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四川盆地及周边地区五峰组—龙马溪组页岩有机质特征、沉积环境和含气性研究

张小龙  
【摘要】:四川盆地是中国页岩气勘探开发的重点区域,发育四套古生界泥页岩,具有厚度大、分布广和有机质丰度高的特点。本研究在四川盆地及周边地区选择了上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩三个新鲜露头剖面和一个钻井剖面,共采集样品314件。在综合研究五峰组—龙马溪组高-过成熟页岩有机地球化学特征的基础上,进行了有机质类型和丰度的恢复评价;通过有机质碳同位素特征和元素地球化学特征,分析了控制五峰组—龙马溪组页岩有机质丰度的影响因素,提出了优质烃源岩的形成模式;结合页岩有机质丰度、孔隙特征、矿物组成和区域构造特征与含气性的关系,讨论了五峰组—龙马溪组页岩含气性的控制因素,并对四川盆地该套页岩成藏有利区进行了预测。取得了以下主要认识:(1)四川盆地五峰组—龙马溪组页岩残余有机质丰度表现为在五峰组及龙马溪组的底部较高,并在五峰组与龙马溪组界线处出现最高值,向上逐渐变小并趋于稳定,为典型大陆架沉积环境下的有机质变化特征。有机质类型为Ⅰ型,母质来源主要为藻类等低等水生生物。该套页岩有机质热演化进入高过成熟阶段,Ro基本都大于2.0%。页岩有机质丰度恢复前后差异显著,恢复后原始有机质含量(TOC0)是残余有机质含量(TOC)的1.65倍;底部高有机质页岩层段的厚度成倍增加,石柱地区五峰组—龙马溪组页岩各层段的原始有机质含量均大于2%。(2)沉积水体的氧化还原条件控制了四川盆地五峰组—龙马溪组页岩的有机质富集。五峰组—龙马溪组底部富有机质页岩(TOC2.0%)主要沉积于强还原条件的静海深水环境。早志留世龙马溪晚期,构造抬升引起的海平面下降导致了陆源碎屑物质输入增多和水体溶解氧含量增加,致使龙马溪组中上部页岩有机碳含量降低。四川盆地五峰组—龙马溪组页岩发育模式为“深水陆棚—水底缺氧”模式。五峰期到龙马溪早期围绕川中古隆起和黔中古隆起分布的川南深水陆棚、川东深水陆棚和川北深水陆棚区,海水较深。水体溶解氧含量从海平面向海水底部方向逐渐降低,至沉积物水界面呈贫氧环境,沉积物中的有机质因保存效率高而富集。(3)四川盆地五峰组—龙马溪组页岩有机质丰度与页岩含气量呈较好的正相关性,是控制页岩含气性的关键因素;五峰组—龙马溪组页岩微孔、中孔、大孔均有发育,高演化程度页岩中发育的有机纳米孔为页岩气的吸附和储存提供了位置和空间;五峰组—龙马溪组页岩富含脆性矿物,以石英为主,有利于页岩气的压裂开发;构造抬升使得页岩气部分散失,距剥蚀线较近和断裂发育的地区页岩储层的保存条件普遍较差。(4)四川盆地五峰组—龙马溪组页岩具有很好的页岩气成藏条件。不同地区五峰组—龙马溪组页岩高有机碳层段的厚度有所不同,靠近沉积中心厚度大,边部厚度小镇巴—城口一带、石柱—万县一带和泸州—宜宾一带3个沉积中心是优质页岩(TOC2%)发育有利区,也是页岩气勘探开发优选区;五峰组—龙马溪组底部页岩是页岩气成藏有利层段。


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