渝東北田壩地區五峰—龍馬溪組頁巖礦物學特征及其油氣地質意義

楊宇寧，王劍，郭秀梅，熊小輝

1.成都理工大學研究生院, 成都 610082 2.四川中成煤田物探工程院有限公司, 成都 610072 3.國土資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室，成都地質礦產研究所,成都 610082

渝東北田壩地區五峰—龍馬溪組頁巖礦物學特征及其油氣地質意義

楊宇寧1,2，王劍3，郭秀梅3，熊小輝3

1.成都理工大學研究生院, 成都 610082 2.四川中成煤田物探工程院有限公司, 成都 610072 3.國土資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室，成都地質礦產研究所,成都 610082

渝東北田壩地區五峰—龍馬溪組泥頁巖的礦物成分主要為石英和黏土礦物，其次為長石，此外還含有少量黃鐵礦、硬石膏等含硫礦物，以及極少量的碳酸鹽礦物。沉積學及礦物學研究表明，五峰—龍馬溪組的沉積環境以淺海陸棚為主，而淺海陸棚屬還原環境，有利于有機質富集和保存，可以更好地形成頁巖氣；頁巖含石英量較多并且脆性指數較高，因此有利于形成裂縫以利于滲流。與相鄰的涪陵地區相對比，兩者可比性較高，并且渝東北田壩地區五峰—龍馬溪組頁巖的石英等脆性礦物含量大于涪陵地區，而黏土礦物含量、碳酸鹽礦物含量遠小于涪陵地區；渝東北田壩地區黏土礦物組合反映，五峰—龍馬溪組已進入了晚期成巖作用階段，該階段所對應的有機質成熟度為高成熟—過成熟，表明其成熟度條件有利于形成頁巖氣藏；進一步研究還發現，五峰組及龍馬溪組頁巖具有較高的孔隙度和滲透性，能為頁巖氣儲存提供較好的儲集空間。

頁巖氣；五峰—龍馬溪組；礦物學；沉積學；渝東北；田壩地區

0 引言

頁巖氣作為一種非常規天然氣資源，是常規的油氣能源重要的戰略接替[1]。近年來，由于美國頁巖氣勘探開發取得了重要突破，我國也加入頁巖氣勘探開發的行列[2]。上揚子五峰—龍馬溪組黑色頁巖厚度大、分布穩定、有機質含量高，因此被視為優質的海相富有機質頁巖，盡管其熱演化程度較高，后期構造作用較強，但近年來在上揚子地區海相頁巖氣勘探方面，仍然取得了一系列重大突破[3-7]。

然而，有關五峰—龍馬溪組黑色頁巖的礦物學組成特征及其沉積學方面的研究還有待深入。事實上，中國南方五峰—龍馬溪組黑色頁巖的礦物學組成特征是不一樣的，它們的礦物組成成份變化極大，而且它們與頁巖氣富集區關系十分密切。例如，川東南地區黏土礦物含量為41.6%，石英含量為36.1%，方解石和白云石含量為9.9%[8]；川南地區黏土礦物含量為29.9%，長石和石英含量為53.7%，碳酸鹽礦物含量為16.4%[9-10]；鄂西渝東地區黏土礦物含量為30.6%，長石和石英含量為67.8%，碳酸鹽礦物含量為1.6%[11]；而在長寧地區黏土礦物含量為48.5%，石英含量為31.3%，方解石含量為20.2%[12]。此外，五峰—龍馬溪組頁巖礦物成分在縱向方面也存在差異，五峰—龍馬溪組從底到頂石英的質量分數逐漸降低，由五峰組下段的44.3%降至龍馬溪組上段的27%；黏土礦物逐漸增加，五峰組下段為35%，龍馬溪組下段黑色頁巖段為40.1%，龍馬溪組上段非黑色頁巖段為53%[13]。通過這些特征對比研究及其與頁巖含氣性相關關系研究，可為頁巖氣“甜點”的確定、有利區塊和有利層段預測等提供有效依據。

以渝東北田壩地區五峰—龍馬溪組富有機質頁巖的礦物組成特征及其沉積學特征為主線，探討頁巖氣儲層礦物成分特征所揭示的沉積埋藏演化信息，如成巖階段、熱成熟度、沉積環境等[14]，并且在對頁巖氣成藏機理分析、資源評價及開發工藝設計等均要用到礦物成分的研究成果[15]。以渝東北地區出露最完整的田壩剖面為解剖重點，開展詳細觀察測量和系統采樣，結合區域上其他觀測剖面，開展沉積學分析研究，通過實驗室X射線衍射資料形成了田壩地區五峰—龍馬溪組野外露頭礦物成分剖面，從而對沉積成巖、環境、成熟度及儲層物性影響因素開展深入的研究與分析。

1 地質背景

渝東北田壩剖面位于巫溪縣田壩鄉。區域構造上，研究區位于揚子準臺地與秦嶺造山系過渡地區，揚子板塊的北緣沙市隱伏斷裂以北的區域，包括了大巴山臺地邊緣坳陷與大巴山褶皺區部分地區(圖1)。地質構造極為復雜，在平面上城口—房縣斷裂將其分為北、南大巴山沖斷褶皺帶，北大巴山被認為是南秦嶺造山帶和揚子地塊之間的拼合帶，南大巴山代表了典型的前陸沖斷褶皺帶的特點[16-19]。根據渝東北地區所處的大地構造位置及不同時期構造變形性質與特征等，將工區構造地質單元劃分為2個一級構造單元、2個二級構造單元、1個三級構造單元和1個四級構造單元。

圖1 研究剖面位置及大地構造圖Fig.1 Location of Tianba profile and structural characteristics

五峰—龍馬溪組是該區一套主要富有機質泥頁巖層段[20]，主要為深水還原沉積環境下的產物，總體厚度為39～140 m，巖性組合特征：下部為黑色薄層狀硅質巖與碳質、粉砂質頁巖互層，中部灰黑色碳質粉砂質頁巖，黑色碳質筆石頁巖；上部黑色頁巖夾泥質白云巖透鏡體及鈣質粉砂巖。

2 實驗研究

2.1 實驗設備與條件

礦物成份X射線衍射技術的應用范圍非常廣泛，現已滲透到地質學和含油氣盆地分析中，成為一種重要的分析方法[21]。實驗室測試工作在國土資源部重慶礦產資源監督檢測中心完成。黏土礦物和全巖分析使用儀器ZJ207型X射線衍射儀，測試溫度為24℃，檢測依據SY/T5163—2010，檢測條件如下：靶型：Cu，輻射：Kα，濾光片：Ni，起始角：3°(2θ)，終止角：45°(2θ)，步速：2 deg/min，步長：0.02°，工作電流：40 Ma，工作電壓：40 kv，狹縫：發散，散射狹縫均為1°；巖石物性測試溫度為27℃，濕度50%，依據SY/Y 5336—2006標準，使用ZJ206覆壓孔滲測定儀采用非穩態壓力脈沖衰減法完成。

2.2 實驗取樣

渝東北巫溪縣田壩鄉的田壩剖面地層沿省道102出露，出露率達90%以上，層間接觸關系清楚，并在走向上有一定延伸。地層傾角從底部30°向上變化到50°。五峰組的巖性主要為黑色薄—中層狀硅質巖與碳質、粉砂質頁巖互層，分為3個小層，龍馬溪組共分為10個小層，主要巖性為黑色碳質粉砂質頁巖、黑色碳質頁巖和黑色頁巖夾泥質白云巖透鏡體及鈣質粉砂巖。五峰—龍馬溪組視厚度為112.4 m，真厚度為81.42 m。在五峰組底部以及龍馬溪組底部到中上部均順層分布一些個體大小不一的筆石。龍馬溪組水平層理發育，中下部可見黃鐵礦晶粒順層面均勻分布。田壩剖面可以清晰地觀察到臨湘組—新灘組各組的分界面(圖2)。

在詳測剖面時進行了系統采樣，共采集了4個五峰組的頁巖樣品，19個龍馬溪組泥巖樣品。結合巖性特征和各樣品在剖面上的位置，最終選定了17個樣品進行全巖分析，10個樣品進行黏土礦物分析，8個樣品進行巖石物性的實驗。

2.3 X射線衍射測試結果

田壩剖面樣品黏土礦物及全巖X衍射分析測試結果表明(表1)，17個樣品礦物成分含量有差異。樣品總體來看石英含量最高，為42.6%～88.2%，平均為61.6%；其次為黏土礦物，為12.9%～47.3%，平均為27.8%；再次為長石，平均含量8.29%；還含有少量的礦物如黃鐵礦、石膏等，平均含量不足5%。

田壩剖面五峰—龍馬溪組泥巖/頁巖的礦物成分較多，樣品中均含有黏土礦物、石英和長石，黏土礦物中均含有伊利石、伊蒙混層，其中五峰—龍馬溪組泥巖/頁巖的主要組成礦物是石英和黏土礦物。大部分樣品中含有長石等碎屑礦物，部分樣品還含有綠泥石、黃鐵礦等黏土礦物和自生礦物。

2.4 巖石物性測試結果

圖2 田壩剖面五峰—龍馬溪組詳測剖面及樣品分布圖Fig.2 Detailed surveying profile and sample distribution of Tianba Wufeng-Longmaxi Formation

表1 田壩剖面五峰—龍馬溪組礦物成分X射線衍射分析結果

田壩剖面泥巖/頁巖樣品的物性分析結果顯示(表2)，樣品孔隙度在0.33%～14.42%之間，平均為5.96%；滲透率在(0.001 1～0.010 8)×10-3m2之間，平均為0.004 1×10-3m2。

3 頁巖氣儲層條件分析研究

3.1 沉積環境與脆性礦物特征

3.1.1 沉積環境

礦物成分、含量及其結構特征(成分成熟度與結構成熟度)對于缺少沉積構造的深水沉積環境分析是非常關鍵的依據之一，此外，沉積地球化學也是重要的判別依據。

上揚子地區五峰—龍馬溪組為一套深水還原環境沉積的地層，分布廣泛[22]。X射線衍射結果表明，泥巖/頁巖中的碎屑礦物石英含量平均為61.6%，長石含量平均為8.29%，黏土礦物含量平均為27.8%，還含有黃鐵礦、硬石膏等含硫礦物；并在顯微鏡下觀察到草莓狀黃鐵礦的存在，且該地區發現的黑色泥頁巖也間接證明了沉積環境為還原缺氧環境。這些均能間接表明五峰—龍馬溪為深水還原環境[23-25]。這種還原環境有利于有機質富集和保存，可以更好地形成頁巖氣[15]。結果中還顯示田壩剖面五峰—龍馬溪組中含極少碳酸鹽礦物，究其原因有幾點：其一田壩地區離物源區較近，陸源碎屑充足；其二從水體來說渝東北地區水體較深，形成水體超過CCD界面，形成的碳酸鹽溶解。這兩方面原因都能造成沉積水體不利于碳酸鹽的形成。

表2 田壩剖面龍馬溪組頁巖巖石物性分析結果

熊小輝等在田壩剖面所做的地球化學測試得到樣品的δU值在1.03～1.78之間，平均為1.32，Ni/Co比值在5.6～117.5間，平均35.4，并且微量元素w(V)/w(V+Ni)比值在0.6～0.9之間，平均為0.81，也指示一種厭氧、偶有強烈水體分層的沉積環境，以上測試數據均證實了田壩地區沉積環境為缺氧還原環境[26]。

3.1.2 脆性礦物特征

由于泥頁巖原始孔滲率很低，如果要對頁巖氣藏進行開發僅依靠原始孔滲是不現實的，因此在開發過程中就需要壓裂技術形成裂縫以利于滲流。在此就有必要研究頁巖的脆性程度，脆性越高則更有利于形成裂縫。巖石脆性與其礦物的成分有關，目前認為對此起重要作用的是石英和方解石[27]。這些礦物脆性較高，有利于形成裂縫，從而提高頁巖氣解析和滲流的能力，進一步為游離態頁巖氣增加儲存空間[28]。田壩剖面中石英含量最高，為42.6%～88.2%，平均為61.6%；還含有較多的長石，平均含量為8.29%，說明儲層的脆性礦物含量較高。脆性指數是評價頁巖儲層的一個重要參數，巖石脆性指數的計算方法需運用到巖石礦物學，即脆性礦物與黏土礦物相對含量，本文利用以下公式來計算田壩剖面的頁巖脆性指數：

脆性指數=(石英+長石+方解石)/(石英+長石+方解石+黏土礦物)×100%

(1)

通過以上公式計算得出田壩剖面五峰—龍馬溪組的頁巖脆性指數范圍51%～89%，主值位于60%～90%(圖3)，平均值為71%。

圖4和表3顯示出北美頁巖層的石英含量多在50%及以上，脆性指數較高，并且產氣量較高；表3中看出涪陵區塊龍馬溪組的石英含量大于40%，脆性指數也高，產氣量為高產。此外，對比發現田壩剖面的石英、碳酸鹽礦物及黏土礦物三元分布圖與北美地區密西西比系的 Barnett 和 Woodford 含氣頁巖[29]落在同一個區域，表明它們具有較好的可比性(圖4)。田壩剖面的平均石英含量也較大，在60%左右，因此，根據工程類比和田壩剖面地質調查可以得到，五峰組全段和龍馬溪組的中下段至少有厚72 m的泥頁巖具有利用壓裂技術改造儲層的初始條件。

圖3 田壩剖面五峰—龍馬溪組頁巖脆性指數頻率分布圖Fig.3 Brittleness index distribution of Tianba Wufeng-Longmaxi Formation shale

圖4 中美頁巖石英—碳酸鹽—黏土礦物含量三角圖北美頁巖數據源自文獻[29]Fig.4 The quartz-carbonate-clay mineral content triangle plot of Sino-American Shales

表3 北美頁巖與田壩剖面頁巖TOC、Ro及石英礦物含量參數對比表

3.2 黏土礦物組合與有機質成熟度分析

泥巖/頁巖黏土礦物的組合特征、含量等與沉積環境、古氣候、成巖作用等有密切關系，且成巖作用階段及成熟度可以通過一些標志性黏土礦物的組合及其含量反映出來，而成熟度是評價頁巖氣藏的一個重要指標。X射線衍射結果表明，田壩剖面黏土礦物組合主要是伊利石+伊蒙間層+綠泥石礦物，這種組合是晚期成巖階段B亞期(或有機質高成熟階段) 組合特征[34]。據趙杏媛對黏土礦物分布所總結出的6種分類模式來看[35]，屬于Ⅰ類，即正常轉化型。從淺到深存在蒙脫石向伊利石以及高嶺石向綠泥石兩個轉化序列，蒙脫石向伊利石轉化序列為：蒙脫石→伊/蒙無序間層→伊/蒙有序間層→伊利石。從表1可以看出，田壩剖面的黏土礦物主要為伊蒙混層，次為伊利石黏土礦物，而含少量綠泥石。初步分析可能是沉積時形成的高嶺石不多，并且在成巖場向弱堿性轉變過程中多向伊利石轉化[36]；而蒙脫石有一部分已經完全轉化為伊利石，還有剩下的一部分屬于過渡階段，轉化成為伊蒙間層礦物。綠泥石分布不規律且偶爾出現，可能不是成巖階段形成的，而是從物源帶來的。這種黏土礦物的組合形式反應了有機質高—過成熟階段[37]，并且對田壩剖面所做的測試也得到(Ro為2.03%～2.33%，見表2、表3)其有機質成熟度為高—過成熟階段，接近于美國Marcellus頁巖(Ro為1.5%～3.0%)和Woodford頁巖(Ro為1.1%～3.0%)，而略低于鄰區涪陵區塊(Ro為2.2%～3.06%)[38]。田壩剖面的礦物成分所反映的有機質成熟度說明其具有形成頁巖氣藏的成熟度條件。

3.3 礦物組成與儲層物性的關系

大量研究表明[35,39]，礦物成分、含量、分布等特征直接影響儲層孔隙的演化和保存。一般情況下，孔隙度和滲透率隨著頁巖中黏土總量的增加而降低，綠泥石相對含量的變化與孔隙演化趨勢相反[40]，而該區綠泥石含量顯著較少，據此規律推論，龍馬溪組必然具有較高的孔滲率，根據實驗得到該區域平均孔隙度較高(平均為5.96%)，滲透率也較高(平均為0.004×10-3m2)。田壩剖面中因為伊/蒙有序間層比為6%左右，所以將伊/蒙有序間層納入伊利石一起考慮。頁巖剖面中伊利石含量與孔隙度呈正相關關系，而與滲透率也呈弱的正相關關系(圖5)。造成這一現象的原因是隨伊利石不斷生成其體積變小而使得孔隙體積有所增加，進而滲透率也相應地有所改善，但是由于伊利石晶體細小，會影響孔隙，使得滲透率受到一定影響。

圖5 田壩剖面頁巖黏土礦物相對含量與物性關系圖Fig.5 Correlation of relative content of clay minerals with physical properties of Tianba profile

鉀長石與有效孔隙度和滲透率均呈負相關關系(圖6)。通常情況下，長石的溶蝕作用有利于儲層次生孔隙的形成[41]。但研究區的鉀長石溶解作用發生在埋藏成巖階段，該階段頁巖的流體活動為半封閉狀態，鉀長石的溶解作用與高嶺石轉化為伊利石相伴生，高嶺石向伊利石轉化消耗了流體體系中的K+，從而促進了鉀長石的溶解，鉀長石足夠多以使高嶺石全部轉化為伊利石[42-43]。

因此，鉀長石的溶解對儲層物性的影響就可以近似的看為伊利石含量與孔滲的關系，通過對比伊利石相對含量與孔滲的關系可以得出伊利石的相對含量越高，即鉀長石溶蝕使高嶺石轉化為伊利石的比重越高，孔滲相對就越高。所以鉀長石與孔滲有一定的負相關關系。根據分析可以得到該區域具有較高的孔隙度及滲透性，能為頁巖氣儲存提供較好的場所。

圖6 田壩剖面頁巖礦物相對含量與物性關系圖Fig.6 Correlation of relative content of minerals with physical properties of Tianba profile

3.4 區域對比研究

涪陵地區是目前我國頁巖氣勘探開發成果頗豐的地區，且與本研究區相鄰。因此，對相關重要參數進行對比研究，有利于渝東北地區頁巖氣潛力評價與靶區預測。

涪陵地區五峰—龍馬溪組頁巖的黏土礦物含量為16.6%～62.8%，平均為40.0%。黏土礦物以伊蒙混層為主，其次為伊利石，分別占黏土總量的54.0%和40.0%；脆性礦物含量為34.0%～80.0%，平均56.0%，其中以石英為主，其次是長石和方解石，含量分別為38.0%、9.0%、3.8%[36]。渝東北地區與涪陵地區的五峰—龍馬溪組頁巖的頁巖成熟度、總有機碳含量基本一致(表3)。但渝東北地區的脆性礦物含量遠大于涪陵地區，以石英為主，幾乎不發育碳酸鹽礦物。兩地區黏土礦物組成基本一致，但渝東北黏土礦物含量小于涪陵地區。因此，在巖石孔滲物性方面，渝東北地區田壩剖面五峰—龍馬溪組頁巖的孔隙度大于涪陵地區(4.51%)，而滲透率遠小于涪陵地區(0.12×10-3m2)[31]。

造成這些差異的原因主要是沉積背景與構造兩個方面的因素：沉積環境兩者都屬于深水沉積，但是涪陵地區外陸棚沉積環境較渝東北地區內陸棚沉積環境其水體更深，渝東北地區相對涪陵地區更靠近古陸隆起；而田壩剖面所在的渝東北地區緊鄰褶皺帶，構造更強烈，涪陵頁巖氣田主要在焦石壩背斜上，相對渝東北地區構造相對簡單。其次是，涪陵地區埋深更深(2 330～2 415 m[31])，而田壩剖面所在的渝東北地區地層受構造影響大部分抬升強烈。雖然渝東北與涪陵地區存在一定差異，但是各項參數都是有可比性的，特別是脆性指數更高，對于后期壓裂開采更有利。

4 結論

通過對渝東北地區五峰—龍馬溪組頁巖礦物學特征研究我們可以得到以下幾點認識：

(1) 研究區礦物組分在區域上及剖面上均變化較大，其中，石英含量為42.6%～88.2%，平均為61.6%；其次為黏土礦物，為12.9%～47.3%，平均為28.0%；再次為長石，平均含量8.29%；還含有少量的礦物如黃鐵礦、石膏等，平均含量不足5%。這些研究成果為后續沉積環境分析、成巖作用分析及頁巖氣儲集特征等研究提供了基礎數據條件。

(2) 礦物成分含量、組合特征以及形態均能反映五峰—龍馬溪為深水還原沉積環境。這種還原環境有利于有機質富集和保存，可以更好地形成頁巖氣。黏土礦物組合反映，五峰—龍馬溪組已進入了晚期成巖作用階段，該階段所對應的有機質成熟度為高成熟—過成熟，表明其成熟度條件有利于形成頁巖氣藏。

(3) 研究區頁巖脆性指數較高，因此具有運用壓裂技術的先決條件。并且利用三元圖對比北美高產氣量頁巖發現，研究區頁巖和北美頁巖礦物組成可比性高，并且與相鄰涪陵地區對比發現兩者有一定差異，但是也有一定的相似之處，且研究區的脆性指數比涪陵地區還要高一些，因此可以得到，研究區頁巖具備形成頁巖氣的初期條件。

(4) 根據礦物組成與儲層物性分析發現，伊利石含量與孔隙度呈正相關關系，而與滲透率呈弱的正相關關系；樣品鉀長石含量較低而頁巖有效孔隙度則較大，樣品鉀長石含量較高而頁巖有效孔隙度較低。該現象印證了鉀長石與有效孔隙度存在負相關關系。并且該區域礦物有效孔隙度和滲透率均較高，能為頁巖氣儲存提供較好的場所。

References)

[1] 張大偉，李玉喜，張金川，等. 全國頁巖氣資源潛力調查評價[M]. 北京：地質出版社，2012：6-42. [Zhang Dawei, Li Yuxi, Zhang Jinchuan, et al.The shale gas resource potential evaluation survey[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2012: 6-42.]

[2] 李洋冰，任志勇，謝英剛，等. 世界頁巖氣勘探開發技術對中海油的借鑒作用分析[J]. 科技視界，2013(31)：330-331. [Li Yangbing, Ren Zhiyong, Xie Yinggang, et al.The shale gas exploration and development technology used for reference by CNOOC’s analysis[J]. Science & Technology Vision, 2013(31): 330-331.]

[3] 張金川，姜生玲，唐玄，等. 我國頁巖氣富集類型及資源特點[J]. 天然氣工業，2009，29(12)：109-114. [Zhang Jinchuan, Jiang Shengling, Tang Xuan, et al.Accumulation types and resources characteristics of shale gas in China[J]. Natural Gas Industry, 2009, 29(12): 109-114.]

[4] 張金川，邊瑞康，荊鐵亞，等. 頁巖氣理論研究的基礎意義[J]. 地質通報，2011，30(2/3)：318-323. [Zhang Jinchuan, Bian Ruikang, Jing Tieya, et al.Fundamental significance of gas shale theoretical research[J]. Geological Bulletin of China, 2011, 30(2/3): 318-323.]

[5] 董大忠，程克明，王玉滿，等. 中國上揚子區下古生界頁巖氣形成條件及特征[J]. 石油與天然氣地質，2010，31(3)：288-299，308. [Dong Dazhong, Cheng Keming, Wang Yuman, et al.Forming conditions and characteristics of shale gas in the Lower Paleozoic of the Upper Yangtze region, China[J]. Oil & Gas Geology, 2010, 31(3): 288-299, 308.]

[6] 董大忠，鄒才能，李建忠，等. 頁巖氣資源潛力與勘探開發前景[J]. 地質通報，2011，30(2)：324-336. [Dong Dazhong, Zou Caineng, Li Jianzhong, et al.Resource potential, exploration and development prospect of shale gas in the whole world[J]. Geological Bulletin of China, 2011, 30(2): 324-336.]

[7] 周小琳，王劍，余謙，等. 頁巖氣藏地質學特征研究新進展——來自2011年AAPG年會的信息[J]. 地質通報，2012，31(7)：1155-1163. [Zhou Xiaolin, Wang Jian, Yu Qian, et al.A review of geological characteristics of shale gas accumulation information from AAPG annual convention, 2011[J]. Geological Bulletin of China, 2012, 31(7): 1155-1163.]

[8] 劉友祥，俞凌杰，張慶珍，等. 川東南龍馬溪組頁巖的礦物組成與微觀儲集特征研究[J]. 石油實驗地質，2015，37(3)：328-333. [Liu Youxiang, Yu Lingjie, Zhang Qingzhen, et al.Mineral composition and microscopic reservoir features of Longmaxi shales in southeastern Sichuan Basin[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2015, 37(3): 328-333.]

[9] Wu Yue, Fan Tailiang, Jiang Shu, et al.Characterization of the upper Ordovician Wufeng-lower Silurian Longmaxi marine shale of Well Xiye-1 in northwestern Guizhou Province, Southwest China: implication for shale gas potential[J]. AAPG Bulletin, 2014, 98(1): 14-17.

[10] Ran Bo, Liu Shugen, Jansa L, et al.Origin of the Upper Ordovician-lower Silurian cherts of the Yangtze block, South China, and their palaeogeographic significance[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2015, 108: 1-17.

[11] 劉洪林，王紅巖，劉人和，等. 中國頁巖氣資源及其勘探潛力分析[J]. 地質學報，2010，84(9)：1374-1378. [Liu Honglin, Wang Hongyan, Liu Renhe, et al.China shale gas resources and prospect potential[J]. Acta Geologica Sinica, 2010, 84(9): 1374-1378.]

[12] Wang Yue, Du Wei, Komiya T, et al.Macro-organismal palaeoecosystems in the late Doushantuoan of the ediacaran in Yangtze block, South China[J]. Paleontological Research, 2015, 19(3): 237-250.

[13] 劉樹根，王世玉，孫瑋，等. 四川盆地及其周緣五峰組—龍馬溪組黑色頁巖特征[J]. 成都理工大學學報：自然科學版，2013，40(6)：621-639. [Liu Shugen, Wang Shiyu, Sun Wei, et al.Characteristics of black shale in Wufeng Formation and Longmaxi Formation in Sichuan Basin and its peripheral areas[J]. Journal of Chengdu University of Technology: Science & Technology Edition, 2013, 40(6): 621-639.]

[14] 王丹萍，周祖翼，韓廣民，等. 巢湖北部地區海相地層黏土礦物特征及其地質意義[J]. 吉林大學學報：地球科學版，2011，41(增刊1)：169-180. [Wang Danping, Zhou Zuyi, Han Guangmin, et al.Characteristics and geological significance of clay minerals of marine sedimentary rocks in North Chaohu region[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2011, 41(Suppl.1): 169-180.]

[15] 陳尚斌，朱炎銘，王紅巖，等. 四川盆地南緣下志留統龍馬溪組頁巖氣儲層礦物成分特征及意義[J]. 石油學報，2011，32(5)：775-782. [Chen Shangbin, Zhu Yanming, Wang Hongyan, et al.Characteristics and significance of mineral compositions of Lower Silurian Longmaxi Formation shale gas reservoir in the southern margin of Sichuan Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2011, 32(5): 775-782.]

[16] 劉樹根，徐國盛，徐國強，等. 四川盆地天然氣成藏動力學初探[J]. 天然氣地球科學，2004，15(4)：323-330. [Liu Shugen, Xu Guosheng, Xu Guoqiang, et al.Primary study on the dynamics of natural gas pools in Sichuan Basin, China[J]. Natural Gas Geoscience, 2004, 15(4): 323-330.]

[17] 魏國齊，劉德來，張林，等. 四川盆地天然氣分布規律與有利勘探領域[J]. 天然氣地球科學，2005，16(4)：437-442. [Wei Guoqi, Liu Delai, Zhang Lin, et al.The exploration region and natural gas accmulation in Sichuan Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2005, 16(4): 437-442.]

[18] 沃玉進，肖開華，周雁，等. 中國南方海相層系油氣成藏組合類型與勘探前景[J]. 石油與天然氣地質，2006，27(1)：11-16. [Wo Yujin, Xiao Kaihua, Zhou Yan, et al.Types of marine plays in southern China and exploration prospects[J]. Oil & Gas Geology, 2006, 27(1): 11-16.]

[19] 張金川，聶海寬，徐波，等. 四川盆地頁巖氣成藏地質條件[J]. 天然氣工業，2008，28(2)：151-156. [Zhang Jinchuan, Nie Haikuan, Xu Bo, et al.Geological condition of shale gas accumulation in Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2008, 28(2): 151-156.]

[20] 牟傳龍，周懇懇，梁薇，等. 中上揚子地區早古生代烴源巖沉積環境與油氣勘探[J]. 地質學報，2011，85(4)：526-532. [Mu Chuanlong, Zhou Kenken, Liang Wei, et al.Early Paleozoic sedimentary environment of hydrocarbon source rocks in the middle-upper Yangtze region and petroleum and gas exploration[J]. Acta Geologica Sinica, 2011, 85(4): 526-532.]

[21] 龐小麗，劉曉晨，薛雍，等. 粉晶X射線衍射法在巖石學和礦物學研究中的應用[J]. 巖礦測試，2009，28(5)：452-456. [Pang Xiaoli, Liu Xiaochen, Xue Yong, et al.Application of powder X-ray diffraction in petrology and mineralogy[J]. Rock and Mineral Analysis, 2009, 28(5): 452-456.]

[22] 付小東，秦建中，騰格爾，等. 烴源巖礦物組成特征及油氣地質意義——以中上揚子古生界海相優質烴源巖為例[J]. 石油勘探與開發，2011，38(6)：671-684. [Fu Xiaodong, Qin Jianzhong, Tenger, et al.Mineral components of source rocks and their petroleum significance: A case from Paleozoic marine source rocks in the Middle-Upper Yangtze region[J]. Petroleum Exploration and Development, 2011, 38(6): 671-684.]

[23] 張正順，胡沛青，沈娟，等. 四川盆地志留系龍馬溪組頁巖礦物組成與有機質賦存狀態[J]. 煤炭學報，2013，38(5)：766-771. [Zhang Zhengshun, Hu Peiqing, Shen Juan, et al.Mineral compositions and organic matter occurrence modes of Lower Silurian Longmaxi Formation of Sichuan Basin[J]. Journal of China Coal Society, 2013, 38(5): 766-771.]

[24] 陳吉，肖賢明. 南方古生界3套富有機質頁巖礦物組成與脆性分析[J]. 煤炭學報，2013，38(5)：822-826. [Chen Ji, Xiao Xianming. Mineral composition and brittleness of three sets of Paleozoic organic-rich shales in South China area[J]. Journal of China Coal Society, 2013, 38(5): 822-826.]

[25] 梁超，姜在興，郭嶺，等. 陸棚相黑色泥巖發育特征、沉積演化及頁巖氣勘探前景——以甕安永和剖面牛蹄塘組為例[J]. 大慶石油學院學報，2011，35(6)：13-21. [Liang Chao, Jiang Zaixing, Guo Ling, et al.Characteristics of black shale, sedimentary evolution and shale gas exploration prospect of shelf facies: taking Weng’an Yonghe profile Niutitang Group as an example[J]. Journal of Daqing Petroleum Institute, 2011, 35(6): 13-21.]

[26] 熊小輝，王劍，余謙，等. 富有機質黑色頁巖形成環境及背景的元素地球化學反演——以渝東北地區田壩剖面五峰組—龍馬溪組頁巖為例[J]. 天然氣工業，2015，35(4)：25-32. [Xiong Xiaohui, Wang Jian, Yu Qian, et al.Element geochemistry inversion of the environment and background of organic-rich black shale formation: A case study of the Wufeng-Longmaxi black shale in the Tianba section in northeastern Chongqing[J]. Natural Gas Industry, 2015, 35(4): 25-32.]

[27] Curtis J B. Fractured shale-gas systems[J]. AAPG Bulletin, 2002, 86(11): 1921-1938.

[28] Bowker K A. Barnett shale gas production, fort worth Basin: issues and discussion[J]. AAPG Bulletin, 2007, 91(4): 523-533.

[29] 李鉅源. 東營凹陷泥頁巖礦物組成及脆度分析[J]. 沉積學報，2013，31(4)：616-620. [Li Juyuan. Analysis on mineral components and frangibility of shales in Dongying depression[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2013, 31(4): 616-620.]

[30] 李新景，胡素云，程克明. 北美裂縫性頁巖氣勘探開發的啟示[J]. 石油勘探與開發，2007，34(4)：392-400. [Li Xinjing, Hu Suyun, Cheng Keming. Suggestions from the development of fractured shale gas in North America[J]. Petroleum Exploration and Development, 2007, 34(4): 392-400.]

[31] 任元，趙紅燕，彭超，等. 涪陵頁巖氣田高產要素分析[J]. 江漢石油科技，2015，25(2)：11-15. [Ren Yuan, Zhao Hongyan, Peng Chao, et al.FuLing shale productive factor analysis[J]. Jianghan Petroleum Science and Technology, 2015, 25(2): 11-15.]

[32] 楊寶剛，潘仁芳，劉龍，等. 四川盆地長寧示范區地質條件對頁巖有機質的影響[J]. 科學技術與工程，2015，15(26)：35-41，65. [Yang Baogang, Pan Renfang, Liu Long, et al.The influence of geological condition of Sichuan Basin Changning demonstration area on the development of organic matters in shale[J]. Science Technology and Engineering, 2015, 15(26): 35-41, 65.]

[33] 王亮，陳云燕，劉玉霞. 川東南彭水地區龍馬溪組頁巖孔隙結構特征[J]. 中國石油勘探，2014，19(5)：80-88. [Wang Liang, Chen Yunyan, Liu Yuxia. Shale porous structural characteristics of Longmaxi Formation in Pengshui area of Southeast Sichuan Basin[J]. China Petroleum Exploration, 2014, 19(5): 80-88.]

[34] 王行信，韓守華. 中國含油氣盆地砂泥巖黏土礦物的組合類型[J]. 石油勘探與開發，2002，29(4)：1-3，11. [Wang Xingxin, Han Shouhua. The combination pattern of clay minerals of sandstone and mud rock in China’s petroliferous basins[J]. Petroleum Exploration and Development, 2002, 29(4): 1-3, 11.]

[35] 趙杏媛，王行信，張有瑜，等. 中國含油氣盆地粘土礦物[M]. 武漢：中國地質大學出版社，1995：36-49. [Zhao Xingyuan, Wang Xingxin, Zhang Youyu, et al.The clay minerals of oil-bearing basin in China[M]. Wuhan: China University of Geosciences Press, 1995: 36-49.]

[36] 陳鑫，鐘建華，袁靜，等. 渤南洼陷古近系高嶺石發育特征及轉化機理[J]. 石油勘探與開發，2009，36(4)：456-462. [Chen Xin, Zhong Jianhua, Yuan Jing, et al.Development and formation of Paleogene kaolinite, Bonan subsag[J]. Petroleum Exploration and Development, 2009, 36(4): 456-462.]

[37] 趙杏媛，楊威，楊帆，等. 塔里木盆地粘土礦物[M]. 武漢：中國地質大學出版社，2001：33-62. [Zhao Xingyuan, Yang Wei, Yang Fan, et al.The clay minerals of Tarim Basin[M]. Wuhan: China University of Geosciences Press, 2001: 33-62.]

[38] 馮愛國，張建平，石元會，等. 中揚子地區涪陵區塊海相頁巖氣層特征[J]. 特種油氣藏，2013，20(6)：15-19. [Feng Aiguo, Zhang Jianping, Shi Yuanhui, et al.Characteristics of marine shale gas play in Fuling block in the middle Yangtze area[J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2013, 20(6): 15-19.]

[39] 蔣裕強，張春，鄧海波，等. 黏土礦物對低滲致密砂巖儲滲性能的影響[J]. 西南石油大學學報：自然科學版，2013，35(6)：39-47. [Jiang Yuqiang, Zhang Chun, Deng Haibo, et al.Influences of clay minerals on physical properties of low permeability and tight sandstones[J]. Journal of Southwest Petroleum University: Science & Technology Edition, 2013, 35(6): 39-47.]

[40] 程曉玲. 粘土礦物轉化與儲層孔隙演化的規律性研究——以蘇北盆地臺興油田阜三段儲層為例[J]. 大慶石油地質與開發，2006，25(1)：43-45. [Cheng Xiaoling. Laws of clay mineral transformation and reservoir porosity evolution: A case study of Fu Ⅲ Member of Taixing oil field in Subei Basin[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 2006, 25(1): 43-45.]

[41] 于川淇，宋曉蛟，李景景，等. 長石溶蝕作用對儲層物性的影響——以渤海灣盆地東營凹陷為例[J]. 石油與天然氣地質，2013，34(6)：765-770. [Yu Chuanqi, Song Xiaojiao, Li Jingjing, et al.Impact of feldspar dissolution on reservoir physical properties: A case from Dongying sag, the Bohai Bay Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2013, 34(6): 765-770.]

[42] 黃思靜，黃可可，馮文立，等. 成巖過程中長石、高嶺石、伊利石之間的物質交換與次生孔隙的形成：來自鄂爾多斯盆地上古生界和川西凹陷三疊系須家河組的研究[J]. 地球化學，2009，38(5)：498-506. [Huang Sijing, Huang Keke, Feng Wenli, et al.Mass exchanges among feldspar, kaolinite and illite and their influences on secondary porosity formation in clastic diagenesis—A case study on the Upper Paleozoic, Ordos Basin and Xujiahe Formation, western Sichuan depression[J]. Geochimica, 2009, 38(5): 498-506.]

[43] Berger G, Lacharpagne J C, Velde B, et al.Kinetic constraints on illitization reactions and the effects of organic diagenesis in sandstone/shale sequences[J]. Applied Geochemistry, 1997, 12(1): 23-35.

Mineralogical Characteristics and Petroleum Geological Significance of Wufeng-Longmaxi Formation Shale in the Tianba Area, Northeast of Chongqing

YANG YuNing1,2, WANG Jian3, GUO XiuMei3, XIONG XiaoHui3

1. Chengdu University of Technology, Chengdu 610082, China 2. Research Institute of Geophysical Exploration Engineering Co. , Ltd. , Zhongcheng Coal Field, Chengdu 610072, China 3. Key Laboratory of Sedimentary Basin and Oil and Gas Resources, Chengdu Institute of Geology and Mineral Resources, Ministry of Land and Resources PRC, Chengdu 610082, China

Shale samples are from Wufeng-Longmaxi Formation of Tianba area in northeast of Chongqing. The results showed that major components of the Wufeng-Longmaxi Formation mud shale were composed of quartz, clay minerals and feldspar. In addition, other mineral components include Sulfide mineral like pyrite, gypsum and few carbonate. The mineral assemblage revealed that the Wufeng-Longmaxi Formation was composed of neritic shelf deposits that was in favor of the preservation and enrichment of organic matter and provided a good depositional condition for the shale gas reservoirs. Shale reservoir contained much quartz, and brittleness index was high that were conductive to form crack. Comparing adjacent Fuling area and Tianba area, we would find they were similar and the quartz and brittleness mineral content of Tianba shale was greater that of than the Fuling area, however, the clay minerals content and carbonate mineral content of Tianba shale was less than that of the Fuling area. Clay mineral compositions characterization reflected that Wufeng-Longmaxi Formation had already been in a phyllomorphic stage and that was corresponding to a highly mature or postmature evolutionary stage of hydrocarbons and provided with a suitable maturity condition for shale gas formation. Moreover, the Wufeng Formation and Longmaxi Formation were highly poriferous and which provided a better place for the shale gas reservoirs.

shale gas; Wufeng-Longmaxi Formation; mineralogy; sedimentology; Northeast of Chongqing; Tianba area

1000-0550(2017)04-0772-09

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.04.011

2015-10-28； 收修改稿日期： 2016-11-30

國家自然科學基金項目(41030315)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 41030315]

楊宇寧，女，1987年出生，博士，含油氣盆地沉積與層序地層，E-mail: yyn8711@163.com

王劍，男，研究員，E-mail: w1962jian@163.com

P588.22 P618.13

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