湘西北牛蹄塘组页岩气形成条件及有利区预测_姜文

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西南石油大学学报(自然科学版)
2014 年 10 月 第 36 卷 第 5 期 Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition)
Vol. 36 No. 5 Oct. 2014
DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2014.04.16.06 文章编号:1674-5086(2014)05-0016-09 中图分类号:TE122 文献标志码:A
网络出版地址:http:///kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2014.04.16.06.html 姜 文,唐书恒,龚玉红,等.湘西北牛蹄塘组页岩气形成条件及有利区预测[J].西南石油大学学报:自然科学版,2014,36(5):16–24. Jiang Wen, Tang Shuheng, Gong Yuhong, et al.The Reservoir Characteristics and Favorable Areas of Shale Gas in Northwestern Hunan Lower Cambrian Niutitang[J].Journal of Southwest Petroleum University:Science & Technology Edition,2014,36(5):16–24.
Haidian,Beijing 100083,China;3. Bureau of Coal Geology of Hunan Province,Changsha,Hunan 410114,China
Abstract:Through outcrop observation and cross section measured,together with analytic results like microscope observation,geochemical parameters,pore structure,surface area and methane adsorption isotherm experiments,the geological accumulation characteristics and physical properties of the shale gas were investigated in detail in this article. Results show that the shale is characterized with wide distribution area,a great thickness,high organic conten(t an average of 1.87%),and high organic thermal evolution degree(above 1.0%). At the same time,a large variation in porosity(0.2%∼25.9%),with an average size of 12.5±3.0 nm,and good sorting is conducive to shale reservoir reconstruction after migration. Pore structure is mainly dominated by tiny pores,but due to larger specific surface area and strong methane adsorption ability,a large amount of methane adsorbed on the shale surface. According to contrast with the shale constituency parameters of American 5 basins, we suggest that Yongshun–Sangzhi and Cili–Shimen Area are favorable shale gas accumulation zones. Key words:northwestern Hunan;Niutitang Formation;shale gas;pore structure;favorable exploration area
的实际成熟度;对于页岩这种岩性致密的岩石仅用 压汞实验无法获得全面的储层物性特点。本文通过 野外露头样品、剖面实测及多种实验等手段,获取 了相关地质与储层参数,分析研究湘西北地区下页 岩气形成有利条件及孔隙结构特征,面向油气勘探 实际,具有基础性、前瞻性和实用性。
研究区位于湖南省西北部,大地构造位置属扬 子陆块[8],包括湘北断褶带和雪峰构造带两个二级构 造单元。东南侧为雪峰山构造带的武陵断弯褶皱带, 为一长期隆起区,中生代后产生断裂凹陷。西北侧 为湘北断褶带的桑植—石门复向斜,为研究区主体 部分。区内主要构造变形为卷入早古生界—中三叠 统的褶皱和少量同走向逆断裂。褶皱走向自西向东 呈弧形偏转,西部为 NNE 向,东部转为 NEE 向至近 EW 向(图 1)。区内出露地层主要为寒武系—志留 系和泥盆系—中三叠统,前者出露于西北部和东南 部,后者出露于中部,从而组成一复式向斜。
等多种元素。矿物含量以石英为主,均达到 50% 以 上,其次为碳酸盐岩和黏土矿物。如永顺王村寒武
总体属于深海盆地环境。地层砂质夹层向北西方 向逐渐增多,表明海平面相对变浅;所含化石稀少,
系牛蹄塘组剖面黏土矿物含量 28.91%、石英含量 仅有海绵骨针化石,表明其水流不畅、宁静,相对闭
57.02%、钾长石含量 1.62%、斜长石含量 9.00%、方 解石含量 2.22%、铁白云石含量 4.06%、黄铁矿含量 2.95%、菱铁矿含量 0.65%。
1.2 沉积环境 页岩气的工业聚集需要富有机质页岩大量保
存,沉积环境的好坏成为提供优质烃源岩的物质基 础。优质烃源岩的形成需要较快速的沉积速度和封 闭性较好的还原环境同时并存。根据牛蹄塘组岩性
2.1 烃源岩厚度 黑色页岩的厚度是保证足够有机质及充足储集
空间的前提条件,厚度越大,越有利于页岩气聚集 及保存[11]。研究区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩厚 度随产出地区及层位而变化(图 3),在龙山地区为 270 m,常德石门杨家坪为 210 m,而张家界附近则 小于 90 m。这种厚度变化趋势,主要受沉积相带控 制,由湘西湘东南台地边缘向湘南沉积盆地,黑色 页岩厚度逐渐变薄。由于后期受多期构造抬升,部 分地区牛蹄塘组已剥蚀殆尽,出露元古界。上覆石 牌组,主要为灰绿色泥页岩,相对厚度较大,两者呈 整合接触。其对下伏页岩气起到了封盖作用。 2.2 有机质丰度
目前总有机碳含量(T OC)已是普遍衡量生烃 强度和生烃量的重要指标[12]。美国五大页岩气盆17 Nhomakorabea引言
随 着 非 常 规 油 气 勘 探 技 术 不 断 提 高,页 岩 气 逐渐成为世界各国能源结构中的重要组成部分[1]。 Curtis 将页岩气定义为以吸附气和游离气为主体聚 集在泥页岩地层中的天然气[2]。页岩气具有“自生 自储”、存在相态多样、运移距离短、多种封闭机理 等特点[3 6]。对于中国南方海相页岩来说,其赋存 层系分布广、成因类型复杂和后期改造强烈,使得 勘 探 开 发 面 临 着 多 方 面 的 挑 战[7] 。 湘 西 北 地 区 作 为南方海相页岩赋存的重点区域,备受诸多学者关 注。肖正辉等利用野外露头剖面对该区牛蹄塘组地 质条件作了浅析[8];王光凯等对该区裂缝发育特征 及矿物含量进行了初探[9];王阳等对该区页岩进行 了压汞实验分析[10]。但前人研究还存在以下不足: 样品通常采集了部分剖面岩层,样品数量有限;下 寒武统中罕见镜质体,镜质体反射率无法确定岩石
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西南石油大学学报(自然科学版)
2014 年
图 2 湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩野外露头
Fig. 2 Photos of shale outcrop in Lower Cambrian Niutitang Formation of northwest Hunan
质页岩中含丰富的有机碳,并含钒、钼、铀、镍、铂 特点及发育微侵蚀面和粒序层理等沉积构造来看,
1. Hunan Institute of Geology Survey,Changsha,Hunan 410116,China 2. MOE Key Laboratory of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Accumulation Mechanism,China University of Geosciences(Beijing),
塞,为还原环境下的滞流海盆沉积。
2 生烃条件
镜下观察显示,该区碳质页岩主要成分为黏土矿 物、石英、绢云母及黄铁矿等。其中沥青基质较多, 黄铁矿可见溶蚀现象,孔隙发育顺层分布(图 2c)。 在油侵反射偏光显微镜下,岩石常夹杂黑色黏土类矿 物(大部分是矿物沥青基质),荧光照射下可见荧光; 有机组分较少,仅见海相惰性体(图 2d),反射率很 高,具灰白–灰色光亮,形态不规则;由于有机质成熟 度较高,藻类体类型难以辨认;偶见有机组分被黄铁 矿矿化,另外可见疑源组;个别样品可见大量次生有 机质沥青碎片。
图 1 湘西北构造体系图
Fig. 1 The structural system of northwestern Hunan
1 地质条件
1.1 岩性特征 牛蹄塘期沉积了一套厚度较大的黑色炭质页
岩,且在全区岩性变化差异较大[9]。下部以黑色薄
层硅质岩、硅质板状页岩为主(图 2a),夹高炭质板 状页岩与石煤层,石煤层中含磷结核;上部为黑色 炭质板状页岩,间夹含炭质灰岩(图 2b)。岩性总体 上由黑色炭泥质沉积物组成,单层薄,其中发育水 平层理,指相矿物有黄铁矿,底部含磷结核,下部炭
* 收稿日期:2014–04–16 网络出版时间:2014–09–15 基金项目:国家自然科学基金(41272176);教育部博士点基金(20110022110007)。
** 通讯作者:唐书恒,E-mail:tangsh@
第5期
姜 文,等:湘西北牛蹄塘组页岩气形成条件及有利区预测
The Reservoir Characteristics and Favorable Areas of Shale Gas in Northwestern Hunan Lower Cambrian Niutitang
Jiang Wen1, Tang Shuheng2∗∗, Gong Yuhong3, Fan Erping2, Zhang Chenglong2
湘西北牛蹄塘组页岩气形成条件及有利区预测 *
姜 文1,唐书恒2∗∗,龚玉红3,范二平2,张成龙2
1. 湖南省地质调查院,湖南 长沙 410116 2. 中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京 海淀 100083
3. 湖南省煤田地质局,湖南 长沙 410114
摘 要:基于野外露头和剖面资料,应用薄片观察、有机岩石学分析、扫描电镜、压汞、比表面和等温吸附实验等分析 测试成果,研究了湘西北地区下寒武统牛蹄塘组形成条件及其有利区分布情况。研究表明:牛蹄塘组黑色页岩具有沉 积面积广、厚度大、有机碳含量高(平均 1.87%)和成熟度较高(大于 1.0% 以上)等特点。在储层物性方面,页岩孔隙度 变化差异大(0.2%∼25.9%),平均孔径 12.5±3.0 nm,分选性好,有利于含气页岩储层改造后的运移;孔隙结构以微小孔 为主,比表面积大,吸附甲烷能力较强,具有较好的含气潜力;对比美国五大盆地页岩气选区参数,认为永顺—桑植和 慈利—石门一带为页岩气形成有利区带。 关键词:湘西北;牛蹄塘组;页岩气;孔隙特征;有利勘探区
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