早志留世异质页岩中的最佳开采位置（即“甜点”）研究

《International Journal of Clinical and Health Psychology》：Sweet spot development in heterogeneous shales of early Silurian

甜点层识别与沉积-火山活动耦合机制研究。通过连续岩心样品多学科综合分析，建立 lamina-scale 甜点层识别标准，揭示早志留世页岩中沉积构造与火山活动的耦合控制作用。提出Class I型甜点层位于Longmaxi Formation下部的整合亚层，具备高有机质丰度（TOC＞4.0%）、优质储层物性（渗透率＞0.1mD）、良好压裂性及高原位气体含量（＞8mg/g）。研究证实沉积构造（薄层结构）与矿物组合（有机质页岩）共同构成甜点层主控因素，而火山活动通过改变沉积环境影响有机质富集与脆性矿物分布。

　　在当今能源需求不断增长的背景下，页岩气作为一种重要的非常规能源资源，其开发和利用日益受到关注。页岩气储层的复杂性和异质性对资源评估和高效开采提出了严峻挑战。特别是对于像早志留纪这样的地质时期，其储层特征受火山活动影响显著，进一步增加了研究的难度。因此，识别和分类页岩气储层中的“甜点”（sweet spot）成为确保能源安全和推动天然气资源经济开发的关键环节。甜点通常指那些在地质条件和工程参数上都具备良好开发潜力的层段，其特征包括高总有机碳（TOC）含量、优异的储层物性、良好的可压裂性以及较高的原位天然气含量。

本研究通过集成分析连续的钻孔岩心样品，重点探讨了早志留纪页岩气储层中“甜点”形成的机制。研究对象主要集中在四川盆地威远地区的长maxi组（Longmaxi Formation）中，该组作为志留纪-泥盆纪过渡期的代表性地层，其沉积环境和矿物组成对页岩气的富集和储层质量具有重要影响。通过对高分辨率的岩性、矿物学、岩石物理、地球化学以及原位天然气含量的综合分析，研究团队旨在揭示页岩气储层中“甜点”形成的微观机制，并建立基于层状结构异质性的识别标准。

在长maxi组的沉积过程中，火山活动对整个地层系统的演化产生了深远影响。早志留纪的火山活动不仅改变了当时的沉积环境，还对有机质的富集和储层的异质性起到了关键作用。火山喷发带来的大量火山灰沉积在页岩中，不仅增加了矿物成分的多样性，还可能对有机质的保存和转化产生重要影响。研究发现，长maxi组的下部地层主要由富含有机质的黑色页岩构成，沉积环境为深水台地，具备较高的有机质保存条件。而在上部地层，由于沉积环境的变化，页岩类型逐渐向含砂和黏土质页岩转变，有机质含量相应降低，储层质量也受到影响。

通过对长maxi组各亚层的详细分析，研究团队识别出多个具有不同储层质量的“甜点”类型。其中，Class I甜点位于长maxi组的下部，具体为“上长-1₁² + 长-1₁³”的综合亚层。这一层段的特征包括交替沉积的厚砂质层和薄泥质层，以及有机质丰富的混合页岩（ORMS）。Class I甜点在TOC含量、岩石物理和机械性能、纳米孔隙系统发育程度以及原位天然气含量方面均表现出最优的指标。这些特征表明，该层段具备极高的储层潜力，是理想的页岩气开采目标。

相比之下，Class II和Class III甜点分别位于长-1₁⁴亚层以及“长-1₁¹ + 上长-1₁²”的综合亚层。尽管这些层段也受到火山活动的影响，但其火山活动程度相对较低。Class II和Class III甜点在层状结构上与Class I相似，但其主要由有机质含量中等的硅质和混合页岩组成，因此储层质量和天然气含量略逊于Class I。然而，这些层段仍然具备一定的开发潜力，为页岩气资源的多层次开发提供了依据。

而在长maxi组的上部，即长-1₂和长-2亚层，未发现任何甜点。这些层段主要由厚层状的泥质页岩和有机质贫乏的黏土质页岩构成，沉积环境较为氧化，不利于有机质的保存和富集。同时，这些层段在岩石物理和机械性能方面表现较差，原位天然气含量较低，因此不具备商业开采的条件。这一发现进一步强调了火山活动在控制储层质量方面的重要性，以及层状结构和岩性组合对页岩气富集的关键作用。

通过本次研究，团队不仅明确了不同“甜点”类型与层状结构和岩性组合之间的关系，还揭示了火山活动如何影响这些层段的发育过程。研究结果表明，早志留纪页岩气储层的“甜点”识别必须结合层状结构的微细变化和岩性组合的多样性。此外，研究还提出了一套新的“甜点”识别标准，这些标准能够更精确地评估页岩气储层的开发潜力，并为后续的资源勘探和开发策略提供科学依据。

从技术角度来看，本研究采用了多种先进的分析方法，包括高分辨率的岩性、矿物学、岩石物理和地球化学分析，以及原位天然气含量的测定。这些方法的综合应用不仅提高了研究的精度，还为页岩气储层的多尺度特征研究提供了新的思路。例如，通过分析不同亚层的矿物组成，研究团队发现硅质和黏土质矿物在控制储层质量方面具有重要作用。硅质矿物通常与较高的孔隙度和渗透性相关，而黏土质矿物则可能影响储层的可压裂性和气体扩散能力。因此，矿物学特征的识别对于评估储层潜力至关重要。

在地球化学方面，研究团队发现TOC含量是衡量页岩气储层质量的重要指标。TOC含量较高的层段通常具有更高的有机质成熟度和气体生成潜力，这使得它们在开发过程中更具优势。此外，研究还揭示了不同亚层的TOC分布规律，为资源评估提供了更详细的依据。例如，Class I甜点的TOC含量显著高于其他层段，而Class II和Class III甜点则表现出中等水平的TOC含量，这表明它们的气体生成潜力和储层质量也处于中等水平。

从岩石物理的角度来看，研究团队评估了储层的孔隙度、渗透率和脆性等关键参数。这些参数不仅影响气体的储存和流动能力，还决定了储层在压裂过程中的响应特性。研究发现，Class I甜点的孔隙度和渗透率较高，且具有良好的脆性特征，这使其在压裂过程中更容易形成有效的裂缝网络，从而提高气体的采收率。相比之下，Class II和Class III甜点的岩石物理参数相对较低，但仍然具备一定的开发潜力。而长-1₂和长-2亚层的岩石物理性能较差，限制了其在开发中的应用。

在实际应用中，本研究的成果对页岩气资源的勘探和开发具有重要意义。首先，研究提出的“甜点”识别标准能够帮助地质学家更准确地划分储层的优劣区域，从而优化钻井和压裂作业的布局。其次，通过分析不同层段的储层特征，研究团队为页岩气资源的分类和分级提供了科学依据，有助于制定更合理的开发策略。此外，研究还强调了层状结构和岩性组合在控制储层质量中的关键作用，这为未来的研究提供了新的方向。

总体而言，本研究通过系统分析早志留纪长maxi组的沉积特征和储层性质，揭示了火山活动与有机质富集之间的复杂关系，以及层状结构和岩性组合对储层质量的决定性影响。这些发现不仅加深了对页岩气储层形成机制的理解，还为页岩气资源的高效开发提供了理论支持和技术指导。未来的研究可以进一步探讨不同地质时期火山活动对页岩气储层的影响，以及如何通过优化开发技术来提高低质量储层的开发效率。同时，结合更多的地质和地球物理数据，可以更全面地评估页岩气储层的潜力，从而推动非常规能源的可持续发展。