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中扬子北缘冲断构造带的古流...保存意义——以保地1井为例 刘安.pdf


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444
年月 PETROLEUMGEOLOGY&EXPERIMENT,

文章编号:():
1001-6112202204-0620-09
中扬子北缘冲断构造带的古流体记录
及其对页岩气保存意义
以保地井为例
———1
刘安,王强,陈孝红,李旭兵,张保民,李海,李继涛
中国地质调查局武汉地质调查中心武汉
, 430205
摘要:为研究中扬子北缘大洪山冲断带古流体特征及其对页岩气保存的指示意义以该区保地井为例系统采集志留系裂缝脉
,1,
体样品并开展流体地球化学与包裹体分析测试结果显示方解石脉δ13值变化范围为碳同位素最小值远小
。,C-‰~‰,
于志留系灰岩夹层也小于海相碳酸盐岩结合脉体包裹体群脱硫系数高达且自下而上具有降低的趋势表明古流
,,~,
体中有下伏寒武系膏岩层卤水混入导致古流体2-增高以及寒武系产生的沿着裂缝系统进入志留系致使方
,SO4,TSRH2S、CO2,
解石脉δ13负偏和钻遇地层气显发现志留系龙马溪组底部包裹体类型以纯水溶液包裹体为主最大均一温度峰值约为
CH2S。,
最小均一温度峰值为结合区域构造演化大洪山冲断带较川东地区志留系页岩抬升剥蚀时间早古流体
110~120℃,60~80℃;,,
形成阶段埋深浅温度低含气饱和度低滑脱带附近包裹体均一温度变化范围大最低均一温度发育于该段表明滑脱带构造
、、。,,
活动期次更多持续时间更长特别是晚期构造活动更强成为页岩气逸散的长期通道综合分析表明大洪山冲断带发育多个
、,,。,
滑脱层的冲断变形对多层系页岩气藏和常规气藏破坏较大
、,。
关键词:古流体页岩气保存条件包裹体地球化学大洪山冲断带中扬子北缘
;;;;;;
中图分类号:文献标识码:
A
Geochemicalcharacteristicsofpaleo⁃fluidsinthrustbeltinthe
northernMiddleYangtzeanditssignificanceforshalegaspreservation
:
acasestudyofwellBaodi1
LIUAn,WANGQiang,CHENXiaohong,LIXubing,ZhangBaomin,LIHai,LiJitao
WuhanCenterofGeologicalSurveyChinaGeologicalSurveyWuhanHubeiChina
,,,430205,
Abstract
:Tostudythegeochemicalcharacteristicsofpaleo⁃fluidsintheDahongshanthrustbeltofMiddleYangtze
anditssignificanceforshalegaspreservation,inthisstudy,SilurianveinsampleswerecollectedfromwellBaodi

δ13
Cofcalciteveinsis-‰‰,withtheminimumvaluemuchlowerthanthatofSilurianlimestone
,with
2-
⁃fluidofSilurianincreasesbecauseof
themixingofunderlyingCambriangypsumbrine,aswellasCO2andH2SenteringintoSilurianalongfracture
δ13
systemfromCambrianTSRproductions,resultinginnegativeCofcalciteveinsandH2Sshowindrilledforma⁃
.
Themaximumhomogenizationtemperaturepeakisabout110to120℃,andtheminimumhomogenization
temperaturedistributefrom60to80℃.ComparedwiththoseintheeasternSichuanBasin,theshaleinDahong⁃
shanthrustbeltenteredupliftinganddenudationstageearlier,andthepaleo⁃fluidformationstagehadshallower
burialdepth,
thedetachmentzoneiswider,andthelowesthomogenizationtemperatureisdevelopedinthissection,indicating
thedetachmentzonehasmoreperiodsoftectonicactivityandlongerdurationtime,especiallyinthelaterstage,
收稿日期:修订日期:
2021-05-10;2022-05-25。
作者简介:刘安男硕士高级工程师从事古流体与页岩气成藏保存研究
(1981—),,,,、。E⁃mail:******@。
通信作者:李旭兵男教授级高级工程师从事油气地质综合研究
(1974—),,,。E⁃mail:yclxubing!***@。
基金项目:国家科技重大专项和中国地质调查局项目联合资助
(2016ZX05034001-002)(DD20190558,DD20221659)。
第期刘安等中扬子北缘冲断构造带的古流体记录及其对页岩气保存意义以保地井为例
4 ,.———1·621·
whichhasbecomealong⁃
detachmentlayersintheDahongshanthrustbelt,andthethrustanddeformationdestroyedmulti⁃layershalegas
reservoirsandconventionalgasreservoirs.
Keywords
:paleo⁃fluids;shalegas;preservationcondition;inclusions;geochemistry;Dahongshanthrustbelt;
northernMiddleYangtze
冲断构造在造山带及其前缘普遍发育世界许象通过系统研究该井的古流体特征明确构造活
,,,
多盆地的大油田赋存于该构造部位[1]巴洪冲断动对中扬子北缘冲断构造带页岩气保存的影响
。。
带横贯中上扬子北缘地区大巴山冲断带属于巴洪
,地质背景
冲断带的西段因位于四川盆地北缘在地质结构
,,、1
流体运移油气成藏等方面研究程度非常高[2-5]中扬子北缘冲断带北以襄广断裂为界南到京
、。,
位于中扬子北缘的大洪山冲断带属于巴洪冲断带的山乌龙泉断裂普遍缺失中三叠统侏罗系仅
—,—,
东段其油气地质研究程度明显低于西段近年来见志留系区域性盖层断续分布图震旦
,。(1a-b)。
页岩气调查表明保存条件是复杂构造区页岩气富纪中三叠世研究区以海相沉积为主发育寒武
,—,,
集的关键因素之一因此有必要进一步明确中扬子系牛蹄塘组志留系龙马溪组等多套富有机质页岩
,,、,
北缘冲断构造带的保存条件古流体成分形成的特别是在神农架背斜黄陵背斜当阳复向斜以北的
。、、、
温度压力条件以及氧化还原条件等地质信息对巴洪冲断带页岩非常发育中晚三叠世开始扬
、,。,
研究页岩气保存条件具有重要的指示作用[6-9]在子板块随着勉略洋的闭合向北与秦岭大别微
,,—
页岩气单井保存条件评价以及有利区优选方面获板块发生俯冲碰撞作用[12]在扬子板块与秦岭
,—
得了发展[10-11]本文主要以保地井为研究对大别微板块之间形成襄樊广济边界断裂[13]
。1—,
B
秦岭—N
大别造山带
襄广
断裂






保康





保地
井1山
向南漳

京山—
乌龙泉断裂
黄陵背斜当




010km
Aa
乌05km襄
龙广
秦华京
北当阳复向斜山泉巴洪冲断带断秦岭—大别造山带
岭—地
大块A断裂
别裂
造m1带B
k
山/0
重庆块带拔-1

地武汉c
雪—南江
子峰
夏华
扬隆震旦系寒武系奥陶系志留系二叠系倒转背斜倒转向斜

0200km起块
b三叠系第四系断层采样井地名研究区构造单元界线
图中扬子北缘冲断构造带构造特征及采样位置
1
RegionalstructuralgeologyfeaturesandsamplingpointsofnorthernMiddleYangtze
石油实验地质

第卷
·622·http:∥ 44
并形成扬子板块北缘前陆盆地系统中侏罗世后研灰色泥岩粉砂质泥岩泥质粉砂岩与粉砂岩互层
,、、;
究区全面转变为陆内构造变形晚侏罗世至早白罗惹坪组井深岩性为黄绿色薄层
,(361~832m),
垩世期间秦岭南缘大巴山大别山等分别大规模状泥岩粉砂质泥岩生屑灰岩泥灰岩马溪组井
,、、、、;(
向南的逆冲推覆作用对早期扬子板块北缘前陆盆深岩性为浅灰色泥岩粉砂质泥岩灰
832~1445m),、、
地系统进行了强烈改造[14-16]在推覆作用下形成黑色薄层状碳质泥岩井深以下出现断层重
。。1445m
一系列北倾倒转复背斜和倒转复向斜以及和复为龙马溪组井深岩性
NNE,(~),
向断层图为泥岩钙质泥岩内部见多个滑脱面图两段
NWW(1a,c)。、,(2);
保地井位于襄阳市保康县黄堡镇水库村构龙马溪组均未见底含量普遍小于保地
1,,TOC1%。
造上位于寺坪牛头山倒转复式向斜内部的次级井主要见两段气显其中井深钻遇志
—1,426~460m
褶皱尖山倒转向斜西翼保地井开孔层位为志留系罗惹坪组岩性为泥岩粉砂质泥岩夹生屑灰
。1,、
留系纱帽组完井层位为志留系龙马溪组自上而岩录井全烃异常最大长时间静置保持在
,。,28%,
下钻遇地层为纱帽组井深岩性为黄之间井深钻遇龙马溪
(0~361m),13%~25%;1280~1305m
石英脉
δ13C/‰δ13O/‰方解石脉石英脉
r(SO2-)×100/r(Cl-)
井样4-+
地灰岩灰岩[r(Cl)-r(Na)]/
深/岩性柱岩心照片品FeO/%
层编0100r(Mg2+)
m方解石脉方解石脉MnO/%
号r(Na+)/r(Cl-)
-102-20-100402-11
eBD74
e
eBD73
500eBD72
BD70
e

eBD67

600e
坪e
组e
700e435~
BD56
800
BD50
900
~
龙1100
BD37

BD36

1200

BD24
~
1400BD19
BD18
1443m,碳质页岩

1500BD10
马BD9
溪BD5

BD3
1490~1498mBD1
泥岩钙质泥岩粉砂质泥岩灰岩泥质灰岩e含生物灰岩破碎角砾岩
图中扬子北缘保地井方解石脉地化组分及流体包裹体组分综合柱状图
2 1
CompositionofcalciteveinsandfluidinclusionsinwellBaodi1,northernMiddleYangtze
第期刘安等中扬子北缘冲断构造带的古流体记录及其对页岩气保存意义以保地井为例
4 ,.———1·623·
组泥岩泥灰岩夹灰岩石英脉发育录井全烃异常组分的含量纵向变化较大图
、,,MnO(2)。
值最大为甲烷含量最高为保地井32 碳氧同位素
%,%。1.
气显含有硫化氢录井设备报警保地井方解石脉δ13值变化范围为
,。1C-‰~
δ18值变化范围为志留
‰,O-‰~-‰;
系灰岩夹层的δ13值变化范围为
2 C-‰~‰,
保地井岩心裂缝极为发育本次研究对保地δ18值变化范围为图
1,O-‰~-‰(2)。
井做了较为系统的采样选取宽度大于的33 包裹体岩相
1。1cm.
脉体选取单矿物进行包裹体群组分分析保地井裂缝脉体矿物有石英和方解石包裹
,5~10g;1,
牙钻钻取方解石脉粉末进行碳氧同位素测试脉体体以纯水溶液包裹体为主另见少量的气相包裹
;,
磨制薄片后进行电子探针分析以及包裹体测温体气液两相包裹体其中纯水溶液包裹体普遍占
。、,
其中流体包裹体群组分测试包裹体测温在核工业比高于
、90%。
北京地质研究院完成电子探针碳氧同位素测试气相包裹体石英和方解石中均发现该类
,、(1):
在自然资源部中南测试中心完成电子探针仪器包裹体定向自由分布大小见椭圆
。,、,3~20μm,
型号为测试精度大于-6薄片先状菱形石英矿物中部分见负晶形包裹体呈灰黑
EPMA1600,10×10,、,,
镀碳膜制样再在显微镜下选择合适的测点完成测***与气液两相包裹体共生图
,(3a),(3b)。
试碳氧同位素测试在上完成先将样品气液两相包裹体室温下呈气液两相定
。MAT253,(2):,
研磨至目加热去除吸附水后置于真空反应器向分布或小群分布包裹体大小为多数
200,,3~20μm,
中与磷酸恒温反应纯化收集生成的小于方解石中以较规则的长条状长方形
25℃24h,、10μm,、
气体再测定碳氧同位素组成结果以相对碳稳为主图石英中以米粒状为主部分形状不规
CO2,(3c),,
定同位素标准物质的值给出分析误差则气液比普遍小于沿显微裂缝尤为发育
(V-PDB),,5%,。
包裹体均一温度和盐度测试采用纯水溶液包裹体室温下为液相在方解
±‰。LINKAM(3):,
型冷热台依据矿物流体包裹体温度的石和石英矿物中自由分布或定向分布包裹体大小
THMS600,《,
测定方法测试包裹体群离子介于一般为无色长条状或米粒状图
:EJ/T1105—1999》。2~30μm,,(
组分分析设置爆裂温度在真空条件下将石沿裂缝定向分布的包裹体一般形状不规则
550℃3d),。
英矿物包裹体打开加入蒸馏水提取清液在34 包裹体均一温度、盐度
,,.
离子色谱仪测试阴阳离子组分流体包裹体均一温度分布的范围相对较广为
DIONEX-500。,
自上而下均一温度具有一定的变化规
测试结果59~121℃,
律图上部样品的均一温
3 (4)。BD50、BD72、BD74
31 电子探针度峰值较为一致方解石脉均一温度峰值为
.。80~
电子探针分析保地井方解石脉主要检测出中部样品方解石包裹体均一温度峰
1,110℃。BD37
值为石英包裹体均一温度峰值为
Na2O、K2O、CaO、TiO2、Al2O3、FeO、SiO2、CaO、MnO110~120℃,
组分主要组分含量为含样品方解石脉原生包裹体均一
,CaO52%~%,MgO100~120℃。BD36
量为含量为温度峰值为样品方解石和石英
%~%,%~90~110℃。BD19
含量为其中包裹体均一温度峰值分别为和
%,%~%,FeO、90~110℃110~130℃。
abcd
VV
L
VVL
VV+L
20μm20μm20μm20μm
图中扬子北缘保地井脉体包裹体特征
3 1
带状分布气相包裹体样品号井深气相包裹体与气液两相包裹体共生样品号井深气
a.,BD37,;b.,BD3,;c.
液两相包裹体样品号井深自由分布的纯水溶液包裹体样品号井深为气相为液相
,BD72,;d.,BD37,;V,L
Characteristicsoffluidinclusionsinfractureveins,wellBaodi1,northernMiddleYangtze
石油实验地质

第卷
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样号深度/频均一温度/℃下部样品方解石包裹体均一温度峰值为
m数60708090100110120BD1060~
40
方解石脉包裹体样品石英包裹体均一温度峰值与之相
3080℃,BD3

20。BD1
10较大均一温度峰值分别为和
0,60~70℃100~
40流体包裹体盐度值主要分布于
30120℃。2%~10%,

15。
1035 包裹体群组分分析
0.
20石英脉样品通过爆裂法获得了单矿物中的阴阳
15

10,
5钠***系数r+r-变质系数r-r+
0(Na/Cl)、[(Cl)-(Na)]/
10r2+脱硫系数r2-r-表
(Mg)、[(SO4)×100/(Cl)](1);
***系数为变质系数为
~,-~
脱硫系数为
,~。
20
15讨论

104
541 古流体性质及来源
0.
10电子探针


5电子探针获得了方解石脉的元素地球化学组
分可以指示其形成环境一般而言在氧化的成
0,。,
10
岩环境下2+趋向于被氧化为高价态不易置换的
,Mn
BD1015012+进入方解石晶格在还原环境中2+2+溶
5Ca;,Mn、Fe
0解度比较大埋藏过程中形成的碳酸盐矿物的
20,
2+2+含量也较高[8,17]因此脉体2+2+的
15Mn、Fe,Mn、Fe
BD3

5
0境和流体来源保地井上部样品等
10。1BD72、BD74
2+2+值都较高而样品的2+2+值
Mn、Fe;BD10Mn、Fe
BD1

,
也是该井最低的因此样品代表了在浅埋
0,,BD10
60708090100110120藏阶段相对氧化的形成环境原生包裹体均一温
均一温度/℃。
度可能代表了方解石形成的温度后期挤压隆升剥
图中扬子北缘保地井包裹体均一温度直方图,
4 1蚀温度降低方解石次生包裹体代表了晚期流体活
Homogeneoustemperaturesoffluidinclusions,
动样品包裹体均一温度峰值较低但是代
inwellBaodi1,northernMiddleYangtze。BD1,
表1 中扬子北缘保地1井石英脉包裹体群离子组分统计
Table1 StatisticsofioncompositionofquartzveininclusionsinwellBaodi1,northernMiddleYangtze
离子含量-1
r+r-r+r2-
样号井深/(μg·g)(Na)/[(Cl)-(Na)](SO4)×100/
-+
/m---2-++2+2+rr2r-
FClNO3SO4NaKMgCaCl)/(Mg)(Cl)
-





-
-



第期刘安等中扬子北缘冲断构造带的古流体记录及其对页岩气保存意义以保地井为例
4 ,.———1·625·
表方解石形成阶段的最大均一温度近分馏的主要原因
(110℃),。
因此2+2+值较高代表了方解石形成处于埋藏包裹体离子组分
Mn、
较深相对还原的环境钠***系数变质系数脱硫系数属于油田水化
、。、、
碳氧同位素学分析的常用特征参数[20]也可用于古流体来源
,
一般条件下碳酸盐岩的碳同位素非常稳定对分析[7]
,。
温度不敏感只有各种有机来源的混入才会导受大气水淋滤影响的地下水钠***系数一般大
,CO2
致碳同位素有较大的变化断裂带甲烷氧化形成的于变质系数反映地层水的浓缩变质程度如果
,1,,
混入流体形成的方解石脉的δ13可低至数值小于反映地层水封闭性破坏[20]保地井
CO2,C0,。1
混入甲烷成因的碳越多则数值越少部分样品钠***系数大于同时变质系数小于
-35‰~-41‰,1,0,
低[9,18]保地井方解石脉δ13值与围岩相比较表明部分古流体中有大气水的混入
。1C,。
差值变化范围自下而上有增加的趋势特别是部分地层水的脱硫系数越小地层的封闭性越好
;,,
的δ13值明显低于灰岩表明其来源与有机质氧通常把脱硫系数作为脱硫作用是否彻底的界限
C,1
化成因的碳更为密切方解石脉及围岩13
δ值[10,20]本次研究的样品脱硫系数均大于远
。C—。1,
δ18协变图图也表明部分方解石样品的δ13
O(5),C超正常的沉积成岩环境的流体一般在富含硫酸盐
值超出了海相碳酸盐岩的范围在调查区裂缝活动,
的环境下会出现这类情况例如膏盐[21]在四川
,,。
阶段没有岩浆活动介入的情况下有机质的氧化是盆地嘉陵江组地层水脱硫系数大于具有普遍性
,1,
造成方解石碳同位素偏负的主要原因灰岩δ13由于储层发育了大量的膏盐不断被地层水溶滤
。C,,
值属于海相碳酸盐岩的范围δ18值超出海相变化
,O导致地层水中2-含量增高虽然一部分经过脱
的范围表明其成岩过程中受到一定程度的蚀变SO4,
。硫酸作用转化为仍然会残留大量的2-导
H2S,SO4
方解石的氧同位素除了受到来源物质初始同致地层水脱硫系数大于同时可能会导致钠***系
位素值影响还受到水岩比例形成温度的影响1,
,/、。数变质系数的失真[22]保地井志留系气显中
温度越高分馏程度越高在相同水岩比例条件、。1
,含硫化氢且包裹体离子组分指示其形成阶段富含
下封闭体系比开放体系中岩石的氧同位素降低,
2-硫的来源可能是下伏地层
,4
幅度要低[19]因此氧同位素可以作为流体环境SO,。
,,保地井流体包裹体样品揭示了多数裂缝形
封闭性判别指标[9]保地井方解石脉δ18值1
。1O成的最大古地温一般低于温度是反
与围岩相比较差值变化范围自下而上有降低的120℃,TSR
,应的驱动力也是控制进行与硫化氢生成的
趋势二者在下部的差值明显较大特别是在,TSR
,,关键因素之一而反应的温度下限是
以深层段流体包裹体指示方解石形成阶,TSR120℃,
且温度越高越有利于快速进行[23]另外志
1400m;,TSR。
段温度并没有高于上部岩层因此温度不是引起方留系本身缺乏反应所需的硫酸盐夹层所以
,TSR,
解石脉δ18值远低于围岩的主要原因该阶段水
O,保地井裂缝气中可能不是在志留系中形成
1H2S。
岩比例较高的相对开放环境可能是造成氧同位素包裹体离子组分较高的脱硫系数表明裂缝形成阶段
10
火地有富硫酸根离子流体混入且古流体脱硫系数总体
去,
成幔碳
5碳包酸上自上而下具有增高的趋势揭示了硫酸根可能是
结晶分异作用作
酸体用,
岩古流体沿裂缝向上运移所致鄂西地区寒武系覃家
0和。
海相碳酸盐岩庙组膏盐广泛分布在宜昌多口井均钻获膏盐层
‰-5,,
/花
B
D是海相地层中主要的膏盐来源因此保地井硫
P岗
-碳酸盐岩溶解作用
V岩。1
C
3
1-10
δ酸根的来源可能主要为下伏寒武系推覆构造形成
,

-15羟沉的裂缝系统将深部的富硫酸根流体带到了志留系
基积,
超基性—基性岩浆岩作
用有同时也将反应生成的δ13值极低的
-20灰岩机TSRH2S、CCO2
方解石脉有机质氧化作用质带入志留系导致志留系部分方解石脉δ13值负
-25,C
-5-10-15-20-25-30偏程度高以及天然气中发现
δ18O/‰H2S。
V-SMOW42 冲断构造带古流体演化及页岩气的保存
.
图中扬子北缘保地井方解石脉古流体对页岩气保存条件的指示
5 1

C—O冲断带古流体地化特征揭示了其性质及来源
δ13δ18,

andwallrocksinwellBaodi1,northernMiddleYangtze1
石油实验地质

第卷
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表2 中扬子北缘保地1井与其他地区志留系包裹体类型及均一温度对比
Table2 ComparisonoftypesandhomogeneoustemperatureofSilurianinclusions
inwellBaodi1,northernMiddleYangtzeandotherareas
项目保地井鄂西地区焦石坝南川丁山
1
纯水包裹体液相和气液纯甲烷和气液纯甲烷和气液纯甲烷和气液
包裹体类型
为主两相包裹体两相包裹体两相包裹体两相包裹体
均一温度最低值
/℃
均一温度最高值
/℃

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