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目前,我国页岩气商业开发主要集中在四川盆地下志留统龙马溪组页岩。四川盆地以外的海相页岩经历了强烈的构造改造,埋藏深度相对较浅(一般小于1500 m),普遍认为页岩气保存条件差,原地气量低。然而,最新勘探实践表明古生界海相浅层页岩气也具有较好的勘探潜力。鉴于此,本论文针对四川盆地外围黔北地区两口科探井(XK2井和XK3井)的浅层龙马溪组页岩,系统开展了有机地球化学和矿物组成、储集物性、含水性、甲烷高压吸附与原地气量测试等工作,评价了页岩的含气性。在此基础上,讨论了页岩TOC含量、矿物组成、孔隙度、孔隙结构、含水性以及保存条件对不同赋存形式页岩气的影响,明确了研究区浅层龙马溪组页岩含气性的主控因素。本论文取得的主要认识如下:(1)黔北地区浅层龙马溪组页岩的总有机碳(TOC)含量介于0.94-8.04%,平均值约4.22%;页岩处于过成熟阶段,其等效镜质体反射率(EqRo)值介于2.95-3.19%,平均值为3.08%;页岩矿物主要由石英和粘土矿物组成。页岩有机孔和无机孔均较为发育,孔隙类型主要包括有机质粒内孔隙、矿物粒内孔隙、矿物粒间孔隙、微裂缝;总孔隙度介于3.03-5.50%,平均值约4.33%,TOC含量是研究区龙马溪组页岩孔隙度变化的主控因素。(2)页岩原生水含量介于5.01-12.38 mg/g,平均值为7.59 mg/g;含水饱和度介于27-84%,平均值约46%。原生水主要受粘土矿物含量的控制,页岩无机孔隙平均赋存了近80%的原生水。页岩原生水主要赋存于小于10 nm的介孔和0.4-0.6 nm的微孔中,显著降低了页岩无机质的非微孔BET表面积。因此,粘土矿物是所研究样品含水特征的主控因素。(3)浅层龙马溪组页岩原地气量较高(介于0.83-3.81 m~3/t,平均约2.08m~3/t),且以吸附气为主(平均比例约76%),解吸气为典型的干气。与四川盆地龙马溪组页岩相比,研究区浅层龙马溪组页岩达到页岩气富集区标准(2 m~3/t)所需要的TOC含量更高,一般在4%以上。(4)与干燥页岩相比,原生水明显降低了页岩的吸附气量(平均约40%);含水页岩的过剩吸附气实测值与实际值具有更好的可比性,但是二者之间的差异受高压吸附实验温度和页岩原地气量测试过程中损失气的影响。(5)TOC含量与页岩的总气量、吸附气量和游离气量均具有明确的线性正相关性;页岩孔隙度和孔隙结构(非微孔BET比表面积和微孔体积)直接影响页岩含气性。而TOC含量控制页岩的总孔隙度、孔隙结构和吸附性能,进而影响页岩含气性;有机孔隙平均储集了76%的吸附气和90%的游离气。石英抗压实能力强,有利于页岩游离气的赋存,但对吸附气影响不大;页岩原生水主要降低了粘土矿物的吸附能力,导致粘土矿物对页岩含气性的贡献有限,进而降低了页岩的吸附气量和总气量。因此TOC含量是研究区浅层龙马溪组页岩含气性的主控因素。(6)综合分析认为,四川盆地外围浅层页岩气勘探应优选具备高TOC含量(大于4%)、高硅质矿物含量、低粘土矿物含量,同时远离大断裂、具备良好封盖层等相对有利的区域。上述研究成果为我国南方地区浅层龙马溪组页岩的下一步勘探开发具有重要的参考价值。