渝东南地区龙马溪组页岩储层非均质性控制因素.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW246渝东南地区龙马溪组页岩储层非均质性控制因素张鲁川1,2)，卢双舫3)，肖佃师4)1)西南石油大学地球科学与技术学院，成都，610500；2)中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室，武汉，430074；3)东北石油大学三亚海洋油气研究院，海南三亚，572025；4)中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛，266580注：本文为国家自然科学基金（编号：42102183）、构造与油气资源教育部重点实验室开放研究基金（编号：TPR-2020-12）资助项目的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。Doi：10.16509/j.georeview.2023.s1.104作者简介：张鲁川，男，1990 年生，博士，讲师，主要从事非常规油气地质研究；Email：。关键词：关键词：非均质性；沉积环境；成岩作用；龙马溪组；渝东南地区非均质性是页岩储层内在的、固有的属性，根据测量尺度和方法的不同可进一步划分为微观和宏观非均质性。微观非均质性主要是指借助于实验手段所测量的页岩储层微纳米尺度的非均质性，例如孔隙大小、分布、连通性等，而宏观非均质性一般表现为厘米及以上尺度，主要依赖于地震、测井和岩心观察等手段。尽管前人已经对页岩储层岩相、含气性、沉积环境、孔隙结构等宏微观性质开展了研究（王玉满等，2016），但这些研究大多是从单一角度出发，缺乏宏微观的结合性研究，并对页岩储层宏观和微观非均质性控制因素的研究较少。为此，本文以渝东南地区龙马溪组页岩储层为例，在阐述页岩储层沉积环境演化及微观孔隙发育特征的基础上，探讨页岩储层宏微观非均质性控制因素，以期为龙马溪组页岩气勘探提供理论指导。1沉积环境对页岩储层宏观非均质性的控制1.1沉积环境演化整体上，V/Cr、V/(V+Ni)和 Ni/Co 3 个氧化还原指标均表现出自下而上减小的趋势。TST（海侵体系域）时期，V/Cr、V/(V+Ni)和 Ni/Co 平均值分别为 8.28、0.79 和 7.33，处于缺氧性环境；EHST（早期高位体系域）时期，这 3 个指标的平均值分别下降至 2.30、0.70 和 3.67，说明此阶段为贫氧氧化性环境；LHST（晚期高位体系域）时期，V/Cr、V/(V+Ni)和 Ni/Co 平均值分别为 1.88、0.62 和 3.47，表明此阶段处于氧化性环境。古生产力指标Cu+Ni+Zn 垂向上也呈现自下而上递减的趋势。TST、EHST 和 LHST 沉积时期 Cu+Ni+Zn 的平均值分别为 329.010-6、180.210-6和 150.610-6，表明水体古生产力水平自下而上稳定减小。综上，TST 时期水体处于缺氧性及高古生产力的环境，随着水体深度变浅，逐渐演化为 EHST 时期贫氧氧化性及中等古生产力的环境，进一步演化至 LHST 时期氧化性及低古生产力的环境。1.2沉积环境对页岩储层宏观非均质性的控制TST 沉积时期，由于全球气候变暖和冰川的快速融化，相对海平面快速上升，水体深度可达 200 m左右，属深水陆棚相沉积，导致海底出现缺氧性环境（图 1）。受火山活动、上升流和温暖气候等的影响，表层水体富含营养物质，海洋生物大量繁殖，极大地提高了海水中古生产力水平。缺氧性环境和高古生产有利于有机质、生物石英以及黄铁矿的富集，形成了黑色、黑灰色富有机质硅质和混合页岩。此外，由于水体较深，陆源碎屑物质输入较少。EHST 沉积时期，全球发生海退，相对海平面快速下降，水深降至 60150 m，属半深水陆棚相沉积（图 1）。海底氧气浓度增加，形成贫氧氧化性条件，沉积到海底的生物碎屑容易被氧化分解，造成生物碎屑的减少和海洋古生产力的减低。同时，随着水体变浅，陆源碎屑输入增多，对有机质的稀释作用明显。较低的古生产力、较差的保存条件和较高的陆源碎屑输入等决定了该时期有机质和生物石英含量的减少和黏土矿物含量的增加。因此，地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1247该阶段中后期主要由黑灰色深灰色的中等有机质混合页岩和中等有机质黏土质页岩组成。水体变浅使得水体能量增大，粉砂质颗粒含量增加，出现少量粉砂质条带。LHST 沉积阶段相对海平面继续下降，海底水体中氧气浓度进一步增加，属浅水陆棚相沉积，水体深度小于 60 m（图 1）。由于水体变浅，海盆滞留程度增强，与开放海洋沟通不畅，难以及时获得营养物质的补充，不利于高生产力生物的繁盛。陆源碎屑输入的增加进一步破坏水体分层，稀释有机质。氧化性底水、低古生产力和高陆源碎屑输入导致了该阶段高黏土矿物含量及低有机质、石英含量，表现为灰色深灰色的贫有机质混合页岩及贫有机质黏土质页岩增多。随着水体持续变浅，水体能量逐渐增加，粉砂质条带数目明显增多。2成岩作用对页岩储层微观非均质性的控制2.1微观孔隙定量发育特征利用下列数学公式来定量计算不同类型孔隙对页岩储层总孔体积的贡献（Zhang Luchuan et al.,2018）：1niiiiiVWVWVWV黏土有机质脆性黏土有机质脆性（1）其中，V有机质、V黏土和 V脆性分别代表单位质量有机质、黏土矿物和脆性矿物中孔隙含量；W(有机质)i、W(黏土)i和 W(脆性)i分别代表样品 i中有机质、黏土矿物和脆性矿物质量分数；Vi代表样品 i 中总孔体积。计算结果显示，V有机质、V黏土和 V脆性的值 分 别 为 0.1878 ml/g、0.00538 ml/g 和0.00330 ml/g，表明有机质中含有丰富的孔隙（3.0%），页岩储层进入晚成岩阶段，有机质的生烃潜力逐渐耗尽（图 2）。在强烈的压实作用和高温高压条件下，有机质发生碳化，有机质孔出现垮塌，导致页岩有机质孔隙度和总孔隙度的减小。页岩储层中孔隙空间以矿物粒间孔和粒内孔为主，有机质孔极少发育，多呈孤立状，连通性差。3结论TST 时期，龙马溪组页岩沉积于缺氧性、高古生产力和低陆源碎屑输入的深水陆棚环境，页岩储层以有机质孔为主。EHST 时期演化为贫氧氧化性、中等古生产力和中等陆源碎屑输入的半深水陆棚环境，页岩储层中有机质孔和无机矿物孔均势发育。LHST 时期，页岩沉积于氧化性、低古生产力和高陆源碎屑输入的浅水陆棚环境，页岩储层主要由无机矿物孔构成。沉积环境（水体深度、氧化还原条件、古生产力、陆源碎屑输入和水动力等）决定着页岩储层宏观非均质性（页岩组分、颜色、层理、古生物以及岩相组合等），而成岩作用过程控制着页岩储层微观非均质性（孔隙发育）。参考文献/References王玉满,王淑芳,董大忠,李新景,黄金亮,张晨晨,管全中.2016.川南下志留统龙马溪组页岩岩相表征.地学前缘,23(1):119133.Zhang Luchuan,Lu Shuangfang,Jiang Shu,Xiao Dianshi,Chen Lei,LiuYang,Zhang Yuying,Li Bo,Gong Cheng.2018.Effect of shale lithofacieson pore structure of the Wufeng-Longmaxi shale in the southeastChongqing,China.Energy&Fuels,32:66036618.ZHANGLuchuan,LUShuangfang,XIAODianshi:Controlling factors of shale reservoir heterogeneity of theLongmaxi Formation in southeast Chongqing AreaKeywords:heterogeneity;sedimentaryenvironment;diagenesis;Longmaxi Formation;southeastern ChongqingArea图 2龙马溪组页岩储层成岩过程及孔隙演化模式