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山西临—洪地区上古生界太原组页岩气储层特征及其成藏机理

于文龙  
【摘要】:山西临汾-洪洞地区石炭-二叠系发育较好的富有机质泥页岩,具备良好的页岩气成藏条件。本文以临汾-洪洞地区太原组泥页岩地层为研究对象,基于对该地区资料文献收集、区域地质考察、钻孔岩芯编录和实验分析测试等方法,从区域地质特征、沉积展布特征、源岩及储层特征、成藏控制因素及成藏机理等方面对临汾-洪洞地区太原组泥页岩储层特征及其成藏机理进行了研究,研究结果表明:临汾-洪洞地区发育多个褶皱、断层,褶皱以背斜为主,呈NE、NNE向展布,断层多为正断层,呈NNE、NWW、NE向展布,发育次级地垒或隐伏地垒构造。研究区东北部构造复杂,褶皱、断层发育,基岩倾向变化较大;南部构造相对简单,地层倾角平缓,断层分布相对稀疏。太原组沉积环境主要由三角洲、障壁-泻湖和浅海台地等构成,岩性上由泥岩、炭质泥岩、粉砂岩、砂岩、煤层及灰岩等组成。其中泥页岩厚度较大,介于39-83m之间,平均厚度为52m,在横向纵向空间上发育较为稳定,延展性和连续性较好,且有机质含量相对较高;泥页岩埋深处于1500-2500m之间,有利于页岩气富集成藏。太原组泥页岩有机质类型均为Ⅲ型干酪根;有机质丰度较高,TOC含量总体分布于1.32%-18.96%之间;有机质成熟度在1.03%-1.75%之间,主体位于成熟阶段,生成了大量甲烷,为页岩气成藏提供了丰富的物质基础。泥页岩矿物成分以黏土矿物、石英为主,平均值分别为56.39%和35.31%,其脆性系数超过30%。太原组泥页岩储层纳米-微米级孔隙发育,主要为有机质孔、铸模孔、溶蚀孔、晶间孔和粒间孔。泥页岩孔隙以微孔、小孔为主,是太原组页岩气赋存、解吸和渗流的主要孔隙。泥页岩孔隙度主要分布在0.45%-2.41%之间;总比表面积主要介于2.10-9.41m~2/g之间;孔体积主要介于0.0049-0.021cm~3/g之间;从比表面积和孔体积角度,太原组西山段和山垢段储层更有利于页岩气的吸附和赋存。等温吸附实验结果表明,太原组泥页岩最大吸附量变化较大,介于0.41-1.51m~3/t之间,平均为1.04m ~3/t;整体较北美和南方页岩气最大吸附量低。太原组页岩气成藏条件,从有机质热演化角度分析,临汾-洪洞地区热演化程度较高,已达生气阶段,为研究区页岩气的生成提供可靠物质基础。暗色泥页岩发育有较多的有机质纳米孔隙,使得储层吸附能力强,为页岩气的储集提供了充足的空间。从构造演化角度来看,随地壳在燕山运动后期持续抬升,石炭-二叠系上覆地层遭受剥蚀,但太原组从未出露地表遭受剥蚀,并在喜马拉雅运动晚期地层开始沉降,形成良好的油气储层盖层,且太原组泥页岩本身发育较厚,渗透率低,气体保存能力强,对页岩气起到好的封盖作用;综合有机质热演化和构造演化作用,认为临汾-洪洞地区有机质热演化程度高,而且页岩气保存条件较好。页岩气成藏机理较为复杂,兼有煤层气、根缘气和常规天然气的多重机理特征,成藏初期为吸附机理,中期为充填、活塞运聚机理,后期为置换运聚机理,根据页岩气与煤层气纵向成藏模式的特征可将其划分为:页岩气藏、煤层气藏连续式共生成藏和页岩气藏、煤层气藏间隔式共生成藏两大类。本论文有图56幅,表14个,参考文献159篇。


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