地球化学特征和沉积环境上二叠系龙潭煤系列的页岩在贵州西部,南部中国

文摘

中国marine-continental过渡相页岩气资源丰富的页岩气资源约19.8万亿立方米,而这些页岩气资源的勘探和开发仍处于初级阶段。上二叠系龙潭煤系列页岩是最重要的一个过渡页岩长江平台,中国。在这项研究中,使用矿物学和有机地球化学的综合方法讨论有机物的特点和沉积环境的龙潭煤系列页岩在贵州西部、华南。结果表明,(1)的总有机碳(TOC)含量页岩范围在0.6% - -28.21%,主要集中在3% - -12%,表明烃源岩的“好”,和它的镜质体反射率( )范围从1.48%到2.93%,表明high-overmature有机物;(2)页岩中的有机质multiorigin,和他们中的大多数来自陆地高等植物,其余的则来自浮游生物;(3)指数(TI)有机质类型从-65年到41,表明大部分的干酪根二世₁第三类型;和(4)页岩的沉积环境是由suboxic-anoxic淡水环境,它提供了一个有利的条件,有机质的保存。此外,温暖和潮湿的气候在二叠纪末期在长江平台促进植物的生长,因此,龙潭煤炭系列页岩富含有机质和页岩气勘探和开发潜力很大。

1。介绍

页岩气已成为中国天然气产量增长的一个重要组成部分(1,2]。2020年,中国取得了页岩气的生产 ,它主要是由四个主要页岩气田(Jiaoshiba,长宁,倾心,昭通页岩气田)(2]。然而,页岩气在中国的商业发展有限公司在四川盆地海相地层及其外围。marine-continental过渡相页岩气的勘探和开发没有取得了很大的进步和仍在早期评价阶段3]。大规模marine-continental过渡相页岩气资源丰富上石炭系山西太原和较低的二叠纪地层在鄂尔多斯,沁水,华北南部、渤海湾盆地上二叠系龙潭形成长江平台。龙潭形成丰富的页岩气资源,占总数的四分之一中国页岩气资源,和有很大潜力的油气勘探和开发4,5]。

marine-continental过渡相页岩气发展三角洲河口,堰洲岛,潮滩、礁湖,和其他环境。在泻湖相富含有机物页岩更常见,其沉积模型屏障island-lagoon沉积模式。受到陆源碎屑物质和海平面变化,富含有机物煤炭和致密砂岩和页岩经常设置横向变化,高有机质丰度和复杂的有机物质成分(包括干酪根类型I, II型,和类型III) (3,5- - - - - -9]。这些特征提供一个有利的生烃物质基础和保存条件marine-continental过渡页岩气,但是增加的难度研究有机质富集机理和沉积环境的这种页岩。

龙滩煤矿系列贵州省页岩是一种重要的过渡细粒岩石在长江平台,富含有机质,可采页岩气资源 (8,10- - - - - -13]。受风化的产物Kangdian古老的土地和海水入侵,几乎没有研究有机质的赋存特征和来源本系列煤页岩,这限制了页岩气的勘探和开发过程。

在这项研究中,有机物质来源和沉积环境的龙潭煤炭系列页岩在贵州省西南部研究结合有机地球化学和矿物岩石学的分析方法,从而为勘探和开发提供理论参考的页岩气资源。

2。地质背景

贵州省位于东南部的长江上游块,增加土地的尽头中二迭世和有经验的长期剥蚀。在二叠纪末期,地下室沉降和再次发生海水入侵,导致大陆的含煤系列,marine-continental过渡相,和海洋相(14]。因为Kangdian断裂带恢复中间二叠纪末,Kangdian古老的土地上升产生更高的西部和东部低的古地理格局在长江上游的平台。因此,Kangdian古老的土地是主要的陆源供给平台在长江上游地区二叠纪末煤堆积期间(14,15]。同时,从东部和东南部海水侵入,导致上层平台二叠纪煤系地层在长江上游受大陆输入和海水,和沉积系统,如古代土地(剥蚀区)、冲积平原河流,三角洲,潮汐flat-lagoon,碳酸盐岩台地、深水盆地分布在从西向东(图1)[12,16,17]。龙潭的形成是最重要的含煤地层上二叠纪,属于marine-continental过渡相。宣威形成、Wujiaping形成和龙潭形成沉积在同一时间(图2)。与龙潭形成,宣威形成属于大陆沉积物和Wujiaping形成主要是海洋沉积物。宣威和Wujiaping地层的含煤性质明显低于龙潭的形成。

3所示。样品和实验

3.1。样品收集

在这项研究中,81新鲜龙潭的核心样品煤系列收集贵州省页岩。其中,63年收集的样本W2 Pu -西安县(见图1W4), 18样本,织金县。

3.2。实验

页岩样品收集,实验对总有机碳(TOC)内容、镜质体反射率、有机显微组分和矿物成分、氯仿沥青“A”提取、组组件分离和饱和烃气相色谱分析-质谱法(gc - ms)进行。

总有机碳(TOC)含量分析了TL851-5A和碳硫分析仪。矿物成分分析在D / MAX2000 x射线衍射仪完成。氯仿沥青“A”提取和组组件分离实验遵循两个石油和天然气行业标准SY / T 5118 - 2005和SY / T 5119 - 1995)。

气相色谱分析-质谱法分析了安捷伦7890 gc - ms,载气是氦的纯度为99.99%。在这个分析中,条件设置为(1)喷油器温度为300°C,和色谱柱是一个 HP-5MS弹性石英毛细管柱;(2)初始温度是50°C, 3分钟后,加热到320°C 3°C /分钟的速度;(3)载气的流量是1毫升/分钟,持续20分钟。数据采集是multi-ion检测的方法。

除了上面的样品和实验中,本文也整理的初步分析结果龙潭煤的有机地球化学参数系列页岩,贵州省,包括W1, W3, W5(数字1和3),探讨了有机物质来源和沉积环境的龙潭煤系列页岩结合本研究的实验结果。

4所示。结果与讨论

4.1。有机地球化学特征

以下4.4.1。类型的有机物质

根据形态学的有机质与矿物质及其接触关系,发生系列龙潭煤的有机质页岩可分为四种类型,并联合有机物质,大量的有机物质,分散有机质,interwrapped有机物(图4)。有机质的来源在烃源岩干酪根类型密切相关。I型干酪根主要来自较低的浮游生物,藻类和真菌等,而III型干酪根主要来自陆地高等植物。II型干酪根是一个混合的降低浮游生物和高等植物来源。干酪根类型指数,如TI指数,是一个重要的烃源岩干酪根类型的判断方法。 表明I型干酪根, 是II型的主角吗₁干酪根,TI 0-40 II型指示值范围₂干酪根,和III型干酪根通常TI值小于0 (18]。的TI值龙滩煤矿系列页岩样品从41到65(32-39为W4 W2井和41 - 65,图3),表明二世₂三世干酪根是主要的有机质页岩的组件。

4.1.2。丰富的有机物质

有机质是烃源岩的生烃物质基础,及其丰度是一个关键因素确定烃源岩的生烃能力。地球化学指标评估大量的有机物主要包括TOC含量、氯仿沥青“A”,生烃潜力( ),和总碳氢化合物(19]。在这些指标中,氯仿沥青“A”,生烃潜力,碳氢化合物总量可以有效地反映原始生烃能力低成熟烃源岩的演化阶段。随着热演化程度的增加,连续生烃和驱逐,有机碳的质量分数保持在high-overmature烃源岩演化阶段很低。因此,很难准确、客观地评价原始生烃能力high-overmature烃源岩的生烃潜力和碳氢化合物总量(19,20.]。相比之下,TOC含量在热成熟和高稳定性可以有效地反映high-overmatured烃源岩的有机质丰度(18]。龙滩煤矿系列贵州省页岩上二叠纪一般high-overmature [12]。在这项研究中,TOC含量作为关键参数评估页岩的有机质丰度,加上氯仿沥青“a”,生烃潜力,总烃。

页岩样品W2的TOC含量(Pu -西安县)范围在0.61% - -12%,平均为3.34%,-17.24%和1.12%(平均5.34%)在这些样本W4(织金县)(图3)。先前的研究认为煤炭系列页岩的TOC含量W1,杏仁,范围从0.6%到11.72%,平均为3.43% (12),和TOC含量煤系列页岩在W3,水城县、高达2.18% - -28.21% (averaging7.7%) [7]。W5的TOC含量煤页岩Qianxi县在1.29%和14.8%之间,平均为5.27% (10]。上述结果表明,煤在龙潭TOC系列贵州省页岩是相对较高的,这页岩属于“好”或“优秀”表明烃源岩有机质丰度评价标准的煤炭系列的页岩(21)(图5)。

页岩样品的总烃含量在这个研究范围从32.79%到47.37%,这表明它是一个很好的烃源岩。然而,氯仿沥青“A”的内容在这些样本在0.0014%和0.0084%之间,平均为0.00368%,远低于煤的生烃潜力极限系列烃源岩(0.15%)。根据总烃含量,龙潭煤炭系列页岩研究属于nonhydrocarbon烃源岩。生烃潜力的范围是0.1097 - -2.7018毫克/克,这意味着大多数的页岩样品在这个研究属于劣质的烃源岩,和一些nonsource岩石。的原因氯仿沥青“A”含量低和生烃潜力龙潭形成煤系列页岩是页岩热演化程度高,通常达到high-overmature演化阶段(12]。在这个阶段,大量的液态碳氢化合物裂缝生成气态的碳氢化合物,然后导致减少生烃潜力。

考虑到稳定的TOC含量高,龙潭煤系列贵州省页岩主要分为“好”和“优秀”根据TOC内容源岩。此外,TOC含量有很好的正相关与生烃潜力(图5(一个)),这表明TOC含量越高,生烃潜力就越大。

4.1.3。有机热成熟度

镜质体反射率( )和生物标记化合物是重要的烃源岩的热演化,指标和有机质的成熟度页岩气在龙潭形成煤系列分析了页岩在这项研究基于这些索引。

的值在2.26% - -2.58%(图2的范围3),平均2.41%,W4值从1.46%到2.52%,平均1.89%。这些结果表明,龙潭形成煤炭系列贵州省页岩high-overmature进化阶段。以前的研究也表明,这种页岩high-overmature演化阶段,等值的杏仁W1 1.92% - -2.93% (11,12),范围在1.48% - -1.84%的水城W3 [8),1.89% - -2.74%的Qianxi W5好(10]。基于先前的研究和实验结果,可以推测,在龙潭(1)页岩气形成煤系列贵州省页岩high-overmature演化阶段;(2)有机质的成熟度Pu 'an-Qinglong-Zhenfeng-Xingyi是最高的区域,这基本上是在overmaturity的进化阶段( )。Weining-Panxian-Zhijin-Nayong区中的有机物主要是高成熟度( ),和有些成熟12]。

奇偶优势(OEP)的饱和烃龙潭形成煤系列页岩范围从0.82到1.21(平均1.04),甚至碳数优势不明显。碳偏好指数(CPI)范围从1.12到1.51,平均为1.26,表明烃源岩(图都进入了成熟阶段6(一))。相比之下, ,一些生物标记化合物(表1)反映的成熟度龙潭形成煤系列页岩样品低。例如,甾萜类化合物 和 在样本范围0.27 - -0.42(平均0.37)和0.22 - -0.38(平均0.31),分别是明显高于热演化生烃门限,没有达到平衡。这个结果表明,有机质的成熟阶段。的 比率的范围从0.4到0.69,平均为0.5,和内容 范围在0.57 - -0.62(平均0.59)表明,有机质演化程度的龙潭形成煤系列页岩生烃的高峰阶段。生物标志化合物指数大大受成熟度的影响。上述指标有精度高有机质的成熟阶段,这个精度降低时有机物进入high-overmature阶段(19,20.,22,23]。因此,基于 ,结合CPI-OEP图来判断有机质的成熟度在这项研究中,结果表明,龙潭形成煤炭系列页岩high-overmature阶段。

4.2。有机质来源

根据生物标记数据,正烷烃的含量和分布具有重要意义,揭示了有机质的来源。正烷烃的特点在龙潭形成煤系列页岩样品包括(1)数控的碳数分布₁₄数控₃₅;(2)碳排放峰值主要分布在数控₁₅数控₁8(图7),其次是数控₂₄、数控₂₅,数控₂₁,表明样品中有机物的多个来源;(3)泥岩具有较高的数控_{21 -}/数控_{22 +},范围在0.5 - -8.4(平均2.72),这意味着轻质烃组件占据绝对优势;和(4) 在0.78和2.36之间(平均1.34)表明低碳优势。这些特征的综合反映,龙潭形成煤系列的有机质页岩有各种来源。

龙潭形成煤系列页岩样品含有丰富的萜类化合物。五环的常用药用是最富有的一个,其次是三环二萜和长链常用药用,四环的萜烯和伽马蜡烷成分(表1)。人们普遍认为,藿烷是来源于微生物细菌,和大量的淫羊藿也强烈相关细菌活动沉积时期。藿烷化合物的内容在本研究样本相对较高,和C_30.藿烷是主导的。辛烷检测从C_31日- c₃₅,表明有机物质是由藻类等低等生物。三环生油岩主要来自原生动物的细胞膜或低水生生物如藻类、咸水环境密切相关。三环生油岩的丰富一些样品很低,和主要峰值位于C₁₅- c₁₈,反映出大量的有机物来自高等植物。高的三环生油岩中也发现一些样品,暗示一些有机物来自较低的水生生物。

系列中的主要甾萜类化合物检测到龙潭形成煤页岩样品常规甾萜类化合物C₂₇C₂₈C_29日和孕酮甾萜类化合物,也有少量的重排甾烷。的平均相对内容C₂₇C₂₈C_29日分别是37.98%、22.76%、和39.25%(表吗1)。高C_29日内容表明,有机质主要来源于陆生高等植物,和输入低水生生物相对较弱。定期甾萜类化合物的三角图C₂₇C₂₈C_29日的方法对有机质的母质类型进行分类,如图8(一个),龙潭形成煤系列页岩的有机质丰富,提供多种来源。

4.3。沉积环境

地球化学指标包括 ,类异戊二烯,类固醇是有效地用于揭示沉积环境。其中, 是一个很好的指标来区分不同的盐度在海洋和陆地水,和值越大,反应的高盐度的水。的 龙潭价值形成煤系列页岩范围从0.014到1.08(样品数量是36)(图3)[8]。大约77.78%的样本在淡水沉积 值小于0.38,只有少量的样品显示盐水。生物标志化合物含有少量孕烷和伽马蜡烷(图7),也表明龙潭形成煤系列页岩主要是淡水条件下沉积。这种淡水条件可能强劲的陆源输入的结果。

姥鲛烷和植烷的原始物质是叶绿醇,这是影响水oxidation-deoxidation条件和微生物的差异。一般来说,姥鲛烷表明氧化环境,植烷表明还原环境,所以姥鲛烷比植物(公关/ Ph值)可以作为指标来判断沉积环境的oxidation-deoxidation状态(24- - - - - -26]。 表示一个含氧环境和缺氧的环境,这一比例高于1含氧条件时出现。一般来说,这个比例接近1说明含氧交替环境和缺氧的环境18,24]。龙潭的公关/ Ph形成煤系列页岩范围从0.58到1.25(样品数是18),平均为0.865,表明水主要是在缺氧环境中氧含量波动沉积时期。Zhang et al .(2020)的结果(8)表明,龙潭形成煤系列页岩含硫量高,平均为3.73%,证明主要沉积在一个缺氧的水环境。基于先前的研究和实验结果在这项研究中,公关/数控之间的关系₁₇与Ph /数控₁₈用于判断沉积环境,这表明本系列煤页岩沉积subanoxic缺氧条件下。尤其是水体在水城县主要是一个缺氧的环境,而在Pu国安和织金县主要是缺氧和缺氧的环境。结合潮汐flat-lagoon沉积背景研究区二叠纪末的(13,27),龙潭的形成是由西方的起源Kangdian古老土地沉积时期,主要由粘土矿物和陆源碎屑石英,以及岩性包括硅质页岩、粘土质页岩,混合页岩(图8 (b))。其中,页岩W4粘土页岩、硅质页岩与样本很少碳酸盐矿物(平均1.33%)。页岩样品W2的碳酸盐矿物含量(平均15.27%)远高于W4。其原因可能是海水入侵的东南这一时期(图1)。此外,由于海水的影响大于W2在南方,碳酸盐矿物含量较高。因此,陆源碎屑的综合影响下注入和海侵,龙潭形成煤的有机质页岩系列来自陆地高等植物和海洋生物低,混合来源。在二叠纪末期,在长江上游平台在温暖潮湿古气候背景下,植物生长茂盛,提供丰富的原始有机质富集的物质基础(14,15,27]。这个块的suboxic-anoxic水环境保护有机物质(图提供了优越的条件9),导致大量的有机物质在本系列煤页岩(数字3,4,5),页岩气资源的巨大潜力。

5。结论

在这项研究中,通过组合方法的有机地球化学和矿物岩石学、沉积环境和有机质在起源上二叠系龙潭煤系列页岩在贵州西部进行了研究,并遵循公认的结论。(1)煤炭系列研究地区页岩有机质丰度高,TOC含量0.6% - -28.21%,其中大部分是“好”或“优秀”的烃源岩,有机质是在high-overmature演化阶段(值是1.48% - -2.93%)。的影响下,热演化程度高,氯仿沥青“A”和生烃潜力在本系列煤的有机质页岩都相对较低(2)有机显微分析结果的组件,如正烷烃、类异戊二烯,常规的甾萜类化合物,萜类化合物,表明煤系列页岩的有机质的龙潭贵州省形成有多个来源。这个页岩是陆生高等植物的主要来源,和干酪根页岩主要是二世₁iii型(3)的分析结果 ,类异戊二烯,类固醇表明,煤的沉积环境系列页岩在龙潭形成研究区是由suboxic-anoxic环境,它提供了更有利的条件,有机质的保存(4)在龙潭的沉积地层,温暖和潮湿的古气候背景导致生物体的蓬勃发展,提供了丰富的原始材料依据有机质的富集,再加上有利条件保留有机物质。龙潭的煤炭系列页岩地层的研究区域是富含有机质,它有一个页岩气勘探和开发潜力巨大

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是在经济上支持中国科技重大项目(批准号2016 zx05044003 - 007),中央大学的基础研究基金(批准号2021 cdjqy - 028),中国国家自然科学基金(批准号42002166和42002166),贵州省级地质勘查基金(批准号208 - 9912 - jbn uts0),和贵州省级基金项目(批准号。1065[2019]和[2020]1 y161)。

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