【NGIB】王丹丹、姜振学等:黔北地区狮溪向斜五峰—龙马溪组浅层页岩脉体流体活动特征及对页岩气保存意义

文摘   2024-11-15 09:30   四川  



研究背景


保存条件是浅层页岩气富集的关键,黔北地区位于盆外复杂构造带,经历多期构造改造,单一构造单元内含气差异大。过去的研究主要关注目的层的埋深、地层倾角、压力系数和顶底板条件对页岩含气性的影响,忽略了在页岩气保存中同样扮演着重要角色的脉体流体活动特征。本文针对黔北地区狮溪向斜五峰—龙马溪组页岩脉体进行深入研究,旨在揭示脉体特征、古流体活动差异及对页岩气保存意义。


研究思路、方法


论文以黔北地区狮溪向斜的五峰—龙马溪组页岩为研究对象。选取某典型成功井和某典型失利井页岩样本,开展裂缝脉体岩心观察、阴极发光扫描、原位方解石U-Pb定年、单井盆地模拟、流体包裹体显微测温、甲烷包裹体拉曼光谱位移测定,结合脉体与围岩碳氧同位素特征,明确页岩裂缝脉体发育特征、古流体活动期次,揭示其对页岩气保存的意义,并建立黔北地区狮溪向斜五峰—龙马溪组页岩气保存模式,为黔北地区及周缘油气勘探有利区的划分提供科学依据。


研究结果


1. 明确了黔北地区五峰—龙马溪组C-O同位素对页岩封闭性的指示意义。显生宙以来海相碳酸盐岩的平均δ13C(PDB标准)值为0±4‰,δ18O(SMOW标准)值为20‰~24‰之间。黔北地区狮溪向斜五峰—龙马溪组δ18OSMOW为15.4‰~22.18‰,大部分属于海相碳酸盐岩类(图1a),黔北地区狮溪向斜五峰—龙马溪组脉体及围岩均不同程度受地层流体影响,为碳酸盐溶解再结晶的产物,所有脉体样品均落在混合流体域,表明成脉流体来源的多样性,脉体与围岩之间C-O同位素存在差异,形成脉体的流体为外源成因,除了有机质脱羧作用外,还可能受到高温流体的影响。通过顶底板(S1x和O3b)及龙马溪组(S1l)的C-O同位素分布特征来看(图1b),顶板新滩组(S1x)δ13C正偏,与龙马溪组(S1l)和底板宝塔组(O3b)存在较大差异,顶板封闭性较好,未受外源流体破坏,龙马溪组流体未和顶板进行沟通。相对于龙马溪组,底板宝塔组具有明显的δ13C和δ18O负偏,说明底板被外源流体或深部热液改造,龙马溪组流体与底板存在沟通。页岩方解石脉δ18O值多数与同层位的石灰岩非常接近,指示裂缝形成阶段地层含水饱和度低,页岩裂缝与外界的沟通性差,在封闭的、低水/岩比环境中氧同位素分馏弱。SX1井脉体的同位素与围岩(Δ13C=δ13C围岩-δ13C方解石)、Δ18O值(Δ18O=δ18O围岩-δ18O方解石)变化范围具有高度的一致性,Δ13C变化范围为-1.44‰~0.32‰,Δ18O变化范围为-1.11‰~-0.29‰,脉体中的流体可能主要来源于围岩,这种相似性反映了流体在形成脉体的过程中,其化学成分与围岩的化学成分保持了一致性。氧同位素值小于围岩且碳同位素值与围岩相当,指示了低水/岩比例的封闭系统。而SD1井Δ13C和Δ18O分布范围为-3.34‰~-0.14‰和-1.39‰~0.47‰,均远小于SD1井的变化范围。说明SD1井成脉流体不仅来自于同层位的灰岩溶解,同时裂缝系统的水/岩比例相对较高,氧同位素在方解石与热液中发生同位素分馏,因此SX1井成脉流体环境更稳定,保存条件相对更好。



图1 狮溪向斜五峰—龙马溪组裂缝脉体流体来源综合判识图及C-O同位素特征图

(a)裂缝脉体流体来源综合判识(b)五峰组-龙马溪组裂缝方解石脉与页岩围岩碳氧同位素关系


2. 明确了黔北地区五峰—龙马溪组包裹体对页岩气保存条件的指示意义。充填裂缝脉体中的流体包裹体也记录了地层发生构造运动时的地层信息,其均一温度及捕获压力能够揭示地层构造运动的期次。包裹体均一温度结果揭示黔北地区狮溪向斜五峰—龙马溪组页岩裂缝脉体中存在两期流体捕获,第一期流体包裹体均一温度主要分布在190~220℃之间,对应晚侏罗世,此时页岩处于主生气期,液态烃热裂解生气造成页岩孔隙中的流体压力上升,地层的压力系数超过了2.0,生烃增压产生裂缝,形成时间为161Ma左右。第二期流体包裹体均一温度主要分布在160~180℃之间,对应燕山晚期—喜山期地层快速抬升剥蚀阶段,时间为82.35Ma~84Ma,地层快速抬升剥蚀,产生较多构造裂缝,页岩超压系统被破坏,压力系数降低到了1.2,处于常压环境(图2a)。


图2 狮溪向斜SX1井和SD1井埋藏史图

(a)SX1井(b)SD1井


表1 狮溪向斜五峰—龙马溪组页岩捕获压力恢复结果


由表1可以看出,SX1井包裹体主力捕获压力介于50.3~123.4MPa,相较于SD1井较高,这是因为SD1井在第二阶段抬升剥蚀更为强烈,经历这一阶段后SD1井埋深更浅,封闭系统被破坏,捕获的甲烷包裹体数量较少,包裹体的均一温度和压力系数普遍较低,结合SD1井埋藏史,SD1井现今埋深与最大古埋深差达5400 m左右(图2b),强烈的抬升剥蚀造成 SD1井超压系统被破坏更加严重,页岩气散失更多,导致现今含气性低。


第一作者简介

王丹丹,中国石油大学(北京)博士研究生,主要从事页岩气富集机理研究。发表论文7篇。


通信作者简介

姜振学,中国石油大学(北京)教授、博士研究生导师,主要从事常规和非常规油气形成与分布、资源评价等方面的研究工作。发表论文200余篇。连续4年入选爱思唯尔“中国高被引学者”,入选“全球前2%顶尖科学家”名单。


江蕊希

排版:张  敏

审核:罗  强  黄   东

《NGIB》


Natural Gas Industry B 创刊于2014年,是天然气工业杂志社与KeAi公司合作出版的一本开放获取型国际期刊,在爱思唯尔旗下的ScienceDirect平台上双月出版。创刊至今,Natural Gas Industry B 始终秉承“报道天然气领域前沿学术研究,展示工程技术发展趋势,以理论研究成果推动工程技术进步”的办刊宗旨,服务全球天然气产业,并积极推动能源行业碳减排和低碳转型的发展。近年来,期刊逐渐获得了国际学术界的广泛认可,论文下载量超20万次/年,读者来自于全球85个国家和地区,论文被71个国家和地区的1310个机构引用。2024年6月Web of Science影响因子4.2,在ENERGY & FUELS学科类的Q2区。2023年12月入选《2023年中国科学院文献情报中心期刊分区表》。根据谷歌最新学术指标排行榜显示,期刊位居全球石油、天然气工程类学术期刊第10名。


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天然气工业
创刊于1981年,是由中国石油西南油气田公司、川庆钻探工程有限公司联合主办的学术期刊。关注地质勘探、开发工程、钻井工程、集输加工、安全环保、经济管理等多个领域。Ei检索、CSCD核心、中文核心、中国科技核心、入选中国科技期刊卓越行动计划。
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