四川盆地及周緣五峰—龍馬溪組頁巖氣地質條件研究

王慶波 劉若冰 李春燕 王明筏 趙正寶

（1.中國石化勘探南方分公司，成都 610041；2.重慶天府礦業(yè)有限責任公司，重慶 400704）

四川盆地及周緣五峰—龍馬溪組頁巖氣地質條件研究

王慶波1劉若冰1李春燕1王明筏1趙正寶2

（1.中國石化勘探南方分公司，成都 610041；2.重慶天府礦業(yè)有限責任公司，重慶 400704）

在對川西南雷波等區(qū)塊地表出露的上奧陶統五峰組－下志留統龍馬溪組觀察和取樣分析測試的基礎上，研究四川盆地及周緣五峰—龍馬溪組頁巖沉積相、空間展布、有機地化、泥頁巖物性及巖石物性、成熟度等頁巖氣地質條件特征。樣品分析數據和研究表明，該套泥頁巖具有厚度大、有機碳高、成熟度高和含氣量高等特點，具備頁巖氣藏發(fā)育的良好地質條件。

四川盆地及周緣；五峰—龍馬溪組；頁巖氣；地質條件；有利區(qū)

四川盆地及周緣是中國南方頁巖氣發(fā)育的有利地區(qū)，下古生界具有獨特的地質條件，是勘探獲得突破的有利地區(qū)。四川盆地及周緣下古生界上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組黑色泥頁巖具有厚度大，有機碳含量高，具備頁巖氣發(fā)育的良好條件。四川盆地及周緣少量的鉆井（寧201井，彭頁1井，昭104井，渝頁1井，丁山1井）鉆遇的油氣顯示就是該套泥巖巖。在鉆遇時，出現了氣測異常、氣侵、槽面升高、井涌等含氣現象，顯示了很多頁巖氣存在的證據。在對川西南、川東南、鎮(zhèn)巴、南江等區(qū)塊地表出露的上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組觀察和取樣分析測試的基礎上，分析了四川盆地及周緣五峰—龍馬溪組頁巖氣藏有利的發(fā)育區(qū)。

1 樣品采集及測試數據

本次樣品采集主要分布于四川盆地及周緣5個地區(qū)和3口井，為了盡量避免露頭樣品由于不同程度氧化而導致有機碳含量降低和孔滲擴大等不足，樣品采集時選擇了新鮮樣品（表1、表2、表 3）。

表1 四川盆地周緣露頭及鉆井五峰—龍馬溪組樣品TOC、Ro統計表

表2 四川盆地周緣五峰組—龍馬溪組剖面泥頁巖物性統計表

表3 四川盆地周緣五峰—龍馬溪組露頭剖面樣品全巖及黏土礦物平均百分含量統計表

2 頁巖特征

2.1 沉積分布特征

晚奧陶世末的都勻運動，造成黔中隆起及宜昌上升，江南（雪峰）隆起已具雛形。 上、中揚子區(qū)O3w—S1l深水陸棚只分布在不受都勻運動影響的地區(qū)，發(fā)育有川東北、川東鄂西、川西南三個深水陸棚區(qū)，夾持在川中、黔中、江南（雪峰）三大古隆起之間［1］，有利的烴源巖主要發(fā)育于五峰組—龍馬溪組下部層位，為含筆石的深水泥質陸棚環(huán)境沉積。五峰組為深水陸棚（或盆地）沉積，巖性為黑色炭質頁巖、粉砂質頁巖、硅質頁巖及硅質巖；龍馬溪組主要為一套淺水—深水陸棚相沉積，由深灰－黑色粉砂質頁巖、富有機質（碳質）頁巖、硅質頁巖夾泥質粉砂巖組成［2］，顏色自上而下逐漸加深、砂質減少、有機質含量增高的特征，頁巖中普遍含砂質，粉砂石英局部富集，底部多含硅質（硅質頁巖），粉狀石英局部富集，底部多含硅質，巖石中含豐富的筆石化石，且局部富集成層［2］。

該套五峰—龍馬溪組泥頁巖主要發(fā)育在川東南及川西南地區(qū)，川中和川西地區(qū)不發(fā)育。川西南五指山—美姑—自貢一帶厚度 100～178m，埋深1 000～3 500m，宜賓—雷波一帶厚度在140m以上；川東南綦江區(qū)塊暗色泥頁巖厚度10～90m，埋深 1 000～3 500m，區(qū)塊中部至東南部方向埋深變淺；綦江南區(qū)塊暗色泥頁巖厚度60～100m，埋深200～1 500m，總體上往北變深；涪陵東南部區(qū)塊暗色泥頁巖厚度40～100 m，埋深500～3 500m，總體上往盆地北變深。川東北南江區(qū)塊暗色泥頁巖厚度10～40m，埋深1 500～6 500m，往盆地方向埋深迅速增大；鎮(zhèn)巴區(qū)塊暗色泥頁巖厚度 40～80m，埋深3 000～6 500m，向區(qū)塊東南部埋藏變淺。研究區(qū)該套暗色泥頁巖具有厚度大，分布范圍廣的特點。

2.2 有機碳含量及類型特征

根據美國頁巖氣勘探取得的成功經驗［3－4］，頁巖氣藏形成的有利地質條件下泥頁巖的有機碳含量一般應大于2%，最好在2.5%～3.0%，甚至可以高達25%，有機質含量往往與頁巖的生氣率和吸附氣量成正比，進而影響頁巖氣的資源豐度。

四川盆地周緣五峰組—龍馬溪組剖面及L1井、LS1井五峰組—龍馬溪組泥頁巖樣品分析的有機碳含量平均為0.52%～5.38%（表1）。研究區(qū)大部分地區(qū)都在1.5%以上，在一些地區(qū)高達5.8%，川東北城口—萬縣一帶最高，TOC可達4.0%以上，川東南涪陵—綦江地區(qū)TOC為1.0%～3.0%，川西南雷波—瀘州一帶相對較高，TOC可達2.0%以上（圖1）。

圖1 四川盆地及周緣五峰—龍馬溪組泥頁巖類有機碳等值線圖

據梁狄剛研究，四川盆地及周緣下古生界泥質烴源巖成熟度較高，震旦系－志留系烴源巖干酪根元素組成中，H/C原子比基本上在0.7以下，絕大多數樣品點處于高成熟－過成熟演化階段，已經不能反映其原始有機質類型。四川盆地下古生界泥頁巖有機質類型的確定以烴源巖干酪根碳同位素或有機巖石學分析為準，δ13C干≤－29‰為Ⅰ型，δ13C 干介于－29‰～－26‰為Ⅱ1 型，δ13C干介于－26‰～－25‰為Ⅱ2 型，δ13C 干≥－25‰為Ⅲ型。

四川盆地及周緣從中上元古界到上古生界二疊系龍?zhí)督M，烴源巖干酪根的碳同位素由輕變重，非常有規(guī)律。上奧陶—下志留統烴源巖干酪根碳同位素主要分布在－31‰～－28‰之間，有機質類型以Ⅰ型為主，含少量Ⅱ1型，均為生成頁巖氣的有利類型。

2.3 成熟度

鏡質體反射率(Ro）雖是一項國際公認的標定有機質成熟階段的獨立指標，但不適用于下古生界烴源巖［5］。因為下古生界缺乏來源于高等植物的標準鏡質組，因此無法直接獲得鏡質體反射率。為此，國內外學者提出了諸如瀝青反射率、鏡狀體反射率、牙形刺相對熒光強度等成熟度判識指標［5－7］。據干酪根鏡鑒和有機顯微組分鑒定，本次采集的樣品，采用換算過的鏡狀體反射率（等效鏡質體反射率）來評價成熟度。

5個地區(qū)和3口井的樣品分析數據表明，該套泥頁巖的成熟度Ro平均值在1.49%～3.13%（表1），普遍較高。川西南的長寧—赤水和川東北的普光—萬縣—石柱兩地區(qū)的Ro值最高（大于3.6%），根據美國頁巖氣勘探經驗，高成熟度條件下同樣能發(fā)育頁巖氣藏。

川西南五指山—美姑東部區(qū)塊Ro值在1.74%～2.83%；南江區(qū)塊 Ro值在 1.74%～2.83%；鎮(zhèn)巴區(qū)塊 Ro值在 1.19%～1.54%；綦江區(qū)塊 Ro值在2.2%～3.0%；綦江南區(qū)塊Ro值在1.8%～2.3%；涪陵東南部區(qū)塊 Ro值在 2.8%～3.2%之間，這些地區(qū)處在高成熟和過成熟階段，具備生氣能力。

2.4 孔隙度和滲透率

一般含氣頁巖屬低孔低滲儲層，美國商業(yè)規(guī)模開發(fā)的五大含氣頁巖系統含氣孔隙度在1%～5%（總孔隙度3%～14%）之間。含氣頁巖的滲透率對頁巖氣層的識別和商業(yè)化開采十分重要，氣測顯示或測試初期產量一般是游離氣（相對吸附氣）含量較多。

該套泥頁巖樣品氦氣法分析平均孔隙度2.11%～12.46%，平均滲透率（0.006 3～104.41）×10－3μm2。除川西南外，其他區(qū)塊物性較好（表2）。

該套泥頁巖樣品掃描電鏡分析顯示 （表4），下奧陶統五峰組—上志留統龍馬溪組泥頁巖樣品，同樣整體上層間微縫隙及次生微孔隙較發(fā)育，縫隙范圍為 （0.5～2）μm×（5～60）μm，次生孔徑范圍為 1～40μm，平均面孔率為8.77%左右。可以初步推定，五峰—龍馬溪組泥頁巖層系整體上微裂縫發(fā)育良好，具有較好的儲集空間。

表4 四川盆地周緣下古生界露頭泥頁巖掃描電鏡孔徑統計表（8個剖面，39個樣品）

2.5 巖石物理特征

脆性礦物含量是泥頁巖層可壓性評價的一項重要的指標。北美開采的頁巖氣藏石英含量一般大于40%；黏土礦物中伊蒙混層含量平均為24%～44.5%。

5個地區(qū)分析測試數據表明該套暗色泥頁巖石英含量平均為29.4%～57%，脆性礦物總含量平均為37.3%～64.9%，黏土含量平均為34.6%～49.6%；黏土中伊蒙混層含量平均為25.4%～59.7%（表3）。

上述測試結果表明，四川盆地周緣下古生界泥頁巖脆性礦物含量高，黏土礦物中蒙脫石含量低，整體上具有較好的可壓性，有利于壓裂改造。

2.6 含氣量

從目前頁巖氣井分析和產能結果看，四川盆地周緣下古生界頁巖含氣量差異較大，川南寧201井志留系龍馬溪組為1.42～2.83m3/t，平均2.08m3/t；川東南渝頁1井龍馬溪組頁巖16塊樣品現場解吸含氣量在0.1m3/t左右，而等溫吸附量為1.0～2.1m3/t；川東南彭水區(qū)塊龍馬溪組頁巖巖心現場解吸氣含量高達1.3m3/t，總含氣量達（解吸氣與損失氣含量之和）2.2m3/t（表5）。另外，川南威201井龍馬溪組日產天然氣0.3～1.7萬m3；川南寧201井志留系龍馬溪組下段日產天然氣超1萬m3，上段日產氣近1萬m3；寧203井志留系龍馬溪組日產天然氣0.75～1.5萬m3；昭104井龍馬溪組日產天然氣超1萬m3。這些說明四川盆地周緣上奧陶統五峰組－下志留統龍馬溪組頁巖具有較好的含氣性，具備形成頁巖氣的地質條件。

3 資源潛力分析

在研究區(qū)黑色頁巖沉積環(huán)境、厚度、有機碳含量、成熟度和含氣量等指標綜合分析基礎上，頁巖氣資源量采用體積法計算,計算公式如下：

式中：Q總—頁巖氣總資源量，108m3；A—頁巖含氣面積，km2；h—有效頁巖厚度，m；ρ—頁巖密度，t/m3；q總—總含氣量，m3/t。

根據富有機質泥頁巖發(fā)育情況、保存條件和埋深，共優(yōu)選有利勘探區(qū)塊3個，采用體積法估算其頁巖氣總資源量 1.556 569×1012m3(表 5)。

表5 四川盆地周緣區(qū)塊五峰-龍馬溪組頁巖氣資源潛力估算統計表

4 結 論

（1）四川盆地周緣上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組具有厚度大、有機碳含量高、成熟度高和含氣量高等特點，具備形成頁巖氣的地質條件。

（2）通過與美國主要產頁巖氣盆地參數類比分析，對四川盆地及周緣該套頁巖氣藏有利發(fā)育區(qū)進行了預測，研究結果表明川西南五指山—美姑，川東南涪陵—綦江東南部，川東北地區(qū)鎮(zhèn)巴東南部為頁巖氣藏有利的發(fā)育區(qū)。

（3）在研究區(qū)黑色頁巖沉積環(huán)境、厚度、有機碳含量、成熟度和含氣量等指標綜合分析基礎上，采用體積法計算的資源量為1.556 569×1012m3。

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Abstract：Through observations,sampling and laboratory analyses of five areas and three well black shale outcrops in Sichuan Basin and periphery,we studied shale-gas geologic condition of the upper Ordovician–lower Silurian black shale,such as precipitation facies,distribution,organic,physical property of the black shale etc.Research shows that its periphery is characterized by great thickness,abundance of organic carbon,high maturity and elevated gas content,being capable of good geological conditions for shale-gas reservoir development.

Key words：Sichuan Basin and its periphery；Upper Ordovician-Lower Silurian；shale gas；Geological conditions；favorable area of shale gas

Geologic Condition of the Upper Ordovician-Lower Silurian Shale Gas in the Sichuan Basin and Its Periphery

WANG Qingbo1LIU Ruobing1LI Chunyan1WANG Mingfa1ZHAO Zhengbao2
（1.Exploration South Branch,SINOPEC,Chengdu 610041；2.Chongqing Tianfu Mine Limited Company,Chongqing 400704）

TE122

A

1673－1980(2012)05－0017－05

2012－04－13

中國石化專項基金項目（YYYQ－ZP－13）

王慶波（1982－），男，四川眉山人，碩士，助理工程師，研究方向為頁巖氣勘探。