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

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.195

Abstract

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

CLC Number:

TE132.2

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.

Figures/Tables 22

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

Fig.2 Integrated stratigraphic columns for the Babaoshan Basin

Fig.3 Structural characteristics of the Triassic Babaoshan Formation siltstone

Fig.4 Structural characteristics of the Triassic Babaoshan Formation mudstone

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

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

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

Fig.6 Characteristics of compaction

Fig.7 Characteristics of cementation

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

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

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

Fig.9 Characteristics of dissolution

Fig.10 Characteristics of metasomatism

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

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

Fig.11 Characteristics of thermal maturation for organic matter

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

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

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

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

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

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

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

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

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