重庆武隆地区五峰组—龙马溪...件分析——以黄莺乡剖面为例_刘莉.pdf

第 卷第期 年月非常规油气 引用：刘莉，蔡进，陈学辉，等重庆武隆地区五峰组龙马溪组页岩气地质条件分析 以黄莺乡剖面为例非常规油气，（）：，：，（）：重庆武隆地区五峰组龙马溪组页岩气地质条件分析 以黄莺乡剖面为例刘莉，蔡进，陈学辉，刘超，舒志恒（中国石化江汉油田分公司 勘探开发研究院，武汉 ）摘要：依托于涪陵页岩气田大规模商业开发取得的成功，对涪陵周缘地区页岩气地质条件的研究也不断深入。为了厘清武隆地区上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组页岩气地质特征，对重庆武隆地区野外剖面观测点进行考察与筛选，选定武隆地区黄莺乡野外露头进行观测和取样，通过剖面精细描述和露头样品分析测试，开展地层沉积特征及页岩非均质性研究。分析认为，武隆地区五峰组龙马溪组沉积环境为滨外陆棚相深水陆棚亚相，以碳质和硅质泥页岩为主，含少量粉砂质泥页岩；有机碳平均含量为 ，有机质类型为型干酪根，镜质体反射率为 ，平均孔隙度为 ，平均脆性指数为 ；具有较好的页岩品质和可改造性，证实武隆地区五峰组龙马溪组具备较好的页岩气地质条件。关键词：武隆地区；五峰组；龙马溪组；页岩气；野外剖面中图分类号：文献标识码：，：，（，）：，收稿日期：基金项目：国家科技重大专项“涪陵页岩气开发示范工程”（）；中国石化江汉油田分公司科研项目“涪陵地区上奥陶下志留统标准地层剖面研究”（）第一作者简介：刘莉（），女，硕士研究生，副研究员，研究方向为页岩气气藏地质与气藏工程。：通讯作者简介：蔡进（），男，大学本科，副研究员，研究方向为页岩气开发地质。：年月刘莉等：重庆武隆地区五峰组龙马溪组页岩气地质条件分析 以黄莺乡剖面为例 ，；，：；引言我国已探明的海相油气田大多分布在四川、鄂尔多斯和塔里木这大克拉通盆地内，其中，四川盆地存在大量的中、新生界气田。目前重庆涪陵页岩气田焦石坝地区钻井较多，通过钻探揭示区域地层地表出露层系为雷口坡组和嘉陵江组，自上而下地层发育较为稳定，局部地区缺失石炭系黄龙组，然而重庆武隆地区钻井资料相对较少。该文通过对武隆地区构造简单、露头发育好、地层发育全以及交通便利区域进行踏勘，将武隆地区黄莺乡野外剖面作为优选地层剖面进行观测，测量剖面并进行岩石学特征、沉积特征和岩石自然破裂特征的观察描述预分析研究。对标准剖面进行取样分析，结合工区内已有的地震、钻井、测井及分析化验等资料，开展地层沉积特征和页岩非均质性研究。对于气田南部武隆地区的相关研究尚处于初期阶段，目前虽收集了部分野外资料，但资料不全，露头发育欠佳，为深化地质与工程认识，有必要在武隆地区进行较为系统的剖面观测和分析；同时，涪陵页岩气田页岩气水平井穿行层位的不同对产能影响较大，不同小层的页岩非均质性差异大，压裂改造效果也存在较大差异，如何准确描述不同小层页岩的非均质性，深化地质工程结合，有待进一步研究。研究区概况四川盆地从震旦纪以来先后经历了克拉通和前陆盆地个构造演化阶段，在克拉通盆地演化阶段主要为一套厚度较大的海相沉积。志留系龙马溪组就是在华南地区广泛发育的广西运动之后全球海侵背景下形成的，其发育稳定，特征显著，具有全球可对比性。涪陵地区 年部署实施页岩气参数井焦页井，取得海相页岩气重大突破。在此基础上，前人对涪陵页岩气田开展了广泛的地质研究工作，认为涪陵地区奥陶系五峰组页岩地层主要是一套深水陆棚相沉积，地层沉积厚度相对均匀；志留系龙马溪组是一套浅水深水陆棚相沉积，焦页井区附近龙马溪组整体为深水陆棚沉积。如图所示，武隆地区位于四川盆地东南缘，紧邻涪陵页岩气田白马区块，整个区块位于石柱复向斜南侧，隶属于齐岳山背斜南缘核部武隆向斜，东西两侧受利川复向斜和万县复向斜夹持，整个向斜结构简单，地层发育较全，保存条件好，向斜南翼为鼻状背景。该研究选定的剖面位于武隆地区黄莺乡双河村入口，地表出露地层为上奥陶统涧草沟组、五峰组及志留系龙马溪组一段，上覆地层被掩盖，风化坡积物为龙马溪组灰黑色泥页岩，具备较好的野外观测条件。图重庆武隆黄莺乡剖面构造位置图 ，非常规油气油气勘探 黄莺乡剖面特征研究 地层沉积特征 岩相类型及特征该研究将重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志 留 统 龙 马 溪 组 剖 面 自 下 而 上 划 分 为 个小段（如图所示），主要发育细粉晶云岩、碳质硅质泥页岩、细粉砂质泥页岩、硅质页岩和碳质页岩种岩石类型，五峰组发育少量斑脱岩。图武隆黄莺乡野外剖面综合柱状图 年月刘莉等：重庆武隆地区五峰组龙马溪组页岩气地质条件分析 以黄莺乡剖面为例）细粉晶云岩：灰色深灰色，颜色均匀，岩石硬度高，手感沉，可达粉晶细晶结构，粒屑含量较高，发育赫南特贝化石及黄铁矿晶体集合体，局部发育小溶孔（如图所示）。该类岩相主要发育于上奥陶统五峰组观音桥段。图黄莺乡剖面介壳灰岩外观及微观形貌 ）碳质硅质泥页岩：灰黑色，较污手，页理发育；碳质硅质泥页岩中经常夹有浅灰色或黄灰色斑脱岩夹层，夹层中偶尔可见黄铁矿结核。斑脱岩主要由火山灰和晶屑组成，玻屑少见，部分发生硅化；晶屑成分为石英、长石和黑云母，呈棱角状和椭圆状，黑云母发生暗化；波屑呈鸡骨状，多已脱玻化。斑脱岩层厚度一般为 ，风化呈薄片和页岩状，风化表面铁锈色明显，岩石中经常可见笔石化石。在该类岩相中，滑动和挤压变形明显，造成的破碎带常可见滑塌角砾岩。）细粉砂质泥页岩：岩石以灰黑色和黑灰色为主，多呈中层状，水平纹层发育，经常可见富碳质纹层与富砂质纹层间互成层，风化表面呈棱角状，略显页理，岩石中常见顺层分布的笔石化石。）硅质泥页岩：灰黑色，主要成分为泥质和硅质，岩石风化表面多棱角状，可见页理。该类岩相中阶梯状破裂缝非常发育，破裂缝表面铁锈色明显。）碳质泥页岩：灰黑色，主要成分为泥质和碳质，岩石污手明显，易碎成页片状，页理欠发育，球形风化明显，笔石发育，以直笔石为主。沉积相特征重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面主要为一套深水陆棚沉积的富有机质页岩，野外露头观察到丰富的深水陆棚岩相标志（如图所示）。图涪陵 井龙马溪组五峰组岩心照片和薄片照片 暗色富有机质云岩，有机质含量相对较高，富含灰质和云质，滴酸有起泡反应，薄片中未发现自生硅质，化石主要为笔石类化石（如图 所示），岩石富含黄铁矿，呈星散状分布于岩石中（如图 所示），主要发育于剖面底部的涧草沟组和五峰组观音桥段。黄铁矿发育程度显示出比较强的还原环非常规油气油气勘探 境，表明该段原始保存条件好，水体较深，环境稳定，为适宜笔石等生物广泛生存的深水陆棚环境。该岩石类型反应了水体相对较深的深水混积陆棚微相沉积环境。暗色富硅质富有机质泥页岩，主要为硅质泥页岩和碳质硅质泥页岩，富含笔石化石和海绵、放射虫及骨针的硅质骨骼类生物化石（如图 所示），该类岩石类型反应水体相对较深的深水硅泥质陆棚微相沉积环境。暗色富有机质砂质泥页岩，硅质含量相对较高，化石主要为笔石类化石，发育粉砂质粗纹层和条带（如图 所示），该类岩石类型反应水体相对较深的深水砂泥质陆棚微相沉积环境。暗色富有机质泥页岩，含有大量的笔石类化石，黄铁矿较发育，呈星散状或纹层状，页理发育（如图 所示），主要位于剖面中上部，是典型的深水泥质陆棚沉积产物。黄莺乡剖面中可见多套斑脱岩夹层（如图 所示），反应出该地区当时较为封闭的滞留盆地沉积环境，这种环境对于自生硅质和有机质的生成及保存十分有利，表现为高有机质含量和高硅质含量，是深水陆棚沉积的特征之一。根据上述岩相标志、古生物标志及沉积构造现象，认为重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面所处沉积环境为滨外陆棚环境，可进一步细分成深水陆棚亚相，根据主要岩相特征，划分出了深水混积陆棚、深水硅泥质陆棚、深水砂泥质陆棚和深水泥质陆棚种沉积微相（见表）。表黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面沉积相划分 相亚相微相分布小段滨外陆棚深水陆棚深水混积陆棚深水硅泥质陆棚，深水砂泥质陆棚，深水泥质陆棚 岩石矿物特征重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面 块全岩射线衍射实验结果表明，黄莺乡剖面五峰组龙马溪组矿物组分以石英为主，其平均含量高达 ；其次为黏土矿物，平均含量为 ；硬石膏、钾长石、斜长石、白云石和黄铁矿等含量较低，并且在不同组段含量差异很大（如图和表所示）。图黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面图 年月刘莉等：重庆武隆地区五峰组龙马溪组页岩气地质条件分析 以黄莺乡剖面为例表黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面矿物组分统计表 组平均矿物含量黏土硬石膏石英钾长石斜长石方解石白云石石膏黄铁矿龙马溪组 五峰组 块五峰组全岩 射线衍射实验结果显示，黄莺乡剖面上奥陶统五峰组矿物成分相对较单一，以石英为主，石英矿物平均含量为 ；黏土矿物平均 含 量 为 ；斜 长 石 矿 物 平 均 含 量 为 ；硬石膏和钾长石含量较低，均在以下。块龙马溪组全岩 射线衍射实验结果显示，黄莺乡剖面下志留统龙马溪组矿物成分与五峰组相比存在较大的差异，剖面龙马溪组矿物组分以石英为主，石英矿物平均含量为 ，明显低于五峰组；黏土矿物平均含量为 ，稍低于五峰组；硬石膏、钾长石和斜长石含量与五峰组相比差异不大；但全岩 射线衍射剖面龙马溪组含有方解石、白云石、石膏和黄铁矿等矿物组分，而黄莺乡剖面五峰组并不含这一类矿物。有机地化特征 有机质丰度总有机 碳 含 量（）是 衡 量 有 机 质 丰 度 最常用的指标。重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面 块样品实测有机碳实验结果表明，剖面实测有机碳含量的最小值 为 ，最 大 值 为 ，平 均 值 为 （见表）。表黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面 样品分析数据表 样品号取样深度层位 样品号取样深度层位 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 龙马溪组 五峰组 龙马溪组 五峰组 龙马溪组 五峰组 龙马溪组 五峰组 龙马溪组 五峰组 龙马溪组 五峰组 龙马溪组 五峰组 龙马溪组 五峰组 黄莺乡剖面有 机 碳 纵 向 变 化 趋 势 与 焦 石 坝区块评价井岩心测试结果类似，具有自下而上有机碳含量明显 降低 的 变化 特征。黄 莺 乡 剖 面 上奥陶统五峰组实测有机碳含量最小值为 ，最大值为 ，平均值为 ；下志留统龙马溪组实测有机碳含量最小值为 ，最大值为 ，平均值为 ，明显低于下部五峰组地层。有机质类型和成熟度有机质类型是评价富有机质泥页岩生烃潜力的重要依据，也是评价生烃过程中烃类产物的类型和性质变化的重要指标。重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面为深水陆棚沉积，笔石十分发育，有机质主要为腐泥无定形体和腐泥碎屑体，以无结构镜质体和镜质碎屑体为主，计算类型指数 约为 ，均为型干酪根（见表）。非常规油气油气勘探 表黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面干酪根显微组分表 层段距底深度样品数量块腐泥组镜质组腐泥无定形体腐泥碎屑体合计无结构镜质体镜质碎屑体合计类型指数（）有机质类型龙马溪组 五峰组 有机质成熟度常用镜质体反射率（）指标来评价。热成因页岩储层中，当页岩中有机碳达到一定指标后，有机质的成熟度则成为页岩气源岩生烃潜力的重要的预测指标，含气页岩的成熟度越高表明页岩生气量越大。该研究针对成熟度表征主要利用 公式换算镜质体反射率。重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面块沥青反射率实验测试计算结果表明，基本上都约为或者大于，表明黄莺乡剖面五峰组龙马溪组泥页岩进入成熟热演化时期，处于热裂解干气生成阶段（见表）。表黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面镜质体反射率计算结果 层段距底深度样品数量块分组测点数龙马溪组 五峰组 储集性能特征 储集空间类型在野外露头观察基础上，结合薄片、扫描电镜以及氩离子抛光扫描电镜等各方面的资料，发现重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面储集空间类型主要包括无机孔隙、有机 质 孔 隙、微 裂 缝 和 构 造 缝种（如 图所示）。图黄莺乡剖面扫描电镜照片和野外照片 年月刘莉等：重庆武隆地区五峰组龙马溪组页岩气地质条件分析 以黄莺乡剖面为例黄莺乡剖面泥页岩中普遍存在无机孔隙，主要包括原生或次生的粒间孔、粒内孔及各类矿物晶间孔，如方解石晶间孔、白云石晶间孔、黏土粒间孔、黄铁矿晶间孔和溶蚀孔等（如图 所示）。有机质孔隙主要是有机质在热演化中，由未成熟固体干酪根向低密度烃类流体转化过程所产生，其发育程度与有机质含量密切相关。有机质孔隙形状呈近圆形、椭圆形、多边形或不规则形等，主要为纳米孔及微米孔，在平面上呈孤立状，有较好的边界（如图 所示）。微裂缝也是黄莺乡剖面比较发育的储集空间之一，主要以页理缝为主，常出现在纹层发育段。在刚性矿物与塑性矿物间易于形成页理缝；此外还包括碎屑颗粒与黏土质、有机质界面处的贴粒缝、片状黏土矿物内部的解理缝，以及具备明显矿物差异性特征的纹层间的层间缝等（如图 所示）。构造缝在黄莺乡剖面中广泛发育，多为直劈缝和高角度构造剪切缝。构造缝类型与剖面岩性较为密切，硅质泥页岩中常发育阶梯状构造破裂缝；碳 质 泥 页 岩 可 见 顺 层 状 的 剪 切 缝（如 图 所示）。物性特征重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面样品未采取野外钻取小柱样品，所取样品不具备实验室物性分析条件，未进行物性测试。参考邻区涪陵焦石坝开发区评价井五峰组龙马溪组物性测试结果（见表），对应目的层段 小 层 孔 隙 度 为 ，最 小 值 为 ，最大值为 ，平均值为 。整体上表现为五峰组孔隙度稍高于龙马溪组。目前主要采用稳态法水平渗透率测定法和全直径垂直渗透率测定法对五峰组龙马溪组渗透率进行测定。该层段水平渗透率为（），垂直渗透率为（），而页理缝发育的样品稳态法测定渗透率显著增高，显示了页理缝对地层水平渗流能力显著的贡献作用。五峰组龙马溪组水平渗透率差异不大（见表）。表涪陵焦石坝区块焦页井小层实测物性参数统计表 组小层实测孔隙度水平渗透率（）垂直渗透率（）龙马溪组 五峰组 可改造性特征可改造性是页岩地质以及储层特征的综合反映，其主要影响因素包括页岩脆性、石英含量、地应力及天然裂缝，另外还包括沉积环境和内部构造等其他因素。分析重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组野外剖面可改造性特征，主要从脆性矿物含量以及影响裂缝延伸的斑脱岩发育情况来具体分析。岩石的脆性很大程度上由岩石的矿物成分所控制，即由岩石中硅质和钙质与黏土之间的相对含量所决定。脆性矿物含量越高，岩石可改造性越好。前面已对黄莺乡剖面岩石矿物特征作过详细分析，这里主要从脆性指数对储层可改造性做出评价。页岩的脆性是储层压后形成裂缝网络的必要而非充分条件，脆性矿物分析可用于判断页岩的脆性指数，其计算表达式为：（）（）式中：为脆性指数，；为硅质矿物含量，；为钙质矿物含量，；为黏土含量，。据此公式对重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面脆性指数进行分析，发现武隆地区黄莺乡剖面整体脆性指数高于涪陵焦石坝地区，五峰组平均脆性指数为 ，龙马溪组平均脆性指数为 （见表）。非常规油气油气勘探 表黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面脆性指数计算结果 组平均矿物含量黏土硬石膏石英钾长石斜长石方解石白云石石膏黄铁矿平均脆性指数龙马溪组 五峰组 研究区剖面斑脱岩主要由火山灰和晶屑组成，玻屑少见，部分发生硅化；斑脱岩物质来源以火山灰为主，后期经历了一定的成岩改造作用，使原本软弱的岩层变得稍加坚硬，但与其上下覆岩层相比，斑脱岩硬度仍然很低。对重庆市武隆地区黄莺乡上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组剖面野外露头观察发现，在斑脱岩发育的层段，高角度剪切裂缝若遇到塑形强的斑脱岩层往往会延伸终止，或者裂缝转向延层面。所以，在斑脱岩发育的层段进行储层压裂改造，有可能会造成人造缝延岩层方向延伸，不利于形成复杂缝网。结论）武隆地区黄莺乡五峰组龙马溪组野外剖面主要发育细粉晶云岩、碳质硅质泥页岩、细粉砂质泥页岩、硅质页岩和碳质页岩种岩石类型，属滨外陆棚相深水陆棚亚相。）露头取样分析结果显示，武隆地区五峰组龙马溪组有机碳含量为 ，平均值为 ，有机质类型为型干酪根，有机质热成熟度为 ，处于热裂解干气生成阶段，具备较好的页岩气形成条件。）剖面样品显示武隆地区五峰组龙马溪组页岩中普遍存在无机孔隙和有机质孔隙，主要为纳米孔和微米孔；参考邻近区块焦石坝地区相应层段，对 应 孔 隙 度 为 ，平 均 值 为 ，具备较好的页岩气储集条件。）剖面样品显示武隆地区五峰组龙马溪组页岩储层脆性矿物含量高，石英含量，脆性指数平均值为 ，局部地层发育斑脱岩，斑脱岩不发育的地层具备较好的可改造性。参考文献：王志刚涪陵页岩气勘探开发重大突破与启示石油与天然气地质，（）：，（）：郭旭升，胡东风，李宇平，等 涪陵页岩气田富集高产主控地质因素石油勘探与开发，（）：，（）：邹才能，董大忠，王玉满，等 中 国 页 岩 气特 征、挑战及前景（二）石油勘探与开发，（）：，：，（），（）：郭彤楼，张汉荣 四川盆地焦石坝页岩气田形成与富集高产模式 石油勘探与开发，（）：，（）：张晓明，石万忠，徐清海，等 四川盆地焦石坝地区页岩气储层特征及控制因素石油学报，（）：，（）：孙健，罗兵四川盆地涪陵页岩气田构造变形特征及对含气性的影响 石油与天然气地质，（）：，（）：聂海宽，张金川，包书景，等四川盆地及其周缘上奥陶统下志留统页岩气聚集条件 石油与天然气地质，（）：，（）：朱彤，龙胜祥，王烽，等四川盆地湖相泥页岩沉积模式及岩石相类型天然气工业，（）：，（）：蔡进四川盆地焦石坝地区五峰组龙马溪组页岩储层成岩 年月刘莉等：重庆武隆地区五峰组龙马溪组页岩气地质条件分析 以黄莺乡剖面为例作用研究矿物岩石，（）：，（）：黄昊源，田亚铭，曾韬，等川南地区下奥陶统桐梓组白云岩特征及成因分析矿物岩石，（）：，（）：，：，陈尚斌，左兆喜，朱炎铭，等页岩气储层有机质成熟度测试方法适用性研究 天 然 气 地 球 科 学，（）：，（）：陈万峰，张旗，张成火，等 镜质体、海相镜质体和镜质体反射率及其研究实例大地构造与成矿学，（）：，：，（）：丰国秀，陈盛吉岩石中沥青反射率与镜质体反射率之间的关系 天然气工业，（）：，（）：，李金磊，尹成，王明飞，等 四川盆地涪陵焦石坝地区保存条件差异性分析石油实验地质，（）：，（）：刘鹏，吴佩津，彭钰洁 焦石坝地区构造特征及页岩气保存模式研究特种油气藏，（）：，（）：，页岩气储层评价技术规范 ，舒逸，陆永潮，刘占红，等 海相页岩中斑脱岩发育特征及对页岩储层品质的影响 以涪陵地区五峰组龙马溪组一段为例石油学报，（）：，：，（）：，：，（上接第 页）韩恒悦，张逸，袁志祥渭河断陷盆地带的形成演化及断块运动地震研究，（）：，（）：王全庆，裴先治渭河裂谷盆地的构造特征分析长安大学学报（地球科学版），（）：，（），（）：董敏，王宗秀，董会，等关中盆地花岗岩石英脉流体包裹体与氦气成藏特征研究 西北地质，（）：，（）：唐瑞，赵峰，王佳武，等 地面综合物探在蓝田县地热水井位论证中的应用陕西地质，（）：，（）：刘林，芮会超渭河盆地结构特征及演化研究地质力学学报，（）：，（）：，（）：，（）：