青藏高原北部东昆仑地区三叠系页岩成岩作用及其对储层的影响

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.195

现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (04): 1052-1064.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.195

青藏高原北部东昆仑地区三叠系页岩成岩作用及其对储层的影响

晁海德¹^,²(), 陈建洲¹^,², 王瑾¹^,², 李吉庆¹, 王国仓³, 赵洪岳¹, 蔡廷俊¹, 刘立波¹, 李生福¹, 任文恺¹, 邱亮⁴

1.青海省第四地质勘查院,青海西宁 810029
2.青海省页岩气资源重点实验室,青海西宁 810029
3.中国科学院西北生态环境资源研究院,甘肃兰州 730000
4.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院,北京 100083

收稿日期:2022-01-05 修回日期:2022-02-20 出版日期:2022-08-10 发布日期:2022-09-09
作者简介:晁海德,男,硕士,地质工程师,1987年出生,地质工程专业,主要从事能源矿产勘查及研究。Email: 394262585@qq.com。
基金资助:
青海省地质矿产勘查开发局项目“青海省清洁能源靶区优选”(青地矿科[2020]61);青海省地质矿产勘查开发局项目“青海省清洁能源靶区优选”(青地矿科[2021]61);青海省清洁能源矿产专项“青海省都兰县八宝山地区页岩气调查评价”(2018137090KC054)

Diagenesis of Triassic Shale and Its Influence on Reservoir in East Kunlun, Northern Qinghai-Tibetan Plateau

CHAO Haide¹^,²(), CHEN Jianzhou¹^,², WANG Jin¹^,², LI Jiqing¹, WANG Guocang³, ZHAO Hongyue¹, CAI Tingjun¹, LIU Libo¹, LI Shengfu¹, REN Wenkai¹, QIU Liang⁴

1. The Fourth Geological Exploration Institute of Qinghai Province, Xining,Qinghai 810029, China
2. Key Laboratory of Shale Gas Resources of Qinghai Province, Xining,Qinghai 810029, China
3. Northwest Institute of Ecological Environment and Resources of Chinese Academy of Sciences, Lanzhou,Gansu 730000, China
4. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Received:2022-01-05 Revised:2022-02-20 Online:2022-08-10 Published:2022-09-09

摘要/Abstract

摘要：

青藏高原北部东昆仑地区八宝山盆地作为高原页岩气成藏特征探索的典型区域之一,对影响储层储集性能的关键因素——成岩作用的研究程度很低,不足以更大限度地发挥其勘探价值。基于岩性观察及薄片、铸体薄片、扫描电镜、X-射线衍射等实验分析资料,对该区三叠系页岩成岩作用及对储层的影响开展研究,结果显示,三叠系八宝山组页岩成岩作用共有6类:压实、胶结、黏土矿物转化、交代、溶蚀及有机质热成熟作用。综合有机质成熟度、岩石热解最高峰温、伊蒙混层比中蒙皂石占比、黏土矿物组合、孔隙类型等指标得出:研究区页岩处于中成岩B期-晚成岩阶段。结合各成岩作用对储层孔隙度的影响,研究区压实作用、胶结作用、黏土矿物转化作用易于造成孔隙度的减小,溶蚀作用、有机质热成熟作用易于孔隙度的增大,而交代作用对孔隙影响小。

关键词: 东昆仑, 三叠系, 成岩作用, 储层影响因素

Abstract:

As a typical area to study shale gas reservoir characteristics in the east Kunlun (northern Qinghai-Tibetan Plateau), the research on shale diagenesis for the reservoir properties is inadequate with limiting its exploration potential. Based on petrographic observation and experimental analyses including thin section microscopy, cast thin section, scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD), we studied the Triassic shale diagenesis and its impact on reservoir characteristics. The results show six types of Babaoshan Formation shale diagenesis: compaction, cementation, clay mineral transformation, metasomatism, dissolution, and thermal maturation of organic matter. Based on indicators such as organic matter maturity, rock pyrolysis peaks, smectite ratio in illite-montmorillonite mixed layer, clay mineral assemblage and pore type, we concluded that the studied shale is in the middle diagenetic stage B-late diagenetic stage. Combined with the influence of diagenetic on reservoir, compaction, cementation and clay mineral transformation can readily reduce porosity, dissolution and thermal maturation of organic matter can increase up porosity, while metasomatism has little effect on porosity.

Key words: east Kunlun, Triassic system, diagenesis, influencing factors on reservoirs

中图分类号:

TE132.2

晁海德, 陈建洲, 王瑾, 李吉庆, 王国仓, 赵洪岳, 蔡廷俊, 刘立波, 李生福, 任文恺, 邱亮. 青藏高原北部东昆仑地区三叠系页岩成岩作用及其对储层的影响[J]. 现代地质, 2022, 36(04): 1052-1064.

CHAO Haide, CHEN Jianzhou, WANG Jin, LI Jiqing, WANG Guocang, ZHAO Hongyue, CAI Tingjun, LIU Libo, LI Shengfu, REN Wenkai, QIU Liang. Diagenesis of Triassic Shale and Its Influence on Reservoir in East Kunlun, Northern Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Geoscience, 2022, 36(04): 1052-1064.

图/表 22

图1 东昆仑造山带东段及邻区构造单元划分简图(据刘图杰(2015)原图修编) ①柴达木北缘断裂;②柴南缘断裂;③东昆中断裂带;④东昆南断裂带;⑤布青山南坡断裂;⑥玛多甘德断裂;⑦瓦洪山走滑断裂

Fig.1 Sketch map of tectonic units of the eastern segment of the eastern Kunlun orogen and adjacent areas

图2 八宝山盆地综合柱状图

Fig.2 Integrated stratigraphic columns for the Babaoshan Basin

图3 三叠系八宝山组粉砂岩结构特征 (a)八页1井,八宝山组,392.65 m,含泥含细砂粉砂岩,单偏光,薄片,×10;(b) 八页2井,八宝山组,773.12 m,含云粉砂岩,单偏光,铸体薄片,×10;(c) 八页2井,八宝山组,824.62 m,泥质粉砂岩,单偏光,铸体薄片,×10

Fig.3 Structural characteristics of the Triassic Babaoshan Formation siltstone

图4 三叠系八宝山组泥岩结构特征 (a)八页1井,八宝山组,350.05 m,含砂质泥岩,单偏光,薄片,×10;(b) 八页2井,八宝山组,739.75 m,泥岩,单偏光,铸体薄片,×10;(c) 八页3井,八宝山组,1 130.5 m,含云含粉砂泥岩,单偏光,薄片,×10

Fig.4 Structural characteristics of the Triassic Babaoshan Formation mudstone

表1 八宝山组页岩矿物组成含量表(%)

Table 1 Mineral composition of the Babaoshan Formation shale (%)

地层	石英	斜长石	方解石	白云石	黏土矿物	菱铁矿	其它	样品来源
地层	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	其它	样品来源
T₃bb³	$28.50 ~ 53.60 40.83 (41)$	$2.80 ~ 17.20 8.45 (41)$	$0 ~ 6.50 0.90 (41)$	$0 ~ 18.70 2.90 (41)$	$27.10 ~ 59.80 46.06 (41)$	$0 ~ 6.40 0.30 (41)$	0.56	八页 2井
T₃bb¹	$24.70 ~ 51.20 40.72 (13)$	$0 ~ 10.90 4.68 (13)$	$0 ~ 4.90 0.52 (13)$	$0 ~ 9.30 1.50 (13)$	$23.90 ~ 57.00 38.29 (13)$	$0 ~ 19.20 8.30 (13)$	3.71	八页 2井

表1 八宝山组页岩矿物组成含量表(%)

Table 1 Mineral composition of the Babaoshan Formation shale (%)

地层	石英	斜长石	方解石	白云石	黏土矿物	菱铁矿	其它	样品来源
地层	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	其它	样品来源
T₃bb³	$28.50 ~ 53.60 40.83 (41)$	$2.80 ~ 17.20 8.45 (41)$	$0 ~ 6.50 0.90 (41)$	$0 ~ 18.70 2.90 (41)$	$27.10 ~ 59.80 46.06 (41)$	$0 ~ 6.40 0.30 (41)$	0.56	八页 2井
T₃bb¹	$24.70 ~ 51.20 40.72 (13)$	$0 ~ 10.90 4.68 (13)$	$0 ~ 4.90 0.52 (13)$	$0 ~ 9.30 1.50 (13)$	$23.90 ~ 57.00 38.29 (13)$	$0 ~ 19.20 8.30 (13)$	3.71	八页 2井

图5 三叠系八宝山组页岩矿物组分三角图

Fig.5 Ternary plot of mineral composition for the Triassic Babaoshan Formation shale

图6 压实作用特征 (a)八页2井,八宝山组上段,702.87 m,泥岩,片状碎屑物定向排列,单偏光,铸体薄片,×10;(b) 八页1井,八宝山组下段,406.85 m,泥岩,碎屑物定向排列,单偏光,薄片,×10;(c) 八页2井,八宝山组下段,1 395.25 m,泥岩,伊利石定向排列,扫描电镜,×6000;(d) 八页2井,八宝山组上段,773.12 m,含泥粉砂岩,碎屑颗粒点、线接触,单偏光,铸体薄片,×10;(e) 八页2井,八宝山组上段,656.77 m,粉砂岩,长石弯曲破碎,正交偏光,薄片,×10;(f) 八页1井八宝山组下段,438.1 m,细砂岩,长石压碎、弯曲,单偏光,薄片,×10

Fig.6 Characteristics of compaction

图7 胶结作用特征 (a)八页2井,八宝山组下段,1 395.25 m,泥岩,伊蒙混层,扫描电镜,×7500;(b) 八页2井,八宝山组下段,1 406.03 m,泥岩,玫瑰花状绿泥石,扫描电镜,×4000;(c) 八页1井,八宝山组下段,500.44 m,砂质泥岩,黄铁矿晶体,单偏光,薄片,×5;(d) 八页2井,八宝山组上段,824.62 m,含泥粉砂岩,黏土矿物中白云石胶结(绿光、红光),阴极发光,×10,-2CL;(e) 八页2井,八宝山组下段,1 477.68 m,泥岩,黏土矿物中白云石晶体,扫描电镜,×1500;(f)八页2井,八宝山组下段, 1 037.7 m,泥岩,煤线中方解石晶体,扫描电镜,×100

Fig.7 Characteristics of cementation

表2 八宝山组页岩黏土矿物组成含量表(%)

Table 2 Clay mineral compositions in the Babaoshan Formation shale (%)

地层	高岭石		绿泥石		伊利石		伊/蒙混层		绿/蒙混层		I/S伊/蒙间层		样品来源
地层	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		样品来源
T₃bb³	$1.00 ~ 2.00 1.44 (41)$	$4.0 ~ 21.000 9.88 (41)$		$1.00 ~ 28.00 18.30 (41)$		$52.00 ~ 77.00 63.12 (41)$		$3.00 ~ 13.00 7.19 (41)$		$5.00 ~ 13.00 7.00 (41)$		八页2井
T₃bb¹	$0 ~ 10.00 3.00 (13)$	$0 ~ 13.00 3.00 (13)$		$12.00 ~ 49.0 29.00 (13)$		$35.00 ~ 80.00 62.54 (13)$		$0 ~ 8.00 2.46 (13)$		$5.00 ~ 10.00 6.00 (13)$		八页2井

表2 八宝山组页岩黏土矿物组成含量表(%)

Table 2 Clay mineral compositions in the Babaoshan Formation shale (%)

地层	高岭石		绿泥石		伊利石		伊/蒙混层		绿/蒙混层		I/S伊/蒙间层		样品来源
地层	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$		样品来源
T₃bb³	$1.00 ~ 2.00 1.44 (41)$	$4.0 ~ 21.000 9.88 (41)$		$1.00 ~ 28.00 18.30 (41)$		$52.00 ~ 77.00 63.12 (41)$		$3.00 ~ 13.00 7.19 (41)$		$5.00 ~ 13.00 7.00 (41)$		八页2井
T₃bb¹	$0 ~ 10.00 3.00 (13)$	$0 ~ 13.00 3.00 (13)$		$12.00 ~ 49.0 29.00 (13)$		$35.00 ~ 80.00 62.54 (13)$		$0 ~ 8.00 2.46 (13)$		$5.00 ~ 10.00 6.00 (13)$		八页2井

图8 八页2井八宝山组黏土矿物演化剖面

Fig.8 Evolution profile of clay minerals from well 2 in the Babaoshan Formation

图9 溶蚀作用特征 (a)八页2井,八宝山组上段, 695.37 m,粉砂岩,黏土矿物溶蚀孔隙、粒间孔隙,0.116~5.201 μm,扫描电镜,×2000;(b) 八页2井,八宝山组下段,1 105.20 m,含云泥岩,黏土矿物溶蚀孔隙,1.387~3.086 μm,扫描电镜,×5000;(c)八页2井,八宝山组上段, 907.24 m,粉砂岩,长石粒内溶蚀孔隙,0.089~3.265 μm,扫描电镜,×5000;(d)八页2井,八宝山组上段,706.37 m,粉砂质泥岩,白云石粒内溶蚀孔隙,0.298~1.738 μm,扫描电镜,×1500;(e)八页2井,八宝山组下段,1 037.7 m,泥岩,脉状方解石中粒内溶蚀孔隙,0.149~1.350 μm,扫描电镜,×3000;(f)八页2井,八宝山组上段, 678.82 m,含粉砂泥岩,有机质铸模孔、裂缝,0.200~3.007 μm,扫描电镜,×3000

Fig.9 Characteristics of dissolution

图10 交代作用特征 (a)八页2井,八宝山组上段,784.77 m,含粉砂泥岩,钾长石高岭石化、黏土化,斜长石白云石化,单偏光,铸体薄片,x10;(b) 八页1井,八宝山组下段,373.85 m,粉砂岩,钾长石高岭石化、黏土化,单偏光,薄片,x10

Fig.10 Characteristics of metasomatism

表3 八宝山盆地八宝山组页岩部分有机地化特征

Table 3 Organic geochemical characteristics of shale in Babaoshan formation in Babaoshan Basin

地区	地层	T_max/℃	R_o/%	样品来源
地区	地层	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	样品来源
八宝山	T₃bb³	$539 ~ 559 556 (60)$	$2.37 ~ 3.06 2.82 (85)$	八页1、 2、3井
八宝山	T₃bb¹	$382 ~ 558 553 (184)$	$2.44 ~ 3.45 2.98 (219)$	八页1、 2、3井

表3 八宝山盆地八宝山组页岩部分有机地化特征

Table 3 Organic geochemical characteristics of shale in Babaoshan formation in Babaoshan Basin

地区	地层	T_max/℃	R_o/%	样品来源
地区	地层	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	$最小 ~ 最大平均值 (样品数)$	样品来源
八宝山	T₃bb³	$539 ~ 559 556 (60)$	$2.37 ~ 3.06 2.82 (85)$	八页1、 2、3井
八宝山	T₃bb¹	$382 ~ 558 553 (184)$	$2.44 ~ 3.45 2.98 (219)$	八页1、 2、3井

图11 有机质热成熟作用特征 (a)八页2井,八宝山组上段,716.87 m,粉砂质泥岩,有机质孔隙,0.158~1.855 μm,扫描电镜,×4000;(b)八页2井,八宝山组下段,1 339.23 m,粉砂质泥岩,有机质孔隙,0.112~1.722 μm,扫描电镜,×4000

Fig.11 Characteristics of thermal maturation for organic matter

图12 东昆仑地区三叠系页岩储层成岩序列

Fig.12 Diagenetic sequence of Triassic shale reservoir in east Kunlun region

图13 八宝山组页岩孔隙度与深度关系

Fig.13 Relationship between shale porosity and depth of the Babaoshan Formation

图14 八宝山组页岩孔隙度与碳酸盐含量关系图

Fig.14 Relationship between shale porosity and carbonate content in the Babaoshan Formation

图15 八宝山组页岩孔隙度与黏土矿物含量关系图

Fig.15 Relationship between shale porosity and clay mineral content of Babaoshan formation

表4 东昆仑地区三叠系页岩孔隙类型特征表

Table 4 Pore type characteristics of Triassic shale in east Kunlun region

孔隙类型	溶蚀孔隙与粒间孔隙混合	溶蚀孔隙	粒间孔隙	其他(有机质孔隙、微裂隙、铸模孔)
(件/占比)/%	19/46.3	15/36.6	7/17.1	少量

图16 八宝山组页岩孔隙度与黏土矿物、长石、碳酸盐矿物总含量相关图

Fig.16 Correlation between shale porosity and total contents of clay, feldspar and carbonate minerals in the Babaoshan Formation

图17 八宝山组页岩孔隙度与镜质体反射率相关图

Fig.17 Correlation between shale porosity and vitrinite reflectance of the Babaoshan Formation

表5 东昆仑地区三叠系页岩储层常见成岩作用类型

Table 5 Common diagenetic types of Triassic shale reservoirs in east Kunlun region

成岩作用	主要成岩变化	对孔隙度的作用
压实作用	黏土矿物、云母顺层定向排列、长石等碎屑的弯曲、破裂	降低
胶结作用	主要为白云石胶结,充填孔隙空间;少量方解石、菱铁矿胶结	降低
黏土矿物转化作用	高岭石伊利石化;高岭石绿泥石化;绿蒙混层高岭石化	降低
溶蚀作用	主要为黏土矿物、长石等矿物的粒间、粒内溶蚀,次为碳酸盐等矿物的粒内溶蚀	增大
交代作用	碳酸盐交代斜长石,高岭土及黏土矿物交代长石	影响小
有机质热成熟作用	热演化释放的有机酸有助于易溶矿物的溶蚀,形成有机质内纳米级孔隙	增大

参考文献 33

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青藏高原北部东昆仑地区三叠系页岩成岩作用及其对储层的影响

Diagenesis of Triassic Shale and Its Influence on Reservoir in East Kunlun, Northern Qinghai-Tibetan Plateau

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