【摘要】：四川盆地南部地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組發(fā)育富有機質(zhì)黑色頁巖,是我國頁巖氣勘探和開發(fā)的重點對象。目前為止,對黑色頁巖中脆性礦物的成因、來源以及對孔隙的影響研究較為薄弱,對細粒沉積巖的沉積過程研究也不夠深入,成為制約頁巖氣勘探和開發(fā)的瓶頸。本文通過野外露頭剖面實測、巖心觀察、分析測試及室內(nèi)綜合研究,對川南地區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖礦物學、巖石學、沉積學以及儲層地質(zhì)學特征進行了詳細研究。利用X射線衍射、偏光顯微鏡、硅氧同位素、主微量元素等分析測試手段分析了研究區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖礦物學特征。研究區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖礦物成分復雜,包括石英、粘土礦物、方解石、白云石、長石、黃鐵礦等。其中,石英來源可分為陸源碎屑石英和生物石英。富陸源碎屑石英頁巖δ 3OSi偏負,δ 3OSi 值為-0.34‰～-0.64‰,δ 18O 值為 18.09‰～19.43‰。富生物石英頁巖δ 30Si值偏正,為-0.09‰～0.31‰,δ18O值相對較高,為18.75‰～22.14‰。碳酸鹽礦物的成因包括內(nèi)碎屑、生物碎屑、成巖期自生成因和微生物成因。微生物成因的白云石與硫酸鹽還原菌密切相關(guān),發(fā)育粒內(nèi)孔,孔隙直徑2微米左右,與實驗室培養(yǎng)的硫酸鹽還原菌菌體大小相近,推測孔隙為白云石形成時硫酸鹽還原菌菌體所占據(jù)的空間,細菌死亡后成為孔隙。此外,富微生物成因白云石的黑色頁巖與相鄰頁巖相比具有較高鹽度,有利于促進微生物白云石的形成。根據(jù)礦物成分和成因,提出以陸源碎屑石英+長石、生物石英、碳酸鹽礦物和粘土礦物為“四端元”、采用二級命名法對研究區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖進行分類命名,識別出四大類、十小類巖相:碳酸鹽細粒巖類(碳酸鹽細粒巖、泥質(zhì)碳酸鹽細粒巖和粉砂質(zhì)碳酸鹽細粒巖)、生物硅細粒巖類(生物硅細粒巖和粘土質(zhì)生物硅細粒巖)、粘土細粒巖類(生物硅質(zhì)粘土細粒巖和粘土細粒巖)和混合細粒巖類(粘土混合細粒巖、碳酸鹽混合細粒巖和生物硅混合細粒巖)。通過野外露頭剖面、巖心和鏡下觀察,從宏觀和微觀角度識別了五峰組-龍馬溪組黑色頁巖的主要沉積構(gòu)造。研究區(qū)五峰-龍馬溪組黑色頁巖沉積構(gòu)造類型豐富,主要發(fā)育塊狀構(gòu)造、水平層理、粒序?qū)永怼⒉顚永�、透鏡狀構(gòu)造和截切構(gòu)造。塊狀構(gòu)造在各巖相中均有發(fā)育;透鏡狀構(gòu)造主要發(fā)育于生物硅細粒巖和生物硅混合細粒巖中;水平層理發(fā)育于生物硅細粒巖類、混合細粒巖類和碳酸鹽細粒巖類,在粘土細粒巖類中少見;粒序?qū)永戆l(fā)育于粘土細粒巖、生物硅質(zhì)粘土細粒巖、泥質(zhì)混合細粒巖和粉砂質(zhì)碳酸鹽細粒巖中,紋層界面模糊,為正粒序;波狀層理發(fā)育于粉砂質(zhì)碳酸鹽細粒巖中;截切構(gòu)造偶見,僅在B1井中發(fā)現(xiàn)。本文利用氬離子拋光、場發(fā)射掃描電鏡、氮氣吸附、壓汞和CT掃描等分析測試手段,定性和定量表征了研究區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖儲集空間特征,分析了脆性礦物對頁巖孔隙的影響。研究區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖發(fā)育粒內(nèi)孔隙、粒間孔隙、有機質(zhì)孔隙和裂縫。粒內(nèi)孔隙發(fā)育于草莓狀黃鐵礦、粘土礦物、方解石和白云石顆粒內(nèi)部,多為次生孔隙。粒間孔隙在石英、長石、方解石、白云石以及粘土礦物絮凝顆粒間都有發(fā)育,其中在石英顆粒邊緣最為發(fā)育。裂縫類型主要包括構(gòu)造縫、頁理縫、微裂縫和有機質(zhì)收縮縫。有機質(zhì)孔隙和碳酸鹽礦物粒內(nèi)孔隙是頁巖介孔的主要來源,而有機質(zhì)孔隙和與石英相關(guān)的粒間孔隙是頁巖宏孔的主要來源。由于碳酸鹽礦物在較小孔隙中沉淀需要達到更高的濃度,因此較小的碳酸鹽礦物粒內(nèi)孔更容易保存下來。首次在研究區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖中識別出重力流成因的粉砂質(zhì)碳酸鹽細粒巖,主要由粉砂級陸源碎屑石英和粉晶白云石組成,可見粒序?qū)永?為低密度濁流沉積。在粉砂質(zhì)碳酸鹽細粒巖中,陸源碎屑石英顆粒直徑50-110微米,呈棱角-次棱角狀,其含量在研究區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖中最高。受后期成巖作用影響,大部分粉晶白云石顆粒邊緣不清晰。與上覆和下伏黑色頁巖相比,低密度濁流成因的粉砂質(zhì)碳酸鹽細粒巖游離氣含量和總含氣量有明顯的升高。綜合分析認為有機碳含量、巖相、沉積環(huán)境和成巖作用是影響研究區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖儲層的主要因素。當黑色頁巖有機質(zhì)含量相近時,無機孔隙對頁巖含氣性的影響要大于有機質(zhì)孔隙。生物硅細粒巖、粘土質(zhì)生物硅細粒巖和生物硅混合細粒巖有機碳含量高,儲層物性好,含氣性較好,游離氣含量高,是研究區(qū)最有利的儲層,其次為低密度濁流成因的粉砂質(zhì)碳酸鹽細粒巖。對研究區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖孔隙影響較大的成巖作用包括壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用,碳酸鹽礦物膠結(jié)作用對研究區(qū)內(nèi)五峰組-龍馬溪組黑色頁巖中的宏孔起破壞性作用,而溶蝕作用則使碳酸鹽礦物粒內(nèi)溶蝕孔隙(主要為介孔)發(fā)育。
【學位授予單位】：山東科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P618.13
【圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｐｏｒｅ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｓｃｈｅｍｅ邋ｏｆ邋ｓｈａｌｅ邋（ａｆｔｅｒ邋Ｌｏｕｃｋｓ，邋２０１２）逡逑隙的兩分觀點［１４］。陳一鳴等［１５］將頁巖儲層孔隙類型劃分為礦物質(zhì)孔、粒間孔、逡逑有機質(zhì)孔隙、化石孔及微裂縫５類。Ｌｏｕｃｋｆ６］等提出了一個泥頁巖儲層基質(zhì)孔隙逡逑三端元分類方案，把基質(zhì)孔隙分成粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙和有機質(zhì)孔隙３種基本類逡逑型，前兩種孔隙類型與礦物基質(zhì)有關(guān)，第三種類型與有機質(zhì)有關(guān)，奠定了目前主逡逑流的頁巖孔隙分類依據(jù)（圖１．２）。逡逑１．２．１．２頁巖孔隙研究方法逡逑由于泥頁巖孔滲極差，常規(guī)儲層研究方法和測試手段在泥頁巖的研宄中不能逡逑得到有效的應用。近年來，借助于聚焦離子束ＦＩＢ、氬離子拋光－掃描電子顯微逡逑鏡、場發(fā)射高分辨率掃描電子顯微鏡、ＣＴ掃描和氣體吸附等先進技術(shù)，人們開逡逑始通過定量表征和定性表征兩種方法研究頁巖孔隙（圖１．３）。逡逑頁巖孔隙的定性研究可采用的儀器和手段包括原子力顯微鏡（ＡＦＭ）、場逡逑－

Ｉ邋１０邐１邋１０邋°邐１邋１０邋＊邐１邋１０邋２邐１邋１０邋５邐１邋１０邋４邐１邋１０邋５逡逑孔隙直徑（ｎｍ）逡逑圖１．４高壓壓汞－氮氣吸附－二氧化碳吸附表征孔徑分布逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｐｏｒｅ邋ｓｉｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕａｔｉｏｎ邋ｆｒｏｍ邋ｎｉｔｒｏｇｅｎ邋ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｍｅｒｃｕｒｙ邋ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ逡逑５逡逑

其分類方案一直存在爭議。Ｄｏｔｔ基于流變學特征將其分為粘性流逡逑體流（池流）和塑性流（碎屑流）兩大類［１Ｇ３］；邋Ｍｉｄｄｌｅｔｏｎ和Ｈａｍｐｔｏｎ按支撐機制逡逑將其分為顆粒流、泥石流（或碎屑流）、液化沉積物流和濁流［１Ｇ４－１（）５］（圖１．５）；逡逑Ｌｏｗ［１ＱＷ（）７］綜合前兩種分類方案的優(yōu)點，根據(jù)流體的流變學特征和顆粒支撐基質(zhì)逡逑將沉積物重力流劃為濁流、流體流、液化流、顆粒流、泥流或粘性碎屑流，顆粒逡逑流由顆粒間的相互碰撞作用所產(chǎn)生的分散應力支撐，碎屑流沉積物中的較粗顆粒逡逑由基質(zhì)支撐，液化物流由顆粒間逸出的向上運動的流體支撐，濁流由流體湍流支逡逑撐，并且將濁流進一步劃分為高密度濁流和低密度濁流，在一定條件下各種流體逡逑可以發(fā)生轉(zhuǎn)化；Ｓｈａｎｍｕｇａｍ％８］基于流變學特征將沉積物重力流分為牛頓流體和逡逑塑性流體兩類，認為高密度濁流并非單一流體，由下部的砂質(zhì)碎屑流和上部的低逡逑密度濁流組成，并在Ｓｈｕｌｔｚ分類的基礎(chǔ)上增加了砂質(zhì)碎屑流和泥質(zhì)碎肩流（圖逡逑１．６）。逡逑

本文編號：2788213