石油天然氣工程

四川盆地下寒武統豹斑灰巖成因機理及其對儲層的影響

韓波，馮菊芳，何治亮，等

摘要：目的：豹斑灰巖（云巖）在中國許多地層廣泛發育，其成因機理引起了地質界很多學者的關注，但卻存在著很大爭議。四川盆地下寒武統豹斑灰巖（云巖）分布范圍較廣，研究此類巖石的特征、成因及其與儲層的關系，對于油氣勘探具有重要意義。方法：本文通過對四條基干剖面豹斑發育層段的宏觀沉積相分析和鏡下描述，結合X 射線衍射分析、掃描電鏡、電子探針、同位素等分析手段，詳細解剖了四川盆地下寒武統龍王廟組和天河板組豹斑灰巖的巖相及地球化學特征，探討了其成因機理。結果：研究結果顯示四川盆地下寒武統豹斑發育的基質灰巖主要有（含顆粒）泥微晶灰巖和砂屑亮晶灰巖，不同基質灰巖內的豹斑在斑塊形態、泥質含量、白云石大小晶形方面具有較大差異。根據豹斑內部礦物組成，可將豹斑分為3 類：泥質云斑、含泥云斑、云斑。其中泥質云斑和含泥云斑主要發育在基質為（含顆粒）泥微晶灰巖的豹斑灰（云）巖中，云斑內部由他形至半自形的泥粉晶白云石晶體組成；而云斑主要發育于基巖為砂屑亮晶灰巖的豹斑灰（云）巖中，內部由自形—半自形粉細晶（部分中粗晶）白云石組成。基質灰巖為（含顆粒）泥微晶灰巖的豹斑灰巖形成于潮下淺水低能環境，水體介質在咸化海水和正常海水之間頻繁變化，導致云泥條帶與灰泥沉積物交替出現。沉積后未固結的軟泥受風浪擾動和差異負載影響，形成云朵狀，不規則條帶狀等斑狀構造。埋藏期，由于泥質或含泥云斑具有吸附和溶解釋放鎂離子的優勢，發生更為強烈的滲透白云化作用及改造；基質灰巖為亮晶砂屑灰巖的豹斑主要形成于淺埋藏期，高鹽度高鎂地層水沿孔滲較好的部位滲透至固結成巖的基質灰巖地層中發生滲透回流白云化作用。深埋藏期，深部熱流體再沿裂縫或有利孔滲帶進一步對云斑改造。對四川盆地下寒武統龍王廟組豹斑灰巖對豹斑內部進行普通薄片及掃描電鏡觀察，云斑部分白云石晶間孔十分發育，而基質灰巖部分則比較致密，微觀孔隙結構揭示了粉細晶白云巖發育晶間孔，儲集物性明顯優于灰巖。通過對基干剖面沉積構造、實測孔隙度、礦物組分的對比，發現儲層主要分布在白云化程度高的灘相沉積內。原始沉積相為白云巖化提供了至關重要的基礎，沉積能量較低、泥質含量較高的低能相沉積只有經過較為徹底的白云巖化作用后才能對儲集物性有明顯的改善。結論：四川盆地下寒武統的豹斑灰巖更多地受沉積作用的控制，生物潛穴作用只在局部有少量影響。豹斑內部泥質含量主要與沉積時的水動力環境有關，也受到成巖期的改造作用的影響。豹斑內部粉細晶白云石的晶間孔十分發育，豹斑灰巖能否形成優質儲層與豹斑含量有關，即受白云化程度控制。

來源出版物：石油與天然氣地質， 2017， 38(4)： 764-775

入選年份：2017

黔北地區海相頁巖氣保存條件——以貴州岑鞏區塊下寒武統牛蹄塘組為例

王濡岳，丁文龍，龔大建，等

摘要：目的：中國南方地區發育多套海相富有機質頁巖，頁巖氣資源豐富，但與北美地區相比，具有形成時代老、熱演化程度高、構造期次多、構造變形復雜、地應力狀態與地表條件復雜及保存條件差異大等特點。四川盆地及周緣下古生界海相頁巖氣勘探實踐表明，海相泥頁巖具有良好的物質基礎，鉆探中具有普遍含氣的特征，但是含氣量、試氣效果與產能差異很大，頁巖氣保存條件的重要性越來越受到重視。與已獲得突破的龍馬溪組相比，下寒武統牛蹄塘組形成時代更老，儲層特殊性與復雜性更大，對保存條件要求更高。為此，需明確南方頁巖氣保存條件主控因素并建立其綜合評價指標體系。方法：針對南方復雜構造區特殊地質條件，以貴州岑鞏區塊牛蹄塘組為例，通過地震資料精細解釋與構造演化分析，結合物質基礎、頂底板與區域蓋層、天然氣組分、地層水條件、地層壓力等因素對頁巖氣保存條件進行了研究與綜合分析。結果：（1）研究區構造演化具有“早期小幅抬升，長期相對穩定，后期強烈改造”的特點。不同構造樣式地層的褶皺變形強度、破裂程度、剝蝕程度、橫向滲流和擴散作用存在差異，弱構造改造帶之間的低潛微幅構造樣式對頁巖氣保存較為有利。高角度斷層與裂縫發育規模過大，會導致天然氣的過早散失，不利于頁巖氣的富集與保存。（2）對于淺埋深頁巖分布區，異常地層壓力對頁巖氣保存條件指示性不明顯，多期構造運動、大氣水下滲、較低的圍壓使頁巖滲透率增大，降低了泥頁巖及蓋層封閉能力，不利于異常高壓形成。（3）良好保存條件下頁巖氣體組分以CH4為主，含量普遍大于80%，N2含量低于20%，以有機來源為主，且N2與CO2含量呈正相關；不利保存條件下N2含量普遍大于50%～80%，以大氣來源為主，而N2與CO2含量呈負相關。（4）地層電阻率、聲波時差和密度等對頁巖含氣性、裂縫發育程度及地層流體性質較為敏感的測井參數對頁巖含氣性及頂底板封蓋條件具有一定指示作用。頁巖高電阻率、高聲波時差和低密度通常反映較好的含氣性，頂底板地層高電阻率與低聲波時差則反映較好的封蓋保存條件。（5）微生物異常對斷層封閉性及頁巖氣保存條件具有一定指示作用，對于研究區淺埋深富有機質頁巖，過高的微生物異常值顯示出不利的保存條件，中低值則反映較好的封蓋保存條件。（6）結合研究區頁巖氣保存條件與勘探實踐，豐富完善了適合我國南方復雜構造區的頁巖氣保存條件與有利區評價指標體系并對研究區有利區進行了劃分。該有利區評價指標體系對我國南方復雜構造地區頁巖氣勘探開發具有重要參考價值。結論：（1）我國南方海相地層經歷了多期復雜構造運動，使頁巖氣保存條件遭到不同程度破壞。對研究區海相頁巖氣保存條件的研究表明，以褶皺、斷裂和剝蝕作用為主的后期構造改造是頁巖氣散失的根本原因。因此，構造保存條件是頁巖氣保存條件研究中最重要的內容。（2）氣體組分、來源及相互間關系、地層電阻率、聲波時差和密度等參數可作為現今頁巖含氣性與保存條件判識性指標。大地電磁與微生物勘探等輔助手段對頁巖氣保存條件評價也具有一定參考借鑒意義。（3）南方復雜構造區斷裂構造具有類型多樣、分布廣泛、多期發育、多期活動和相互疊加干擾等特征，復雜的斷裂系統控制了頁巖氣的保存與分布。此外，南方地表及淺層多為碳酸鹽巖地層，溶洞、暗河發育，斷層與裂縫的發育為鉆井施工帶來困難。應重視構造的精細解釋以降低勘探風險。（4）頁巖氣保存條件評價應以構造演化、構造樣式、斷裂體系、頂底板與區域蓋層條件等構造因素為切入點，結合頁巖氣形成與聚集的物質基礎與天然氣組分、地層水條件和地層壓力等現今判識性指標，系統、全面、動態地分析各保存指標之間的時空配置關系及其權重，藉以對頁巖氣保存條件作出準確、合理的評價。

來源出版物：石油與天然氣地質， 2016， 37(1)： 45-55

入選年份：2017

致密儲層脆性特征及對天然裂縫的控制作用——以鄂爾多斯盆地隴東地區長7 致密儲層為例

趙向原，曾聯波，祖克威，等

摘要：目的：致密油、致密氣等非常規油氣資源已成為全球能源結構中的重要角色，在我國不同盆地均發現了規模較為可觀的致密油氣資源，分布范圍廣、資源潛力大。開發實踐表明，致密儲層物性較差，普遍發育天然裂縫，裂縫發育情況是評價致密油“甜點”的一項重要指標。裂縫的發育除了與巖性、巖層厚度、沉積微相和巖層非均質性等因素有關外，還與儲層脆性密切相關。為了更好的研究天然裂縫分布規律，本文以鄂爾多斯盆地隴東地區長7 致密油儲層為例，利用巖心、測井及巖石力學測試等資料，在總結了前人脆性相關成果的基礎上，探討儲層脆性特征及其對裂縫的控制作用。方法：論文總結了國內外脆性測試的20 余種方法，論述了脆性評價方法在非常規油氣中的發展和應用情況，并在長7 儲層天然裂縫發育特征的基礎上，利用其中一種脆性測試方法對該套儲層的脆性特征進行了評價，根據不同巖性脆性特征及裂縫發育特征的差異性，采用對比分析和分類評價的方法探討了儲層脆性對天然裂縫的控制作用。結果：鄂爾多斯盆地隴東地區長7 致密砂巖儲層主要發育構造裂縫和成巖裂縫兩種成因類型，其中構造裂縫又分為砂巖中的剪切裂縫和泥質巖中滑脫裂縫；砂巖中的剪切裂縫大多數為高角度縫，泥質巖中的滑脫裂縫多為中低角度縫。縱向上，裂縫主要在單巖層內發育，極少發育穿層裂縫，平面上剪切縫多呈雁列式排列，進而形成一條延伸較長的裂縫帶。巖性不同，其脆性特征存在較大差異。計算得到砂巖脆性指數主要分布在50～70 之間，泥質巖類脆性指數主要分布在35～55 之間，泥巖脆性指數主要分布在18～45 之間，不同巖性隨著泥質含量的增加，大致表現出脆性指數逐漸減小的特征，說明砂巖脆性最大，泥質砂巖次之，泥巖脆性最小。對比不同脆性巖層中的裂縫發育特征發現，脆性較大的巖層更容易發育高角度縫，而隨著脆性減小，巖層越來越表現出更易發育中低角度縫，如發育高角度縫的巖層脆性指數主要分布在50～70 之間，而發育中低角度縫的巖層脆性指數主要分布在30～50 之間，但裂縫傾角與巖層的脆性指數之間可能并不一定具有線性關系。此外，在相似的構造應力背景下，脆性控制了巖層自身的破裂能力，使得絕大多數構造裂縫發育在脆性指數較大巖層中，而脆性指數較小的巖層裂縫發育情況較差。如當巖層平均脆性指數大于50 時，隨著脆性指數越大，裂縫性巖層所占比例越高，當巖層平均脆性指數小于20時，巖層中裂縫基本不再發育。結論：在鄂爾多斯盆地特定地質歷史時期的古構造應力背景下，隴東地區長7致密砂巖儲層構造裂縫的發育特征與儲層的脆性特征密切相關，表現為儲層脆性指數越大，則越容易發生破裂，且以發育高角度縫為主；而儲層脆性指數越小，則越不容易發生破裂，且以發育中低角度縫為主。依據這一認識，可以進一步開展裂縫定性評價研究。

來源出版物：石油與天然氣地質， 2016， 37(1)： 62-71

入選年份：2017

非暖水碳酸鹽巖：沉積學進展與油氣勘探新領域

賈承造，張杰，沈安江，等

摘要：目的：非暖水碳酸鹽巖是碳酸鹽巖沉積學中的重要組成部分，非暖水碳酸鹽巖中保存了大量的原始孔隙，可以成為很好的儲集巖。本文結合國內外關于碳酸鹽巖的最新研究成果，綜述了非暖水碳酸鹽巖的研究內涵及在油氣勘探中的作用。方法：利用前人對于碳酸鹽巖沉積環境的研究資料，結合新生代以來高緯度地區碳酸鹽巖研究成果，根據海水表面溫度將非暖水碳酸鹽巖沉積環境進行了劃分。結合沉積速率、生物類型、沉積物結構和成分、成巖作用、沉積環境研究和地球化學特征，對比研究了非暖水碳酸鹽巖和暖水碳酸鹽巖的差異。結合全球氣候變化和海平面變化，綜合分析了非暖水碳酸鹽巖沉積儲層特征和油氣田分布。結果：將表面海水溫度＜20℃的非暖水碳酸鹽巖的沉積環境劃分為溫暖-溫水區（15～20℃）、涼水-溫水區（5～15℃）和冷水—極地區（＜5℃）。由于暖流和寒流的流動，以及海水的垂向流動，碳酸鹽巖沉積環境分區的界線并不是絕對的。湖水表面溫度＜20℃沉積的碳酸鹽巖也屬于非暖水碳酸鹽巖。與暖水-熱帶區碳酸鹽巖中含有大量光合自養生物組合不同，非暖水碳酸鹽巖中的生物類型主要為非營光合作用的異養生物組合。由于地質歷史時期生物演化、多次生物大滅絕事件以及不同類型生物生活水體性質的差異，非暖水碳酸鹽巖的生物類型和顆粒類型因時代的不同以及緯度的不同，有一定差異。不同水深條件下非暖水碳酸鹽巖的生物類型也有較大差別。非暖水碳酸鹽巖的沉積速率很低，涼水碳酸鹽巖的沉積速率大多不到1 m/ka，一般都只有每千年幾毫米到幾厘米。非暖水碳酸鹽巖的主要沉積物為珊瑚藻和無脊椎動物骨骼等生物顆粒。除了少量硅藻和硅質海綿產生的生物硅質外，大部分非暖水碳酸鹽巖沉積物都是鈣質的。新生代以來的研究表明，非暖水環境中也有許多準同生白云巖沉積。由于缺乏灰泥支撐，非暖水碳酸鹽巖主要為顆粒支撐結構。典型的非暖水碳酸鹽巖沉積特征包括：變余沉積、冰磧巖、冰攜碎屑和六水碳鈣石。非暖水環境中沉積物在同沉積期經歷的主要成巖作用為生物骨骼的磨蝕、生物侵蝕、浸漬、溶蝕以及少量膠結作用，早期成巖作用中很少見到鎂方解石或文石膠結。由于形成水體溫度和環境的不同，非暖水碳酸鹽巖與暖水碳酸鹽巖在生物類型、沉積物／顆粒組成、結構構造、成巖作用、碳氧同位素組成、沉積速率、沉積模式等方面都具有顯著的差異。由于缺乏造礁生物，非暖水碳酸鹽巖的沉積環境主要為無障壁緩坡以及開闊的大陸架，其沉積受到了全球和區域性氣候條件、陸源碎屑供給、海洋學、營養物供給和海平面升降等因素的影響。最普遍的沉積環境是開闊海陸架（以大陸邊緣或海灘為代表）、內陸盆地（以地中海以及一套陸表、前陸和內克拉通沉積中心和海道）、連接大型水體的淺海單元（如海峽、拉長的臺內水道、或內陸通道）等。根據全球環境變化和海平面變化研究，全球碳酸鹽巖大油氣田形成的時代如石炭紀、二疊紀、侏羅紀、白堊紀、古近紀、新近紀等都屬于涼水時期，可見很多目前認為是熱帶碳酸鹽巖的時代及巖石記錄，很有可能表面海水溫度并未達到熱帶碳酸鹽巖的程度，而是屬于非暖水碳酸鹽巖。由于大量碳酸鹽巖生物碎屑的堆積，以及膠結作用大都發生于深埋藏環境，非暖水碳酸鹽巖可以保存大量的優質粒內孔和粒間孔等儲集空間，具有非常好的儲集性能，可能成為未來油氣勘探的新領域。已發現的非暖水碳酸鹽巖油氣田主要分布在新生代以來高緯度地區的地層中，新生代以前的非暖水碳酸鹽巖油氣田主要發育在奧陶紀、石炭紀、二疊紀等涼水時期。結論：結合國內外關于碳酸鹽巖的最新研究成果，從定義、分類、生物類型、沉積速率、沉積物、巖石學特征、成巖作用、與暖水碳酸鹽巖的差異和沉積相等方面對非暖水碳酸鹽巖進行了綜合研究。非暖水碳酸鹽巖概念的出現，對巖相古地理分析具有重要影響，如果將現代非暖水碳酸鹽巖研究、古生物資料以及古海水研究應用到古老碳酸鹽巖研究中，則現在劃分的古緯度可能將需要進行較大的改變。

來源出版物：石油學報， 2017， 3，241-254

入選年份：2017

沉積盆地超壓成因研究進展

趙靖舟，李軍，徐澤陽

摘要：目的：對國內外沉積盆地超壓成因的研究歷史和現狀進行全面調研分析，在此基礎上提出超壓成因的判識方法，總結國內外超壓成因研究認識。方法：文獻調研與作者自己對國內部分盆地超壓成因的分析相結合。結果：超壓成因一直是油氣地質學與油氣勘探領域的一個熱點和難點問題。近多年來，超壓成因研究在國際上取得了重要進展，主要表現在5 個方面。（1）將超壓按照成因分為5 種類型：不均衡壓實、流體膨脹、成巖作用、構造擠壓、壓力傳遞；其中流體膨脹形成的超壓包括生烴作用、油裂解氣、水熱膨脹等，成巖作用包括蒙脫石-伊利石轉化作用等。（2）總結提出了6 種超壓成因判識方法，包括測井曲線組合分析法、鮑爾斯法（加載-卸載曲線法）、聲波速度-密度交會圖法、孔隙度對比法、壓力計算反推法以及綜合分析法。（3）隨著實證超壓成因研究方法的逐漸廣泛應用，許多被普遍認為屬于不均衡壓實成因的超壓已被完全或部分否定，生烴作用作為超壓成因的重要性和普遍性正在得到愈來愈多證實，黏土礦物成巖作用特別是蒙脫石-伊利石轉化作用對超壓形成的重要性也已受到重視，構造擠壓和壓力傳遞成因的超壓得到進一步確認，而且現已發現許多盆地或地區的超壓可能為復合成因。（4）不同的巖性其超壓成因往往有別：就泥質巖而言，烴源巖與非烴源巖的超壓成因常常不同，一般而言，烴源巖內發育的超壓大多與生烴作用密切相關，成巖作用有時也具有重要貢獻；而非烴源巖內所發育的超壓多與不均衡壓實、成巖作用或壓力傳遞等有關；砂巖等滲透性巖層的超壓則多為壓力傳遞成因。（5）對于烴源巖層段的超壓成因分析而言，由于有機質含量對密度、聲波等測井參數具有明顯影響，因此在運用這些測井資料分析烴源巖層段的超壓成因時，需要進行有機質含量校正，校正前后超壓成因的分析結果往往不同。結論：沉積盆地超壓按照成因包括不均衡壓實、流體膨脹、成巖作用、構造擠壓、壓力傳遞；其中流體膨脹特別是生烴作用是最普遍、最重要的超壓形成機制，以往被視為超壓形成最普遍的不均衡壓實機制并未得到證實。超壓成因的鑒別應基于多種方法，特別是實證方法的研究，應作為超壓成因研究的主要方法。對于烴源巖層段的超壓成因分析而言，由于有機質含量對密度、聲波等測井參數具有明顯影響，因此在運用這些測井資料分析烴源巖層段的超壓成因時，需要進行有機質含量校正，校正前后超壓成因的分析結果往往明顯不同。本文所總結的世界超壓成因研究進展，一方面有助于推動我國超壓成因研究，另一方面對有關盆地的油氣勘探開發也具有重要指導意義。

來源出版物：石油學報， 2017， 38(9)： 973-998

入選年份：2017