川南地区龙马溪组页岩有机质特征及其对页岩含气量的影响_周宝刚

浅谈志留统龙马溪组页岩储层特征
志留统龙马溪组页岩是典型的页岩气储层，目前已成为中国页岩气勘探和开发的热点区域之一。

该页岩储层具有以下特征：
1. 厚度大：龙马溪组页岩储层厚度一般在20-50米之间，最大厚度可达数百米。

与传统天然气储层相比，厚度较大，具有良好的物质储量。

2. 丰富的有机质：龙马溪组页岩富含有机质，TOC含量一般在1-3%，最高可达10%左右。

高有机质含量是页岩储层形成的重要条件之一。

3. 较高的孔隙度：由于经历多次构造运动和地质变化，龙马溪组页岩储层孔隙度较高，一般为1%-2%左右。

在页岩气勘探和开发中，较高的孔隙度有利于储层物质运移和集聚，增强了页岩气储层的可采性。

4. 纵向多层分布：龙马溪组页岩储层在垂向上呈多层次分布，单一储层厚度一般在10-30米左右，而多层储层之间的厚度变化较大，呈现出典型的“大域-局域”结构。

5. 气水共存的特殊性：由于页岩储层孔隙度较小，页岩气一般以吸附态存在。

而在龙马溪组页岩中，气水共存的情况较为普遍，地下水对储层的影响和作用需要重视。

川南地区五峰—龙马溪组笔石赋存与页岩气富集川南地区下志留统五峰-龙马溪组发育一套富有机质泥页岩,具备较好的页岩气成藏地质条件,并已实现了页岩气商业化开发。

本文基于野外地质调查和区域地质资料研究,结合XRD、光学显微镜、低温液氮以及压汞等分析测试技术,对川南地区五峰-龙马溪组页岩笔石与页岩气富集关系进行了深入的探究。

地球化学指标判别结果表明上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组下部页岩沉积环境为深海陆棚沉积相,向上水体变浅为浅水陆棚相。

页岩样品矿物组成以石英、黏土为主,脆性矿物含量较高,黏土矿物以伊蒙混层与伊利石为主。

页岩有机质含量可达到4%以上;干酪根类型主要以I型为主,部分为Ⅱ₁型;类镜质体反射率介于2.37%³.43%,处于过成熟阶段,以生干气为主。

页岩中笔石化石丰富,笔石演化趋势主要包括五个方面:笔石体的简化、生长方向的改变、体壁的变化、胞管的变化以及发育方式的改变。

笔石带主要划分为五峰组四个笔石带,龙马溪组九个笔石带,对页岩笔石丰度统计,垂向上笔石丰度变化规律不明显,五峰组中部和龙马溪组底部笔石丰度相对较高。

研究区页岩主要发育有机质孔、粒间孔、粒内孔以及层理缝等孔缝组合。

其孔隙结构复杂,发育水瓶孔、板状孔、开放孔和墨水瓶孔等多种形态孔;各阶段孔隙对页岩总孔体积均有贡献,比表面积主要由微孔和介孔贡献。

层理面通常为力学性质比较薄弱面,容易被剥离,形成层理缝和水平纹层缝。

水平层理裂缝的发育导致页岩在水平方向上具有较高的渗透率。

笔石主要以压扁的碳质薄膜、半立体到立体的黄铁矿化和立体或半立体实体标本三种方式保存于页岩中,研究区五峰组和龙马溪组底部笔石主要以第一种方式保存,龙马溪组中上部部分笔石以半立体到立体的黄铁矿化方式保存。

页岩有机碳含量与笔石丰度相关性不明显,表明有机碳含量受多种因素影响,笔石并非是唯一的控制因素。

川东南五峰-龙马溪组页岩储层特征分析摘要：川东南地区五峰-龙马溪组是我国很长一段时间页岩气勘探开发的重点目的层段，由于工区目的层段页岩储层特征复杂，制约页岩气赋存状态和含气量评价，本文基于页岩展布特征、地化特征和矿物成分，分析评价川东南五峰-龙马溪组页岩储层特征。

为工区页岩气的产量评估、富集规律认识以及高效开发方案的实施提供重要的理论支撑。

研究表明，川东南地区五峰-龙马溪组页岩储层具有分布广、厚度大等特点，页岩有机质均发育较好，页岩气资源丰富、地质条件优越，TOC含量普遍大于2%，有机质类型主要以Ⅰ型-Ⅱ1型为主，属腐泥型和腐殖-腐泥型干酪根，热成熟度普遍介于2-3%之间，为生干气阶段，具有页岩气勘探开发的潜力。

且样品中石英等脆性矿物含量高、膨胀性粘土矿物含量较少则利于后期压裂改造和裂缝的形成。

关键词：川东南；五峰-龙马溪；页岩；矿物成分1.前言川东南地区五峰-龙马溪组，是我国南方海相地层最有利的页岩气勘探开发重点层系[1]。

工区位于上扬子板块，整体经历了多期旋回构造运动，在奥陶世时晚期，川东南地区受板块的强烈挤压发生大规模的海侵，使得研究区页岩沉积出大量的含笔石黑色页岩[2]。

寒武世时，研究区整体上经历了快速的海侵，此时盆地内以海相沉积为主，地层经历了连续沉积后，形成了浊流沉积盆地由于川东南地区盆内遭受构造改造作用时间较晚且改造程度较弱，志留系龙马溪组表现为超压地层，地层压力系数越高，页岩气保存条件优越，因此分析评价页岩气储层特征对页岩气赋存状态和含气量的评价具有重要的意义[3]。

2.页岩展布特征川东南地区在晚奥陶-志留纪时期经历了一个缓慢海进、海退的沉积旋回，由盆内向盆缘，整套地层沉积速率增大，厚度也随之增大[4]。

如焦页1井志留系厚986.3m，隆页1井志留系厚1017.5m，彭页1井志留系厚1391m。

五峰-龙马溪组厚度在不同地区，亦有较大变化，彭页1井钻遇五峰-龙马溪组405m，隆页1井钻遇五峰-龙马溪组220m，焦页1井钻遇五峰-龙马溪组228.3m。

浅谈志留统龙马溪组页岩储层特征志留统龙马溪组页岩储层是中国南部页岩气勘探开发的重要区域之一，其页岩储层特征具有很高的研究价值。

本文将围绕着志留统龙马溪组页岩储层的岩石学特征、孔隙结构特征、裂缝特征、孔缝结构特征、岩石力学特征等方面进行深入分析，结合国内外研究成果，探讨其在页岩气勘探开发中的应用前景。

一、岩石学特征龙马溪组页岩主要由泥质成分和粘土矿物组成，岩石中主要有粘土矿物、碳酸盐、石英、长石、云母等。

其中氯硫铵、孔隙度和2.1 g/cm3以下的总有机碳含量相对较高。

页岩的成都原生组分主要有有机质和无机颗粒两大类。

其中有机质在页岩中主要以气态、液态和固态形式贮存。

有机质是储层形成的基础，是页岩储层主要的赋存空间。

龙马溪组页岩的岩石学特征主要表现为岩石组分较为复杂，富含有机质和粘土矿物，这些特征直接影响了储层的孔隙结构和裂缝特征。

二、孔隙结构特征龙马溪组页岩的孔隙结构特征是影响其储层有效储集性能的重要因素。

页岩储层的孔隙结构特征主要包括孔径、孔隙度、孔隙类型等。

孔径主要集中在纳米级别，多为微孔和超微孔，孔隙度一般在2%~6%之间。

页岩储层孔隙度较低但是孔隙结构复杂，有机质颗粒的微观结构和排列方式对孔隙结构起着决定性作用。

龙马溪组页岩储层的孔隙结构特征展现出孔隙度低、孔径细、孔隙类型多样等特点，这些特征使得页岩储层具有较高的渗透率和储层容量。

三、裂缝特征页岩储层的裂缝特征对页岩气的产能及勘探开发具有重要影响。

龙马溪组页岩裂缝主要有两类：一类是垂直于水平压力方向的裂缝，另一类是平行于水平压力方向的裂缝。

前者形成主要是受到水平压力的影响，后者则是在构造运动过程中形成的。

裂缝的产生与储层的岩石学成分、构造应力状态、成岩作用等因素有关，同时也受到构造运动、地质构造等因素的控制。

龙马溪组页岩裂缝特征的认识和研究对于页岩气勘探开发工作具有重要的意义。

页岩储层孔隙度低、孔径小，通常以孔隙和微裂缝的形式存在。

龙马溪组页岩储层的孔缝结构特征主要表现为孔隙度低、孔径细，同时具有复杂的孔缝结构，孔隙和裂缝发育度高，这些特征对页岩气的产能和产气效果具有重要影响。

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(TOC>2.0%)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。

第30卷第4期油气地质与采收率Vol .30，No .42023年7月Petroleum Geology and Recovery Efficiency Jul.2023—————————————收稿日期：2022-08-12。

作者简介：张培先（1983—），男，山东潍坊人，副研究员，硕士，从事页岩气勘探研究工作。

E-mail ：************************。

基金项目：国家科技重大专项“彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程”（2016ZX05061），中国石化科技部项目“华东探区天然气富集规律与目标评价”（P20059-6）。

引用格式：张培先，高全芳，何希鹏，等.南川地区龙马溪组页岩气地应力场特征及对产量影响分析[J].油气地质与采收率，2023，30（4）：55-65.ZHANG Peixian ，GAO Quanfang ，HE Xipeng ，et al .Characteristics of in-situ stress field and its influence on shale gas production from Longmaxi Formation in Nanchuan area[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency ，2023，30（4）：55-65.南川地区龙马溪组页岩气地应力场特征及对产量影响分析张培先，高全芳，何希鹏，高玉巧，刘明，何贵松，张志萍，周頔娜（中国石化华东油气分公司勘探开发研究院，江苏南京210019）摘要：南川地区处于四川盆地盆缘转换带的构造复杂区，龙马溪组以常压页岩气为主，具有较好的页岩气成藏富集条件，但地应力场复杂，单井产量差异较大，成为制约常压页岩气效益开发的关键因素之一。

通过野外剖面测量、有限元应力场数值模拟、特殊成像测井分析及区域应力场研究，结合大量页岩气水平井压裂实践，认为：①燕山中期南川地区最大主应力在背斜区呈EW 向，在南部单斜区呈NEE 向；喜马拉雅期以来，现今水平地应力场在平面上具明显的分区特征，局部存在地应力方位和大小的转换带，纵向上受岩性影响地应力自上而下呈下降趋势，局部粉砂岩及观音桥段介壳灰岩地应力明显增大。

川东南武隆地区五峰—龙马溪组富有机质页岩特征本文以川东南武隆地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩为研究对象,选取武隆及邻区典型露头剖面进行测量、描述、取样,并通过岩矿薄片、X-射线衍射全岩分析,以及有机碳、热解、氯仿沥青、干酪根碳同位素、沥青反射率等地球化学分析,结合对前人相关地质资料的收集分析,系统研究了五峰-龙马溪组页岩的岩石类型、展布发育特征、沉积相、烃源岩特征等页岩气资源条件,取得以下成果和认识:1.通过野外观察、薄片鉴定和X-射线衍射全岩分析,研究区五峰-龙马溪组黑色页岩可划分为四种类型:(1)黑色炭质页岩,污手,主要分布于五峰组底部;(2)黑色、灰黑色硅质页岩,含笔石化石,厚度大,硬度高,主要发育于五峰组上部;(3)黑色页岩,主要分布于龙马溪组下部,含笔石化石;(4)粉砂质页岩,主要发育于龙马溪组上部。

页岩矿物组分以石英和粘土矿物为主,其次为钠长石和微斜长石,个别样品见白云石、方解石、黄铁矿,粘土矿物以云母为主,其次为伊利石和石膏。

2.根据岩石类型、沉积构造、沉积岩石组合等相标志分析,区内五峰-龙马溪组可划分出浅水陆棚和深水陆棚两类沉积相,沉积相控制着页岩类型及其分布。

该区五峰组主要为一套混积深水陆棚相沉积,岩性主要为硅质岩、炭质页岩,局部为硅质页岩与砂质页岩互层状沉积;龙马溪组下部为一套泥质深水陆棚相沉积,岩性主要为黑色页岩,局部含砂质,向上部则过渡为砂泥质浅水陆棚相沉积,岩性以粉砂质页岩为主。

3.通过露头剖面、钻井资料及沉积相研究认为,该区五峰-龙马溪组页岩分布具有以下规律:(1)黑色页岩主要发育于呈南西-北东向展布的观音桥-武隆-焦石坝-漆辽菱形区域;(2)两个黑色页岩厚度较大的区域分别为焦石坝-黄莺-巴鱼-观音桥(A带)、漆辽-彭水-秀山(B带);(3)漆辽-武隆黄莺-焦石坝-道真巴鱼-綦江观音桥一带可能为该区五峰-龙马溪期的沉降中心,水体相对较深,有利于有机质富集保存。