页岩气构造地质学研究.ppt
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1、页岩气构造地质学研究页岩气构造地质学研究中国地质大学(北京)中国地质大学(北京)报告人:陈昭年报告人:陈昭年 丁文龙丁文龙二二O一一年一月五日一一年一月五日内容提纲内容提纲一、页岩气构造研究意义及主要内容一、页岩气构造研究意义及主要内容二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景分析三、不同类型盆地页岩气藏特征三、不同类型盆地页岩气藏特征四、褶皱与断裂体系特征及形成演化四、褶皱与断裂体系特征及形成演化五、页岩气储层裂缝发育规律研究五、页岩气储层裂缝发育规律研究六、页岩气保存条件研究六、页岩气保存条件研究 二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气
2、形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景分析 1.1.研究富有机质页岩发育时期的大研究富有机质页岩发育时期的大地构造位置、古盆地类型和构造古地貌地构造位置、古盆地类型和构造古地貌(古地理)特征及其对页岩层发育的沉(古地理)特征及其对页岩层发育的沉积环境、岩性、厚度和分布的控制作用。积环境、岩性、厚度和分布的控制作用。2.2.分析在多期次构造运动和多种构分析在多期次构造运动和多种构造应力作用下,页岩发育地区的现今区造应力作用下,页岩发育地区的现今区域构造格架及其构造演化。域构造格架及其构造演化。二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景
3、分析二、页岩气形成的区域构造背景分析 页岩气的分布主要与原始沉积盆地所在的板块构造页岩气的分布主要与原始沉积盆地所在的板块构造位置有关,与后期的构造运动及逆冲断裂带活动有关。位置有关,与后期的构造运动及逆冲断裂带活动有关。前者控制了页岩的沉积和发育,后者控制了页岩的保前者控制了页岩的沉积和发育,后者控制了页岩的保存和分布。存和分布。纵观纵观北美产页岩气盆地北美产页岩气盆地分布的大地构造位置、盆地分布的大地构造位置、盆地类型和性质,页类型和性质,页岩气主要分布于岩气主要分布于阿巴拉契亚早古生代阿巴拉契亚早古生代逆冲褶皱带、马拉松逆冲褶皱带、马拉松-沃希托晚古生代逆冲褶皱带和沃希托晚古生代逆冲褶皱
4、带和科迪勒拉中生代逆冲褶皱带前缘的科迪勒拉中生代逆冲褶皱带前缘的前陆盆地前陆盆地及其相邻及其相邻地台之上的地台之上的克拉通盆地克拉通盆地。按时代可分为早古生代、晚古生代和中生代,分别发育在三个按时代可分为早古生代、晚古生代和中生代,分别发育在三个逆冲褶皱带的前缘。逆冲褶皱带的前缘。早古生代前陆盆地主要位于阿巴拉契亚褶皱带前缘,伴随造山带的隆起形成,早古生代前陆盆地主要位于阿巴拉契亚褶皱带前缘,伴随造山带的隆起形成,以以阿巴拉契亚盆地为代表。阿巴拉契亚盆地为代表。阿巴拉契亚褶皱带为加里东期北美板块和非洲板块碰撞形成的,阿巴拉契亚褶皱带为加里东期北美板块和非洲板块碰撞形成的,北东北东南西向展布,有
5、东倾的大逆掩断裂带为边界,造山带西侧为前陆盆地南西向展布,有东倾的大逆掩断裂带为边界,造山带西侧为前陆盆地。阿巴拉契亚盆地是早古生代发育起来的前陆盆地,主要有三次大的构造事件:阿巴拉契亚盆地是早古生代发育起来的前陆盆地,主要有三次大的构造事件:Taconic、Acadian和和Alleghanian构造运动。晚寒武世构造运动。晚寒武世早中奥陶世,为北美板块被动大陆边缘早中奥陶世,为北美板块被动大陆边缘的一部分,晚奥陶世,北美板块向古的一部分,晚奥陶世,北美板块向古Iapetus洋板块俯冲,导致洋板块俯冲,导致Taconic构造运动,形成构造运动,形成晚奥陶世前陆盆地;中晚泥盆世的陆晚奥陶世前陆
6、盆地;中晚泥盆世的陆-陆碰撞,导致陆碰撞,导致Acadian构造运动并形成泥盆纪前陆构造运动并形成泥盆纪前陆盆地;中石炭世的盆地;中石炭世的Alleghanian构造运动形成盆地现今的形态。构造运动形成盆地现今的形态。地层沉积在向东倾斜的地层沉积在向东倾斜的三期前陆盆地三期前陆盆地内,形成三套主要的沉积旋回,每一旋回底部内,形成三套主要的沉积旋回,每一旋回底部为碳质页岩、中部为碎屑岩、顶部为碳酸盐岩。沉积了奥陶系的为碳质页岩、中部为碎屑岩、顶部为碳酸盐岩。沉积了奥陶系的Utica页岩层、志留系的页岩层、志留系的Rochester Sodus/Williamson页岩层以及泥盆系的页岩层以及泥盆
7、系的Marcellus/Millboro、Geneseo、Rhinestreet、Dunkirk、Ohio页岩层,这些页岩均具有有机碳含量高、成熟度高、埋藏页岩层,这些页岩均具有有机碳含量高、成熟度高、埋藏浅等特点,且都发现了页岩气藏或页岩气显示。该盆地的浅等特点,且都发现了页岩气藏或页岩气显示。该盆地的Big Sandy页岩气田发现于页岩气田发现于1915年,储量年,储量963亿立方米,在亿立方米,在1921-1985年期间,该气田钻了一万多口页岩气井,生年期间,该气田钻了一万多口页岩气井,生产了超过产了超过708亿立方米的天然气。亿立方米的天然气。前陆盆地前陆盆地1.美国页岩气盆地分布大地
8、构造背景分析与盆地类型美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型Shale gas basin distribution law in America早古生代早古生代前陆盆地前陆盆地晚古生代晚古生代前陆盆地前陆盆地中生代中生代前陆盆地前陆盆地克拉通盆地克拉通盆地美国东部阿巴拉契亚盆地页岩气构造地质条件美国东部阿巴拉契亚盆地页岩气构造地质条件1.美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型Shale gas basin distribution law in America早古生代早古生代前陆盆地前陆盆地晚古生代晚古生代前陆盆地前陆盆地中生代中生代前
9、陆盆地前陆盆地克拉通盆地克拉通盆地 晚古生代前陆盆地晚古生代前陆盆地主要是马拉松主要是马拉松沃希托造山运动形成的,沃希托造山运动形成的,该造山运动是由泛古大陆变形引起的北美板块和南美板块碰撞形该造山运动是由泛古大陆变形引起的北美板块和南美板块碰撞形成的,沿着与拗拉槽有关的薄弱处发生下坳沉降形成弧后前陆盆成的,沿着与拗拉槽有关的薄弱处发生下坳沉降形成弧后前陆盆地,地,主要包括福特沃斯、黑勇士、阿科马、二叠等盆地主要包括福特沃斯、黑勇士、阿科马、二叠等盆地,马拉松,马拉松-沃希托逆冲带构成了这类盆地靠近逆冲带的边界。这些盆地均在沃希托逆冲带构成了这类盆地靠近逆冲带的边界。这些盆地均在泥盆系和密西西
10、比系黑色页岩中发现了页岩气藏或页岩气显示,泥盆系和密西西比系黑色页岩中发现了页岩气藏或页岩气显示,资源量很大,具有代表性的是福特沃斯盆地。资源量很大,具有代表性的是福特沃斯盆地。福特沃斯盆地福特沃斯盆地是一个边缘陡、向北加深的盆地,主要地层有寒是一个边缘陡、向北加深的盆地,主要地层有寒武系、奥陶系、密西西比系、宾夕法尼亚系、二叠系和白垩系。武系、奥陶系、密西西比系、宾夕法尼亚系、二叠系和白垩系。寒武纪寒武纪晚奥陶世为被动大陆边缘沉积,大部分为碳酸盐岩沉积,晚奥陶世为被动大陆边缘沉积,大部分为碳酸盐岩沉积,密西西比纪为前陆沉积,沉积了密西西比纪为前陆沉积,沉积了Barnett组页岩层和组页岩层和
11、Chappel组、组、Marble Fall组等灰岩层,宾夕法尼亚纪,为代表与沃希托构造前组等灰岩层,宾夕法尼亚纪,为代表与沃希托构造前缘推进有关的沉降过程和盆地充填。该盆地的缘推进有关的沉降过程和盆地充填。该盆地的Newark East气田气田的储量居全美天然气田第三,产量居全美天然气田第二,是美国的储量居全美天然气田第三,产量居全美天然气田第二,是美国最大的页岩气田,占全美页岩气总产量的一半以上最大的页岩气田,占全美页岩气总产量的一半以上。前陆盆地前陆盆地1.美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型Shale gas basin distri
12、bution law in America早古生代早古生代前陆盆地前陆盆地晚古生代晚古生代前陆盆地前陆盆地中生代中生代前陆盆地前陆盆地克拉通盆地克拉通盆地 中生代前陆盆地中生代前陆盆地主要位于主要位于美国中西部美国中西部,是科迪勒拉逆冲褶皱带,是科迪勒拉逆冲褶皱带(法拉隆板块和北美板块碰撞形成)的一部分。该地区在前寒武(法拉隆板块和北美板块碰撞形成)的一部分。该地区在前寒武纪、寒武纪、奥陶纪为被动大陆边缘沉积,奥陶纪末到泥盆纪抬纪、寒武纪、奥陶纪为被动大陆边缘沉积,奥陶纪末到泥盆纪抬升剥蚀,密西西比纪为浅海沉积,宾夕法尼亚纪和二叠纪形成原升剥蚀,密西西比纪为浅海沉积,宾夕法尼亚纪和二叠纪形成原
13、始落基山,中侏罗世重新接收沉积,并在白垩纪海侵时期形成海始落基山,中侏罗世重新接收沉积,并在白垩纪海侵时期形成海道,南北海水相通,沉积了一套区域性的黑色页岩。白垩纪末发道,南北海水相通,沉积了一套区域性的黑色页岩。白垩纪末发生的拉腊米块断运动,形成目前山脉和盆地相间的盆山格局,生的拉腊米块断运动,形成目前山脉和盆地相间的盆山格局,这一类的盆地主要有这一类的盆地主要有圣胡安、帕拉多、丹佛、尤因塔、大绿河圣胡安、帕拉多、丹佛、尤因塔、大绿河等。其中在圣胡安、丹佛和尤因塔等盆地等。其中在圣胡安、丹佛和尤因塔等盆地的白垩系黑色页岩层发的白垩系黑色页岩层发现了页岩气藏。现了页岩气藏。最具代表性、储量产量
14、最大的是圣胡安盆地最具代表性、储量产量最大的是圣胡安盆地,该,该盆地横跨科罗拉多州和新墨西哥州,是一个典型的不对称盆地,盆地横跨科罗拉多州和新墨西哥州,是一个典型的不对称盆地,南部较缓,北部较陡。按照地质时代和商业开发时间,南部较缓,北部较陡。按照地质时代和商业开发时间,该盆地的该盆地的Lewis页岩气藏都是美国最年轻的页岩气藏。页岩气藏都是美国最年轻的页岩气藏。前陆盆地前陆盆地1.美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型Shale gas basin distribution law in America早古生代早古生代前陆盆地前陆盆地晚古生代
15、晚古生代前陆盆地前陆盆地中生代中生代前陆盆地前陆盆地克拉通盆地克拉通盆地 产产页页岩岩气气的的克克拉拉通通盆盆地地主主要要包包括括密密执执安安盆盆地地、伊伊利利诺诺斯斯盆盆地地和和威威利利斯斯顿顿盆盆地地。其其中中,密密执执安安盆盆地地和和伊伊利利诺诺斯斯盆盆地地是是内内陆陆克克拉拉通通盆盆地地,盆盆地地基基底底为为前前寒寒武武系系,演演化化开开始始于于早早中中寒寒武武世世超超大大陆陆裂裂解解时时期期,由由衰衰亡亡的的裂裂谷谷拗拗拉拉槽槽或或地地堑堑开开始始,随随后后演演化化为为一一克克拉拉通通海海湾湾。裂裂谷谷演演化化阶阶段段后后期期,盆盆地地开开始始热热沉沉降降阶阶段段,在在裂裂谷谷沉沉积
16、积地地层层之之上上沉沉积积了了砂砂岩岩和和碳碳酸酸盐盐岩岩地地层层,中中奥奥陶陶世世到到中中密密西西西西比比世世,主主要要为为岩岩石石圈圈伸伸展展的的构构造造均均衡衡沉沉降降阶阶段段,且且伸伸展展范范围围受受早早期期裂裂谷谷范范围围的的限限制制,沉沉积积相相对对缓缓慢慢,富富含含有有机机质质的的黑黑色色页页岩岩就就是是这这一一时时期期沉积的。沉积的。在在古古生生代代的的大大部部分分时时间间里里,该该盆盆地地和和阿阿克克玛玛、黑黑勇勇士士等等克克拉拉通通边边缘缘盆盆地地是是相相通通的的,石石炭炭纪纪晚晚期期到到白白垩垩纪纪晚晚期期的的构构造造运运动动,造造成成了了盆盆地地现现今今的的构构造造形形
17、态态。在在这这类类盆盆地地的的泥泥盆盆系系发发现现了了大大量量的的页页岩岩气气资资源源量量,如如密密执执安安盆盆地地的的Antrim页页岩岩气气藏藏和和伊伊利利诺诺斯斯盆盆地地的的New Albany页岩气藏。页岩气藏。克拉通盆地克拉通盆地与北美环加拿大地盾形成与北美环加拿大地盾形成一系列沉积盆地的格局不一系列沉积盆地的格局不同,同,中国分布着中国分布着扬子、华扬子、华北和塔里木三个交互影响北和塔里木三个交互影响的板块的板块,相互之间的共同,相互之间的共同作用决定了中国不同时期作用决定了中国不同时期沉积盆地及其中页岩的沉沉积盆地及其中页岩的沉积,积,后期的构造变动决定后期的构造变动决定了页岩现
18、今的宏观分布。了页岩现今的宏观分布。据李国玉等据李国玉等2.中国页岩气盆地分布中国页岩气盆地分布大地构造背景分析大地构造背景分析与盆地类型与盆地类型中国古生界板块与含油气盆地图中国古生界板块与含油气盆地图沁水沁水盆地盆地渤海湾盆地渤海湾盆地南华北南华北盆地盆地塔里木盆地塔里木盆地准噶尔盆地准噶尔盆地吐哈盆地吐哈盆地柴达木盆地柴达木盆地二连盆地二连盆地松辽盆地松辽盆地四川盆地四川盆地楚雄盆地楚雄盆地羌塘盆地羌塘盆地焉耆焉耆盆地盆地江汉盆地江汉盆地盆地盆地古生界发育区古生界发育区鄂尔多鄂尔多斯斯盆地盆地南南西西青青中中部部东东地地区区方方地地区区北北地地区区藏藏地地区区540km540km0 01
19、60km160km0 0 古生代,我国发育扬子、塔里木和华北古生代,我国发育扬子、塔里木和华北三大克拉通地台三大克拉通地台,地台上为典型的,地台上为典型的克拉通沉积,克拉通沉积,克拉通边缘早期为被动大陆边缘沉积,晚期为前陆沉积,发育克拉通边缘早期为被动大陆边缘沉积,晚期为前陆沉积,发育古生代、中生代前陆盆地和克拉通盆地古生代、中生代前陆盆地和克拉通盆地。克拉通盆地主要包括四川、华北和克拉通盆地主要包括四川、华北和塔里木,塔里木,但由于经历了漫长地质历史时期的改造,目前仅存四川、鄂尔多斯但由于经历了漫长地质历史时期的改造,目前仅存四川、鄂尔多斯和塔里木盆地中心地区。和塔里木盆地中心地区。古生代古
20、生代克拉通盆地克拉通盆地主要包括主要包括四川、华北四川、华北和塔里木盆地和塔里木盆地1准噶尔盆地周缘前陆盆地(晚古生代);准噶尔盆地周缘前陆盆地(晚古生代);2塔里木北缘前陆盆地(晚古生代塔里木北缘前陆盆地(晚古生代+中生代);中生代);3塔里木南缘前陆盆地(早古生代塔里木南缘前陆盆地(早古生代+中生代);中生代);4北祁连山造山带前陆盆地(早古生代);北祁连山造山带前陆盆地(早古生代);5鄂西前陆盆地(古生代鄂西前陆盆地(古生代+中生代);中生代);6、7、8中生代南方北前陆盆地带:上、中、下扬子北中生代南方北前陆盆地带:上、中、下扬子北缘前陆盆地;缘前陆盆地;9中生代南方南前陆盆地带:兰坪
21、一思茅、十万大山、楚雄、南盘江、桂东南、中生代南方南前陆盆地带:兰坪一思茅、十万大山、楚雄、南盘江、桂东南、川东川东-湘鄂西、湘赣等;湘鄂西、湘赣等;10江南雪峰山北缘前陆盆地(早古生代)江南雪峰山北缘前陆盆地(早古生代)中国主要克拉通盆地和前陆盆地发育分布图中国主要克拉通盆地和前陆盆地发育分布图 Main craton basin and foreland basin development in China 中国南方海相页岩发育分布区主要位于青藏高原东缘上扬子中国南方海相页岩发育分布区主要位于青藏高原东缘上扬子地区的四川盆地及其周缘。该地区盆山体系包括龙门山褶皱带、地区的四川盆地及其周缘。
22、该地区盆山体系包括龙门山褶皱带、四川盆地、川东、川北、川南隔档式断褶带和湘鄂西隆褶带及江四川盆地、川东、川北、川南隔档式断褶带和湘鄂西隆褶带及江南隆起。盆山体系结构包括前震旦系基底和震旦系三叠系的海南隆起。盆山体系结构包括前震旦系基底和震旦系三叠系的海相沉积地层及中新生代陆相沉积地层。相沉积地层及中新生代陆相沉积地层。青藏高原东缘上扬子地区的四川盆地及其周缘早期页岩层系青藏高原东缘上扬子地区的四川盆地及其周缘早期页岩层系的发育及分布受控于加里东期印支期华南(扬子)板块的构造的发育及分布受控于加里东期印支期华南(扬子)板块的构造演化,自震旦纪以来,整体经历了多期构造运动。演化,自震旦纪以来,整体
23、经历了多期构造运动。震旦纪震旦纪早中早中奥陶世为被动大陆边缘,中晚奥陶世至志留纪为前陆盆地,代表奥陶世为被动大陆边缘,中晚奥陶世至志留纪为前陆盆地,代表扬子、塔里木和华北大陆块与周边洋盆的盆山转换。扬子地台在扬子、塔里木和华北大陆块与周边洋盆的盆山转换。扬子地台在加里东晚期,华南洋向江绍一带俯冲、消减形成江南造山带、雪加里东晚期,华南洋向江绍一带俯冲、消减形成江南造山带、雪峰山造山带并与黔中和牛首山古隆起相连,在造山带前缘形成前峰山造山带并与黔中和牛首山古隆起相连,在造山带前缘形成前陆盆地。陆盆地。盆山体系演化及其对前陆盆地形成的控制作用盆山体系演化及其对前陆盆地形成的控制作用 早古生代前陆盆
24、地早古生代前陆盆地主要发育在加里东晚期,塔里木、四川和鄂主要发育在加里东晚期,塔里木、四川和鄂尔多斯古生代海相盆地具有相似的地质演化,泛大陆解体后,震尔多斯古生代海相盆地具有相似的地质演化,泛大陆解体后,震旦纪旦纪早中奥陶世为被动大陆边缘,中晚奥陶世至志留纪为前陆早中奥陶世为被动大陆边缘,中晚奥陶世至志留纪为前陆盆地,代表三大陆块与周边洋盆的盆山转换。扬子地台在加里东盆地,代表三大陆块与周边洋盆的盆山转换。扬子地台在加里东晚期,华南洋向江绍一带俯冲、消减形成江南造山带、雪峰山造晚期,华南洋向江绍一带俯冲、消减形成江南造山带、雪峰山造山带并与黔中和牛首山古隆起相连,在造山带前缘形成前陆盆地。山带
25、并与黔中和牛首山古隆起相连,在造山带前缘形成前陆盆地。早志留世,秦岭洋与华北地块和塔里木地块以及柴达木地块碰早志留世,秦岭洋与华北地块和塔里木地块以及柴达木地块碰撞,也形成一系列前陆盆地,如北祁连山前陆盆地。鄂尔多斯盆撞,也形成一系列前陆盆地,如北祁连山前陆盆地。鄂尔多斯盆地西缘和南缘是在元古界秦祁贺三叉裂谷基础上发育的早元古代地西缘和南缘是在元古界秦祁贺三叉裂谷基础上发育的早元古代被动大陆边缘,中奥陶世至中石炭世秦祁海槽向东、向北方向俯被动大陆边缘,中奥陶世至中石炭世秦祁海槽向东、向北方向俯冲碰撞,形成前陆盆地。塔里木盆地南缘志留至泥盆纪也存在周冲碰撞,形成前陆盆地。塔里木盆地南缘志留至泥盆
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