地质封存CO_2_水_岩作用对页岩有机碳的萃取效应研究_郭冀隆

第２２卷第５期

２０１

５年９月地学前缘（中国地质大学（北京）

；北京大学）Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ（Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ）；Ｐｅｋｉｎｇ　

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．５

Ｓｅｐ

．２０１５ｈｔｔｐ

：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　地学前缘，２０１５，２２（５）收稿日期：２０１５－０１－０８；修回日期：２０１５－０１－

２３基金项目：国家自然科学基金面上项目（４１２７２０６１，４１４７２２３２

）作者简介：郭冀隆（１９９０—），男，博士研究生，地球化学专业，主要从事超临界ＣＯ２－

水－岩相互作用实验研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｏｊｉｌｏｎｇ＠ｃｕｇｂ．ｅｄｕ．ｃｎ＊

通讯作者简介：陈家玮（１９７４—），男，教授，博士生导师，地球化学专业，主要从事环境地球化学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｊｉａｗｅｉ＠ｃｕｇ

ｂ．ｅｄｕ．ｃｎｄｏｉ：１０．１３７４５／ｊ

．ｅｓｆ．２０１５．０５．０２０地质封存ＣＯ２－水－岩作用对页岩有机碳的萃取效

应研究

郭冀隆１，２，　李紫晶２，　张阳阳１，２，　陈家玮１，２，

＊１．中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室，北京１０００８３２．中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京１００

０８３ＧＵＯ　Ｊｉｌｏｎｇ１，

２，　ＬＩ　Ｚｉｊ

ｉｎｇ１，　ＺＨＡＮＧ　Ｙａｎｇｙａｎｇ１，

２，　ＣＨＥＮ　Ｊｉａｗｅｉ　１，２，

＊

１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｂｉｏｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｇｅｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，ＣｈｉｎａＧＵＯ　Ｊｉｌｏｎｇ，ＬＩ　Ｚｉｊｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｙａｎｇｙａｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ａｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｒｏｍ　ｓｈａｌｅ　ｄｕｒｉｎｇｔｈｅ　ＣＯ２－ｗａｔｅｒ－ｒｏｃｋ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ＣＯ２ｓｔｏｒａｇ

ｅ．Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ，２０１５，２２（５）：２３９－２４６Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＯ２－ｗａｔｅｒ－ｒｏｃｋ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ＣＯ２ｓｔｏｒａｇｅ　ａｎｄ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ．Ｍａｎｙ　ｒｅｃｅｎｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ｆｏｃｕｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ａｆｔｅｒ　ｗａｔｅｒ－ｒｏｃｋｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｍａｔｔｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ｗａｓ　ｓｅｌｄｏｍ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｈｅｒｅｉｎ，ｓｈａｌｅ，ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｃａｐ　ｒｏｃｋ，ｗａｓｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ　ｂｙ　ＣＯ２．ＣＯ２－ｗａｔｅｒ－ｓｈａｌｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｇａｓ／ｗａｔｅｒ　ｒａｔｉｏｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｃｌａｖｅ　ｕｎｄｅｒ　９５℃ａｎｄ　１５ＭＰａ．Ｔｈｅ　ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ（ＤＯＣ）ｉｎ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗｅｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ａｆｔｅｒ　ｒｅａｃｔｉｏｎ．ＴｈｅＤＯＣ　ｄａｔａ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ＤＯＣ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＣＯ２ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｎｏ　ｏｒ　ａ　ｌｉｔｔｌｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　Ｎ２ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅａｃｈｉｎｇ　ｔｏ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　３ｔｉｍｅｓ　ｏｆ　ＤＯＣ　ｖａｌｕｅｓ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ＣＯ２ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ，ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＤＯＣ　ｗａｓ　ｇｏｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ａ　ｓｍａｌｌａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａ　８７％ｏｆ　ＤＯＣ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｗａｔｅｒ．Ｔｈｉｓ　ｍａｙ　ｒｅｓｕｌｔｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ＣＯ２ｓｏｌｖａｔｉｏｎ　ｄｕｅ　ｔｏ　ａｄｄｉｎｇ　ａ　ｌｉｔｔｌｅ　ｏｆ　ｐｏｌａｒ　Ｈ２Ｏ．Ｔｈｅ　ＳＥＭ　ｆｉｇｕｒｅｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗａｔｅｒ－ｒｏｃｋ－ｇａｓ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｆｏｒｍ　ｃｏｕｌｄ　ｃｈａｎｇｅ　ｒｏｃｋ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅｈｅｌｐｆｕｌ　ｔｏ　ｗｅｌｌ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ　ｗａｔｅｒ－ｒｏｃｋ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ＣＯ２ｓｔｏｒａｇｅ　ａｎｄ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｒｉｓｋ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ＣＯ２；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ＣＯ２ｓｔｏｒａｇｅ；ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ摘　要：ＣＯ２－水－岩相互作用实验研究对于ＣＯ２地质封存以及页岩气开发都具有重要意义。近年来多数研究主要侧重于岩石中矿物成分的反应过程，对于岩石中有机质成分的研究比较有限。本文选取盖层页岩，重点研究ＣＯ２对于页岩中有机碳的萃取效应作用。实验使用高压反应釜在９５℃和１５ＭＰａ条件下进行ＣＯ２－水－页岩反应，同时考查不同的水－岩接触方式对反应的影响，实验中分别测试了反应后水体中的溶解性有机碳（ＤＯＣ）和反应前后岩石表面形态变化（ＳＥＭ表征）。ＤＯＣ的测试结果表明，相对于空白对照组高压Ｎ２作用，超临界ＣＯ２体系对于岩石有机碳具有明显的萃取效果，其中在不含水和仅含少量水的体系中，ＣＯ２体系对ＤＯＣ的萃取量能达到Ｎ２体系的３倍以上，显示超临界ＣＯ２极强的萃取能力。对比不同含水量的实验体系，发现含有少量水的情况下，ＣＯ２对于有机碳的萃取量达到最大，比不含水的体系高出了８７％，而这种能力的提高是由于少量极性分子Ｈ２Ｏ的加入，能够增强超临界ＣＯ２流体的溶剂化性能导致的。ＳＥＭ结果也说明了不同的水－岩气接触方式对岩石表面形貌具有不同的改造效果。本文实验结果有助于更好认识ＣＯ２

２４０　

郭冀隆，李紫晶，张阳阳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１５，２２（５）ｈｔｔｐ

：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　地学前缘，２０１５，２２（５）地质封存水－岩作用及其潜在环境风险。

关键词：超临界ＣＯ２；

地质封存；溶解性有机碳；萃取；污染中图分类号：Ｐ５９５；Ｘ１４２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００５－２３２１（２０１５）０５－０２３９－

０８０　引言

全球变暖与温室气体ＣＯ２相关研究一直是国内外关注的热点，科学家努力探索多种办法开展碳

捕获与封存技术（Ｃａｒｂｏｎ　Ｃａｐｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｓｔｏｒａｇｅ，ＣＣＳ），其中将ＣＯ２收集并注入地下深部进行地质

封存是国际上开展的有效手段［

１－

２］。目前比较成熟的方案是将ＣＯ２储存于地下８００ｍ或更深的地方，从安全性角度考虑，应在地下１　０００ｍ以上，使ＣＯ２处于超临界流体状态（ＣＯ２临界温度３

１．１℃，临界压力７．４ＭＰａ，临界密度４６４ｋｇ

／ｍ３

），这样可以获得更大的ＣＯ２储存能力。在此条件下，ＣＯ２密度是水密度的５０％～８０％，一部分ＣＯ２会上浮接触岩石盖层，低渗透性的盖层具有良好的封闭性，将ＣＯ２封存在盖层下方；另一部分ＣＯ２会溶解在咸

水层里存于储层构造中；还有一部分ＣＯ２会直接与周围环境的岩石／矿物发生相互作用，形成新的矿物固定下来。

以上作用是ＣＯ２得以实现地质封存的主要机制，由此可知，在一定深部的高压ＣＯ２流体存在多种赋存形式与ＣＯ２－水－岩相互作用。ＣＯ２的加入会导致原始流体酸性增强，并且由于ＣＯ２置换原位流体，充填岩石孔隙裂隙微环境，特别是由于ＣＯ２自身所具有的超临界特殊的物理化学性质（如低黏稠度、高扩散性、易溶解多种物质等），就会极大可能加剧ＣＯ２－水－岩（矿物）作用，从而改变赋存岩层的孔隙度、渗透性和地层水环境，进而影响ＣＯ２的

地质封存效果，甚至引发泄漏危机［

３］

。因此，开展与地质封存ＣＯ２相关的水－岩作用

研究具有十分重要的意义。我国很多学者也已开展了一系列有关研究，如：中国地质大学（武汉）许天福研究组侧重研究了含有ＳＯ２和Ｈ２

Ｓ的混合气体地质封存过程中的水－岩作用［４］

；中国地质大学（武

汉）李义连研究组主要通过地球化学模拟评估ＣＯ２

泄漏对深部咸水层环境的影响［５－

９］；清华大学姜培兴

研究组开展了地质封存过程中ＣＯ２在多孔介质中

的迁移机理研究［

１０－

１１］；清华大学胥蕊娜研究组着重研究了多孔结构对ＣＯ２的捕获机制

［１２］

；中国科学院地质与地球物理研究所庞忠和研究组重点研究咸水

层骨架与流体形成演化机理以及ＣＯ２封闭性评价

技术［１３］

；大连理工大学张毅研究组致力于ＣＯ２－水－岩体系的基础物性测试［１

４－

１６］；南京大学陈骏研究组近年开展了一系列矿物固定ＣＯ２的工作

［１７］

。这些研究为我国ＣＯ２地质封存的实施提供了非常重

要的指导和参考价值。近年来，在一些ＣＯ２封存场地的实际运行中，

国际上已有报道监测到地下水中新出现了大量有机物［３，１８－

１９］。这可能意味着ＣＯ２的确会发生一定程度

的泄露，影响ＣＯ２封存效果，

同时泄露的超临界ＣＯ２流体会萃取并携带地下深部的多种物质，

浸入到上部的地下水环境，并带来严重的水污染［

３］

。因此，研究封存场地浅部地下水中的有机物是否由于深部ＣＯ２泄露所致，成为判断ＣＯ２泄露以及封存效果的重要参考，其中岩石里存在的有机质就是重要的一类萃取物质。

但是，目前对于水－岩作用中涉及到有机质的研究还比较少。一般来说，在地质封存条件下，ＣＯ２流体上浮与盖层岩石紧密接触，这类封存效果好的低渗透岩层主要由富含黏土矿物的泥页岩组成，其中富含

有机质［１８

］，而ＣＯ２在超临界条件下具有的特殊溶解能力能够较有效地萃取这些有机质［

２０

］，一旦有机质经过萃取携带，就会破坏原有泥页岩的孔隙和封存效果，而这种作用会随时间逐级放大。因此，进行ＣＯ２地质封存条件下的水－岩（矿物）相互作用研究，特别是ＣＯ２对于盖层中典型的富含有机质的页岩的萃取作用研究，具有十分重要的理论和实际意义。

事实上，早期也曾开展过超临界ＣＯ２流体萃取岩石中的有机质的研究，但并不是针对ＣＯ２地质封存条件开展的，这些早期研究主要是在样品的分析前处理方面，作为一种分析技术而发展起来的。因为相比于传统方法，应用大量有机溶剂的索氏提取技术处理样品，超临界ＣＯ２流体具有无毒、廉价、性价比高等优势，特别是将超临界ＣＯ２萃取技术用于提取油页岩等沉积岩中的有机质进行分析测试取得

较好结果［

２０－

２４］。近几年随着ＣＯ２地质封存研究的开展，一些学者开始把目光转移到了超临界ＣＯ２流体对封存场

郭冀隆，李紫晶，张阳阳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１５，２２（５） ２４１　

ｈｔｔｐ

：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　地学前缘，２０１５，２２（５）地岩石的有机质萃取研究上。如Ｓｃｈ

ｅｒｆ等［２５］

主要研究了超临界ＣＯ２作用于咸水层储层岩石，从中萃取出多种有机物，包括低分子量的有机酸和极性脂质脂肪酸，前者主要包括了甲酸盐和醋酸盐，后者包含了含Ｃ１６～１８饱和与不饱和脂肪酸，并且发现不同有机物的萃取效率与孔隙度、渗透率以及矿物组成有关。此前，也有科学家根据煤层也是ＣＯ２地质封存的重要场所，研究了超临界ＣＯ２对于煤层中非甲烷烃的萃取作用，发现超临界ＣＯ２对于链烷和多环芳烃类化合物有较高的萃取能力，并且萃取量与

煤级有关［

２６］

。但是这些研究也仅是针对超临界条件下单一纯

ＣＯ２流体的萃取作用

［２０，２３－２４，２７－

２８］。实际上，在自然体系地质封存条件下，含有大量地层水（或高压水蒸

气／流体），涉及到水－气（流体）－岩复杂系统。地质封存的ＣＯ２赋存状态存在多种形式，

如独立存在、与水流体共混、与盖层多种方式接触［

２９］

。而目前，也仅有个别研究涉及到了含有少量水条件下的

超临界ＣＯ２萃取作用［３０－

３１］。关于ＣＯ２与岩石和水

不同接触形式下的相关对比实验研究以及有无ＣＯ２流体状态下的对比萃取效应，目前还未见报道。

如果盖层页岩中有机质会被大量萃取出来，不仅在一定程度上能够改变岩石的渗透性，导致地质封存ＣＯ２泄露的风险加大，还会有相当部分有机质上侵进入地下水体，特别是可溶性有机碳（Ｄｉｓ－ｓｏｌｖｅｄ　Ｏｒｇ

ａｎｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ，ＤＯＣ），对于元素／物质地球化学迁移转化具有重要的影响。

因此，本文主要研究两个问题：（１）地质封存条件下ＣＯ２流体能否从盖层页岩中萃取出有机碳

（可溶性有机碳）？（２）ＣＯ２－水－岩作用在不同接

触方式下对于岩石有机碳的萃取效应和岩石表面形貌的影响有何区别？本文实验结果对于ＣＯ２－水－岩作用及地质封存ＣＯ２风险评估具有重要参考价值和实践意义。

１　实验部分

１．１　材料与装置

实验样品取自某地页岩，经超纯水（＞１

８ＭΩ·ｃｍ）清洗，并粉碎、过筛，取粒径在０．５～２．０ｍｍ的样品在真空干燥箱（ＤＺＦ－６０５０）中干燥１２ｈ。气体使用纯ＣＯ２、Ｎ２（

北京市华元气体化工有限公司）。水－岩－气反应自制装置如图１所示。反应容

器使用耐压反应釜，内部配有聚四氟乙烯内胆防止反应釜内壁参与反应，污染样品。反应釜容积２００ｍＬ，耐压上限３０ＭＰａ，耐温上限２００℃，配有压力传感器监测釜内压力变化。反应釜顶部两个开关阀控制气体进出。使用单缸泵将一定量的ＣＯ２或Ｎ２注入

反应釜至所需压力。釜体在水浴锅中保持所需恒温条件。水－岩反应前反应釜及管路依次使用无水乙醇和超纯水清洗、烘干，并用实验气体ＣＯ２或Ｎ２予以吹洗后使用

。

图１　实验装置示意图（上）及实际装置照片（下）

Ｆｉｇ．１　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｆａｃｉｌｉｔｙ　

ｓｋｅｔｃｈ　ｍａｐ（ｕｐ）ａｎｄ　ｐｈｏｔｏ（ｄｏｗｎ）１．２　实验方法和步骤水－岩接触方式分为３种进行实验，如图２所示：（１）反应釜Ａ，无水，干燥岩石样品与ＣＯ２流体

（１５ＭＰａ）反应，代表不含水的体系，萃取剂为干燥的ＣＯ２流体；（２）反应釜Ｂ，有水，５ｍＬ超纯水刚好浸润岩石样品，与ＣＯ２流体（１５ＭＰａ）反应，代表含有少量水微微浸润岩石的体系，萃取剂ＣＯ２流体；（３）反应釜Ｃ，有水，５０ｍ

Ｌ超纯水浸泡岩石样品，与ＣＯ２流体（１５ＭＰａ）反应，代表岩石被水体覆盖，ＣＯ２位于水体顶部的体系，

萃取剂包括与岩石直接接触的水体，以及水体上覆的ＣＯ２流体。另外，相同条件下，采用氮气（Ｎ２）作为空白对照试验设计反应釜Ｄ、Ｅ、Ｆ，进行水－岩－Ｎ２反应实验。

实验首先准确称量２０．０ｇ页岩样品（粒径０．５～

２４２　

郭冀隆，李紫晶，张阳阳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１５，２２（５）ｈｔｔｐ

：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　地学前缘，２０１５，２２（５

）图２　水－岩－ＣＯ２反应系统实验条件

Ｆｉｇ．２　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｗａｔｅｒ－ｒｏｃｋ－ＣＯ２ｉ

ｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ２．０ｍｍ）放入反应釜底部，加入一定量超纯水后，旋紧反应釜顶盖，安装好压力传感器，置于９５℃封闭式水浴锅恒温加热，使用单缸泵将ＣＯ２或Ｎ２注入釜内，控制压力恒定在１５ＭＰａ。当气体注入使得压力稳定在１５ＭＰａ，温度稳定在９５℃后，开始计时，并在水－岩－气作用５０ｈ后计时结束。同时在顶部阀门出口处连接经过吹洗的不锈钢导管。为了防止流体迅速气化降温和气流带出反应釜内固体粉末，同时又避免速度过慢被空气降温，在维持反应釜原有温度的条件下，于２０ｍｉｎ内匀速将釜内高压气体释放至盛有５０ｍＬ超纯水的玻璃收集瓶中，用于接收岩石经萃取后的水溶性有机质等产物。最后再取出Ｃ、Ｆ釜内剩余溶液和Ａ－Ｆ釜内固体样品。

对于Ａ—Ｆ收集瓶中的所有溶液（编号为Ａ－ｇａｓ—Ｆ－ｇ

ａｓ）和Ｃ、Ｆ釜内的溶液（编号分别为Ｃ－ｗａｔｅｒ、Ｆ－ｗａｔｅｒ）均过０．２２μｍ水系滤膜后进行测试。岩石固体样品在３０℃下真空干燥１２ｈ后进行表征。１．３　样品分析与测试

溶液中溶解性有机质使用ＴＯＣ分析仪（Ｓｈｉ－

ｍａｄｚｕ公司ＴＯＣ－Ｖ　ＣＰＮ型）分析。同时使用ＩＣＰ－

ＯＥＳ（ＡＭＥＴＥＫ公司ＳＰＥＣＴＲＯ　ＢＬＵＥ　ＳＰＯ型）测定Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｎ等主要阳离子含量。固体样品取少量进行ＳＥＭ（ＺＥＩＳＳ公司ＭＥＲＬＩＮ　ＶＰ型）表征。

２　结果与讨论

２．１　ＣＯ２对于页岩成分的萃取效果

（１）溶解性有机碳测试结果。ＣＯ２萃取页岩有机质后携带并溶解于水中，测量收集瓶（Ａ－ｇａｓ—Ｆ－

ｇａｓ）与反应釜（Ｃ－ｗａｔｅｒ、Ｆ－ｗ

ａｔｅｒ）中这部分溶解性有机碳（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　Ｏｒｇ

ａｎｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ，ＤＯＣ），结果如表１和图３所示。表１　页岩萃取后溶解性有机碳（ＤＯＣ）含量Ｔａｂｌｅ　１　Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｏｒｇ

ａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎａｆｔｅｒ　ｓｈａｌｅ　

ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ水样位置

水含量／ｍＬ

ＤＯＣ含量／（ｍｇ·Ｌ－１）ＣＯ２萃取Ｎ２萃取收集瓶中０　２０２．５　５７．２５　３７８．０　１１９．６５０　５１．７　４５．０反应釜中５０　

２６４．８　

１８９．

５

图中ｇａｓ表示溶液样品来自气体导入收集瓶中所得的溶

液，ｗａｔｅｒ表示反应釜内的溶液样品。图３　不同萃取实验条件下溶解性有机碳含量对比

Ｆｉｇ．

３　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　

ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ从图３中对比ＣＯ２流体和空白对照组Ｎ２对有

机质的萃取效应，可以看出在所有的体系，特别是在没有水（Ａ－ｇａｓ）以及含有极少量水（Ｂ－ｇａｓ）的情况下，ＣＯ２表现出比Ｎ２明显高的萃取有机质能力，

两

郭冀隆，李紫晶，张阳阳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１５，２２（５） ２４３　

ｈｔｔｐ

：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　地学前缘，２０１５，２２（５）者中ＣＯ２的萃取量都比Ｎ２高出２倍以上。而在含有大量水的体系中（Ｃ－ｇａｓ），ＣＯ２与Ｎ２的萃取量相

当，表明这种情况下ＣＯ２流体并没有表现出比Ｎ２更为显著的能力，而在对应的水体中（Ｃ－ｗａｔｅｒ），由于ＣＯ２溶解于水的酸化作用，使得含有ＣＯ２的水体比含Ｎ２的水体萃取出额外的４０％的ＤＯＣ。由上可知，在ＣＯ２流体注入地下后，由于其特殊的萃取能力及溶解于水导致的水体酸化效果，将会明显地萃取岩石中的有机质成分。所以在地质封存ＣＯ２过程中，一旦发生泄露风险，ＣＯ２会携带这部分溶解性有机质上浸到浅部地下水中，而有机质中含有的有毒有机物会带来严重的地下水污染；同时有机

质萃取后的盖层页岩的孔隙度和渗透率发生改变，其封堵性能也会减弱，从而加速了这一过程。同时，在实验中也发现，Ｎ２体系（

Ｄ－ｇａｓ、Ｅ－ｇａｓ）也可以在一定程度上萃取岩石中的有机碳成分，这说明高温高压气体对于岩石中有机质也具有一定的萃取能力，这个现象对于相关油气开采具有一定参考意义。

（２）其他主要元素测试结果。通过ＣＯ２对岩石

萃取后的水溶液测试，获得主要元素含量，能够反应不同元素的萃取效应，测试结果见表２和图４所示。可以看出，在ＣＯ２和Ｎ２的不同萃取实验条件下，

在收集瓶的水中都没有能够检测出岩石中的金属元素萃取量，这也佐证了在含有大量水的体系中，气体在不与岩石直接接触的条件下能够萃取出的金属量十分有限。由于金属元素溶解主要是在含大量水体系水溶解量（Ｃ－ｗａｔｅｒ、Ｆ－ｗａｔｅｒ）中，表明在本实验的条件下，相对于有机碳，矿物的溶解分离主要集中在水溶液体系中。

表２　页岩萃取后溶液中主要元素含量

Ｔａｂｌｅ　２　Ｍａｊ

ｏｒ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｆｔｅｒ　ｓｈａｌｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ气体样品

ρＢ

／（ｍｇ·Ｌ－１）

Ｆｅ　

Ｋ　

Ｍｇ　Ａｌ　Ｍｎ　Ｎ

ａ　Ｃａ

ＣＯ２Ａ－ｇ

ａｓ　１．１４　０．８７———１．１６　３．０７ＣＯ２Ｂ－ｇ

ａｓ　１．１６　０．９５———１．４５　２．８７ＣＯ２Ｃ－ｇ

ａｓ　１．１３　０．９２—

——

１．１４　２

．７３ＣＯ２Ｃ－ｗａｔｅｒ　１．３５　１６．５４　１６５．８９—２．９７　１５．０７　２７８．６０Ｎ２Ｄ－ｇ

ａｓ　１．０６　０．８１———１．４７　２．２３Ｎ２Ｅ－ｇ

ａｓ　１．０９　０．８３———１．５３　２．２５Ｎ２Ｆ－ｇ

ａｓ　１．１０　０．８５—

——

１．１８　２

．２３Ｎ２

Ｆ－ｗａｔｅｒ　１．５２　１４．３５　２３１．５９—

８．２４　６．８１　４

８１．９３ 注：ｇａｓ、ｗａｔｅｒ分别代表集气瓶和反应釜中的溶液样品；“—”代表未检出

。

图中ｇａｓ表示溶液样品来自气体导入收集瓶中所得的溶

液，ｗａｔ

ｅｒ表示反应釜内的溶液样品。图４　页岩萃取后溶液中主要元素测试结果

Ｆｉｇ．４　Ｍａｊ

ｏｒ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｆｔｅｒ　ｓｈａｌｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ２．２　不同含水量对于ＣＯ２萃取效果的影响根据图３，可以看出在不同含水量的体系中，气体萃取有机质有不同的效果，对于ＣＯ２气体，萃取能力大小依次为含少量水体系ＣＯ２萃取量（

Ｂ－ｇａｓ）＞含大量水体系水溶解量（Ｃ－ｗａｔｅｒ）＞不含水体系ＣＯ２萃取量（Ａ－ｇａｓ）＞含大量水ＣＯ２萃取量（

Ｃ－ｇａｓ）；而对于Ｎ２气体，

萃取效果依次为含大量水体系水溶解量（Ｆ－ｗａｔｅｒ）＞含少量水体系Ｎ２萃取量（Ｅ－ｇａｓ）＞不含水体系Ｎ２萃取量（

Ｄ－ｇａｓ）＞含大量水体系Ｎ２萃取量（Ｆ－ｇａｓ）。由此可见，这两种气体对有机质的萃取效果都是含大量水体系气体萃取量（Ｃ、

Ｆ）

和不含水体系气体萃取量（Ａ、Ｄ）最低，其中含大量水体系气体萃取量两者基本一致，这是因为含大量水体系（Ｃ、Ｆ）中固体是完全浸没在水面以下的，不与气体直接接触，其中发生的最主要的作用是水对于岩石有机质的溶解作用，而气相中的少量有机质可能来源于含有溶解性有机质的水蒸气。与此相对应，含大量水体系水溶解量（Ｃ－ｗａｔｅｒ、Ｆ－ｗａｔｅｒ）中溶解的有机质含量变化趋势与之相同，也支持了这一观。其次，不含水体系（Ａ、Ｄ）下的溶解性有机质含量次之，而超临界ＣＯ２相对于Ｎ２萃取能力明显增

强，这是因为超临界ＣＯ２对于有机质有很强的萃取能力。在含少量水体系ＣＯ２萃取量（Ｂ－ｇａｓ、Ｅ－ｇａｓ）和含大量水体系水溶解量（Ｃ－ｗａｔｅｒ、Ｆ－ｗａｔｅｒ）的条件下，超临界ＣＯ２与Ｎ２呈现相反的现象，这是因为超临界ＣＯ２的萃取能力远高于Ｎ２，在超临界ＣＯ２体系中起到主导作用的主要是超临界流体萃取作用。

由图４还可看出，Ｎ２体系中水的含量直接决定了萃取的效果，其中水的溶解起到了重要作用，使得萃取量比干燥气体高出１０９％。超临界ＣＯ２中，当超临界ＣＯ２与岩石直接接触时，

含有少量水的超临

２４４　

郭冀隆，李紫晶，张阳阳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１５，２２（５）ｈｔｔｐ

：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　地学前缘，２０１５，２２（５

）图５　岩石在不同萃取条件下反应后的形貌特征

Ｆｉｇ．５　Ｔｏｐｏｇｒａｐ

ｈｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ

郭冀隆，李紫晶，张阳阳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１５，２２（５） ２４５　

ｈｔｔｐ

：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　地学前缘，２０１５，２２（５）界ＣＯ２对于有机质的萃取比干燥的超临界ＣＯ２高

出８７％，

这种现象与前人的报道相一致［１６］

。这是因为ＣＯ２是非极性分子，而Ｈ２Ｏ是极性分子，原来干燥的ＣＯ２作为非极性分子对于极性有机质的萃取

能力有限。而当ＣＯ２受到极性分子Ｈ２Ｏ诱导作用

时，具有四偶极距结构的ＣＯ２呈现出一定的极性，从而在含有少量极性Ｈ２Ｏ时极大地提高了超临界

ＣＯ２的萃取能力，

我们在先期工作中，关于类似机理已有说明［３２－

３３］。由此可见，对于气－水－岩不同

的接触方式，气体与岩石直接接触的萃取效果高于水与岩石直接接触；而对于气体直接接触而言，含有少量水能够增强这种萃取效果。２．３　萃取前后岩石形貌

对不同体系反应前后的岩石表面形貌进行扫描电子显微镜观察，分别进行了不同比例尺（放大倍数）的观察，并对每组条件进行了一系列相同比例尺的图片拍摄。虽然如此，有些图片中由于矿物颗粒较大，所以改用比例尺相近的图片予以代替，使得图片在不妨碍对比性的同时更具有代表性，具体如图５所示。

ＣＯ２对于不同含水量体系萃取后，

岩石表面的形貌特征发生较为明显的变化。其中，反应前的样品表面比较粗糙，不平整。不含水的样品（图５Ａ）其表面反应后仍然较为粗糙，表面含有大量较小颗粒的黏土矿物，成不定向排列，含水样品（图５Ｂ、５Ｃ）表面较为平整，成层状排列，无小颗粒，反映了水对于

表面具有溶解的作用，使岩石表面变得平整光滑。对比含少量水的实验（图５Ｂ和５Ｃ），可以看到两者表面都呈现层状的，而在含有少量水的样品（图５Ｂ）表面出现了不同于黏土矿物的新矿物。这个现象只在图５Ｂ的样品表面观察到。有两种可能，第一是由于反应结束释放气体带走了部分水蒸气，或是反应开始时刚刚加入过量ＣＯ２气体，使得局部溶液过饱和发生了沉淀；另一种可能是含有少量水的超临界ＣＯ２具有较强的萃取能力，这使得岩石表面发生较强烈的溶解，使得岩石内部矿物暴露在外面。不管是哪种可能，都反映了在含有少量Ｈ２Ｏ的超临界

ＣＯ２体系中，反应是最明显的，也就是说含有少量水的超临界ＣＯ２对于岩石具有非常重要的影响。

目前很少见到有研究ＣＯ２萃取作用对于岩石物理性质的影响，Ｏｋａ

ｍｏｔｏ等［３４］

曾进行了超临界

ＣＯ２与盖层岩石相互作用后对于其孔隙度和孔径

分布影响的研究。结果表明，在超临界条件下盖层

岩石碳、氮含量基本不变，孔隙度稍有增大，虽然孔隙度和孔径分布变化都不大，但是孔隙结构可能会因此改变，可是并没有直接的岩石表面形貌特征的相关研究。本文实验直接给出了岩石萃取后的形貌

特征，可以清楚地看到，经过ＣＯ２萃取的岩石表面出现了部分溶蚀坑等现象，但是相对于水溶解的作用，这部分影响较小。

３　结论

本文实验研究了地质封存条件下超临界ＣＯ２

对于页岩为代表的盖层岩石中有机碳的萃取效应。结果表明：

（１）相比于对照Ｎ２体系，超临界ＣＯ２能够萃取

出更多的有机碳，其中含少量水和不含水体系中ＤＯＣ含量达到Ｎ２体系的３倍以上，

显示了超临界ＣＯ２极强的萃取能力，说明在地质封存条件下，ＣＯ２的注入可能导致一定量的岩石有机质成分被萃取，对地质封存泄露和环境污染带来潜在风险。（２

）不同的水－岩气接触方式对于有机质萃取有比较明显的影响，其中，含少量水的超临界ＣＯ２体系萃取有机碳最为显著，ＤＯＣ萃取量比干燥ＣＯ２体系多出８７％，这可能由于少量极性分子Ｈ２Ｏ的加入增强了超临界ＣＯ２流体的溶剂化性能。

（３）扫描电镜ＳＥＭ表征结果说明了不同水－岩气接触方式对于岩石表面形貌具有不同的改造效

果。本文实验结果有助于更好地认识ＣＯ２地质封

存水－岩作用及其潜在环境风险。参考文献

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２４６　

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ｅｃｉａｔｉｏｎ　ｉｎａｎｃｉｅｎｔ　ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｓｔｅｐｗｉｓｅ　ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｕ－ｐ

ｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓ－ｔｒｙ

，１９９７，２６（１／２）：５９－６５．［２２］　Ｊａｆｆｅ　Ｒ，Ｄｉａｚ　Ｄ，Ｆｕｒｔｏｎ　Ｋ　Ｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｕｐ

ｅｒ－ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓａｍｐｌｅｓ：Ｅｆｆｅｃｔｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅ　ｍａｔｒｉｘ［Ｊ］．Ａｐ－ｐ

ｌｉｅｄ　Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０００，１５（１）：７９－８９．［２３］　Ｂｏｎｄａｒ　Ｅ，Ｋｏｅｌ　Ｍ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｐ

ｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｆｌｕｉｄ　ｅｘｔｒａｃ－ｔｉｏｎ　ｔｏ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｓｈａｌｅｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，１９９８，７７（３）：２１１－

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ｕｐｅｒｃｒｉｔｉ－ｃａｌ　ｆｌｕｉｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｊｏｒｄａｎｉａｎ　ｏｉｌ　ｓｈａｌｅ　ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏ－ｓｏｌｖｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，９２（１０）：２０１６－

２０２３．［２５］　Ｓｃｈｅｒｆ　Ａ　Ｋ，Ｚｅｔｚｌ　Ｃ，Ｓｍｉｒｎｏｖａ　Ｉ，ｅｔ　ａｌ．Ｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒ－

ｇ

ａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ｆｒｏｍ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｒｏｃｋｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｏｆＣＯ２：Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｂａｓｅｌｉｎｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ　

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ｏ－ｔｅｎｔｉａｌ　ｆｏｒ　ｍｏｂｉｌｉｚｉｎｇ　ｎｏｎ－ｍｅｔｈａｎｅ　ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃａｒ－ｂｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｃｏａｌ　ｂｅｄｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ　＆Ｆｕｅｌｓ，２００６，２０（２）：５６６－

５７４．［２７］　Ｊａｆｆｅ　Ｒ，Ｄｉａｚ　Ｄ，Ｈａｊｊｅ　Ｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ　ｓｐ

ｅｃｉａｔｉｏｎ　ｉｎａｎｃｉｅｎｔ　ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｓｔｅｐｗｉｓｅ　ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｕ－ｐ

ｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓ－ｔｒｙ

，１９９７，２６（１／２）：５９－６５．［２８］　Ｊａｆｆｅ　Ｒ，Ｄｉａｚ　Ｄ，Ｆｕｒｔｏｎ　Ｋ　Ｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｕｐ

ｅｒ－ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓａｍｐｌｅｓ：Ｅｆｆｅｃｔｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅ　ｍａｔｒｉｘ［Ｊ］．Ａｐ－ｐｌｉｅｄ　Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ

，２０００，１５（１）：７９－８９．［２９］　Ｌｉｎ　Ｈ，Ｆｕｊｉｉ　Ｔ，Ｔａｋｉｓａｗａ　Ｒ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｘｐ

ｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ＣＯ２／ｗａｔｅｒ／ｒｏｃｋ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ｓｙｓ－ｔｅｍ　ｕｎｄｅｒ　ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ＣＯ２ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００８，４３（７）：２３０７－

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Ｌ，Ｃａｎｔｒｅｌｌ　Ｋ　Ｊ，Ｂａｃｏｎ　Ｄ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｏｆ　ｏｒ－ｇ

ａｎｉｃ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ　ｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｆｒｏｍ　ｃｏａｌ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇ　ａｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ［Ｊ］．Ｉｎ－ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ　Ｇａｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１４，２１：１５８－

１６４．［３２］　Ｃｈｅｎ　Ｊ　Ｗ，Ｓｈｅｎ　Ｄ，Ｗｕ　Ｗ　Ｚ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｏｌｖａｔｏｃｈｒｏｍｉｃ　

ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆ　ｐｈｅｎｏｌ　ｂｌｕｅ　ｉｎ　ＣＯ２＋ｅｔｈａｎｏｌ　ａｎｄ　ＣＯ２＋ｎ－ｐｅｎｔａｎｅ　ｍｉｘ－ｔｕｒｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｒｅｇｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｏｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐｈｙ

ｓｉｃｓ，２００５，１２２（２０）：４５０８．［３３］　Ｃｈｅｎ　Ｊ　Ｗ，Ｓｈｅｎ　Ｄ．Ｓｏｌｖｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　

Ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｉｅｓ　ｉｎ　ｓｕｐｅｒ－ｃｒｉｔｉｃａｌ　ＣＯ２ｂｙ　ｐｙｒｅｎｅ　ｐｒｏｂｅ［Ｊ］．Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ，２００８，１５（４）：１２５－

１３１．［３４］　Ｏｋａｍｏｔｏ　Ｉ，Ｌｉ　Ｘ　Ｃ，Ｏｈｓｕｍｉ　Ｔ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ＣＯ２ａ

ｓｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌｖｅｎｔ　ｏｎ　ｃａｐ　ｒｏｃｋ　ｓｅａｌｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｕｎ－ｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ，２００５，３０（１１／１２）：２３４４－２３５

１．

普通地质学—外力地质作用与沉积岩

第四章外力地质作用与沉积岩 沉积岩占地壳岩石总体积的7、9%，主要分布在地壳表层，在地表出露的三大类岩石中， 其面积占75%，是最常见的岩石。沉积岩中赋存有煤、石油、天然气以及其他许多金属及 非金属矿产，具有重要的经济价值。 第一节外力地质作用的一般特征 一、引起外力地质作用的因素 引起外力地质作用的因素是大气、水和生物。它们构成了地球系统的三个外部层圈。 1、大气 成分主要有氮气、氧气、氩气，还有少量的二氧化碳、稀有气体和水蒸气。大气圈从下向 上依次可分为对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层等。 对流层：顶面高度在10-16km范围，温度从地面由下而上逐渐降低。对流层大气的热量绝 大部分来自地面长波辐射，因此离地面愈高的大气，受热愈少，气温愈低。平均每上升 1km，气温约降6、5℃，其顶面温度约-55℃。大气中的水汽几乎都集中于此，是展示风云 变幻的“大舞台”：刮风、下雨、降雪等天气现象都是发生在对流层内。对流层最显著的 特点是有强烈的对流运动。对流层是大气层中湍流最多的一层，喷射客机大多会飞越此层 顶部（即对流层顶）用以避开影响飞行安全的气流。 平流层：从对流层顶到约50km高度的大气层。层内温度通常随高度的增加而递增。底部温度随高度变化不大。这里基本上没有水汽，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。在20～30公里高处，氧分子在紫外线作用下，形成臭氧层，像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳紫外线及高能粒子的袭击。 中间层：自平流层（50公里）顶到85公里之间的大气层。在中间层顶层，经常会出现许 多有趣的天文现象，如极光、流星等。 大气环流：低纬度地带气温高，高纬度地带气温低。气温不同，导致空气密度不同。气温 高的密度小，气温低的密度大，使得低纬度地带温度高而密度小的气团上升并向高纬度地 带运动，而高纬度地带温度低而密度大的气团下降并沿地面向低纬度方向运动，形成全球 性的大气环流。 大气圈的地质意义： ①大气成分是许多地质作用得以发生的物质因素 氧气—氧化作用，生命的存在；二氧化碳—植物制造有机质、生物成岩，参与化学反应；水—风化作用，流动成风，动力。 ②大气圈是生命的保护圈 臭氧层吸收了绝大部分紫外线，降低了透入地面的紫外线含量，保护了地面生物。 ③由于大气圈的存在，地表才有了适宜的温度太阳热能通过大气进入地面时，约1/3的能 量消耗于大气的扩散和云层的反射，直接返回太空，其余的能量通过大气吸收后再传导给 地面，因而使地表白天的温度不至于过高。同时大气中的二氧化碳能够“捕获”地面辐射 出的一部分热能，从而保持地表的昼夜温差不会很大。 ④风的作用 风化、搬运 2、水 自然界的水以气态、固态和液态三种形式存在于大气圈、生物圈、海洋与大陆表层之中。地球水体中，海洋水约占 97％，大陆表面水约占2％，地下水为0、6％，大气水占0、001％。 水圈：地表水围绕地球表层构成连续的圈层。水圈中各部分水体是相互联系和转化的。 3、生物 生物圈：生物广泛分布于大陆和海洋。 生物的作用： ①植物的根劈作用； ②生物体通过光合作用——吸收CO2、放出O2； ③生物本身就是某种矿产和岩石的组成物质，如：煤、石油和生物碎屑灰岩等。 二、引起外力地质作用的能源

阿拉伊盆地构造地质特征与油气条件分析_郇玉龙

图1阿拉伊盆地大地构造位置 收稿日期：2008-12-01；修订日期：2009-01-04 作者简介：郇玉龙，男，工程师，1997年毕业于中国地质大学石油地质勘查专业，现主要从事石油地质综合研究工作。联系电话：（0546）8793985，通讯地址：（257022）山东省东营市北一路210号物探研究院区域勘探研究室。 油气地球物理 2009年1月 PETROLEUM GEOPHYSICS 第7卷第1期 中亚地区阿拉伊盆地位于中亚地区吉尔吉斯斯坦共和国南部，长约250km ，宽约25～40km ，面积约 6000km 2，为一近东西向展布的山间盆地（图1）。与其较邻近的含油气盆地有东侧的塔里木盆地（中国），西南侧的阿富汗—塔里克盆地（主体位于塔吉克斯坦），北侧的费尔干纳盆地（跨吉尔吉斯斯坦3个国家）。 在大地构造位置上，阿拉伊盆地为欧亚板块南部边缘天山褶皱带中的一个中新生代的山间盆地，夹持于帕米尔—昆仑山与南天山褶皱带之间，由于 受印度板块向欧亚板块陆—陆碰撞挤压并持续向北推覆的影响而形成现今的盆山构造格局。 该区油气勘探始于1928年，前苏联对其先后开展了地质调查与油气勘探工作，盆内及周缘地区完成1∶20万的地质调查；1984—1989年在盆地中部 累计完成二维地震562km ； 1987—1991年钻探参数井阿参1井。后因前苏联解体而中断勘探。2003年， 我国胜利油田获阿拉伊盆地的勘探许可，已在盆地 内完成重力勘探1720km 2、 三维地震220km 2、二维地震748.4km ，为深入评价该盆地积累了丰富的资料。 阿拉伊盆地构造地质特征与油气条件分析 郇玉龙1,2）刘国宏1）刘志勇1）张桂霞1 ） 1）胜利油田分公司物探研究院；2）中国石油大学（北京）资源与信息学院 摘要：中亚地区阿拉伊盆地位于特提斯构造带北缘,是在古生界基底之上发展起来的山间盆地，紧邻我国西部塔里木盆地。自中生代至新生代经历了陆表海沉积期、类前陆盆地期、山间盆地发育期、拗陷期、定形期5个演化阶段，具有海陆交互、 沉积多变、多期叠加、断—拗转换的性质。油气地质条件与相邻的费尔干纳盆地相似，生储盖匹配良好；烃源岩为古近系、 白垩系和中—下侏罗统的海相与湖相泥岩、石灰岩和泥灰岩；主要油气储集层为碳酸盐岩裂缝性储层和砂砾岩储层；多套泥岩、膏岩和泥灰岩为区域性和局部盖层；褶皱构造发育，以背斜、断块、断鼻等构造为主。具有一定的油气勘探前景。 关键词：地质构造；构造演化；生油岩；含油气层系；勘探前景；阿拉伊盆地；中亚地区

中国页岩气形成机理 地质特征及资源潜力

中国页岩气形成机理地质特征及资源潜力 摘要：页岩气是以自生自储为主的非常规天然气，是油气资源中的新型矿种。 由于页岩气储层低孔低渗，要实现大规模开采必须克服许多理论和技术上的难题。本文分析中国页岩气基本特征、形成机理与富集条件、面临的难题等, 对中国页 岩气资源潜力进行预测, 以期为中国页岩气的研究和勘探开发提供依据。 关键词：非常规油气 ;页岩气;源岩油气 页岩气是一种潜在资源量非常巨大的非常规天然气资源，具有含气面积广、 资源量大、开采技术要求高、生产寿命长、稳产周期长等特点。近年来，严峻的 能源紧张形势使页岩气资源在世界范围内受到了广泛的关注。 一、页岩气勘探开发现状 油气工业的发展主要历经构造油气藏、岩性地层油气藏、非常规油气藏三个 阶段。油气藏分布方式分别有单体型、集群型、连续型三种类型。从构造油气藏 向岩性地层油气藏转变是第一次理论技术创新,以寻找油气圈闭为核心;从岩性地 层圈闭油气藏向非常规连续型油气藏转变是第二次理论技术创新或革命,以寻找有 利油气储集体为核心,致密化“减孔成藏”机理新论点突破了常规储集层物性下限与 传统圈闭找油的理念。随着勘探开发技术不断进步,占有80%左右资源的非常规油气，如页岩气、煤层气、致密气、致密油、页岩油等已引起广泛关注,并得到有效 开发, 在油气储产量中所占比例也逐年提高。传统观点仅认识到页岩可生油、生气,未认识到页岩亦可储油、储气,更未认识到还能聚集工业性页岩油、页岩气。 近年来,典型页岩气的发展尤为迅速,地质认识不断进步,优选核心区方法、实验分 析技术、测井评价技术、资源评价技术、页岩储集层水平井钻完井、同步多级并 重复压裂等先进技术获得应用, 形成“人造气”是页岩气快速发展的关键因素。页岩气突破的意义在于: 突破资源禁区,增加资源类型与资源量。 2、挑战储集层极限,实现油气理论技术升级换代,水平井多级压裂等核心技术，应用于其他致密油气等非常规和常规油气储集层中更加经济有效,可大幅度提高油 气采收率。 3、带动非常规油气技术发展,推动致密油气、页岩油等更快成为常规领域。 二、中国富有机质页岩特征 源岩油气是一种新资源类型, 包括页岩油、页岩气、煤层气等,自生自储,主要 产自源岩内储集层中。页岩是由粒径小于0.0039 mm的细粒碎屑、黏土、有机质 等组成,具页状或薄片状层理、易碎裂的一类沉积岩,也称为细粒沉积岩。页岩气 是指从富有机质黑色页岩中开采的天然气,或自生自储、在页岩纳米级孔隙中连续 聚集的天然气。中国三类富有机质页岩泛指海相、海陆交互相及陆相页岩和泥岩, 重点指含油气盆地中的优质泥质烃源岩,图中为依据中国页岩发育的层系和分布特 点编制的三类页岩分布图。中国南方地区海相页岩多为硅质页岩、黑色页岩、钙 质页岩和砂质页岩,风化后呈薄片状,页理发育。海陆过渡相页岩多为砂质页岩和 炭质页岩。陆相页岩页理发育, 渤海湾盆地、柴达木盆地新生界陆相页岩钙质含 量高,为钙质页岩,鄂尔多斯盆地中生界陆相页岩石英含量较高。 2、中国页岩形成的区域地质背景。古生代，在中国南方、华北及塔里木地区形成了广泛 的海相和海陆过渡相沉积, 发育多套海相富有机质页岩和海陆过渡相煤系炭质页岩。在后期改造过程中, 部分古生界海相页岩经历了挤压变形或隆升。四川盆地、华北地区、塔里木盆地构

页岩气特点及成藏机理

页岩气特点及成藏机理 ---陈栋、王杰页岩气作为一种重要的非常规油气资源，随着能源资源的日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，其重要性已经日益突出。随着国家新一轮页岩气勘探开发部署的大规模展开，正确认识和掌握页岩气的成因、成藏条件等知识，对于今后从事页岩气现场录井的工作人员提高录井质量具有较好的指导意义。 1.概况 页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。其形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布较广的页岩烃源岩地层中。 2.特点 2.1 页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50％）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间；以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地

的有利目标。页岩气的资源量较大但单井产量较小，美国页岩气井的单井采气量为2800-28000m3/d。 2.5 在成藏机理上具有递变过渡的特点，盆地内构造较深部位是页岩气成藏的有利区，页岩气成藏和分布的最大范围与有效气源岩的面积相当。 2.6 原生页岩气藏以高异常压力为特征，当发生构造升降运动时，其异常压力相应升高或降低，因此页岩气藏的地层压力多变。 2.7 页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点—-大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。 3.成因 通过对页岩气组分特征、成熟度特征分析，页岩气是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合。生物成因气是有机物在低温下经厌氧微生物分解作用形成的天然气；热成因气是有机质在较高温度及持续加热期间经热降解和裂解作用形成的天然气。相对于热成因气，生物成因的页岩气分布极限，主要分布盆地边缘的泥页岩中，在美国研究比较深入的五个盆地的五套页岩中，密执安盆地和伊利诺斯盆地发现了生物成因的页岩气藏，并且是勘探目标中的主要构成(Schoell，1980；Malter 等，2000)。 3.1 生物成因

四川盆地油气地质特征

盆地油气地质特征 盆地位于省东部及市，为一具有明显菱形边框的构造盆地，同时也是四周高山环抱的地形盆地，其围介于北纬28°～32°40′，东经102°30′～110°之间，面积约18×104km2。是世界上最早发现和利用天然气的地方。从汉代“临邛火井”的出现，到隋朝（616年）“火井县”命名；从凿井求盐到自流井气田“竹筒井”·“盆”·“笕”钻采输技术的发展，都无不例外的证明天然气的开采源远流长。但是，天然气的发展，经历了近代被欺凌的衰落，直到20 世纪中叶，古老的中国重新崛起，伴随工业化的进程，才得到真正的发展。截止2004 年，经过半个多世纪的勘探，全盆地已经探明114 个气田，14 个油田，获得天然气地质探明＋控制＋预测储量约15000×108m3，3 级储量之和约占2002 年盆地资源评价总量的1/4。伴随新区、新层、新领域的勘探发现，盆地的总资源量还将继续增长，为川、渝天然气能源发展锦上添花。 1.构造特征 盆地属扬子准地台西北隅的一个次级构造单元，是古生代克拉通盆地与中新生代前陆盆地的复合型盆地。从晋宁运动前震旦系基地褶皱回返，使扬子板块从地槽转向地台发展，直到喜山运动盆地定型，共经历了9 期构造运动，但对盆地构造、沉积地层发展演化有明显影响的有4 期：一是加里东期，形成加里东期～龙女寺古隆起；二是东吴期，拉断裂活动，引发玄武岩喷发（峨嵋山玄武岩厚达1500m）；三是印支期，形成印支期、开江、天井山古隆起，且具盆地雏形；四是喜山期，盆地全面褶皱定型。纵观盆地的发展，受欧亚、太平洋、印度板块活动的影响，盆地应力场的变化经历了古生代拉为主，中生代三叠纪反转（由拉向挤压过渡），中生代侏罗纪以来的挤压过程。这一拉－过渡反转－压挤的地应力场，控制了油气生成、运移、聚集、保存与破坏以及晚期成藏的全过程，尤其对复合型盆地更为明显。 1.1基底特征 盆地的基底岩系为中新元古界，其结构具3 分性。盆地中部的磁场特征显示为一宽缓的正异常区，多为中性及中基性岩浆岩组成的杂岩体，变质程度深，硬化强度大，构成盆地中部刚硬基底隆起带。基岩埋深一般4～8km，地史中较稳定，沉积盖层厚度较薄，褶皱平缓带。盆地东南和西北侧为弱磁场区，组成基底的岩石是浅变质沉积岩，属柔性基底，是褶皱带。基岩埋深8～11km，沉积盖层厚度较大，褶皱较强烈。 1.2区域构造特征 盆地的发生、发展，形成菱形边框和不同组系、不同方向的褶皱构造，大体可以追溯到8.5×108年的地史发展过程，是受基底、周边古陆、深大断裂以及地应力作用方式等诸种因素相互作用的综合反映，也是多次构造旋回叠加的产物，使盖层褶皱出现形式多样，交织复杂化的局面。 1.2.1褶皱构造的展布特点 盆地最早形成的褶皱构造可上溯到印支期，但围仅局限于川西龙门山前，如矿山梁～天井山～海棠铺等北东向背斜构造。整个盆地的现今构造主要形成于喜山期，包括震旦系在的全部沉积盖层都被卷入，出现了众多成群成带分布的褶皱构造。 1）川东南坳褶区 系指华蓥山以东的川东与川南区，包括川东高陡构造带和川南低陡构造带，是盆地褶皱最强烈的地区。一般陡翼倾角＞45°，甚至直立倒转。高、低陡构造之分，在于构造核心出露地层的新老，前者出露中下三叠统及其以老地层，后者出露上三叠统及其以新地层。构造线走向主要由北东向高陡构造带和断裂带组成的隔挡式褶皱，背斜紧凑，向斜宽缓，成排成带平行排列。北部受大巴山弧的的影响向东弯曲，局部呈近东西向；南部逐渐低倾呈帚状撒开，除北东向为主外，还有受边界条件干扰的南北向、东西向等多组构造线。

北美地区典型页岩气盆地成藏条件解剖要点

北美地区典型页岩气盆地成藏条件解剖 1、阿巴拉契亚盆地俄亥俄页岩系统 （1）概况 阿巴拉契亚盆地（Appalachian）位于美国的东部,面积280000平方公里，包括New York西部、Pennsylvania、West Virginia、Ohio、Kentucky和Tennessee 州等，是美国发现页岩气最早的地方。俄亥俄（Ohio）页岩发育在阿巴拉契压盆地西部,分布在肯塔州东北部和俄亥俄州，是该盆地的主要页岩区（图2）。该区古生代沉积岩是个巨大的楔形体，总体上是富含有机质页岩、碎屑岩和碳酸盐岩构成的旋回沉积体。 图1 美国含页岩气盆地分布图 1953年，Hunter和Young对Ohio页岩气3400口井统计，只有6%的井具有较高自然产能（平均无阻流量为2.98万m2/d），主要原因是这些井的页岩中天然裂缝网络比较。其余94%的井平均产量为1726m3/d，经爆破或压裂改造后产量达8063m3/d，提高产量4倍多。1988年前，美国页岩气主要来自Ohio页岩气系统。截止1999年末,该盆地钻了多达21000口页岩井。年产量将近34亿m3。天然气资源量58332—566337亿m3,技术性可采收资源量4106~7787亿m3。每口井的成本$200000-$300000，完井成本$25~$50。 （2）构造及沉积特征 阿巴拉契亚盆地东临Appalachian山脉，西濒中部平原，构造上属于北美地台和阿巴拉契亚褶皱带间的山前坳陷。伴随Laurentian古陆经历了由被动边缘型

向前陆盆地的演化过程。盆地以前寒武纪结晶岩为基底，古生代沉积岩呈巨大的楔形体(最大厚度12 000 m)埋藏于不对称的、向东变深的前陆盆地中。寒武系和志留一密西西比系为碎屑岩夹碳酸盐岩，奥陶系为碳酸盐岩夹页岩，宾夕法尼亚系为碎屑岩夹石灰岩及煤层。总体上由富有机质泥页岩(主要为碳质页岩)、粉砂质页岩、粉砂岩、砂岩和碳酸盐岩等形成3～4个沉积旋回构成，每个旋回底部通常为富有机质页岩，上部为碳酸盐岩。泥盆系黑色页岩处于第3个旋回之中，分布于泥盆纪Acadian 造山运动下形成的碎屑岩楔形体内（James,2000）。该页岩层可再分成由碳质页岩和较粗粒碎屑岩互层组成的五个次级旋迥(Ettensohn ，1985)。它们是在阿卡德造山运动的动力作用下和Catskill 三角洲的向西进积中沉积下来的。 （3）页岩气成烃条件分析 ①页岩分布特征 阿巴拉契亚盆地中南部最老的泥盆纪 页岩层系属于晚泥盆世。Antrim 页岩和New Albany 大致为Chattanooga 页岩和Ohio 页 岩的横向同位层系（Matthews,1993）。在俄 亥俄东边和南边,Huron 段分岔。有的地区已 经被插入的灰色页岩和粉砂岩分成两个层。 俄亥俄页岩系统，覆盖于Java 组之上 (图3)。由三个岩性段组成：下部 Huron 段 为放射性黑色页岩，中部Three Lick 层为 灰色与黑色互层的薄单元，上部Cleveland 段为放射性黑色页岩。俄亥俄页岩矿物组成 包括：石英、粘土、白云岩、重金属矿（黄 铁矿）、有机物。 图2是西弗吉尼亚中部和西部产气区泥 盆纪页岩层的地层剖面。中上泥盆统的分布 面积约128，000mi 2(331，520km 2)，它们沿 盆地边缘出露地表。页岩埋藏深度为610～ 1520m ，页岩厚度一般在100－400ft(30— 120m),泥盆系黑色页岩最大厚度在宾夕尼亚州的中北部(图3)(deWitt 等，1993)。 ②页岩地球化学特征 图4表示Ohio 页岩下Huron 段烃源岩有机碳等值线图。从镜质体反射率特征来图2 阿巴拉契亚盆地西部中泥盆统－下密西西比系剖面 （据Moody 等，1987）

页岩气钻井地质及工程设计要点

页岩气钻井地质及工程设计要点 一、封面 页首写构造：大地构造单元名称。井别：参数井（或调查井）、压裂井等。井型：直井等。页首下写项目名称：××省××页岩气××井地质及工程设计页倒二行：编制单位。 页末：编制日期（出稿时年月日）。 二、扉页 页首：项目设计名称。页中：项目名称、承担单位、编制单位、项目负责、设计人、参加人员、单位负责、审核等。 页末：编制日期（出稿时年月日）。 三、责任表及目录 责任页表：井号、井别、井型、主管单位、项目名称、承担单位、项目负责、设计人、参加人、项目组意见、专家论证意见（右下角签字、日期）、主管单位（右下角签字、日期）。目录：可按二级大纲级别设置目录及章节所在页码。以上一至三项无须页码。 四、正文 1 目的和任务 扼要说明本项目的主要目的和任务。 2 井区位置概况 2.1 井区位置和交通 叙述井位所在区主要的行政隶属（省、县、乡或镇、村）地理位置、地理坐标、铁路、公路干线及要道、井场进出公路相通等情况。附交通位置示意插图（图内外框、坐标数据、比例尺、井位位置等）。 2.2 井区自然地理 1. 地形地貌：主要阐述井位及其附近的地形（平缓或宽阔、土地、植被、井位标高、高差、平坝面积等。 2. 水源、电力、通讯：重点叙述井位处钻探工程用水距离、水量及其保障等情况，扼要叙述电力和通讯情况。

3 基本数据 列表说明页岩气钻井地理位置、构造位置、井口坐标（经纬、直角）、井口标高、设计井深、目的层位、钻探目的、设计目的、完井方式、录井情况、随钻实验情况等。 4 钻探设计依据及目的 4.1 设计依据 根据有关资料或报告简要阐述页岩气厚度、地层、构造、测试结果、页岩气稳定情况、相关结论等。 4.2 钻探目的 简要叙述钻探所达到的目的：目的层系、获取岩芯地层、了解的地层、获取地层厚度、有机质含量、岩石力学特征、页岩储集能力、页岩含气量系列参数等，为××提供地质依据。5 井区地质概况 5.1 区域地层 简述区域由老到新有关主要的地层（系、统、组）。5.2井区地层 由老到新详细阐述井区钻井遇地层及其上下地层系、统、组、段的岩性、厚度、接触关系，附相关地层插图 。5.3区域构造 简述区域大地构造位置及构造轮廓，与本井区有关的褶曲、断裂并加以综述。附区域构造插图。 5.4井区构造 先综述井区构造基本形态：地层志向、倾向、倾角极值及一般值、发育断裂和褶曲条数、长度、断距。 分述有关褶曲、断裂具体情况。5.4构造演化特征 综述沉积环境、沉积相、构造运动及其演化情况等。

油气藏开发地质

油气藏开发地质 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-

1.石油、天然气的概念 石油：地下天然产出的气态（天然气）、液态（石油）、固态（沥青）的烃类混合物。 原油：以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃有机矿产。 2.石油的元素组成与化合物组成 组成石油的化学元素依次为：碳、氢、硫、氮、氧、微量元素。 微量元素：（构成石油的灰分），含量极微（万分之几），但可多至30余种，如：Fe、Ca、Mg、Si、Al、V、Ni……其中钒、镍含量及比值（V/ Ni）已用于石油成因及运移研究。 石油的化学组成按其化学结构可分为烃类和非烃两大类，其中烃类包括烷烃、环烷烃和芳烃，石油非烃组成—S、N、 O化合物。 异戊间二烯型烷烃是由叶绿素的侧链-植醇演化而成,因此作为石油有机成因的标志化合物—“指纹”化合物。 3.石油的主要馏分和组分 馏分：根据沸点范围的不同切割而成的不同部分。 轻馏分：碳数低，分子量小的烷烃、环烷烃组成。 中馏分：中分子量和较高碳数的烷烃、环烷烃，含有一定数量的芳烃及少量含N、S、O化合物。 重馏分：大分子量和高碳数环烷烃、芳烃、环烷芳烃和含N、S、O化合物。 组分：对不同有机溶剂的溶解、吸附性质不同而分离出来的产物。 油质：饱和烃＋芳香烃，溶于有机溶剂，硅胶不吸附，荧光天蓝色。

胶质：芳香烃＋非烃化合物，部分有机溶剂溶解，硅胶吸附，含量与石油密度有关，荧光黄色、棕黄色、浅褐色。 沥青质：脆性固体物质，稠环芳烃＋烷基侧链的高分子，少数有机溶剂溶解，硅胶吸附，荧光呈褐色。 荧光性：石油在紫外光照射下产生荧光的特性。 4.天然气的主要赋存形态 气藏气（干气，贫气）：烃类气体单独聚集成藏，不与石油伴生。 气顶气（湿气，富气）：与油共存于油气藏中呈游离态气顶产出的天然气。 溶解气（dissolved gas）：地层条件下溶解在石油和水中的天然气。 凝析气（condensate gas）：当地下温度压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发形成凝析气。----湿气，采出过程中反凝析出凝析油。 天然气水合物：甲烷水合物，高压、一定温度下：甲烷分子封闭在水分子所形成的固体晶格中----冰冻甲烷。 水溶气：天然气在水中溶解度很小；但地层水大量存在，水溶气资源不可忽视。 5.干酪根的概念和化学分类 干酪根：沉积物或沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和非极性有机溶剂的分散有机质。 Ⅰ型干酪根：单细胞藻类（海藻）残体组成，富含脂类化合物，H/C高，O/C 低，含大量脂肪族烃结构（链式结构为主），少环芳烃和含氧官能团，生成液态石油潜力大，油页岩属此类。典型腐泥质类型（sapropelic）。最大转化率 80％。

页岩气及其成藏机理

页岩气及其成藏机理 页岩气及其成藏机理 摘要：本文介绍了页岩气的特征、形成条件和富集机理等，认为不同阶段、不同成因类型的天然气都可能会在泥页岩中滞留形成页岩气；页岩气生气量的主要因素是有机质的成熟度、干酪根的类型和有机碳含量；吸附态的赋存状态是页岩气聚集的重要特征。我国页岩地质结构特殊复杂，需要根据我国具体的地质环境进行分析以便更加合理的进行开采。 关键词：页岩气富集资源 天然气作为一种高效、优质的清洁能源和化工原料，已成为实现低碳消费的最佳选择。全球非常规天然气资源量非常巨大，是常规油气资源的1.65倍。其中页岩气占非常规天然气量的49%约456 1012m3，巨大的储量和其优质、高效、清洁的特点，使得页岩气这一非常规油气资源成为世界能源研究的热点之一。我国页岩气可采储量丰富，约31 1012m3，与美国页岩气技术可采储量相当。通过对页岩气资源的勘探和试采开发，发现其储集机理、生产机制与常规气藏有较大的差别。 一、页岩气及其特征 页岩是一种具有纹层与页理构造由粒径小于0.004mm的细粒碎屑、黏土矿物、有机质等组成。黑色页岩及含有机质高的碳质页岩是形成页岩气的主要岩石类型。页岩气是从黑色页岩或者碳质泥岩地层中开采出来的天然气。页岩气藏的形成是天然气在烃原岩中大规模滞留的结果，由于特殊的储集条件，天然气以多种相态存在，除了少数溶解状态的天然气以外，大部分在有机质和黏土颗粒表面上吸附存在和在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在。吸附状态的天然气的赋存与有机质含量有关，从美国的开发情况来看，吸附气在85～20%之间，范围很宽，对应的游离气在15～80%，其中部分页岩气含少量溶解气。 页岩气主体上是以吸附态和游离态同时赋存与泥页岩地层且以 自生自储为成藏特征的天然气聚集。复杂的生成机理、聚集机理、赋

地质学基础复习题

《地质学基础》思考与习题集 绪论 重要术语 地质学、地质作用、内力地质作用、外力地质作用 复习思考题: 1.地质学研究的对象是什么？重点何在？ 2.地质学研究的内容有哪些主要方面？ 3.试述地质学研究的意义？ 4.你怎样理解地质学的特色？ 5.地质学研究的方法怎样？ 第一章：地球的一般特征 重要术语 大气圈、生物圈、水圈、大地热流、常温流、地热增温流、放射性热、增温率、增温级、地温梯度、地磁要素、纵波、横波、地壳、地幔、地核、软流圈、岩石圈、大洋地壳、大陆地壳、活动大陆边缘、稳定大陆边缘、科里奥利力、莫霍面、古登堡面复习思考题 1.外力作用的三大因素是什么？如何理解其作用和意义。 2.纵波、横波、表面波的特点怎样？ 3.地球内部有哪几个主要层圈？其物质状态怎样？ 4.洋壳与陆壳的差别何在？ 5.解释：康拉德面、莫霍面、古登堡面。 6.海底地貌分为哪些单元？各单元的特征怎样？

7.大陆地形有哪些主要单元？ 8.主动性大陆边缘和被动性大陆边缘有何不同？ 9.由赤道至两极地磁三要素的变化规律是什么？ 10.说明地温梯度、地温级、地温率的区别？ 11.地表最高点、最低点如何？ 第二章:矿物 重要术语 放射性同位素、克拉克值、矿物、晶体、非晶体、晶面、同质多像、类质同像、矿物集合体、透明度、光泽、颜色、条痕、硬度、摩氏硬度计、解理、断口、硅氧四面体、硅酸盐矿物 复习思考题 1.组成地壳的主要元素有哪些？ 2.解释：晶质矿物、非晶质矿物 3.解释：稳定同位素、放射性同位素，举例。 4.解释：类质同像、同质异像、举例。 5.解释：显晶质、隐晶质。 6.解释：解理与断口。 7.什么叫矿物晶体及集合体？有哪些常见的矿物集合体？ 8.矿物的主要物理性质有哪些？ 9.最重要的造岩矿物有哪几种？其化学成分的特点怎样？ 10.掌握实验中学过的常见矿物的鉴定特征。

四川盆地油气地质特征

四川盆地油气地质特征

四川盆地油气地质特征 四川盆地位于四川省东部及重庆市，为一具有明显菱形边框的构造盆地，同时也是四周高山环抱的地形盆地，其范围介于北纬28°～32°40′，东经102°30′～110°之间，面积约18×104km2。四川是世界上最早发现和利用天然气的地方。从汉代“临邛火井”的出现，到隋朝（616年）“火井县”命名；从凿井求盐到自流井气田“竹筒井”·“盆”·“笕”钻采输技术的发展，都无不例外的证明四川天然气的开采源远流长。但是，四川天然气的发展，经历了近代被欺凌的衰落，直到20 世纪中叶，古老的中国重新崛起，伴随工业化的进程，才得到真正的发展。截止2004 年，经过半个多世纪的勘探，全盆地已经探明114 个气田，14 个油田，获得天然气地质探明＋控制＋预测储量约15000×108m3，3 级储量之和约占2002 年盆地资源评价总量的1/4。伴随新区、新层、新领域的勘探发现，盆地的总资源量还将继续增长，为川、渝天然气能源发展锦上添花。 1.构造特征 四川盆地属扬子准地台西北隅的一个次级构造单元，是古生代克拉通盆地与中新生代前陆盆地的复合型盆地。从晋宁运动前震旦系基地褶皱回返，使扬子板块从地槽转向地台发展，直到喜山运动盆地定型，共经历了9 期构造运动，但对盆地构造、沉积地层发展演化有明显影响的有

4 期：一是加里东期，形成加里东期乐山～龙女寺古隆起；二是东吴期，拉张断裂活动，引发玄武岩喷发（峨嵋山玄武岩厚达1500m）；三是印支期，形成印支期泸州、开江、天井山古隆起，且具盆地雏形；四是喜山期，盆地全面褶皱定型。纵观盆地的发展，受欧亚、太平洋、印度板块活动的影响，盆地应力场的变化经历了古生代拉张为主，中生代三叠纪反转（由拉张向挤压过渡），中生代侏罗纪以来的挤压过程。这一拉张－过渡反转－压挤的地应力场，控制了油气生成、运移、聚集、保存与破坏以及晚期成藏的全过程，尤其对复合型盆地更为明显。 1.1基底特征 四川盆地的基底岩系为中新元古界，其结构具3 分性。盆地中部的磁场特征显示为一宽缓的正异常区，多为中性及中基性岩浆岩组成的杂岩体，变质程度深，硬化强度大，构成盆地中部刚硬基底隆起带。基岩埋深一般4～8km，地史中较稳定，沉积盖层厚度较薄，褶皱平缓带。盆地东南和西北侧为弱磁场区，组成基底的岩石是浅变质沉积岩，属柔性基底，是褶皱带。基岩埋深8～11km，沉积盖层厚度较大，褶皱较强烈。 1.2区域构造特征 四川盆地的发生、发展，形成菱形边框和不同组系、不同方向的褶皱构造，大体可以追溯到8.5×108年的地史发展过程，是受基底、周边古陆、深大断裂以及地应力作

页岩气国内外研究现状

页岩气国内外研究现状 一、页岩气的定义 关于页岩气的定义，Curtis 认为页岩气可以是储存在天然裂隙和颗粒间孔隙中的游离气，也可以是干酪根和页岩颗粒表面的吸附气或者是干酪根和沥青质中的溶解气。中国地质大学张金川教授给出的定义是：主体位于暗色泥页岩或者高碳泥页岩中，以吸附和游离状态为主要存在方式的地层中的天然气聚集。 二、页岩气资源的地质特征 2.1 多相态存在于致密页岩中 页岩气是以有游离、吸附和溶解状态存在于暗色泥页岩中的天然气，其赋存形式具有多样性，但以游离态和吸附态为主，溶解态仅少量存在。从美国的情况看，游离气在20%~80%之间，吸附气在80%~20%之间，范围很宽，其中部分页岩气含少量溶解气。游离气主要存在于粒间空隙和天然裂隙中，吸附气则存在于基质表面。随着页岩气研究的不断深入，学者们开始认为吸附态页岩气至少占到总储量的一半。天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离，如图1 所示，当吸附在基质表面的气量达到饱和后，富余的气体会解析进入基质孔隙，然后随着天然气的产出，裂隙内压力降低，基质内气体进入裂隙聚集后流出。 2.2 源岩层系 页岩系统包括富有机质页岩，富有机质页岩与粉砂岩、细砂岩夹层，粉砂岩、细砂岩夹富有机质页岩；页岩气形成于富有机质页岩，储存于富有机质页岩或一套与之密切相关的连续页岩组合中，不同盆地页岩气层组合类型不相同。即页岩气为源岩层系天然气聚集的一种，为天然气生成后，未排出源岩层系，滞留在源岩层系中形成的。源岩层系油气聚集除页岩气外，还包括煤层气、页岩油和油页

岩。 2.3 页岩气为连续型油气聚集 Curtis对页岩气（Shale gas）进行了界定，并认为页岩气在本质上就是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合，它具有普遍的地层饱含气性、隐蔽聚集机理、多种岩性封闭和相对很短的运移距离，它可以在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在，在干酪根和粘土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。即页岩气为连续型气藏（图1）。 2.4 页岩气为源岩层系油气聚集 在页岩气藏中，天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，甚至砂岩地层中，为天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果，表现为典型的“原地”成藏模式。从某种意义来说，页岩气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果。 中国页岩气藏与北美地区相比较有以下特殊性：( 1) 海相页岩热演化程度较高(Ro值为2. 5%～5. 0% ) 、构造活动较强，需寻找保存有利的地区，避开露头和断裂破坏区：( 2) 陆相页岩热演化程度较低、分布非均质性较强：( 3) 地面多山地、丘陵等复杂地表，埋藏较深(5000～7000m) 。所以在勘探开发过程要有针对性地采取合理措施开发我国页岩气。张金川等学者认为页岩气成藏模式介于煤层气和根缘气之间，表现为过渡特征，并将我国页岩气资源富集类型分为：南方型、北方型和西北型。

页岩气成藏地质条件分析

页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集为典型的“原地”成藏模式，页岩气大部分吸附在有机质和粘土矿物表面，与煤层气相似，另一部分以游离状态储集在基质孔隙和裂缝孔隙中，与常规储层相似。页岩气藏按其天然气成因可分为两种主要类型：热成因型和生物成因型，此外还有上述两种类型的混合成因型。北美地区是全球唯一实现页岩气商业开发的地区。目前北美地区已发现页岩气盆地近３０个，发现Ｂａｒｎｅｔｔ等６套高产页岩。２００８年，北美地区的页岩气产量约占北美地区天然气总产量的１３％。至２００８年底，美国页岩气井超过４．２万口；页岩气年产量６００亿方以上，约占美国当年天然气总产量的１０％。目前，美国已发现页岩气可采储量约７．４７万亿方。ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ盆地密西西比系Ｂａｒｎｅｔｔ页岩气藏的成功开采掀起了全球开采页岩气的热潮。美国涉足页岩气的油气公司已从２００５年２３家增至２００８年６０多家；欧洲石油公司纷纷介入美国的页岩气勘探开发。页岩气作为一种非常规油气藏在国内也逐步受到关注。页岩气藏形成的主体是富有机质页岩，它主要形成于盆地相、大陆斜坡、台地凹陷等水体相对稳定的海洋环境和深湖相、较深湖相以及部分浅湖相带的陆相湖盆沉积体系，如ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ盆地Ｂａｒｎｅｔｔ组沉积于深水（１２０￣２１５ｍ）前陆盆地，具有低于风暴浪基面和低氧带（ＯＭＺ）的缺氧厌氧特征，沉积营力基本上通过浊流、泥石流、密度流等悬浮机制完成，属于静水深斜坡盆地相。生物成因气的富集环境不同于热成因型页岩气。富含有机质的浅海地带，寒冷气候下盐度较低、水深较大的极地海域，以及大陆干旱－半干旱的咸水湖泊都是生物成因气形成的有利沉积环境；而缺氧和少硫酸盐是生物气大量生成的生化环境。在陆相环境中，由于淡水湖相盐度低，缺乏硫酸盐类矿物，甲烷在靠近地表不深的地带即可形成。但由于埋得太浅，大部分散失或被氧化，不易形成气藏。只有在半咸水湖和咸水湖，特别是碱性咸水湖中，可以抑制甲烷菌过早地大量繁殖，同时也有利于有机质的保存。埋藏到一定深度后，有机质分解，使ＰＨ值降低到６．５￣７．５范围时，产甲烷的细菌才能大量繁殖。这时形成的甲烷就比较容易保存，并能在一个条件下聚集成气藏。（１）热成熟度（Ｒｏ）。美国五大页岩气系统的页岩气的类型较多，既有生物气、未熟－低熟气、热解气，又有原油、沥青裂解气据（Ｃｕｒｔｉｓ，２００２），这些类型的天然气形成的成熟度范围较宽，可以从０．４００％变化到２．０％，页岩气的生成贯穿于有机质生烃的整个过程。不同类型的有机质在不同演化阶段生气量不同，页岩中只要有烃类气体生成（Ｒ＞０．４％），就有可能在页岩中聚集起来形成气藏。 生物成因气一般形成于成熟度较差的岩层中。密执安盆地Ａｎｔｒｉｍ生物成因型页岩的Ｒ仅为０．４％￣０．６％，未进入生气窗，页岩Ｒｏ越高，ＴＯＣ越低，越不利于生物气的形成。而福特沃斯盆地Ｂａｒｎｅｔｔ页岩热成因型气藏的页岩处于成熟度大于１．１％的气窗内，Ｒｏ值越高越有利于天然气的生成。所以热成熟度不是判断页岩生烃能力的唯一标准。 （２）有机碳含量（ＴＯＣ）。有机碳含量是评价页岩气藏的一个重要指标，多数盆地研究发现页岩中有机碳的含量与页岩产气率之间有良好的线性关系，原因有两方面：①是因为有机碳是页岩生气的 物质基础，决定页岩的生烃能力，②是因为它决定了页岩的吸附气大小，并且是页岩孔隙空间增加的重要因素之一，决定页岩新增游离气的能力。如Ａｎｔｒｉｍ黑色页岩页岩气以吸附气为主（７０％以上），含气量１．４１５￣２．８３ｍ／ｔ，高低与有机碳含量呈现良好的正相关性。Ｒｏｓｓ等的实验结果表明，有机碳与甲烷吸附能力具有一定关系，但相关系数较低（Ｒ２＝０．３９）。他认为在这个地区有机碳与吸附气量关系还可能受其他多种因素的影响，如粘土成分及含量、有机质热成熟度等。（１）矿物成分。页岩中的矿物成分主要是粘土矿物、陆源碎屑（石英、长石等）以及其他矿物（碳酸盐岩、黄铁矿和硫酸盐等），由于矿物结构、力学性质的不同，所以矿物的相对含量会直接影响页岩的岩石力学性质、物性、对气体的吸附能力以及页岩气的产能。粘土矿物为层状硅酸盐，由于Ｓｉ－Ｏ四面体排列方式，决定了它电荷丰富、表面积大，因此对天然气有较强的吸附能力，并且不同的粘土矿物对天然气的吸附能力也不同，蒙皂石吸附能力最强，高岭石、绿泥石次之，伊利石最弱。石英则增强了岩石的脆性，增强了岩石的造缝能力，也是水力压裂成功的保证。Ｎｅｌｓｏｎ认为除石英之外，长石和白云石也是黑色页岩段中的易脆组分。但石英和碳酸盐矿物含量的增加，将降低页岩的孔隙，使游离气的储集空间减少，特别是方解石的胶结作用，将进一步减少孔隙，因此在判断矿物成分对页岩气藏的影响时，应综合考虑各种成分对储层的影响。 （２）储集空间。页岩气除吸附气吸附在有机质和粘土矿物表面外，游离气则主要储集在页岩基质孔隙和裂缝等空间中。虽然页岩为超致密储层，孔隙度和渗透率极低，但是在孔隙度相对较高的区带，页岩气资源潜力仍然很大，经济可采性高，特别是吸附气含量非常低的情况下。页岩中孔隙包括原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙系统由微孔隙组成，内表面积较大。在微孔隙中拥有许多潜在的吸附地方，可储存大量气体。裂缝则沟通页岩中的孔隙，页岩层中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解析，增强岩层渗透能力，扩大泄油面积，提高采收率。一般来说，裂缝较发育的气藏，其品质也较好。美国东部地区产气量高的井，都处在裂缝发育带内，而裂缝不发育地区的井，则产量低或不产气，说明天然气生产与裂缝密切相关。实际上，裂缝一方面可以为页岩中天然气的运移提供通道和储集空间，增加储层的渗透性；另一方面裂缝也可以导致天然气的散失和水窜。 （３）储集物性。页岩的物性对产量有重要影响。在常规储层研究中，孔隙度和渗透率是储层特征研究中最重要的两个参数，这对于页岩气藏同样适用。据美国含气页岩统计，页岩岩心孔隙度小于４％￣６．５％（测井孔隙度４％￣１２％），平均５．２％；渗透率一般为 （０．００１￣２）×１０μｍ，平均４０．９×１０μｍ。页岩中也可以有很大的孔隙度，并且有大量的油气储存在这些孔隙中，如阿巴拉契亚盆地的Ｏｈｉｏ页岩和密歇根盆地的Ａｎｔｒｉｍ页岩，孔隙度平均为５％￣６％，局部可高达１５％，游离气可以充满孔隙中的５０％。页岩的基质渗透率很低，但在裂缝发育带，渗透率大幅度增加，如在断裂带或裂缝发育带，页岩储层的孔隙度可达１１％，渗透率达２×１０μｍ。页岩气藏是自生自储型气藏，从某种意义来说，页气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果，烃源岩中天然气向常规储层初次运移的通道为裂缝、断层等，所以连通烃源岩和常规［１］［２］［３］ ［４］［５］ ［６］［７］３－３２ －６２－３２１ 沉积环境 ２ 生烃条件 ３ 储集条件 ４ 保存条件 ｏｏ岩（转１２９页） 页岩气成藏地质条件分析 黄菲 王保全 ① ② （中法渤海地质服务有限公司 ②中海石油＜中国＞有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院） ①摘要关键词页岩气藏为自生自储型气藏，它的生烃条件、储集条件、保存条件相互影响，息息相关，热成熟度和有机碳含量控制页岩的生气能力，而有机碳含量还影响页岩的储集性，是增加页岩孔隙空间的重要因素；页岩气藏储层致密，孔隙度和渗透率极低，裂缝的存在会提高储层的渗透率，矿物成分影响其储集性能，其中粘土矿物有利于增加微孔隙，并且增加岩石对天然气的吸附能力，而石英和白云石脆性较大，则有利于增加储层中的裂缝，并且对水力压裂造缝有利；页岩气藏对保存条件的要求较低。 页岩气有机碳含量热成熟度储集条件保存条件

四川盆地油气地质特征

中国地质大学（武汉）资源学院 本科生课程（设计）报告 课程名称油气勘查与评价学时： 64课时 题目：四川盆地油气资源评价 学生姓名：学生学号： 专业：资源勘查工程（油气方向）班级： 任课老师：完成日期： 2014年3月4日 报告评语： 成绩：评阅人签名：日期： 备注：1、无评阅人评语和签名成绩无效； 2、必须用红色签字笔或圆珠笔批阅，用铅笔批阅无效； 3、正文应该有批阅标示内容； 4、建议用A4纸张打印；批阅报告及时交系办存档；

四川盆地油气地质特征 四川盆地位于四川省东部及重庆市，为一具有明显菱形边框的构造盆地，同时也是四周高山环抱的地形盆地，其范围介于北纬28°～32°40′，东经102°30′～110°之间，面积约18×104km2。四川是世界上最早发现和利用天然气的地方。从汉代“临邛火井”的出现，到隋朝（616年）“火井县”命名；从凿井求盐到自流井气田“竹筒井”·“盆”·“笕”钻采输技术的发展，都无不例外的证明四川天然气的开采源远流长。但是，四川天然气的发展，经历了近代被欺凌的衰落，直到20 世纪中叶，古老的中国重新崛起，伴随工业化的进程，才得到真正的发展。截止2004 年，经过半个多世纪的勘探，全盆地已经探明114 个气田，14 个油田，获得天然气地质探明＋控制＋预测储量约15000×108m3，3 级储量之和约占2002 年盆地资源评价总量的1/4。伴随新区、新层、新领域的勘探发现，盆地的总资源量还将继续增长，为川、渝天然气能源发展锦上添花。 1.构造特征 四川盆地属扬子准地台西北隅的一个次级构造单元，是古生代克拉通盆地与中新生代前陆盆地的复合型盆地。从晋宁运动前震旦系基地褶皱回返，使扬子板块从地槽转向地台发展，直到喜山运动盆地定型，共经历了9 期构造运动，但对盆地构造、沉积地层发展演化有明显影响的有4 期：一是加里东期，形成加里东期乐山～龙女寺古隆起；二是东吴期，拉张断裂活动，引发玄武岩喷发（峨嵋山玄武岩厚达1500m）；三是印支期，形成印支期泸州、开江、天井山古隆起，且具盆地雏形；四是喜山期，盆地全面褶皱定型。纵观盆地的发展，受欧亚、太平洋、印度板块活动的影响，盆地应力场的变化经历了古生代拉张为主，中生代三叠纪反转（由拉张向挤压过渡），中生代侏罗纪以来的挤压过程。这一拉张－过渡反转－压挤的地应力场，控制了油气生成、运移、聚集、保存与破坏以及晚期成藏的全过程，尤其对复合型盆地更为明显。 1.1基底特征 四川盆地的基底岩系为中新元古界，其结构具3 分性。盆地中部的磁场特征显示为一宽缓的正异常区，多为中性及中基性岩浆岩组成的杂岩体，变质程度深，硬化强度大，构成盆地中部刚硬基底隆起带。基岩埋深一般4～8km，地史中较稳定，沉积盖层厚度较薄，褶皱平缓带。盆地东南和西北侧为弱磁场区，组成基底的岩石是浅变质沉积岩，属柔性基底，是褶皱带。基岩埋深8～11km，沉积盖层厚度较大，褶皱较强烈。 1.2区域构造特征 四川盆地的发生、发展，形成菱形边框和不同组系、不同方向的褶皱构造，大体可以追溯到8.5×108年的地史发展过程，是受基底、周边古陆、深大断裂以及地应力作用方式等诸种因素相互作用的综合反映，也是多次构造旋回叠加的产物，使盖层褶皱出现形式多样，交织复杂化的局面。 1.2.1褶皱构造的展布特点 盆地内最早形成的褶皱构造可上溯到印支期，但范围仅局限于川西龙门山前，如矿山梁～天井山～海棠铺等北东向背斜构造。整个盆地的现今构造主要形成于喜山期，包括震旦系在内的全部沉积盖层都被卷入，出现了众多成群成带分布的褶皱构造。 1）川东南坳褶区 系指华蓥山以东的川东与川南区，包括川东高陡构造带和川南低陡构造带，是盆地内褶皱最强烈的地区。一般陡翼倾角＞45°，甚至直立倒转。高、低陡构造之分，在于构造核心出露地层的新老，前者出露中下三叠统及其以老地层，后者出露上三叠统及其以新地层。构造线走向主要由北东向高陡构造带和断裂带组成的隔挡式褶皱，背斜紧凑，向斜宽缓，成排成带平行排列。北部受大巴山弧的的影响向东弯曲，局部呈近东西向；南部逐渐低倾呈帚状撒开，除北东向为主外，还有受边界条件干扰的南北向、东西向等多组构造线。