保山地區(qū)下仁和橋組頁(yè)巖氣成藏條件分析

陳志柱，張宗羲，楊 楠，白 鵬

(云南省煤炭地質(zhì)勘查院，云南 昆明 650218)

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及野外調(diào)查結(jié)果，云南省滇西保山地區(qū)下志留統(tǒng)下仁和橋組發(fā)育一套灰黑一黑色泥頁(yè)巖，其區(qū)域展布穩(wěn)定，分布區(qū)域廣，單層厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高，是滇西頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)的重要層位。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 構(gòu)造特征

滇西保山地塊位于云南省西部的滇西地區(qū)，大地構(gòu)造上位于藏—滇—泰—馬中間板塊中段，西以怒江—瑞麗斷裂為界，東以瀾滄江—柯街—南汀河斷裂為界(圖1)，地殼相對(duì)穩(wěn)定。區(qū)內(nèi)褶皺較為發(fā)育，主要是保山—施甸復(fù)背斜。與之相對(duì)的主要向斜構(gòu)造有雙角林向斜、瓦馬—石瓢復(fù)向斜、東山—瓦渡—平林子復(fù)向斜等。全區(qū)次級(jí)褶皺較為發(fā)育，多為一系列緊密線狀褶皺，一般向斜完整，背斜保存較差，背斜緊閉、向斜開(kāi)闊(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990)。

1.2 沉積演化特征

晚寒武世，滇西保山地塊為淺海陸棚相的穩(wěn)定沉積，此后，海水逐漸后退形成一套進(jìn)積型沉積，使下奧陶統(tǒng)平行不整合于寒武系之上。奧陶世始至早石炭世主要為一套潮坪一淺海一臺(tái)盆一淺?！_(tái)地相沉積，由于早奧陶世始至下石炭世以來(lái)沉積比較穩(wěn)定，志留紀(jì)末的晚加里東運(yùn)動(dòng)在在保山反映也不明顯，使得下志留世沉積得以完整保存，僅后期的褶皺作用及差異性升降運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生褶皺、斷層。從整體上來(lái)看，保山地塊地層層序較完整，地塊相對(duì)穩(wěn)定有利于頁(yè)巖氣的生成。

圖1 保山地塊地理、構(gòu)造及研究區(qū)位置圖(據(jù)姚金昌，2004，修改)

2 下仁和橋組特征

根據(jù)1∶20萬(wàn)保山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料，下志留統(tǒng)下仁和橋組上部為灰色、灰紫色粘土質(zhì)頁(yè)巖夾硅質(zhì)粉砂巖，中部為一套黑至黑灰色頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖，含筆石化石，底部夾硅質(zhì)頁(yè)巖。早志留世，本區(qū)與思茅地區(qū)介于高黎貢山與川滇古陸之間，發(fā)生廣泛的海侵，西部保山一帶為淺海較深水寧?kù)o的還原環(huán)境，主要發(fā)育黑色筆石頁(yè)巖，屬于準(zhǔn)地臺(tái)型沉積(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990)。

下仁和橋組(S1r)黑色頁(yè)巖在保山地塊分布廣泛，以施甸縣向南北逐漸增厚，南部至里巴拉地區(qū)可達(dá)212m左右，北至保山瓦房街厚約137m，東至昌寧青木林一帶變薄厚約40m左右。總體看下仁和橋組出露厚可達(dá)49m～457m，其中黑色頁(yè)巖43m～212m(圖2)。全區(qū)出露較多，在響水凹、老麥鄉(xiāng)、老尖山、里巴拉、仁和橋、沙河廠等地均可見(jiàn)較好黑色頁(yè)巖露頭，與上部奧陶系整合接觸。區(qū)域內(nèi)大范圍厚層的富含有機(jī)質(zhì)的黑色頁(yè)巖，是形成頁(yè)巖氣藏得物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖2 下仁和橋組(S1r)剖面黑色頁(yè)巖柱狀對(duì)比圖

3 有機(jī)地球化學(xué)特征

富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的生氣能力和儲(chǔ)集能力與其自身的地球化學(xué)特征密切相關(guān)。生成頁(yè)巖氣的能力和數(shù)量主要取決于以下三個(gè)因素：1.不同類型有機(jī)物質(zhì)成因的聯(lián)系和原始生成天然氣的能力，即有機(jī)質(zhì)類型；2.有機(jī)物質(zhì)在巖石中原始沉積的數(shù)量，即頁(yè)巖有機(jī)碳含量；3.有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成烴類天然氣的程度，即有機(jī)質(zhì)熱演化程度。前兩個(gè)因素主要由沉積環(huán)境決定，最后一個(gè)因素主要取決于沉積的熱演化強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。

3.1 有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型，從一定程度上決定著有機(jī)質(zhì)的生烴潛力。北美典型頁(yè)巖氣藏的干酪根主要為Ⅱ型或Ⅰ型干酪根，少量為Ⅲ型干酪根(楊振恒，2010)。對(duì)福特沃斯盆地Barett 頁(yè)巖干酪根進(jìn)行目測(cè)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)無(wú)定型有機(jī)質(zhì)占95%～100%(Jarvie etal，2007)偶爾能見(jiàn)到塔斯馬尼亞孢屬藻類。從化驗(yàn)分析結(jié)果顯示，保山地區(qū)下仁和橋組有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)顯微組分腐泥組含量較高，約為55～66%，基本為藻類—無(wú)定形組，惰質(zhì)組占32～45%，鏡質(zhì)組極少或基本沒(méi)有。干酪根類型屬于Ⅱ2型，具有較強(qiáng)的生烴潛力。

3.2 有機(jī)質(zhì)豐度

研究表明，黑色頁(yè)巖中有機(jī)碳含量不僅控制著頁(yè)巖的物理化學(xué)性質(zhì)，包括顏色、密度、抗風(fēng)化能力、放射性和硫含量，也在一定程度上控制著頁(yè)巖裂縫的發(fā)育程度，更重要的是控制著頁(yè)巖的含氣量(聶海寬，2009)，其他條件相同時(shí)，有機(jī)質(zhì)豐度越高，源巖生氣潛力就越大。

通過(guò)野外采樣測(cè)試，結(jié)果顯示保山地區(qū)下仁和橋組黑色頁(yè)巖TOC含量較高，為0.24%～10.60%。其中該層中部3個(gè)頁(yè)巖樣品有機(jī)碳含量為0.24%～0.60%，平均0.41%；中下部2個(gè)頁(yè)巖有機(jī)碳含量為2.85%～3.15%，平均為3.0%；下部2個(gè)頁(yè)巖有機(jī)碳含量為9.81%～10.60%，平均為10.20%；最大值在老麥鄉(xiāng)附近采取的新鮮露頭樣達(dá)到10.60%(圖3)。自上而下，頁(yè)巖頁(yè)理逐漸發(fā)育，有機(jī)質(zhì)含量逐漸增加，顏色由深灰色變?yōu)楹谏?。至底部，由于有機(jī)質(zhì)富集而形成黑色的“碳質(zhì)頁(yè)巖”，有時(shí)伴生黃鐵礦、菱鐵礦結(jié)核及錳礦等，表明下仁和橋組具有很強(qiáng)的生烴潛力。

圖3 滇西保山下仁和橋組綜合柱狀圖

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

成熟度是確定有機(jī)質(zhì)生油、生氣或有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化程度的關(guān)鍵指標(biāo)。對(duì)于熱成因型氣藏，隨著鏡質(zhì)體反射率(Ro)的增高，含氣量會(huì)逐漸增大。當(dāng)Ro>1.1%后，頁(yè)巖油開(kāi)始裂解生氣，但是當(dāng)Ro>3%后，有機(jī)質(zhì)進(jìn)入過(guò)成熟期，生氣量明顯減少(DOW，1977)，所以一般認(rèn)為1.1%3.0%范圍是熱成因頁(yè)巖氣藏的有利分布區(qū)。下仁和橋組(S1r)所采的7個(gè)樣品(見(jiàn)圖3)，最大鏡質(zhì)體反射率(Ro)值1.79%，最小Ro值為1.27%，平均1.61%，說(shuō)明明該地區(qū)下仁和橋組黑色頁(yè)巖熱演化程度較高，屬成熟—過(guò)成熟階段，整體上具有較高的生氣潛力。

4 礦物學(xué)特征

脆性礦物含量是影響頁(yè)巖基空隙和微裂隙發(fā)育程度、含氣性及壓裂改造的重要因素。頁(yè)巖中粘土礦物含量越低，石英、方解石等脆性礦物含量越高，巖石脆性越強(qiáng)，在外力作用下越易形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，形成樹(shù)狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)縫，有利于頁(yè)巖氣開(kāi)采，一般其脆性礦物含量要高于40%，黏土礦物含量小于30%(陳更生，2009)。

保山地區(qū)下仁和橋組共采黑色頁(yè)巖樣7個(gè)進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，該區(qū)域礦物成分較復(fù)雜，普遍含有伊利石、高嶺石等粘土礦物以及石英，部分層位含黃鐵礦(見(jiàn)表1)。脆性礦物含量比較高，均超過(guò)50%以上，石英含量為55%～70%，部分樣品含方解石；粘土礦物總含量大概為30%～40%，主要為伊利石及伊/混層及少量的高嶺石。根據(jù)泥質(zhì)巖黏土礦物演化與成巖階段劃分指標(biāo)，說(shuō)明研究區(qū)已進(jìn)入中成巖作用B期階段，與前文所述的有機(jī)質(zhì)成熟度在1.27%～1.70%，處于成熟—過(guò)成熟階段相對(duì)應(yīng)。

5 頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

5.1 頁(yè)巖物性特征

在常規(guī)儲(chǔ)層分析中，孔隙度和滲透率是儲(chǔ)層特征研究中最重要的兩個(gè)參數(shù)，這對(duì)于頁(yè)巖氣藏同樣適用。美國(guó)五大含氣頁(yè)巖的孔隙度分布范圍3%～14%，國(guó)內(nèi)一般認(rèn)為有利區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙度要大于4%。滲透率是判斷頁(yè)巖氣藏是否具有開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要參數(shù)，頁(yè)巖的基質(zhì)滲透率非常低，但隨裂縫的發(fā)育而大幅度提高。由于頁(yè)巖具有低的滲透率，因此就需要產(chǎn)生大量的裂縫(人工壓裂)來(lái)維持商業(yè)生產(chǎn)。保山地區(qū)下仁和橋組(S1r)所采的7個(gè)樣品中黑色頁(yè)巖有效孔隙度為5.20%～16.90%，平均值為11.03%，滲透率為0.0090～0.2305×10-3μm2，平均為0.052×10-3μm2。據(jù)此推斷，下仁和橋組頁(yè)巖儲(chǔ)層具備良好的頁(yè)巖氣儲(chǔ)集能力。

表1 保山地區(qū)下仁和橋組暗色泥頁(yè)巖礦物成分X射線衍射分析統(tǒng)計(jì)表

5.2 孔隙空間特征

頁(yè)巖基質(zhì)及有機(jī)質(zhì)中發(fā)育大量微米—納米級(jí)孔隙，在提高頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能上具有重要作用。

從掃描電鏡上可以看出下仁和橋組黑色頁(yè)巖中孔隙和微孔隙發(fā)育，孔徑多在1～20μm，部分22～33μm，個(gè)別大于40μm(見(jiàn)圖4)，表明下仁和橋組暗色泥頁(yè)巖孔隙系統(tǒng)較為發(fā)育。

圖4 保山下仁和橋組頁(yè)巖樣品掃描電鏡圖(樣品號(hào)：1)

6 結(jié) 論

綜上所述，保山地區(qū)下仁和橋組從宏觀到微觀具有以下地質(zhì)特征：

(1)下仁和橋組黑色頁(yè)巖發(fā)育，厚度穩(wěn)定，有機(jī)質(zhì)豐度高，具有較好的頁(yè)巖氣形成條件。

(2)下仁和橋組黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)主要為腐泥組，類型為Ⅱ2型，最大鏡質(zhì)體反射率(Ro)值1.79%，最小Ro值為1.27%，平均1.61%，屬成熟—過(guò)成熟階段，有機(jī)質(zhì)的大量轉(zhuǎn)化，有利于形成充足的天然氣供給。

(3)下仁和橋組黑色頁(yè)巖脆性礦物含量比較高，均超過(guò)50%以上，石英含量為55%～70%；粘土礦物總含量為30%～40%，巖石脆性越強(qiáng)，在外力作用下易形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)提供條件。

(4)下仁和橋組(S1r)黑色頁(yè)巖有效孔隙度為5.20%～16.90%，平均值為11.03%，掃描電鏡結(jié)果顯示孔隙和微孔隙發(fā)育，具備良好的儲(chǔ)集空間。

因此，保山地區(qū)下仁和橋組具備了頁(yè)巖氣的形成、聚集成藏條件，很可能成為滇西頁(yè)巖氣勘查評(píng)價(jià)的一個(gè)重要層位。

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