黔西北地區(qū)海相與海陸過渡相頁巖氣發(fā)育條件對比研究

鄧恩德　石富倫

摘 要

為研究海相與海陸過渡相頁巖氣發(fā)育地質(zhì)條件特征的差異性，以黔西北地區(qū)海相龍馬溪組和海陸過渡相龍?zhí)督M為研究對象，基于鉆井巖心樣品、野外露頭樣品資料及測試結(jié)果，從巖性組合、礦物組成、有機地球化學(xué)、儲集物性等方面開展對比研究。研究結(jié)果表明：龍?zhí)督M石英的含量平均為44.6%，黏土礦物含量平均為44.5%，龍?zhí)督M黏土礦物含量平均為56.6%，石英礦物含量平均為30.2%，黏土礦物含量高;龍馬溪組機質(zhì)類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型，有機碳含量較高，均處于過成熟早期階段，龍?zhí)督M富有機質(zhì)類型主要為Ⅲ型，有機碳含量高，處于高成熟-過成熟早期階段;龍馬溪組和龍?zhí)督M孔隙度和滲透率均非常低，龍馬溪組發(fā)育有大量的有機質(zhì)氣泡孔，及溶蝕孔和黏土礦物粒間孔;龍?zhí)督M發(fā)育有粒間孔、晶間孔和少量的有機質(zhì)氣泡孔。

關(guān)鍵詞

黔西北;海相龍馬溪組;海陸過渡相龍?zhí)督M;頁巖氣;發(fā)育條件

中圖分類號： P618.13 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 98

頁巖氣作為一種典型的非常規(guī)天然氣，具有自生自儲的特點，烴類氣體賦存狀態(tài)主要為吸附態(tài)和游離態(tài)，及少量的溶解態(tài)氣體[1]。自2004年中國開展頁巖氣勘探開發(fā)研究工作以來，正如火如荼地發(fā)展，在海相龍馬溪地層取得重大突破，成功實現(xiàn)商業(yè)化開采[2-3];但海陸過渡相尚未獲得工業(yè)突破，主要開展了一些理論研究[4]。本文以黔西北地區(qū)海相龍馬溪組和海陸過渡相龍?zhí)督M為研究對象，從巖礦物成分、有機地化、孔隙度滲透率、微觀孔隙類型等方面開展頁巖氣發(fā)育地質(zhì)條件對比研究，以期豐富該地區(qū)頁巖氣發(fā)育地質(zhì)理論。

1 地質(zhì)背景

黔西北地區(qū)主體位于黔中隆起區(qū)和滇黔北部坳陷區(qū)，大地構(gòu)造位置上屬揚子板塊，構(gòu)造上主要發(fā)育北北東向、北東向褶皺[5]。區(qū)域上在上奧陶世-下志留世時期廣泛沉積了一套海相龍馬溪組地層，地層厚度變化較大，巖性主要為炭質(zhì)頁巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等，底部層段為富有機質(zhì)頁巖層段，為深水陸棚相沉積;在上二疊世廣泛沉積了一套海陸過渡相龍?zhí)督M地層，地層厚度大，地層巖性變化頻繁，砂、泥、煤交替出現(xiàn)，具有良好的頁巖氣發(fā)育條件。

2 礦物組成

礦物組成通過全巖及黏土X射線衍射分析獲取，黔西北地區(qū)龍馬溪組泥頁巖樣品的礦物成分主要為石英和黏土礦物，部分碳酸鹽礦物和少量的長石、黃鐵礦，其中石英的含量在17.2%～64.5%，平均44.6%，黏土礦物含量在31.2%～55.1%之間，平均為44.5%，碳酸鹽礦物5.5%～16.7%之間，平均為8，7%（圖1）;黏土礦物成分以伊利石和伊/蒙混層礦物為主，及少量的高嶺石和綠泥石。龍?zhí)督M礦物成分主要為黏土礦物和石英，黏土礦物含量高，及少量的長石、方解石、黃鐵礦、菱鐵礦，黏土礦物含量介于35.1%～66.2%之間，平均為56.6%，石英礦物含量介于27.2%～55.6%之間，平均為30.2%，黏土礦物成分主要為伊/蒙混層礦物，一定量的伊利石及少量的綠泥石，相較于海相龍馬溪組最典型的特點是黏土礦物含量高、石英含量低。

3 有機地球化學(xué)

3.1 有機質(zhì)類型

富有機質(zhì)頁巖有機質(zhì)類型的不同會影響到干酪根的生烴潛力，相較于Ⅰ型和Ⅱ型干酪根，Ⅲ干酪根表現(xiàn)出典型的富碳貧氫的特征，有機質(zhì)主要來源于陸生生物，盡管有機碳含量高，但生烴潛力相對較低[6]。實驗測試分析結(jié)果顯示，龍馬溪組有機質(zhì)類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型，干酪根顯微組分主要為腐泥組;龍?zhí)督M有機質(zhì)類型主要為Ⅲ型，干酪根顯微組分主要為鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組。

3.2 有機碳含量

有機碳含量在一定程度上可以反映有機質(zhì)的生烴潛力，通過樣品測試結(jié)果可知，龍馬溪組富有機質(zhì)泥頁巖有機碳含量變化范圍較大，介于0.56%-6.73%之間，主體上處于1.00%-3.00%之間，平均為1.56%（圖2），整體上有機碳含量較高，且結(jié)合有機質(zhì)類型為Ⅰ型和Ⅱ1型可看出龍馬溪組生烴能力較強;龍?zhí)督M富有機質(zhì)泥頁巖有機碳含量相較于龍馬溪組要高，最高可達16.60%，主體介于1.00%-10.00%之間，平均為5.20%（圖2），但由于龍?zhí)督M為Ⅲ型干酪根，生烴潛力較弱，高有機碳含量亦較難生成大量的烴類氣體。

3.3 有機質(zhì)成熟度

有機質(zhì)成熟度能反映干酪根處于生烴階段和生烴類型，通過鏡質(zhì)體反射率（Ro）來判斷有機質(zhì)成熟程度，富有機質(zhì)泥頁巖樣品實驗測試結(jié)果顯示：龍馬溪組Ro介于2.46%-2.91%之間，平均2.66%，均處于過成熟早期階段，大量生成烴類氣體;龍?zhí)督M富有機質(zhì)泥巖Ro介于1.56%-2.67%之間，平均2.38%，處于高成熟-過成熟早期階段。

4 儲集物性特征

4.1 孔滲性

泥頁巖孔隙能夠為烴類氣體提供大量的存儲空間，氣體形態(tài)主要為游離氣?？紫抖?、滲透率對儲層的含氣性有著重要的影響作用。通過覆壓孔滲實驗可以測試富有機質(zhì)泥頁巖樣品的孔滲特性，實驗結(jié)果顯示：龍馬溪組的孔隙度介于0.5%～6.1%之間，平均為2.5%，孔隙度非常的低，滲透率介于0.00625×10-3μm2～0.01761×10-3μm2之間，平均為0.02011×10-3μm2，滲透率也極低;龍?zhí)督M的孔隙度介于0.2%～9.6%之間，平均為2.6%，隙度非常的低，滲透率介于0.00014×10-3μm2～0.011620×10-3μm2之間，平均為0.012×10-3μm2，滲透率也非常的低，特別低的孔隙度、滲透率一定程度上有利于氣體的保存。

4.2 孔隙類型

泥頁巖微觀孔隙極其發(fā)育、類型多樣，通過對黔西北地區(qū)采集的富有機質(zhì)泥頁巖樣品進行氬離子拋光掃描電鏡實驗來觀察微觀孔隙類型，通過鏡下觀察到的結(jié)果顯示：龍馬溪組發(fā)育有大量的有機質(zhì)氣泡孔、礦物溶蝕形成的溶蝕孔和黏土礦物粒間孔;龍?zhí)督M發(fā)育有大量的粒間孔，有黏土礦物間粒間孔、草莓狀黃鐵礦晶簇形成的晶間孔，及少量的有機質(zhì)氣泡孔，可能由于Ⅲ干酪根顯微組分以鏡質(zhì)組為主，使得有機質(zhì)孔發(fā)育相對較少。

5 結(jié)論

（1）黔西北地區(qū)海相龍馬溪組富有機質(zhì)泥頁巖礦物成分主要為石英和黏土礦物，石英的含量平均為44.6%，黏土礦物含量平均為44.5%;海陸過渡相龍?zhí)督M富有機質(zhì)泥頁巖礦物成分主要為黏土礦物和石英，黏土礦物含量平均為56.6%，石英礦物含量平均為30.2%，黏土礦物含量高。

（2）龍馬溪組富有機質(zhì)泥頁巖有機質(zhì)類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型，有機碳含量較高，主體上處于1.00%-3.00%之間，平均為1.56%，有機質(zhì)均處于過成熟早期階段;龍?zhí)督M富有機質(zhì)泥頁巖有機質(zhì)類型主要為Ⅲ型，有機碳含量高，主體介于1.00%-10.00%之間，平均為5.20%，有機質(zhì)處于高成熟-過成熟早期階段。

（3）龍馬溪組和龍?zhí)督M富有機質(zhì)泥頁巖的孔隙度和滲透率均非常低，龍馬溪組發(fā)育有大量的有機質(zhì)氣泡孔，及溶蝕孔和黏土礦物粒間孔;龍?zhí)督M發(fā)育有粒間孔、晶間孔和少量的有機質(zhì)氣泡孔。

參考文獻

[1]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，（07）：15-18.

[2]鄒才能，董大忠，王社教，等.中國頁巖氣形成機理、地質(zhì)特征及資源潛力.石油勘探與開發(fā)，2010，（06）：641-653.

[3]馬永生，蔡勛育，趙培榮.中國頁巖氣勘探開發(fā)理論認識與實踐[J].石油勘探與開發(fā)，2018，45（04）：561-574.

[4]王中鵬，張金川，孫睿，劉昌為，杜曉瑞，盧亞亞.西頁1井龍?zhí)督M海陸過渡相頁巖含氣性分析[J].地學(xué)前緣，2015，22（02）：243-250.

[5]貴州省地礦局.貴州省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1987.

[6]侯讀杰，馮子輝.油氣地球化學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011.