川西坳陷須五段陸相頁巖氣聚集條件分析

陳冬霞,謝明賢 (油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國石油大學(xué)(北京))，北京 102249)

張曉鵬，熊 亮，魏力民，史洪亮 (中石化西南油氣分公司勘探與開發(fā)研究院，四川 成都 610058)

川西坳陷須五段陸相頁巖氣聚集條件分析

陳冬霞,謝明賢 (油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國石油大學(xué)(北京))，北京 102249)

張曉鵬，熊 亮，魏力民，史洪亮 (中石化西南油氣分公司勘探與開發(fā)研究院，四川 成都 610058)

除下古生界海相頁巖具有頁巖氣開采的價(jià)值外，四川盆地陸相領(lǐng)域頁巖層序也非常發(fā)育，但陸相頁巖氣并未獲得足夠重視，研究還非常薄弱，特別是對(duì)陸相頁巖氣聚集條件的研究，對(duì)于有效的認(rèn)識(shí)四川盆地陸相頁巖的勘探開發(fā)前景、擴(kuò)大勘探開發(fā)領(lǐng)域具有重要意義。在對(duì)陸相頁巖分布發(fā)育特征、有機(jī)質(zhì)類型、成熟度、豐度、巖礦特征、儲(chǔ)集物性、孔隙類型等研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆井顯示、吸附試驗(yàn)和含氣性測(cè)試等，分析了川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組須五段陸相頁巖氣聚集條件。結(jié)果表明，須五段濱淺湖相黑色泥頁巖厚度一般為250～300m，TOC(總有機(jī)碳含量)值平均大于2%，且已進(jìn)入成熟～高成熟階段，頁巖中裂縫發(fā)育，石英、長石、碳酸鹽等脆性礦物含量大于60%，發(fā)育豐富的納米～微米級(jí)孔隙，剩余粒間孔、黏土礦物晶間微孔、微溶孔較發(fā)育，盡管經(jīng)歷多期構(gòu)造演化，但頁巖保存條件好；須五段泥頁巖含氣性好，且以吸附氣為主，顯示出較好的含氣性特征。

川西坳陷；須家河組；陸相地層；頁巖氣

四川盆地內(nèi)發(fā)育海相、海陸過渡相、陸相多套頁巖氣地層，被認(rèn)為是最具潛力的的重點(diǎn)頁巖氣勘探地區(qū)[1-2]。四川盆地陸相頁巖層序非常發(fā)育，其中上三疊統(tǒng)須家河組和下侏羅統(tǒng)自流井組的河、湖相泥頁巖具有分布廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度較高、保存條件好、脆性礦物含量高的特點(diǎn)[3]。但目前對(duì)四川盆地陸相頁巖氣的研究還十分薄弱。下面，筆者對(duì)川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組須五段陸相頁巖氣聚集條件進(jìn)行了分析，以期為四川盆地陸相頁巖氣的勘探開發(fā)提供參考。

1 地質(zhì)地球化學(xué)特征

川西坳陷位于四川盆地西部，在構(gòu)造位置上屬于川西前陸盆地的一部分，包括梓潼凹陷、孝泉-豐谷構(gòu)造帶、成都凹陷、安縣-鴨子河-大邑?cái)囫迬Ш椭聢?chǎng)-龍寶梁構(gòu)造帶等5個(gè)構(gòu)造單元。地層發(fā)育有上三疊統(tǒng)、侏羅系、白堊系、第三系、第四系，這些沉積地層的厚度巨大，現(xiàn)今最厚達(dá)6000m以上。其中上三疊統(tǒng)須家河組自下而上表現(xiàn)為一個(gè)完整的由海相-海陸過渡相-陸相的正常退覆層序。須一段(馬鞍塘-小塘子組)、須三段和須五段為主要的氣源巖層位，發(fā)育早期的淺海陸棚相的暗色泥頁巖及中晚期的三角洲、湖沼相的灰色炭質(zhì)泥頁巖夾砂巖、煤層。

1.1分布發(fā)育特征

由于印支晚幕運(yùn)動(dòng)的影響，須五段時(shí)基準(zhǔn)面不斷上升、湖水位上漲至最大湖泛期，川西坳陷西北主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，向東南逐漸過渡為前三角洲-濱淺湖沉積環(huán)境。沉積中心位于彭州附近，須五段厚度可達(dá)700m以上。川西坳陷中部成都-什邡-德陽-中江地區(qū)須五段主要為濱淺湖相沉積，沉積了一套黑色泥頁巖夾薄層砂巖以及沼澤相薄煤層，具有較好的生氣潛力。須五段地層在坳陷內(nèi)分布穩(wěn)定，特別是中、下部地層。在沉積中心彭州-德陽一帶暗色泥巖厚度達(dá)350m，從2個(gè)沉積中心泥頁巖厚度往東、西、南、北逐漸減薄，漢旺、都江堰以西缺失，成都、中江一帶厚約250～300m。

1.2頁巖地球化學(xué)特征

川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組須五段已經(jīng)被證實(shí)為川西地區(qū)的主力烴源巖之一，為中淺層侏羅系提供了充足的天然氣源[4-5]。TOC(總有機(jī)碳含量) 值為0.39%～16.33%[6]。富有機(jī)碳頁巖主要發(fā)育在須五段的中上部，TOC 值一般大于2%。據(jù)研究區(qū)川西地區(qū)馬深1井、洛深1井、川豐125井和川鴨95井等17口井下302塊樣品中，TOC值最高為9.88%，平均為2.78%，TOC值大于2%的樣品占59.6%；“A”(氯仿瀝青“A”含量)值最高為0.97%,平均為0.093%，“A”值大于0.05%的樣品占66.2%。平面上，須五段烴源巖在新場(chǎng)、廣漢、溫江、大邑一帶有機(jī)碳含量較高，達(dá)2.25%～4.0%，往西逐漸降低，在關(guān)口鎮(zhèn)和玉泉降至1.00%左右。

研究區(qū)內(nèi)24口井176個(gè)頁巖成熟度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，Ro(鏡質(zhì)體反射率)為0.71%～1.65%，Ro>1.0%的樣品占總數(shù)的78.51%，說明整體處于成熟-高成熟演化階段，不同地區(qū)頁巖成熟度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)也表明，平面上安縣、綿竹、隆豐、大邑和洛帶地區(qū)Ro小于1.3%，烴源巖處于成熟演化階段，其他地區(qū)Ro為1.3%～1.8%之間，烴源巖達(dá)到高成熟演化階段。

黑色頁巖顯微組分平均含量中腐泥型占29%，殼質(zhì)組占1.488%，鏡質(zhì)組占43.46%，惰質(zhì)組占25.98%，一般為腐殖型Ⅲ型干酪根，少數(shù)為混合Ⅱ型干酪根。分析結(jié)果顯示，隨埋藏深度的增加，干酪根顯微組分中腐泥組相對(duì)組分逐漸降低，而鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組相對(duì)含量增加(由2500m的60%左右增加至4000m的80%左右)。干酪根δ13C 值為大多在-25‰～-25.5‰之間，表現(xiàn)出腐泥-腐殖型特征。

1.3儲(chǔ)層特征

圖1 川西坳陷須五段泥頁巖礦物成分三角圖

川西坳陷須五段以黑色、灰黑色頁巖為主夾薄層深灰色、灰色細(xì)、粉粒巖屑砂巖、黑色碳質(zhì)頁巖、煤層；砂巖厚度一般小于15m；巖屑含量高, 石英含量低，致密。電性特征表現(xiàn)如下：自然伽馬曲線呈細(xì)齒狀、指狀，其值為80～100API；深、淺側(cè)向電阻率曲線呈錐狀、尖峰狀，其值為20～80Ωm，呈現(xiàn)薄交互層特點(diǎn)。

據(jù)探區(qū)內(nèi)須五段5口井51個(gè)泥頁巖樣X-衍射全巖定量分析(見圖1)，表明其黏土含量16%～40%，平均25%；石英、長石含量42%～78%，平均64%；碳酸鹽平均百分含量11.79%。其中，新場(chǎng)28井須五段6個(gè)泥頁巖樣X-全巖定量分析其黏土平均百分含量28.17%，石英、長石平均百分含量55.17%，碳酸鹽平均百分含量16.67%。地下樣品脆性礦物(石英+長石+碳酸鹽)含量高(71.83%)，脆性指數(shù)在53%～71.83%之間，屬于脆性頁巖，有利于后期水力壓裂施工。

從川西須五段頁巖樣品掃描電鏡分析(見圖2)可以看出，泥頁巖中整體非常致密，卷曲片狀伊利石呈鱗片狀結(jié)構(gòu)，片狀伊利石填充微晶硅質(zhì)及顆粒之間及粒間孔隙中。在放大10000倍下可見到微孔隙和粒緣縫。主要孔隙類型為剩余粒間孔、黏土礦物晶間微孔、微溶孔。根據(jù)新場(chǎng)地區(qū)12個(gè)巖心樣品的實(shí)測(cè)結(jié)果，表明頁巖平均孔隙度僅為3.30%(介于1.84%～5.0%之間)，滲透率為0.012×10-3μm2(介于(0.0026×～0.013)×10-3μm2之間)。

川西須五段頁巖中裂縫較發(fā)育，在巖心中能夠觀察到裂縫數(shù)量較多并聚集了一定數(shù)量天然氣。例如，在新頁HF-1井3051.90～3061.10m 黑色炭質(zhì)頁巖段取心9.20m，立縫發(fā)育，肉眼可見有機(jī)質(zhì)充填縫，局部可見水平縫，見方解石晶體，性脆, 巖芯出筒清水試驗(yàn)均可見氣泡逸出。

1.4頁巖氣保存條件

晚三疊世以后，四川盆地逐漸進(jìn)入擠壓環(huán)境[7], 以擠壓為主的構(gòu)造變形造成了大面積的地層抬升剝蝕。川西坳陷須家河組須五段經(jīng)歷了印支晚幕運(yùn)動(dòng)、多期的燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng), 在研究區(qū)造成了多次的抬升剝蝕[8]。但多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)直接影響泥頁巖的沉積作用和成巖作用，特別是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)還可以產(chǎn)生構(gòu)造裂縫，從而有效改善泥頁巖的儲(chǔ)集性能。對(duì)印支運(yùn)動(dòng)造成的須家河組五段剝蝕厚度的研究表明,川西坳陷沉積中心位于德陽-大邑一帶, 剝蝕量小于100m；剝蝕厚度中心位于研究區(qū)西北部,主要分布在山前帶的安縣-綿竹地區(qū), 剝蝕厚度大于1000m[9]。雖經(jīng)后期改造，但總體面貌未受明顯破壞，特別是頁巖發(fā)育地區(qū)的破壞作用較弱，為頁巖氣的保存提供了有利條件。

圖2 川西坳陷須五段泥頁巖微觀鏡下照片

2 含氣性特征

2.1鉆井氣顯示情況

川西坳陷的北北東向構(gòu)造(孝泉-新場(chǎng)-合興場(chǎng)-豐谷等)、龍門山前區(qū)域上(大邑、鴨子河、等)和凹陷中心(馬井)的一些須家河探井，在鉆至須五段頁巖時(shí)普遍見到氣顯示(氣浸、井漏、井涌)，川西地區(qū)鉆遇須五段80口井中，累計(jì)頁巖氣顯示349層，累厚1306m。對(duì)川孝96井2625～2630.2m井段在井底流壓20.6MPa條件下測(cè)試獲得2.29×104m3/d的工業(yè)氣流。對(duì)川羅562井在須五段裂縫型泥頁巖氣層中途測(cè)試，求得天然氣產(chǎn)量為5.43×104m3/d，未見水。

2.2頁巖氣含量

通過對(duì)川西坳陷須五段頁巖29塊頁巖樣品進(jìn)行實(shí)測(cè)，表明其頁巖氣含量在0.42～6.27m3/t之間，平均為1.37m3/t。頁巖氣類型中，吸附氣量所占比例為59.03%～87.94%，平均為75.22%；游離氣含量所占比例為10.63%～39.06%，平均為34.32%，明顯顯示出以吸附氣量為主的特征。

利用氣相色譜法對(duì)川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組須五段頁巖氣進(jìn)行組分分析，表明氣體相對(duì)密度為0.57～0.96(平均為0.64)，其中CH4含量為74.97%～98.23%，CO2含量為0%～23.93%，N2含量為0%～9.32%；C2H6及以上的重?zé)N含量為0.174%～5.51%,含微量He、H2，不含H2S。與四川盆地海相頁巖氣組分相比[10]，須五段陸相頁巖氣具有相對(duì)較高的N2含量(筇竹寺組為1.60%～1.85%)、較低的甲烷含量(筇竹寺組為93.6%～95.8%)、相對(duì)較高的重?zé)N含量(筇竹寺組乙烷含量為0.19%～0.21%)。形成上述差異的原因可能是須五段陸相頁巖的成熟度相對(duì)較低，熱演化階段生成的氣含部分濕氣。

3 結(jié) 論

(1)川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組須五段濱淺湖相黑色泥頁巖厚度一般為250～300m，TOC值平均大于2%，且已進(jìn)入成熟～高成熟階段，頁巖中裂縫發(fā)育，石英、長石、碳酸鹽等脆性礦物含量大于60%，發(fā)育豐富的納米～微米級(jí)孔隙，剩余粒間孔、黏土礦物晶間微孔、微溶孔較發(fā)育，盡管經(jīng)歷多期構(gòu)造演化，但頁巖保存條件好。

(2)川西坳陷上三疊統(tǒng)須家河組須五段泥頁巖含氣性好，且以吸附氣為主，顯示較好的含氣性特征。

[1]朱華, 姜文利, 邊瑞康，等. 頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法體系及其應(yīng)用——以川西坳陷為例[J]. 天然氣工業(yè)，2009，29(12)：130-134.

[2] 鄒才能，董大忠，王社教，等. 中國頁巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力[J].石油勘探與開發(fā)，2010，37(6)：641-652.

[3] 朱彤，包書景，王烽. 四川盆地陸相頁巖氣形成條件及勘探開發(fā)前景[J]. 天然氣工業(yè)，2012，32(9)：16-21.

[4] 郭吾正.四川盆地西部淺層致密砂巖天然氣勘探模式[J].天然氣工業(yè)，1997，17(3)：5-13.

[5] 蔡開平，廖仕孟.川西地區(qū)侏羅系氣藏氣源研究[J].天然氣工業(yè)，2000,20(1)：36-41.

[6] 葉軍，曾華盛. 川西須家河組泥頁巖氣成藏條件與勘探潛力[J]. 天然氣工業(yè)，2008，28(12)：18-25.

[7] 李忠權(quán), 潘懋, 蕭德銘, 等. 四川盆地拉張擠壓構(gòu)造環(huán)境探討[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2001, 37 ( 1) : 87-93.

[8] 童崇光. 四川盆地構(gòu)造演化與油氣聚集[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1992: 10-11.

[9] 李林濤，龐雄奇，熊亮，等. 運(yùn)用剝蝕量恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行構(gòu)造圈閉演化研究——以川西坳陷中段須家河組為例[J]. 天然氣地球科學(xué)，2010，21(3)：441-448.

[10]黃金亮，鄒才能，李建忠，等. 川南下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣形成條件及資源潛力[J]. 石油勘探與開發(fā)，2012，39(1)：69-75.

2013-06-12

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41072100)；國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05006-006)；中國石油大學(xué)(北京)科研基金項(xiàng)目(KYJJ2012-01-02)。

陳冬霞(1974-)，女，博士，副教授，現(xiàn)主要從事油氣藏形成與分布規(guī)律方面的教學(xué)與研究工作。

TE121.3

A

1673-1409(2013)26-0005-03

[編輯] 李啟棟