四川盆地上二叠统大隆组页岩储层特征及其控制因素
叶玥豪, 陈伟, 汪华, 宋金民, 明盈, 戴鑫, 李智武, 孙豪飞, 马小刚, 刘婷婷, 唐辉, 刘树根
石油与天然气地质
2024, 45 ( 4):
979-991.
DOI: 10.11743/ogg20240406
四川盆地开江-梁平海槽内上二叠统大隆组发育海相黑色页岩。近期LY1，DY1和HY1井在大隆组勘探发现高产页岩气，显示川北大隆组海相页岩气勘探潜力巨大，研究其页岩储层特征与控制因素具有非常重要的意义。以DY1井为研究对象，开展了大隆组页岩有机地球化学、脆性矿物含量、孔隙类型和孔隙结构等方面研究，探讨其储层特征与控制因素。结果表明：①大隆组黑色页岩为深水陆棚沉积，主要发育硅质页岩和混合质页岩岩相，脆性矿物含量高；②黑色页岩有机质丰度高，总有机碳含量（TOC）平均可达7.84 %，有机质类型为Ⅱ1-Ⅱ2型，孔隙度较高，平均可达5.78 %，储集空间以有机质孔为主，微孔峰值高；③热演化程度、有机质类型和丰度控制黑色页岩孔隙发育程度，碳酸盐矿物对孔隙发育起破坏作用。
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图10
四川盆地DY1井大隆组孔隙参数与矿物成分含量关系
a. TOC与孔隙体积关系图；b. TOC与孔隙比表面积关系图；c. TOC与孔隙度关系图；d. 石英含量与孔隙体积关系图；e. 石英含量与孔隙比表面积关系图；f. 黏土矿物含量与孔隙体积关系图；g. 碳酸盐矿物含量与孔隙体积关系图；h. 碳酸盐矿物含量与孔隙比表面积关系图；i.黏土矿物含量与孔隙比表面积关系图
正文中引用本图/表的段落
DY1井热史过程可以划分4个阶段（图9a，b）：第一个阶段为二叠纪—中三叠世，大隆组黑色页岩热演化大都处于未成熟阶段，该阶段以钙质胶结作用（图10b）和机械压实作用为主，是页岩孔隙降低、孔径减小和致密化的主要原因［24］（图9c），页岩孔体积呈现下降趋势，孔隙以微孔和介孔为主［25-26］。第二阶段为晚三叠世—中侏罗世，大隆组黑色页岩处于成熟-高成熟阶段，随着埋深增加，上覆地层压力增加，由于石英和碳酸盐矿物刚性颗粒的支撑，早期保存下来的孔隙受压实作用影响不明显，同时伴随着热演化程度增高，有机质开始生烃，生成的液态烃充填原生孔隙（图7f），原生无机孔减少，而生烃过程中沉积有机质生成有机质孔［27-28］，有机质孔增加。第三阶段为中侏罗世—晚白垩世，热演化达到高-过成熟阶段，油裂解为沥青和天然气，形成异常高压，伴随大量有机质孔的生成（图7f），原油开始裂解生成沥青和天然气，地层形成异常高压，沥青发育大量有机质孔［27-28］，异常高压和刚性颗粒抵挡上覆地层的压力，有机质孔得以保存（图7d， f），页岩中孔隙体积（有机质孔）增大，其微孔与大介孔占比增加（图8，图9c）。第四阶段为晚白垩世至今，为抬升阶段，隆升阶段超压难以保持，压力释放，受上覆地层压力的影响页岩介孔占比略有降低，微孔占比较高。因此大隆组孔隙类型以刚性颗粒间沥青和少量沉积有机质内的有机质孔为主、刚性颗粒间的原始无机孔隙为辅，而孔隙体积随热演化程度增加先减小后增大（图9c）。
前人对龙马溪组的研究认为，石英和有机质与孔隙具有较强的正相关性，两者对孔隙的发育具有明显的控制作用［36-38］。大隆组黑色页岩矿物组分主要为石英、碳酸盐矿物和少量黏土矿物，通过相关性分析可以看出，石英、碳酸盐矿物含量与孔隙结构的相关性较差（图10），石英含量与孔隙体积和比表面积呈正相关关系，但其相关性较弱（相关系数R2=0.243），表明深水陆棚相页岩石英含量对孔隙发育的控制作用不明显，表现为刚性石英颗粒支撑降低上覆地层压力对有机质孔隙的压实。碳酸盐矿物含量与孔隙结构呈现出负相关关系，相关性中等（相关系数R2=0.430），表明碳酸盐矿物对孔隙结构有明显的控制，成岩早期孔隙水中的碳酸盐矿物参与化学胶结作用，钙质胶结降低页岩原始孔隙度（图10）。黏土矿物含量与孔隙结构没有明显相关性（相关系数R2=0.012），对孔隙发育没有明显控制作用（图10）。有机质丰度与孔隙结构呈正相关性，相关性好（相关系数R2=0.930），表明大隆组黑色页岩孔隙以有机质孔发育为主，与前人研究一致。大隆组黑色页岩TOC高，这也是大隆组孔隙度高的主要原因。
a. 埋藏史； b. Ro演化； c. 孔隙演化 ... Characteristics of ultra-deep shale reservoir of marine-continental transitional facies： A case study of lower member of Upper Permian Longtan Formation in Well Y4， Puguang Gas Field， northeastern Sichuan Basin 2 2022 ... DY1井热史过程可以划分4个阶段（图9a，b）：第一个阶段为二叠纪—中三叠世，大隆组黑色页岩热演化大都处于未成熟阶段，该阶段以钙质胶结作用（图10b）和机械压实作用为主，是页岩孔隙降低、孔径减小和致密化的主要原因［24］（图9c），页岩孔体积呈现下降趋势，孔隙以微孔和介孔为主［25-26］.第二阶段为晚三叠世—中侏罗世，大隆组黑色页岩处于成熟-高成熟阶段，随着埋深增加，上覆地层压力增加，由于石英和碳酸盐矿物刚性颗粒的支撑，早期保存下来的孔隙受压实作用影响不明显，同时伴随着热演化程度增高，有机质开始生烃，生成的液态烃充填原生孔隙（图7f），原生无机孔减少，而生烃过程中沉积有机质生成有机质孔［27-28］，有机质孔增加.第三阶段为中侏罗世—晚白垩世，热演化达到高-过成熟阶段，油裂解为沥青和天然气，形成异常高压，伴随大量有机质孔的生成（图7f），原油开始裂解生成沥青和天然气，地层形成异常高压，沥青发育大量有机质孔［27-28］，异常高压和刚性颗粒抵挡上覆地层的压力，有机质孔得以保存（图7d， f），页岩中孔隙体积（有机质孔）增大，其微孔与大介孔占比增加（图8，图9c）.第四阶段为晚白垩世至今，为抬升阶段，隆升阶段超压难以保持，压力释放，受上覆地层压力的影响页岩介孔占比略有降低，微孔占比较高.因此大隆组孔隙类型以刚性颗粒间沥青和少量沉积有机质内的有机质孔为主、刚性颗粒间的原始无机孔隙为辅，而孔隙体积随热演化程度增加先减小后增大（图9c）. ...
a. 埋藏史； b. Ro演化； c. 孔隙演化 ... Unconventional shale-gas systems： The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale-gas assessment 2 2007 ... DY1井热史过程可以划分4个阶段（图9a，b）：第一个阶段为二叠纪—中三叠世，大隆组黑色页岩热演化大都处于未成熟阶段，该阶段以钙质胶结作用（图10b）和机械压实作用为主，是页岩孔隙降低、孔径减小和致密化的主要原因［24］（图9c），页岩孔体积呈现下降趋势，孔隙以微孔和介孔为主［25-26］.第二阶段为晚三叠世—中侏罗世，大隆组黑色页岩处于成熟-高成熟阶段，随着埋深增加，上覆地层压力增加，由于石英和碳酸盐矿物刚性颗粒的支撑，早期保存下来的孔隙受压实作用影响不明显，同时伴随着热演化程度增高，有机质开始生烃，生成的液态烃充填原生孔隙（图7f），原生无机孔减少，而生烃过程中沉积有机质生成有机质孔［27-28］，有机质孔增加.第三阶段为中侏罗世—晚白垩世，热演化达到高-过成熟阶段，油裂解为沥青和天然气，形成异常高压，伴随大量有机质孔的生成（图7f），原油开始裂解生成沥青和天然气，地层形成异常高压，沥青发育大量有机质孔［27-28］，异常高压和刚性颗粒抵挡上覆地层的压力，有机质孔得以保存（图7d， f），页岩中孔隙体积（有机质孔）增大，其微孔与大介孔占比增加（图8，图9c）.第四阶段为晚白垩世至今，为抬升阶段，隆升阶段超压难以保持，压力释放，受上覆地层压力的影响页岩介孔占比略有降低，微孔占比较高.因此大隆组孔隙类型以刚性颗粒间沥青和少量沉积有机质内的有机质孔为主、刚性颗粒间的原始无机孔隙为辅，而孔隙体积随热演化程度增加先减小后增大（图9c）. ...
a. 埋藏史； b. Ro演化； c. 孔隙演化 ... The pore structure and difference between Wufeng and Longmaxi shales in Pengshui area， southeastern Sichuan 1 2017 ... DY1井热史过程可以划分4个阶段（图9a，b）：第一个阶段为二叠纪—中三叠世，大隆组黑色页岩热演化大都处于未成熟阶段，该阶段以钙质胶结作用（图10b）和机械压实作用为主，是页岩孔隙降低、孔径减小和致密化的主要原因［24］（图9c），页岩孔体积呈现下降趋势，孔隙以微孔和介孔为主［25-26］.第二阶段为晚三叠世—中侏罗世，大隆组黑色页岩处于成熟-高成熟阶段，随着埋深增加，上覆地层压力增加，由于石英和碳酸盐矿物刚性颗粒的支撑，早期保存下来的孔隙受压实作用影响不明显，同时伴随着热演化程度增高，有机质开始生烃，生成的液态烃充填原生孔隙（图7f），原生无机孔减少，而生烃过程中沉积有机质生成有机质孔［27-28］，有机质孔增加.第三阶段为中侏罗世—晚白垩世，热演化达到高-过成熟阶段，油裂解为沥青和天然气，形成异常高压，伴随大量有机质孔的生成（图7f），原油开始裂解生成沥青和天然气，地层形成异常高压，沥青发育大量有机质孔［27-28］，异常高压和刚性颗粒抵挡上覆地层的压力，有机质孔得以保存（图7d， f），页岩中孔隙体积（有机质孔）增大，其微孔与大介孔占比增加（图8，图9c）.第四阶段为晚白垩世至今，为抬升阶段，隆升阶段超压难以保持，压力释放，受上覆地层压力的影响页岩介孔占比略有降低，微孔占比较高.因此大隆组孔隙类型以刚性颗粒间沥青和少量沉积有机质内的有机质孔为主、刚性颗粒间的原始无机孔隙为辅，而孔隙体积随热演化程度增加先减小后增大（图9c）.
a. 埋藏史； b. Ro演化； c. 孔隙演化 ... Geological difference and its significance of marine shale gases in South China 0 2016 南方下古生界海相页岩极低电阻率成因及其地质意义 1 2021 ... DY1井热史过程可以划分4个阶段（图9a，b）：第一个阶段为二叠纪—中三叠世，大隆组黑色页岩热演化大都处于未成熟阶段，该阶段以钙质胶结作用（图10b）和机械压实作用为主，是页岩孔隙降低、孔径减小和致密化的主要原因［24］（图9c），页岩孔体积呈现下降趋势，孔隙以微孔和介孔为主［25-26］.第二阶段为晚三叠世—中侏罗世，大隆组黑色页岩处于成熟-高成熟阶段，随着埋深增加，上覆地层压力增加，由于石英和碳酸盐矿物刚性颗粒的支撑，早期保存下来的孔隙受压实作用影响不明显，同时伴随着热演化程度增高，有机质开始生烃，生成的液态烃充填原生孔隙（图7f），原生无机孔减少，而生烃过程中沉积有机质生成有机质孔［27-28］，有机质孔增加.第三阶段为中侏罗世—晚白垩世，热演化达到高-过成熟阶段，油裂解为沥青和天然气，形成异常高压，伴随大量有机质孔的生成（图7f），原油开始裂解生成沥青和天然气，地层形成异常高压，沥青发育大量有机质孔［27-28］，异常高压和刚性颗粒抵挡上覆地层的压力，有机质孔得以保存（图7d， f），页岩中孔隙体积（有机质孔）增大，其微孔与大介孔占比增加（图8，图9c）.第四阶段为晚白垩世至今，为抬升阶段，隆升阶段超压难以保持，压力释放，受上覆地层压力的影响页岩介孔占比略有降低，微孔占比较高.因此大隆组孔隙类型以刚性颗粒间沥青和少量沉积有机质内的有机质孔为主、刚性颗粒间的原始无机孔隙为辅，而孔隙体积随热演化程度增加先减小后增大（图9c）.
a. 埋藏史； b. Ro演化； c. 孔隙演化 ... Origin and geological significance of ultra-low resistivity in Lower Paleozoic marine shale， South China 1 2021 ... DY1井热史过程可以划分4个阶段（图9a，b）：第一个阶段为二叠纪—中三叠世，大隆组黑色页岩热演化大都处于未成熟阶段，该阶段以钙质胶结作用（图10b）和机械压实作用为主，是页岩孔隙降低、孔径减小和致密化的主要原因［24］（图9c），页岩孔体积呈现下降趋势，孔隙以微孔和介孔为主［25-26］.第二阶段为晚三叠世—中侏罗世，大隆组黑色页岩处于成熟-高成熟阶段，随着埋深增加，上覆地层压力增加，由于石英和碳酸盐矿物刚性颗粒的支撑，早期保存下来的孔隙受压实作用影响不明显，同时伴随着热演化程度增高，有机质开始生烃，生成的液态烃充填原生孔隙（图7f），原生无机孔减少，而生烃过程中沉积有机质生成有机质孔［27-28］，有机质孔增加.第三阶段为中侏罗世—晚白垩世，热演化达到高-过成熟阶段，油裂解为沥青和天然气，形成异常高压，伴随大量有机质孔的生成（图7f），原油开始裂解生成沥青和天然气，地层形成异常高压，沥青发育大量有机质孔［27-28］，异常高压和刚性颗粒抵挡上覆地层的压力，有机质孔得以保存（图7d， f），页岩中孔隙体积（有机质孔）增大，其微孔与大介孔占比增加（图8，图9c）.第四阶段为晚白垩世至今，为抬升阶段，隆升阶段超压难以保持，压力释放，受上覆地层压力的影响页岩介孔占比略有降低，微孔占比较高.因此大隆组孔隙类型以刚性颗粒间沥青和少量沉积有机质内的有机质孔为主、刚性颗粒间的原始无机孔隙为辅，而孔隙体积随热演化程度增加先减小后增大（图9c）.
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