巖沉積地質(zhì)與儲(chǔ)層評(píng)價(jià)于炳松

頁(yè)巖沉積地質(zhì)與儲(chǔ)層評(píng)價(jià)主講人：于炳松Tel:86-10-82321519Email:

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）2012-08-03當(dāng)前1頁(yè)，總共47頁(yè)。講座提綱第一部分富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)與沉積環(huán)境

一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)

二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積環(huán)境第二部分富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層特征與評(píng)價(jià)

一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)當(dāng)前2頁(yè)，總共47頁(yè)。沁水盆地渤海灣盆地南華北盆地塔里木盆地準(zhǔn)噶爾盆地吐哈盆地柴達(dá)木盆地二連盆地松遼盆地四川盆地楚雄盆地羌塘盆地焉耆盆地江漢盆地盆地古生界發(fā)育區(qū)鄂爾多斯盆地南西青中部東地區(qū)方地區(qū)北地區(qū)藏地區(qū)540km0160km0我國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布當(dāng)前3頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)1、礦物組成2、有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)3、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造4、成巖演化當(dāng)前4頁(yè)，總共47頁(yè)。1、礦物組成一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)1）粘土礦物：高嶺石、蒙脫石、伊利石；

2）陸源碎屑：石英、長(zhǎng)石等；

3）化學(xué)沉淀物質(zhì)：CaCO3

、SiO2等；

4）有機(jī)質(zhì)當(dāng)前5頁(yè)，總共47頁(yè)。1、礦物組成一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)當(dāng)前6頁(yè)，總共47頁(yè)。1、礦物組成一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)單元當(dāng)前7頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)粘土礦物的主要類(lèi)型高嶺石：Al4[Si4O10][OH]81:1型結(jié)構(gòu)層間：有或無(wú)水分子當(dāng)前8頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)粘土礦物的主要類(lèi)型蒙脫石：（Al2,Mg3)[Si4O10][OH]2nH2O

2:1型結(jié)構(gòu)伊利石：K1-x(H2O)x{Al2[AlSi3O10](OH)2-x(H2O)x}2:1型結(jié)構(gòu)層間：陽(yáng)離子或水化陽(yáng)離子當(dāng)前9頁(yè)，總共47頁(yè)。通常蒙脫石礦物的d（001）層間距為12?，當(dāng)蒙脫石結(jié)構(gòu)層內(nèi)吸附有機(jī)物后，該層間距將增大，可達(dá)到17-18?。體積膨脹15-40倍。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)當(dāng)前10頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)當(dāng)前11頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)2、有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)證明了，海相泥質(zhì)烴源巖中的有機(jī)質(zhì)是通過(guò)溶解在水中的分子規(guī)模的碳有機(jī)質(zhì)以化學(xué)吸附的形式被吸附到礦物表面上（KeilandHedges,1993;Mayer,1994a;HedgesandKeil,1995;HedgesandKeil,1999;HedgesandOades,1997）。重要發(fā)現(xiàn)：①現(xiàn)代海洋大陸邊緣富有機(jī)質(zhì)沉積物礦物表面積與總有機(jī)質(zhì)碳含量（TOC）之間存在著很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系(Mayer,1994b;Mayer,1999;Ransom等,1998;Bergamashi等,1997;BockandMayer,2000)；

②TEM圖象也顯示了有機(jī)碳在礦物表面的不規(guī)則吸附包殼（Ransom等,1998;Bishop等,1992;Ransom等,1997）；③礦物粒度分離表明，沉積物中只有不到10％的有機(jī)質(zhì)呈顆粒狀與礦物共生，現(xiàn)代海岸沉積物中被礦物吸附而穩(wěn)定存在了數(shù)百年的沉積有機(jī)質(zhì)，一旦被解吸，很快就被喜氧細(xì)菌所降解(KeilandHedges,1993;Bergamashi等,1997)。這說(shuō)明了礦物表面對(duì)有機(jī)分子的吸附是海相黑色頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)保存的主要因素。當(dāng)前12頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)2、有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)最近，Kennedy等人(2002)注意到，2:1型層狀蒙脫石的外表面積類(lèi)似于其它粘土礦物和細(xì)粒礦物，但是結(jié)構(gòu)層內(nèi)的表面積可比外表面積高1到2個(gè)數(shù)量級(jí)。高嶺石和石英粉砂通常有＜10m2g-1的表面積，而蒙脫石可達(dá)到900m2g-1的表面積。因此，若沉積物中含有中等含量的蒙脫石，其總的礦物表面積中蒙脫石的內(nèi)表面積將是主要貢獻(xiàn)者。其內(nèi)表面提供了吸附有機(jī)碳組分的重要場(chǎng)所，其吸附的TOC含量可大于15％。因此，有機(jī)質(zhì)的蒙脫石層內(nèi)吸附為有機(jī)質(zhì)的有效保存提供了一個(gè)良好的解釋機(jī)制。

不過(guò)，目前國(guó)際上關(guān)于海相富有機(jī)質(zhì)沉積物中有機(jī)質(zhì)保存的研究，均集中在有機(jī)質(zhì)未成熟的現(xiàn)代大陸邊緣沉積物和未熟到低熟的中新生代黑色頁(yè)巖中，而尚未真正涉及到高有機(jī)質(zhì)成熟度的古老海相富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖中。當(dāng)前13頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)2、有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)青海湖底現(xiàn)代沉積物中粘土礦物與有機(jī)質(zhì)關(guān)系的TEM圖象當(dāng)前14頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)2、有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)青海湖底現(xiàn)代沉積物中粘土礦物與有機(jī)質(zhì)關(guān)系的TEM圖象當(dāng)前15頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)2、有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)塔里木盆地下寒武統(tǒng)底部富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的TEM圖象當(dāng)前16頁(yè)，總共47頁(yè)。電子衍射圖一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)2、有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)塔里木盆地下寒武統(tǒng)底部富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的TEM圖象當(dāng)前17頁(yè)，總共47頁(yè)。3、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)

結(jié)構(gòu):

指組成巖石的各種組分的形狀、大小、結(jié)晶程度以及顆粒之間的關(guān)系.

構(gòu)造:

指組成巖石的各種組分的排列及空間充填方式.當(dāng)前18頁(yè)，總共47頁(yè)。1）按粒度部分教材GB/T17412.2-1998

礫巖（角礫巖）＞2mm>2mm

砂巖2-0.1mm2-0.06mm

粉砂巖

泥巖<0.05mm<0.004mm2）命名含量＞50%的組分作為基本名稱(chēng)；含量＞10、25％的組分分別冠以“含××”和“××質(zhì)”，如：泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)礫巖、含粉砂泥巖等。3、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)當(dāng)前19頁(yè)，總共47頁(yè)。3、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)結(jié)構(gòu)：泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)；構(gòu)造：層理構(gòu)造如水平層理、波狀層理；層面構(gòu)造如波痕、泥裂等。泥巖：泥質(zhì)組分含量>50%粘土巖：粘土礦物含量>50%頁(yè)巖：具有頁(yè)理構(gòu)造的泥巖當(dāng)前20頁(yè)，總共47頁(yè)。高嶺石－地開(kāi)石－珍珠陶土－消失（200－2500C）（酸性條件）蒙脫石伊－蒙混層礦物－伊利石（K＋）綠－蒙混層礦物－綠泥石（Fe2+、Mg2+）4、成巖演化一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)當(dāng)前21頁(yè)，總共47頁(yè)。4、成巖演化一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)當(dāng)前22頁(yè)，總共47頁(yè)。二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積環(huán)境1、缺氧的分隔盆地：黑海、波羅的海，缺氧沉積物中OM達(dá)1－15％。當(dāng)前23頁(yè)，總共47頁(yè)。二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積環(huán)境2、具上升洋流的大陸邊緣：加利福尼亞、墨西哥、秘魯、智利、非洲西南部、澳大利亞西海岸等。缺氧沉積物中OM達(dá)3－26％。當(dāng)前24頁(yè)，總共47頁(yè)。二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積環(huán)境當(dāng)前25頁(yè)，總共47頁(yè)。二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積環(huán)境3、咸化湖環(huán)境：當(dāng)鹽度高于6－7％時(shí)，蒸發(fā)鹽開(kāi)始形成，可形成蒸發(fā)鹽與暗色生油層互層現(xiàn)象。當(dāng)前26頁(yè)，總共47頁(yè)。二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積環(huán)境4、局限海灣環(huán)境：波斯灣、孟加拉灣、我國(guó)南海。當(dāng)前27頁(yè)，總共47頁(yè)。5、正常的陸棚環(huán)境：OM約1％6、深海遠(yuǎn)洋沉積物：＜0.5%(Bordovskiy,1965;Premuzicetal.,1982)7、湖泊相：深湖－半深湖亞相咸化湖亞相8、沼澤環(huán)境：二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積環(huán)境當(dāng)前28頁(yè)，總共47頁(yè)。講座提綱第一部分富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)與沉積環(huán)境

一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石學(xué)

二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積環(huán)境第二部分富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層特征與評(píng)價(jià)

一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)當(dāng)前29頁(yè)，總共47頁(yè)。第二部分富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層特征與評(píng)價(jià)一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

1、孔隙類(lèi)型2、孔隙結(jié)構(gòu)及其控制因素3、頁(yè)巖氣賦存狀態(tài)二、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

1、研究方法2、頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)當(dāng)前30頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征1、孔隙類(lèi)型1）孔隙結(jié)構(gòu)分類(lèi)（

IUPAC）：孔隙直徑<2nm的稱(chēng)為微孔隙(micropores)，2~50nm的為中孔隙(mesopores)，>50nm的為宏孔隙（macropores）當(dāng)前31頁(yè)，總共47頁(yè)。2）孔隙成因分類(lèi)：礦物基質(zhì)孔：礦物顆粒之間或顆粒內(nèi)的孔隙有機(jī)質(zhì)孔：有機(jī)質(zhì)內(nèi)的孔隙裂縫孔隙：不受單個(gè)顆?？刂频目紫?、孔隙類(lèi)型當(dāng)前32頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征1、孔隙類(lèi)型3）孔隙組合分類(lèi)：當(dāng)前33頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征1、孔隙類(lèi)型當(dāng)前34頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征1、孔隙類(lèi)型當(dāng)前35頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征1、孔隙類(lèi)型當(dāng)前36頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征1、孔隙類(lèi)型當(dāng)前37頁(yè)，總共47頁(yè)。一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征2、孔隙結(jié)構(gòu)微孔中孔和宏孔體積占總體積百分比圖中孔為主當(dāng)前38頁(yè)，總共47頁(yè)。SiO2減??；Al2O3增加顯微孔隙體積與TOC、Al2O3的關(guān)系RossandBustin,2009孔隙結(jié)構(gòu)主控因素一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征2、孔隙結(jié)構(gòu)當(dāng)前39頁(yè)，總共47頁(yè)。石英含量與微孔體積關(guān)系圖石英含量與中孔體積關(guān)系圖石英含量與宏孔體積關(guān)系圖石英含量與孔體積和孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系石英等碎屑礦物的增加有利于宏孔隙的增加，中孔隙降低，與微孔隙關(guān)系不密切一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征2、孔隙結(jié)構(gòu)當(dāng)前40頁(yè)，總共47頁(yè)。粘土含量與微孔體積關(guān)系圖粘土含量與中孔體積關(guān)系圖粘土含量與宏孔體積關(guān)系圖粘土含量與孔體積和孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系粘土礦物對(duì)中孔體積具有重要貢獻(xiàn)一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征2、孔隙結(jié)構(gòu)當(dāng)前41頁(yè)，總共47頁(yè)。TOC與微孔體積關(guān)系圖TOC與中孔體積關(guān)系圖TOC與宏孔體積關(guān)系圖有機(jī)質(zhì)含量與孔體積和孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系有機(jī)質(zhì)與孔隙結(jié)構(gòu)和吸附能力之間的關(guān)系究竟如何？一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征2、孔隙結(jié)構(gòu)2023/3/2042當(dāng)前42頁(yè)，總共47頁(yè)。RO與微孔體積關(guān)系圖RO與中孔體積關(guān)系圖RO與宏孔體積關(guān)系圖有機(jī)質(zhì)成熟度與孔體積和孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系高熟有機(jī)質(zhì)成熟度增加有利于宏孔隙增加，但中孔降低。原因？微裂縫？一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征2、孔隙結(jié)構(gòu)2023/3/2043當(dāng)前43頁(yè)，總共47頁(yè)?？紫督Y(jié)構(gòu)與頁(yè)巖氣賦存狀態(tài)1）吸附態(tài)：中孔隙-微孔隙2）游離態(tài)：宏孔隙、微裂縫目前的研究普遍認(rèn)為：一、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)儲(chǔ)層特征3、賦存狀態(tài)當(dāng)前44頁(yè)，總共47頁(yè)。二、頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)1、頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特殊性1）孔隙結(jié)構(gòu)的特殊性：以中孔-微孔為主；2）礦物組成的特殊性：富粘土礦物和有機(jī)質(zhì)；3）巖石結(jié)構(gòu)的特殊性：粒度細(xì)；4）常規(guī)方法難以奏效：孔滲測(cè)定、鑄體薄片、壓汞（一般>50nm）；5）氣體賦存狀態(tài)的特殊性：游離與吸附；6）評(píng)價(jià)思路的特殊性：常規(guī)與特殊、直接與間接；當(dāng)前45頁(yè)，總共47頁(yè)。二、頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)2