四川盆地五峰组_龙马溪组页岩气形成与聚集机理_腾格尔 (1)
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Wufeng-Longmaxi Formation (O3w-S1l), Fuling region, Sichuan Basin were studied using ultra-microscopic organic maceral identification, FIB-SEM, high temperature/pressure isothermal adsorption and isotopic age dating of noble gas. The results show that: (1) O3w-S1l organic-rich shale was mainly formed in a sedimentary environment with high productivity in surface water and hypoxia in bottom water, it can be divided into two sections according to TOC, of which the lower section (TOC≥3%) is mainly composed of graptolite, phytoplankton, acritarch, bacteria and solid bitumen, among them, graptolite is the main contributor to TOC, but the shale gas is mainly derived from phytoplankton, acritarch and other hydrogen-rich organic matter, as well as the pyrolysis of liquid hydrocarbons produced by this kind of organic matter. (2) Organic pores, as principal reservoir space for shale gas, exist in hydrogen-rich organic matter and solid bitumen. The graptolites and plenty of other organic matter stacking distribution in lamina provide more reservoir space for shale gas, and effective pathways of connected pores for fluid flow. (3) Shale gas in Fuling region is in supercritical state and dominated by free gas; the match of formation time of closed shale gas system and gas-generation peak, as well as slight alteration degree of sealing conditions in the later stage, are key factors controlling the retention and accumulation of shale gas in the regions with high thermal maturity and complex structural areas; adsorption, capillary sealing and slow diffusion of shale are the main microscopic mechanisms for the retention and accumulation of shale gas. It thus can be seen that the generation and accumulation of marine shale gas with high thermal maturity in complex structure areas is controlled jointly by anoxic depositional environment, excellent hydrocarbon rock quality, superior reservoir space and favorable sealing conditions.
Key words: Sichuan Basin; Fuling gas field; shale gas; hydrocarbon-forming organisms; reservoir space; occurrence state; sealing mechanism
2
石油勘探与开发・油气勘探
网络出版时间：2016-11-08 15:03:23 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2360.te.20161108.1503.010.html
石 2017 年 2 月 油 勘 探 与 开 发 Vol.44 No.1 1
PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT
图1 研究区位置图
普遍达高—过成熟阶段（ Ro≥ 2%） ，常规有机地球化学 指标难以有效评价其烃源岩品质 [2-3]。近年来，借助于 扫描电镜、激光拉曼等先进的电子显微镜和光学技术 的联用， 对四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组黑色页岩 广泛开展了超显微组分、 成烃生物识别及组合分析 [7-8]， 为从生物学的角度评价烃源岩品质奠定了基础。 2.1 有机质丰度 四川盆地及周缘龙马溪组 4 条典型剖面和 11 口钻 井资料的 TOC 值纵向分布表明（见图 1、图 2） ：龙马
文章编号： 1000-0747(2017)01-0000-10
DOI: 10.11698/PED.2017.01.00
四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气形成与聚集机理
腾格尔 1, 2，申宝剑 1, 2，俞凌杰 1, 2，仰云峰 1, 2，张文涛 1, 2，陶成 1, 2， 席斌斌 1, 2，张庆珍 1, 2，鲍芳 1, 2，秦建中 1, 2
（ 1. 中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126； 2. 页岩油气 富集机理与有效开发国家重点实验室，江苏无锡 214126） 基金项目：国家自然科学重点基金“古生界页岩含气性原生有机质控制作用研究” （U1663202） 摘要： 综合运用有机超显微组分识别、聚焦离子束扫描电镜、高温高压等温吸附和页岩气稀有气体同位素年龄测定 等技术，深入研究四川盆地涪陵地区页岩气主力产层上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组的烃源品质、有机质孔隙 发育特征、页岩气赋存形式和封存机制。结果表明：① 五峰组—龙马溪组富有机质页岩主要形成于表层水生产力高、 底层水缺氧的沉积环境，TOC 值呈两段式分布，下段 TOC≥ 3%，主要由浮游藻类、疑源类、细菌和笔石等成烃生物 及残留沥青组成，其中笔石是 TOC 值的主要贡献者之一，但页岩气主要来自浮游藻类、疑源类等富氢有机质及由其 生成的液态烃裂解。 ② 有机质孔隙主要发育在固体沥青和富氢有机质中，是页岩气的主要储集空间。笔石等大量有 机质呈纹层状、堆积式分布，为页岩气提供了更多的储存空间和各类孔隙连通、流体流动的优势通道。③涪陵页岩 气处于超临界状态，以游离气为主。页岩气封闭体系的形成时间与生气高峰期之间的有效匹配以及后期构造活动对 页岩气封存条件的改造程度低是复杂构造区高热演化页岩气滞留富集的关键，页岩的吸附作用、毛管封闭以及低速 扩散形成了页岩气微观滞留富集机制。可见，复杂构造区高演化海相页岩气的形成与富集受缺氧的沉积环境、优质 的烃源岩品质、优越的储集空间和良好的封存条件综合控制。图 10 表 1 参 35 关键词： 四川盆地；涪陵气田；页岩气；成烃生物；储集空间；赋存形式；封存机制 中图分类号： TE122.1 文献标识码： A
(1. Wuxi Research Institute of Petroleum Geology, Sinopec Petroleum Exploration & Production Research Institute, Wuxi 214000, China; 2. State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development, Wuxi 214000, China) Abstract: The source rock quality, organic pore structure, occurrence state and sealing mechanisms of shale gas in the Ordovician
Vol. 44
Leabharlann Baidu
No.1
引用： 腾格尔 , 申宝剑 , 俞凌杰 , 等 . 四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气形成与聚集机理 [J]. 石油勘探与开发 , 2017, 44(1): 1-10. BORJIGIN Tenger, SHEN Baojian, YU Lingjie, et al. Mechanisms of shale gas generation and accumulation in the Ordovician Wufeng-Longmaxi Formation, Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(1): 1-10.
0 引言
晚奥陶世晚期—早志留世初期，全球范围内沉积 了一套富有机质黑色页岩层，北非和中东地区称之为 “热页岩（ hot shales） ” ，中国南方称之为五峰组—龙 马溪组（ O3w— S1l）黑色笔石页岩。其 TOC 值一般大 于 2%，是一套全球性的海相优质烃源岩 [1-3]。2012 年， 中国页岩气勘探获得除北美以外首个页岩气重大商业 发现 [4]， 在四川盆地东南缘焦石坝构造五峰组—龙马溪 组黑色页岩层中发现了探明地质储量近 4 000×108 m3 的大型页岩气田— —涪陵页岩气田， 页岩气富集主控因 素引起了国内外学者的广泛关注。勘探家们提出了焦 石坝页岩气的 “ 阶梯运移、背斜汇聚、断 -滑控缝、箱 状 成 藏 ” 模 式 [5] 和 复 杂 构 造 区 海 相 页 岩 气 “ 二 元 富 集”规律[6]，宏观上认识到五峰组—龙马溪组页岩气滞 留富集过程中 “ 优质页岩 ” 的物质基础及 “ 有利的保 存、构造条件 ” 的关键作用。 在富有机质页岩中成烃生物既是生成油气的母 质，又提供了储集页岩气的主要空间。由于不同地质 时期和不同地质环境条件下成烃生物类型及其组合不 同，其有机质类型、生烃潜力及有机质孔隙发育程度 均存在显著差异。本文以 “ 成烃生物 ” 为核心，利用 有机超显微组分识别、聚焦离子束扫描电镜分析 （ FIB-SEM） 、 X-CT 成像技术、高温高压等温吸附模 拟和页岩气稀有气体同位素年代积累效应分析等先进 的技术手段，探讨涪陵页岩气田及其外围五峰组—龙 马溪组的烃源品质、有机质孔隙发育特征、页岩气赋 存形式和封存机制及其与含气性关系，旨在微观上进 一步揭示页岩气富集机理，为南方海相页岩气的高效 勘探提供更多的科学依据。
Mechanisms of shale gas generation and accumulation in the Ordovician Wufeng-Longmaxi Formation, Sichuan Basin, SW China
TENGER Borjigin1, 2, SHEN Baojian1, 2, YU Lingjie1, 2, YANG Yunfeng1, 2, ZHANG Wentao1, 2, TAO Cheng1, 2, XI Binbin1, 2, ZHANG Qingzhen1, 2, BAO Fang1, 2, QIN Jianzhong1, 2
Key words: Sichuan Basin; Fuling gas field; shale gas; hydrocarbon-forming organisms; reservoir space; occurrence state; sealing mechanism
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石油勘探与开发・油气勘探
网络出版时间：2016-11-08 15:03:23 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2360.te.20161108.1503.010.html
石 2017 年 2 月 油 勘 探 与 开 发 Vol.44 No.1 1
PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT
图1 研究区位置图
普遍达高—过成熟阶段（ Ro≥ 2%） ，常规有机地球化学 指标难以有效评价其烃源岩品质 [2-3]。近年来，借助于 扫描电镜、激光拉曼等先进的电子显微镜和光学技术 的联用， 对四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组黑色页岩 广泛开展了超显微组分、 成烃生物识别及组合分析 [7-8]， 为从生物学的角度评价烃源岩品质奠定了基础。 2.1 有机质丰度 四川盆地及周缘龙马溪组 4 条典型剖面和 11 口钻 井资料的 TOC 值纵向分布表明（见图 1、图 2） ：龙马
文章编号： 1000-0747(2017)01-0000-10
DOI: 10.11698/PED.2017.01.00
四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气形成与聚集机理
腾格尔 1, 2，申宝剑 1, 2，俞凌杰 1, 2，仰云峰 1, 2，张文涛 1, 2，陶成 1, 2， 席斌斌 1, 2，张庆珍 1, 2，鲍芳 1, 2，秦建中 1, 2
（ 1. 中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126； 2. 页岩油气 富集机理与有效开发国家重点实验室，江苏无锡 214126） 基金项目：国家自然科学重点基金“古生界页岩含气性原生有机质控制作用研究” （U1663202） 摘要： 综合运用有机超显微组分识别、聚焦离子束扫描电镜、高温高压等温吸附和页岩气稀有气体同位素年龄测定 等技术，深入研究四川盆地涪陵地区页岩气主力产层上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组的烃源品质、有机质孔隙 发育特征、页岩气赋存形式和封存机制。结果表明：① 五峰组—龙马溪组富有机质页岩主要形成于表层水生产力高、 底层水缺氧的沉积环境，TOC 值呈两段式分布，下段 TOC≥ 3%，主要由浮游藻类、疑源类、细菌和笔石等成烃生物 及残留沥青组成，其中笔石是 TOC 值的主要贡献者之一，但页岩气主要来自浮游藻类、疑源类等富氢有机质及由其 生成的液态烃裂解。 ② 有机质孔隙主要发育在固体沥青和富氢有机质中，是页岩气的主要储集空间。笔石等大量有 机质呈纹层状、堆积式分布，为页岩气提供了更多的储存空间和各类孔隙连通、流体流动的优势通道。③涪陵页岩 气处于超临界状态，以游离气为主。页岩气封闭体系的形成时间与生气高峰期之间的有效匹配以及后期构造活动对 页岩气封存条件的改造程度低是复杂构造区高热演化页岩气滞留富集的关键，页岩的吸附作用、毛管封闭以及低速 扩散形成了页岩气微观滞留富集机制。可见，复杂构造区高演化海相页岩气的形成与富集受缺氧的沉积环境、优质 的烃源岩品质、优越的储集空间和良好的封存条件综合控制。图 10 表 1 参 35 关键词： 四川盆地；涪陵气田；页岩气；成烃生物；储集空间；赋存形式；封存机制 中图分类号： TE122.1 文献标识码： A
(1. Wuxi Research Institute of Petroleum Geology, Sinopec Petroleum Exploration & Production Research Institute, Wuxi 214000, China; 2. State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development, Wuxi 214000, China) Abstract: The source rock quality, organic pore structure, occurrence state and sealing mechanisms of shale gas in the Ordovician
Vol. 44
Leabharlann Baidu
No.1
引用： 腾格尔 , 申宝剑 , 俞凌杰 , 等 . 四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气形成与聚集机理 [J]. 石油勘探与开发 , 2017, 44(1): 1-10. BORJIGIN Tenger, SHEN Baojian, YU Lingjie, et al. Mechanisms of shale gas generation and accumulation in the Ordovician Wufeng-Longmaxi Formation, Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(1): 1-10.
0 引言
晚奥陶世晚期—早志留世初期，全球范围内沉积 了一套富有机质黑色页岩层，北非和中东地区称之为 “热页岩（ hot shales） ” ，中国南方称之为五峰组—龙 马溪组（ O3w— S1l）黑色笔石页岩。其 TOC 值一般大 于 2%，是一套全球性的海相优质烃源岩 [1-3]。2012 年， 中国页岩气勘探获得除北美以外首个页岩气重大商业 发现 [4]， 在四川盆地东南缘焦石坝构造五峰组—龙马溪 组黑色页岩层中发现了探明地质储量近 4 000×108 m3 的大型页岩气田— —涪陵页岩气田， 页岩气富集主控因 素引起了国内外学者的广泛关注。勘探家们提出了焦 石坝页岩气的 “ 阶梯运移、背斜汇聚、断 -滑控缝、箱 状 成 藏 ” 模 式 [5] 和 复 杂 构 造 区 海 相 页 岩 气 “ 二 元 富 集”规律[6]，宏观上认识到五峰组—龙马溪组页岩气滞 留富集过程中 “ 优质页岩 ” 的物质基础及 “ 有利的保 存、构造条件 ” 的关键作用。 在富有机质页岩中成烃生物既是生成油气的母 质，又提供了储集页岩气的主要空间。由于不同地质 时期和不同地质环境条件下成烃生物类型及其组合不 同，其有机质类型、生烃潜力及有机质孔隙发育程度 均存在显著差异。本文以 “ 成烃生物 ” 为核心，利用 有机超显微组分识别、聚焦离子束扫描电镜分析 （ FIB-SEM） 、 X-CT 成像技术、高温高压等温吸附模 拟和页岩气稀有气体同位素年代积累效应分析等先进 的技术手段，探讨涪陵页岩气田及其外围五峰组—龙 马溪组的烃源品质、有机质孔隙发育特征、页岩气赋 存形式和封存机制及其与含气性关系，旨在微观上进 一步揭示页岩气富集机理，为南方海相页岩气的高效 勘探提供更多的科学依据。
Mechanisms of shale gas generation and accumulation in the Ordovician Wufeng-Longmaxi Formation, Sichuan Basin, SW China
TENGER Borjigin1, 2, SHEN Baojian1, 2, YU Lingjie1, 2, YANG Yunfeng1, 2, ZHANG Wentao1, 2, TAO Cheng1, 2, XI Binbin1, 2, ZHANG Qingzhen1, 2, BAO Fang1, 2, QIN Jianzhong1, 2