘要： 应用 X 射线衍射（ XＲD） 分析技术，对川南地区下古生界下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组两套海相页岩气 储层岩心样品进行了矿物组成与脆性特征研究 。结果表明， 川南地区筇竹寺组和龙马溪组海相页岩具有差异的矿物组 成和含量特征。筇竹寺组页岩中，石英含量最高 （ 28. 4% ～ 42. 8% ， 平均 35. 7% ） ， 黏土矿物含量次之 （ 25% ～ 35. 3% ， 平均 28. 7% ） ，碳酸盐矿物含量较低 （ 1. 4% ～ 21. 7% ， 平均 11. 2% ） 。 龙马溪组页岩中， 黏土矿物和碳酸盐矿物含量 高，前者为 13. 4% ～ 66. 1% （ 平 均 34. 7% ） ， 后 者 为 14. 6% ～ 80. 0% （ 平 均 35. 9% ） ， 石 英 含 量 相 对 较 低 （ 5. 2% ～ 41. 4% ，平均 21. 0% ） 。另外，这些页岩中还含有少量黄铁矿 、长石、白云石等其他矿物。总的来说， 该区下古生界海 相页岩的矿物组成特征与北美海相页岩比较相似 。 川南地区筇竹寺组和龙马溪组页岩中脆性矿物丰富 、 含量高， 前者 为 55. 6% ～ 73. 9% （ 平均 64. 1% ） ，后者为 26. 9% ～ 86. 6% （ 平均 62. 5% ） ，整体上具有良好的脆性和可压性 ，有利于该 区海相页岩气的压裂改造 。 关键词： 页岩气储层； 海相页岩； 矿物组成； 下古生界； 脆性特征； 川南地区 中图分类号： TE132. 2 ； P618. 13 文献标志码： A 文章编号： 1000 － 8527 （ 2014 ） 02 － 0396 － 08
1009 ； 改回日期： 20140121 ； 责任编辑： 孙义梅。 收稿日期： 2013“973 ” 基金项目： 国家重点基础研究计划 课题（ 2012CB214702 ） ； 教育部高等学校博士学科点基金项目 （ 20110023110017 ） ； 国家 科技重大专项（ 2011ZX05007 － 002 ） 。 作者简介： 赵 佩，女，硕士研究生，1989 年出生，矿产普查与勘探专业，从事页岩气地质、地球化学方面的研究工作。 Email： zp2682@ qq. com。 通信作者： 李贤庆，男，教授，博士生导师，1967 年出生，矿产普查与勘探专业，主要从事煤油气地质、 有机地球化学、 有机 岩石学等方面的教学和科研工作 。Email： Lixq@ cumtb. edu. cn。
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代
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GEOSCIENCE
Vol. 28 No. 2 Apr. 2014
川南地区下古生界页岩气储层矿物组成 与脆性特征研究
赵
1， 2 1， 2 1， 2 1， 2 1， 2 佩 ，李贤庆 ，孙 杰 ，赖守宁 ，付铜洋 ， 1， 2 1， 2 苏桂萍 ，田兴旺 （ 1. 中国矿业大学（ 北京） 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083 ； 2. 中国矿业大学（ 北京） 地球科学与测绘工程学院，北京 100083 ）
第2 期
赵
佩等： 川南地区下古生界页岩气储层矿物组成与脆性特征研究
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carbonate mineral content （ 14. 6% to 80. 0% ，average of 35. 9% ） ，and relatively lower quartz content （ 5. 2% to 41. 4% ，average of 21. 0% ） ． In addition，other mineral components，including pyrite，feldspar and dolomite，also exist in these shales． Generally，the mineral composition characteristics of the Lower Paleozoic marine shale samples in the southern Sichuan Basin are similar to those of the North America． Both the Qiongzhusi Formation shale and the Longmaxi Formation shale in the southern Sichuan Basin have high contents of brittle minerals． The former ranges from 55. 6% to 73. 9% ，with an average of 64. 1% ． The latter ranges from 26. 9% to 86. 6% ，with an average of 62. 5% ． It is suggested that the Lower Paleozoic marine shale in the southern Sichuan Basin have good brittleness and compressibility ，and are beneficial to fracturing treatment for shale gas． Key words： shale gas reservoir； marine shale； mineral composition； Lower Paleozoic； brittleness； the southern Sichuan Basin
［1 ］
。 页岩气在泥页岩天然裂缝和孔隙中
1
样品与实验方法
研究样品取自四川盆地川南地区的 6 口探井 ［2 ］ 附状态存在 。在页岩气藏中， 页岩既是烃源岩， （ 图 1 ） ， 全部为井下岩心样品， 下古生界海相页 又是储集层。 页 岩 储 层 矿 物 成 分 中 的 脆 性 矿 物， 岩样品共 38 件，其中下寒武统筇竹寺组页岩样品 如石英、 长石、 方解石等， 是控制页岩裂缝发育 10 件，下志留统龙马溪组页岩样品 28 件， 井下岩 ［3 － 4 ］ ， 直接影响页岩气储集 心样品中，页岩岩性主要为黑色页岩、 碳质页岩。 程度的主要内在因素 这些页岩样品富含有机质， 其有机碳 （ TOC ） 含量 空间和渗流通道。 黏土矿物也是页岩中常见的硅 多分布在 1. 0% ～ 5. 0% 之间； 有机质成熟度高，其 酸盐矿物，其含量与组成不仅在石油地质研究中 等效镜质体反射率（ VＲo ） 值多在 2. 0% ～ 3. 0% 之间。 ［5 － 6 ］ ， 而且会影响页岩气的赋存与开 有重要意义 将井下岩心页岩样品进行粉碎， 取样品量约 采。在页岩气评价中， 把寻找有机质和硅质含量 5 g放入研磨钵中， 研磨至约 300 目。 将研磨好的 ［3 ］ 高、黏土矿物含量较低 （ 通常低于 50% ） 、 裂缝 衍射 （ XＲD ） 实验分析 样品分为两份，一份用于 X发育且能成功实施压裂增产的脆性优质烃源层作 （ 0. 5 ～ 1 g ） ， 另一份留作备用。 XＲD 实验分析仪 为勘探重点目标。 中国南方扬子地区是页岩气发 器为 Ｒigaku 公司生产的 D / Max 2500 PC 型粉末 X 育的良好区域， 具有广阔的页岩气资源前景， 是 射线衍射仪。实验测试条件： Cu 靶， Kα 射线， X ［7 ］ 开展页岩气研究及勘探开发的重要地区 。 射线管功率 40 kV， 管电流 150 mA， 采用连续扫 四川盆 地 下 古 生 界 发 育 了 多 套 海 相 页 岩 层， 描，扫描 速 度 4° / min， 步 长 0. 02° ， 起 始 角 3° ， 其中以下寒武统筇竹寺组、 下志留统龙马溪组两 终角 70° ，发射狭缝与散射狭缝均为 1° ，接受狭缝 套海相页岩最发育， 它们厚度大， 分布稳定， 不 为 0. 3 mm。 利 用 粉 末 衍 射 联 合 会 国 际 数 据 中 心 以游离形式存在， 在干酪根和黏土颗粒表面以吸 仅是优质的源岩层， 而且是该区页岩气勘探开发 的重点目的层
Abstract： The mineral composition and brittleness characteristics of core samples from two sets of the Lower Paleozoic marine shale gas reservoirs， i. e． the Lower Cambrian Qiongzhusi and Lower Silurian Longmaxi formations in the southern Sichuan Basin， were studied by Xray diffraction （ XＲD） in this paper． The results showed that the Qiongzhusi Formation and Longmaxi Formation marine shales in the southern Sichuan Basin have their different mineral contents and compositions． In the Qiongzhusi Formation shale，there are the most abundant quartz content （ 28. 4% to 42. 8% ， average of 35. 7% ） ， higher clay mineral content （ 25% to 35. 3% ， average of 28. 7% ） ，and relatively lower carbonate mineral content （ 1. 4% to 21. 7% ，average of 11. 2% ） ． In the Longmaxi Formation shale，there are high clay mineral content （ 13. 4% to 66. 1% ，average of 34. 7% ） and
（ 1. State Key Laboratory of Coal Ｒesources and Safe Mining，China University of Mining and Technology，Beijing 100083 ，China； 2. College of Geoscience and Surveying Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing 100083 ，China）
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引
言
采集井下岩心页岩样品， 运用 X 射线衍射 （ XＲD ） 分析技术，拟对川南地区下古生界筇竹寺组和龙 马溪组两套海相页岩样品矿物组成与脆性特征进 行详细研究， 旨在为该区海相页岩气的评价与勘 探开发提供依据。
近年来，随着世界能源需求的不断攀升和北 美页岩气的成功开发， 页岩气的研究受到越来越 多人的关注， 有专家认为中国页岩气是资源丰富 的非常规天然气资源、 短期内可实现经济规模的 勘探开发
Study on Mineral Composition and Brittleness Characteristics of Shale Gas Ｒeservoirs from the Lower Paleozoic in the Southern Sichuan Basin
2 2 2 2 2 ZHAO Pei1， ，LI Xianqing1， ，SUN Jie1， ，LAI Shouning1， ，FU Tongyang1， ， 2 2 SU Guiping1， ，TIAN Xingwang1，
摘要： 应用 X 射线衍射（ XＲD） 分析技术，对川南地区下古生界下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组两套海相页岩气 储层岩心样品进行了矿物组成与脆性特征研究 。结果表明， 川南地区筇竹寺组和龙马溪组海相页岩具有差异的矿物组 成和含量特征。筇竹寺组页岩中，石英含量最高 （ 28. 4% ～ 42. 8% ， 平均 35. 7% ） ， 黏土矿物含量次之 （ 25% ～ 35. 3% ， 平均 28. 7% ） ，碳酸盐矿物含量较低 （ 1. 4% ～ 21. 7% ， 平均 11. 2% ） 。 龙马溪组页岩中， 黏土矿物和碳酸盐矿物含量 高，前者为 13. 4% ～ 66. 1% （ 平 均 34. 7% ） ， 后 者 为 14. 6% ～ 80. 0% （ 平 均 35. 9% ） ， 石 英 含 量 相 对 较 低 （ 5. 2% ～ 41. 4% ，平均 21. 0% ） 。另外，这些页岩中还含有少量黄铁矿 、长石、白云石等其他矿物。总的来说， 该区下古生界海 相页岩的矿物组成特征与北美海相页岩比较相似 。 川南地区筇竹寺组和龙马溪组页岩中脆性矿物丰富 、 含量高， 前者 为 55. 6% ～ 73. 9% （ 平均 64. 1% ） ，后者为 26. 9% ～ 86. 6% （ 平均 62. 5% ） ，整体上具有良好的脆性和可压性 ，有利于该 区海相页岩气的压裂改造 。 关键词： 页岩气储层； 海相页岩； 矿物组成； 下古生界； 脆性特征； 川南地区 中图分类号： TE132. 2 ； P618. 13 文献标志码： A 文章编号： 1000 － 8527 （ 2014 ） 02 － 0396 － 08
1009 ； 改回日期： 20140121 ； 责任编辑： 孙义梅。 收稿日期： 2013“973 ” 基金项目： 国家重点基础研究计划 课题（ 2012CB214702 ） ； 教育部高等学校博士学科点基金项目 （ 20110023110017 ） ； 国家 科技重大专项（ 2011ZX05007 － 002 ） 。 作者简介： 赵 佩，女，硕士研究生，1989 年出生，矿产普查与勘探专业，从事页岩气地质、地球化学方面的研究工作。 Email： zp2682@ qq. com。 通信作者： 李贤庆，男，教授，博士生导师，1967 年出生，矿产普查与勘探专业，主要从事煤油气地质、 有机地球化学、 有机 岩石学等方面的教学和科研工作 。Email： Lixq@ cumtb. edu. cn。