云南曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣成藏地質(zhì)條件及有利區(qū)預(yù)測

張聰，包書景，石砥石，胡琳，苑 坤

（1中國地質(zhì)大學(xué)(北京)；2中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心；3云南煤層氣資源勘查開發(fā)有限公司）

云南曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣成藏地質(zhì)條件及有利區(qū)預(yù)測

張聰1，2，包書景2，石砥石2，胡琳3，苑 坤2

（1中國地質(zhì)大學(xué)(北京)；2中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心；3云南煤層氣資源勘查開發(fā)有限公司）

基于野外地質(zhì)調(diào)查、巖心觀測、地球化學(xué)分析、含氣量現(xiàn)場解吸等技術(shù)手段，深入分析了云南曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣形成與富集條件。研究認為該區(qū)筇竹寺組沉積期為淺水陸棚環(huán)境，黑色泥頁巖厚度237～363m，成熟度較高，平均Ro為3.06%，TOC多數(shù)大于2.0%；頁巖中石英含量平均為53.18%，碳酸鹽礦物含量平均為18.82%，儲集空間以泥頁巖微裂縫、粒間孔、粒內(nèi)孔和有機孔為主；區(qū)域具有較好的頁巖氣勘探潛力。根據(jù)多口鉆井現(xiàn)場解吸氣量較低的特征，推斷保存條件是曲靖地區(qū)頁巖氣富集的關(guān)鍵，馬龍為頁巖氣勘探遠景區(qū)。

頁巖氣；成藏條件；有利區(qū)預(yù)測；筇竹寺組；下寒武統(tǒng)；曲靖地區(qū)；云南

頁巖氣以其有利的自生自儲型聚集特征，在非常規(guī)油氣資源領(lǐng)域的戰(zhàn)略意義日趨重要［1-2］。全球范圍內(nèi)，北美地區(qū)的頁巖氣勘探與產(chǎn)能均已經(jīng)取得重要突破［3］。我國雖然對于頁巖氣的大范圍勘查起步較晚，然而國土資源部、美國能源信息署、中國工程院等的評價結(jié)果顯示，我國頁巖氣資源豐富①中國頁巖氣勘查開發(fā)年報［R］.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心,2013:5-10.；經(jīng)過近5年來的深入勘探，四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組率先取得重大突破，探明首個千億方整裝頁巖氣田——涪陵焦石壩頁巖氣田［4］；此后，相繼在四川長寧、威遠和云南昭通等地取得突破，截至2015年底，全國累計生產(chǎn)頁巖氣約44.6×108m3②中國頁巖氣勘查開發(fā)年報［R］.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心,2015：1-2.，揭示了我國在頁巖氣領(lǐng)域良好的勘探開發(fā)前景［5-7］。

除下志留統(tǒng)龍馬溪組取得重大勘探突破外，同為中國南方富有機質(zhì)海相頁巖的典型代表——下寒武統(tǒng)筇竹寺組（牛蹄塘組）頁巖亦是頁巖氣勘探領(lǐng)域非常值得關(guān)注的重要層系，該套頁巖目前在湘西北、重慶城口等地區(qū)已經(jīng)獲得了較大的頁巖氣發(fā)現(xiàn)［8-9］。前期研究結(jié)果顯示，黔、滇地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色泥頁巖發(fā)育良好，具備頁巖氣形成的基礎(chǔ)物質(zhì)條件［10-12］。 然而，以往云南省頁巖氣勘查開發(fā)工作主要分布在滇東北的鎮(zhèn)雄、鹽津、昭通、威信等地的下志留統(tǒng)龍馬溪組，中國石油浙江油氣田分公司在“頁巖氣昭通示范區(qū)”鎮(zhèn)雄縣完鉆了 5口地質(zhì)調(diào)查井，2011年昭104井龍馬溪組壓裂試氣后現(xiàn)場測試產(chǎn)氣量為1.02×104m3/d，顯示了龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)條件與四川盆地類似，具有較好的勘探開發(fā)潛力［13］。2014年中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心、華能瀾滄江水電有限公司相繼在滇東曲靖、尋甸、馬龍、宣威、熱水、德澤等地針對筇竹寺組部署實施了頁巖氣地質(zhì)調(diào)查井，獲取了筇竹寺組的巖心資料，為該區(qū)頁巖氣資源評價提供了基本參數(shù)③滇東地區(qū)頁巖氣形成地質(zhì)條件與前景分析成果報告［R］.云南煤層氣資源勘查開發(fā)有限公司,2014.。本次研究以野外地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，結(jié)合最新的鉆井及地球化學(xué)分析資料，探討了云南曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣形成富集條件，以期為該區(qū)下一步勘探提供依據(jù)，同時也為我國南方下寒武統(tǒng)海相頁巖氣的勘探提供借鑒。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

曲靖地區(qū)位于云南省東部，構(gòu)造上隸屬于滇東臺褶帶，東南臨彌勒—師宗斷裂，西部被小江斷裂所隔，面積約2.2萬平方千米（圖1）。滇東地區(qū)構(gòu)造發(fā)育強烈，具有多期次、多旋回的特點，整體為一系列南北向、北西向、北東向和北北東向的構(gòu)造帶，其中南北向小江深大斷裂（F1）、昭通—曲靖隱伏深大斷裂（F4）和北東向彌勒—師宗深大斷裂（F7）為區(qū)域一級構(gòu)造；其間發(fā)育多條北東向構(gòu)造帶，為區(qū)域二級構(gòu)造，自西北向東南大致呈等間距分布；各構(gòu)造帶多發(fā)育北東向?qū)娱g斷裂或北西向配套羽狀構(gòu)造，為區(qū)域三級構(gòu)造［14］。

圖1 云南曲靖地區(qū)地質(zhì)簡圖

上揚子地區(qū)在早寒武世海平面迅速上升，整體為開放的陸棚相沉積環(huán)境，滇東地區(qū)屬于陸表海的邊緣，以淺海碳酸鹽巖和濱海相砂頁巖沉積為主［15］。在馬龍以西地區(qū)，筇竹寺組為淺水陸棚相沉積（圖2），以灰色—深灰色泥頁巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，發(fā)育水平層理；宣威—曲靖—宜良一帶，筇竹寺組為潮坪相沉積，以深灰色—黑色泥頁巖、粉砂巖為主，偶夾白云巖，底部以兩層含多金屬硫化物的黑色頁巖為特征，水平層理發(fā)育，三葉蟲極其豐富。

2 筇竹寺組頁巖空間展布

圖2 云南曲靖地區(qū)早寒武世筇竹寺期巖相古地理與頁巖厚度

泥頁巖的厚度是頁巖氣形成的必要條件之一，厚度越大，越有利于頁巖氣的形成與保存［16-17］。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、野外實測剖面、鉆探結(jié)果統(tǒng)計，研究區(qū)筇竹寺組為一套灰黑色—黑色泥頁巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育水平層理（圖3），反映水體相 對較深、能量較低的淺水陸棚相沉積環(huán)境。同時，下寒武統(tǒng)筇竹寺組地層總厚一般為230～360m，局部可達425m。其中尋甸曲頁1井鉆遇筇竹寺組泥頁巖厚度為323.38m（考慮到地層傾角因素，其真厚度應(yīng)小于鉆遇厚度），曲地1井揭示筇竹寺組泥頁巖真厚度為411.38m，曲地6井、曲地7井鉆遇的筇竹寺組泥頁巖厚度分別為329.02m、262.38m（因這兩口井開鉆層位是筇竹寺組，故筇竹寺組的真厚度均大于鉆遇厚度）；野外剖面的地層由于覆蓋、出露不全、剝蝕嚴重等因素，故筇竹寺組的實測厚度明顯小于鉆孔實際鉆遇的厚度（表1，圖2）。整體而言，沉積中心位于曲靖—會澤一線（圖2）。

圖3 云南曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色泥頁巖特征

表1 云南曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥頁巖厚度及有機碳含量統(tǒng)計表

3 頁巖氣富集條件

3.1 有機地球化學(xué)特征

有機質(zhì)豐度是頁巖氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，它不僅直接決定了泥頁巖的總生烴量，同時對于頁巖內(nèi)部甲烷的吸附性能具有重要的控制作用［18］。從頁巖有機碳平面分布來看（圖4），筇竹寺組頁巖有機碳的高值區(qū)位于東川一帶，可達4%以上，整體表現(xiàn)為由沉積中心向古陸方向減小的趨勢。其中，會澤縣老林村野外露頭筇竹寺組泥頁巖的19個樣品，TOC平均值為2.45%（表1），且TOC大于4%的樣品數(shù)量約占25%；曲地1井筇竹寺組TOC為0.16%～7.13%，平均為3.48%；曲地6井TOC為0.31%～9.70%，平均為4.12%；曲地7井TOC為0.69%～6.14%，平均為4.01%。這說明該地區(qū)筇竹寺組野外露頭樣品的TOC低于鉆孔的樣品，這可能是風(fēng)化作用的結(jié)果。從老林村野外剖面和曲地1井的TOC縱向分布序列來看（圖4），筇竹寺組中下段黑色泥頁巖的TOC比上段的要高，由此推斷筇竹寺組中下段黑色泥頁巖是頁巖氣勘探開發(fā)的有利層段。

圖4 云南曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖TOC等值線圖

有機質(zhì)類型是反映烴源巖質(zhì)量好壞的重要指標，也是決定有機質(zhì)生烴能力和生烴屬性的重要因素，因此它決定了頁巖的生氣能力［19-20］。對研究區(qū)野外露頭和鉆井巖心樣品的化驗分析表明，筇竹寺組有機質(zhì)顯微組分以無定形為主，其次為結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)組，屬Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根。

有機質(zhì)成熟度高是我國南方海相頁巖的一個普遍特征［21-22］。6塊野外樣品的瀝青鏡質(zhì)組反射率Ro值為2.2%～4.3%，平均為3.4%（表1）；激光拉曼光譜揭示的Ro平均值為3.06%，表明研究區(qū)筇竹寺組暗色泥頁巖均達到了高—過成熟階段。

3.2 泥頁巖儲層特征

頁巖中礦物成分及含量對頁巖力學(xué)性質(zhì)、儲層物性及含氣量等均有重要影響。一般認為，脆性礦物質(zhì)量分數(shù)高于40%、黏土礦物質(zhì)量分數(shù)小于30%才具備商業(yè)開發(fā)價值［23-24］。曲地1井20個筇竹寺組泥頁巖樣的X衍射全巖分析結(jié)果表明，筇竹寺組頁巖礦物成分組合有利于頁巖氣的富集，其石英含量平均為53.18%，碳酸鹽礦物含量平均為18.82%，含少量長石。同時，野外露頭及鉆孔樣品掃描電鏡分析結(jié)果表明，筇竹寺組泥頁巖微裂縫、孔隙發(fā)育（圖5），微裂縫多發(fā)育在脆性礦物之間，微裂隙長度為30～100μm，縫寬4～10μm，連通性較差。箐門村剖面4個樣品的壓汞孔隙度實驗結(jié)果表明，筇竹寺組頁巖孔隙度主要分布在0.88%～4.18%之間，平均孔隙度為2.23%，孔隙類型以粒間孔、粒內(nèi)孔和有機孔為主。

圖5 云南曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖掃描電鏡下的粒間孔及微裂隙特征

3.3 含氣性

頁巖含氣量是頁巖氣資源評價和有利區(qū)優(yōu)選的關(guān)鍵參數(shù)，它是指每噸巖石中所含天然氣折算到標準溫度和壓力條件下（101.325 kPa，25℃）的天然氣總量。研究中采用等溫吸附實驗和現(xiàn)場解吸兩種方法測定含氣量。等溫吸附實驗結(jié)果表明，在30℃條件下，取自老林村剖面的2個筇竹寺組頁巖樣品的最大吸附量介于3.93～4.88cm3/g之間，平均為4.40cm3/g（表2）。然而，4口鉆井的巖心樣品現(xiàn)場解吸實驗結(jié)果卻普遍偏低，曲地1井含氣量介于0.057～0.997m3/t之間、平均值為0.54m3/t；曲頁1井含氣量平均值為0.34m3/t。初步分析認為：由于取心過程中并未采用保壓取心，導(dǎo)致了一定的氣體逸失，進而可能影響了現(xiàn)場解吸氣的結(jié)果，同時，曲頁1井鉆遇的筇竹寺組泥頁巖中方解石充填嚴重，巖心較破碎，反映出強烈構(gòu)造活動對于研究區(qū)頁巖氣儲集的破壞作用；曲靖地區(qū)鉆井目的層的埋深為600～900m，相比較于涪陵頁巖氣產(chǎn)層的埋深大于2000m而言，整體埋深較淺，保存條件相對較差。由此看來，對于研究區(qū)的頁巖氣聚集起關(guān)鍵作用的因素，在于曲靖地區(qū)頁巖氣成藏的保存條件。

表2 云南曲靖地區(qū)老林村剖面下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥頁巖等溫吸附實驗數(shù)據(jù)表

4 頁巖氣有利區(qū)預(yù)測

曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖具有厚度大、有機質(zhì)豐度適中的特點，因而具備了頁巖氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，但是后期強烈的構(gòu)造運動不利于頁巖氣的保存，這是頁巖氣成藏的不利因素。因此，本次研究結(jié)合目前我國南方古生界海相頁巖氣的勘探開發(fā)經(jīng)驗，并參考了《頁巖氣資源潛力評價方法與有利區(qū)優(yōu)選標準》④頁巖氣資源潛力評價方法與有利區(qū)優(yōu)選標準［R］.國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心,中國地質(zhì)大學(xué)（北京）,2012.操作手冊中頁巖選區(qū)關(guān)鍵指標，同時，針對研究區(qū)勘探程度低、資料少的特點，選取泥頁巖厚度、有機質(zhì)豐度、斷裂發(fā)育等條件，采取信息疊合法進行頁巖氣有利區(qū)預(yù)測，結(jié)果認為馬龍地區(qū)是頁巖氣勘探的有利區(qū),它的有利區(qū)面積為753.08km2（圖6），該區(qū)筇竹寺組頁巖總厚大于200m，巖性為黑色頁巖、碳質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖；埋深500～2 500m；TOC平均為3.5%；Ro平均為2.67%；斷裂較不發(fā)育，相對有利于頁巖氣的保存。

圖6 云南曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣有利區(qū)預(yù)測圖

5 結(jié) 論

（1）云南曲靖地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色泥頁巖厚度大、有機質(zhì)豐度適中、成熟度高，儲層的石英、方解石等脆性礦物含量高、埋深適中，該區(qū)具備良好的頁巖氣形成與富集條件。

（2）云南曲靖地區(qū)多口鉆井的現(xiàn)場解吸氣量偏低，分析認為是由于該區(qū)經(jīng)歷多期構(gòu)造運動、目的層埋深較淺、且?guī)r心大量破碎所致，反映出該區(qū)保存條件較差，這是頁巖氣成藏的不利因素。

（3）綜合考慮頁巖氣平面展布特征、目的層平均埋深、斷裂發(fā)育密度以及有機碳含量等因素，預(yù)測馬龍地區(qū)是頁巖氣勘探的有利區(qū)。

［1］ Curtis JB.Fractured shale-gas systems［J］.AAPG Bulletin, 2002,86(11):1921－1938.

［2］ Hao Fang,Zou Huayao,Lu Yongchao.Mechanisms of shale gas storage:Implications for shale gas exploration in China［J］. AAPGBulletin,2013,97(8):1325-1346.

［3］ Hill R J,Jarvie DM，Zumberge J,etal.Oil and gas geochemistry and petroleum systems of the FortWorth Basin［J］.AAPG Bulletin, 2007,91(4):445－473.

［4］ 王志剛.涪陵頁巖氣勘探開發(fā)重大突破與啟示［J］.石油與天然氣地質(zhì),2015,36(1):1-6.

［5］ 蘭潔.西南油氣田四川長寧區(qū)塊頁巖氣產(chǎn)量超6000×104m3［J］.天然氣與石油，2014，32（5）:40.

［6］ 陳尚斌，朱炎銘，王紅巖,等.中國頁巖氣研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.石油學(xué)報，2010，31(4):689-694.

［7］ 賈承造，鄭民，張永峰.中國非常規(guī)油氣資源與勘探開發(fā)前景［J］.石油勘探與開發(fā)，2012，39(2):129-136.

［8］ 林拓，張金川，李博，等.湘西北常頁1井下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣聚集條件及含氣特征［J］.石油學(xué)報，2014，35(5):839-846.

［9］ 劉斌，葉軍，王勝，等.典型盆外改造區(qū)高演化海相頁巖勘探前景分析——以城口地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖為例［J］.斷塊油氣田，2015，22(1):42-46.

［10］ 梁興，葉熙，張介輝，等.滇黔北下古生界海相頁巖氣藏賦存條件評價［J］.海相油氣地質(zhì)，2011，16(4):11-21.

［11］ 楊振恒，騰格爾，李志明.頁巖氣勘探選區(qū)模型——以中上揚子下寒武統(tǒng)海相地層頁巖氣勘探評價為例［J］.天然氣地球科學(xué)，2011，22(1):8-14.

［12］ 楊勤生.滇東下古生界頁巖氣成藏層位及遠景［J］.云南地質(zhì)，2010，29(1):1-6.

［13］ 梁興，葉熙，張介輝，等.滇黔北坳陷威信凹陷頁巖氣成藏條件分析與有利區(qū)優(yōu)選［J］.石油勘探與開發(fā)，2011，38(6): 693-699.

［14］ 云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局.云南省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京:地質(zhì)出版社，1990．

［15］ 云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局.云南省巖石地層［M］.北京:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1996．

［16］ Bowker K A.Barnett Shale gas production,FortWorth Basin: Issues and discussion［J］.AAPG Bulletin,2007,91(4):523-533.

［17］ 趙靖舟，方朝強，張潔，等.由北美頁巖氣勘探開發(fā)看我國頁巖氣選區(qū)評價［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2011，26(2):1-7.

［18］ 李新景，胡素云，程克明.北美裂縫性頁巖氣勘探開發(fā)的啟示［J］.石油勘探與開發(fā)，2007，34(4):392-400．

［19］ 梁狄剛，郭彤樓，陳建平，等.中國南方海相生烴成藏研究的若干新進展(一):南方四套區(qū)域性海相烴源巖的分布［J］.海相油氣地質(zhì)，2008，13(2):1-16．

［20］ 李新景，呂宗剛，董大忠，等.北美頁巖氣資源形成的地質(zhì)條件［J］.天然氣工業(yè)，2009，29(5):27-32．

［21］ 李延鈞，劉歡，張烈輝，等.四川盆地南部下古生界龍馬溪組頁巖氣評價指標下限［J］.中國科學(xué):地球科學(xué)，2013，43 (7):1088-1095．

［22］ 曾祥亮.四川盆地及其周緣下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣研究［D］.成都理工大學(xué)，2011．

［23］ Kinley T J,Cook LW,Breyer JA,etal.Hydrocarbon potential of the Barnett shale(Mississippian),Delaware basin,west Texas and southeastern New Mexico［J］.AAPG Bulletin,2008,92(8): 967-991.

［24］ 久凱，丁文龍，黃文輝，等.渤海灣盆地濟陽坳陷沙三段頁巖氣地質(zhì)條件分析［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，2012，36(2): 65-70，80.

編輯：黃革萍

Geological Conditions for Shale Gas Accumulation and Favorable Area Prediction in Qujing of Eastern Yunnan

Zhang Cong,Bao Shujing,ShiDishi,Hu Lin,Yuan Kun

Based on the field research,core observation,geochemical analysis and gas desorption analysis,the shale gas enrichment conditions were studied and discussed in Qiongzhusi Formation of the lower Cambrian in Qujing area of Eastern Yunnan.It is shown that the thickness of black shale in Qiongzhusi Formation is 237～363m,the TOC values varied in aw ide range with themajority of them higher than 2.0%,the average ofmaturity(Ro)is 3.06%,the average of quartz content is 53.18%,and the carbonatem ineral contentaveraged 18.82%.The primary pore space aremicrocracks in mud shales,intergranular pores,intragranular pores and organic pores.The com prehensive analysis showed that the study area has a good potential for shale gas exploration.In addition,according to the lower gas desorption from several wells in the field,it can be deduced that the key for the enrichment of shale gas is preservation conditions in East Yunnan,and the Malong area could be the target for shale gas exploration.

Shale gas;Accumulation condition;Favorable area prediction;Qiongzhusi Formation;Lower Cambrian; Qujing area;Yunnan

TE132.2

：A

10.3969/j.issn.1672-9854.2017.01.009

1672-9854(2017)-01-0069-06

2015-06-05；改回日期：2016-07-29

本文受國土資源部全國油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查項目“南方油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查”（編號：XQ2014-04）和全國地質(zhì)調(diào)查評價專項“頁巖氣有利目標區(qū)調(diào)查評價與優(yōu)選”（編號：1212291413012）資助

張聰：女，1986年生，就職于中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，工程師，現(xiàn)為中國地質(zhì)大學(xué)（北京）在讀博士研究生，主要從事頁巖氣地質(zhì)研究工作。通訊地址：100029北京市朝陽區(qū)安外小關(guān)東里10號院東小樓；E－mail：397716026@qq.com

Zhang Cong：PhD candidate of the China University of Geosciences(Beijing),majors in shale gas geology and petroleum geology.Add:East Building,Yard No.10,Xiaoguan Dongli,Andingmen Wai,Chaoyang District,Beijing,100029,China