湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣藏形成條件與資源潛力

張琳婷，郭建華，焦鵬 ，張振,

(1. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙，410083；2. 中石化勝利石油工程有限公司地質(zhì)錄井公司，山東 東營，257064)

頁巖氣屬于非常規(guī)天然氣資源的一種，作為一種重要的能源礦產(chǎn)和戰(zhàn)略資源，在石油緊缺和能源安全日益嚴(yán)峻的今天，已引起國內(nèi)高度關(guān)注[1]。中國頁巖氣主要發(fā)育于南方、華北—東北、西北及青藏等四大地區(qū)[2-3]，研究區(qū)位于南方地區(qū)。Curtis[4]對頁巖氣進行了界定并認為，頁巖氣在本質(zhì)上就是連續(xù)生成的生物化學(xué)成因氣、熱成因氣或兩者的混合，它具有普遍的地層飽含氣性、含氣面積大、隱蔽聚集、多種巖性封閉以及相對很短的運移距離等特點，可以在天然裂縫和孔隙中以游離方式存在、在干酪根和黏土顆粒表面上以吸附狀態(tài)存在，甚至在干酪根和瀝青質(zhì)中以溶解狀態(tài)存在。張金川等[5-6]認為，頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。在頁巖氣藏中，天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖甚至砂巖地層中，為天然氣生成之后在源巖層內(nèi)就近聚集的結(jié)果，表現(xiàn)為典型的“原地”成藏模式。自生自儲、吸附作用及由此產(chǎn)生的大規(guī)模聚集是頁巖氣的重要地質(zhì)特點。湘西北地區(qū)油氣勘探工作已陸續(xù)開展了50余年，雖然取得了一定的勘探成果，但由于該區(qū)油氣地質(zhì)條件復(fù)雜，即油氣有機質(zhì)演化程度高、油氣成藏及保存條件復(fù)雜，造成對油氣勘探工作難度大，勘探成本高。而頁巖氣與常規(guī)天然氣藏不同，其成藏條件較常規(guī)天然氣藏簡單，這為研究區(qū)天然氣的勘探帶來了新的契機。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖1 所示為研究區(qū)位置示意圖。由圖1 可見：研究區(qū)位于揚子準(zhǔn)地臺東南緣上揚子臺褶帶與江南地軸結(jié)合部位的武陵褶斷帶內(nèi)；西北側(cè)以NEE 向展布的慈利—保靖斷裂帶為界，與江南隆起帶相隔；在下寒武統(tǒng)的地層分區(qū)上，除龍山茨巖塘至桑植五道水一線的西北屬于揚子區(qū)外，其余為武陵山過渡區(qū)，隸屬于揚子區(qū)和江南區(qū)之間的過渡地帶[7]；武陵期至燕山期，研究區(qū)經(jīng)歷了多期次地殼構(gòu)造運動，褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造線方向由NNE 向逐漸偏轉(zhuǎn)為NE 向，構(gòu)成了湘西弧形構(gòu)造帶之西北端。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location map of research area in Northwestern Hunan

2 成藏條件分析

頁巖氣特殊的成藏機理使其成藏條件較常規(guī)氣藏要簡單，從而使得頁巖氣藏能夠大面積展布，即與泥頁巖類烴源巖展布范圍基本一致。廣義上的頁巖氣普遍發(fā)育且分布廣泛，但要形成具有工業(yè)勘探開發(fā)價值的頁巖氣尚需具備相應(yīng)的地質(zhì)條件[6,7]：頁巖層總有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于2%，有機質(zhì)熱成熟度在生氣范圍之內(nèi)，鏡質(zhì)體反射率(Ro)一般超過1.1%，區(qū)域上連續(xù)分布的頁巖厚度一般在30 m 以上，埋藏深度小于3.5 km；裂縫發(fā)育，吸附氣含量高等。

2.1 牛蹄塘組泥頁巖分布特征

自震旦紀(jì)以來，湖南省內(nèi)經(jīng)歷了加里東早期、加里東晚期、海西早期、海西晚期—印支期及印支—喜山期5 次大的構(gòu)造運動與成盆期。加里東早期成盆期，經(jīng)晉寧運動固結(jié)后的揚子板塊在原特提斯擴張作用下，形成震旦至早奧陶世末的揚子?xùn)|南被動陸緣盆地，其沉積充填由臺地碳酸鹽巖到陸棚斜坡-盆地相欠補償?shù)哪囗搸r系構(gòu)成，縱向上逐漸變細、變薄，反映了從陸殼伸展到裂離的變化過程。湖南省內(nèi)泥頁巖發(fā)育于晚震旦世、早寒武世和晚奧陶世，其中最主要的是早寒武世。

湘西北下寒武統(tǒng)自下而上依次分為牛蹄塘組、杷榔組和清虛洞組[8]，下寒武統(tǒng)泥質(zhì)烴源巖主要發(fā)育于牛蹄塘組，對應(yīng)于最大海泛面低能環(huán)境，為碳酸鹽巖臺地的陸棚斜坡-盆地沉積。圖2 所示為湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組泥頁巖野外剖面。由圖2 可見：牛蹄塘組巖性主要為含磷碎屑巖和黑色碳質(zhì)硅質(zhì)泥頁巖組合，屬于較典型的海相黑色頁巖沉積模式，連續(xù)沉積于上震旦統(tǒng)燈影組白云巖、硅質(zhì)白云巖之上，可分為上、下2 段：下段以灰黑色碳質(zhì)頁巖為主，底部為薄層含磷硅質(zhì)碳質(zhì)頁巖與黑色硅質(zhì)巖互層，局部可見灰?guī)r透鏡體或泥灰?guī)r與碳質(zhì)頁巖互層；上段主要為黑色碳質(zhì)頁巖，少量碳質(zhì)、硅質(zhì)泥頁巖及含碳質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖。圖3 所示為湘西北地區(qū)永定大坪下寒武統(tǒng)牛蹄塘組剖面。由圖3 可見：下寒武統(tǒng)牛蹄塘組厚106.7 m，巖性以黑色碳質(zhì)頁巖為主，黑色碳質(zhì)頁巖厚度占到剖面總厚度的70%以上。

圖2 湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組泥頁巖野外剖面照片F(xiàn)ig.2 Photos of shale outcrop of Lower Cambrian Niutitang Formation in Northwestern Hunan

圖3 湘西北地區(qū)永定大坪下寒武統(tǒng)牛蹄塘組剖面Fig.3 Outcrop of Lower Cambrian Niutitang Formation in the DaPing YongDing region, Northwestern Hunan

作為我國南方四套區(qū)域性海相烴源巖層系之一[10]，下寒武統(tǒng)牛蹄塘組烴源巖在研究區(qū)內(nèi)分布廣泛。空間上，由于受到燈影組沉積后的剝蝕古地形控制，湘西北地區(qū)顯示出北西低南東高的緩坡狀古構(gòu)造面貌，圖4 所示為湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組暗色泥頁巖厚度、有機質(zhì)豐度及熱演化程度疊合圖，圖5 所示為湘西北桑植—石門復(fù)向斜構(gòu)造大剖面綜合解釋圖[9]。由圖4 和圖5 可見：該區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組暗色泥頁巖在平面上分布穩(wěn)定，總體呈南東向北西遞增趨勢，厚度一般為50～200 m，現(xiàn)今殘留面積約為5.0×104km2，其中厚度大于30 m 的殘留面積約為4.4×104km2。

2.2 泥頁巖有機地化特征

2.2.1 有機質(zhì)豐度

高有機碳含量使得頁巖具有較好的成烴物質(zhì)基礎(chǔ)，同時有利于頁巖氣的吸附，對于形成頁巖氣藏具有積極意義。表1 所示為頁巖氣源巖有機碳含量評價標(biāo)準(zhǔn)[19]。由表1 可見：斯倫貝謝公司在統(tǒng)計分析北美頁巖氣含氣盆地開發(fā)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出的頁巖氣源巖的有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到工業(yè)開采的最低標(biāo)準(zhǔn)原則上應(yīng)該超過2%。湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組泥頁巖具有高有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，圖4 所示為湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組暗色泥頁巖厚度、有機質(zhì)豐度及熱演化程度疊合圖。由圖4 可見：在平面上，有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)受到沉積環(huán)境的控制，泥頁巖的沉積中心與有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的區(qū)域比較吻合。本次野外共采集有機碳樣品46塊，樣品點分布在大庸、永順、古丈、桑植和石門等地。表2 所示為湘西北地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖測試結(jié)果，圖6 所示為湘西北牛蹄塘組實測樣品有機碳含量分布頻率。由表2 和圖6 可見：最高的樣品有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到23.25%，最小值僅為0.14%，平均為7.11%；在46 個數(shù)據(jù)中，有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.5%的為9 塊，占總樣數(shù)的19.6%；在0.5～1.0%區(qū)間的樣品僅4 塊，占總樣數(shù)的8.7%；1.0～2.0%區(qū)間的樣品僅1塊，占總樣數(shù)的2.2%；2.0%～4.0%區(qū)間的樣品為3 塊，占總樣數(shù)的6.5%；4.0%～12.0%區(qū)間的樣品為18 塊，占總樣數(shù)的39.1%；大于12.0%的樣品也為11 塊，占總樣數(shù)的23.9%。若以有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%為達標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，則本次樣品測試分析達標(biāo)率為69.5%。

表1 頁巖氣源巖有機碳含量評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation standard of organic carbon content of shale gas source rock[19]

圖4 湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組暗色泥頁巖厚度、有機質(zhì)豐度及熱演化程度疊合圖Fig.4 Congruence of thickness, TOC and Ro of dark shale of Lower Cambrian Niutitang Formation in Northwestern Hunan

圖5 湘西北桑植—石門復(fù)向斜構(gòu)造大剖面綜合解釋圖[9]Fig.5 Comprehensive interpretation of the large section with in Sangzhi—Shimen syncline region, Northwestern Hunan[9]

2.2.2 有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型決定了烴源巖生烴能力，是評價烴源巖生烴潛力的重要指標(biāo)。北美頁巖氣含氣盆地的頁巖烴源巖干酪根類型統(tǒng)計結(jié)果表明：干酪根主要為Ⅱ或Ⅰ型干酪根，少量為Ⅲ型干酪根[4,10-14]。頁巖中干酪根類型不同，不僅影響頁巖氣的數(shù)量，對天然氣的吸附和擴散也有較大影響。

表2 湘西北地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖測試結(jié)果Table 2 Experiment results of Lower Cambrian Niutitang Formation shale in Northwestern Hunan

圖6 湘西北牛蹄塘組實測樣品有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布頻率Fig.6 Measured total organic carbon content of Niutitang Formation in Northwestern

已有研究表明[15-17]：湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組烴源巖干酪根類型以Ⅰ型(腐泥型)為主，有少量Ⅱ1型(腐殖腐泥型)。烴源巖有機顯微組分所占比例由大到小依次為藻類體、動物碎屑、鏡狀體、瀝青和藻類體，生烴物質(zhì)來源以藻類為主。

2.2.3 有機質(zhì)演化程度

有機質(zhì)成熟度是影響頁巖氣富集成藏的另一重要因素。有機質(zhì)成熟作用的過程能使泥頁巖大量生成天然氣供泥頁巖達到飽和吸附；隨著成熟度的增加，泥頁巖對天然氣的吸附量也會增加；高的熱演化可以改善泥頁巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，增加游離氣含量；高演化的頁巖增加巖石的脆性，有利于對泥頁巖儲層的人造壓裂。

統(tǒng)計、分析湘西北及鄰區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組13個剖面40 塊烴源巖樣品鏡質(zhì)體反射率，結(jié)果見表2：從表2 可見：該套暗色泥頁巖演化程度總體較高，Ro為1.37%～3.36%，平均值為2.87%，其中7.5%的樣品Ro為1%～2%，45%的樣品Ro為2%～3%，高于3%的樣品Ro為47.5%。由圖4 可見：研究區(qū)牛蹄塘組暗色泥頁巖演化程度總體較高，Ro為2.5%～4.0%，大部分已進入過成熟階段，局部地區(qū)已變質(zhì)，失去生烴能力。不過，根據(jù)北美頁巖氣成功的勘探經(jīng)驗，高成熟度條件下同樣能夠形成頁巖氣藏[4,14,18]。平面上其成熟度等值線近北東向展布，高值區(qū)在桑植—石門楊家坪一線。

3 儲集條件分析

3.1 礦物組成

頁巖儲層中常見黏土礦物除高嶺土、蒙皂石、伊利石和綠泥石外，還混雜有石英、長石、云母以及自生礦物鐵、鋁、錳的氧化物與氫氧化物等[13,19]。目前，美國發(fā)現(xiàn)的含氣頁巖的主要礦物組成為石英、碳酸鹽巖、黏土及干酪根。其中石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%～52%，碳酸鹽巖為4%～16%，黏土為8%～25%，干酪根為2%～12%[19]。石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接影響了頁巖的脆性，石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的頁巖更容易在外力作用下形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，有利于天然氣滲流。所以，在實際勘探中，首選的目標(biāo)就是低泊松比、高彈性模量、富含有機質(zhì)的脆性頁巖。

表3 所示為湘西北地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組暗色頁巖儲層XRD 分析結(jié)果，圖7 所示為湘西北牛蹄塘組黑色頁巖與北美Barnett 頁巖礦物組成對比三角圖。由表3 和圖7 可見：湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖的X線衍射分析結(jié)果總體上與Barnett 頁巖的相似。由表3可見：目的層位的主要礦物成分是黏土礦物和石英；石英、長石和黃鐵礦的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%～90%，碳酸鹽巖的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)往往低于20%，少數(shù)接近于0；黏土礦物(以伊利石為主)的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～50%；與Barnett 頁巖相比，牛蹄塘組的脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，說明研究區(qū)頁巖脆性礦物發(fā)育，有利于后期壓裂改造形成裂縫，有利于頁巖氣滲流。值得注意的是：碳酸鹽巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，尤其是方解石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，對產(chǎn)生溶蝕溶孔不利[20]。

3.2 物性特征

在頁巖氣藏儲層研究中，孔隙度和滲透率這2 個常規(guī)儲層特征研究中最重要的參數(shù)依然適用。頁巖儲層中游離態(tài)天然氣的含量受孔隙度的影響，而可由滲透率能夠判斷頁巖氣藏是否具有經(jīng)濟開發(fā)價值。頁巖氣儲層最顯著的物性特征就是低孔、致密和特低滲。北美主要產(chǎn)氣頁巖儲層巖心分析總孔隙度為2.0%～14.0%，平均為4.22%～6.51%；測井孔隙度為4.0%～12.0%，平均為5.2%；充氣孔隙度為1.0%～7.5%，充水孔隙度為1.0%～8.0%。滲透率普遍低于0.1 mD，平均喉道半徑低于0.005 μm[20]。

在研究區(qū)取得6 塊頁巖樣品的儲層孔滲參數(shù)。分析的孔隙度分布區(qū)間為0.90%～4.28%，平均孔隙度為2.02%；滲透率為0.001～0.061 mD，平均為0.020 mD，平均孔喉半徑為0.019～0.024 μm。龍山、保靖等地鉆遇牛蹄塘組的井中的氣流顯示湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖具備儲集條件。

含水飽和度和含油飽和度過高都會降低頁巖產(chǎn)氣效率[20]。這是因為：水比氣的吸附性能好，甲烷吸附容量會因部分活性表面被水占據(jù)而降低；含水飽和度往往隨頁巖成熟度增加而減小，高成熟度的頁巖含氣量可能更高；含油飽和度過大除了會降低含氣飽和度外，還會因油分子太大堵塞微孔隙和喉道，減小氣體的流速，對頁巖氣產(chǎn)出不利。在評價頁巖氣有利勘探區(qū)時，國外將頁巖儲層含水飽和度和含油飽和度下限值分別設(shè)定為45%和5%。

表3 湘西北地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組暗色頁巖儲層XRD 分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 3 XRD analysis results of Lower Cambrian Niutitang Formation dark shale reservoirs in Northwestern Hunan %

圖7 湘西北牛蹄塘組黑色頁巖與北美Barnett 頁巖礦物組成對比三角圖Fig.7 Contrast of triangular diagram of mineral composition of shale between Niutitang Formation and Barnett

3.3 儲滲空間特征

頁巖基質(zhì)孔隙和裂縫是頁巖儲層的主要儲滲空間。常見的基質(zhì)孔隙有殘余原生孔隙、有機質(zhì)生烴形成的微孔隙及不穩(wěn)定礦物溶蝕形成的溶蝕孔等。頁巖儲層原生孔隙一般由微細的孔隙組成，具有極大的內(nèi)表面積，擁有相當(dāng)大的潛在吸附空間，可以吸附和儲存大量氣體。Jarvie 等[21]認為，在生烴演化過程中，有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的頁巖消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的有機碳可使頁巖孔隙度增大4.9%。圖8 所示為掃描電鏡下頁巖孔隙結(jié)構(gòu)和構(gòu)造縫特征。由圖8(a)和8(b)可見：研究區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色頁巖中顆粒被溶蝕現(xiàn)象，溶蝕孔以微米級孔隙較發(fā)育，少量納米級孔隙，孔徑幾百納米至幾十微米不等?？紫兜拇嬖跒轫搸r儲層提供了儲集空間，也證明牛蹄塘組具有良好的儲集條件。

頁巖地層中可以發(fā)育不同規(guī)模的微裂縫或裂縫，在成因上分為內(nèi)、外因2 個方面。內(nèi)因主要是巖石類型和礦物學(xué)特征；外因如生烴過程、地層孔隙壓力、各向異性的水平壓力、褶皺作用和斷層作用等都與裂縫的形成密切相關(guān)。美國在開發(fā)東部頁巖氣初期，選擇天然裂縫相對發(fā)育區(qū)帶作為主要勘探目標(biāo)，因為在同等條件下，裂縫的發(fā)育會大大提高頁巖的孔隙度，改善滲透能力，提高頁巖氣生產(chǎn)速率。

圖8 掃描電鏡下頁巖孔隙結(jié)構(gòu)和構(gòu)造縫特征Fig.8 Pore-fracture and structural seam characteristic under SEM

研究區(qū)與美國東部地區(qū)頁巖氣發(fā)育盆地均是古生代海相沉積背景下形成的富含有機質(zhì)頁巖，后期都經(jīng)歷了大幅度的構(gòu)造抬升和強烈的地質(zhì)改造。研究區(qū)地層大幅度抬升，使得上覆地層剝蝕嚴(yán)重，下伏地層壓力得以釋放。在此過程中，下古生界泥頁巖巖層層面裂縫發(fā)育，提高游離儲集空間的同時還增加了頁巖氣的吸附面積。由圖8(c)可見：掃描電鏡觀測結(jié)果中發(fā)現(xiàn)構(gòu)造縫3 條，兩期形成：一期寬0.03 mm 左右；二期為平行分布的2 條，切割1 期，寬分別為0.07 mm和0.6 mm 左右，縫內(nèi)充填硅質(zhì)完全，其晶粒具它形結(jié)構(gòu)。利用測井曲線響應(yīng)特征也能夠達到預(yù)測頁巖儲層裂縫位置的目的，綜合密度與井徑曲線的反映特征，在井徑曲線上顯示為相對平直的井段, 若補償密度減小，則說明可能有裂縫存在[22]。

3.4 含氣量

頁巖含氣量是指每噸巖石中所含天然氣折算到標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下(101.325 kPa，25 ℃)的天然氣總量，主要包括吸附氣含量和游離氣含量。吸附氣賦存于有機質(zhì)顆粒與黏土礦物表面，與煤層氣類似；游離氣賦存于頁巖基質(zhì)孔隙和微裂縫中，與常規(guī)天然氣相似。國外已證實的吸附氣含量占頁巖總含氣量區(qū)間為20%～85%，變化范圍較大[4,13]。由于吸附氣含量受到巖石組成、有機質(zhì)含量、地層壓力、裂縫發(fā)育程度等因素的影響，要準(zhǔn)確判斷吸附氣含量難度很大。

頁巖含氣量測定方法分為直接測定和分類測定[8]。目前應(yīng)用最廣泛的是分類測定方法，解吸和等溫吸附模擬是分類測定中常用的手段，兩者互為逆過程。由于研究區(qū)沒有鉆井取心直接進行頁巖含氣量測試結(jié)果，只能通過頁巖的等溫吸附曲線和頁巖賦存的地質(zhì)條件估算含氣量。由圖9 可見：取埋深1.0 km，按靜水壓力估算，地層壓力為10 MPa，投影到等溫吸附曲線上得到的吸附氣含氣量為0.43～1.02 m3/t，均值為0.73 m3/t[16]。若吸附態(tài)天然氣能夠占到天然氣總量的50%(取國外吸附氣占總含氣量比例的中間值)，則頁巖含氣量為0.86～2.04 m3/t。

圖9 湘西北牛蹄塘組頁巖等溫吸附曲線[16]Fig.9 Adsorption isotherm curves of Niutitang shale in Northwestern Hunan[16]

4 有利區(qū)預(yù)測及資源潛力分析

4.1 資源潛力預(yù)測

本次采用體積法計算資源量，其計算式為[16,23-24]

式中：GIP為頁巖氣資源量，1012m3；A 為頁巖分布面積，106m2；h 為有效頁巖厚度，m；ρ 為頁巖密度，t/m3；q 為頁巖含氣量，m3/ t；Sg為含氣飽和度，%。

參數(shù)取值上，研究區(qū)牛蹄塘組暗色頁巖殘留最大面積約為50 000×106m2，頁巖密度采用鄰區(qū)的實測平均值2.51 t/m3；總含氣量取平均值1.45 m3/t；含氣飽和度按經(jīng)驗值10%計算。依據(jù)上述參數(shù)由式(1)計算結(jié)果，研究區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣資源量為(0.5～2.1) ×1012m3，中間值為1.3×1012m3。

4.2 有利區(qū)預(yù)測

表4 所示為美國5 個大頁巖氣盆地與湘西北牛蹄塘組地質(zhì)評價參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果。由表4 可見：湘西北地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組暗色頁巖與美國東部5 個主要產(chǎn)頁巖氣盆地產(chǎn)氣頁巖類似，亦具有暗色頁巖區(qū)域分布面積廣、頁巖的厚度大、有機碳含量高、成熟度高和埋深適中的特點。

鑒于研究區(qū)頁巖氣研究處于起步階段，可供研究的資料較少，因此，采用綜合信息疊合法，利用頁巖厚度、有機碳含量、在機質(zhì)類型及成熟度、埋藏深度、含氣量、孔隙與裂縫和區(qū)域構(gòu)造改造強度等指標(biāo)。對湘西北地區(qū)頁巖氣發(fā)育有利區(qū)進行預(yù)測。結(jié)合頁巖氣成藏主控因素和湘西北地區(qū)暗色頁巖特征，并參照北美頁巖氣勘探開發(fā)經(jīng)驗，以富含有機質(zhì)頁巖厚度(≥30 m)，殘余有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(＞2.0%)、有機質(zhì)成熟度(Ro＞1.1%)、現(xiàn)有泥頁巖埋藏深度(Dp＜3.5 km)及區(qū)域構(gòu)造活動相對較弱等為主要評價依據(jù)。初步分析表明，研究區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣藏發(fā)育最有利區(qū)塊位于吉首—花垣—龍山一帶和桑植石門復(fù)向斜南翼斜坡帶。

表4 美國5 個大頁巖氣盆地與湘西北牛蹄塘組地質(zhì)評價參數(shù)統(tǒng)計Table 4 Geological evaluation parameters in 5 great shale gas basins and Niutitang Formation in Northwestern Hunan

5 結(jié)論

(1) 湘西北地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組暗色頁巖具有區(qū)域分布廣、厚度大、埋藏深度適中，有機質(zhì)豐度高、熱演化程度高、脆性礦物豐富、物性良好、儲滲空間發(fā)育等特點，具備頁巖氣聚集成藏的有利地質(zhì)條件。

(2) 以富含有機質(zhì)頁巖(厚度≥30 m)、殘余有機碳(質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞2.0%)、有機質(zhì)成熟度(＞1.1%)、現(xiàn)有泥頁巖埋藏深度(＜3. 5 km)及區(qū)域構(gòu)造活動相對較弱等為主要評價依據(jù)，對湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣藏發(fā)育有利區(qū)進行預(yù)測。初步分析認為吉首—花垣—龍山一帶和桑植石門復(fù)向斜南翼斜坡帶是研究區(qū)頁巖氣發(fā)育最有利區(qū)。

(3) 采用體積法對研究區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣資源量初步估算，資源量區(qū)間值為(0.5～2.1)×1012m3，中間值為1.3×1012m3。

[1] 張金川, 聶海寬, 薛會, 等. 中國天然氣勘探的2 個新領(lǐng)域:根緣氣和頁巖氣[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2006, 37(1):12-16.ZHANG Jinchuan, NIE Haikuan, XUE Hui, et al. Prospective fields in China: Source-contacting gas and shale gas[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2006,37(1): 12-16.

[2] 張金川, 徐波, 聶海寬, 等. 中國頁巖氣資源勘探潛力[J]. 天然氣工業(yè), 2008, 28(6): 136-140.ZHANG Jinchuan, XU Bo, NIE Haikuan, et al. Exploration potential of shale gas resources in China[J]. Natural Gas Industry,2008, 28(6): 136-140.

[3] 聶海寬, 唐玄, 邊瑞康. 頁巖氣成藏控制因素及中國南方頁巖發(fā)育有利區(qū)預(yù)測[J]. 石油學(xué)報, 2009, 30(4): 484-491.NIE Haikuan, TANG Xuan, BIAN Ruikang. Controlling factors for shale gas accumulation and prediction of potential development area in shale gas reservoir of south China[J]. Acta Petrolei Sinica, 2009, 30(4): 484-491.

[4] Curtis J B. Fractured shale-gas systems[J]. Aapg Bull, 2002,86(11): 1921-1938.

[5] 張金川, 金之鈞, 袁明生. 頁巖氣成藏機理和分布[J]. 天然氣工業(yè), 2004, 24(7): 15-18.ZHANG Jinchuan, JIN Zhijun, YUAN Mingsheng. Reservoiring mechanism of shale gas and its distribution[J]. Natural Gas Industry, 2004, 24(7): 15-18.

[6] 張金川, 聶海寬, 徐波, 等. 四川盆地頁巖氣成藏地質(zhì)條件[J].天然氣工業(yè), 2008, 28(2): 151-156.ZHANG Jinchuan, NIE Haikuan, XU Bo, et al. Geological condition of shale gas accumulation in Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2008, 28(2): 151-156.

[7] 李玉喜, 喬德武, 姜文利, 等. 頁巖氣含氣量和頁巖氣地質(zhì)評價綜述[J]. 地質(zhì)通報, 2011, 30(2/3): 308-317.LI Yuxi, QIAO Dewu, JIANG Wenli, et al. Gas cotent of gas-bearing shale and its geological evaluation summary[J].Geological Bulletin of China, 2011, 30(2/3): 308-317.

[8] 湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 湖南省區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1988: 41-61.Bureau of Geology and Mineral of Hunan Province. Regional geology of Hunan Province[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1988: 41-61.

[9] 郭建華, 朱美衡, 劉辰生, 等. 湖南桑植—石門復(fù)向斜走廊剖面構(gòu)造特征分析[J]. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 2005, 29(2): 215-222.GUO Jianhua, ZHU Meiheng, LIU Chensheng, et al. Structural characteristics of the corridor section in Sangzhi—Shimen syncline[J]. Geotectonica et Metallogenia, 2005, 29(2):215-222.

[10] 梁狄剛, 郭彤樓, 陳建平, 等. 中國南方海相生烴成藏研究的若干新進展(一): 南方四套區(qū)域性海相烴源巖的分布[J]. 海相油氣地質(zhì), 2008, 13(2): 1-16.LIANG Digang, GUO Tonglou, CHEN Jianping, et al. Some progresses on studies of hydrocarbon generation and accumulation in marine sedimentary regions, Southern China(Part 1): Distribution of four suits regional marine source rocks[J]. Marine Origin Petroleum Geology, 2008, 13(2): 1-16.

[11] 聶海寬, 張金川, 張培先, 等. 福特沃斯盆地Barnett 頁巖氣藏特征及啟示[J]. 地質(zhì)科技情報, 2009, 28(2): 87-93.NIE Haikuan, ZHANG Jinchuan, ZHANG Peixian, et al. Shale gas reservoir characteristics of Barnett shale gas reservoir in Fort Worth Basin[J]. Geological Science and Technology Information,2009, 28(2): 87-93.

[12] Ross D J K, Bustin R M. Characterizing the shale gas resource potential of Devonian-Missis Sippian strata in the western Canada sedimentary basin: Application of an integrated formation evaluation[J]. AAPG Bulletin, 2008, 92(1): 87-125.

[13] Bowker K A. Barnett Shale gas production, Fort Worth Basin:issues and discussion[J]. AAPG Bulletin, 2007, 91(4):523-533.

[14] Milici R C, Swezey C S. Assessment of Appalachian Basin oil and gas resources: Devonian Shale-Middle and Upper Paleozoic total petroleum system[EB/OL]. [2008-09-18]. http://pubs.usg-s.gov/of/2006/1237/ index.html.

[15] 壇俊穎, 王文龍, 王延斌, 等. 中上揚子下寒武統(tǒng)牛蹄塘組海相烴源巖評價[J]. 海洋地質(zhì)前沿, 2011, 27(3): 23-27.TAN Junying, WANG Wenglong, WANG Yanbin, et al. Marine source rock assessment for Lower C-Ambrian Niutitang Formation in Middle and Upper Yangtze region[J]. Marine Geology Frontiers, 2011, 27(3): 23-27.

[16] 王陽, 朱炎銘, 陳尚斌, 等. 湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣形成條件分析[J]. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2013, 42(4): 588-594.WA Yang, ZHU Yanming, CHEN Shangbin, et al. Formation condition of shale gas in Lower Cambrian Niutitang formation,northwestern Hunan[J]. Journal of China University of Mining &Technology, 2013, 42(4): 588-594.

[17] 梁狄剛, 郭彤樓, 陳建平, 等. 中國南方海相生烴成藏研究的若干新進展(二): 南方四套區(qū)域性海相烴源巖的分布[J]. 海相油氣地質(zhì), 2009, 14(1): 1-15.LIANG Digang, GUO Tonglou, CHEN Jianping, et al.Some progresses on studies of hydrocarbon generation and accumulation in marine sedimentary regions, Southern China(Part 2): Geochemical characteristics of four suits of regional marine source rocks，South China[J]. Marine Origin Petroleum Geology, 2009, 14(1): 1-15.

[18] 聶海寬, 張金川, 李玉喜, 等. 四川盆地及其周緣下寒武統(tǒng)頁巖氣聚集條件[J]. 石油學(xué)報, 2011, 32(6): 959-967.NIE Haikuan, ZHANG Jinchuan, LI Yuxi, et al. Accumulation conditions of the Lower Cambrian shale gas in the Sichuan Basin and its periphery[J]. Acta Petrolei Sinica, 2011, 32(6): 959-967.

[19] Anping Yang, Graig Davis, 陳更生, 等. 中國頁巖氣地質(zhì)研究進展[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2011: 50-60.Anping Yang, Graig Davis, CHEN Gongsheng, et al. China shale gas geology research progress[M]. Beijing: Petroleum Industry Publishing House, 2011: 50-60.

[20] 蔣裕強, 董大忠, 漆麟, 等. 頁巖氣儲層的基本特征及其評價[J]. 地質(zhì)勘探, 2010, 30(10): 7-12.JIANG Yuqiang, DONG Dazhong, QI Ling, et al. Basic features and evaluation of shale gas reservoirs[J]. Acta Petrolei Sinica,2010, 30(10): 7-12.

[21] Jarvie D M, Hill R J, Rublete, et al. Unconventional shale -gas systems: The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale gas assessment[J]. AAPG Bulletin，2007, 91(4): 475-499.

[22] 潘仁芳, 伍媛, 宋爭. 頁巖氣勘探的地球化學(xué)指標(biāo)及測井分析方法初探[J]. 中國石油勘探, 2009(3): 6-9.PAN Renfang, WU Yuan, SONG Zheng. Geochemical parameters for shale gas exploration and basin methods for well logging analysis[J]. China Petroleum Exploration, 2009(3): 6-9.

[23] 董大忠, 程克明, 王世謙, 等. 頁巖氣資源評價方法及其在四川盆地的應(yīng)用[J]. 天然氣工業(yè), 2009, 25(5): 33-39.DONG Dazhong, CHENG Keming, WANG Shiqian, et al. An evaluation method of shale gas resource and its application in the Sichuan basin[J]. Natural Gas Industry, 2009, 25(5): 33-39.

[24] 張金華, 魏偉, 鐘太賢. 國外頁巖氣資源儲量評價方法分析[J]. 中外能源, 2009, 16(9): 38-42.ZHANG Jinhua, WEI Wei, ZHONG Taixian. Evaluation methods analysis about resources and reserves of foreign shale gas[J]. Sino Global Energy, 2009, 16(9): 38-42.