海-陆过渡相与海相页岩气“甜点段”差异特征与形成机理

doi:10.11743/ogg20240514

石油与天然气地质 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1400-1416.doi: 10.11743/ogg20240514

海-陆过渡相与海相页岩气“甜点段”差异特征与形成机理

张琴¹^,²(), 邱振¹^,²(), 赵群¹^,², 董大忠¹^,², 刘雯¹^,², 孔维亮¹^,², 庞正炼¹, 高万里¹^,², 蔡光银¹^,², 李永洲³, 李星涛³, 林文姬³

^1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083
^2.国家能源页岩气研发（实验）中心，河北廊坊 065007
^3.中国石油煤层气有限责任公司，北京 100028

收稿日期:2024-04-18 修回日期:2024-06-26 出版日期:2024-10-30 发布日期:2024-11-06
通讯作者: 邱振 E-mail:zhangqin2169@petrochina.com.cn;qiuzhen316@163.com
第一作者简介:张琴（1985—）女，博士、高级工程师，非常规油气地质。E‑mail： zhangqin2169@petrochina.com.cn。
基金项目:
中国石油天然气集团公司项目(2023ZZ0801)

Different characteristics and formation mechanisms of transitional and marine shale gas sweet spots

Qin ZHANG¹^,²(), Zhen QIU¹^,²(), Qun ZHAO¹^,², Dazhong DONG¹^,², Wen LIU¹^,², Weiliang KONG¹^,², Zhenglian PANG¹, Wanli GAO¹^,², Guangyin CAI¹^,², Yongzhou LI³, Xingtao LI³, Wenji LIN³

^1.Research Institute of Petroleum Exploration & Development，PetroChina，Beijing 100083，China
^2.National Energy Shale Gas R&D （Experiment） Center，Langfang，Hebei 065007，China
^3.Coalbed Methane Company Limited，PetroChina，Beijing 100028，China

Received:2024-04-18 Revised:2024-06-26 Online:2024-10-30 Published:2024-11-06
Contact: Zhen QIU E-mail:zhangqin2169@petrochina.com.cn;qiuzhen316@163.com

摘要/Abstract

摘要：

为了指导海-陆过渡相页岩气的勘探开发，以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县地区二叠系山西组2段3亚段（山2³亚段）海-陆过渡相页岩气甜点段与四川盆地南部地区志留系龙马溪组一段1亚段（龙一¹亚段）1小层海相页岩气甜点段作为研究对象，开展系统的岩心观察、薄片鉴定、全岩-黏土X射线衍射、有机地球化学分析、扫描电镜观察、N₂低温吸附、CH₄等温吸附以及主、微量元素分析实验，系统对比研究了海-陆过渡相与海相页岩气甜点段的特征与形成机理。研究结果表明：① 海相页岩气甜点段稳定分布与发育；海-陆过渡相页岩气甜点段横向不连续，纵向多层段发育。② 海-陆过渡相页岩气甜点段总有机碳含量（TOC）高，处于中-高成熟阶段，有机质以Ⅱ₂-Ⅲ型为主；海相页岩气甜点段TOC较高，处于高-过成熟阶段，有机质以Ⅰ-Ⅱ₁型为主。③ 海-陆过渡相页岩气甜点段矿物组成以黏土矿物为主，黏土矿物孔隙以介孔和宏孔为主，它们控制游离气的赋存；有机质以发育微孔为主，它是比表面积的主要贡献者，控制吸附气的赋存。海相页岩气甜点段以石英矿物为主；页岩有机质同时发育微孔和介孔，它们是页岩气赋存的主要储存空间。④ 海-陆过渡相页岩气甜点段以吸附气为主，平均占66.06 %；海相页岩气以游离气为主，吸附气占11.15 % ~ 43.75 %。⑤ 海-陆过渡相和海相页岩气甜点段有机质富集均受到古气候、古环境以及地质事件控制，但陆源碎屑输入对海-陆过渡相页岩气甜点段有机质富集具有重要控制作用。⑥ 鄂尔多斯盆地海-陆过渡相页岩气单井最高产量达到7.9×10⁴ m³/d，研究和勘探表明海-陆过渡相页岩气具有良好的勘探前景。

关键词: 差异性, 海-陆过渡相, 海相, 甜点段, 页岩气, 四川盆地, 鄂尔多斯盆地

Abstract:

To provide guidance on the exploration and production of transitional shale gas， we investigate the sweet spots of transitional shale gas in the 3^rd submember of the 2^nd member of the Shanxi Formation （the Shan 2³ submember） in the Daning-Jixian block along the eastern margin of the Ordos Basin and those of marine shale gas in the 1^st sublayer of the 1^st submember of the 1^st member of the Longmaxi Formation （the Long 1¹ submember） in the southern Sichuan Basin. A combination of core and thin section observations， whole-rock and clay mineralogy by X-ray diffraction （XRD）， organic geochemical analysis， scanning electron microscopy （SEM）， N₂ adsorption， CH₄ isothermal adsorption， and major and trace element analyses， is applied to conduct a systematic comparative study on the characteristics and formation mechanisms of these sweet spots. The results indicate that the sweet spots of marine shale gas exhibit stable distributions and consistent development， while those of transitional shale gas show lateral discontinuities and occur across multiple layers vertically. The sweet spots of transitional shale gas feature high total organic carbon （TOC） content， medium to high maturity， and gas-prone organic matter of kerogen type Ⅱ₂-Ⅲ. In contrast， the sweet spots of marine shale gas are characterized by relatively high TOC content， high to over maturity， and oil-prone organic matter f kerogen type Ⅰ-Ⅱ₁. In the sweet spots of transitional shale gas， clay minerals are prevalent， where mesopores and macropores take a larger portion governing the occurrence of free gas. Organic matter in these sweet spots principally exhibits micropores， which contribute significantly to the specific surface area and determine the occurrence of adsorbed gas. In contrast， the sweet spots of marine shale gas display a dominance of quartz minerals. Their organic matter contains both micropores and mesopores， which serve as primary storage spaces for shale gas. The sweet spots of transitional shale gas predominantly exhibit adsorbed gas （average proportion： 66.06 %）， while those of marine shale gas show predominant free gas， with adsorbed gas accounting for merely 11.15 % ~ 43.75 %. The organic matter enrichment in both types of sweet spots is governed by paleoclimate， paleoenvironment， and geologic events. Moreover， terrigenous debris input also plays a significant role in the formation of transitional shale gas sweet spots. The maximum single-well production of transitional shale gas in the Ordos Basin has been determined at up to 79，000 m³/d， demonstrating promising prospects for exploring transitional shale gas in the basin.

Key words: differentiation, transitional facies, marine facies, sweet spot, shale gas, Sichuan Basin, Ordos Basin

中图分类号:

TE122.3

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图/表 14

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表1

参考文献 65

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参数	海相页岩气	海-陆过渡相页岩气
页岩气区块	威远地区	鄂东地区
沉积盆地	四川盆地	鄂尔多斯盆地
地层时代	S₁l	P₁s
埋藏深度/m	1 500～4 000	800～2 600
厚度/m	0～7.0	2.0～7.5
连续性	发育在LM1—LM3笔石带，横向稳定分布	发育在2小层与3小层，分布不连续
TOC/%	3.22～7.83	4.19～34.70
干酪根类型	Ⅰ-Ⅱ₂型	Ⅱ₂-Ⅲ型
R_o/%	2.76～2.82	2.02～2.61
矿物组分含量/%	石英为主，42.2～91.8	黏土矿物为主，26.8～61.1
黏土矿物组分含量/%	伊利石为主，>80	高岭石、伊/蒙混层和伊利石三者相当
孔隙特征	有机质孔为主，介孔和微孔均发育	有机质微孔为主，介孔和宏孔为无机质孔隙
气体赋存特征	游离态为主，占比>50 %	吸附态为主，占比>60 %
含气量/（m³/t）	2.30～8.85^［63］，平均5.60^［64］	0.17～4.05，平均1.54
吸附气含量/（m³/t）	2.00～5.00^［36］	3.00～14.00^［47］
形成机理	古生产力、氧化还原条件、火山喷发和上升洋流等综合影响	古生产力、氧化还原条件、陆源碎屑输入和间歇性海侵等综合影响
地层压力系数	1.20～1.96^［65］	0.95～1.05

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海-陆过渡相与海相页岩气“甜点段”差异特征与形成机理

Different characteristics and formation mechanisms of transitional and marine shale gas sweet spots

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图/表 14

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