下?lián)P子地區(qū)幕府山組泥頁巖沉積特征及孔隙結(jié)構(gòu)

摘要頁巖氣是一種“自生自儲”的非常規(guī)能源，美國對其開發(fā)和研究獲得了很大的成功，對其的研究開發(fā)也是我國近年來的熱門課題。隨著頁巖氣的研究的進一步進行，泥頁巖的沉積特征和孔隙結(jié)構(gòu)特征的研究是目前的熱點內(nèi)容，充分了解泥頁巖的沉積結(jié)構(gòu)和微觀孔隙構(gòu)造及其連通方式，有利于對泥頁巖儲層的物性和頁巖氣的賦存運移的研究，也為頁巖油氣的開發(fā)提供重要的理論指導(dǎo)。本文針對下?lián)P子地區(qū)幕府山組的泥頁巖進行研究，實驗室外通過鉆井巖心編錄，了解研究區(qū)的幕府山組泥頁巖的沉積特征，實驗室內(nèi)結(jié)合TOC、Ro等實驗數(shù)據(jù)，利用氬離子拋光-場發(fā)射掃描電鏡研究泥頁巖儲層的孔隙特征。本文主要根據(jù)實習(xí)期間，跟隨導(dǎo)師在巢湖進行的揚子地臺下寒武統(tǒng)的鉆井巖性編錄，分析該層段泥頁巖的沉積特征以及充填序列，然后對其孔隙特征進行分析，最后分析其儲集空間特征，指出有利儲層段，為下一步勘探開發(fā)做指導(dǎo)。取得的主要成果認(rèn)識如下：1.下寒武統(tǒng)幕府山組沉積期間，研究區(qū)內(nèi)總體處于陸架淺海碳酸鹽巖臺地—海灣—潮坪環(huán)境，離陸源較近。GD-1井處于海灣-潮坪環(huán)境。幕府山組發(fā)育了潮坪體系的潮間帶泥坪、混合坪相，海灣體系的深水扇中扇-外扇、滑塌濁積水道、海灣相沉積。2.GD-1井測試TOC%樣品22件，結(jié)果表明，TOC%一般為1.12～8.47%，平均3.01%。S1一般為0.0019～0.0568mg/g，平均0.029mg/g，S2一般為0.0022～0.0561mg/g，平均0.0295mg/g，S1+S2平均為0.0586mg/g，Tmax一般為323.7～411.6℃，平均為373.48℃。GD-1井的生烴潛力指數(shù)S1+S2明顯偏低，干酪根已無生烴潛力，可能與高演化程度有關(guān)。Tmax偏低，可能與S2偏低有關(guān)。3.GD-1井上部和下部泥頁巖儲層段有機質(zhì)整體較發(fā)育，保證了頁巖氣的產(chǎn)生；孔隙整體發(fā)育，連通性好，為頁巖氣的保存及運移提供了良好的條件；較多的粘土礦物和有機質(zhì)有利于氣體的吸附，較高的脆性礦物含量有利于后期的壓裂改造，是良好的頁巖氣儲層。4.泥頁巖以含黏土硅質(zhì)頁巖相（S3）、硅質(zhì)黏土質(zhì)頁巖相（CM1）、含硅質(zhì)黏土質(zhì)混合頁巖相（M2）為主，儲層孔隙類型有：粒間孔、粒內(nèi)孔、溶蝕孔、微裂縫等，有機孔較少。孔隙大小20~40μm，。脆性礦物含量（石英+長石+黃鐵礦）25~80.5%，平均值為54.8%，碳酸鹽巖含量為2.0~25%，平均為3.9%，粘土礦物含量為23~56.4%，平均為42.68%。5.初步確定GD-1井的有利儲層發(fā)育層段為42~82m和418~484.4m二個層段為最有利儲層發(fā)育層段。關(guān)鍵詞：揚子地臺，幕府山組，泥頁巖，沉積，儲層AbstractShalegasisakindofunconventionalenergysourcethatis“self-generatedandself-storing”，Americahasachievedgreatsuccessinitsdevelopmentandresearch，researchanddevelopmentonitisalsoahottopicinChinainrecentyears.Withthefurtherstudyofshalegas,thestudyofsedimentarycharacteristicsandporestructurecharacteristicsofshaleisthecurrenthottopic.Fullyunderstandthesedimentarystructureandmicroscopicporestructureoftheshaleanditsconnectionmode,whichisbeneficialtothemud.Thestudyofthephysicalpropertiesofshalereservoirsandthemigrationandmigrationofshalegasalsoprovideimportanttheoreticalguidanceforthedevelopmentofshaleoilandgas.Inthispaper,theshaleoftheMufushanFormationintheLowerYangtzeareaisstudied.ThesedimentarycharacteristicsoftheMufushanFormationshaleinthestudyareaarerecordedthroughthedrillingcoreoutsidethelaboratory.TheexperimentaldatainthelaboratorycombinedwithTOCandRoareused.Ionpolishing-fieldemissionscanningelectronmicroscopywasusedtostudytheporecharacteristicsofmudshalereservoirs.Inthispaper,accordingtotheinternshipperiod,followthedrillinglithologycatalogueoftheLowerCambrianintheYangtzeplatforminChaohu,andanalyzethesedimentarycharacteristicsandfillingsequenceoftheshaleinthisinterval,thenanalyzeitsporecharacteristics,andfinallyanalyzeit.Thecharacteristicsofthereservoirspaceindicatethefavorablereservoirsectionsandprovideguidanceforthenextexplorationanddevelopment.Themainresultsachievedareasfollows:1.DuringthedepositionoftheLowerCambrianMufushanFormation,thestudyareaisgenerallylocatedintheshelf-saltcarbonaterockplatform-bay-tidalflatenvironment,whichisclosertothelandsource.GD-1wellisinthebay-tidalflatenvironment.TheMufushanFormationdevelopedtheintertidalmudflatandmixedshoalofthetidalflatsystem,andthedeep-waterfanofthebaysystem,thefan-outerfan,theturbidturbidwaterchannel,andthebayfaciesdeposit.2.TheGD-1welltested22samplesofTOC%.TheresultsshowedthattheTOC%wasgenerally1.12to8.47%,withanaverageof3.01%.S1isgenerally0.0019-0.0568mg/g,withanaverageof0.029mg/g,S2isgenerally0.0022-0.0561mg/g,withanaverageof0.0295mg/g,S1+S2is0.0586mg/gonaverage,andTmaxisgenerally323.7-411.6°C.Theaverageis373.48°C.ThehydrocarbongenerationpotentialindexS1+S2oftheGD-1wellissignificantlylower,andthekerogenhasnohydrocarbongenerationpotential,whichmayberelatedtothehighdegreeofevolution.Tmaxislow,probablyrelatedtolowS2.3.TheorganicmatterintheupperandlowershalereservoirsoftheGD-1wellisrelativelydeveloped,whichensuresthegenerationofshalegas.Theporesarewelldevelopedandhavegoodconnectivity,whichprovidesgoodconditionsforthepreservationandmigrationofshalegas.Moreclaymineralsandorganicmatterarefavorableforgasadsorption,andhigherbrittlemineralcontentisfavorableforlaterfracturingtransformation,whichisagoodshalegasreservoir.4.Theshaleismainlycomposedofclaysiliceousshalefacies(S3),siliceousclayshalefacies(CM1),andsiliceousclaymixedshalefacies(M2).Theporetypesofthereservoirare:intergranularpores,intragranularpores,dissolutionpores,microcracks,etc.,lessorganicpores.Theporesizeis20~40μm.Brittlemineralcontent(quartz+feldspar+pyrite)25~80.5%,averageis54.8%,carbonatecontentis2.0~25%,averageis3.9%,claymineralcontentis23~56.4%,averageItis42.68%.5.ItispreliminarilydeterminedthatthefavorablereservoirdevelopmentintervalofGD-1wellis42~82mand418~484.4m,whicharethemostfavorablereservoirdevelopmentintervals.KeyWords:Yangtzeplatform,MufushanFormation,shale,sediment,reservoir目錄第一章引言 下?lián)P子地區(qū)幕府山組泥頁巖沉積特征及孔隙結(jié)構(gòu)第一章引言1.1選題目的和意義目前，常規(guī)能源大量開采研究，其儲量和發(fā)展前景堪憂，在這種情況下，勘探常規(guī)能源，頁巖氣就是其中一種非常重要的非常規(guī)能源。頁巖氣賦存于泥頁巖中，以吸附態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)的形式存在。其是目前發(fā)現(xiàn)的開采前景最廣的非常規(guī)能源，具有含氣面積廣、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)量穩(wěn)定和資源量高特點。近幾年，美國頁巖氣的勘探一直位居世界前列，開采量穩(wěn)居世界首位，中國的頁巖氣分布面積廣、儲量高，在借鑒美國的技術(shù)經(jīng)驗下，頁巖氣的研究也是取得了不小的進展。頁巖氣賦存于富含有機質(zhì)的暗色泥頁巖中，所以頁巖的各個特性也決定了頁巖含氣與否和含氣量的多少。因此，研究頁巖的沉積特征和孔隙結(jié)構(gòu)就顯得非常重要，沉積特征影響著頁巖氣能否產(chǎn)生以及保存，而孔隙結(jié)構(gòu)作為儲集空間，是影響儲集能力的重要方面，其特征影響著頁巖氣的運移以及賦存形態(tài)，研究這些特征對頁巖氣后期開采和評價至關(guān)重要，而評價泥頁巖的這些方面也成了近年來的熱門研究內(nèi)容。本文選題來自于“南黃海油氣資源調(diào)查”二級項目，是海域油氣資源調(diào)查工程的四個重點項目之一，下屬“嶗山隆起油氣地質(zhì)條件分析”子項目（子項目編號：DD20160152-2018-03），子項目承擔(dān)單位為中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所。該二級項目為海洋基礎(chǔ)性公益性地質(zhì)調(diào)查，總體目標(biāo)任務(wù)包括動態(tài)分析中國海域和21世紀(jì)海上絲綢之路沿線國家油氣勘探開發(fā)形勢，為主管部門和國家綜合管理部門管理和決策服務(wù)?！胺浅Ｒ?guī)油氣沉積學(xué)和儲層評價”屬于“嶗山隆起油氣地質(zhì)條件分析”子項目下屬的一個課題，課題合同編號：HD-JJHT-2018-042。通過查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，對南黃海下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)幕府山組的泥頁巖的巖石學(xué)特征、沉積學(xué)特征以及孔隙特征進行研究，為評價儲層的儲集性能提供理論依據(jù)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀北美是目前全球唯一實現(xiàn)頁巖氣大規(guī)模商業(yè)化開采的地區(qū)，這種情況在一定程度上改變了世界能源結(jié)構(gòu)，沖擊傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，使各個國家開始把目標(biāo)從傳統(tǒng)能源的開發(fā)轉(zhuǎn)向頁巖氣等非常規(guī)能源的研究和開發(fā)。實際上在19世紀(jì)初期，美國就已經(jīng)鉆探了第一口商業(yè)化產(chǎn)能的頁巖氣井。到了20世紀(jì)80年代，隨著水力壓裂技術(shù)和水平鉆完井技術(shù)的成熟，使得頁巖氣進入大規(guī)模開發(fā)階段（Schlumberger，2005；HarperJ，2008）。1929年，CharlesH.H.和J.H.Page在AAPG上發(fā)表文章詳細(xì)介紹美國堪薩斯州頁巖氣的勘探開發(fā)情況。1932年，BrowningIleyB.介紹了頁巖氣聚集的構(gòu)造因素。1953年，D.M.Young和HunterC.D.探討了肯塔基州的天然氣賦存和泥盆系頁巖中裂縫和節(jié)理的關(guān)系。七十年代之后，美國能源部開始著重研究頁巖氣，組織很多油氣公司、研究機構(gòu)，重點攻關(guān)美國的幾個含油氣盆地中的泥盆系頁巖的基礎(chǔ)研究。八十年代之后，美國能源部開始評價含油氣盆地中的泥盆系頁巖的資源潛力，其選取肯塔基州，西弗吉尼亞州和俄亥俄州為重點研究對象，采用多種評價模型和手段，計算了其研究區(qū)泥盆系頁巖的資源量潛力。九十年代之后，負(fù)責(zé)研究頁巖氣的機構(gòu)特化為了美國天然氣技術(shù)研究所，其在原有的基礎(chǔ)上，更多的是研究頁巖氣開發(fā)方面的問題。他們主要研究了頁巖儲層的評價，制定了頁巖中裂縫描述的標(biāo)準(zhǔn)方案，開發(fā)了頁巖層段取心的技術(shù)方法，研究了水平井鉆完井技術(shù)在開采頁巖氣中的應(yīng)用，頁巖儲層的實驗室評價的技術(shù)方法以及水力壓裂技術(shù)在頁巖氣開采中的應(yīng)用。21世紀(jì)初期，美國政府對頁巖氣開發(fā)實行了優(yōu)惠稅收，引發(fā)了頁巖氣的又一輪研究和開發(fā)熱潮。2010年，美國頁巖氣總產(chǎn)量已經(jīng)打到了1378×108m3，占到了當(dāng)年天然氣總產(chǎn)量的23%，預(yù)測到2020年所占比例將提高到35%。中國頁巖氣的研究相較于美國較晚一些。1990年我國一些刊物才開始刊登介紹美國頁巖氣勘探開發(fā)進展的文章。2003之后，有學(xué)者開始發(fā)表與頁巖氣的研究有關(guān)的文章。2005~2007年期間，國家基金委開始重視頁巖氣的研究，立項進行專題研究。2007年，中國開始嘗試頁巖氣對外合作，并在部分油氣田開展了老井復(fù)試的工作。2009年之后，各大油氣公司以及國土資源部開始進行頁巖氣的評價和勘探的工作。2010年之后，中國陸相和海相頁巖氣勘探開發(fā)取得突破性進展。1.3研究內(nèi)容與思路1.3.1區(qū)域背景研究于學(xué)校圖書館收集并分析區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的資料，開展區(qū)域構(gòu)造特征研究和地層特征研究。主要研究下?lián)P子地區(qū)構(gòu)造演化特征以及沉積層序特征，分析區(qū)內(nèi)主要斷裂特征以及其平面展布，追溯其構(gòu)造演化史。并構(gòu)造研究區(qū)內(nèi)地層序列、巖性、厚度以及巖相特征，建立研究區(qū)內(nèi)的地層剖面。1.3.2頁巖地質(zhì)特征主要研究下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)幕府山組泥頁巖的厚度、深度、巖性的組合特征以及巖相的特征，縱向上上建立地層剖面圖，以便于后續(xù)進行沉積環(huán)境和構(gòu)造分析。1.3.3頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選充分閱讀前人資料，進行系統(tǒng)的調(diào)研和總結(jié)對比，了解研究區(qū)泥頁巖評價標(biāo)準(zhǔn)，并利用泥頁巖厚度，孔隙度及孔隙類型、TOC含量等參數(shù)對研究區(qū)內(nèi)頁巖的可能存在頁巖氣的層段進行優(yōu)選，評價目標(biāo)區(qū)頁巖氣發(fā)育的有利區(qū)段。1.4研究方法本文基于現(xiàn)有的前人的研究資料，總結(jié)前人對泥頁巖儲層的沉積特征以及孔隙的研究，結(jié)合研究區(qū)下?lián)P子地區(qū)的勘探成果，綜合運用室外鉆井巖心編錄資料，室內(nèi)實驗室掃描電鏡和元素分析資料，結(jié)合宏觀和微觀進行分析，研究評價下寒武統(tǒng)幕府山組頁巖氣成藏的有利條件以及各項參數(shù)。鉆井巖心編錄主要是為了得到沉積地層的直觀資料，了解各深度地層對應(yīng)的巖性資料以及沉積特征和構(gòu)造特征。室內(nèi)掃描電鏡分析主要為了分析巖石的微觀孔隙和巖石構(gòu)造，而元素分析是為了對比元素地球化學(xué)，綜合沉積學(xué)對巖石的沉積環(huán)境進行分析，從而讓分析出來的結(jié)果更具說服力。1.5主要工作量1.5.1野外工作（1）于2018年7月22日—7月26日隨導(dǎo)師到青島完成GD-1井的巖心編錄和采樣工作，完成鉆井全井段巖心編錄；（2）協(xié)助導(dǎo)師對GD-1井實施全井段手持元素掃描（儀器型號-無錫所：S1TitanBruker）分析測試點715個（平均1個點/1m）；（3）協(xié)助導(dǎo)師對GD-1井實施全井段巖心照片136箱136張；典型沉積構(gòu)造照片122張；1.5.2室內(nèi)工作（1）查閱相關(guān)文獻（2）完成研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造-沉積背景、鉆井等資料收集；（3）完成GD-1井全井段手持元素掃描（儀器型號-地大：美國Thermo-XL3t950）分析測試點484個（平均1個點/1.5m）；（4）樣品制備；（5）完成GD-1井下寒武統(tǒng)幕府山組井段巖性綜合柱狀圖的編制；（6）完成幕府山組沉積模式圖和泥頁巖層段發(fā)育模式圖；1.5.3研究流程圖1.1研究流程圖第二章研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況2.1研究區(qū)位置官地1井位于江蘇省盱眙市，淮河下游段，洪澤湖南岸，江淮平原中東部，北緯32°43′-31°33′，東經(jīng)118°11′-118°54′。該區(qū)地勢西南高，丘陵低山分布廣；東北地勢較低，平原占絕大部分；整體呈階梯狀落差，高差懸殊220多米。其在淮河流域范圍內(nèi)，北部接壤洪澤湖。區(qū)內(nèi)有丘崗、低山、河湖圩區(qū)、平原等多種多樣的地貌。圖2.1鉆井地理位置圖本區(qū)氣候?qū)儆诒眮啛釒駶櫺詺夂颍黠@帶有一點季風(fēng)及大陸性特色。四季節(jié)氣分明，年降雨量1200mm，夏季多雨，秋季較為干燥，約230天左右無霜。氣溫最高可達39℃，8月份氣溫仍未下降，一月份氣溫最低，可低至-13℃，年平均氣溫為怡人的15℃。區(qū)內(nèi)在季風(fēng)氣候區(qū)內(nèi)，風(fēng)向隨著季節(jié)的變化而變化，夏季為偏南風(fēng)，冬季為偏北風(fēng)。年平均風(fēng)速大約為3.0-3.4米/秒，春季最大可達3.4-3.7米/秒，秋季最小，只有2.6-3.2米/秒。2.2區(qū)域構(gòu)造特征工作區(qū)塊位于下?lián)P子地臺的蘇北-南黃海盆地內(nèi)。下?lián)P子地區(qū)位于揚子板塊東北緣，包括江蘇省、安徽省、浙江省、江西省、上海市以及南黃海海域的部分區(qū)域。其NW向界限為嘉山-響水?dāng)嗔?、郯?廬江斷裂與蘇魯造山帶以及華北板塊；SW向以團風(fēng)-麻城斷裂與中揚子地塊為界（馬力，2004）；SE向以江紹斷裂與華夏古陸為界（郭念發(fā)，1996）；向東跨過南黃海海域，以朝鮮半島西緣斷裂與中朝板塊為界（郝天珧，2004）。其沉積基底為前震旦系淺變質(zhì)巖，具有雙層基底結(jié)構(gòu)，蓋層包括晚震旦世以來沉積的海相中、古生界和陸相中、新生界。圖2.2研究區(qū)位置圖下?lián)P子地臺海相古生界地層主要發(fā)育的是震旦系-早志留系和晚泥盆系-早三疊系兩套沉積地層。震旦紀(jì)至志留紀(jì)是一個穩(wěn)定的克拉通沉積時期，從震旦世到中奧陶世，下?lián)P子地區(qū)沉積格局具有較強的繼承性，為“兩坳夾一隆”的沉積格局，直至晚奧陶世，受南部華夏地塊的向北擠壓，形成南部抬升，北部沉降的地質(zhì)格局，結(jié)束了“兩坳夾一隆”的沉積格局。受印支運動構(gòu)造擠壓及陸內(nèi)造山作用的影響，揚子塊體與華夏塊體碰撞，結(jié)束了海相沉積。下?lián)P子區(qū)下寒武統(tǒng)烴源巖主要分布下?lián)P子地區(qū)下古生代的南北坳陷區(qū)，而下志留統(tǒng)烴源巖主要分布于下?lián)P子北部地區(qū)。南黃海作為下?lián)P子主體，具有下?lián)P子陸域相似的構(gòu)造演化、沉積演化過程，沉積了海相中古生界和陸相中新生界兩套沉積蓋層。2.3地層沉積特征官地1井位于蘇北盆地西北部建湖凸起上（圖2.2，圖2.3），據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、野外考察和鉆探結(jié)果，鉆井揭示地層第四系、下寒武統(tǒng)黃柏嶺組、幕府山組、上震旦統(tǒng)燈影組、陡山沱組。黃柏嶺組：微紅、黑灰色灰?guī)r夾礫狀灰?guī)r；灰色、灰黑色灰?guī)r，含泥質(zhì)粉屑微晶灰?guī)r；灰色頁巖與灰?guī)r互層；厚度145m；幕府山組：上部灰色、灰黑色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾鈣質(zhì)、砂質(zhì)頁巖，頁巖與灰?guī)r多為互層；炭質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖夾石煤層；厚度89.9m；下部灰色、灰黃色白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)白云巖夾藻白云巖、灰?guī)r，含燧石條帶；灰色、深灰色含屑灰?guī)r，灰黃色粉砂巖、頁巖夾灰?guī)r燈影組：灰色、灰黃色白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾灰?guī)r、粉砂巖、泥巖；厚度130m；陡山沱組：灰色、深灰色含屑灰?guī)r，灰黃色粉砂巖、頁巖夾灰?guī)r；厚度180m。圖2.3過官地1井（官灘12井）地質(zhì)剖面圖第三章沉積特征分析3.1巖性組成3.1.1礦物元素組成GD-1井幕府山組分析測試主量元素29件。樣品測試結(jié)果表明，與常規(guī)砂巖樣品對比，研究區(qū)GD-1井幕府山組細(xì)碎屑巖地層的Fe2O3、CaO含量、K2O/Na2O、Fe2O3+MgO比值明顯偏高，SiO2含量明顯偏低、Al2O3、TiO2偏低（OIA：洋島堿性玄武巖，CIA：化學(xué)風(fēng)化指數(shù)；ACM：活動大陸邊緣；PM：被動大陸邊緣）。圖3.1GD-1井幕府山組細(xì)碎屑巖主量元素含量與構(gòu)造背景值對比3.1.2結(jié)構(gòu)特征評價碎屑巖的結(jié)構(gòu)的主要方面就是粒度，粒度決定了巖石的種類命名以及其性質(zhì)。碎屑的大小從一定程度上反映了巖石生成時的物理和化學(xué)環(huán)境，同種巖石內(nèi)，顆粒大小差異也很大，對于主要由粘土礦物和碎屑巖組成的泥頁巖，這種顆粒大小差異就更大，泥頁巖中的粘土礦物的粒徑都較小，一般小于0.0039mm。3.1.3巖石類型根據(jù)泥頁巖礦物組成三角圖判別結(jié)果，下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)泥頁巖大部分處于硅質(zhì)頁巖相、含黏土質(zhì)頁巖相和混合頁巖相。以含黏土硅質(zhì)頁巖相（S3）、硅質(zhì)黏土質(zhì)頁巖相（CM1）、含硅質(zhì)黏土質(zhì)混合頁巖相（M2）為主，其次為硅質(zhì)頁巖相（S），少量含灰質(zhì)黏土質(zhì)硅質(zhì)頁巖相（S2）、混合頁巖相（M）、含灰質(zhì)硅質(zhì)黏土質(zhì)頁巖相（CM2）和含灰質(zhì)黏土質(zhì)頁巖相（CM3）（圖2-3-3a）。與美國Barnett頁巖相比，鈣質(zhì)含量明顯偏低，硅質(zhì)和黏土質(zhì)含量較為相近。圖3.2下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)泥頁巖礦物組成圖3.3美國泥頁巖礦物組成（數(shù)據(jù)來自羅超，2014；Montgomeryetal.,2005;Loucksetal.,2007;2009;Hilletal.,2007;Jarvieetal.,2007）3.2典型沉積構(gòu)造根據(jù)鉆井巖心編錄觀察，GD-1井幕府山組發(fā)育有豐富的沉積構(gòu)造，主要包括的層理構(gòu)造有：水平層理、平行層理、濁積紋層、韻律層理、粒序?qū)永?、雙向交錯層理、浪成波紋交錯層理、軟變形層理、滑塌變形構(gòu)造等（圖3.4）。同時，幕府山組地層中發(fā)育大量的構(gòu)造現(xiàn)象，一般為沉積后的受外部活動影響的構(gòu)造，包括方解石脈充填、微裂縫、節(jié)理、縫合線、小型斷層、構(gòu)造角礫巖、溶蝕孔洞等（圖3.5）。圖3.4幕府山組地層中的典型沉積構(gòu)造圖3.5幕府山組地層中的構(gòu)造現(xiàn)象3.3充填序列根據(jù)巖性組成特點，可以將幕府山組地層從上往下分為5個巖性段：頂部巖性段、上部巖性段、中部巖性段、下部巖性段和底部巖性段。5段巖性具體描述如下：頂部巖性段：42.1～82.0m。深灰色、黑色泥巖夾黑色炭質(zhì)泥巖薄層，底部夾深灰色粉砂質(zhì)泥巖薄層。偶見節(jié)理和裂縫，方解石脈充填，下部高陡裂縫較發(fā)育，上部為鈣質(zhì)和碳質(zhì)，下部被鐵質(zhì)侵染，夾六層黑色碳質(zhì)泥巖。該段是主要的烴源巖和儲層發(fā)育層段。上部巖性段：82.0～163.0m。深灰色泥巖與灰色粉砂質(zhì)泥巖薄互層，或夾灰色粉砂質(zhì)泥巖薄層。下部夾多層滑塌角礫巖層或透鏡體。發(fā)育水平層理、韻律層理。中部巖性段：163.0～290.5m。深灰色泥巖與灰色粉砂質(zhì)泥巖薄互層，或夾灰色粉砂質(zhì)泥巖薄層，局部夾炭質(zhì)泥巖薄層。發(fā)育高陡節(jié)理或裂縫，方解石脈充填。發(fā)育水平層理、韻律層理和雙向交錯層理。下部巖性段：290.5～418.0m。深灰色泥巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖夾層或互層，偶夾灰色粉砂巖、黑色炭質(zhì)泥巖薄層。發(fā)育水平層理、韻律層理和雙向交錯層理。底部巖性段：418.0～484.4m。深灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、黑色碳質(zhì)泥巖。地層陡傾-高陡，局部微裂縫發(fā)育。發(fā)育水平層理、韻律層理、雙向交錯層理、浪成波紋層理、變形層理等。該段是主要的烴源巖和儲層發(fā)育層段。圖3.6官地1井沉積充填序列（1）圖3.6官地1井沉積充填序列（2）圖3.6官地1井沉積充填序列（3）3.4沉積環(huán)境分析GD-1鉆井揭示了上震旦統(tǒng)燈影組、下寒武統(tǒng)幕府山組和黃柏林組的沉積地層。燈影組沉積末期，經(jīng)歷了隆升剝蝕過程，形成了燈影組頂部大約33m厚的風(fēng)化殼。從鉆井巖性組成以及典型沉積構(gòu)造的初步分析，GD-1井經(jīng)歷了燈影組的局限臺地體系—幕府山組的海灣-潮坪體系的沉積充填過程（圖3.6）。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造-沉積背景，以及研究區(qū)相關(guān)鉆井資料分析，下寒武統(tǒng)幕府山沉積期間內(nèi)，研究區(qū)總體處在一個陸架淺海碳酸鹽巖臺地—海灣—潮坪環(huán)境，離陸源較近。GD-1井處于海灣-潮坪環(huán)境（圖3.7）。幕府山組發(fā)育了潮坪體系的潮間帶泥坪、混合坪相，海灣體系的深水扇中扇-外扇、滑塌濁積水道以及海灣相沉積。圖3.7研究區(qū)早寒武世幕府山組沉積模式（資料來源：路琳琳等,2013;樊佳莉,2017;劉計勇等,2018編繪）第四章孔隙特征分析4.1孔隙結(jié)構(gòu)特征4.1.1孔隙類型針對頁巖微觀孔隙的成因，可以將孔隙分為有機質(zhì)孔隙和無機孔隙（LoucksRGetal，2007）。其中無機孔隙包括礦物晶間孔隙、基質(zhì)孔隙和無機礦物溶蝕形成的粒內(nèi)溶蝕孔隙；有機質(zhì)孔隙指有機質(zhì)內(nèi)的孔隙，是固體干酪根成熟在轉(zhuǎn)化為烴類時其內(nèi)部有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為烴類流體時形成的孔隙。按孔隙形成的位置來分類，Schieber在研究Maquoketa群時提出將孔隙類型劃分為碳酸鹽溶蝕孔、層狀硅酸鹽骨架孔和有機孔；SlaTT在研究Woodford頁巖和BameTT頁巖時（SlattRMetal.，2011），提出將孔隙分為球狀顆粒粒內(nèi)孔、凝聚狀顆粒粒間孔、有機質(zhì)孔和基質(zhì)微裂縫等類型。另外，Loucks等人提出根據(jù)孔隙大小分類的方案，把泥頁巖中的孔隙分為納米級孔隙（d＜0.75μm）和微孔隙（d＞0.75μm）。國際應(yīng)用和理論化學(xué)聯(lián)合組織另外分類，將泥頁巖中的大于50nm的孔隙命名為大孔，小于2nm的命名為稱為微孔。鐘太賢更加詳細(xì)的劃分了一個分類方案，將孔徑小于10nm的稱為微孔，孔徑介于10~100nm的稱為過渡孔，孔徑介于100~1000nm的稱為中孔，孔徑介于1000~10000nm的稱為大孔，孔徑超過10000nm的稱為裂隙。根據(jù)對鉆井巖心切片進行的氬離子—場掃描電鏡觀察、巖石薄片鑒定以及巖心觀察等分析后，發(fā)現(xiàn)泥頁巖內(nèi)的孔隙可以綜合以上分類方案分為基質(zhì)孔隙和生物孔隙兩大類，其中基質(zhì)孔隙又可進一步分為無機孔和有機孔，無機孔又可進一步分為原生孔和次生孔兩個大類。通過整理分析實驗所得資料得到孔隙分類表（表4.1）。表4.1孔隙分類表類型亞類特征成因空間大小基質(zhì)孔隙無機孔原生顆粒間粒間微孔顆粒間未被粘土礦物占據(jù)的空間微米級殘余微粒間孔剛性顆粒與粘土礦物間未被壓實完全的空間納米級次生粘土礦物層間微孔隙粘土礦物間孔黏土礦物轉(zhuǎn)變微米-納米級顆粒內(nèi)微溶孔不規(guī)則溶解作用微米-納米級顆粒間微溶孔不規(guī)則溶解作用微米-納米級組構(gòu)溶孔不規(guī)則溶解作用毫米-微米級有機孔次生有機質(zhì)孔隙現(xiàn)狀或串珠狀、圓形或橢圓形、網(wǎng)狀在高－過成熟階段，干酪根向油氣的熱降解可產(chǎn)生富含碳的殘余物及次生微孔、微裂隙，有機質(zhì)內(nèi)孔隙呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)納米級4.2孔隙特征分析1．分析方法簡介總共取研究區(qū)內(nèi)樣品20塊進行分析，其中，上部儲層段取樣5個（16-20號樣），下部儲層段取樣10個（1-10號樣）。由北京華為同創(chuàng)科技有限公司負(fù)責(zé)測定全部樣品。具體實驗方法為：在巖心樣品上取直徑為2.5cm高度為1.5cm的類圓柱體巖樣，固定于樣品臺上，放入精研一體機（型號：LeicaEMTXP）進行預(yù)處理。隨后，將制備好的巖樣放入氬離子拋光儀器（型號：LeicaEMRES102）進行精細(xì)拋光（時間4小時，電壓4kV，電流2.2mA）。處理完成后，將其垂直固定于場發(fā)射掃描電鏡儀器（型號：MERLINCompact）載物臺上（工作電壓2kV，工作距離4.7mm），對孔隙、有機質(zhì)和礦物等進行觀察，描述頁巖中孔隙結(jié)構(gòu)類型。2．分析結(jié)果上部儲層段：16-20號樣品；①16號樣品：有機質(zhì)含量較多，充填在粒間孔里，有機質(zhì)孔隙發(fā)育良好；金紅石和鐵方解石呈包含關(guān)系，鐵方解石內(nèi)包含金紅石顆粒；長石中發(fā)育粒內(nèi)孔。黃鐵礦不發(fā)育，出現(xiàn)金紅石，外圈發(fā)育方解石，周緣有機質(zhì)發(fā)育；無機孔發(fā)育，多為溶蝕孔，方解石、長石粒內(nèi)孔較多，粒徑在2微米及以上。有機質(zhì)數(shù)量較少，呈不規(guī)則塊狀，整體不發(fā)育，有機孔較發(fā)育，孔徑可達上百納米，部分有機質(zhì)不發(fā)育有機孔，面孔率為11.6%（圖4.1a,b）。圖4.1a樣品全貌及礦物特征（GD-1-99,44.5m）圖4.1b樣品有機質(zhì)及孔隙結(jié)構(gòu)特征（GD-1-99,44.5m）②17號樣品：孔隙發(fā)育良好，有機質(zhì)含量多；方解石溶蝕作用嚴(yán)重，溶蝕孔發(fā)育；黃鐵礦中發(fā)育粒間孔；伊利石和綠泥石中發(fā)育粒內(nèi)孔。黃鐵礦數(shù)量很少，以草莓狀發(fā)育，偶見掉?，F(xiàn)象，周緣有機質(zhì)發(fā)育；無機孔發(fā)育，多為溶蝕孔，伊利石粒內(nèi)孔、粒間孔明顯礦物顆粒感強，溶蝕現(xiàn)象明顯，方解石、伊利石粒內(nèi)孔較多，粒徑在2微米及以上有機孔發(fā)育，分布均勻，分散性強，呈不規(guī)則塊狀發(fā)育，有機孔發(fā)育，多呈橢圓狀，孔徑在30～80納米不等（圖4.2a,b）。圖4.2a樣品全貌及礦物特征（GD-1-100,45m）圖4.2b樣品有機質(zhì)及孔隙結(jié)構(gòu)特征（GD-1-100,55m）③18號樣品：孔隙發(fā)育良好，有機質(zhì)含量多，但較分散，有機質(zhì)孔較發(fā)育；長石和方解石發(fā)生溶蝕作用，發(fā)育溶蝕孔；黃鐵礦因風(fēng)化作用出現(xiàn)掉?，F(xiàn)象，且發(fā)育粒內(nèi)孔。黃鐵礦發(fā)育，單晶型、草莓狀均有發(fā)育；無機孔發(fā)育，礦物顆粒感明顯，多為溶蝕孔，孔徑很大，可達10微米及以上，幾乎未被其他礦物填充，多發(fā)于長石粒間孔、粒內(nèi)孔，偶見礦物裂縫。有機質(zhì)裂隙發(fā)育較多，有機質(zhì)非常發(fā)育，分布均勻，分散性強，不規(guī)則條狀；有機孔較發(fā)育，孔徑在30～2微米不等，部分有機質(zhì)不發(fā)育有機孔（圖4.3a,b,c）。圖4.3a樣品全貌及礦物特征（GD-1-102,62.5m）圖4.3b樣品無機孔隙結(jié)構(gòu)特征（GD-1-102,62.5m）圖4.3c樣品有機質(zhì)及孔隙結(jié)構(gòu)特征（GD-1-102,62.5m）④19號樣品：有機質(zhì)含量豐富，有機質(zhì)孔以微孔隙為主，中間為有機成因石英；長石和方解石發(fā)育粒間孔，長石同時還發(fā)育粒內(nèi)孔，且被黏土礦物充填；黃鐵礦粒間被有機質(zhì)充填，部分因風(fēng)化作用出現(xiàn)掉粒現(xiàn)象。有機質(zhì)非常發(fā)育，分布集中，呈不規(guī)則塊狀，部分有機質(zhì)中混雜石英，有機孔非常發(fā)育，中等連通性，呈橢圓狀或長條狀，孔徑在50～200納米不等，面孔率為15.96%。黃鐵礦較發(fā)育，多呈草莓狀，偶見風(fēng)化掉?，F(xiàn)象，常與有機質(zhì)共同發(fā)育；無機孔較發(fā)育，長石和方解石發(fā)育粒間孔，長石同時還發(fā)育粒內(nèi)孔，少見被粘土礦物填充（圖4.4a,b）。圖4.4a有機質(zhì)及有機孔特征（GD-1-103,70m）圖4.4b礦物及無機孔隙結(jié)構(gòu)特征（GD-1-103,70m）⑤20號樣品：有機質(zhì)含量豐富，分布較集中，中間為有機成因石英，有機質(zhì)孔發(fā)育較差；長石和方解石發(fā)育粒間孔，部分方解石發(fā)生溶蝕作用；黃鐵礦較小顆粒間多被有機質(zhì)充填，大顆粒周圍發(fā)育粒間孔；伊利石以絲狀分布，其間發(fā)育粒間孔。黃鐵礦數(shù)量較少，草莓狀、單晶型均有發(fā)育，周緣常與有機質(zhì)共同發(fā)育，可見晶間孔出現(xiàn)；有機質(zhì)較發(fā)育，分散型分布，多為圓形或橢圓形，連通性較差，部分與粘土礦物共同發(fā)育，也有與有機成因石英共生，孔徑30～上百納米不等。無機孔非常發(fā)育，多為溶蝕孔，長石粒間孔，方解石、伊利石粒內(nèi)孔均比較發(fā)育，孔徑多在2微米及以上，少見被其他礦物填充（圖4.5a,b,c）。圖4.5a黃鐵礦特征（GD-1-104,75m）圖4.5b有機孔及孔隙結(jié)構(gòu)特征（GD-1-104,75m）圖4.5c無機孔及孔隙結(jié)構(gòu)特征（GD-1-104,75m）下部儲層段：1-10號樣品。①1號樣品：無機孔較發(fā)育，黏土礦物發(fā)育粒間孔和粒內(nèi)孔，粒徑范圍在幾百納米到及微米之間；黃鐵礦較多，可能由于風(fēng)化作用有掉?，F(xiàn)象；有機質(zhì)較發(fā)育，分散性強，有機孔較發(fā)育，孔徑在幾十納米到上百納米。脆性礦物含量較多，以石英、長石為主；碳酸鹽以白云石、方解石為主；黃鐵礦發(fā)育，多呈草莓狀，部分為單晶型，由于風(fēng)化作用偶見掉?，F(xiàn)象；有機質(zhì)發(fā)育，多為不規(guī)則長條狀，部分團塊狀，沿草莓狀黃鐵礦周緣發(fā)育，分散性強，孔徑多在30～100納米不等，面孔率為14.06%。無機孔數(shù)量很多，多為脆性礦物和粘土礦物粒內(nèi)孔、粒間孔，粒徑較大，多為2微米以上，部分長石顆粒粒內(nèi)孔被高嶺石填充，總體無機孔發(fā)育（圖4.6a,b,c）。圖4.6a黃鐵礦特征（GD-1-28,418m）圖4.6b有機質(zhì)特征及有機孔（GD-1-28,418m）圖4.6c無機孔結(jié)構(gòu)特征（GD-1-28,418m）②2號樣品：黃鐵礦發(fā)育，多呈草莓狀，少量為大顆粒單晶型；礦物顆粒感較強，脆性礦物和黏土礦物大量發(fā)育粒間孔及粒內(nèi)孔；有機質(zhì)豐富，分布均勻，分散性強，有機孔較發(fā)育，孔徑多為50～100納米。多為不規(guī)則長條狀，與粘土礦物共同發(fā)育，少部分沿草莓狀黃鐵礦周緣發(fā)育；草莓狀黃鐵礦晶間孔可能由于溶蝕、風(fēng)化作用或者有機質(zhì)收縮形成。無機孔非常發(fā)育，多為長石粒間、粒內(nèi)孔，呈不規(guī)則塊狀發(fā)育，粒徑較大，通常在2微米及以上，部分粒內(nèi)孔被粘土礦物填充（圖4.7a,b）。圖4.7a樣品全貌及礦物特征（GD-1-29,425m）圖4.7b樣品孔隙結(jié)構(gòu)特征（GD-1-29,425m）③3號樣品：脆性礦物發(fā)育無機孔，粒徑范圍在幾百納米到及微米之間，部分孔隙內(nèi)填充高嶺石；有機質(zhì)較發(fā)育，多沿礦物周緣發(fā)育，呈條帶狀，部分塊狀，有機孔發(fā)育較好，以中孔及大孔為主。黃鐵礦發(fā)育，呈草莓狀、大顆粒單晶狀。有機質(zhì)多為不規(guī)則長條狀，與粘土礦物共同發(fā)育。有機質(zhì)較發(fā)育，分布較均勻，不規(guī)則條狀或塊狀，與粘土礦物共同發(fā)育，孔徑多為20～80納米，部分有機質(zhì)填充礦物粒內(nèi)孔，孔徑較大，上百納米及以上。無機孔非常發(fā)育，多為長石粒間、粒內(nèi)孔，呈不規(guī)則塊狀發(fā)育，粒徑較大，通常在2微米及以上，部分粒內(nèi)孔被粘土礦物填充。脆性礦物較多，主要為鈉長石及石英；粘土礦物多為伊利石和高嶺石（圖4.8a,b）。圖4.8a樣品全貌及礦物特征（GD-1-31,434.5m）圖4.8b樣品孔隙結(jié)構(gòu)特征（GD-1-31,434.5m）④4號樣品：黃鐵礦較多，草莓狀黃鐵礦極少，幾乎不發(fā)育，多為大顆粒單晶型；微米級別孔隙中多充填黏土礦物（伊利石及伊蒙混層）；有機質(zhì)發(fā)育一般，部分有機質(zhì)混雜其他礦物，孔徑較大，可達上百納米。有機質(zhì)較少，整體較不發(fā)育，分布均勻，面積較小，有機孔不發(fā)育，部分有機質(zhì)填充無機孔，孔徑在20～100納米不等，有機質(zhì)裂隙可達2微米及以上。無機孔非常發(fā)育，多為長石粒間、粒內(nèi)孔，呈不規(guī)則塊狀發(fā)育，粒徑較大，通常在2微米及以上，孔隙連通性好，未被填充，部分粒內(nèi)孔被粘土礦物填充，鈉長石、部分為溶蝕孔，大于10微米，石英以及粘土礦物顆粒較多，礦物顆粒感強（圖4.9a,b,c）。圖4.9a黃鐵礦特征（GD-1-34,448m）圖4.9b有機孔結(jié)構(gòu)特征（GD-1-34,448m）圖4.9c無機孔結(jié)構(gòu)特征（GD-1-34,448m）⑤6號樣品：黃鐵礦數(shù)量較少，多為草莓狀型（周緣有機質(zhì)發(fā)育），偶見掉?，F(xiàn)象。無機孔發(fā)育，溶蝕孔中填充黏土礦物，有機質(zhì)整體發(fā)育一般。有機孔呈長條狀定向分布，整體分布均勻，多發(fā)育有機質(zhì)裂隙，多見大面積集中發(fā)育。無機孔發(fā)育，見溶蝕孔，伊利石粒內(nèi)孔與鈉長石、方解石粒間孔較多，呈不規(guī)則塊狀，孔徑多在2微米及以上，大量長石粒間孔被粘土礦物填充，鈉長石、方解石以及粘土礦物顆粒較多，礦物顆粒感強（圖4.10a,b）。圖4.10a有機孔結(jié)構(gòu)特征（GD-1-36,460m）圖4.10b無機孔結(jié)構(gòu)特征（GD-1-36,460m）⑥7號樣品：黃鐵礦數(shù)量一般，草莓狀、大顆粒單晶型；有機質(zhì)與黃鐵礦共生現(xiàn)象明顯，無掉?，F(xiàn)象；無機孔發(fā)育，黏土礦物粒間孔、粒內(nèi)孔非常明顯，有機質(zhì)發(fā)育一般，有機孔不發(fā)育。有機質(zhì)分散、不均勻、大面積集中發(fā)育，多為橢圓型塊狀分布，部分有機質(zhì)填充礦物顆粒粒內(nèi)孔。無機孔發(fā)育，見溶蝕孔，伊利石粒內(nèi)孔較多，脆性礦物無機孔較少，呈不規(guī)則塊狀，孔徑多在2微米及以上，部分脆性礦物溶蝕孔被粘土礦物填充。鈉長石、方解石以及粘土礦物顆粒較多，礦物顆粒感強，出現(xiàn)綠泥石（圖4.11a,b）。圖4.11a樣品全貌及礦物特征（GD-1-39,474）圖4.11b樣品孔隙結(jié)構(gòu)特征（GD-1-39,474m）⑦9號樣品：黃鐵礦不發(fā)育，脆性礦物（石英等）發(fā)育較多無機孔，粒徑較大，微米級別，未被黏土礦物填充，有機質(zhì)發(fā)育一般，有機孔不發(fā)育，有機質(zhì)裂隙發(fā)育。有機質(zhì)整體不發(fā)育，不規(guī)則狀，部分有機質(zhì)填充礦物粒內(nèi)孔。無機孔較發(fā)育，多為石英粒內(nèi)孔、粒間孔，可見礦物裂縫，孔徑和裂縫均在微米級別，少部分石英粒內(nèi)孔被粘土礦物填充。脆性礦物多為石英，與有機質(zhì)夾雜共生，粘土礦物較少（圖4.12a,b）。圖4.12a有機質(zhì)發(fā)育特征（GD-1-42,482m）圖4.12b無機孔結(jié)構(gòu)特征（GD-1-42,482m）第五章有利儲層評價5.1儲層巖性組成GD-1井儲層段的巖性主要是深灰色、黑色的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾黑色炭質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等。上部儲層段：42～82m。相當(dāng)于頂部巖性段，由深灰色-黑色泥巖夾黑色炭質(zhì)泥巖組成，局部夾巖溶角礫巖，發(fā)育溶蝕孔洞。下部夾深灰色粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖薄層。裂縫或節(jié)理較發(fā)育，大部分被方解石脈充填，局部黃鐵礦充填（圖5.1）。下部儲層段：418～484.4m。相當(dāng)于底部巖性段。由黑色炭質(zhì)泥巖、深灰色粉砂質(zhì)泥巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖組成。地層高陡，局部褶皺變形，溶蝕孔洞，溶蝕角礫巖，黑色炭質(zhì)泥巖巖心破碎（圖5.2）。

圖5.1上部儲層段巖性組成（42～82m）

圖5.2下部儲層段巖性組成(418～484m)

5.2儲層地化特征GD-1井測試TOC%樣品22件，結(jié)果表明，TOC%一般區(qū)間為1.12～8.47%，平均3.01%。其中，上部儲層段42～82m的4個樣品，TOC%處于4.14～6.02%，平均4.99%。S1一般為0.0019～0.0568mg/g，平均0.029mg/g，S2一般為0.0022～0.0561mg/g，平均0.0295mg/g，S1+S2平均為0.0586mg/g，Tmax一般為323.7～411.6℃，平均為373.48℃。下部儲層段418～484m的7個樣品，TOC%為1.45～8.47%，平均3.55%。S1一般為0.0015～0.0564mg/g，平均為0.03mg/g，S2一般為0.0022～0.0561mg/g，平均為0.024mg/g，S1+S2平均為0.0586mg/g，Tmax一般為323.7～411.6℃，平均為373.48℃（表3-2-1）。顯然，GD-1井的生烴潛力指數(shù)S1+S2明顯偏低，干酪根已無生烴潛力，可能與高演化程度有關(guān)。Tmax數(shù)值偏低，可能與S2偏低有關(guān)。表5.1GD-1井有機地化參數(shù)樣品號深度(m)巖性TOC%S1(mg/g)S2(mg/g)S1+S2（mg/g）Tmax(℃)GD-1-6875.5黑色炭質(zhì)泥巖5.510.05680.05610.1129382.4GD-1-9944.5黑色炭質(zhì)泥巖6.020.00190.00220.0041323.7GD-1-10262.5深灰色泥巖4.30.02860.03030.0589411.6GD-1-10470.5深灰色泥巖4.140.0290.02940.0584376.2GD-1-28418黑色泥巖1.450.0564005760.114364.5GD-1-29425黑色炭質(zhì)泥巖2.110.017000950.0265323.3GD-1-31434.5深灰色泥質(zhì)粉砂巖0.0297003130.061391.2GD-1-34448深灰色泥質(zhì)粉砂巖3.490.05330.05040.1037383.3GD-1-40477.5黑色炭質(zhì)泥巖2.240.03060.0080.0386330.3GD-1-41478黑色炭質(zhì)泥巖0.00150.00010.0016348.7GD-1-42481黑色炭質(zhì)泥巖8.470.02640.01150.0379323.7*測試單位：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）“地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室”；5.3儲集孔隙總體特征研究區(qū)幕府山組泥頁巖礦物類型包括脆性礦物（主要為石英、方解石、白云石）與粘土礦物（主要為伊利石和伊利石蒙脫石混合互層），少部分樣品顯示礦物顆粒有定向發(fā)育的趨勢，黃鐵礦整體數(shù)量較多，常與有機質(zhì)共同發(fā)育，存在風(fēng)化掉粒現(xiàn)象；有機質(zhì)整體發(fā)育情況一般，存在非均質(zhì)性，有機孔相對來說不太發(fā)育，但有機質(zhì)裂隙發(fā)育。無機孔非常發(fā)育，通常為方解石、石英、長石及粘土礦物等發(fā)育的粒間孔和粒內(nèi)孔，部分脆性礦物粒內(nèi)孔被粘土礦物和有機質(zhì)填充。綜合認(rèn)為，孔隙總體發(fā)育較好，其中無機孔占主要貢獻，有機孔次之，偶見礦物裂隙。上部儲層段：黃鐵礦較發(fā)育，風(fēng)化掉?，F(xiàn)象顯著，多呈草莓狀。有機質(zhì)較發(fā)育，有機質(zhì)裂隙發(fā)育，有機孔發(fā)育。無機孔發(fā)育，粒間孔被有機質(zhì)或者粘土礦物充填現(xiàn)象顯著減少。下部儲層段：黃鐵礦較發(fā)育，多呈草莓狀和單晶型，偶見風(fēng)化掉粒現(xiàn)象，有機質(zhì)發(fā)育，無機孔非常發(fā)育，部分粒內(nèi)孔被黏土礦物及有機質(zhì)填充，有機孔在樣品1-4之間較發(fā)育，4-7之間變?yōu)椴话l(fā)育。8-13有機質(zhì)逐漸發(fā)育，但有機孔不發(fā)育，有機質(zhì)裂隙發(fā)育，無機孔相對降低。我國南方中、上揚子牛蹄塘組（或筇竹寺組）泥頁巖總體上來說是屬于淺海陸棚相-盆地相沉積，其巖性主要是脆性礦物（石英、長石），含量范圍為42～54%，以及黏土礦物（伊利石），含量范圍為27～38%，碳酸鹽巖較少。有機質(zhì)含量總體大于2%，有機質(zhì)類型Ⅰ型干酪根為主，少量Ⅱ1型，有機質(zhì)成熟度普遍大于2%；總孔隙度1.5～3.4%，有機孔和無機孔均發(fā)育?，F(xiàn)場解析法實測結(jié)果顯示整體含氣性處于較高水平，為0.23～4.56m3/t，日產(chǎn)氣1.35～2.46×104m3/d(胡琳等，2012；周文等，2013；胡明毅等，2014；吳岳等，2017；劉忠寶等，2017，2018)。對比中、上揚子牛蹄塘組的（或筇竹寺組）泥頁巖，研究區(qū)GD-1井泥頁巖同樣以脆性礦物（石英、長石）以及粘土礦物（伊利石）為主，碳酸鹽巖較少，黃鐵礦發(fā)育；但有機質(zhì)整體含量相對偏低，有機孔較不發(fā)育，有機質(zhì)裂隙發(fā)育，無機孔相對更為發(fā)育，多為脆性礦物及粘土礦物粒間孔、粒內(nèi)孔，且連通性好。綜合考慮認(rèn)為，研究區(qū)GD-1井上部和下部泥頁巖儲層段有機質(zhì)整體較發(fā)育，保證了頁巖氣的產(chǎn)生；孔隙整體發(fā)育，連通性好，為頁巖氣的保存及運移提供了良好的條件；較多的粘土礦物和有機質(zhì)有利于氣體的吸附，較高的脆性礦物含量有利于后期的壓裂改造，是良好的頁巖氣儲層。5.4有利儲集層段發(fā)育控制因素?zé)粲敖M沉積末期，下?lián)P子地區(qū)發(fā)生快速海退過程，使部分地區(qū)露出水面形成古陸。北部的盱眙地區(qū)為斜坡—盆地相，以硅質(zhì)頁巖、頁巖夾灰?guī)r沉積為特征，生物化石較貧乏，反映當(dāng)時沉積水體處于較閉塞、滯留環(huán)境。南部的巢湖地區(qū)發(fā)育開闊臺地相，以白云巖為主，局部夾泥質(zhì)頁巖沉積。下?lián)P子地區(qū)早寒武世一般上來講總體繼承了晚震旦世的“一臺兩盆”的沉積格局，荷塘組和幕府山組總體構(gòu)成了近200～300多米厚的深灰色-黑色泥頁巖沉積。喲版分布于北部的下?lián)P子海盆和南部的江南盆地。其中，下?lián)P子海盆幕府山組暗色泥巖厚度在200m左右，江南海盆的暗色泥頁巖厚度可達500m（劉計勇等，2018）。富含有機質(zhì)泥頁巖的沉積過程受沉積環(huán)境、古水深、沉積類型、古氣候、物源等的控制和影響，沉積環(huán)境是影響研究區(qū)富有機質(zhì)泥頁巖發(fā)育的主控因素。如上所述，揚子地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組/牛蹄塘組/幕府山組深黑色泥頁巖下段，沉積于生物生產(chǎn)率較高的深水陸棚和深水滯留盆地的缺氧環(huán)境，底部黑色頁巖中的TOC%含量普遍較高，往上隨著缺氧環(huán)境逐漸變差，TOC%含量逐漸減小的規(guī)律。荷塘組泥頁巖的V/(V+Ni)平均值為0.76，處于缺氧環(huán)境（樊佳莉，2017）。據(jù)GD-1井沉積特征和地球化學(xué)分析結(jié)果，幕府山組上部泥頁巖形成于海灣體系，下部泥頁巖形成于潮坪體系。ω(V)/ω(Ni+V)值主要大于0.57，V/Cr值平均為6.27，大部分大于2，Ni/Co值平均為10.63，大部分大于5，表明下寒武統(tǒng)幕府山組為還原環(huán)境，有利于黑色頁巖的生成（圖5.1）。中部層段泥頁巖TOC%偏低，可能是由于后期碳酸鹽巖臺地剝蝕的碳酸鹽巖顆粒沉積物輸入，極細(xì)的紋層狀灰?guī)r夾層、富有機質(zhì)黏土層的存在，說明臺地碳酸鹽巖顆粒以懸浮方式搬運至沉積區(qū)。碳酸鹽巖沉積作用發(fā)生在有氧或最低氧帶之上，沉積界面位于碳酸鹽巖補償深度附近，不利于有機質(zhì)的保存。圖5.3下?lián)P子地區(qū)早寒武世幕府山組泥頁巖發(fā)育模式（資料來源：路琳琳等，2013；樊佳莉，2017；劉計勇等，2018編繪）5.5評價結(jié)果上部層段的TOC%含量均大于4.14%，高伽瑪泥頁巖厚度＞30m，測井曲線顯示具有高自然伽馬，高聲波時差，高中子孔隙度，低密度（三高一低）特征，聲波時差和深側(cè)向電阻率明顯分離，脆性礦物含量＞40%，粘土礦物含量上部和下部較高，均大于30%，中部均小于30%（圖5.2）。圖5.4上部儲層段脆性和粘土礦物組成(42～82m)圖5.5下部儲層段脆性和粘土礦物組成(418～484m)下部層段的TOC%含量均大于2.11%，高伽瑪泥頁巖厚度＞30m，測井曲線顯示具有高自然伽馬，高聲波時差，高中子孔隙度，低密度（三高一低）特征，聲波時差和深側(cè)向電阻率明顯分離，脆性礦物含量在30～40%，粘土礦物含量在40～60%（圖5.3）。上述二個層段的泥頁巖儲層綜合評價指標(biāo)符合我國南方海相頁巖儲層評價指標(biāo)（蔣裕強，2010）和我國南方中石化先導(dǎo)試驗區(qū)有利區(qū)參數(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)（表5.1，表5.2）。根據(jù)鉆井巖性組成、孔隙結(jié)構(gòu)類型、測井曲線特征、TOC%、XRD測試的綜合分析，初步確定GD-1井的有利儲層發(fā)育層段為42～82m和418～484.4m二個層段為最有利儲層發(fā)育層段（圖5.4，圖5.5）。表5.2頁巖儲層評價標(biāo)準(zhǔn)（蔣裕強，2010）項目關(guān)鍵評價參數(shù)基本要求有機質(zhì)特征總有機碳含量TOC>2%熱成熟度R0>1.1%,最好處在干氣窗（R0>1.3%）無機礦物石英或方解石含量>40%粘土礦物含量<30%粘土礦物組成蒙皂石等膨脹性粘土礦物含量低物性滲透率K>10-4mD含水飽和度Sw<40%巖石力學(xué)性質(zhì)泊松比μ<0.25楊氏模量E>20000MPa厚度高伽瑪頁巖厚度>30m

表5.3中石化先導(dǎo)試驗區(qū)頁巖儲層有利區(qū)評價參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（中國南方）序號評價參數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)1厚度（m）>30m2TOC%>2%3成熟度（Ro%）1.1～4.0%4構(gòu)造/保存條件構(gòu)造平緩區(qū)，通天斷層不發(fā)育5脆性礦物>40%6粘土礦物<30%7孔隙度>2%8埋深<4000m9地表低山-平原圖5.6GD-1井下寒武統(tǒng)幕府山組有利儲層段測井評價圖圖5.7GD-1井下寒武統(tǒng)幕府山組有利儲層段綜合評價圖結(jié)論與認(rèn)識下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)幕府山組（荷塘組）泥頁巖，以含黏土硅質(zhì)頁巖相（S3）、硅質(zhì)黏土質(zhì)頁巖相（CM1）、含硅質(zhì)黏土質(zhì)混合頁巖相（M2）為主，TOC%為0.15~10%，平均2.75%，鏡質(zhì)體反射率Ro%為2.0~4.6%，平均3.46%，處于高成熟-過成熟階段。有機質(zhì)類型為Ⅰ型。有機碳含量較高泥頁巖段大部分位于幕府山底部和頂部層段，厚度一般20~60m。泥頁巖吸附氣含量1.67m3/t。泥頁巖儲層孔隙類型有：粒間孔、有機質(zhì)孔、粒內(nèi)孔、溶蝕孔、微裂縫等?？紫洞笮?0~40μm。脆性礦物含量（石英+長石+黃鐵礦）36~78.5%，平均值為60.78%，碳酸鹽巖含量為2.0~24.3%，平均為5.46%，粘土礦物含量為3~65.9%，平均為23.66%。泥頁巖形成于深水陸棚-盆地、臺地-斜坡沉積環(huán)境。GD-1井揭示的下寒武統(tǒng)幕府山組泥頁巖層段主要由深灰色、黑色的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾黑色炭質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等組成。發(fā)育豐富的沉積構(gòu)造：水平層理、平行層理、濁積紋層、韻律層理、粒序?qū)永?、雙向交錯層理、浪成波紋交錯層理、軟變形層理、滑塌變形構(gòu)造等。同時，幕府山組地層中發(fā)育大量方解石脈充填、微裂縫、節(jié)理、縫合線、小型斷層、構(gòu)造角礫巖、溶蝕孔洞等構(gòu)造現(xiàn)象。幕府山組總體處于陸架淺海碳酸鹽巖臺地—海灣—潮坪環(huán)境，發(fā)育了潮坪體系的潮間帶泥坪、混合坪相，海灣體系的深水扇中扇-外扇、滑塌濁積水道、海灣相沉積。幕府山組泥頁巖TOC%一般為1.12~8.47%，平均3.01%。上部儲層段黃鐵礦較發(fā)育，風(fēng)化掉粒現(xiàn)象顯著，多呈草莓狀。有機質(zhì)較發(fā)育，有機質(zhì)裂隙發(fā)育，有機孔發(fā)育。無機孔發(fā)育。下部儲層段黃鐵礦較發(fā)育，多呈草莓狀和單晶型，偶見風(fēng)化掉?，F(xiàn)象，有機質(zhì)發(fā)育，無機孔非常發(fā)育。以含硅質(zhì)黏土質(zhì)頁巖相（CM1）和含硅質(zhì)黏土質(zhì)混合頁巖相（M2）為主。根據(jù)鉆井巖性組成、孔隙結(jié)構(gòu)類型、測井曲線特征、TOC%、XRD測試的綜合分析，初步確定GD-1井的有利儲層發(fā)育層段為42~82m和418~484.4m二個層段為最有利儲層發(fā)育層段。致謝大學(xué)四年完結(jié)的鐘聲馬上就要敲響，悵過眼光陰似瞬，回首歡娛異昔，流年訊景?；厥淄羲哪辏職v歷在目，細(xì)數(shù)如珍，這四年的學(xué)習(xí)跟生活，讓我心里充滿了感恩。在校園里的這段時間，我認(rèn)識了很多熱心的同學(xué)和關(guān)心學(xué)生的老師們，正是他們的真誠無私的幫助，才能讓我的學(xué)業(yè)以及生活如此的順利，讓我覺得大學(xué)就像一個大家庭。這篇論文的完成，離不開老師同學(xué)以及家人的關(guān)心和幫助，正是由于你們的幫助和鼓舞，才能讓我一個沒有任何論文寫作經(jīng)驗的學(xué)生完成這篇畢業(yè)設(shè)計.首先，對我的導(dǎo)師周江羽教授表達最真摯的感謝！周老師學(xué)術(shù)水平高超，人格魅力超群，第一次認(rèn)識周老師，就被他豐富的實務(wù)經(jīng)驗以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度所折服，再到后來的帶領(lǐng)我進行生產(chǎn)實習(xí)，對我無微不至的關(guān)心以及學(xué)術(shù)上的指導(dǎo)，更是讓我對周老師為人的寬厚謙遜感到嘆服。在論文的編寫過程中，從開始的論文選題部分然后到框架目錄的構(gòu)建，導(dǎo)師都一絲不茍的替我指出問題并提示我如何去修改，后來的正文部分，導(dǎo)師更是悉心指導(dǎo)，仔細(xì)閱讀我寫的每一行字，對我寫的每一個要點都提出意見和建議，并敦促我仔細(xì)思考，對我文章的完成以及完善提供了舉足輕重的幫助。借本文完成之際，向周老師表示由衷的感謝！還要感謝周老師的研究生學(xué)姐們！在論文編寫過程中，難免會遇到一些難題，研究生學(xué)姐對我論文內(nèi)容編寫的方向和圖件的繪制提供了幫助，讓我在遇到問題時能夠以最快的速度解決困難。這次論文的順利完成，也離不開學(xué)姐們的支持與幫助，所以在此對824的學(xué)姐們表以真摯的感謝。與室友的友誼也是支持我寫完論文的力量之一，與室友在一起的日子無比快樂，有歡笑，也有爭執(zhí)，這一切都是我們友誼的見證，正是有這么一群歡樂的室友，才能讓我在寫論文的緊張又壓抑的日子里能夠調(diào)整心態(tài)，繼續(xù)下去。這四年來，遇到的無論快樂還是困難，我們都是一起分享的，正所謂“有福同享，有難同當(dāng)”，感謝室友們這四年的陪伴。還有那一群同學(xué)們，雖然除了上課之外并不經(jīng)常見面，但是并沒有斷開聯(lián)系，這一群能鬧的同學(xué)也是我大學(xué)不可或缺的回憶。還有資源學(xué)院以及為我們上過課的老師們，你們不僅讓我獲得更為高深的知識，也在很大程度上拓寬了我的視野，讓我能夠看得更高，看得更遠(yuǎn)，這些都是各位老師辛勤栽培的結(jié)果。最后，感謝我的家人，正是家人們的在背后的支持，我才能健康快樂的成長至今，你們教會我的東西，是無論上過多少學(xué)都學(xué)不到的。養(yǎng)育之恩，無以為報，只求你們長壽，我才有更多的時間來貢獻我那微薄的反哺之恩。參考文獻[1]蔡周榮,夏斌,黃強太,等.2015.上、下?lián)P子區(qū)古生界頁巖氣形成和保存的構(gòu)造背景對比分析.天然氣地球科學(xué),26(8):1446-1454.[2]曾萍.2010.下?lián)P子區(qū)下組合烴源巖熱演化及有效性研究.天然氣地球科學(xué),21(01):54-61.[3]陳更生,董大忠,王世謙,等.2009.頁巖氣藏形成機理與富集規(guī)律初探.天然氣工業(yè),29(5):17-21.[4]董大忠,鄒才能,李建忠,等.2011.頁巖氣資源潛力與勘探開發(fā)前景.地質(zhì)通報,30(2/3):324-336.[5]龔建明,王建強,王蛟,等.2013.南黃海嶗山隆起古生界頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū).海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),33(6):114-120.[6]郭念發(fā),劉德法,尤效忠,等.1998.下?lián)P子區(qū)古生界油氣地質(zhì)條件及勘探選區(qū).石油勘探與開發(fā),25(01):1-7.[7]韓雙彪,張金川.2013.頁巖氣儲層孔隙類型及特征研究:以渝東南下古生界為例