摘要
中国四川盆地南部五峰—龙马溪组页岩气藏中普遍存在超压现象，但页岩超压起源、裂缝形成机理及二者与成藏过程的匹配关系尚不明确。本文以川南地区上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组页岩裂缝充填的石英脉和方解石脉为研究对象，综合运用矿物学、地球物理测井、同位素地球化学和流体包裹体分析，开展页岩超压起源及演化研究，阐述页岩裂缝形成机理，揭示成脉古流体来源及流体环境，从而明确页岩气层古温压和流体环境对页岩气富集与保存条件的影响。 研究结果表明，液态烃热裂解产生大量天然气是五峰—龙马溪组页岩形成并长期保持超压的主要原因；孔隙压力达到页岩破裂极限形成多期次裂缝有助于页岩气富集；五峰—龙马溪组页岩在垂向上构成一个相对封闭的流体环境，尤其是五峰组和龙一段之间，成为页岩气聚集成藏的良好保存条件；后期的构造抬升和剥蚀作用使页岩超压和压力系数降低，但未从根本上改变页岩超压环境。具体证据如下：（1）测井声波速度与密度交会图显示五峰—龙马溪组页岩在变化较小的密度区间中，声波速度更趋向于低值，表现出生烃产气的页岩超压形成机制；（2）页岩裂缝脉体中发现大量甲烷包裹体，流体包裹体捕获压力约为124.66~173.30MPa，压力系数为1.82~2.67；（3）裂缝岩相学观察发现多期次脉体存在，流体包裹体显微测温结果显示脉体沉淀时间与页岩产气期基本重叠；（4）裂缝脉体与其围岩的地球化学组成对比分析，发现五峰—龙马溪组页岩在垂向上构成一个相对封闭的流体环境，且裂缝开启—愈合过程发生在产气阶段中；（5）对比现今页岩气藏地质数据，地层压力为77.18~90.41MPa，压力系数为1.75~2.28，发现研究区页岩超压环境从最初形成后，一直维持至今，页岩超压演化模型证明构造抬升和剥蚀作用并没有破坏页岩超压环境，孔隙和裂缝中赋存的大部分游离气是维持页岩超压的关键。川南地区五峰—龙马溪组页岩气成藏过程中形成的大量裂缝为页岩气富集提供了储集空间，页岩产气阶段形成的超压环境和封闭的流体环境为天然气聚集成藏提供了良好保存条件，形成如今具有巨大勘探潜力的川南地区页岩气藏。
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