四川盆地南缘下志留统龙马溪组页岩气储层矿物成分特征及意义 - 图文

第32卷　第5期　

2011年9月

文章编号:0253-2697(2011)05-0775-08

石油学报

ACTAPETROLEISINICA

Vol.32No.5

Sept.2011

四川盆地南缘下志留统龙马溪组页岩气储层矿物成分

特征及意义

陈尚斌1,2　朱炎铭1,2　王红岩3　刘洪林3　魏　伟3　方俊华2

(1.中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室　江苏徐州　221116;　2.中国矿业大学资源与地球科学学院　江苏徐州　221116;

　3.中国石油勘探开发研究院廊坊分院　河北廊坊　065007)

摘要:运用X射线衍射技术,对四川盆地南缘长宁—兴文地区下志留统龙马溪组39个露头泥岩/页岩样品进行了定性和定量分析。结果表明,龙马溪组泥岩/页岩矿物成分以黏土矿物和石英为主,平均含量分别为53.39%和29.15%;其次为方解石,平均含量为5.46%;另外,还含有少量的长石、白云石、石膏、黄铁矿等矿物。龙马溪组为浅海陆棚沉积,对有机质的富集和保存有利,为页岩气藏的形成提供了良好的沉积条件;黏土矿物组合特征反映出龙马溪组已经历晚成岩阶段,对应有机质演化的成熟—高成熟阶段,具有适宜页岩气形成的成熟度条件。黏土矿物对页岩气藏的形成和开发有一定积极意义,龙马溪组底部厚度约为30m的地层,伊利石和绿泥石含量低、相应孔隙率高且脆性矿物石英含量大于50%,是理想的页岩气重点勘探开发层位。页岩气储层矿物成分研究为其吸附储存、裂缝评价、渗流运移、压裂造缝和工艺性能等的研究提供了坚实的基础。关键词:页岩气;储层;矿物成分;X射线衍射;龙马溪组;下志留统;四川盆地南缘中图分类号:TE112.2　　　　文献标识码:A

CharacteristicsandsignificanceofmineralcompositionsofLowerSilurianLongmaxiFormationshalegasreservoirinthesouthernmarginofSichuanBasin

CHENShangbin

1,2

　ZHUYanming

1,2

　WANGHongyan　LIUHonglin　WEIWei　FANGJunhua

3332

(1.KeyLaboratoryofCoalbedMethaneResources&ReservoirFormationProcess,theMinistryofEducation,ChinaUniversityofMining&Technology,Xuzhou221116,China;2.SchoolofResource&EarthScience,ChinaUniversityofMining&Technology,Xuzhou221116,China;3.LangfangBranch,ResearchInstituteofPetroleum

Exploration&Development,PetroChina,Langfang065007,China)

Abstract:QualitativeandquantitativeanalysesbyX-raydiffraction(XRD)wereperformedon39outcropshalesamplesfromthe

LowerSilurianLongmaxiFormationinthesouthernmarginoftheSichuanBasin(theChangning-Xingwenarea),theresultsshowedthatmajorcomponentsoftheLongmaxiFormationmudshalearecomposedofclayminerals,quartzandcalcite,withanaverageof53.39%,29.15%and5.46%,respectively.Inaddition,othermineralcomponentsincludefeldspar,dolomite,gypsum,andpyrite,withanaveragelessthan5%foreachmineral.TheLongmaxiFormationconsistsofneriticshelfdepositsthatfavortheenrichmentandpreservationoforganicmatterandprovideagooddepositionalconditionfortheformationofshalegasreservoirs.ClaymineralcompositionscharacterizealatediageneticstageexperiencedbytheLongmaxiFormation,whichcorrespondstoamatureorhighlymatureevolutionarystageofhydrocarbonsandisprovidedwithasuitablematurityconditionforshalegasformation.Moreover,claymineralsarealsofavorablefortheformationanddevelopmentofshalegasreservoirs,especiallythebasalintervaloftheLongmaxiFormationthatis30mthickandcontainslowilliteandchlorite,correspondinglywithhighporosityandmorethan50%ofquartz,suggestinganidealhorizonforshale-gasexplorationanddevelopment.Therefore,studiesonmineralcompositionsofshale-gasreser-voirswillprovideasubstantialbasisforexaminingtheadsorptionandstorageofshalegasaswellasthefractureevaluation,seepageflowmigration,widthgenerationbyfracturingandtechnologicalfunctionsinshalegasexplorationanddevelopment.Keywords:shalegas;reservoir;mineralcomposition;X-raydiffraction;LongmaxiFormation;LowerSilurian;southernmarginof

SichuanBasin

　　中国页岩气研究尚处于起步阶段[1],四川盆地南部下志留统龙马溪组是中国页岩气近期研究的热

点[2-6]。在页岩气藏中,龙马溪组既是烃源岩,又是储集层,因而需要从储层角度对其开展全新的研究。优

基金项目:国家自然科学基金项目(No.40730422)和国家科技重大专项(2008ZX05034-04)联合资助。第一作者:陈尚斌,男,1983年3月生,2009年获中国矿业大学硕士学位,现为中国矿业大学在读博士研究生,主要从事煤层气与页岩气地质的学习

和研究工作。E-mail:shangbinchen@163.com

通讯作者:朱炎铭,男,1963年5月生,1999年获中国矿业大学博士学位,现为中国矿业大学教授、博士生导师,主要从事煤及油气资源评价、资源勘

探、能源沉积盆地分析等方面的研究。E-mail:ymzhucumt@sohu.com

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质烃源岩不一定都能形成经济页岩气藏,这受其吸附能力和孔隙、裂隙发育程度的控制;加之页岩孔隙度和渗透率较低,因此,有利目标的选择必须考虑资源量与储层易压裂性的匹配关系。页岩气或吸附于有机质和黏土矿物表面,或游离于孔隙和天然裂缝中,而矿物成分分析是进一步研究页岩储层吸附能力和基质孔隙度的基础。另外,矿物成分中的脆性矿物,如石英、方解石等,是控制裂缝发育程度的主要内在因素,直接影响储集空间和渗流通道。在页岩气评价中,必须寻找有机质和硅质含量高、黏土矿物含量较低(通常低于50%)、裂缝发育且能成功实施压裂增产的脆性优质烃源岩。因而,页岩气储层矿物成分研究对页岩气地质资源评价、成藏机理分析及开发措施工艺设计均具有重要意义。

目前,有关四川盆地下志留统龙马溪组页岩矿物成分的研究报道较少,仅见威远地区4口井下志留统一些样品的矿物平均含量[10]和长宁构造浅井———长芯1井下志留统龙马溪组8个岩心样品的岩矿测试数据[3,11]。鉴于龙马溪组矿物成分系统资料缺乏的现状,笔者对四川盆地南缘长宁县双河镇和兴文县僰王山镇两个龙马溪组露头剖面进行了实际测量和样品采集,采用X射线衍射技术,建立了龙马溪组野外露头矿物成分剖面,进而对四川盆地南缘下志留统龙马溪组沉积环境、成熟度及储层物性影响因素进行了分析。

[7]

[7,9]

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复合(图1),研究区主要受盆地南缘娄山断褶带影

响,为EW向构造分布地区。实测剖面及露头调查表明[5,13],长宁—兴文地区下志留统龙马溪组分布较为稳定,地层厚度约为200～300m;主要由黑色、灰黑色及深灰色页岩、粉砂质泥岩组成,由下向上粉砂质增多,碳质减少,顶部有薄层状或透镜状的灰岩夹层;整个龙马溪组均含有笔石化石,且由下向上笔石种类及数量均逐渐减少,少见三叶虫、腕足类等化石;还普遍见有分散状、似莓状黄铁矿晶粒,部分层位黄铁矿成层性分布明显。

1　地质背景

四川盆地位于扬子准地台西部,北为米苍山隆起—大巴山褶皱带,南为大相岭—娄山褶皱带,西为龙门山褶皱带,东为大娄山,盆地面积约为18×10km。以华蓥山和龙泉山两个背斜带为界,四川盆地划分为3个构造区6个次一级构造带,即华蓥山以东的川东南构造区(包括川东高陡褶皱带和川南低陡褶皱带),龙泉山以西的川西北构造区(包括川北低平褶皱带和川西低陡褶皱带),以及华蓥山与龙泉山之间的川中构

[12]造区(包括川中平缓褶皱带和川西南低陡褶皱带)。

4

2

图1　川南低陡褶皱带构造行迹及龙马溪组分布特征Fig.1　Structuralcharacteristics,distributionofLongmaxi

FormationandthestudyareainthesouthernmarginofSichuanBasin

2　实验与结果

2.1　测试方法与条件

X射线衍射技术是鉴定、分析和测量固态物质物相的一种基本方法,在地质学及含油气盆地分析中

已广泛应用[14]。样品的矿物成分测试在中国矿业大学分析测试中心完成,仪器为Rigaku公司生产的D/Max-3B型X射线衍射仪。测试条件:Cu靶,Kα辐射,X射线管电压35kV,管电流30mA。定性分析采用连续扫描,扫描速度3°/min,采样间隔0.02°,利用粉末衍射联合会国际数据中心(JCPDS-ICDD)提供的标准粉末衍射资料,确定样品的物质组成;定量分析采用步进扫描,扫描速度0.25°/min,采样间隔0.01°,按照中国标准(GB5225-86)的K值法进行定

四川盆地属中国华南型地层,区域上地层发育齐全,前

震旦系至第四系均有出露,古生界—新生界沉积盖层厚度约为6000～12000m,志留系现今残余厚度约为0～1200m。

研究区长宁—兴文地区位于四川盆地川南低陡褶皱带南缘。川南低陡褶皱带是华蓥山断褶带向西南延伸、呈帚状撒开的雁行式低背斜群,在加里东期为坳陷区,印支期为泸州古隆起的主体部分,是中生代以来的隆起区。川南低陡褶皱带发育NE向、EW向和SN向3组构造,各组系构造之间相互影响,呈反接或斜接

　第5期陈尚斌等:四川盆地南缘下志留统龙马溪组页岩气储层矿物成分特征及意义　777

量分析。

2.2　样品采集与制备

经野外剖面实测及对比,得到四川盆地南缘长宁—兴文龙马溪组厚度约为280m,根据其岩性等特点细分为57小层。样品采自长宁县双河镇(14个,编号sh)和兴文县僰王山镇(25个,编号sx),采样位置

见图2。采用缩分方法对野外采集的样品进行制备,

以使所测试样品能更好地代表所在层位岩石的矿物成分。取样品中新鲜部分约50～100g,粉碎,缩分,取约5g样品放入研磨钵中研磨至约300目(0.75mm,手感如面粉);之后将研磨好的样品分为两份,一份实验(0.5～1g),一份备用。

图2　四川盆地南缘龙马溪组矿物成分剖面

Fig.2　MineralcompositionprofileofLongmaxiFormationinthesouthernmarginofSichuanBasin

2.3　测试结果

2.3.1　矿物成分定性分析结果

四川盆地南缘龙马溪组泥岩/页岩的矿物成分较复杂(图3),样品中均含有伊利石、高岭石、伊蒙混层等黏土矿物,以及石英和黄铁矿,其中黏土矿物和石英为研究区龙马溪组泥岩/页岩的主要组成矿物。部分样品还含有绿泥石、蒙皂石等黏土矿物,长石、方解石、白云石等碎屑矿物和自生矿物,以及少量非晶物质等难以区分的矿物。

2.3.2　矿物成分定量分析结果

矿物成分定量分析结果表明(表1),39个样品矿物含量各不相同。总体而言,黏土矿物含量最高,为16.8%～70.1%,平均达53.39%;其次为石英,为16.2%～75.2%,平均为29.15%;还含有较多的方解石和长石,平均含量分别为5.46%和4.93%;其余

图3　sh03样品的X射线衍射分析图谱Fig.3　TheX-raydiffractionpatternsoftheLongmaxi

Formationsample(sh03)

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表1　长宁—兴文地区龙马溪组矿物成分X射线衍射分析结果

2011年　第32卷　

Table1　XRDresultsofmineralcompositionofLongmaxiFormationshaleintheChangning-Xingwenarea

样品

编号sx110sx104sx101sx98sx94sx86sx85sh18sh17sh16sh15sh13sh12sh11sh09sh08sh07sh06sh05sh04sh03sx60sx58sx56sx53sx51sx50sx49sx48sx47sx44sx37sx36sx30sx22sx15sx13sx07sx03

层号368131415161718192020212223232324242529394040414243444445464749495051515252

黏土矿物质量分数/%

伊利石21.527.719.521.326.841.337.421.123.625.826.726.325.231.525.130.232.629.425.128.930.320.521.823.132.322.924.727.324.525.222.124.223.519.616.213.114.212.510.3

伊蒙混层3.24.73.34.53.55.610.43.13.43.23.63.13.8

3.14.22.93.13.34.82.63.14.73.95.34.33.84.23.14.63.54.33.87.63.42.82.62.52.63.4

蒙皂石1.810.62.92.12.710.211.22.22.11.11.71.43.1

0.72.30.71.11.51.71.22.62.61.32.58.93.52.12.23.52.22.83.22.92.51.60002.3

绿泥石12.27.813.215.815.14.84.612.212.916.515.814.216.3

15.411.115.416.115.814.213.814.115.314.714.16.315.515.112.912.612.813.115.75.3000001.1

高岭石14.811.412.113.713.76.96.513.113.418.113.712.314.1

16.913.214.316.414.513.117.615.813.212.512.24.813.114.213.111.213.611.214.63.91.12.11.81.81.71.6

石英18.523.820.118.917.922.821.518.116.620.216.916.216.7

18.617.318.917.520.421.820.619.320.421.320.629.327.723.926.427.127.631.222.738.660.866.471.270.173.775.2

长石3.67.45.84.85.92.13.512.53.82.42.94.26.5

3.37.35.63.73.75.33.23.39.211.99.18.54.64.36.34.24.13.14.85.21.41.502.21.10

其他矿物质量分数/%方解石19.30.914.610.910.40.90.711.414.35.910.112.88.9

5.97.73.94.75.78.15.35.74.44.25.20.51.63.11.13.71.63.32.40.90.70.40.30.400

白云石00.73.41.4000.62.75.82.44.76.21.8

1.19.24.80.82.13.11.82.32.82.50.600.71.200.60.71.31.10.5003.4000

石膏黄铁矿1.200.90.60001.30.70.60.500

000.5000000.61.10.700.5000.50.40000.900.5000

0.91.10.81.10.60.90.80.71.71.91.61.81.5

1.61.11.11.61.31.22.21.41.41.31.61.21.31.51.72.02.31.71.42.62.31.81.71.51.21.3

其他3.03.93.44.93.44.52.81.63.11.91.81.52.1

1.91.51.72.42.31.62.82.14.93.55.03.94.85.75.95.56.05.96.19.07.37.25.47.37.24.8

如白云石、石膏、黄铁矿等较少,平均含量均小于5%。2.3.3　黏土矿物含量

伊利石是研究区发育最为普遍且含量最高的黏土

矿物,为10.3%～41.3%,平均达24.49%;样品也普遍含有高岭石和伊蒙混层,分别为1.1%～18.1%和2.5%～10.4%,平均为11.11%和3.92%;尽管部分样品中不含绿泥石,但其平均含量仅次于伊利石,为12.7%(0～16.5%);样品中还含少量蒙皂石等黏土矿物。

根据X射线衍射分析结果,编制了四川盆地南缘龙马溪组矿物成分剖面(图2)。由图2可见,黏土矿

物和方解石含量由顶部至底部有减少趋势,其中伊利石和绿泥石含量显著减小,龙马溪组底部含量约为顶部的1/3;石英含量具有由顶部至底部增加的趋势;长

石和其他矿物含量变化趋势不明显。

3　讨　论

3.1　研究区及邻区下志留统(龙马溪组)泥岩/页岩主

要矿物成分比较

表2为长宁—兴文及其邻区威远等地的岩矿测试数据。与长宁构造长芯1井对比表明(因威远各钻井的具体层组不明,只作为参考),两者黏土矿物、石英、