中国海、陆相页岩层系岩相组合多样性与非常规油气勘探意义

doi:10.11743/ogg20220101

Abstract

Abstract:

There is a strong correlation between the lithofacies and organofacies of fine-grained organic matter-rich sedimentary rocks，where the carbonate-， quartz-feldspar- and clay mineral-rich lithofacies often show high affinity respectively with type I-S/II-S，I/II and III/IV organic facies. Hence， whole rock mineral X-ray diffraction analysis （XRD） represents a straightforward and effective method to predict the lithofacies， organic matter type， depositional environment， hydrocarbon characteristics， and rock mechanics of geological samples concerned. Based on a thorough review of marine shale data from North America and the Sichuan Basin， a large collection of lacustrine shales from major non-marine sedimentary basins in China were characterized by whole-rock mineral XRD， core observation， thin section analysis and total organic carbon （TOC） measurement. The aims are to classify the lithofacies and organofacies， identify the key difference in lithofacies assemblages， and discuss their implication for unconventional shale oil and gas exploration. The results indicate that lacustrine shales in sedimentary basins in China were deposited in various tectonostratigraphic settings. In general， the fine-grained sediments in freshwater-brackish water lakes in sag stage are dominated by clay-quartz with minor carbonate， whereas the saline and alkaline lacustrine sediments in rift stage consist of carbonate or clay-quartz with carbonate minerals. The sedimentary systems of fine-grained lacustrine deposits are characterized by rapid facies change， complex lithologies， and variable reservior-caprock combinations. Thus， the strong heterogeneity in the lithofacies and their combinations often lead to multiple types of shale oil “sweetspots”； as different lithofacies correspond to varying organofacies， the variation in the thermal behaviors of different organofacies contributes to the change in the states of hydrocarbon occurrence among the various lithofacies combinations. These results confirm that every shale is unique. Therefore， the variation in lithofacies and organofacies of the fine-grained sediments indicates that it is essential to use quantitative and objective parameters in classifying the “sweetspots” and hydrocarbon states of occurrence in order to make the credible assessment of shale oil resources.

Key words: whole rock XRD analysis, organofacies, microfacies analysis, fine-grained sedimentary rocks, Lacustrine shale oil, China

CLC Number:

TE132.1

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Figures/Tables 17

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Table 1

Fig.2

Fig.3

Table 2

Basic characteristics of the major lacustrine shales in China"

盆地/凹陷	盆地类型	层位	湖泊环境	主要岩相类型	有机相类型	有利面积/ （10⁴km²）	累计厚度/m	成熟度/ %	TOC/ %
准噶尔盆地吉木萨尔凹陷	裂陷	二叠系芦草沟组	咸水	中-高碳块状泥晶云岩相、块状粉砂质砂屑云岩相、块状凝灰质粉砂岩相、条带状含凝灰云岩相、纹层状粉砂质／泥质沉凝灰岩相和纹层状云质泥岩相	Ⅱ，Ⅱ-S	3.0~4.0	30~200	0.6~1.6	1.2~8.9
准噶尔盆地玛湖凹陷	裂陷	二叠系风城组	咸水-碱水	低-中碳混合质页岩相、薄层白云质粉砂岩相、泥晶白云岩相、岩屑砂岩相和长石质岩屑砂岩相	Ⅰ，Ⅱ，Ⅰ-S	0.5	150~550	0.6~1.6	1.2~2.0
鄂尔多斯盆地	坳陷	三叠系 7段	淡水-微咸水	富碳厚层状、薄层状和纹层状长英质泥页岩相、混合页岩相夹薄层状粉-细砂岩相	Ⅰ，Ⅱ，Ⅱ-S	10.0	10~100	0.7~1.5	2.0~20.0
四川盆地	坳陷	中下侏罗统	淡水-微咸水	中-高碳粘土质页岩相、纹层-薄层状粘土质页岩相、中-低碳粉砂质页岩相为主，低-中碳粘土质介壳灰质页岩相和粉砂质粘土质页岩相次之	Ⅲ，Ⅱ	3．0	80~150	0.5~1.6	0.2~3.8
松辽盆地古龙凹陷	坳陷	上白垩统青山口组	淡水-微咸水	富碳长英质泥页岩相、富碳层状/纹层状粉砂岩相、泥质粉砂岩相和泥质粉砂质页岩相	Ⅰ	5.0~6.0	100~150	0.5~2.0	0.9~9.0
渤海湾盆地济阳坳陷	裂陷	古近系沙河街组	微咸水-咸水	富碳黑色灰质页岩相、高碳块状灰质泥岩相、中-高碳混合质泥页岩相、中碳薄透镜状晶粒灰岩相	Ⅰ，Ⅱ，I-S	5.0~10.0	30~1 000	0.5~2.0	1.5~10.0
渤海湾盆地沧东凹陷	裂陷	古近系孔店组	微咸水-咸水	粉砂岩相、富碳长英质页岩、富碳混合质页岩、高碳块状灰云岩	I，Ⅱ，I-S	0.2	200~500	0.6~1.3	1.3~8.8
江汉盆地潜江凹陷	裂陷	古近系潜江组	咸水-盐湖	富碳纹层状白云岩相、富碳纹层状泥质白云岩相、纹层状泥质灰岩相	Ⅱ-S	2.8	50~650	0.5~1.2	0.5~12.0

Table 2

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BP有机相分类	生源环境	主要生源	含硫量	环境与地质年代分布	IFP有机相分类	本文修改建议	生油气特征
A	水生，海相，硅质，碳酸盐/蒸发岩	海藻，细菌	高	海洋上升洋流区，贫陆源碎屑盆地，任何时代	Ⅱ-S型	Ⅰ-S，Ⅱ-S；适用于海相和陆相湖盆裂陷期富碳酸盐-蒸发岩体系	生油为主
B	水生，海相，硅质碎屑岩	海藻，细菌	中等	海洋，碎屑盆地，任何时代	Ⅱ型
C	水生，非海相，湖相	淡水藻，细菌	低	构造活动，陆相盆地，近海平原（少见），显生宙	Ⅰ型	仅适用于陆相湖盆拗陷期淡水为主的细粒沉积体系
D	陆生，非海相，高蜡	植物角质层，树脂，木质素，细菌	低	近海平原湿地，中生代以来	Ⅲ型		生气为主
E	陆生，非海相，高蜡	植物角质层，木质素，细菌	低	近海平原湿地，中生代以后	Ⅲ型
F	陆生，非海相，低蜡，煤	木质素	低	近海平原，晚古生代以来	Ⅲ/Ⅳ型

盆地/凹陷	页岩油层系	代表井	R_o/%
洛杉矶盆地	蒙特利	Sanfield WC1	0.50~0.70
威利斯顿盆地	巴肯组	Parshall SD1	0.80~1.00
墨西哥湾盆地	鹰滩	Getty 1， Hurt	>1.10
吉木萨尔凹陷	芦草沟组	吉174	0.80~0.85
鄂尔多斯盆地	长7段	城页1	0.90~1.10
四川盆地	大安寨段等	涪页8-1HF	1.00~1.30
松辽盆地	青一段	黑197	1.00~1.50
东营凹陷	沙四下亚段	樊页平1	0.70~1.30
沧东凹陷	孔二段	官东1701H	0.60~1.30
潜江凹陷	潜三段	潜页油2	0.60~0.90
溱潼凹陷	阜二段	沙垛1	0.90左右

类型	典型实例	地质特征	地质分布
致密砂岩、灰岩夹层型	鄂尔多斯盆地长7段、四川盆地侏罗系	源-储共存、页岩层系整体含油，薄层砂岩或灰岩有利储集层“甜点”近源富集	淡水湖盆：鄂尔多斯盆地、松辽盆地、四川盆地
混合质页岩型	渤海湾盆地沧东凹陷孔二段、沾化-东营凹陷沙三段-沙四段、江汉盆地潜三段	源-储共存或一体，页岩层系整体含油，多源供烃，混合质页岩自身与相邻页岩向混合质页岩“甜点”供油	咸水湖盆-盐湖：江汉盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、三塘湖盆地、柴达木盆地
页岩基质型	松辽盆地古龙凹陷青一段	源-储一体，纹层状页岩整体含油，烃类在砂质、钙质页岩有利储集层原地富集形成“甜点”，高TOC、高演化、地层超压、物性甜点控制富集	淡水湖盆、咸化湖盆、盐湖

湖盆类型	沉积模式	源-储组合类型分布			代表盆地
湖盆类型	沉积模式	内缘（深湖-半深湖）	中缘（前三角洲-前缘、浊积）	外缘（三角洲前缘）	代表盆地
咸水湖泊- 盐湖	陆源碎屑与内源化学二源混积模式	碳酸盐岩-混积岩夹层型、页岩型	混积岩夹层型、砂岩夹层型	砂岩互层型	渤海湾盆地、准噶尔盆地、三塘湖盆地、柴达木盆地
淡水湖泊	陆源碎屑沉积模式	页岩型	砂岩夹层型	砂泥互层型	鄂尔多斯盆地、四川盆地、松辽盆地

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Diversity in the lithofacies assemblages of marine and lacustrine shale strata and significance for unconventional petroleum exploration in China

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