石油学报

作者：王东升, 刘飏, 张金川, 刘珠江, 陈斐然, 郎岳, 周东升, 陈世敬, 苏泽昕, 仝忠正

单位：1. 中国石油化工股份有限公司勘探分公司 四川成都 610041;2. 大连海事大学环境科学与工程学院 辽宁大连 116026;3. 中国地质大学(北京)能源学院 北京 100083;4. 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院 黑龙江大庆 163712;5. 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院 北京 102206

关键词：上扬子地块,寒武系,牛蹄塘组,五峰组,龙马溪组,有机氮,无机氮,氮气成因

基金：王东升,男,1989年12月生,2023年获中国地质大学(北京)博士学位,现为中国石油化工股份有限公司勘探分公司高级工程师,主要从事海相页岩气勘探及评价工作。Email:3006190042@email.cugb.edu.cn

摘要： 上扬子地块下寒武统牛蹄塘组页岩有机碳含量高、发育厚度大、分布面积广,是页岩气资源潜在的有利层系,但该套页岩中氮气(N2)含量普遍较高,增加了地质勘探的风险。为揭示寒武系牛蹄塘组页岩的N2成因,对牛蹄塘组沉积期的海洋氮循环、无机氮分布及其控制因素和含氮化合物的热解模式开展了分析,并与贫N2的奥陶系五峰组—志留系龙马溪组沉积期页岩进行了对比。海洋氮循环重建表明,牛蹄塘组页岩沉积期,陆架相和斜坡相由于铵同化作用导致沉积水体/孔隙水中铵根(NH4+)累积,尤其在斜坡相,NH4+浓度最高,而在五峰组—龙马溪组页岩沉积期,扬子海的氮循环以固氮作用为主,沉积水体/孔隙水中的NH4+浓度受限。牛蹄塘组页岩中的无机氮元素含量从台地相、陆架相到斜坡相逐渐增高,至盆地相呈断崖式下降,这种空间变化受控于海洋环境中的NH4+浓度和氧化-还原环境。含氮化合物的热解实验分析表明,页岩中的无机氮热解并释放N2主要发生在热演化程度相对较低的阶段,而有机氮热解并释放N2主要发生在热演化程度更高的阶段,两者之间的界限大约在等效镜质体反射率为3.4 % 处。牛蹄塘组页岩中的无机氮元素含量与N2含量的变化在空间上高度吻合,指示页岩中的无机氮热解可能对N2含量的增加发挥了关键作用。研究对开展中国南方地区下寒武统及其他高N2含量目的层系的页岩气勘查研究具有参考作用,对其他相似地区的页岩气勘探开发也具有借鉴意义。

来源：2025年第11期

《石油学报》期刊编辑部

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