四川盆地外復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)海相頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”優(yōu)選：以湘西北地區(qū)古生界為例

秦明陽(yáng)，郭建華，黃儼然, 3，焦鵬，劉辰生，鄭振華，張良平，郭軍，曹錚

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四川盆地外復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)海相頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”優(yōu)選：以湘西北地區(qū)古生界為例

秦明陽(yáng)1, 2，郭建華1，黃儼然1, 3，焦鵬1，劉辰生1，鄭振華2，張良平2，郭軍2，曹錚4

(1. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410083；2. 湖南省煤炭地質(zhì)勘查院，湖南 長(zhǎng)沙，410014；3. 湖南科技大學(xué) 頁(yè)巖氣資源利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭，411201；4. 中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島，266580)

針對(duì)湘西北地區(qū)古生界頁(yè)巖氣勘探困難等問(wèn)題，分析多年來(lái)鉆井地質(zhì)成果，對(duì)海相頁(yè)巖氣聚集條件進(jìn)行研究，提出四川盆地外復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)參數(shù)體系，量化界線及權(quán)重，涵蓋4個(gè)方面16個(gè)指標(biāo)，并強(qiáng)調(diào)生烴條件和保存條件，優(yōu)選勘探“甜點(diǎn)區(qū)”。研究結(jié)果表明：黑色頁(yè)巖主要發(fā)育于深水陸棚相，有機(jī)質(zhì)類型較好，以Ⅰ型干酪根為主；牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度及其豐度明顯比國(guó)內(nèi)其他勘探層系的高；五峰組—龍馬溪組有機(jī)質(zhì)豐度與四川盆地的相似，但厚度(僅20~30 m)不足；有機(jī)質(zhì)熱演化進(jìn)入高成熟階段，有利于勘探與開(kāi)發(fā)；頁(yè)巖礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有“兩低—高”的特征，即低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳酸鹽巖、低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的黏土礦物和高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石英；頁(yè)巖儲(chǔ)層微觀發(fā)育多種類型孔隙和微裂縫，但有機(jī)質(zhì)孔控制儲(chǔ)層特征，如滲透率、吸附能力等；對(duì)于五峰組—龍馬溪組，向斜核部屬于殘留型保存構(gòu)造樣式；對(duì)于牛蹄塘組，背斜核部屬于破壞型保存構(gòu)造樣式，而向斜核部屬于殘留型或完整型保存構(gòu)造樣式；優(yōu)選牛蹄塘組“甜點(diǎn)區(qū)”位于雪峰隆起的北西緣逆沖推覆帶下盤(pán)，而五峰組—龍馬溪組“甜點(diǎn)區(qū)”應(yīng)該靠近四川盆地龍山一帶的殘留向斜。

復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)；湘西北；古生界；頁(yè)巖氣；“甜點(diǎn)區(qū)”

頁(yè)巖氣作為一種清潔、高效的非常規(guī)天然氣資源，為中國(guó)日益嚴(yán)峻的能源緊缺和環(huán)境安全提供了新的解決途徑，目前，中國(guó)頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，成為第3個(gè)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開(kāi)采的國(guó)家[1?2]，然而，也面臨一些挑戰(zhàn)，要實(shí)現(xiàn)2020年300×108m3產(chǎn)量目標(biāo)，需要強(qiáng)化優(yōu)選“甜點(diǎn)區(qū)”[3]。與四川盆地涪陵、長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)等區(qū)塊五峰組—龍馬溪組快速規(guī)模生產(chǎn)開(kāi)發(fā)相比，作為遠(yuǎn)景區(qū)的湘西北復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)依舊停留在“點(diǎn)火成功”階段[4]。頁(yè)巖氣具有大面積連續(xù)分布特點(diǎn)，但前期勘探忽視了宏觀聚集條件和微觀結(jié)構(gòu)的非均質(zhì) 性，未重視“微氣藏”的差異導(dǎo)致含氣性空間非均質(zhì)性[1]。董大忠等[3]指出，中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中往往重視鉆井、分段壓裂等工藝技術(shù)突破，忽略了優(yōu)質(zhì)“甜點(diǎn)區(qū)”資源評(píng)價(jià)與選取，造成“工藝成功、產(chǎn)量不高”的尷尬局面，鄒才能等[5]強(qiáng)調(diào)選準(zhǔn)“甜點(diǎn)區(qū)”是頁(yè)巖氣成功開(kāi)發(fā)的首要條件。湘西北地區(qū)發(fā)育了寒武系牛蹄塘組和奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組共2套頁(yè)巖層系，然而，多年的頁(yè)巖氣勘探尚未取得工業(yè)氣 流，這導(dǎo)致企業(yè)對(duì)頁(yè)巖氣勘探信心不足。為此，本文作者分析湘西北頁(yè)巖氣地質(zhì)條件，研究生烴、儲(chǔ)集、保存及開(kāi)采條件，提出四川盆地外復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)參數(shù)體系并優(yōu)選“甜點(diǎn)區(qū)”，為未來(lái)湘西北乃至整個(gè)南方復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)頁(yè)巖氣勘探提供參考。

1 地質(zhì)背景

湘西北地區(qū)與四川盆地同屬于上揚(yáng)子板塊，從震旦紀(jì)至早古生代主要表現(xiàn)為克拉通海相盆地。在早寒武世初期，華南泛大陸解體導(dǎo)致區(qū)域構(gòu)造沉降加劇，達(dá)到二級(jí)層序最大海泛面，鄂中古陸上升奠定了研究區(qū)北高南低的古地理格局，湘西北主體發(fā)育深水陸棚環(huán)境。大洋缺氧事件、上升洋流作用及海底熱液活動(dòng)等綜合影響形成了大范圍黑色巖系，富含炭質(zhì)、硅質(zhì)、石煤、磷塊巖、黃鐵礦及重晶石等[6?7]。在早奧陶世，上揚(yáng)子地區(qū)發(fā)生構(gòu)造轉(zhuǎn)換，川中隆起范圍不斷擴(kuò)大，黔中隆起、雪峰隆起及江南隆起基本連成了滇黔桂隆起帶，形成“三隆夾一坳”的古地理格局。湘西北處于川東—鄂西深水陸棚東緣，張家界一帶發(fā)育水下隆起，在上升洋流、滯留缺氧以及缺乏陸源碎屑等作用下，形成了一套富含硅質(zhì)、炭質(zhì)的筆石頁(yè)巖，觀音橋段發(fā)育少量泥灰?guī)r[8?9]，見(jiàn)圖1。除西北緣位于宜都—鶴峰復(fù)背斜外，研究區(qū)主體屬于桑植—石門(mén)復(fù)向斜。受保靖—慈利大斷裂控制，江南雪峰隆起從燕山至喜山期向西北方向發(fā)生多期次壓扭性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成如今NNE或NE走向?yàn)橹鞯摹盎拙砣胧健睆?fù)雜褶皺和斷裂體系，見(jiàn)圖2。背斜核部多出露震旦系—奧陶系，且伴隨較大規(guī)模的逆沖斷層，而向斜核部出露二疊系—三疊系，保存較完好，呈孤立狀分布[10?11]。

圖1 湘西北五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積模式圖

圖2 湘西北構(gòu)造

2 生烴條件

有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及熱演化程度決定了頁(yè)巖烴源巖品質(zhì)，是評(píng)價(jià)生烴條件的主要指標(biāo)。

2.1 有機(jī)質(zhì)類型

(a) 永順區(qū)塊永頁(yè)2井巖心筆石化石, O3w—S1l；(b) 花垣區(qū)塊花頁(yè)1井顯微鏡下放射蟲(chóng)化石，∈1n

2.2 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

Barnett頁(yè)巖以及四川盆地涪陵頁(yè)巖氣田的開(kāi)發(fā)證實(shí)，豐富的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)決定了頁(yè)巖氣的“成烴控儲(chǔ)”[20]。針對(duì)南方海相高熱演化程度頁(yè)巖，國(guó)內(nèi)學(xué)者普遍采用殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)即(TOC)評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)豐度。普遍認(rèn)為(TOC)的下限應(yīng)不低于2%，但可能會(huì)隨著開(kāi)采技術(shù)的進(jìn)步而適當(dāng)降低[21?22]。

牛蹄塘組普遍發(fā)育2層富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，厚度可達(dá)70~100 m，(TOC)明顯高于國(guó)內(nèi)其他勘探層系(見(jiàn)表1)，如常頁(yè)1井1 103~1 224 m的(TOC)平均值可達(dá)10.1%，花頁(yè)1井2 526~2 595 m的(TOC)平均值可達(dá)7.0%。五峰組—龍馬溪組發(fā)育1層富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，厚度為20~30 m，(TOC)普遍可達(dá)2.0%以上，如龍參2井的(TOC)最高可達(dá)5.96%，與四川盆地焦石壩地區(qū)的(TOC)相當(dāng)。

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)熱演化程度與頁(yè)巖氣聚集的關(guān)系較復(fù)雜，尚無(wú)確切定論[23?24]。南方海相頁(yè)巖氣屬于典型的“熱成因、間接型”生氣模式，有機(jī)質(zhì)進(jìn)入高成熟階段(成熟度o＞1.3%)才裂解形成大量天然氣，但過(guò)高的成熟度會(huì)導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)孔減少，保存條件變差，影響井產(chǎn)能[16, 21]。受埋深及構(gòu)造抬升等因素影響，研究區(qū)古生界頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度o普遍介于2.0%~3.0%，達(dá)到高成熟階段(表1)。對(duì)比四川盆地焦石壩頁(yè)巖氣田，認(rèn)為研究區(qū)有機(jī)質(zhì)熱演化程度適中，有利于勘探與開(kāi)發(fā)。

注：括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為平均值。

3 儲(chǔ)集條件

作為致密儲(chǔ)層，頁(yè)巖的礦物組成、微觀孔隙?微裂縫特征決定了宏觀儲(chǔ)集條件，并進(jìn)一步影響頁(yè)巖氣的賦存特征和開(kāi)發(fā)效果。

3.1 礦物組成

國(guó)內(nèi)外成功開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖層系礦物組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，但均具有具備高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的脆性礦物(質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞40%)、低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的黏土礦物(質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜30%)的特征[15, 25?26]。從表1可見(jiàn)：古生界頁(yè)巖礦物組成具有“兩低一高”的特征，即碳酸巖鹽平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍低于20%，黏土礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為25%~30%，石英平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)40%~55%。與Barnett頁(yè)巖以及焦石壩地區(qū)類似，湘西北古生界頁(yè)巖較高的脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)有利于在外力作用下形成天然或人工縫隙，提高頁(yè)巖儲(chǔ)集空間和滲流能力。

3.2 儲(chǔ)層微觀特征

雖然頁(yè)巖孔隙具有類型多樣、形態(tài)復(fù)雜、尺度小等特征，但借助氬離子拋光、電子掃描電鏡觀察(SEM)等手段發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖發(fā)育多種類型無(wú)機(jī)質(zhì)孔、有機(jī)質(zhì)孔以及微裂縫[27]。YANG等[28]指出四川盆地五峰組—龍馬溪組原始儲(chǔ)層中有機(jī)質(zhì)孔儲(chǔ)集了78%的頁(yè)巖氣(55%吸附氣和23%游離氣)，而無(wú)機(jī)質(zhì)孔僅儲(chǔ)集了22%游離氣。湘西北古生界頁(yè)巖發(fā)育了多種類型無(wú)機(jī)質(zhì)孔，如晶間孔、粒間孔、粒內(nèi)孔、溶蝕孔等，但以有機(jī)質(zhì)孔最為發(fā)育和常見(jiàn)[29]。有機(jī)質(zhì)體內(nèi)部發(fā)育大量納米級(jí)孔隙，孔徑為5~500 nm，平均為100 nm左右，控制了頁(yè)巖儲(chǔ)層特征，見(jiàn)圖4。頁(yè)巖滲透率以及儲(chǔ)氣能力如BJH體積、Langmuir體積等均隨著(TOC)的增大而增大，見(jiàn)圖5(其中，2為擬合系數(shù))。

4 保存條件

四川盆地及周緣經(jīng)歷多期次復(fù)雜構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，下古生界頁(yè)巖氣富集與分布取決于差異性埋藏—隆升剝蝕—構(gòu)造變形作用[30]。翟剛毅等[31]總結(jié)了南方頁(yè)巖氣3大保存構(gòu)造樣式，即“完整型、殘留型、破壞型”，強(qiáng)調(diào)地層超壓是頁(yè)巖氣高產(chǎn)的必要條件。多年來(lái)在湘西北地區(qū)的勘探實(shí)踐表明，頁(yè)巖氣保存條件取決于埋深、構(gòu)造樣式及地層壓力系數(shù)等。

湘西北區(qū)塊內(nèi)構(gòu)造樣式以向斜為主，見(jiàn)圖6。對(duì)于寒武系牛蹄塘組，背斜部位普遍埋深較淺，為1~ 2 km，甚至出露地表，且伴隨著大規(guī)模通天斷裂，屬于破壞型構(gòu)造樣式，保存條件較差；向斜部位埋深較大，桑植巖屋口向斜達(dá)3~5 km，龍山馬蹄寨向斜甚至達(dá)6~7 km，地層可能存在超壓，屬于殘留型甚至完整型構(gòu)造樣式，保存條件較好。

(a) 慈頁(yè)1井2 725 m，∈1n；(b) 花頁(yè)1井2 499 m，∈1n；(c) 永頁(yè)2井，1 508 m，O3w—S1l

(a) 滲透率；(b) BJH體積；(c) Langmuir體積(VL)

(a) 桑植區(qū)塊14SZ-NW05 線；(b) 龍山區(qū)塊LS-03線；(c) 保靖區(qū)塊13BJD-02線

對(duì)于五峰組—龍馬溪組，區(qū)塊內(nèi)背斜部位屬于剝蝕區(qū)，失去了勘探價(jià)值；而向斜(如桑植區(qū)塊巖屋口向斜、龍山區(qū)塊馬蹄寨向斜)翼部一側(cè)往往出露，導(dǎo)致頁(yè)巖氣長(zhǎng)期散失，但是向斜核部埋深適中，為2~4 km；斷裂不發(fā)育，處于常壓—超壓地層，屬于殘留型構(gòu)造樣式，保存條件較好。

5 開(kāi)采條件

頁(yè)巖氣的成功開(kāi)發(fā)離不開(kāi)水力壓裂技術(shù)，但只有低泊松比、高彈性模量、富有機(jī)質(zhì)的脆性頁(yè)巖才具備大規(guī)模水力壓裂條件[32?33]。四川盆地內(nèi)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖彈性模量一般大于30 GPa，泊松比為0.20左右，有利于水力壓裂形成人造裂縫，大幅度提高儲(chǔ)層滲透性和井產(chǎn)量[34]。研究區(qū)花頁(yè)1井牛蹄塘組彈性模量為23.1~47.2 GPa，平均為30.6 GPa；泊松比為0.15~0.31，平均為0.21。桑頁(yè)1井五峰組—龍馬溪組彈性模量為35.5~63.3 GPa，平均為51.0 GPa；泊松比為0.21~0.28，平均為0.26。龍參2井五峰組—龍馬溪組彈性模量為20.24~25.30 GPa，平均為22.10 GPa；泊松比為0.20~0.22，平均為0.21?？傮w上，湘西北古生界頁(yè)巖具有低泊松比和高彈性模量特征，開(kāi)采條件較好，見(jiàn)表2。

6 討論

6.1 “甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)參數(shù)體系

針對(duì)不同的地區(qū)、層系以及勘探程度，國(guó)內(nèi)研究者對(duì)于海相頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”的識(shí)別與優(yōu)選存在一定分歧。潘仁芳等[35?37]指出頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”包括“地質(zhì)甜點(diǎn)”(生烴能力、儲(chǔ)氣條件)及“工程甜點(diǎn)”(易開(kāi)采性)。梁興等[34, 38]強(qiáng)調(diào)保存條件(斷裂與地層孔隙壓力)是作為“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)的重要參數(shù)。鄒才能等[5]指出“高點(diǎn)區(qū)”是優(yōu)選頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”必須考慮的重要因素，但不是必備要素。鄒才能等[1]提出四川盆地海相頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)“經(jīng)濟(jì)甜點(diǎn)區(qū)”需具備“甜、脆、好”特征，即地質(zhì)上“含氣性優(yōu)”，工程上“可壓性優(yōu)”，效益上“經(jīng)濟(jì)性優(yōu)”。

表2 國(guó)內(nèi)外典型富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖力學(xué)性能

注：括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為平均值。

美國(guó)海相頁(yè)巖發(fā)育于克拉通盆地或前陸盆地，基底穩(wěn)定，后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，而中國(guó)南方古生界海相頁(yè)巖普遍具有“三高”特點(diǎn)。與四川盆地焦石壩、長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)等區(qū)塊相比，湘西北地區(qū)經(jīng)歷了更加復(fù)雜的構(gòu)造擠壓和抬升剝蝕，造成頁(yè)巖氣逸散[30]。湘西北頁(yè)巖氣勘探長(zhǎng)期面臨兩大困境：1)牛蹄塘組“有巖無(wú)氣”，如花頁(yè)1井、常頁(yè)1井等烴類體積分?jǐn)?shù)低，氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)普遍超過(guò)90%；2) 五峰組—龍馬溪組“有氣無(wú)流、有流無(wú)量”，如保頁(yè)1井、龍參2井烴類體積組分超過(guò)90%，壓裂后日產(chǎn)僅約1 000 m3，未獲得工業(yè)氣流。

據(jù)此，本文提出南方復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)海相頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)參數(shù)體系，包括4個(gè)方面16個(gè)指標(biāo)，且量化了各評(píng)價(jià)參數(shù)界限，賦以權(quán)重，見(jiàn)表3。頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)首要考慮“地質(zhì)甜點(diǎn)”，尤其是生烴能力(權(quán)重為0.30)和保存條件(權(quán)重為0.35)，它們決定了區(qū)域含氣性和勘探潛力；其次要考慮“工程甜點(diǎn)”，即易開(kāi)采性(權(quán)重為0.20)；最后考慮儲(chǔ)集條件(權(quán)重為0.15)。

頁(yè)巖氣具有區(qū)域性連續(xù)聚集的特征，“甜點(diǎn)區(qū)”首要條件是頁(yè)巖生烴能力較強(qiáng)，即深水陸棚相下頁(yè)巖(TOC)超過(guò)2%，有機(jī)質(zhì)進(jìn)入生氣窗(成熟度o＞2%)，且具有一定厚度(＞30 m)和展布面積(＞300 km2)，故對(duì)生烴條件賦以權(quán)重0.30。根據(jù)國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)成效，構(gòu)造復(fù)雜條件區(qū)，選取“甜點(diǎn)區(qū)”的關(guān)鍵是保存條件，即埋深適中(1 500~3 500 m)、遠(yuǎn)離通天斷層(＞10 km)和露頭(＞15 km)，且地層壓力系數(shù)大于1.20，含氣性較高(烴類含量超過(guò)3 m3/t，游離氣體積分?jǐn)?shù)大于50%)，因此，對(duì)保存條件賦加權(quán)重0.35。“甜點(diǎn)區(qū)”頁(yè)巖必須具備易開(kāi)采性，即高彈性模量 (＞30 GPa)和低泊松比(＜0.30)，有利于水力壓裂，對(duì)其賦以0.20的權(quán)重。此外，良好的儲(chǔ)集條件有利于頁(yè)巖氣賦存及后期開(kāi)發(fā)，即孔隙度大于2%，滲透率大于50 nD，脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%，但儲(chǔ)集條件差，可以通過(guò)人工手段彌補(bǔ)，故權(quán)重僅賦0.15。

表3 復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)海相頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)參數(shù)體系

注：括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為權(quán)重。

6.2 “甜點(diǎn)區(qū)”優(yōu)選

“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)指標(biāo)之間并非相互孤立，而是存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)或制約關(guān)系[35]。本次選擇頁(yè)巖厚度、(TOC)、含氣量、o、游離氣比例、脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壓力系數(shù)及埋深等關(guān)鍵指標(biāo)制作雷達(dá)圖(見(jiàn)圖7)，分析湘西北地區(qū)古生界富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖評(píng)價(jià)參數(shù)與美國(guó)Barnett 頁(yè)巖以及四川盆地焦石壩地區(qū)的異同點(diǎn)。

研究區(qū)牛蹄塘組靜態(tài)指標(biāo)較高，尤其是厚度、(TOC)、脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及埋深等參數(shù)明顯比國(guó)內(nèi)外其他層系的高，但保存條件較差，即地層壓力屬于常壓，含氣性差，這可能是較老的牛蹄塘組經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，背斜或者淺層部位頁(yè)巖氣已損失殆盡。翟剛毅等[39]根據(jù)湖北宜昌水井沱組發(fā)現(xiàn)全球最古老的頁(yè)巖氣聚集，獲得工業(yè)氣流，提出“古老隆起邊緣控藏模式”。因此，未來(lái)對(duì)湘西北地區(qū)牛蹄塘組的勘探應(yīng)高度警惕因保存條件差而導(dǎo)致的較大風(fēng)險(xiǎn)，采取“高中找低、強(qiáng)中找弱”原則[40]，優(yōu)選江南雪峰隆起的西北緣逆沖推覆帶下盤(pán)為“甜點(diǎn)區(qū)”。

湘西北地區(qū)五峰組—龍馬溪組具有“五性一體”(有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度、層理(縫)、硅質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和壓力系數(shù))特征[41]，呈現(xiàn)截然不同的特點(diǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)與Barnett頁(yè)巖和四川盆地焦石壩地區(qū)的相應(yīng)指標(biāo)相類似，但頁(yè)巖厚度明顯不足。這是由于湘西北地區(qū)位于晚奧陶世—早志留世深水陸棚東部邊緣，頁(yè)巖厚度與展布范圍成為頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”優(yōu)選的“木桶短板”。因此，優(yōu)選靠近四川盆地龍山一帶的殘留向斜為“甜點(diǎn)區(qū)”。

(a) Fort worth 盆地Barnett頁(yè)巖；(b) 四川盆地焦石壩，O3w—S1l；(c) 湘西北永順—龍山，O3w—S1l；(d) 湘西北花垣—常德，∈1n

7 結(jié)論

1) 湘西北地區(qū)古生界富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育于深水陸棚相，牛蹄塘組生烴條件優(yōu)越，厚度及(TOC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯比其他勘探層系的高；五峰組—龍馬溪組與四川盆地焦石壩地區(qū)類似，但厚度不足。

2) 頁(yè)巖礦物組成均具有“兩低一高”的特征，微觀發(fā)育的有機(jī)質(zhì)孔控制了頁(yè)巖儲(chǔ)層特征；頁(yè)巖具有低泊松比和高彈性模量特征，具備良好的開(kāi)采條件。

3) 研究區(qū)構(gòu)造地質(zhì)條件復(fù)雜，向斜核部對(duì)于五峰組—龍馬溪組屬于殘留型構(gòu)造樣式，而對(duì)于牛蹄塘組屬于殘留型或完整型構(gòu)造樣式。

4) 四川盆地外復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)海相頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)參數(shù)體系涵蓋了4個(gè)方面16個(gè)指標(biāo)，生烴條件和保存條件是核心。牛蹄塘組“甜點(diǎn)區(qū)”位于雪峰隆起的北西緣逆沖推覆帶下盤(pán)，而五峰組—龍馬溪組“甜點(diǎn)區(qū)”應(yīng)靠近四川盆地的龍山一帶殘留向斜位置。

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“Sweet spots zone” optimization of marine shale gas in complex geological conditions area out of Sichuan basin: a case of Paleozoic in Northwestern Hunan, China

QIN Mingyang1, 2, GUO Jianhua1, HUANG Yanran1, 3, JIAO Peng1,LIU Chensheng1, ZHENG Zhenhua2, ZHANG Liangping2, GUO Jun2, CAO Zheng4

(1. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China;2. The Survey Academy of Coal Geology in Hunan, Changsha 410014, China;3. Hunan Provincial Key Laboratory of Shale Gas Resource Utilization, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China;4. School of Geosciences, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)

Aiming at the predicament of Paleozoic shale gas exploration in Northwestern Hunan Province, the drilling geological results for many years were analyzed, the accumulation conditions of marine shale gas were conducted, and the evaluation parameter system of “sweet spots zone” in the complex geological conditions outside the Sichuan basin was proposed. Boundaries and weights were also quantified, covering 16 indicators in 4 aspects, and the hydrocarbon generation and preservation conditions were emphasized. “Sweet spots zone” in the study area was optimized. The results show that the black shale is mainly developed in deep-water shelf with high total organic matter mass fraction(TOC), and the organic matter is mainly type I. The thickness and abundance of organic-rich shale in the Niutitang Formation(∈1n) are significantly higher than that in other exploration layers in China. Although the(TOC) of Wufeng—Longmaxi Formation(O3w—S1l) is similar to that of the Sichuan basin, the thickness (only 20—30 m) is insufficient. These two sets shales both reach high maturity stage, which is conducive to exploration and development of shale gas. Shale minerals are characterized by “l(fā)ow carbonate, low clay and high quartz contents”. Shale reservoirs are microscopically developed with various types of pores and micro-cracks, but organic pores control reservoir characteristics, such as permeability and adsorption capacity. Syncline core belongs to residual preservation tectonic type for O3w—S1l. For ∈1n, syncline core is intact or residual preservation tectonic type, but anticline core belongs to destructive preservation tectonic type. “Sweet spots zone” of the ∈1n is located in footplate of thrust nappe zone in the northwestern marginal of the Xuefeng uplift, while sweet spots zone of O3w—S1l should be located in the residual syncline of the Longshan area, which is close to Sichuan basin.

complex geological conditions; northwestern Hunan; Paleozoic; shale gas; “sweet spots zone”

TE122

A

1672?7207(2019)03?0596?11

10.11817/j.issn.1672-7207.2019.03.013

2018?06?10；

2018?08?12

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41603046)；湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2017JJ1034)；湖南省科學(xué)技術(shù)廳軟科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目(2014ZK3043)；湖南省國(guó)土資源廳軟科學(xué)研究項(xiàng)目(2014-01) (Project(41603046) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2017JJ1034) supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province; Project(2014ZK3043) by the Soft Science Plan of Department of Science and Technology of Hunan Province; Project(2014-01) supported by Soft Science Plan of Department of Land and Resources of Hunan Province)

郭建華，教授，博士生導(dǎo)師，從事沉積學(xué)與石油地質(zhì)研究；E-mail: gjh796@csu.edu.cn

(編輯 陳燦華)