揚(yáng)子陸塊下古生界頁巖氣保存條件分析

徐政語，姚根順，梁 興，熊紹云，何 勇，張介輝，王高成，廖 勇，石元會(huì)

(1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2.中國(guó)石油 浙江油田分公司，杭州 310013； 3.中國(guó)石化 江漢石油工程有限公司，湖北 潛江 433123)

揚(yáng)子陸塊下古生界頁巖氣保存條件分析

徐政語1，姚根順1，梁 興2，熊紹云1，何 勇2，張介輝2，王高成2，廖 勇3，石元會(huì)3

(1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2.中國(guó)石油 浙江油田分公司，杭州 310013； 3.中國(guó)石化 江漢石油工程有限公司，湖北 潛江 433123)

早古生代揚(yáng)子陸塊主要發(fā)育有下寒武統(tǒng)牛蹄塘組與上奧陶—下志留統(tǒng)五峰—龍馬溪組2套富有機(jī)質(zhì)頁巖。受多期造山與多期成盆事件影響，2套頁巖在經(jīng)歷廣西、印支、燕山與喜馬拉雅4期造山事件改造后，上揚(yáng)子區(qū)及中揚(yáng)子西部改造相對(duì)較弱、變形疊加期次最少(2～3期)，頁巖氣保存條件最好、頁巖氣含量最高、最有資源前景；中揚(yáng)子?xùn)|部及下?lián)P子區(qū)西部改造強(qiáng)度與變形疊加期次其次(3～4期)，頁巖氣保存條件相對(duì)較差、頁巖氣含量相對(duì)較高、資源前景較好；下?lián)P子區(qū)東部及揚(yáng)子陸塊周緣山前改造最強(qiáng)、變形疊加期次最多(4期)，頁巖氣保存條件最差、頁巖氣含量較低、資源前景有限；陸塊內(nèi)部總體以殘留復(fù)向斜區(qū)頁巖氣保存條件最好。

選區(qū)評(píng)價(jià)；保存條件；富有機(jī)質(zhì)頁巖；頁巖氣；下古生界；揚(yáng)子陸塊

有關(guān)揚(yáng)子陸塊海相殘留盆地油氣保存條件評(píng)價(jià)與研究工作由來已久[1-5]，近年來受頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)[6-9]與先導(dǎo)示范區(qū)鉆采需求影響[10-11]，頁巖氣保存條件研究成為關(guān)注的熱點(diǎn)[12-14]。筆者結(jié)合近年來在這一地區(qū)開展的野外地質(zhì)調(diào)查與研究成果[15]，對(duì)本區(qū)下古生界頁巖氣保存條件進(jìn)行分析與探討。

1 頁巖發(fā)育與分布特征

早古生代以來，揚(yáng)子陸塊先后經(jīng)歷了被動(dòng)陸緣擴(kuò)張與陸緣撓曲拗陷2類成盆環(huán)境[16-17]，發(fā)育了下寒武統(tǒng)牛蹄塘組與上奧陶—下志留統(tǒng)五峰—龍馬溪組2套富有機(jī)質(zhì)頁巖[18]。

1.1 牛蹄塘組頁巖發(fā)育與分布

本套頁巖為深灰—黑色頁巖、碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖和粉砂巖組合，以碳質(zhì)頁巖最為發(fā)育，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主，有少量Ⅱ1型；有機(jī)碳(TOC)含量一般1%～4%；底段發(fā)育碳質(zhì)頁巖與硅質(zhì)巖互層，TOC含量達(dá)2%～11%，中上段過渡為頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾薄層灰?guī)r、粉砂巖，頁巖單層厚0.5～40 m，累厚50～100 m，最厚可超過200 m。平面上以川西德陽—安岳臺(tái)內(nèi)裂陷、江南隆起北緣及秦嶺—大別—蘇魯造山帶南緣富有機(jī)質(zhì)頁巖累計(jì)厚度最大，達(dá)40～140 m，中部一般小于50 m，總體呈現(xiàn)“南北厚、中間薄”趨勢(shì)(圖1)。

1.2 五峰—龍馬溪組頁巖發(fā)育與分布

本套頁巖為深灰—黑色筆石頁巖、碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾泥質(zhì)粉砂巖組合，以砂質(zhì)頁巖最為發(fā)育；有機(jī)質(zhì)類型中、上揚(yáng)子區(qū)以Ⅰ型為主，少量Ⅱ1型，下?lián)P子區(qū)為Ⅱ—Ⅲ型。有機(jī)碳含量(TOC)一般1%～2%；底段富有機(jī)質(zhì)頁巖發(fā)育、碳質(zhì)含量高，TOC含量達(dá)2%～5%，中、上段頁巖夾有薄層灰?guī)r、粉砂巖，單層厚15～50 m，累厚20～100 m，最厚可超過100 m。平面上TOC含量達(dá)1.0%以上的富有機(jī)質(zhì)頁巖以中上揚(yáng)子區(qū)東南及下?lián)P子區(qū)中部最為發(fā)育，厚度相對(duì)最大，累計(jì)達(dá)60～140 m及40～80 m(圖2)；總體呈現(xiàn)自上揚(yáng)子區(qū)向下?lián)P子區(qū)地層厚度逐漸增大、富有機(jī)質(zhì)頁巖累計(jì)厚度逐漸減薄的趨勢(shì)。

2 頁巖埋藏與生烴過程

前人成果[15,19-21]表明，揚(yáng)子陸塊自早古生代以來經(jīng)歷了多期成盆與多期造山活動(dòng)，2套頁巖先后經(jīng)歷了多期埋藏與多次生烴與排烴過程[3,22]。

2.1 牛蹄塘組頁巖埋藏與生烴過程

總體經(jīng)歷了4期埋藏與3次生烴過程(圖3)。

Ⅰ期埋藏于早寒武世末至早志留世，Ⅰ次生烴與排烴(Ro=0.5%～0.7%)中、上揚(yáng)子區(qū)為早—中奧陶世[23-24]，下?lián)P子區(qū)為志留紀(jì)[25]。

Ⅱ期埋藏于二疊紀(jì)至中三疊世，Ⅱ次生烴與排烴上揚(yáng)子區(qū)開始于晚二疊世，延續(xù)至中三疊世仍保持在生油窗內(nèi)演化(Ro約1.6%)，主要生成液態(tài)烴；中、下?lián)P子區(qū)Ⅱ次生烴與排烴始于早二疊世，晚二疊世末仍維持在生油窗內(nèi)演化(Ro約1.3%)，中三疊世進(jìn)入生氣階段。

Ⅲ期埋藏于晚三疊世—侏羅紀(jì)，伴隨的Ⅲ次生烴與排烴主要局限于中、上揚(yáng)子區(qū)，有機(jī)質(zhì)演化多已進(jìn)入高—過成熟 (Ro約2.0%～4.8%)階段，大量生成凝析油、裂解氣以及干氣，此后處于停滯狀態(tài)；下?lián)P子區(qū)僅部分頁巖裂解生成干氣。

Ⅳ期埋藏于白堊紀(jì)至新近紀(jì)，中、下?lián)P子區(qū)因發(fā)育有中—新生代斷陷盆地，部分牛蹄塘頁巖受上覆地層掩埋與地溫場(chǎng)增高雙重因素影響進(jìn)入高—過成熟晚期(Ro約3.0%～4.8%)，以往未進(jìn)入生烴死亡線的頁巖部分最后完全裂解生成干氣。

圖2 中國(guó)大陸南方五峰—龍馬溪組巖相古地理簡(jiǎn)圖

圖3 揚(yáng)子陸塊牛蹄塘組與五峰—龍馬溪組頁巖埋藏史與生烴史 圖中數(shù)據(jù)據(jù)參考文獻(xiàn)[23-25]。

2.2 五峰—龍馬溪組頁巖埋藏與生烴過程

與牛蹄塘組頁巖相似，大體經(jīng)歷了3期埋藏與3次生烴過程(圖3)。

Ⅰ期埋藏下?lián)P子區(qū)局部稍早，始于中志留世，止于中泥盆世，Ⅰ次生烴與排烴(Ro=0.5%～0.7%)部分地區(qū)在早、中泥盆世[25]；下?lián)P子區(qū)大部與中揚(yáng)子區(qū)主體Ⅰ期埋藏在二疊紀(jì)—中三疊世，晚二疊—早三疊世進(jìn)入生烴門限(Ro約0.5%～0.7%)[23-24]，并開始Ⅰ期生烴與排烴，上揚(yáng)子區(qū)Ⅰ期埋藏延后至晚二疊世—侏羅紀(jì)，Ⅰ期生烴與排烴延后至侏羅—白堊紀(jì)。

Ⅱ期埋藏下?lián)P子區(qū)局部開始于二疊—三疊紀(jì)，Ⅱ次生烴與排烴于晚二疊世—三疊紀(jì)、延續(xù)至侏羅—白堊紀(jì)；中、上揚(yáng)子區(qū)Ⅱ期埋藏于晚三疊世—白堊紀(jì)，Ⅱ次生烴與排烴延續(xù)至侏羅—白堊紀(jì)，本階段揚(yáng)子陸塊有機(jī)質(zhì)頁巖演化多進(jìn)入成熟至高熟 (Ro約0.7%～1.3%)階段，開始大量生烴與排氣，局部已裂解進(jìn)入干氣階段。

Ⅲ期埋藏為白堊紀(jì)—新近紀(jì)，中、下?lián)P子區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖受中—新生界地層上覆掩埋與地溫場(chǎng)升高雙重因素影響進(jìn)入Ⅲ次生烴與排烴階段，江漢、蘇北盆地內(nèi)本套頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度由Ⅱ期成熟至高熟 (Ro約0.7%～1.3%)進(jìn)入Ⅲ期高—過成熟(Ro約2.0%～4.8%)生烴階段，頁巖有機(jī)質(zhì)裂解生成干氣。

綜觀揚(yáng)子陸塊牛蹄塘組與五峰—龍馬溪組2套富有機(jī)質(zhì)頁巖發(fā)育與分布特征、頁巖埋藏與生烴過程，可見2套頁巖具有有機(jī)質(zhì)豐度高(w(TOC)≥1.5%)、類型好(Ⅰ-Ⅱ1干酪根)、礦物質(zhì)組成與北美Barnett頁巖類似等特點(diǎn)[26-28]，在經(jīng)歷多期埋藏后進(jìn)入高—過成熟(Ro≥2.0%)演化階段，具有高成熟、高演化、優(yōu)質(zhì)烴源巖特征，具備頁巖氣形成與富集成藏的有利地質(zhì)條件[8-9]。前人預(yù)測(cè)資源總量約(12.6～>13.5)×1012m3[29]，具有良好的勘探與開發(fā)前景。

3 頁巖變形程度與改造強(qiáng)度分析

早古生代以來，揚(yáng)子陸塊下古生界2套頁巖先后經(jīng)歷了廣西(加里東)、印支、燕山與喜馬拉雅4期造山事件改造[30]。其中，廣西、印支期表現(xiàn)出弱造山、弱改造特征，頁巖及圍巖以褶皺變形為主，同時(shí)伴隨有隆升剝蝕；燕山與喜馬拉雅期表現(xiàn)出強(qiáng)造山、強(qiáng)改造特征，頁巖及圍巖除遭受廣泛沖斷與褶皺變形外，同時(shí)遭受區(qū)域性隆升剝蝕，隨后陸塊東部還伴隨有大范圍斷陷與巖漿侵入活動(dòng)[31]。

3.1 廣西(加里東)期

就廣西期而言，具體表現(xiàn)為華南大陸初始形成[32]與揚(yáng)子陸塊邊緣弱造山活動(dòng)特征。平面上頁巖改造以揚(yáng)子陸塊東南邊緣江山—紹興—十萬大山縫合帶及北部邊緣城口—房縣—襄樊—廣濟(jì)縫合帶沿線變形最為強(qiáng)烈，表現(xiàn)出揚(yáng)子與華夏、與秦嶺—大別微陸塊拼碰聯(lián)合，深大斷裂沿線頁巖多褶皺沖斷與緊閉，陸塊東南緣江南—雪峰隆起區(qū)核部頁巖多褶皺緊閉與隆升剝蝕，與上覆地層呈現(xiàn)角度不整合接觸(圖4)；而陸塊中西部褶皺相對(duì)寬緩，主要表現(xiàn)為頁巖與上覆地層呈平行不整合或微角度不整合接觸關(guān)系，隆起區(qū)核部地層剝蝕幅度相對(duì)較小，總體構(gòu)成以江南—雪峰、川中、黔中、康滇等大型古隆起為主線的“大隆大坳”格局，形成以古隆起區(qū)為指向的有利油氣聚集與充注的單元，成為南方下古生界古油藏群與現(xiàn)今氣藏群集中分布區(qū)[15,33-35]。

3.2 印支期

印支期受華南與華北大陸碰撞影響[30]，揚(yáng)子陸塊北緣、西緣依次與華北陸塊、松潘微陸塊等相繼碰撞拼合，陸緣區(qū)逐漸結(jié)束海相陸棚沉積歷史、進(jìn)入前陸盆地發(fā)育世代，表現(xiàn)出典型的陸緣造山與前陸撓曲成盆特征。陸緣頁巖遭受強(qiáng)烈擠壓褶皺與隆升剝蝕，局部伴有沖斷與巖漿侵入活動(dòng)，西緣變形集中于龍門山—三江造山帶前緣川西西昌—滇東楚雄沿線，北緣變形集中于秦嶺—大別—蘇魯造山帶前緣大巴山—大洪山沿線。陸塊東南(江南—雪峰隆起區(qū)東部)沿廣西期縫合帶繼承性復(fù)活俯沖造山，出現(xiàn)類造山、類前陸盆地發(fā)育特征，表現(xiàn)出典型陸內(nèi)造山活動(dòng)特征。陸塊東南江南—雪峰隆起區(qū)與西部滇東隆起區(qū)，頁巖及其圍巖遭受改造作用相對(duì)較強(qiáng)，褶皺緊閉、隆升剝蝕幅度相對(duì)較大，表現(xiàn)為中、下三疊統(tǒng)與上覆地層之間呈角度不整合接觸關(guān)系。陸塊中西部(包括瀘州、開江等古隆起區(qū))改造作用相對(duì)較弱，褶皺相對(duì)寬緩、隆升剝蝕作用相對(duì)較弱，中、下三疊統(tǒng)總體與上覆地層之間呈現(xiàn)微角度與平行不整合接觸(圖5)。

3.3 燕山期

燕山期受太平洋板塊西向俯沖及隨后三江(金沙江、瀾滄江、怒江)洋盆相繼封閉造山、印度大陸與歐亞大陸拼碰聯(lián)合影響[31]，揚(yáng)子陸塊呈現(xiàn)出“西擠東張”應(yīng)力應(yīng)變環(huán)境，大體形成以建始—彭水—貴定斷裂為界的東、西2大變形區(qū)域。

3.3.1 東部變形區(qū)(中、下?lián)P子區(qū))

東部變形區(qū)(中、下?lián)P子區(qū))主要受太平洋板塊西向俯沖影響，以造山后巖石圈減薄及造山帶裂解為特征，頁巖及圍巖發(fā)生了大規(guī)模逆沖推覆與走滑伸展活動(dòng)。早期以廣泛褶皺與沖斷變形為主，經(jīng)歷了快速隆升與快速剝蝕作用，自山帶向前陸或類前陸盆地內(nèi)形成由強(qiáng)至弱的系列變形帶，如山前沖斷帶→山前褶皺帶→壓扭變形帶→前陸坳陷帶等；晚期隨造山帶裂解，主要遭受走滑伸展與巖漿侵入改造作用，部分頁巖與圍巖隨之再次掩埋于中—新生代發(fā)育的裂陷與斷陷盆地及“雙峰式”火山巖之下遭受熱蝕變改造作用，與上覆中—新生代地層呈角度不整合接觸。

圖4 中國(guó)大陸南方含油氣區(qū)加里東期剝蝕量

圖5 中國(guó)大陸南方含油氣區(qū)印支期剝蝕量

3.3.2 西部變形區(qū)(上揚(yáng)子區(qū))

西部變形區(qū)(上揚(yáng)子區(qū))由于遠(yuǎn)離太平洋俯沖帶，以受三江洋盆封閉造山、印度大陸與歐亞大陸聯(lián)合拼碰影響為主，總體呈現(xiàn)陸內(nèi)造山活動(dòng)特征。早期基本繼承印支期前陸成盆應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境，頁巖與圍巖變形以褶皺沖斷為主，改造作用主要集中于龍門山—三江造山帶前緣深大斷裂沿線；陸緣內(nèi)側(cè)川西、西昌、楚雄及蘭坪—思茅等盆地發(fā)育區(qū)，頁巖與圍巖則一直保存于侏羅—白堊系地層之下，長(zhǎng)期處于持續(xù)埋藏生烴與連續(xù)排烴狀態(tài)，與上覆地層呈整合或平行不整合接觸關(guān)系。晚期受印歐大陸碰撞造山增強(qiáng)作用影響，松潘、蘭坪—思茅等微陸塊受壓向南走滑“逃逸”，西部變形區(qū)頁巖與圍巖隨之出現(xiàn)了強(qiáng)烈向東擠壓逆沖與走滑壓扭變形作用，僅有極少量頁巖與圍巖再次掩埋于中—新生代山間斷陷盆地及“雙峰式”火山巖之下遭受熱變質(zhì)改造作用，多數(shù)頁巖與圍巖遭受了強(qiáng)烈褶皺沖斷與隆升剝蝕作用，形成由強(qiáng)至弱、由山帶到前陸盆地內(nèi)的系列變形帶，地層主體裸露地表，局部與上覆中—新生界地層呈角度不整合接觸。

總體而言，燕山期強(qiáng)造山使揚(yáng)子陸塊下古生界頁巖廣泛遭受了強(qiáng)變形與強(qiáng)改造作用，使頁巖及圍巖的地層連續(xù)性與完整性遭受了嚴(yán)重破壞，因此對(duì)下古生界頁巖氣成藏產(chǎn)生了重要影響，是成藏史中的一次重要事件。

3.4 喜馬拉雅期

喜馬拉雅期揚(yáng)子陸塊基本繼承了燕山晚期應(yīng)力應(yīng)變環(huán)境，西區(qū)處于強(qiáng)烈的陸內(nèi)擠壓造山與快速隆升剝蝕狀態(tài)，早期拼貼的眾多微陸塊迅速向南、向東“逃逸”。表現(xiàn)為下古生界頁巖及其圍巖遭受了廣泛的、強(qiáng)烈的褶皺沖斷與大規(guī)模的走滑拉分活動(dòng)(壓剪、張剪)及堿性巖漿侵入，出現(xiàn)快速隆升與快速剝露作用，使下古生界頁巖及圍巖地層連續(xù)性與完整性進(jìn)一步遭受破壞，頁巖氣保存條件進(jìn)一步變差，可能僅沿近南北向深大斷裂系(縫合帶)新生的山間拉分?jǐn)嘞菖璧乇Ａ舻纳倭肯鹿派珥搸r地層得到較好保存，頁巖氣保存條件影響不大。

東區(qū)隨著太平洋板塊西向俯沖作用的持續(xù)以及沿海造山帶的最后裂解、巖石圈減薄，山帶逐漸進(jìn)入裂解后的熱沉降階段，蘇北、鄱陽、江漢、洞庭、麻陽、衡陽等斷陷盆地中下古生界頁巖及圍巖再次深埋于古近系—第四系地層之下，使頁巖熱成熟度從相對(duì)較低狀態(tài)(高—過成熟)增加到較高狀態(tài)(過成熟晚期)，從而發(fā)生熱變質(zhì)改造作用，頁巖氣保存條件相應(yīng)變好。

綜上分析，可見廣西與印支造山期頁巖改造主要局限于揚(yáng)子陸塊東南、西部及北部邊緣，陸塊中西部(中、上揚(yáng)子區(qū))相對(duì)較弱，主要形成相對(duì)寬緩的褶皺(包括古隆起)；燕山與喜馬拉雅期改造則波及全區(qū)，除上揚(yáng)子中西部(即建始—彭水—貴定斷裂與彭州—灌縣斷裂之間圍限的四川盆地中生代前陸盆地覆蓋區(qū)域)變形相對(duì)較弱、以隔擋式構(gòu)造樣式為主外，其他區(qū)域均遭受了斷裂改造、以沖斷褶皺(斷層相關(guān)褶皺)變形為主，且以揚(yáng)子陸塊周緣及東部、東南部區(qū)域變形改造最為強(qiáng)烈，發(fā)育有大量深大斷裂與逆沖推覆變形構(gòu)造，同時(shí)伴隨有大量巖體侵入與火山活動(dòng)，頁巖地層連續(xù)性與完整性被嚴(yán)重?fù)p壞，頁巖氣保存條件明顯變差?？傮w而言，揚(yáng)子陸塊下古生界頁巖現(xiàn)今以上揚(yáng)子區(qū)及中揚(yáng)子區(qū)中西部改造作用相對(duì)較弱、變形疊加次數(shù)最少(2～3期造山)，頁巖連續(xù)性與完整性較好，地層相對(duì)平緩(圖6)，多埋藏于中生界與上古生界淡水自由交替帶之下，頁巖氣保存條件較好；中揚(yáng)子區(qū)東部及下?lián)P子區(qū)西部改造強(qiáng)度與變形疊加其次(3～4期造山)，地層多褶皺與沖斷變形、連續(xù)性與完整性中等，或剝蝕暴露地表或埋藏于中—新生界淡水自由交替帶之下，頁巖氣保存條件較差；以下?lián)P子區(qū)東部及揚(yáng)子陸塊周緣山前頁巖改造最強(qiáng)、變形疊加次數(shù)最多(4期)，現(xiàn)多已褶皺變質(zhì)成板巖、千枚巖，且沿深大斷裂分布，局部有巖漿侵入，多已暴露地表，地層連續(xù)性與完整性完全被破壞[36]，頁巖氣保存條件最差。

4 頁巖氣保存條件分析

綜合揚(yáng)子陸塊近年來頁巖氣選區(qū)及其與北美地區(qū)頁巖氣形成地質(zhì)條件類比分析研究(表1)，發(fā)現(xiàn)揚(yáng)子陸塊下古生界頁巖除經(jīng)受多期造山與變形改造、地層連續(xù)性與完整性被破壞外，其他地質(zhì)條件(如有機(jī)質(zhì)豐度、類型、礦物組成、物性特征等)基本相同或類似，但頁巖氣資源富集程度(資源豐度)與含氣量普遍偏低(表1)，由此可見與頁巖氣保存條件關(guān)系密切。

圖6 中、上揚(yáng)子區(qū)四川平武—重慶豐都—湖南邵陽構(gòu)造變形分區(qū)剖面

表1 揚(yáng)子陸塊下古生界與北美地區(qū)上古生界頁巖氣形成條件地質(zhì)參數(shù)對(duì)比

Table 1 Geologic parameters of shale gas generation conditions of Lower Paleozoic in Yangtze block and Upper Paleozoic in North America

項(xiàng)目北美地區(qū)中、上揚(yáng)子陸塊下?lián)P子陸塊頁巖名稱MarcellusBarnett牛蹄塘五峰—龍馬溪牛蹄塘五峰—高家邊層位D2C1-C1O3-S1-C1O3-S1埋藏深度/m914～25901984～25902000～45001000～40002500～60001500～4500沉積環(huán)境淺水—深水陸棚深水陸棚淺水—深水陸棚淺水—深水陸棚淺水—深水陸棚淺水陸棚干酪根類型ⅡⅡ1Ⅰ為主,少量Ⅱ1Ⅰ為主,少量Ⅱ1Ⅰ為主,少量Ⅱ1Ⅱ-Ⅲ頁巖厚度/m15～6161～9160～10040～12060～10040～80w(TOC)/%3～114.51.5～6.01.0～5.02.0～5.00.5～1.5Ro/%1.5～3.01.1～1.32.0～4.51.6～4.03.0～5.01.0～3.0石英含量/%40～6535～5028～5624～4467～71孔隙度/%104～50.34～8.10/3.022.43～15.2/4.83<3滲透率/10-3μm20.02<0.010.007～0.015/0.012(YQ2井)0.004～0.042/0.019(YQ1井)1～10.2(宣頁1井)地層壓力/MPa10.3～41.420.7～27.628.215.3含氣量/(m3·t-1)1.7～2.838.5～9.91.1～2.81.7～4.5<1<1吸附氣含量/%10～602046458.74～25.76資源豐度/(108m3·km-2)1.32～6.249.446.23(EIA,2011)8.74(EIA,2011)造山活動(dòng)期次2次(Acadian,Appalachian)1次(Appalachian)2～3次(印支,燕山,喜馬拉雅),局部4次4次(廣西,印支,燕山,喜馬拉雅)保存條件地層平緩,斷層少,地層連續(xù)、完整、保存好地層較平緩,斷層較少,地層較連續(xù)、較完整、保存較好地層較陡,斷層發(fā)育,地層不連續(xù)、不完整、保存較差

注：表是據(jù)文獻(xiàn)[8,37-41]數(shù)據(jù)整理；表中數(shù)字表征為：最小值～最大值/平均值。

4.1 區(qū)域保存條件分析

依據(jù)揚(yáng)子陸塊上、中、下三區(qū)頁巖經(jīng)歷的改造活動(dòng)強(qiáng)度不同，后期變形程度與疊加次數(shù)不同，結(jié)合近年來選區(qū)評(píng)價(jià)與鉆采試驗(yàn)分析成果，發(fā)現(xiàn)頁巖資源豐度與含量也存在明顯的分區(qū)性(表2)。

上揚(yáng)子區(qū)及中揚(yáng)子區(qū)西部由于下古生界頁巖經(jīng)歷造山期次少、變形改造強(qiáng)度弱，地層縱、橫向連續(xù)性與完整性好，在多期造山后僅被為數(shù)不多的斷層所切割，以發(fā)育低—緩幅度的隔擋式褶皺構(gòu)造樣式為特征(圖6中西段)，頁巖完整保存于地下水自由交替停止帶之下，水型以原生濃縮型為主，利于頁巖氣保存，頁巖含氣量總體最高。

中揚(yáng)子區(qū)東南部及下?lián)P子區(qū)西部頁巖由于遭受造山活動(dòng)期次與變形改造強(qiáng)度中等，部分頁巖被斷層切割、以發(fā)育隔槽式褶皺及高角度的沖褶構(gòu)造樣式為特征(圖6中東段)，保存于地下水自由交替帶至停止帶之間，水型以改造、改造—再濃縮型為主，保存條件相對(duì)較差，頁巖含氣量中等。

表2 揚(yáng)子陸塊下古生界頁巖氣含量與各區(qū)保存條件相關(guān)參數(shù)對(duì)比

注：表是據(jù)文獻(xiàn)[8,10,40-42]數(shù)據(jù)整理；表中數(shù)字表征為：最小值～最大值/平均值(樣品數(shù))。

下?lián)P子區(qū)東部及揚(yáng)子陸塊周緣山前頁巖由于經(jīng)歷的造山活動(dòng)期次多、變形改造強(qiáng)烈，地層縱、橫向連續(xù)性與完整性差，在多期造山后被大量斷層所沖斷、切割[36]，以發(fā)育緊閉甚至倒轉(zhuǎn)褶皺及高角度的沖褶構(gòu)造樣式為特征，并受到后期巖漿熱液擾動(dòng)作用，頁巖裂隙發(fā)育，頁巖保存于地下水自由交潛帶至停止帶之間，水型以改造型、改造—再濃縮型為主，頁巖地層成藏組合較差，不利于頁巖氣保存，頁巖含氣量最低(表2)。

4.2 局域性保存條件分析

通過結(jié)合同一變形區(qū)內(nèi)同一套頁巖后期變形程度與改造強(qiáng)度分析，發(fā)現(xiàn)揚(yáng)子陸塊下古生界頁巖氣保存條件不僅存在區(qū)域三分性，同時(shí)同一區(qū)域內(nèi)頁巖變形程度與改造強(qiáng)度還存在局部的變形差異性，頁巖氣保存條件也有明顯的不一致性。

如同處上揚(yáng)子變形區(qū)內(nèi)的五峰—龍馬溪組頁巖，雖同屬川南淺海陸棚相沉積區(qū)，但由于長(zhǎng)寧示范區(qū)處在川南低緩褶皺變形區(qū)，頁巖變形程度與改造強(qiáng)度相對(duì)較弱，主要發(fā)育隔檔式復(fù)向斜樣式；而與之毗鄰的昭通示范區(qū)由于主體處在陸塊南緣的滇黔北坳陷范圍內(nèi)，其頁巖變形程度與改造強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)，主要發(fā)育隔槽式箱狀沖褶構(gòu)造樣式。具體表現(xiàn)為昭通示范區(qū)南部頁巖埋深淺(<2 200 m)，局部暴露地表，地層褶皺與斷裂發(fā)育、產(chǎn)狀較陡(15°～45°)，地層水循環(huán)(自由交替帶)深度大(800～1 000 m)，頁巖氣保存條件相對(duì)較差；北部頁巖改造變形弱、產(chǎn)狀平緩(<15°)、地層埋藏深度相對(duì)較大，水文地質(zhì)條件與頁巖氣保存條件好，因而出現(xiàn)示范區(qū)南部地層壓力、頁巖氣含量與單井產(chǎn)量均低于北部及長(zhǎng)寧示范區(qū)的現(xiàn)象[8,10,40-42]。

牛蹄塘組頁巖基本類同，雖然昭通與威遠(yuǎn)兩示范區(qū)同處上揚(yáng)子變形區(qū)內(nèi)、且同屬川南淺海陸棚沉積區(qū)，但由于昭通示范區(qū)頁巖變形強(qiáng)度明顯強(qiáng)于威遠(yuǎn)示范區(qū)，因而頁巖地層壓力、頁巖含氣量以及單井產(chǎn)量遠(yuǎn)低于威遠(yuǎn)示范區(qū)[8,10,40-42]。由此可見，無論是區(qū)域、還是局部，頁巖變形程度與改造強(qiáng)度均對(duì)頁巖地層壓力、含氣量、單井產(chǎn)量影響較大，是進(jìn)行揚(yáng)子陸塊下古生界頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要參數(shù)。

此外，通過進(jìn)一步分析滇黔北昭通示范區(qū)內(nèi)淺井與深井的頁巖氣含量及氣體組分在縱向深度上的變化，還發(fā)現(xiàn)頁巖含氣量、氣體組分與埋深關(guān)系密切。如位于示范區(qū)北部牛街背斜北翼的YQ1井，由于處于構(gòu)造相對(duì)高部位，地層產(chǎn)狀相對(duì)較陡、且遭受過河流切割等因素影響，五峰—龍馬溪組頁巖氣保存條件較差，因此頁巖中含氣量總體偏低(0.07～0.15 m3/t，6塊樣)，氣體成分中含有氮?dú)?9.46%～94.52%)、二氧化碳 (1.19%～4.26%)和甲烷(3%～88.32%)，但隨頁巖埋深增加、溫度升高，頁巖氣含量及甲烷含量有逐漸升高的趨勢(shì)(圖7)；而與其毗鄰的北部筠連復(fù)向斜內(nèi)的昭104井，由于上覆地層較全、地層產(chǎn)狀相對(duì)平緩，頁巖氣保存條件較好，頁巖氣含量總體較高，達(dá)0.98～4.4 m3/t，且氣體組分中甲烷含量達(dá)98%以上，并已形成1.28×104m3/d的產(chǎn)能。

圖7 滇黔北昭通示范區(qū)YQ1井龍馬溪組頁巖 含氣量及氣體成分與地層埋深的關(guān)系

綜上所述，揚(yáng)子陸塊下古生界2套頁巖發(fā)育與分布主要受成盆與沉積環(huán)境因素控制，頁巖埋藏與生烴主要受造山與成盆事件控制，頁巖改造與頁巖氣保存主要受地層變形強(qiáng)度與剝蝕強(qiáng)度等因素控制。

5 結(jié)論

(1)牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)頁巖主要發(fā)育于地層底段，平面上以碳質(zhì)頁巖分布范圍最廣，主要展布于揚(yáng)子區(qū)西部、東南緣及北緣，以陸塊周緣造山帶前緣累計(jì)厚度最大，總體呈現(xiàn)“南厚北薄”趨勢(shì)。

(2)五峰—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖亦發(fā)育于地層底段，富含豐富筆石，具有有機(jī)碳、砂質(zhì)或灰質(zhì)含量高等特點(diǎn)；平面上以砂質(zhì)頁巖分布范圍最廣，主要展布于中上揚(yáng)子區(qū)東南緣。

(3)牛蹄塘組頁巖經(jīng)歷了4期埋藏與3期生烴過程，五峰—龍馬溪組頁巖經(jīng)歷了3期埋藏與3期生烴過程，兩套頁巖現(xiàn)均已進(jìn)入高—過成熟(Ro約2.0%～4.8%)演化階段，具備頁巖氣形成與富集的地質(zhì)條件。

(4)牛蹄塘組與五峰—龍馬溪組頁巖經(jīng)歷了廣西(加里東)、印支、燕山與喜馬拉雅四期造山事件改造，以上揚(yáng)子及中揚(yáng)子區(qū)西部改造作用相對(duì)較弱、改造疊加期次最少(2～3期)，頁巖氣保存條件最好；中揚(yáng)子區(qū)東南部及下?lián)P子區(qū)西部改造強(qiáng)度與改造疊加期次其次(3～4期造山)，頁巖氣保存條件相對(duì)較差；以下?lián)P子區(qū)東部及揚(yáng)子陸塊周緣山前改造最強(qiáng)、改造疊加期次最多(4期)，頁巖氣保存條件最差。

(5)揚(yáng)子陸塊下古生界頁巖氣保存條件不僅具有區(qū)域三分性，同時(shí)存在明顯的局域性差異，頁巖氣資源豐度、含氣量與單井產(chǎn)量均與保存條件關(guān)系密切，是頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)中一項(xiàng)重要參數(shù)。揚(yáng)子陸塊下古生界頁巖氣以上揚(yáng)子區(qū)及中揚(yáng)子西部保存條件最好、最有資源前景，中揚(yáng)子區(qū)東南部及下?lián)P子中西部保存條件其次、資源前景較好，下?lián)P子區(qū)東部及揚(yáng)子陸塊周緣區(qū)保存條件較差，資源前景有限，區(qū)內(nèi)下古生界頁巖氣以保存于復(fù)向斜區(qū)軸部最為有利。

致謝：文中使用了中國(guó)石油、中國(guó)石化等相關(guān)單位及個(gè)人的大量成果與實(shí)際資料，在此深表感謝，對(duì)兩位隱名審稿人、編輯在審稿過程中提出的寶貴意見表示衷心謝意。

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(編輯 徐文明)

Shale gas preservation conditions in the Lower Paleozoic, Yangtze block

Xu Zhengyu1, Yao Genshun1, Liang Xing2, Xiong Shaoyun1,He Yong2, Zhang Jiehui2, Wang Gaocheng2, Liao Yong3, Shi Yuanhui3

(1.HangzhouResearchInstituteofPetroleumGeology,ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,PetroChina,Hangzhou,Zhejiang310023,China; 2.ZhejiangOilfieldCompany,PetroChina,Hangzhou,Zhejiang310013,China;3.JianghanPetroleumEngineeringCo.,Ltd.,SINOPEC，Qianjiang,Hubei433123,China)

Two sets of organic-rich shale developed in the Yangtze block during the Early Paleozoic. The first set was in the Lower Cambrian Niutitang Formation, while the second set was in the Upper Ordovician Wufeng Formation and the Lower Silurian Longmaxi Formation. The shales experienced four stages of orogenic events, including the Guangxi, Indosinian, Yanshanian and Himalayan. Shales are well-preserved in the Upper Yangtze region and to the west of the middle Yangtze region, where only two or three phases of deformation took place. The shale gas content is high, showing a good potential for exploration. In the east of the middle Yangtze region and the west of the lower Yangtze region, shale gas preservation conditions are poorer due to three or four phases of deformation. As a result, the shale gas content is lower as is the exploration potential. In the east of the lower Yangtze region and in the periphery orogenic front of the Yangtze block, four phases of deformation took place, which led to the poorest preservation conditions for shale gas. As to the whole Yangtze block, the residual synclines are most favorable for shale gas preservation.

selected play evaluation; preservation conditions; organic-rich shale; shale gas; Lower Paleozoic; Yangtze block

1001-6112(2015)04-0407-12

10.11781/sysydz201504407

2014-05-28；

2015-06-04。

徐政語(1964—)，男，博士，高級(jí)工程師，從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和石油地質(zhì)研究。E-mail：xuzy_hz@petrochina.com.cn。

中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司科技項(xiàng)目(2014F-4702-11，2012B-0504)資助。

TE132.2

A