渝東南復(fù)雜地質(zhì)區(qū)頁巖氣勘探潛力

韋先海 王 婷 李 超 黃 帥

（1.中國石油西南油氣田公司，四川 成都 610051；2.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042；3.斯倫貝謝中渝頁巖氣技術(shù)服務(wù)（重慶）有限公司，重慶 400043）

渝東南復(fù)雜地質(zhì)區(qū)頁巖氣勘探潛力

韋先海1王 婷3李 超2黃 帥2

（1.中國石油西南油氣田公司，四川 成都 610051；2.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042；3.斯倫貝謝中渝頁巖氣技術(shù)服務(wù)（重慶）有限公司，重慶 400043）

頁巖有效儲層厚度大、富含有機質(zhì)、含天然氣量高、保存條件好和便于施工作業(yè)的地貌是國內(nèi)外勘探開發(fā)頁巖氣的主要地質(zhì)條件。重慶市東南部地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組頁巖層已鉆獲頁巖氣，根據(jù)國內(nèi)外勘探開發(fā)頁巖氣地質(zhì)條件對比，該區(qū)位于四川盆地東南緣，歷經(jīng)多期構(gòu)造運動，斷層極其發(fā)育，地層遭受剝蝕嚴重，頁巖層埋藏淺，保存條件差，有效頁巖層薄，含氣量低，為典型的復(fù)雜地質(zhì)區(qū)。系統(tǒng)分析了頁巖氣地質(zhì)條件，認為局部地區(qū)具有形成頁巖氣藏的地質(zhì)條件，提出復(fù)雜地質(zhì)區(qū)背斜兩翼地層傾角不大、向斜、斷層不發(fā)育區(qū)等地區(qū)仍具頁巖氣勘探潛力。

重慶 東南 頁巖氣 復(fù)雜地質(zhì)區(qū) 勘探潛力

0 引言

渝東南地區(qū)位于重慶市東南部，南與黔北相接，東與湘西為鄰，面積約2×104km2。人文地理主要為北北東向的嶺、谷相間，發(fā)育喀斯特地貌，一般在800m以上碳酸鹽地層中巖溶較發(fā)育，地形地貌高差大，海拔為380～2700m，高差達2300m。屬山體滑坡、崩塌、泥石流、危巖地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)。全區(qū)良田土地少，植被發(fā)育，荊棘叢生，樹林茂密，森林覆蓋率超過70%，集高、陡山地和叢林為一體。

渝東南地區(qū)以四川盆地東南七曜山斷裂為界，位于其東南部。在大地構(gòu)造上屬于揚子準地臺上揚子臺內(nèi)坳陷構(gòu)造區(qū)，歷經(jīng)多期強烈構(gòu)造運動，大小斷裂十分發(fā)育，構(gòu)造帶多為平行排列的線狀褶皺，形成現(xiàn)今北北東向的山谷相間地貌。區(qū)內(nèi)出露地層較老，以古生界為主，其次為中生界三疊系及少量的侏羅系，背斜核部多出露寒武系—奧陶系，向斜主要出露上古生界及中、下三疊統(tǒng)。下古生界下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組為該區(qū)頁巖氣勘探目的層，但龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組頁巖層有效厚度薄，埋藏較淺，保存條件差，為典型的復(fù)雜地質(zhì)區(qū)。

國內(nèi)外頁巖氣勘探開發(fā)實踐表明，有效頁巖層厚度大、頁巖中富含有機質(zhì)、頁巖含天然氣量高、保存條件好和便于施工作業(yè)的地理環(huán)境是勘探開發(fā)頁巖氣的主要地質(zhì)條件。渝東南地區(qū)與國內(nèi)外勘探開發(fā)頁巖氣的地質(zhì)條件相對比，雖然其勘探開發(fā)頁巖氣地質(zhì)條件復(fù)雜，但目前在該區(qū)下古生界下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組已鉆獲頁巖氣，充分表明復(fù)雜地質(zhì)區(qū)仍具頁巖氣勘探潛力。

1 復(fù)雜地質(zhì)特點

渝東南地區(qū)屬于上揚子臺內(nèi)坳陷構(gòu)造區(qū)，在不同的地質(zhì)時期形成了不同的沉積建造。自印支運動以來，由于華夏與揚子板塊的碰撞擠壓，構(gòu)造遭受破壞最為嚴重，形成現(xiàn)今復(fù)雜地質(zhì)特點［1］。

1.1 褶皺斷裂發(fā)育

渝東南地區(qū)歷經(jīng)晉寧、澄江、加里東、華力西、印支、燕山、喜山等多期強烈構(gòu)造運動，褶皺斷裂發(fā)育，地面明顯可見，且斷裂深達基底，地腹斷層、裂縫也較發(fā)育。

自印支運動以來，華夏與揚子板塊的碰撞，由

SE-NW向的擠壓動力開始，首先在造山帶附近形成隔擋式褶皺，隨著時間的推移，隔擋式褶皺開始向NW遷移，早期的隔擋式褶皺帶被隔槽式褶皺帶所取代，在強烈擠壓的造山帶根部，基底巖系被擠出，形成遭受破壞最為嚴重的擠出構(gòu)造變形帶。構(gòu)造帶內(nèi)多為線狀褶皺，總體呈NNE向，其同心褶皺（亦稱平行褶皺）特征及分帶性明顯。北部背斜為軸部窄、地層陡傾的緊閉式背斜，而向斜軸部寬、地層相對平緩的屜狀向斜，其間次級褶皺發(fā)育。緊閉背斜與平緩向斜相間排列，組成典型的隔擋式褶皺或梳狀褶皺，在地貌上形成嶺、谷相間的特征。中部背斜和向斜的寬度大致相當，組成了典型的過渡性褶皺，形態(tài)上為城垛狀褶皺；東南部構(gòu)造變形帶內(nèi)背斜呈箱狀，核部出露寒武系—奧陶系，向斜狹窄呈線狀，主要是由上古生界及中、下三疊統(tǒng)組成的不對稱至倒轉(zhuǎn)向斜褶皺，向斜底部大多以勺狀斷層使其滑脫在志留系之上。背斜中發(fā)育Y字型斷裂，上部變形劇烈，其主斷裂多數(shù)深達基底。

地震物探發(fā)現(xiàn)，地腹中斷層較為發(fā)育。地震剖面除有斷層突破地表外，還有大小不等、組系不一的多條斷層未突破地表（圖1）。成像測井頁巖層發(fā)育裂縫，主要為高角度裂縫。

圖1 局部構(gòu)造東西向地震剖面圖

1.2 單層黑色頁巖地層薄

渝東南地區(qū)在不同的地質(zhì)時期形成了不同的沉積建造。震旦紀燈影期大規(guī)模的海侵，礁灘型碳酸鹽廣泛發(fā)育；寒武系—志留系為碳酸鹽和砂泥質(zhì)頁巖；石炭紀—泥盆紀，海侵曾波及本區(qū)，少數(shù)地區(qū)殘留上泥盆統(tǒng)和中石炭統(tǒng)；二疊系為鋁土質(zhì)鐵質(zhì)沉積、內(nèi)源碳酸鹽和單陸屑含煤沉積；下、中三疊統(tǒng)為蒸發(fā)式沉積；晚三疊世—侏羅紀，區(qū)內(nèi)由于受雪峰隆起影響，發(fā)育了上三疊統(tǒng)和侏羅系碎屑巖沉積；上白堊統(tǒng)為山間盆地磨拉石沉積，不整合于侏羅系及更老地層之上。全區(qū)地層發(fā)育不全，部分地層缺失。出露地層以古生界為主，其次為三疊系及少量的侏羅系，缺失白堊系和第三系。背斜核部出露寒武系、奧陶系，向斜出露中、下三疊統(tǒng)、上古生界二疊系。頁巖地層主要分布在下古生界下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組。

徐渭(1521-1593)，字文清，后改字文長，別號青藤等，明晚期杰出文學(xué)藝術(shù)家。張岱(1597-1679)，字宗子，明末清初著名文學(xué)家。400多年前的紹興城中，張岱家族中的張?zhí)鞆?fù)、張元忭、張汝霖祖孫三代，以及張岱本人，與徐渭一起，構(gòu)成了一段以“憐才與感恩”為主題的風(fēng)雅往事。

兩套黑色頁巖地層平面分布均勻，單層厚度薄。下寒武統(tǒng)牛蹄塘組為深水陸棚相沉積，巖性以灰綠色頁巖或黑色炭質(zhì)頁巖為主。底部為硅質(zhì)巖夾少量炭質(zhì)頁巖，普遍含磷礦，產(chǎn)軟舌螺類化石。下部以黑色炭質(zhì)頁巖為主，上部為深灰綠色頁巖夾粉砂巖條帶頁巖，產(chǎn)三葉蟲、古介類、古海綿骨針、軟舌螺類等化石，厚度為35～210m。其中黑色頁巖總厚度為20～120m，單層厚度小，局部地區(qū)大于30m，平面分布由西北向東南增厚。

上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組為深水陸棚相沉積，上奧陶統(tǒng)五峰組巖性主要為黃綠色、淺紫色或棕色，薄層、含有機質(zhì)、砂質(zhì)水云母頁巖，夾黑灰色薄層硅質(zhì)灰?guī)r，與下伏地層整合接觸?？偤穸葹?～13m。下志留統(tǒng)龍馬溪組上部巖性為黃綠、灰綠色頁巖夾粉砂質(zhì)頁巖或粉砂巖。下部為黑色、深灰色鈣質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖，底部為黑色粉砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖，與下伏地層整合接觸，厚度為50～220m。其中黑色頁巖總厚度為20～60m，單層厚度較薄，平面分布呈西北向東南減薄的趨勢。

1.3 頁巖層生烴特征

渝東南地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組兩套頁巖是主要烴源層，由于兩套烴源層有機質(zhì)含量TOC值在縱向上差異較大，平均值都不高。成熟度Ro較高，均達到高—過成熟階段。由于受保存條件的影響，頁巖層含氣量偏低［2］。

下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖有機質(zhì)含量差異較大，TOC值為0.04%～14.3%，平均值為3.2%；有機質(zhì)成熟度較高，Ro為1.6%～3.55%，平均為2.8%；含氣量普遍偏低，等溫吸附測試吸附能力為0.6～2.9m3／t，平均為1.87m3／t。

上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖有機質(zhì)含量也不高，TOC值為0.12%～7.97%，平均值為

2.37%；有機質(zhì)成熟度較高，Ro為1.56%～3.68%，平均為2.35%；含氣量為0.31～4.21m3／t，平均含氣量為1.76m3／t。

1.4 頁巖層物性差

頁巖氣均為自生自儲氣藏，頁巖既是烴源層也是儲集層［3］。渝東南地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組兩套頁巖儲層物性較差，孔隙度、滲透率低。下寒武統(tǒng)牛蹄塘組主要為灰綠色頁巖或黑色炭質(zhì)頁巖，頁巖層巖心實測孔隙度為0.77%～4.70%，滲透率為0.0026～0.0328 mD；下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組主要為黑色含炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖及黑色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖，頁巖層巖心實測孔隙度為0.2%～3.5%，滲透率為0.0012～0.9361mD。屬于典型的特低孔、低滲儲集層。

渝東南地區(qū)遭受多期強烈構(gòu)造運動，褶皺斷裂發(fā)育，其斷裂上部變形劇烈，主斷裂多數(shù)深達基底。地腹斷層、裂縫發(fā)育，測井資料發(fā)現(xiàn)頁巖層巖心主要為高角度裂縫。地層遭受剝蝕嚴重，該區(qū)受華夏與揚子板塊碰撞的影響，應(yīng)力由南東向北西方向傳遞，隆升的東南部地層遭受剝蝕最嚴重，出露地層以古生界為主，不但背斜核部已出露寒武系—奧陶系，而且向斜也出露中、下三疊統(tǒng)和二疊系地層。該區(qū)由于褶皺斷裂發(fā)育，尤其多發(fā)育深斷裂、地腹斷層、高角度裂縫，地層遭受剝蝕最嚴重，頁巖層埋藏淺，影響頁巖氣保存。

2 頁巖氣勘探潛力

根據(jù)國內(nèi)外勘探開發(fā)頁巖氣地質(zhì)條件對比，渝東南地區(qū)屬于典型的復(fù)雜地質(zhì)區(qū)。但是，在這個勘探開發(fā)頁巖氣地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)，QY1井、PY1井、PY3井已鉆獲頁巖氣，充分表明復(fù)雜地質(zhì)區(qū)仍具頁巖氣勘探潛力。

2.1 廣泛分布黑色頁巖地層

渝東南地區(qū)下古生界地層分布較廣。下古生界寒武系—志留系為碳酸鹽和砂泥質(zhì)頁巖沉積，在下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組發(fā)育兩套黑色有機質(zhì)頁巖地層，雖然兩套黑色有機質(zhì)頁巖地層總的沉積厚度不大，但平面分布廣。尤其下寒武統(tǒng)牛蹄塘組在東南部地區(qū)，以及下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組在西北部地區(qū)黑色頁巖增厚，局部地區(qū)單層厚度大于30m，是勘探開發(fā)頁巖氣的有利區(qū)。

2.2 局部地區(qū)頁巖烴源條件較好

渝東南地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組兩套頁巖烴源層，TOC平均值都不高，成熟度Ro均達到高—過成熟階段，含氣量普遍偏低，總體烴源條件較差。但在局部地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖有機質(zhì)含量最高可達到14.3%，等溫吸附測試吸附能力最高可達到2.9m3／t；上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖有機質(zhì)含量最高可達到7.97%，等溫吸附測試吸附能力最高可達到4.21m3／t，有機質(zhì)成熟度較高，Ro平均超過2%，說明該區(qū)局部地區(qū)黑色頁巖層段烴源條件較好，是有利富集頁巖氣的“甜點”區(qū)［4］。

2.3 頁巖儲層具備壓裂改造條件

頁巖氣藏儲層主要依靠后期改造。渝東南地區(qū)牛蹄塘組、龍馬溪組—五峰組兩套頁巖基質(zhì)孔隙度、滲透率低，連通性差，總體物性較差，屬于典型的特低孔、低滲儲集層。該區(qū)兩套頁巖儲層巖性含硅質(zhì)組分，具備較好的壓裂改造條件。特別是局部地區(qū)有好的孔隙層段，下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖層巖心實測孔隙度最高可達到4.70%，五峰組—龍馬溪組頁巖層巖心實測孔隙度最高可達到3.50%，對這種可改造的相對較高的孔隙層段，通過后期改造將會進一步提高儲層的儲滲條件。

2.4 頁巖氣具有自生自儲的特點

常規(guī)氣藏形成需要完整的生、儲、蓋、保組合地質(zhì)條件，但頁巖氣藏具有自生自儲的特點，因此，頁巖氣藏形成的地質(zhì)條件不同于常規(guī)氣藏。雖然渝東南有的地區(qū)遭受深大斷裂的破壞，以及地層剝蝕嚴重，對頁巖氣的保存有一定的影響，但在背斜翼部以及向斜等深大斷裂不發(fā)育區(qū)，地層遭受破壞和剝蝕影響較小，頁巖地層保存完整，對形成頁巖氣藏影響不大。

3 結(jié)論

根據(jù)國內(nèi)外勘探開發(fā)頁巖氣地質(zhì)條件對比，渝東南地區(qū)下古生界下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組兩套頁巖氣勘探目的層，雖然頁巖層厚度不大，有機質(zhì)、天然氣含量不高，儲層物性較差，構(gòu)造褶皺斷裂及地腹斷層、裂縫發(fā)育，地層遭受剝蝕最嚴重，頁巖氣保存條件差，屬于典型的復(fù)雜地質(zhì)區(qū)。但這個復(fù)雜地質(zhì)區(qū)仍具頁巖氣勘探開發(fā)潛力［5］：

1）渝東南地區(qū)廣泛分布下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組兩套黑色頁巖地層，下寒武統(tǒng)牛蹄塘組在東南部地區(qū)，以及下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組在西北部地區(qū)黑色頁巖增厚，局部地區(qū)單層厚度大于30m，是勘探開發(fā)頁巖氣的有利區(qū)。

2）牛蹄塘組、五峰組—龍馬溪組兩套黑色頁巖地層局部地區(qū)烴源條件較好，有機質(zhì)含量、含氣量高，是頁巖氣富集的“甜點”區(qū)。

3）牛蹄塘組、龍馬溪組—五峰組兩套頁巖局部地區(qū)有好的孔隙層段，儲層巖性含硅質(zhì)組分，具備較好的儲層改造條件。

4）頁巖氣藏具有自生自儲的特點，在背斜翼部以及向斜等深大斷裂不發(fā)育區(qū)，地層遭受破壞和剝蝕影響較小，頁巖地層保存完整，可形成頁巖氣藏。

［1］李玉喜，聶海寬，龍鵬宇.我國富含有機質(zhì)泥頁巖發(fā)育特點與頁巖氣戰(zhàn)略選區(qū)［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（12）：115-118.

［2］王社教，王蘭生，黃金亮.上揚子區(qū)志留系頁巖氣成藏條件［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（5）：45-50.

［3］鄒才能，董大忠，王社教，等.中國頁巖氣形成機理、地質(zhì)特征及資源潛力［J］.石油勘探與開發(fā)，2010，37（6）：641-653.

［4］王玉滿，董大忠，楊樺，等.上揚子地區(qū)海相地層頁巖氣保存條件淺析［J］.非常規(guī)油氣，2012（1）：4-9.

［5］《頁巖氣地質(zhì)與勘探開發(fā)實踐》叢書編委會.北美地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)新進展［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2009.

（編輯：盧櫟羽）

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2095-1132（2014）01-0024-03

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.01.007

2013-08-06

2014-01-07

韋先海（1950-），高級工程師，從事油氣勘探工作。E-mail：2497975422@qq.com。