威寧—水城下石炭統(tǒng)舊司組頁巖氣成藏條件

李 凱

(貴州省煤層氣頁巖氣工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550008)

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威寧—水城下石炭統(tǒng)舊司組頁巖氣成藏條件

李 凱

(貴州省煤層氣頁巖氣工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550008)

根據(jù)野外露頭，鉆井、錄井剖面及測試化驗等資料，分析威寧—水城下石炭統(tǒng)舊司組富有機質(zhì)頁巖形成的地質(zhì)背景、沉積特征及成藏要素。研究認為，該區(qū)有機質(zhì)頁巖厚度大，分布面積廣；有機碳含量平均為1.26%，有機質(zhì)類型以Ⅱ型為主，有機質(zhì)成熟度較高，具有良好的生烴潛力；儲層整體呈現(xiàn)低孔、低滲的特征，有機質(zhì)頁巖裂縫、孔隙較發(fā)育；上下圍巖巖性致密，具有良好的保存條件。對區(qū)內(nèi)泥頁巖厚度、有機碳含量、成熟度、埋深等成藏要素進行分析，預(yù)測有利區(qū)處于西南部威水背斜帶。采用概率體積法預(yù)測研究區(qū)資源量為1 553.85×108m3，具有良好的資源開發(fā)前景，研究結(jié)果可為該區(qū)下步勘探部署提供一定依據(jù)。

頁巖氣；有利區(qū)；舊司組；成藏條件；威寧—水城區(qū)塊

1 區(qū)域概況

貴州省威寧—水城區(qū)塊地處貴州省西部，研究區(qū)東南邊界與貴州盤縣接壤，東北與六枝、納雍縣為鄰。構(gòu)造位置位于黔南坳陷六盤水?dāng)嘞?，南部有水城—紫云同沉積斷裂，東北部有埡都—蟒硐斷裂。

研究區(qū)石炭系地層發(fā)育較全，以淺海相碳酸鹽巖沉積為主。上部主要為灰?guī)r、生物灰?guī)r、介殼灰?guī)r；下部巖性較復(fù)雜，由碳酸鹽巖、碎屑巖和硅質(zhì)巖組成，均為連續(xù)沉積，與下伏地層上泥盆統(tǒng)呈整合接觸[1-3]。區(qū)內(nèi)早石炭世舊司組時期自南東向北西海平面逐漸上升，由于較迅速的海侵作用造成物源供給不足，舊司組時期主要沉積了一套黑色炭質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖，后期因生物作用碳酸鹽物質(zhì)供給充足，在舊司組頂部沉積了大套碳酸鹽巖(圖1)。

2 地層及沉積特征

研究區(qū)發(fā)育一套灰黑色薄層頁巖、泥巖，夾灰黑色厚層至塊狀燧石灰?guī)r、石英砂巖，下部以黑色頁巖、炭質(zhì)泥巖為主，夾含泥灰?guī)r，產(chǎn)珊瑚等動物化石[4]，地層發(fā)育總體由東北向西南逐漸增厚，在威寧六硐橋厚度達992 m，向東南、西北方向逐漸減薄。區(qū)內(nèi)舊司組地層黑色頁巖發(fā)育，有效頁巖厚度為0～120 m，在金鐘鎮(zhèn)附近有機質(zhì)頁巖厚度達到120 m。

研究區(qū)在早石炭世可劃分為2個沉積相[5-6]，自北東向南西依次為潟湖相、沼澤相。潟湖相分布于威寧板底鄉(xiāng)、水城保華一線北東部，發(fā)育巖性為黑色頁巖夾淺灰色中厚層細粒石英砂巖。沼澤相分布在威寧板底鄉(xiāng)、水城保華一線南部大部分區(qū)域，為一套海陸交互相砂泥巖夾灰?guī)r含煤沉積，由濱?！獪\海相石英砂巖、頁巖、灰?guī)r和濱海沼澤相的炭質(zhì)頁巖及煤層組成。

3 成藏條件研究

3.1 地球化學(xué)特征

3.1.1 有機碳含量

根據(jù)研究區(qū)及其周邊富有機質(zhì)頁巖樣品分析測試結(jié)果顯示，舊司組TOC為0.83%～1.69%。舊司組富有機質(zhì)頁巖TOC含量平面變化特征與頁巖層發(fā)育特征基本一致，在威寧金鐘鎮(zhèn)一帶最高，由中心向東北和南西向逐漸降低。

圖1 貴州省威寧—水城區(qū)塊石炭系層序地層格架

3.1.2 有機質(zhì)類型

舊司組頁巖干酪根類型指數(shù)TI為-13～84，有機質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主，并出現(xiàn)Ⅲ型和Ⅰ型。頁巖干酪根碳同位素值δ13C為-40.0‰～15.1‰，平均為-28.2‰；碳同位素值變化大，干酪根類型多，以Ⅱ1型為主。顯微組分主要表現(xiàn)為殼質(zhì)組，其次為腐泥組和鏡質(zhì)組，惰質(zhì)組較少。其中，殼質(zhì)組以腐殖無定形體和殼質(zhì)碎屑體為主，腐泥組以腐泥無定形體和腐泥碎屑體為主，鏡質(zhì)組以無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主，藍光激發(fā)，無熒光顯示。

3.1.3 有機質(zhì)成熟度

研究區(qū)及其周邊以往頁巖樣品鏡質(zhì)體反射率分析測試結(jié)果顯示，下石炭統(tǒng)舊司組富有機質(zhì)頁巖熱演化程度總體較高。區(qū)內(nèi)下石炭統(tǒng)舊司組頁巖有機質(zhì)成熟度為1.60%～2.95%，平均為2.31%，處于過成熟早期生干氣階段。區(qū)內(nèi)東北部赫章地區(qū)Ro值大于3.00%，其余大部分區(qū)域Ro值為1.60%～3.00%；區(qū)塊西北部威頁1井Ro值為2.95%，中部北西向威寧—水城間為2.00%～3.00%，往西南部有機質(zhì)熱演化有所降低。

3.2 頁巖巖石學(xué)特征

根據(jù)研究區(qū)及其周邊下石炭統(tǒng)舊司組頁巖樣品測試結(jié)果分析：頁巖中石英含量為21.65%～61.42%，平均為39.95%；長石含量為0.00～4.92%，平均為1.11%；碳酸鹽巖含量為0.95%～47.32%，平均為16.64%，礦物成分以方解石為主，次為白云石；鐵礦物含量為0.00～4.00%，平均為2.22%，主要以黃鐵礦、菱鐵礦為主；石膏含量為0.00～8.00%，平均為1.38%；黏土礦物含量為7.61%～69.30%，平均為38.70%。

舊司組富有機質(zhì)頁巖抗壓強度為3.72～202.91 MPa，抗拉強度為1.08～110.12 MPa，彈性模量為12.49×103～25.90×103MPa，泊松比為0.22～0.26，含水率為0.02%～1.61%。

3.3 頁巖氣儲層物性

依據(jù)區(qū)內(nèi)及周邊巖心樣品測試資料，下石炭統(tǒng)舊司組富有機質(zhì)頁巖密度為2.05～2.72 g/cm3，平均為2.61 g/cm3；孔隙度為2.14%～3.29%，滲透率為0.001 3×10-3～0.190 0×10-3μm2，整體呈現(xiàn)低孔、低滲的特征。舊司組頁巖層段孔隙度和裂縫較發(fā)育，孔隙以溶蝕孔、粒間孔、晶間孔為主，多為納米級孔隙，少量微米級孔隙。裂縫主要為構(gòu)造裂縫和成巖層間裂縫，裂縫大多被方解石充填，偶爾可見少量黃鐵礦。

3.4 保存條件及含氣性

3.4.1 頁巖氣保存條件

(1) 頁巖埋藏深度。研究區(qū)舊司組頁巖埋深展布方向以北西向為主，在向斜軸部附近埋深較大，埋深小的區(qū)域呈帶狀展布。埋深小于3 000 m的區(qū)域主要位于區(qū)塊北部和中部，即向斜(爐山、二塘、大河邊和格目底)兩翼石炭系—下二疊統(tǒng)地層覆蓋區(qū)，多位于背斜(珠市河、威水)核部及兩翼。埋深大于3 000 m的區(qū)域主要位于向斜(二塘、大河邊和格目底)核部上二疊統(tǒng)地層覆蓋的區(qū)域，埋藏深度為3 000～4 500 m。二塘、大河邊、格目底向斜核部埋藏深度一般大于4 500 m。研究區(qū)整個下石炭統(tǒng)舊司組富有機質(zhì)頁巖埋深較大、保存條件好。

(2) 上下圍巖巖性。研究區(qū)露頭剖面及鉆井、錄井剖面顯示，區(qū)塊上司段及擺佐組巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂泥巖互層。在舊司組中、上部至上司段發(fā)育淺灰色泥質(zhì)巖、粉砂質(zhì)泥巖，巖性致密，厚度達400多米，可以形成較好的蓋層。下伏地層為巖關(guān)組泥晶灰?guī)r、燧石灰?guī)r夾生物灰?guī)r，厚度為0～400 m，可形成良好的封堵層。上下圍巖巖性致密，厚度較大，對區(qū)內(nèi)舊司組可形成良好的封蓋層，有利于研究區(qū)頁巖氣的保存。

3.4.2 頁巖層含氣性

根據(jù)《貴州省頁巖氣資源調(diào)查評價》，貴州省下石炭統(tǒng)舊司組頁巖含氣量為0.1～2.9 m3/t，平均為1.0 m3/t。

發(fā)現(xiàn)1、發(fā)現(xiàn)2井的鉆井及錄井資料分析認為，下石炭統(tǒng)舊司組存在2套頁巖氣產(chǎn)層。發(fā)現(xiàn)1井在850 m進入舊司組，在984～1 202 m有連續(xù)氣體產(chǎn)生，且將鉆井泥漿頂出井口；發(fā)現(xiàn)2井鉆遇地層巖性組合分析，井深1 943 m以上為一套下石炭統(tǒng)舊司組地層層序，巖性以泥頁巖為主，夾石灰?guī)r，泥頁巖總厚度大于500 m，是一套良好的區(qū)域蓋層和頁巖生氣層。

4 有利區(qū)預(yù)測

采用全國頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查項目推薦的頁巖氣資源評價方法[7-11]，運用單因素分析多要素綜合的研究思路[12]，開展研究區(qū)頁巖厚度、有機碳含量、熱演化程度等成藏要素研究。按頁巖TOC>1.5%，Ro≤4.0%，埋深500～4 500 m，泥頁巖厚度大于10 m，總含氣量大于1.0 m3/t等標(biāo)準，采用概率體積法對研究區(qū)下石炭統(tǒng)舊司組頁巖氣有利區(qū)進行預(yù)測(表1)。

表1 威寧—水城區(qū)塊下石炭統(tǒng)舊司組頁巖氣有利區(qū)資源量預(yù)測及參數(shù)取值

預(yù)測有利區(qū)大體處于威水背斜帶，北臨爐山—二塘—大河邊向斜，南靠垮都—樹舍—格目底向斜，背斜構(gòu)造被水城斷層、上石橋斷層、野窩斷層、老屋基等逆沖斷層控制(圖2)。威水背斜帶中部下石炭統(tǒng)舊司組頁巖層沉積最好，與東部相比較，同由水城斷層控制，頁巖氣的成藏環(huán)境與水城發(fā)現(xiàn)1、發(fā)現(xiàn)2井基本一致。由于該區(qū)構(gòu)造規(guī)模大，含氣區(qū)邊界斷層多為逆斷層，頁巖氣保存條件好，是威寧—水城區(qū)塊頁巖氣勘探的最有利區(qū)，在50%概率條件下預(yù)測資源量為1 553.85×108m3。

圖2 貴州省威寧—水城區(qū)塊頁巖氣有利區(qū)預(yù)測

5 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)地層發(fā)育總體由東北向西南逐漸增厚，向東南、西北方向地層厚度逐漸減薄。早石炭世可劃分為2個沉積相，自北東向南西依次為潟湖相、沼澤相。地層沉積厚度和展布方向受水城—紫云斷裂控制，區(qū)內(nèi)沉積相控制泥頁巖發(fā)育層位及橫向變化，同時也控制了泥頁巖有機質(zhì)豐度展布。

(2) 研究區(qū)總有機碳含量為0.83%～1.69%，總體上有機質(zhì)頁巖TOC平面變化與頁巖層發(fā)育特征基本一致。區(qū)內(nèi)下石炭統(tǒng)舊司組頁巖干酪根類型指數(shù)TI值為-13～84，有機質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主。區(qū)內(nèi)有機質(zhì)成熟度平均為2.31%，往西南部有機質(zhì)熱演化程度有所降低。

(3) 研究區(qū)富有機質(zhì)頁巖礦物成分以石英含量最高，其次為黏土礦物，含有部分碳酸鹽礦物，長石、鐵礦物和石膏含量較低。脆性礦物總體含量大于40%，具有較好破裂潛力。

(4) 研究區(qū)含氣頁巖具有孔隙度低、滲透率特低的特征，有機質(zhì)頁巖孔隙以溶蝕孔、有機孔、晶內(nèi)孔隙等為主，宏觀裂縫較發(fā)育，主要為構(gòu)造裂縫和成巖層間裂縫。下石炭統(tǒng)舊司組富有機質(zhì)頁巖埋深較大、保存條件好，上覆地層為粉砂質(zhì)泥巖、泥巖砂泥巖互層，巖性致密；下伏地層巖關(guān)組泥晶灰?guī)r，厚度較大，舊司組上下圍巖形成好的封堵作用，具有良好的成藏條件。

(5) 按有機質(zhì)頁巖成藏要素對研究區(qū)進行分析，預(yù)測有利區(qū)大體處于威水背斜帶；采用概率體積法對下石炭統(tǒng)舊司組頁巖氣有利區(qū)進行儲量預(yù)測，在50%概率條件下的預(yù)測資源量為1 553.85×108m3，具有良好的勘探開發(fā)前景。

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編輯 林樹龍

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.011

20160329；改回日期：20160713

貴州省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃重大項目“貴州復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣賦存與滲透機制研究”(黔科合JZ字[2014]2005)

李凱(1986-)，男，助理工程師，2010年畢業(yè)于長江大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，2014年畢業(yè)于西南石油大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事非常規(guī)油氣地質(zhì)的研究工作。

TE122.2

A

1006-6535(2016)05-0048-04