桂中坳陷泥盆系頁巖氣勘探潛力分析

李清

(中石化華東分公司非常規(guī)勘探開發(fā)指揮部，江蘇 南京 210011)

桂中坳陷是在加里東運(yùn)動基礎(chǔ)上形成的晚古生代海相大型沉積坳陷，面積約為4.6×104km2，屬于典型的特提斯與濱太平洋二大構(gòu)造域復(fù)合地帶，具有明顯的構(gòu)造帶轉(zhuǎn)換與疊加特征[1]。桂中坳陷形成于古特提斯洋打開的構(gòu)造背景下，加里東期坳陷明顯具有被動大陸邊緣裂陷盆地的性質(zhì)；海西期，由于受南部古特提斯洋拉張裂陷系統(tǒng)的影響，下沉接受沉積，形成被動大陸邊緣裂陷盆地，臺盆格局形成；印支期，受南部特提斯洋俯沖-碰撞與關(guān)閉的影響，該區(qū)東部發(fā)生造山作用，桂中坳陷又轉(zhuǎn)化為前陸盆地；燕山期的擠壓與逆沖推覆作用以及喜山期坳陷的整體穩(wěn)定抬升與剝蝕，形成了桂中坳陷現(xiàn)今的構(gòu)造殘留盆地面貌。桂中坳陷北部與江南古陸毗鄰，西北部與黔南坳陷相接，東部以龍勝-永福斷裂及大瑤山斷裂為界，與桂林坳陷及大瑤山隆起相鄰，西部以南丹-都安斷裂為界而與南盤江坳陷及羅甸斷坳相接[2-4]。按照現(xiàn)今的構(gòu)造格局，桂中坳陷可劃分為北部斜坡，北部凹陷，中部凸起和南部凹陷4個二級構(gòu)造單元。

桂中坳陷油氣顯示廣泛、古油藏發(fā)育，經(jīng)地面地質(zhì)普查、詳查及鉆井揭示，油氣顯示46處，其中地表露頭32處，鉆井揭示14處(見表1)。油苗8處，氣苗15處，瀝青23處，分布層位下泥盆統(tǒng)(D1)～下三疊統(tǒng)(T1)。其中4口鉆井以上出現(xiàn)天然氣井涌及井噴，由于井噴引起火災(zāi)的2口。發(fā)現(xiàn)油斑、晶洞原油、油質(zhì)瀝青的井有5口，2007年完鉆的桂中1 井是目前坳陷內(nèi)的最深一口探井，完鉆井深5151.86m，完鉆層位為下泥盆統(tǒng)那高嶺組，主要目的層段含油氣與瀝青顯示井段累計(jì)700余米[5]。這些成果揭示桂中坳陷存在大規(guī)模油氣聚集成藏過程，具備油氣成藏的基本地質(zhì)條件。

表1 桂中坳陷鉆井油氣顯示表

1 頁巖氣形成條件

1.1 泥頁巖的發(fā)育情況

桂中坳陷是在廣西運(yùn)動基礎(chǔ)上形成的晚古生代海相大型沉積坳陷，區(qū)內(nèi)泥盆紀(jì)呈臺盆相間的沉積格局，在沉積史上，各相帶發(fā)育齊全，同時異相及同相異時沉積發(fā)育，平面上相互交錯(見圖1)，垂向上韻率頻繁，泥頁巖具有平面上分布廣，縱向上發(fā)育層系多、單層厚度大的特點(diǎn)。泥質(zhì)烴源巖的分布受沉積相控制明顯，暗色泥頁巖主要分布于盆地相區(qū)，灰-灰黑色泥頁巖主要分布在臺地邊緣斜坡相區(qū)。盆地相區(qū)的下泥盆統(tǒng)塘丁組、中泥盆統(tǒng)納標(biāo)組和中泥盆統(tǒng)羅富組(層位分別對應(yīng)于臺地相區(qū)的郁江組、應(yīng)堂組和東崗嶺組)為泥頁巖主要的發(fā)育層系。

根據(jù)沉積相及周邊露頭區(qū)的資料，臺盆相暗色泥頁巖從南丹、河池往南至來賓、柳州到鹿寨、永福一帶均有分布，累積厚度為200～600m。暗色泥頁巖的沉積中心位于南丹-宜山-柳州一帶，累計(jì)厚度約600～1200m(見圖2)。多口鉆井資料揭示井下暗色泥巖也極為發(fā)育，具有厚度大，層數(shù)分布多的特點(diǎn)。柳1井暗色泥巖單層數(shù)為41層，單層厚度最大為24.1m，累計(jì)視厚度為301.6m，占中泥盆統(tǒng)地層厚度的36.7%；柳深1井暗色泥巖單層數(shù)為41層，單層厚度最大為65m，累計(jì)視厚度為783m，占中泥盆統(tǒng)地層厚度的41.5%，灰色、深灰色泥巖多夾薄層灰黑色泥灰?guī)r，泥巖局部頁理發(fā)育。綜合地面露頭剖面和井下地層分布特征，認(rèn)為桂中坳陷泥盆系泥頁巖具有分布面積大、沉積厚度大的特點(diǎn)，泥頁巖厚度在200～500m。

圖1 桂中坳陷及其鄰區(qū)泥盆紀(jì)沉積模式圖 圖2 桂中坳陷中-下泥盆統(tǒng)頁巖厚度等值線圖

序號巖性TOC/%生烴潛量(S1+S2)/mg·g-1鏡質(zhì)體反射率Ro/%1黑色泥巖1.760.04-2黑色泥巖2.570.05-3黑色泥巖2.610.031.74黑色泥巖2.70.041.635黑色泥巖3.010.07-6黑色泥巖3.120.051.557黑色泥巖3.20.04-8黑色泥巖4.150.031.859黑色泥巖4.450.031.7310黑色泥巖4.740.08-

1.2 泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度

桂中坳陷泥盆系泥頁巖有機(jī)碳含量較高。南丹大廠剖面中泥盆統(tǒng)羅富組(D2l)10件黑色泥巖樣品總有機(jī)碳TOC含量數(shù)據(jù)中，僅1件樣品TOC小于2.0%[6]，其他樣品TOC均大于2.0%,最高可達(dá)4.74%，平均為3.23%(見表2)。南丹羅富地區(qū)的6口淺鉆井顯示[7]，泥盆系泥巖TOC平均為1.69%，120件樣品中TOC<0.5%的僅占7.5%，TOC>2%的占44%。其中羅富組(D2l)TOC為0.37%～3.63%，平均1.35%；納標(biāo)組(D2n)TOC為1.30%～3.50%，平均2.20%；塘丁組(D1t)TOC為0.39%～2.97%，平均1.69%?？傮w來看，桂中坳陷泥盆系泥頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度較高。

1.3 泥頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度

桂中坳陷32件露頭區(qū)泥盆系泥頁巖的有機(jī)質(zhì)成熟度分布在1.62%～3.94%(見表3)，處于高成熟-過成熟演化階段。2007年完鉆的桂中1井顯示，區(qū)內(nèi)泥盆系泥質(zhì)巖有機(jī)質(zhì)成熟度為2.0%～3.8%[5]，總體上處于過成熟-超成熟階段，其中中泥盆統(tǒng)泥質(zhì)巖有機(jī)質(zhì)成熟度多在2.0%～2.8%，處于過成熟演化階段。桂中坳陷露頭區(qū)泥盆系泥頁巖的有機(jī)質(zhì)成熟度分布在1.5%～3.0%，處于高成熟-過成熟演化階段。

表3 桂中坳陷泥盆系露頭樣品Ro測試數(shù)據(jù)表

1.4 泥頁巖有機(jī)質(zhì)類型

桂中坳陷泥盆系泥質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ型干酪根。泥盆系12個樣品進(jìn)行干酪根鏡檢，全部樣品均以腐泥無定形為主[8]。根據(jù)干酪根有機(jī)顯微組分統(tǒng)計(jì)，盆泥系上統(tǒng)、中統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型均為Ⅰ-Ⅱ1型，下統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型。南丹羅富剖面下泥盆統(tǒng)塘丁組烴源巖干酪根碳同位素值為-27. 80‰～-26. 84‰，有機(jī)質(zhì)類型總體為Ⅱ型；干酪根顯微組分主要為腐泥組，相對含量為38.7%～89.7%[9]，其次為鏡質(zhì)組，總體為Ⅱ型有機(jī)質(zhì)。

1.5 泥頁巖全巖礦物組成

頁巖的礦物成分較復(fù)雜，頁巖儲層的礦物組成除常見的黏土礦物(伊利石、蒙皂石、高嶺石)外，還混雜有石英、長石、云母、方解石、白云石、黃鐵礦、磷灰石等礦物。北美勘探研究表明，石英等脆性礦物含量高有利于后期的壓裂改造形成裂縫，而頁巖氣的產(chǎn)出部分主要依賴于天然裂縫、人工制造裂縫或是存在互層的可滲透巖相；碳酸鹽礦物中方解石含量高的層段，易于溶蝕產(chǎn)生溶孔。北美地區(qū)Barnett頁巖的石英、長石和黃鐵礦含量為20%～80%，其中石英含量為40%～60%，碳酸鹽礦物含量低于25%，黏土礦物含量通常小于50%。

桂中坳陷泥盆系13件露頭樣品全巖礦物組成分析(見表4)顯示，該區(qū)泥盆系黏土礦物含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分布在32.7%～66.6%(平均為47.6%)，石英含量分布在23.3%～45.5%(平均為32.86%)，略低于北美Barnett頁巖，方解石含量普遍小于10%，整體來說，脆性礦物含量較高，也具有良好的可改造性。

表4 桂中坳陷泥盆系露頭樣品全巖礦物組成數(shù)據(jù)表

1.6 保存條件

近幾年國內(nèi)頁巖氣勘探實(shí)踐表明，頁巖氣勘探研究必須注重保存條件的研究。桂中坳陷泥盆系具有多層系的泥質(zhì)巖類蓋層，分布面積廣，厚度43～925m不等，在桂東北全州大背江晚泥盆世中發(fā)現(xiàn)石膏巖系蓋層厚29m。從水文地質(zhì)研究來看，在里1井900m、1300m水樣分析為MgCl2型，水文交潛停滯帶深度應(yīng)在1000m左右，保存條件較完好。從構(gòu)造條件來看，桂中坳陷自震旦紀(jì)以來, 經(jīng)歷了多期強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動, 其中印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動和喜馬拉雅運(yùn)動對油氣的保存影響作用較大。受各期構(gòu)造運(yùn)動的影響，桂中坳陷發(fā)育NNE-NE、NW、近EW與近SN向4組規(guī)模不等的斷裂系[1]，整體上桂中坳陷構(gòu)造作用由西往東增強(qiáng)，中西部構(gòu)造變形強(qiáng)度相對較弱，深大斷裂發(fā)育少且多為封閉型，東部深大斷裂較多且多具開啟性；燕山-喜山運(yùn)動導(dǎo)致桂中坳陷整體抬升以致地層遭受大量剝蝕，剝蝕厚度由東往西逐漸減小，坳陷中西部的剝蝕厚度在1500～3000m，東部普遍3000m以上[10]，大部分地區(qū)泥盆系直接出露，進(jìn)而導(dǎo)致東部蓋層的整體封閉性受到了一定的破壞。因此整體來看，桂中坳陷中西部現(xiàn)今處于構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)，保存條件相對較好，是桂中坳陷頁巖氣勘探的有利方向。

2 勘探潛力分析

根據(jù)頁巖氣成藏機(jī)理特點(diǎn)和成藏的有利地質(zhì)因素，并結(jié)合桂中坳陷的地質(zhì)背景，對桂中坳陷泥盆系頁巖氣成藏條件進(jìn)行了分析，認(rèn)為桂中坳陷泥盆系具有頁巖氣成藏的基本條件。從頁巖氣保存條件來看，斷裂活動影響相對較小的中西部地區(qū)是桂中坳陷泥盆系頁巖氣勘探的有利方向。

桂中坳陷從泥盆系到下三疊統(tǒng)地層沉積齊全，由于構(gòu)造運(yùn)動抬升，造成石炭系以上地層暴露剝蝕嚴(yán)重，最大殘存面積約2×104km2，僅是坳陷面積1/2～1/3。而泥盆系，特別是中、下泥盆統(tǒng)則基本保存完好，下泥盆統(tǒng)極少受剝蝕，保留面積約4.6×104km2；中泥盆統(tǒng)略有剝蝕，保存面積4.3×104km2，占坳陷面積的93%；上泥盆統(tǒng)剝蝕程度較大，保留面積約3×104km2。因此，中下泥盆統(tǒng)頁巖氣可勘探面積較大。

3 結(jié)論

1)桂中坳陷泥盆系頁巖的分布明顯受沉積相控制，暗色頁巖主要分布于盆地相區(qū)，縱向上優(yōu)質(zhì)頁巖主要發(fā)育在中-下泥盆統(tǒng)，該層系頁巖分布面積廣，沉積厚度大，有機(jī)碳含量高，處于高成熟-過成熟熱演化階段，頁巖脆性礦物含量較高，有利于壓裂改造，具備頁巖氣形成和后期壓裂改造的基本條件。

2)桂中坳陷中下泥盆統(tǒng)頁巖氣可勘探面積較大，占整個坳陷面積的93%以上，勘探潛力較大，可進(jìn)一步開展勘探工作。綜合水文地質(zhì)條件以及構(gòu)造改造作用認(rèn)為，斷裂活動影響相對較小的中西部地區(qū)是桂中坳陷泥盆系頁巖氣勘探的有利方向。

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