貴州黔南石炭系打屋壩組頁巖氣成藏條件及選區(qū)評價研究

苗 寶

（貴州大學國土資源部喀斯特環(huán)境與地質災害重點實驗室，貴州貴陽 550025）

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之中而不受“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]。我國頁巖氣資源相當豐富，但勘探開發(fā)利用程度較低。加快頁巖氣資源勘探開發(fā)利用，對促進生態(tài)文明建設具有重大戰(zhàn)略意義。本文主要對貴州黔南下石炭統(tǒng)打屋壩組頁巖生烴條件、儲集層特征、賦存條件進行研究并開展有利區(qū)帶評價，為貴州黔南地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)提供參考。

1 區(qū)域概況

黔南地區(qū)地層發(fā)育齊全，自新元古界至第四系地層均有出露，以海相沉積巖發(fā)育為主要特色。新元古代以海相陸源碎屑巖沉積為主，夾火山碎屑巖及碳酸鹽巖；古生代至晚三疊世中期沉積物由海相碳酸鹽巖夾碎屑巖組成；晚三疊世晚期以后全為陸相沉積，沉積類型多樣，古生物化石豐富。

打屋壩組主要分布于羅甸–長順代化–紫云一帶，面積較小，地層出露厚度在各地不一，厚度一般為170 m左右，巖性主要為碎屑巖。中–下部巖性以黑色薄層炭質泥頁巖、灰、深灰色薄–中厚粉砂質泥頁巖、灰色中厚層狀粉砂巖為主，夾深灰色薄層硅質巖、硅質泥頁巖。上部巖性以硅質巖、硅質泥頁巖、粉砂巖為主。泥頁巖中可見水平層理，粉砂巖具層紋–條紋狀構造，泥頁巖中常含有鐵錳質結核，結核大小一般為12 cm×18 cm，呈橢球狀，略具順層分布。底部以炭質泥頁巖與下伏睦化組分界，整合接觸。

2 頁巖氣形成烴源條件

2.1 有機質類型

打屋壩組富有機質頁巖的干酪根顯微組分以殼質組、鏡質組為主，腐泥組、惰質組次之（圖 1），其中殼質組以腐殖無定型體為主、有少量殼質碎屑體，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，惰質組顯示為絲狀體、基本不發(fā)熒光。有機質類型主要為Ⅱ2型或Ⅲ型。

圖1 打屋壩組頁巖干酪根顯微組分三角圖

2.2 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，天然氣的形成依賴于巖石中的有機質的分解，有機碳含量越高，能分解產出的天然氣量越大。結合常規(guī)油氣烴源巖的評價標準，并參考美國主要產氣盆地的有機碳含量，確認有機碳含量大于0.5%就可以作為打屋壩組頁巖氣烴源巖。

羅頁1井位于羅甸縣溝亭北東約500 m。羅頁1井鉆遇打屋壩組厚507.86 m，巖性為淺灰色、深灰色泥晶灰?guī)r、泥質灰?guī)r夾兩套黑色鈣質炭質泥巖。對炭質泥巖段取樣7件進行分析，TOC最低為3.20%，最高為9.34%，平均為5.28%，TOC含量均大于1.0%，均屬于好烴源巖（表1）。

表1 羅頁1井打屋壩組 TOC一覽表

2.3 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[3]。鏡質體反射率法被廣泛使用，有機質成熟度（Ro）低于0.6%為未成熟，0.6%～1.3%為成熟，1.3%～2.0%高成熟，2.0%～3.0%過成熟早期階段，3.0%～4.0%過成熟晚期階段[4–5]。

打屋壩組有機質頁巖Ro最低為3.950%，最高為4.412%，平均4.220%，處于過成熟晚期階段（表2）。

表2 打屋壩組有機質成熟度一覽表

3 頁巖氣賦存條件

3.1 礦物組成

打屋壩組主要含黏土礦物、石英，黏土礦物平均含量 52%，石英平均含量 37.8%，其次含少量長石、碳酸鹽巖和黃鐵礦等。黏土礦物主要為伊蒙混層和伊利石，伊蒙混層平均為80.4%，伊利石平均為12%，其次為少量的高嶺石和綠泥石?？v向上，礦物含量的變化受巖性巖相控制較明顯，長英質礦物自下而上先減少后總體變化幅度不大，碳酸鹽礦物自下而上先減少后增大再減少，黏土礦物總體先增大后減少（圖2）[6]。打屋壩組黑色頁巖脆性礦物總含量大于35%，具較好的可壓裂潛力；黏土礦物以伊蒙混成為主，吸附能力較好。

圖2 長頁1井打屋壩組礦物組分縱向分布

3.2 物性特征

打屋壩組地表剖面及調查井巖石物性分析表明，打屋壩組頁巖總體表現(xiàn)細孔喉、分選差、細歪度的微孔微喉型孔隙結構，平均孔隙度1.90%～4.24%，地表樣品孔隙度普遍比巖心樣品高，可能是地表樣品受風化所致；平均滲透率 0.001 1×10-3～0.019×10-3μm2，滲透率極低，平均密度2.63 t/m3，總體由王佑地區(qū)向紫云地區(qū)有降低的趨勢。

圖3 打屋壩組頁巖氣發(fā)育區(qū)塊分布

3.3 保存條件

頁巖氣藏為隱蔽圈閉氣藏，不需要構造圈閉就可以使頁巖層在大面積內為頁巖氣所飽和，而烴源巖又具有最優(yōu)良的賦存條件，成為良好的頁巖氣聚集場所[7–9]。

打屋壩組泥頁巖主要孔喉半徑在0～0.1 μm之間，孔喉分選性差。根據(jù)長頁1井富有機質頁巖擴散系數(shù)實驗結果（表3），其擴散系數(shù)為4.00×10-9～4.32×10-6cm2·s-1，總體上巖石擴散性較差，頁巖封蓋性良好。

表3 黔南打屋壩組長頁1井巖石擴散系數(shù)測定結果

4 頁巖氣有利區(qū)帶評價

通過對富有機質頁巖的沉積相帶分布、有機碳含量、厚度、成熟度、深度及含氣性以及構造保存條件等指標分析，對黔南地區(qū)石炭系打屋壩組頁巖氣前景進行區(qū)塊評價。

黔南地區(qū)石炭系打屋壩組分布較局限，僅長順–紫云一帶有分布，富有機質頁巖的沉積環(huán)境為陸棚，有機碳含量較高（平均達1.69%），成熟度適中（平均2.3%），頁巖凈厚度在100 m以上；此外，長頁1井含氣性顯示好，故認為黔南地區(qū)下石炭統(tǒng)打屋壩組頁巖氣聚集發(fā)育遠景區(qū)包括王佑–代化遠景區(qū)、紫云遠景區(qū)及黃果樹遠景區(qū)，在遠景區(qū)內進一步優(yōu)選出代化有利區(qū)（圖3）。

遠景區(qū)：位于紫云裂陷帶與黔南坳陷結合部位，打屋壩組頁巖均較發(fā)育，分布面積較大，沉積厚度由北東向南南西減薄。其中王佑–代化遠景區(qū)面積約為1 588 km2，厚度100～210 m，平均為160 m；紫云遠景區(qū)面積約為365 km2，厚度160～220 m、平均為180 m；黃果樹遠景區(qū)面積約為265 km2，厚度160～200 m、平均為170 m，埋藏深度100～4 500 m。遠景區(qū)內地層以晚古生界–中生界出露為主。

有利區(qū)：構造位置位于黔南坳陷長順箱狀背斜南段王佑穹窿南翼，面積680 km2，區(qū)內出露地層主要有泥盆系、石炭系、二疊系及三疊系，地層傾角多為10～20°，打屋壩組出露于王佑穹窿背斜翼部及紫云火花背斜翼部，埋藏深度不超過4 000 m，多為1 000～3 000 m，以丘陵、中低山分布為主。打屋壩組泥頁巖有機碳含量普遍大于1.5%，往南東有機碳含量增高，最高可達3%，平均含量高2%左右，生烴強度較大；富有機質頁巖段凈厚度為100～215 m，成熟度適中，處于有機質熱演化高成熟階段，Ro一般為1.3%～3.5%，含氣性較好，最高達2.84 m3/t，平均含氣量1.5 m3/t?？傮w認為頁巖氣勘探前景較好。

5 結論

（1）黔南石炭系打屋壩組干酪根類型為Ⅱ2型或Ⅲ型；區(qū)域內有機碳含量大于1.5%，平均為1.69%，均屬于好烴源巖；鏡質體反射率Ro為1.3%～4.4%，平均為2.3%，總體處于過成熟早期到晚期的過渡階段；泥頁巖孔喉分選性差，擴散性差，封蓋性良好。

（2）黔南下石炭統(tǒng)打屋壩組共劃分出了3個遠景區(qū)，即王佑–代化遠景區(qū)、紫云遠景區(qū)、黃果樹遠景區(qū)；并在此基礎上優(yōu)選出了一個有利區(qū)，即代化有利區(qū)。

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