四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气储层演化机理及评价方法

Shale gas in Upper Ordovician Wufeng Formation - Lower Silurian Longmaxi Formation in the Sichuan Basin is one of the key strata being explored and developed in China, where two national shale gas demonstration areas have been set up in Jiaoshiba, Fuling, and Weiyuan-Changning, showing excellent exploration potential. However, there are many uncertainties in the formation mechanism, evolution history and evaluation of shale reservoirs. The project applies Wufeng Formation-Longmaxi Formation as the research object, through qualitative observations and quantitative tests, the types and characteristics of shale reservoir will be identified and the geological model of high-quality shale reservoir will be established based on the example anatomy. Through shale diagenesis, thermal simulation and basin simulation, the hydrocarbon generation and organic matter pore, the mineral diagenesis and inorganic pore and the synergistic reaction mechanism of organic hydrocarbon generation and inorganic mineral diagenesis will be studied, and the favorable diagenetic combination types and pore combination types will be identified. Combined with the pressure evolution of shale gas reservoir, the evolution history of shale reservoir types, porosity, permeability and micro fracture will be restored, and the history of reservoir evolution and its control of gas content will be discussed. On these basis, the formation mechanism of high quality shale reservoir will be revealed, and the comprehensive evaluation method and technology of shale reservoir will be formed. The research results will contribute to the shale reservoir evaluation of Wufeng Formatione - Longmaxi Formation, have important scientific significance for the development and enrichment of shale reservoir geological theory and practical significance of application for the shale gas exploration and production Wufeng Formation - Longmaxi Formation.

四川盆地五峰组—龙马溪组是页岩气勘探开发研究的重点领域，已建成焦石坝、长宁—威远两个国家级页岩气示范区，显示了良好的勘探潜力，但对页岩储层的成因机理、演化历史和评价等方面存在诸多不确定性。本项目以五峰组—龙马溪组页岩为研究对象，通过定性观察和定量测试，查明页岩储层空间类型和特征，结合实例解剖，建立页岩优质储层地质模型；通过页岩成岩作用、热模拟和盆地模拟，开展生排烃与有机质孔、成岩与无机质孔以及有机生烃和无机矿物成岩的协同作用机理等研究，明确有利的成岩组合类型和孔隙组合类型；结合页岩气藏压力演化，恢复页岩储层类型、孔渗和微裂缝的演化历史，探讨储层演化历史及其对含气量的控制。在此基础上，揭示页岩优质储层成因机理，形成页岩储层综合评价方法和技术。研究成果有助于五峰组—龙马溪组页岩储层评价，对发展和丰富页岩储层地质理论具有重要的科学意义，对四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气勘探开发具有实际应用意义。

上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组是四川盆地页岩气勘探开发的重点层系，但对其储层成因机制、演化历史以及矿物成岩演化对页岩气储层形成控制作用等的认识目前尚不明晰。为此，通过岩石学、矿物学和有机地球化学等分析，结合盆地模拟和页岩气勘探开发实践，分析了四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组有机质孔隙演化历史和矿物成岩演化过程，探讨了页岩气优质储层的类型和成因机制，明确了页岩气优质储层的发育层段，建立了基于有机孔和生物成因硅优选页岩气富集高产层段的方法及应用。研究结果表明：（1）该盆地五峰组—龙马溪组页岩气开发层段的岩石类型主要包括硅质页岩、含灰硅质页岩和黏土质页岩，岩石类型对页岩储集空间类型和特征具有重要的控制作用，其中硅质页岩、含灰硅质页岩的有机质孔隙最为发育，储集能力最强 ；（2）矿物成岩演化对页岩气储层的形成具有重要的控制作用，生物成因硅在早成岩阶段形成，并以微晶聚集体的形式与陆源碎屑硅、黄铁矿一起形成颗粒支撑格架，有效抑制了压实作用，保存了大量残留粒间孔隙，有利于页岩气优质储层的形成；（3）WF2—LM4笔石带（五峰组—龙马溪组底部）硅质页岩具有“多藻控烃源、生硅控格架、协同演化控储层”的优质储层成因机制。结论认为，WF2—LM4笔石带硅质页岩、含灰硅质页岩为页岩气优质储层的主要发育层段。（4）提出一种基于有机孔和生物成因硅含量的页岩气富集高产层段优选方法，其中，基于不同类型有机质面孔率和有机质类型的构成提出了不同成烃生物有机孔占比计算方法，基于页岩中的硅质含量和测井参数提出了页岩生物成因硅含量的计算方法。（5）通过现场应用分析，发现在有机孔占比大于 3%和生物成因硅含量大于 30%的双重约束下（即基于有机孔和生物成因硅的页岩气富集高产层段优选的“3+30”方法）所优选的五峰组—龙马溪组页岩层段与目前页岩气高产层段有良好的一致性。该方法实现了页岩气富集高产层储集能力和改造能力评价的有机统一，在有利层段优选和页岩气储量预测方面，具有一定的应用价值。