井研—犍為地區(qū)筇竹寺組頁巖有機地球化學特征

謝丹　徐天吉　張文凱　李曙光　佟愷林

（1.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室·成都理工大學，四川成都　610059；2.成都理工大學能源學院，四川成都　610059；3.中國石油化工股份有限公司西南分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都　610000；4.成都理工大學地球物理學院，四川成都　610059）

井研—犍為地區(qū)筇竹寺組頁巖有機地球化學特征

謝丹1，2徐天吉3張文凱1，2李曙光3佟愷林4

（1.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室·成都理工大學，四川成都610059；2.成都理工大學能源學院，四川成都610059；3.中國石油化工股份有限公司西南分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610000；4.成都理工大學地球物理學院，四川成都610059）

以井研—犍為地區(qū)JY1、JS1兩口鉆井資料為基礎，對區(qū)內筇竹寺組頁巖展布特征、有機地球化學特征等進行了研究。研究結果表明：本區(qū)筇竹寺組優(yōu)質頁巖厚度達到了40 m，遠遠大于形成工業(yè)性頁巖氣藏的下限，具有形成頁巖氣藏的首要條件；埋藏深度為3 000～3 500 m，埋深較大，但是在可進行勘探范圍內；有機質條件較好，優(yōu)質頁巖有機碳含量大于1%；有機質類型為Ⅰ型（腐泥型）；有機質處于過演化階段，Ro值均大于2%但小于3%，并且頁巖氣藏成藏類型為熱成因型，適當?shù)腞o使本地區(qū)成為熱成因氣藏的有利分布區(qū)。在高演化條件下可以大量生成干氣。研究區(qū)頁巖有機地球化學特征表明，筇竹寺組頁巖氣具有基本成藏條件，有必要對其進行進一步研究。

井研—犍為地區(qū)筇竹寺組頁巖厚度頁巖埋深地化特征

0　引言

頁巖氣聚集成藏需要豐富的物質基礎，擁有豐富的物質基礎是進行下一步勘探開發(fā)的前提。這就要求頁巖氣源物質基礎指標：生烴有機質、埋深、優(yōu)質頁巖厚度都達到一定的標準。四川盆地南部下寒武統(tǒng)是中國南方海相頁巖氣重點開發(fā)的層系之一，目前已有較多研究。王道富等人對筇竹寺組頁巖儲集空間、張靜平等人對筇竹寺組頁巖氣勘探優(yōu)選區(qū)，李延鈞等人對筇竹寺組頁巖沉積微相等進行了研究，但是針對井研—犍為地區(qū)筇竹寺組開展的研究較少，僅孟憲武等人對井研地區(qū)頁巖氣進行了初步研究［1-4］，筆者在前人研究的基礎上，對井研—犍為地區(qū)頁巖地球化學特征進行研究。

井研—犍為區(qū)塊位于四川盆地的西南部，處于井研、犍為、榮縣三縣，由樂山市管轄，區(qū)塊面積為1 195.737 km2。構造位置屬于川西南坳陷西北部、威遠構造的西南部。研究區(qū)內的褶皺與斷裂主要形成于喜山運動早幕（四川運動），主要受南東和北西向水平側向擠壓應力場的作用，形成現(xiàn)今以威遠大型穹隆背斜為主及多個較小規(guī)模背斜構造的構造特征，構造樣式多為穹窿構造及短軸構造，構造走向主要呈北東向或北北東向，近平行狀排列展布。區(qū)內出露地層主要為侏羅系沙溪廟組和遂寧組的紅色泥巖和砂巖，地腹發(fā)育晚震旦世至早侏羅世地層，其中泥盆系、石炭系完全缺失，奧陶系、寒武系在探區(qū)剝蝕尖滅，地層尖滅線沿北東向展布［5］。

1　頁巖展布特征

頁巖的展布特征主要包含頁巖的埋藏深度、富含有機質頁巖的厚度。兩者是控制頁巖氣成藏的關鍵因素，形成工業(yè)性頁巖氣藏的地層，優(yōu)質頁巖須具有一定的厚度及連續(xù)分布面積，以提供充足的物質基礎和儲集空間，才能成為有效的烴源巖層和頁巖氣儲產層。優(yōu)質頁巖越厚，對氣藏形成越有利，足夠的埋深能夠保證有機質具有充足的溫度和壓力向油氣轉化。四川盆地寒武紀筇竹寺組地層年代較老、埋藏足夠深，因此有足夠的溫度和壓力使有機質向油氣轉化。

1.1優(yōu)質頁巖厚度

筇竹寺組僅在川西南少部分地區(qū)缺失，在盆地其他地區(qū)都很發(fā)育。研究區(qū)內筇竹寺組是一套以灰黑色、黑色頁巖、粉砂質頁巖為主，夾薄層炭質頁巖、白云質頁巖的海相沉積，含有黃鐵礦、磷鐵礦及磷質結核。震旦紀末發(fā)生的桐灣運動導致四川盆地燈影組地層遭受剝蝕，寒武系筇竹寺組與其不整合接觸，筇竹寺組頂部與遇仙寺組整合接觸［6-7］。笻竹寺組沉積環(huán)境為淺水陸棚，特點是沉積速度快、沉積環(huán)境封閉且有機質供給豐富［8-9］。據(jù)研究區(qū)有機碳含量（TOC）將筇竹寺組頁巖分成3類（圖1），TOC大于2%為Ⅰ類頁巖，TOC大于1%且小于2%的為Ⅱ類頁巖，TOC小于1%的為Ⅲ類頁巖，其中，Ⅰ類、Ⅱ類頁巖為優(yōu)質頁巖，研究區(qū)優(yōu)質頁巖厚度可達40 m，遠遠大于頁巖氣勘探開發(fā)有利區(qū)30 m的下限［10］。

圖1　井研—犍為地區(qū)有機碳特征評價圖

1.2頁巖埋藏深度

埋深既是控制頁巖氣成藏的重要因素，也影響著頁巖氣的開發(fā)成本，頁巖氣的埋深越大，開發(fā)的難度越高，相應的開采成本也就越高［11-13］。因此，在開發(fā)頁巖氣初期，選取開發(fā)難度較小的層系，取得的經濟效益高，開發(fā)面臨的難度小。但是隨著勘探開發(fā)技術的進步，對深層系頁巖的開發(fā)在所難免。寒武系在四川盆地一般埋深為2500～4000m［14］。研究區(qū)筇竹寺組頁巖埋深在3 000～3 500 m（圖2），埋深較大，勘探存在一定的難度。但是據(jù)張金川等研究以及國內外關于頁巖氣勘探開發(fā)已有報道，在其他成藏條件較好的前提下，埋深小于4 500 m的區(qū)域是具有勘探價值的［15-17］。本區(qū)筇竹寺組埋深小于3 500 m，因此無疑是有勘探價值的。

圖2　川西南地區(qū)筇竹寺組底面構造（深度）圖（附研究區(qū)位置）

2　有機地球化學特征

2.1有機質豐度

TOC是有機質豐度的重要評估指標，TOC不僅影響頁巖的物理、化學性質，對裂縫也有一定的影響，更重要的是TOC對頁巖含氣量起控制作用［18-20］，TOC對頁巖含氣量的控制作用表現(xiàn)為有機碳含量越高，頁巖的生氣、含氣能力越強。根據(jù)美國頁巖氣勘探開發(fā)的成功經驗，在有機質熱演化程度較高的地區(qū)，具有工業(yè)性開發(fā)價值的頁巖TOC下限可以下降為0.5%［21-22］。通過對研究區(qū)JY1井的63個樣品TOC測試分析發(fā)現(xiàn)（圖2），TOC在0.54%～4.1%，其中優(yōu)質頁巖TOC在1.05%～4.1%，優(yōu)質頁巖為頁巖氣的主力產層，因此，從TOC來看，研究區(qū)筇竹寺組頁巖達到了具有工業(yè)性開發(fā)價值的下限，必有豐富的烴源基礎。

2.2有機質類型

有機質類型對頁巖的生氣能力、含氣性等都有一定程度的影響［23-24］，頁巖氣大部分都為干氣（甲烷含量大于90%），有機質類型多為Ⅰ型和Ⅱ型，據(jù)鄒才能研究可知［25］，四川盆地下寒武統(tǒng)有機質主要為低等水生生物，以腐泥型為主，腐泥型占顯微組分的48%～84%，未見殼質組和惰質組，含少量鏡質組，占顯微組分的1%～2%，所以，下寒武統(tǒng)有機質主要為腐泥型（Ⅰ型），具有較大的生烴潛力。腐泥型（Ⅰ型）干酪根主要生油，但是在演化程度較高時，可以演化成天然氣。

2.3有機質熱演化程度

有機質的熱演化程度通常用Ro來評價，質量相近的頁巖，Ro越高則生氣能力越強，相應的油氣產量越高。熱演化程度不但影響頁巖氣的生氣量，也影響頁巖氣的賦存狀態(tài)、聚集場所等［26］。此外，有機質熱演化程度還可以作為后期勘探開發(fā)的指標［27］，美國最大的頁巖氣田Bannett Shale絕大多數(shù)頁巖氣井都選擇在Ro大于1.1%的地區(qū)打井，對降低頁巖氣勘探開發(fā)的風險很有效。

由于高等植物在泥盆紀才出現(xiàn)，所以寒武紀筇竹寺組頁巖缺乏鏡質組，因此，根據(jù)研究區(qū)實際情況，篩選出熱解最高峰溫（Tmax）、固體瀝青反射率Rb兩個指標對研究區(qū)鏡質體反射率進行計算（表1）。

由于研究區(qū)頁巖瀝青少，顆粒小，所以固體瀝青反射率變化大，并且在某些深度缺失。因此，筆者還引用Tmax進行計算，將兩者計算得出的Ro值進行比較。從表1可以看出，按照Tmax、Rb所計算出來的Ro值存在一定的誤差，但是總體來說誤差不大，并且計算出的Ro值都大于2%，根據(jù)有機質熱演化程度劃分標準可知，研究區(qū)有機質處于過成熟階段，此階段大量生成以甲烷為主的干氣。同時，有機質成熟度對頁巖氣富集的影響還與頁巖氣藏的成因類型有關，對于熱成因型頁巖氣藏，含氣量與有機質成熟度正相關，當Ro大于1.1%時，頁巖開始生氣，Ro大于3%時，生氣量明顯減少。因此，Ro對熱成因頁巖氣藏的影響，限于Ro值大于1.1%且小于3%的區(qū)域［28］，根據(jù)張義綱判別圖版對川西南地區(qū)筇竹寺組頁巖氣成因類型進行判別（圖3）［29］，川西南地區(qū)筇竹寺組頁巖氣藏為熱成因型，而研究區(qū)Ro值多數(shù)分布在1.1%～3%。因此，研究區(qū)筇竹寺組是頁巖氣藏的有利分布區(qū)，含氣量隨著Ro的增高而逐漸增大。

圖3　川西南地區(qū)筇竹寺組天然氣δ13C1與δ13C2-1關系圖

3　結論

1）井研—犍為地區(qū)優(yōu)質頁巖厚度大于40 m，達到了頁巖開發(fā)有利區(qū)的標準，頁巖埋藏深度在3 000～3 500 m，處于有利開發(fā)埋藏深度范圍內。

2）有機質類型主要為Ⅰ型，有機質熱演化程度較高，優(yōu)質頁巖以TOC大于2%的為主，有機質物質基礎豐富。

3）頁巖氣成藏類型為熱成因型，Ro分布在1.1%～3%，含氣量隨熱演化程度的增高而逐漸增大。

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（編輯：盧櫟羽）

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2095-1132（2015）06-0001-04

10.3969／j.issn.2095-1132.2015.06.001

修訂回稿日期：2015－10－09

國家自然科學基金（編號：41172119）資助。

謝丹（1988－），女，碩士研究生，研究方向為油氣成藏地質學與成藏動力學。E-mail：15680752126@163.com。

網(wǎng)絡出版時間：2015－11－23網(wǎng)址：http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1736.TE.20151123.0858.002.html。