湘中漣源凹陷中二疊統(tǒng)小江邊組頁巖氣勘探前景分析

白云山，王　強，苗鳳彬，曾雄偉，曾　平，路　鵬

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢430205；2.湖南省煤田地質(zhì)局第一勘探隊，耒陽421800）

湘中漣源凹陷中二疊統(tǒng)小江邊組頁巖氣勘探前景分析

白云山1，王強1，苗鳳彬1，曾雄偉1，曾平2，路鵬2

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢430205；2.湖南省煤田地質(zhì)局第一勘探隊，耒陽421800）

對湘中漣源凹陷中二疊統(tǒng)小江邊組頁巖氣有利層位進行了地球化學、物性特征分析，結(jié)合地質(zhì)保存條件對小江邊組含氣頁巖層進行綜合解析。主要物化指數(shù)：TOC介于0.61%～3.98%之間，平均值為1.64%；Ro值范圍為1.61%～2.31%，均值為1.88%；有機質(zhì)類型為Ⅰ型、Ⅱ1型，具有良好的生油生氣潛力；脆性礦物含量60%～86%，脆性礦物含量較高；其有效孔隙度為2.81%～4.11%，滲透率為0.00267～0.00299 mD；厚度主要范圍為40～130 m。小江邊組具一定的埋深，主要分布于中部構(gòu)造帶寬緩向斜中，具有較好的頁巖氣開發(fā)前景。

湘中；漣源凹陷；中二疊統(tǒng)；小江邊組；頁巖氣

Bai Y S，Wang Q，Miao F B，Zeng X W，Zeng P and Lu P.

Geology and Mineral Resources of South China，2016，32（2）：159-165.

頁巖氣作為一種新型在非常規(guī)天然氣已受到國內(nèi)各界的高度重視，近幾年也加大了對頁巖氣的勘探開發(fā)力度。中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心于2014年開展了湘中坳陷頁巖氣資源遠景調(diào)查工作項目，在對漣源凹陷頁巖氣調(diào)查工作中新發(fā)現(xiàn)了二疊系中統(tǒng)小江邊組黑色泥頁巖層系，并對小江邊組地層含氣性進行了研究分析和探討。

1　地質(zhì)背景

1.1區(qū)域概況

漣源凹陷位于湘中坳陷北端，新化—婁底一帶，整體呈北西西向展布，沉積基底為前泥盆系，蓋層從泥盆系到第四系均有發(fā)育，區(qū)域構(gòu)造線呈NE-NNE向，面積約6770 km2。圖1所示為漣源凹陷區(qū)域概況圖，此凹陷外部西雪峰山隆起，東部與衡陽盆地西部隆起相鄰，北部為溈山凸起，南部為龍山—白馬山凸起。內(nèi)部可分為三個構(gòu)造帶：西部緊閉線形疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造帶，中部寬緩褶皺帶和東部滑覆疊瓦沖斷帶［1］。中部寬緩褶皺帶從西向東是冷水江向斜、車田江向斜、字坪背斜、橋頭河向斜，石山?jīng)_背斜和恩口—斗笠山向斜組成。全區(qū)中泥盆世至早三疊世基本連續(xù)沉積，從前泥盆系淺變質(zhì)基底形成后，凹陷內(nèi)上古生界和三疊系沉積時全區(qū)厚度變化不大，各個層位原始沉積厚度基本穩(wěn)定；向斜內(nèi)部各層系地層保存較完整，而背斜核部地層剝蝕較嚴重［2］。

1.2小江邊組地層特征

漣源凹陷二疊系中統(tǒng)小江邊組主要分布于中部構(gòu)造帶寬緩向斜中，東部構(gòu)造帶洪山殿向斜中亦有分布，其上覆蓋有三疊系下統(tǒng)大冶組、二疊系上統(tǒng)大隆組及龍?zhí)督M、中統(tǒng)茅口組，具一定的埋深。湖南省巖石地層將小江邊組定義為整合于棲霞組之上、茅口組之下的一套灰黑色鈣質(zhì)頁巖、及炭質(zhì)泥頁巖夾大量灰?guī)r凸鏡體及少量薄層泥灰?guī)r［3］。研究區(qū)內(nèi)小江邊組為一套灰黑色炭質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖夾薄層狀泥灰?guī)r及少量硅質(zhì)巖（圖2）。頁巖中見分散細小的黃鐵礦顆粒，水平紋理發(fā)育，無高能及淺水標志，含個體較小的腕足與浮游菊石，屬海水滯流還原條件下的臺盆相—半局限臺地相沉積。在漣源凹陷內(nèi)沉積較為穩(wěn)定，厚度變化不大，除斗笠山向斜西部轉(zhuǎn)折端及西北翼較薄為20～30 m之外，其余地段厚度主要為40～60 m，斗笠山向斜南翼小江組厚度大于62 m，在橋頭河向斜西南部轉(zhuǎn)折端北西翼厚59 m（漣頁3井），車田江向斜東北端南東翼厚130 m（漣頁4井），最厚地段為車田江向斜東北端的安化龍坳本組，以炭泥質(zhì)頁巖為主，厚約200 m［3］。

圖1　漣源凹陷區(qū)域概況Fig.1 Tectonic framework ofLianyuan depression

2　有機地化特征

2.1有機質(zhì)豐度

Gareth等［4］提出頁巖中的含氣量（包括吸附氣及游離氣）與其有機碳質(zhì)量分數(shù)w（TOC）呈正相關(guān)，其有機碳質(zhì)量分數(shù)應是控制頁巖對甲烷吸附能力的地質(zhì)主控因素。對泥頁巖的評價采用國內(nèi)公認的有機碳質(zhì)量分數(shù)等于0.5%為下限的劃分標準，漣源凹陷小江邊組共取樣24塊，測試結(jié)果（表1）顯示整體有機碳含量中等，TOC主要范圍介于0.61% ～3.98%之間，平均1.64%，樣品主要采于橋頭河向斜和斗笠山向斜中。除個別樣品外，TOC多數(shù)大于1%，少量樣品大于3%。有較好的含氣性與產(chǎn)能，小江邊組的泥頁巖的含氣量應該較大。

圖2　小江邊組地層柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of Xiaojiangbian Formation

2.2干酪根成熟度

研究認為：吸附含氣量與成熟度呈正比關(guān)系，相關(guān)系數(shù)較低，R2約為0.3。成熟度在1.2%～3.5%之間，有利于頁巖氣在藏，成熟度＞4%時頁巖氣的勘探風險極大［5］。對本組干酪根成熟度有測試結(jié)果（表1）顯示，等效鏡質(zhì)體反射率Ro值范圍為1.61%～2.31%，Ro均值為1.88%。主要范圍在1.6%～2.5%之間，基本比較穩(wěn)定，處于高成熟到過成熟階段。

2.3有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型是決定泥質(zhì)巖產(chǎn)氣效率、生產(chǎn)方式及烴源巖評價的重要因素。北美頁巖氣主要盆地的頁巖干酪根類型主要為Ⅱ型或Ⅰ型［4，6］。小江邊組樣品干酪根鏡下鑒定結(jié)果（表2），主要成分為腐泥組和殼質(zhì)組，有少量鏡質(zhì)組和惰性組，無樹脂體。腐泥組在14%～92%，殼質(zhì)組在5%～67%，惰性組很少，0～3%，其主要有機質(zhì)類型為Ⅰ型，Ⅱ1型，具有良好的生油生烴能力。

表1　小江邊組含氣頁巖有機質(zhì)豐度及成熟度Table 1 The results of the total organic content and organic material maturity of the Xiaojiangbian Formation

3　含氣頁巖儲集性能

3.1礦物成分

對本組進行全巖X衍射分析結(jié)果（表3）顯示，粘土礦物含量在12.10%～27.57%之間。石英含量在22.87%～77.38%之間，平均52.63%，多數(shù)樣品大于35%，易于開成微裂縫；無長石；方解石含量較高，在3.24%～55.43%區(qū)間范圍內(nèi)，其余次要的有白云石，黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦。根據(jù)脆性礦物的劃分，主要包括石英、長石、方解石，白云石等，其總含量為：60%～86%，超過40%。整體上脆性礦物含量較高，適合頁巖氣的開采壓裂等基本條件。

3.2孔隙特征

與常規(guī)氣藏的成藏規(guī)律不同，頁巖既是源巖又是儲集層，甚至可以充當圈閉和蓋層。烴類氣體在巖層中生成后，會在頁巖自身儲集成藏，屬于“連續(xù)型”聚集，因此，頁巖氣具有典型的“自生自儲”成藏特征［7-9］。依據(jù)頁巖氣關(guān)鍵儲層參數(shù)［10］評價標準，優(yōu)質(zhì)的含氣頁巖其孔隙度應至少達到4.00%。北美主要產(chǎn)氣頁巖儲層巖心分析總孔隙度為2.00%～14.00%，平均孔隙度為4.22%～6.51%；測井孔隙度為4.00%～12.00%，平均孔隙度為5.20%；滲透率普遍低于0.1 mD，平均喉道半徑低于0.005 μm［11］。

對小江邊組孔隙測試說明，其有效孔隙度為2.81%～4.11%，滲透率為0.00267～0.00299 mD，其孔隙度、滲透率都屬于較低值；如表4所示，吸附比表面積除一個樣品很高達396.31 m2/g，外，其余4個樣品分布在6.371～8.541m2/g之間，平均7.49 m2/g。以每個樣品的吸附相對壓力最大時的對應吸附量作為孔體積，吸附孔體積除一個樣品較大為1.56 mL/g外，其余4個樣品分布在0.031～0.034 mL/g之間，平均0.033 mL。吸附孔徑分布在16.85 ～19.04 mm之間，平均18.15 mm，具有較強的吸附天然氣和儲存游離氣的能力。

利用超高分辨率場發(fā)射電子顯微鏡掃描儀對頁巖氣的儲集特征進行分析，在超高精度電鏡下可以看到泥頁巖內(nèi)部的的微小孔隙類型。本組識別出黑色泥頁巖中的孔隙類型包括：格架孔、溶蝕孔、有機質(zhì)孔、生物體腔孔和微裂縫等。其中格架孔主要由硅酸鹽礦物和碳酸鹽礦物格架支撐形成，孔隙相對較大，連通性好；溶蝕孔主要存在于碳酸鹽巖和長石中，連通性相對較差；有機微孔一般相對較小，有機質(zhì)主要賦存于顆粒堆砌形成的格架孔中。格架孔本身都具備一定的連通性，因此后期形成的有機孔并不是孤立的，而且具有一定的連通性，加上有機質(zhì)的親油性，表面可以吸附大量的天然氣（圖3）。

表2　小江邊組干酪根鏡下鑒定結(jié)果Table 2 microscopic identification Results of Xiaojiangbianzu formation kerogen

表3　小江邊組全巖X衍射分析結(jié)果Table 3 Whole rock X-ray diffraction analysis results of the Xiaojiangbianzu formation

表4　小江邊組比表面積、孔隙體積及孔徑測試結(jié)果Table 4 Specific surface area、Pore volume and pore size results of Xiaojiangbianzu formation

4　結(jié)論

（1）漣源凹陷二疊系中統(tǒng)小江邊組烴源巖有機質(zhì)類型以Ⅰ、Ⅱ1型為主，Ro為1.61%～2.31%，處于高成熟到過成熟階段。頁巖物化分析顯示其TOC均值為1.64%，最大可達3.98%，生油生氣潛力較大。石英含量在22.87%～77.38%之間，平均52.63%，脆性礦物含量較高，易于形成微裂縫。

（2）有效孔隙度為2.81%～4.11%，滲透率為0.00267～0.00299 mD，吸附表面積在 6.371～396.31 m2/g之間，孔隙體積在0.031～1.56 mL/g之間，吸附孔徑平均18.15 mm，具有較強的吸附天然氣和儲存游離氣的能力。電鏡掃描顯示，泥頁巖孔隙主要為粒間孔、粒內(nèi)孔、有機孔和微裂隙，連通性較好。

（3）漣源凹陷二疊系中統(tǒng)小江邊組為一套灰黑色炭質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖夾薄層狀泥灰?guī)r及少量硅質(zhì)巖，屬海水滯流還原條件下的臺盆相—半局限臺地相沉積，厚度主要為40～60 m，車田江向斜北端厚度大于100 m，其上有三疊系大冶組、上二疊統(tǒng)大隆組、龍?zhí)督M及中二疊統(tǒng)茅口組覆蓋，小江邊組具一定的埋深，主要分布于中部構(gòu)造帶寬緩向斜中，具有較好的頁巖氣開發(fā)前景。

圖3　小江邊組泥頁巖微孔隙類型Fig.3 Micro-pore type ofXiaojiangbianzu formation

［1］王明艷，郭建華，曠理雄，朱銳，周小康.漣源坳陷中部構(gòu)造帶勘探潛力分析［J］.天然氣地球科學，2005，16（5）：581-586.

［2］朱銳，郭建華，曠理雄.湘中漣源凹陷鏡質(zhì)體反射率與地層剝蝕厚度恢復［J］.地質(zhì)調(diào)查與研究，2009，32（1）：22-32.

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BAI Yun-Shan1，WANG Qiang1，MIAO Feng-Bin1，ZENG Xiong-Wei1，ZENG Ping2，LU Peng2

（1.Wuhan Center of China Geological Survey，Wuhan 430205，Hubei，China；2.The First Prospecting Team of Hunan Coal Geology Bureau，Leiyang，421800 Hunan，China）

Exploration Prospects Analysis of Shale Gas of Middle Permian Xiaojiangbian Formation in the Lianyuan Depression，Central Hunan Province.

The analyses on characteristics of physical properties and geochemistry were taken on the favorable horizon of the shale gas of the Permian Xiaojiangbian Formation of the Lianyuan Depression in Central Hunan Province，and a comprehensive interpretation was made together with the geological conditions.The results show that the total organic content（TOC）is between 0.61%～3.98%，with the average of1.64%；organic material maturity（Ro）varies between 1.61%～2.31%，with the average of1.88%；the main organic type is I andⅡ1，with a good potential for oil and gas.Brittleness mineral accounts for 60%～86%，which could be considered high；The effective porosity is 2.81%～4.11%，and the permeability is 0.00267～0.00299 mD.The thickness varies between 40m～130m.The Xiaojiangbian Formation buried in depth，mainlydistributes in the trapped syncline ofthe central structural belt，with bright prospects ofshale gas development.

Shale gas；Xiaojiangbian Formation；Lianyuan Depression；Middle Permian；Central Hunan Province

中圖分類法：P534.46，P618.13A

1007-3701（2016）02-159-07

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.02.008

2016-03-22；

2016-05-19.

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“湖南漣源地區(qū)1︰5萬頁巖氣地質(zhì)調(diào)查（12120115100401）”資助.

白云山（1964—），男，教授級高級工程師，主要從事油氣地質(zhì)調(diào)查工作，E-mail：380112697@qq.com.