威遠地區(qū)筇竹寺組頁巖氣成藏條件分析

任東超，陳義才，孫超亞，劉冬冬，王曉飛，郭士玉

（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.中國石油大學（北京）理學院，北京　102249）

威遠地區(qū)筇竹寺組頁巖氣成藏條件分析

任東超1，2，陳義才1，2，孫超亞2，劉冬冬2，王曉飛2，郭士玉3

（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.中國石油大學（北京）理學院，北京102249）

利用威遠地區(qū)筇竹寺組黑色頁巖野外露頭剖面實測資料及鉆井巖心樣品分析化驗結果，從富有機質頁巖的沉積展布特征、地球化學特征、巖石物性特征及頁巖氣保存條件等方面對川南威遠地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣的形成條件進行分析。結果表明：研究區(qū)筇竹寺組頁巖沉積厚度較大，為200 m～300 m；有機質豐度高，平均為2.15％，成熟度較高，達到過成熟階段，有機質類型以Ⅰ型為主，Ⅱ1為輔；頁巖中脆性礦物含量較高，以石英長石為主，黏土礦物含量中等，以伊利石為主，有利于頁巖氣的形成與富集。

威遠地區(qū)；下寒武統(tǒng)；筇竹寺組；成藏條件

隨著四川盆地威遠地區(qū)在寒武系和志留系頁巖中獲得商業(yè)性氣流，中國頁巖氣開發(fā)實現了歷史性突破，四川盆地南部地區(qū)已經成為中國海相頁巖氣勘探開發(fā)最具潛力的地區(qū)［1］。中石油對四川盆地頁巖氣資源的調查研究顯示，僅威遠地區(qū)和瀘州地區(qū)頁巖氣資源量就高達68 000×108m3～84 000×108m3［2］，顯示四川盆地威遠地區(qū)頁巖氣資源潛力巨大。程克明等［3］、胡琳等［4］及黃金亮等［5］對四川盆地筇竹寺組頁巖的沉積條件及儲層物性特征等進行了研究，認為筇竹寺組頁巖具備形成頁巖氣的基礎條件，且具有較好的資源前景。為了更好地揭示研究區(qū)頁巖氣的勘探前景，本文從頁巖構造沉積演化、地球化學特征、儲層特征及保存條件等方面對四川盆地威遠地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣形成條件進行了分析，認為該區(qū)筇竹寺組富有機質黑色頁巖具有較好的頁巖氣成藏條件。

1　區(qū)域地質背景

威遠地處四川盆地的中南部地區(qū)，在構造上主要位于加里東古隆起（樂山-龍女寺古隆起）東南部，包括川南古坳中隆低陡構造區(qū)帶、川西南中古斜坡低陡構造區(qū)帶以及川中川南過渡帶、川西南部以及川東部分地區(qū)［6，7］。區(qū)內地表為侏羅～白堊系紅色地層所覆蓋，在盆地周緣廣泛出露下古生界及其以下地層，研究區(qū)下古生界海相黑色頁巖由淺到深主要發(fā)育于下志留統(tǒng)龍馬溪組、下奧陶統(tǒng)五峰組和大灣組以及下寒武統(tǒng)筇竹寺組4套地層中。其中筇竹寺組黑色頁巖具有厚度大、分布穩(wěn)定的特點，具有較好的勘探潛力［7，8］。

2　頁巖沉積特征及分布

2.1沉積特征

在早寒武世筇竹寺組沉積期發(fā)生了寒武紀最大規(guī)模的海侵，海侵的方向為東部及東南方向，西部的康滇古陸提供了豐富的物源，沉積以陸源碎屑為主，筇竹寺組沉積期間沉積水體總體上較為安靜，形成了一套巨厚的淺海陸棚相泥質烴源巖，該套烴源巖廣泛分布于揚子、南秦嶺和滇黔北部地區(qū)的次深海～深海沉積相區(qū)。筇竹寺期整體為陸棚相沉積，在川東北部-鄂西為深水陸棚，盆地內部除了川南威遠、內江、宜賓等一帶為深水陸棚沉積外，總體上為淺水陸棚相沉積（見圖1）［9］。

總體上來說，威遠地區(qū)筇竹寺組頁巖屬于深海陸棚沉積，沉積水體較深，水動力較弱，水體還原性較強，有利于有機質頁巖的富集和保存。

圖1　下寒武統(tǒng)筇竹寺期巖相古地理圖（據劉寶珺等改）［9］Fig.1 The lithofacies paleographic map of Qiongzhusi formation （According to Liu Baojun，etc）［9］

2.2頁巖分布

根據研究區(qū)的剖面實測和鉆井資料表明，筇竹寺組黑色頁巖在威遠一帶大多數分布在200 m～300 m這個范圍內，東西方向靠近古隆起遭受剝蝕頁巖的厚度變薄，頁巖越往南厚度越大，至長寧構造可達600 m［10］（見圖2）。

3　地球化學特征

3.1有機質豐度

有機質豐度是富有機質泥頁巖產生頁巖氣的物質基礎，是決定泥頁巖生烴潛力的重要指標［1］。根據威遠地區(qū)3口井108個巖心樣品分析結果統(tǒng)計，筇竹寺組有機碳含量分布在0.31％～4.89％這個范圍內，平均有機碳含量較高，為1.32％，達到了有效頁巖有機碳豐度下限［11］（見圖3）。

威遠地區(qū)筇竹寺組頁巖有機碳含量具有自上而下有機碳含量逐漸增加趨勢，富有機質頁巖主要分布于筇竹寺下部第一亞段，其有機碳含量一般在1.65％～2.85％，平均值為2.15％。

3.2有機質類型

有機質類型決定著泥頁巖的生氣能力和含氣量，也是評價泥頁巖生氣質量的重要指標［13］。對研究區(qū)筇竹寺組8塊頁巖樣品進行干酪根鏡檢，結果顯示干酪根組成絕大部分為腐泥組（腐泥組含量平均＞85％），電鏡觀察為無定形的絮狀體，證明了干酪根為海相成因的干酪根，低等海洋生物是其有機物的主要組成成分。因此，研究區(qū)寒武系筇竹寺組頁巖干酪根顯微組成表現為Ⅰ型。

圖2　威遠及鄰區(qū)筇竹寺組頁巖厚度等值線圖Fig.2 Thickness contour of black shale from Qiongzhusi formation in Vying region and its neighboring region

圖3　威遠地區(qū)筇竹寺組頁巖有機碳含量統(tǒng)計直方圖Fig.3 Statistical histogram of organic carbon content，Qiongzhusi formation，Vying region

進一步對筇竹寺組頁巖樣品干酪根碳同位素組成分析。分析顯示，研究區(qū)筇竹寺組頁巖干酪根δ13C相對較輕，一般在-32.0‰～-38.3‰，屬于Ⅰ型干酪根。

在筇竹寺期研究區(qū)為深水陸棚環(huán)境，有機質來源于浮游生物，而且此時植物尚未登陸，直到泥盆紀高等植物才大量繁盛，不可能有陸源有機質，因此，總體上來說筇竹寺組頁巖有機質類型以Ⅰ型為主，Ⅱ1為輔（見表1）。

3.3有機質成熟度

有機質成熟度是影響有機質表面吸附氣含量的重要因素，是頁巖氣生氣能力評價的一項重要內容［12］。干酪根的鏡質體反射率是最直觀的表征有機質成熟度的參數。由于四川盆地下古生界地層中很難找到保存完好的鏡質體，所以不能直接測得Ro。國內外學者通過對四川盆地下古生界地層固體瀝青的分析，總結出瀝青反射率通過換算能夠得到鏡質體反射率［13，14］。威遠地區(qū)筇竹寺組頁巖的Ro為2.6％～4.0％，處于過成熟階段。

表1　研究區(qū)筇竹寺組頁巖樣品干酪根鏡檢分析表Tab.1 The kerogen identification table of shale samples in Qiongzhusi formation

4　儲層特征

4.1礦物組分特征

用X射線衍射儀對研究區(qū)頁巖樣品的礦物成分進行鑒定，頁巖全巖礦物組成縱向上分布（見圖4），硅質礦物（石英+長石）在縱向上分布較穩(wěn)定，石英、長石含量較高，石英含量為29％～40％，平均含量為33.1％；長石含量較穩(wěn)定，為20％～42％，平均含量為32.3％；碳酸鹽礦物含量很低，在筇竹寺組不發(fā)育，為2％～13％，平均含量為5.8％；黏土礦物縱向上含量較穩(wěn)定，為14％～28％，平均含量為20.9％；黃鐵礦平均5％左右。總體上筇竹寺組頁巖石英和長石含量為65.4％，脆性礦物含量較高，有利于天然裂縫的形成及后期頁巖的壓裂開發(fā)。

4.2儲層儲集空間及含氣性

通過對筇竹寺組頁巖進行掃描電鏡發(fā)現，筇竹寺組頁巖主要發(fā)育粒間雜基微孔（見圖5a）、泥質碎片間微孔（見圖5b）、黏土礦物片理微縫（見圖5c）、煤球狀黃鐵礦晶間微孔（見圖5d）。長石礦物溶蝕孔較少見（見圖5e），微裂縫局部發(fā)育，且多數被有機質充填（見圖5g），有機質孔較少且呈孤立分布，孔徑主要為50 nm～150 nm，為納米級孔隙（見圖5f）。這些微孔隙主要為納米級-微米級孔隙，以0.2 μm～2 μm為主。

通過威遠地區(qū)3口井筇竹寺組取心段87塊樣品的物性測試結果統(tǒng)計，頁巖儲層孔隙度的最大值和最小值分別為4.93％和1.27％，平均值為2.85％。多數樣品的滲透率在0.005×10-3mD～0.1×10-3mD，少數樣品實測滲透率超過10×10-3mD。筇竹寺組頁巖基質滲透率主要分布在0.01×10-3mD～0.05×10-3mD?？梢娡h地區(qū)筇竹寺組頁巖具有良好的儲層物性條件。

頁巖的含氣量是決定頁巖是否值得開采的重要參數。在對威遠地區(qū)20余口鉆井中有19口井30個層段在下寒武統(tǒng)筇竹寺組有氣顯示，而在威A井的筇竹寺組經測試有工業(yè)的頁巖氣流，表明該區(qū)頁巖氣的前景很大。威A井頁巖樣品的等溫吸附實驗顯示，研究區(qū)筇竹寺組吸附氣含量多在2 m3/t左右，具備商業(yè)開發(fā)的價值。

圖4　筇竹寺組頁巖樣品全巖礦物組成Fig.4 Mineral composition of lower cambrian Qiongzhusi formation

圖5　掃描電鏡下筇竹寺組頁巖孔隙類型Fig.5 The pores type of shale in Qiongzhusi formation under SEM

4.3頁巖氣的保存條件

由于頁巖氣具有自生自儲的特征，與常規(guī)油氣相比，構造因素引起的保存條件對頁巖氣的富集保存顯得尤為重要［15］。威遠地區(qū)海相頁巖氣藏雖在形成演化過程中經歷了多期構造運動，尤其在燕山、喜山期的大幅度地層抬升剝蝕和強烈的斷層活動，會對頁巖氣藏保存產生重要影響。威遠地區(qū)遠離斷裂發(fā)育區(qū)，據鉆井巖心觀察顯示，筇竹寺組頁巖裂縫不發(fā)育。寒武系和三疊系沉積了幾套膏巖層，這套區(qū)域性蓋層維持了其下的壓力體系，特別是中寒武統(tǒng)陡坡寺組沉積的一套膏巖層對下伏筇竹寺組頁巖氣的保存起了重要作用［16］。

地層壓力對頁巖氣的吸附有明顯影響，隨著壓力的增高，吸附氣含量增加［17］。威遠地區(qū)筇竹寺組頁巖產氣段地層壓力系數主要為1.2～1.8，為超高壓地層，對吸附態(tài)頁巖氣的保存至關重要。

5　結論

（1）四川盆地南部威遠地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色頁巖分布廣泛，厚度較大（厚200 m～300 m），主要為深海陸棚沉積環(huán)境，沉積水體較深，水動力較弱，水體還原性較強，有利于有機質頁巖的富集和保存。研究區(qū)筇竹寺組頁巖有機質豐度高，平均為2.15％，有機質成熟度較高，多數為2.6％～4.0％，處于過成熟階段，干酪根類型以Ⅰ型為主，Ⅱ1為輔。

（2）四川盆地南部威遠地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色頁巖礦物組成以石英、長石等脆性礦物為主，含有少量黃鐵礦，脆性較高，具有較好的壓裂潛力。其中石英含量為29％～40％，平均含量為33.1％，長石含量為20％～42％，平均含量為32.3％，黃鐵礦平均5％左右。黏土礦物含量中等，為14％～28％，平均含量為20.9％，主要為伊利石，其次為綠泥石，少量伊蒙互層，少見蒙脫石。

（3）在系統(tǒng)研究威遠地區(qū)筇竹寺組頁巖的沉積、分布特征、有機地球化學特征、儲層特征及頁巖氣保存條件等基礎上，總體認為，研究區(qū)筇竹寺組頁巖氣的成藏條件較好，有利于進一步勘探開發(fā)。

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Shale gas reservoir－forming conditions and predicting
favorable exploration area in Qiongzhusi formation，Vying region

REN Dongchao1，2，CHEN Yicai1，2，SUN Chaoya2，LIU Dongdong2，WANG Xiaofei2，GUO Shiyu3

（1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；2.Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；3.School of Science，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

According to the measured profile of dark shale and the laboratory test results of rock samples，this paper studies the regional distribution，geochemical and reservoir characteristics and conservation conditions of shale gas to reveal the shale gas generation.Results show that the shale gas in lower Cambrian，Vying region，southern Sichuan basin，with large sedimentary thickness，up to 200 m～300 m，mainly as deep continental shelf sediments，organic matter abundance of shale is high，the average is 2.15％，maturity is higher，reaching high mature stage，organic matter type is given priority to type I，Ⅱ1is complementary，brittle content of minerals in shale is high，dominated by quartz，content of clay is medium，dominated by illite，which is in favor of the generation and accumulation of shale gas.

Vying region；lower Cambrian；Qiongzhusi formation；accumulation conditions

TE122.3

A

1673-5285（2016）08-0099-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.022

2016-06-30

2016-07-05

國家科技重大專項“南方海相頁巖氣開采試驗”資助，項目編號：2011ZX05018-006-07。

任東超，男（1991-），在讀碩士研究生，研究方向為頁巖氣藏形成與選區(qū)評價，郵箱：1096483326@qq.com。