黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣成藏條件及勘探前景分析

萬 夢，苗 寶，杜繼成

(貴州大學喀斯特環(huán)境與地質災害防治重點實驗室，貴州貴陽 550025)

黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣成藏條件及勘探前景分析

萬 夢，苗 寶，杜繼成

(貴州大學喀斯特環(huán)境與地質災害防治重點實驗室，貴州貴陽 550025)

黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組平面上整體表現(xiàn)為北西-南東向沉積環(huán)境逐漸變深，頁巖氣有利沉積相為深水陸棚-深水盆地。通過地表剖面及調查井采樣測試分析，認為黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組具有Ⅰ型干酪根特征，有機碳含量高，熱演化程度高，且滲透率極低，微裂縫發(fā)育，具有形成頁巖氣藏的基本地質條件。通過有利區(qū)評價參數(shù)分析，進一步優(yōu)選出三個頁巖氣勘探有利區(qū)，即麻江-英平有利區(qū)，福泉有利區(qū)，谷硐有利區(qū)。

黔南下寒武統(tǒng)；牛蹄塘組；頁巖氣；成藏條件

頁巖氣是指以吸附、游離或溶解狀態(tài)賦存于泥頁巖中的天然氣[1]，它賦存于特定的地層中而不受“圈閉”的控制,具有“自生自儲”的特點,屬于一種非常規(guī)天然氣資源[2]。美國頁巖氣勘探開發(fā)起步較早，相比之下中國對于頁巖氣的研究相對薄弱。因此，開展黔南地區(qū)頁巖氣成藏條件及資源潛力評價對于完善中國地區(qū)頁巖氣的研究具有重要意義。本文主要討論黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣富有機質頁巖生烴、儲集及保存條件，優(yōu)選有利勘探區(qū)帶，為黔南地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)綜合評價提供參考。

1 地層特征

黔南地區(qū)地層發(fā)育齊全，自新元古代至第四紀地層均有出露，以海相沉積巖發(fā)育為主要特色。牛蹄塘組在該地區(qū)廣泛分布，厚度從幾十米到170 m不等，主要為炭質泥(頁)巖，與下伏地層老堡組硅質巖或燈影組白云巖分界標志明顯。巖性組合以黑色薄-中層炭質泥(頁)巖、炭質粉砂巖為主，偶夾深灰色薄層砂質或硅質巖。底部炭質泥(頁)巖為與下伏老堡組或燈影組的分界標志。

2 頁巖氣形成條件

2.1 烴源條件

2.1.1 有機質類型

Tissot等(1974)根據(jù)干酪根的元素分析，建立了元素分類體系。根據(jù)美國頁巖氣盆地的勘探經(jīng)驗,Ⅰ型干酪根與Ⅱ型干酪根為頁巖氣生成的主要有機質類型[3]。

牛蹄塘組富有機質頁巖干酪根顯微組分以腐泥組為主，鏡質組、殼質組次之(圖1)，其中殼質組以腐殖無定型體為主、少量殼質碎屑體，鏡質組主要為無結構鏡質體，腐泥組主要為腐泥無定型體和腐泥碎屑體，惰質組顯示絲狀體、不發(fā)熒光、類型指數(shù)91～98。統(tǒng)計結果表明牛蹄塘組富有機質頁巖具有Ⅰ型干酪根特征。

圖1 牛蹄塘組頁巖干酪根顯微組分三角圖

2.1.2 有機質豐度

有機碳含量(TOC)是烴源巖評價最重要的基礎參數(shù)之一。麻頁1井位于麻江縣城南東約3 km的小茶山，目標地層為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組，鉆厚381.86 m，真厚度264.51 m。有機碳分析樣品53件，最低含量為0.37%，最高含量為5.35%，平均為1.92%；其中低于0.5%的樣品6件，高于1%的樣品47件，分別占總樣品的11%和89%?？v向上，有機碳含量具有從下向上降低的趨勢特征，總體受沉積相演變影響明顯(圖2)。

圖2 麻頁1井TOC特征

2.1.3 有機質熱演化程度

頁巖要成為潛在的頁巖氣勘探目標，其成熟度必須進入生氣窗[5]。但有研究者認為，頁巖氣具有多種生氣機理，并且可以在美國不同的頁巖盆地中找到存在實例[6-7]。 根據(jù)眾多研究成果[5，8-9]，頁巖氣要具備經(jīng)濟開采價值，頁巖處于生氣窗內是甚佳的條件。而頁巖氣成熟度主要采用鏡質體反射率的方法來分析，該方法應用廣泛，具有較好的可對比性[10]。

本文針對麻頁1井目標地層牛蹄塘組有機質頁巖進行了鏡質體反射率連續(xù)采樣分析自上而下取樣7件，分析結果顯示(表1)，Ro最小值1.82%，最大值3.18%，平均2.56%，總體處于過成熟階段。

2.2 儲集條件

2.2.1 物性特征

頁巖的物性特征不僅影響其對氣體的儲集和吸附能力，而且會影響氣體的運移，因此研究其物性特征對揭示頁巖生烴機制和儲層特征有著重要的理論和實踐意義。

區(qū)域上牛蹄塘組地表剖面及調查井物性采樣分析結果顯示，牛蹄塘組孔隙度1.69%～7.03%，平均密度2.68 t/m3，地表樣品普遍比巖心樣品高，可能是地表樣品受風化所致；平均滲透率為(0.0023～0.015 3)×10-3μm2，滲透率極低；總體孔隙度具有由北西向南東增高趨勢。

表1 麻頁1井牛蹄塘組Ro一覽表

2.2.2 儲集空間類型

牛蹄塘組黑色泥(頁)巖結構較致密，粉砂顆粒間孔隙中普遍填充有機質，有機質分散性強，顆粒細小，孔隙不發(fā)育?？梢娚倭筐ね恋V物粒內孔，孔隙直徑多小于1 μm。泥(頁)巖中微裂縫發(fā)育，裂縫寬大于2 μm，多發(fā)育在黏土礦物與脆性礦物之間和黏土伊利石礦物層間，有機質孔隙發(fā)育極少。

2.2.3 礦物組成

針對麻頁1井牛蹄塘組有機質頁巖進行了黏土礦物及全巖X 射線衍射連續(xù)采樣分析。結果表明，牛蹄塘組礦物成分中碎屑礦物含量為7.93%～73.65%，平均55.20%，脆性礦物平均16.98%；黏土礦物含量平均為19.12%。黏土礦物中伊利石相對含量平均為55%，綠泥石相對含量平均為13%，高嶺石相對含量平均為7.5%，伊蒙混層相對含量8%～49%、平均為24.3%，以伊利石為主，其次為伊蒙混成礦物?？v向上長英質礦物自下而上先減少后增加，碳酸鹽礦物自下而上先增大后減少，黏土礦物自下而上先減少后增大(圖3)。

2.3 保存條件

頁巖氣藏為隱蔽圈閉氣藏,不需構造圈閉就可使頁巖層在大面積內為頁巖氣所飽和[3，11]，而源巖又具有最優(yōu)先的聚集和保存條件。頁巖本身就具有低孔低滲的特性,使其成為良好的蓋層。

圖3 麻頁1井牛蹄塘組礦物成分特征縱向變化關系

牛蹄塘組泥(頁)巖主要孔喉半徑為0～0.1 μm，孔喉分選性差。根據(jù)麻頁1井富有機質頁巖擴散系數(shù)實驗結果表明，其擴散系數(shù)為(5.83～5 620.00)×10-8cm2·s-1，總體上巖石擴散性較差，頁巖封蓋性能良好。

3 頁巖氣有利區(qū)帶評價

綜合分析富有機質頁巖的沉積相帶分布、有機碳含量、厚度、成熟度、深度、含氣性以及構造保存條件等指標，并與美國主要頁巖氣盆地進行類比研究，對黔南地區(qū)寒武系牛蹄組分布區(qū)塊進行分析。

黔南地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組分布廣泛，地層發(fā)育齊全，通過有利區(qū)評價參數(shù)的分析認為，頁巖氣聚集發(fā)育遠景區(qū)包括有凱里-黃平遠景區(qū)(Ⅰ)、福泉遠景區(qū)(Ⅱ)、都勻遠景區(qū)(Ⅲ)、龍里遠景區(qū)(Ⅳ)，在遠景區(qū)內進一步優(yōu)選出頁巖氣有利區(qū)包括麻江-黃平有利區(qū)(Ⅰ-1)、福泉有利區(qū)(Ⅱ-1)及谷硐有利區(qū)(Ⅲ-1)(圖4)。

麻江-黃平有利區(qū)(Ⅰ-1)位于黔南坳陷黃平-獨山箱狀背斜北段，區(qū)內出露地層主要有寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系及二疊系，地層產(chǎn)狀多為10～35°。牛蹄塘組多出露于東部，其泥頁巖有機碳含量普遍大于1.5%；往東南有機碳含量增高，最高可達8%，平均含量為3%～4%，生烴強度較大；富有機質頁巖段厚度為70～90 m，成熟度適中，處于有機質熱演化中晚期；Ro一般為2%～3%，含氣性較好，最高達1.13 m3/t(據(jù)麻頁1井)。

福泉有利區(qū)(Ⅱ-1)位于黔南坳陷黃絲箱狀背斜北段。通過該區(qū)外圍牛蹄塘組地表剖面取樣分析，牛蹄塘組泥頁巖有機碳含量普遍大于2%，往東有機碳含量增高，平均含量為3%～4%，生烴強度較大；富有機質頁巖段厚度受沉積相控制明顯，往南東向增厚，厚度為40～60 m；成熟度適中，Ro一般2%～3%，處于有機質熱演化中晚期。

谷硐有利區(qū)(Ⅲ-1)處于都勻以西貴定以東。牛蹄塘組泥頁巖有機碳含量普遍大于2%，往東有機碳含量增高，平均含量高達4%左右，生烴強度較大；富有機質頁巖段厚度受沉積相控制明顯，往南東向增厚，厚度為60～80 m；成熟度適中，Ro一般為2%～4%，處于有機質熱演化中晚期。

4 結論及建議

(1)黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組泥頁巖具有Ⅰ型干酪根特征，有機碳含量高，熱演化程度平均為2.56%，總體處于過成熟階段。

(2)泥頁巖孔隙度1.69%～7.03%，滲透率極低，微裂縫發(fā)育；巖石擴散性較差，整體具備作為良好蓋層的基礎條件。

圖4 牛蹄塘組頁巖氣發(fā)育區(qū)塊分布

(3)通過有利區(qū)評價參數(shù)的分析，在遠景區(qū)內進一步優(yōu)選出3個頁巖氣有利區(qū)，其有機碳含量均較高，成熟度適中，處于有機質熱演化中晚期，具有一定的勘探前景。

(4)牛蹄塘組頁巖氣靜態(tài)指標普遍較好，但黔南地區(qū)及鄰區(qū)資料反映現(xiàn)場解析含氣性及含氣量普遍較差，建議今后加強和深化對該目標層含氣性的研究。

[1] RONALD J H, DANIEL M J, JOHN ZIMBERGE, et al. Oil and gas geo-chemistry and petroleum systems of the Fort Worth basin[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):445-473.

[2] 張抗,譚云冬.世界頁巖氣資源潛力和開采現(xiàn)狀及中國頁巖氣發(fā)展前景[J].當代石油石化,2009,17(3):9-18.

[3] CURTIS J B. Fractured shale-gas systems[J].AAPG Bulletin,2002,86(11):1921-1938.

[4] 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.

[5] BOWKER K A. Barnett shale gas production, Fort Worth Basin[J].AAPG Bulletin, 2006,91(4):523～533.

[6] 梁狄剛，郭彤樓.中國南方海相生烴成藏研究的若干新進展(一)[J].海相油氣地質，2008,(2):1-16.

[7] 張金川，金之鈞，袁明生.頁巖氣成藏機理和分布[J].天然氣工業(yè)，2004,24(7):15-18.

[8] 張金川，聶海寬，徐波，等.四川盆地頁巖氣成藏地質條件[J].天然氣工業(yè)，2008,28(2):151-156.

[9] 蒲泊伶，包書景，王毅，等.頁巖氣成藏條件分析[J].石油地質與工程，2008,22(3):33-39.

[10] DOW W G． Kerogen studies and geological interpretations[J].Journal of Geochemical Exploration，1977，7：77-79.

[11] 孫超,朱筱敏,陳菁,等.頁巖氣與深盆氣成藏的相似與相關性[J].油氣地質與采收率,2007,24(1):26-31.

編輯：趙川喜

1673-8217(2017)03-0019-04

2016-11-09

萬夢，1991年生，貴州大學地質工程專業(yè)在讀碩士研究生，現(xiàn)研究方向為礦產(chǎn)普查與勘探。

TE112.322

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