川南寒武系筇竹寺組勘探潛力研究

熊 亮，葛忠偉，王 同，溫真桃，鐘文俊，周 樺，何顯莉

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610041）

下寒武統(tǒng)筇竹寺組在四川盆地廣泛沉積，厚度大，發(fā)育兩個(gè)深水陸棚相富有機(jī)質(zhì)頁巖區(qū)，即盆內(nèi)綿陽—長寧“拉張槽”相區(qū)、盆緣川東北被動(dòng)大陸邊緣相區(qū)[1-3]。近年來，針對(duì)“拉張槽”相富有機(jī)質(zhì)頁巖的鉆探主要圍繞在綿陽—長寧拉張槽中南段的威遠(yuǎn)、井研、長寧等區(qū)塊（圖1），先后鉆探10余口井，揭示“拉張槽”內(nèi)富有機(jī)質(zhì)頁巖相對(duì)厚度較薄，且縱向多層疊置的特征，測(cè)試產(chǎn)量（1.08～5.95）×104m3/d，總體上勘探效果不明顯，未取得商業(yè)突破。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of study area

近期在“拉張槽”內(nèi)鉆探的一批過路井揭示出寒武系筇竹寺組除鉆遇相對(duì)較薄的富有機(jī)質(zhì)頁巖外，還發(fā)育厚層的以粉砂質(zhì)頁巖、粉—細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主的巖性，含氣性普遍活躍，通過系統(tǒng)取心并開展實(shí)驗(yàn)分析表明，其儲(chǔ)層品質(zhì)與富有機(jī)質(zhì)頁巖基本相當(dāng)，具備開展筇竹寺組層內(nèi)立體勘探的潛力。因此，開展川南“拉張槽相”寒武系筇竹寺組儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，明確優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層段，是實(shí)現(xiàn)該類型非常規(guī)油氣突破的基礎(chǔ)。

1 巖性特征

川南“拉張槽”相地層受基底斷裂活動(dòng)與海侵作用共同控制[4-5]，巖性較為復(fù)雜，縱向上發(fā)育2套相對(duì)厚度較薄，一般幾米至十幾米，橫向展布較為穩(wěn)定的富有機(jī)質(zhì)頁巖。由北往南，從川中威遠(yuǎn)、井研地區(qū)往川南長寧地區(qū)厚度逐漸減薄，由西往東，由拉張槽邊緣往中部厚度逐漸增厚。此外，寒武系筇竹寺組還發(fā)育了大套的泥質(zhì)粉—細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)頁巖及砂泥互層的復(fù)合巖性段，厚度超過300 m，橫向展布穩(wěn)定，且普遍具有較好的氣測(cè)異常顯示。

泥質(zhì)粉—細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)頁巖巖性段縱向上被薄層富有機(jī)質(zhì)頁巖分隔開，可劃分為3種類型的巖性段，即下部的灰色、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層巖性段，中部的灰色（泥質(zhì)）粉—細(xì)砂巖段、粉砂質(zhì)頁巖段，以及上部的灰色粉砂質(zhì)泥巖段（圖2），厚度分別達(dá)150～180 m、80～90 m、70～100 m。按照巖性發(fā)育特征，筇竹寺組從上往下劃分為5個(gè)層。

Ⅰ號(hào)層：巖性為灰色粉砂質(zhì)泥巖，夾鈣質(zhì)粉砂巖條紋。該段有機(jī)碳含量低，顏色淺至灰黑色，砂質(zhì)含量較高；電性表現(xiàn)為“中低伽馬、低鈾、低釷鈾比、中等中子、相對(duì)低電阻”的特征，厚度介于70～100 m。

Ⅱ、Ⅴ號(hào)層：巖性為黑色頁巖，局部區(qū)域該段底部見黑色泥礫，黃鐵礦發(fā)育，有機(jī)碳含量高，生物化石發(fā)育；電性表現(xiàn)為“高伽馬、高鈾、低釷鈾比、中高中子、相對(duì)低電阻”的特征，厚度一般介于5～15 m。

Ⅲ號(hào)層：巖性為灰色、灰黑色（泥質(zhì)）粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖，局部發(fā)育灰質(zhì)條帶、團(tuán)塊，鏡下見灰質(zhì)紋層，生物碎屑較發(fā)育，電性表現(xiàn)為“中高伽馬、低鈾、較高釷鈾比、中高電阻、低聲波時(shí)差、相對(duì)低密度，中等中子”，厚度一般介于80～90 m。

Ⅳ號(hào)層：巖性為灰色、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層巖性段（砂/泥互層），見灰質(zhì)條帶，沉積構(gòu)造類型多樣，見水平層理、斜層理、包卷層理等，電性表現(xiàn)為“中高伽馬、低鈾、低釷鈾比、中高電阻、低聲波時(shí)差、中高密度、中等中子”的特征，厚度一般介于150～180 m。

2 儲(chǔ)層品質(zhì)分析

2.1 巖石礦物學(xué)特征

X射線衍射測(cè)試表明，“拉張槽”內(nèi)鉆井及野外剖面筇竹寺組頁巖脆性礦物含量較高，Ⅱ號(hào)層脆性礦物含量平均46%，Ⅴ號(hào)層脆性礦物含量平均58%；黏土礦物含量次之，平均27.2%，成份主要為伊利石、伊蒙混層，少量高嶺石和綠泥石，其中Ⅱ號(hào)層黏土礦物含量47%，Ⅴ號(hào)層黏土礦物含量平均29%。含粉砂巖性段（Ⅲ、Ⅳ號(hào)層）脆性礦物含量分別為68.4%～71.1%、55.1%～62.7%，黏土含量21.4%～30.4%、36.1%～43.8%?？傮w上，筇竹寺組不同巖石類型均表現(xiàn)出高脆性、低黏土的巖石學(xué)特征[6-7]（圖2、表1）。

表1 筇竹寺組礦物含量Table1 Mineral content of Qiongzhusi Formation

圖2 川南寒武系筇竹寺組綜合柱狀圖Fig.2 Lithologic column diagram of Cambrian Qiongzhusi Formation of southern Sichuan Basin

2.2 有機(jī)地化特征

川南威遠(yuǎn)、井研、資陽地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組鉆井頁巖顯微組分分析表明，有機(jī)質(zhì)以藻類體和棉絮狀腐泥無定形體為主，藻類體以多細(xì)胞藻類為主，局部見螺旋狀藍(lán)藻、藍(lán)藻絲體。腐泥組含量88.21%～99.06%，少量固體瀝青，含量為3.04%～11.79%，未見殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組。類型指數(shù)TI為88.21%～96.96%，顯示有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型干酪根。

川南拉張槽相筇竹寺組有機(jī)質(zhì)豐度與巖性關(guān)系密切，表現(xiàn)出泥頁巖TOC含量顯著高于其他含粉砂質(zhì)巖性的特征（圖3、表2）。泥頁巖發(fā)育段（Ⅱ、Ⅴ號(hào)層）TOC平均含量分別為1.61%、2.18%；含粉砂巖性段（Ⅲ、Ⅳ號(hào)層）TOC含量分別為1.0%～1.7%、0.4%～0.8%。

2.3 儲(chǔ)集空間類型及儲(chǔ)層物性

圖3 不同巖石類型與礦物組成及TOC關(guān)系Fig.3 Mineral composition and TOC content of different rock types

表2 筇竹寺組TOC含量Table2 TOC content of Qiongzhusi Formation

川南寒武系筇竹寺組有機(jī)質(zhì)演化程度高，Ro普遍高于3.0%，均已進(jìn)入過成熟階段[8-15]。頁巖有機(jī)孔發(fā)育程度不高，儲(chǔ)集空間主要由碎屑顆粒無機(jī)礦物孔為主。在筇竹寺組淺水陸棚相區(qū)，有機(jī)質(zhì)零星分布于碎屑顆粒間及黏土礦物晶間未被完全充填的孔隙中，有機(jī)孔基本不發(fā)育，而無機(jī)孔類型多樣，包括粒內(nèi)溶蝕孔、粒間孔、黏土礦物層間孔、微裂縫等（圖4），分布廣泛，孔徑多在幾百納米。在深水陸棚相區(qū)，有機(jī)質(zhì)相對(duì)發(fā)育，內(nèi)部孔隙較發(fā)育，孔徑一般10～50 nm，但占比較低，無機(jī)孔占比仍然較高，孔徑以300～800 nm為主。

不同巖石類型孔隙度差異不大，A1井筇竹寺組巖心實(shí)測(cè)表明，泥頁巖孔隙度1.87%，粉砂質(zhì)泥巖1.84%，泥質(zhì)粉砂巖1.63%。不同巖性組合段孔隙度也表現(xiàn)出接近的特征，頁巖發(fā)育段Ⅱ號(hào)層孔隙度3.1%，Ⅴ號(hào)層孔隙度1.8%；含粉砂巖性段Ⅲ號(hào)層孔隙度2.5%～3.4%，Ⅳ號(hào)層孔隙度2.0%～2.4%?？紫抖扰cTOC含量相關(guān)性分析表明筇竹寺組儲(chǔ)層有機(jī)孔對(duì)儲(chǔ)集空間貢獻(xiàn)不大，而無機(jī)孔起主導(dǎo)作用（圖5）。筇竹寺組頁巖儲(chǔ)層TOC、孔隙度（表3）、含氣量（表4）較龍馬溪組儲(chǔ)層小，脆性礦物含量相當(dāng)。

表3 筇竹寺組物性Table3 Physical property of Qiongzhusi Formation

表4 筇竹寺組含氣量Table4 Gas content of Qiongzhusi Formation

3 頂、底板條件分析

部分學(xué)者認(rèn)為[16-18]，筇竹寺組底部未與下伏的震旦系燈影組直接接觸，其間沉積了一套含磷的硅質(zhì)巖（麥地坪組），從巖心觀察來看，巖性致密，硅質(zhì)含量高，可做為筇竹寺組的底板。但從近年來川中地區(qū)針對(duì)震旦系燈影組的勘探實(shí)踐表明，燈影組氣藏蘊(yùn)藏的幾千億立方米天然氣探明儲(chǔ)量均來自上覆的筇竹寺組烴源巖，兩者地層在四川盆地及南方地區(qū)多為平行不整合接觸，且該層段巖心發(fā)育一定規(guī)模的天然裂縫（圖6）。從構(gòu)造演化分析來看，“桐灣運(yùn)動(dòng)”平行不整合面以及桐灣運(yùn)動(dòng)至喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大量微裂縫[19]，使威遠(yuǎn)、井研地區(qū)筇竹寺組底板的封閉作用降低甚至喪失，天然氣能夠運(yùn)移至燈影組、龍王廟常規(guī)儲(chǔ)層，形成震旦系氣田和寒武系氣田，從A3井麥地坪組取心裂縫發(fā)育也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

圖4 四川盆地南部寒武系筇竹寺組儲(chǔ)集空間類型Fig.4 Reservoir space types of Cambrian Qiongzhusi Formation in southern Sichuan Basin

圖5 寒武系筇竹寺組TOC與孔隙度關(guān)系Fig.5 Correlation between TOC and porosity of the Cambrian Qiongzhusi Formation

圖6 筇竹寺組含氣層段底板巖心Fig.6 Core of bottom plate of gas-bearing interval in Qiongzhusi Formation

此外，麥地坪組之上的筇竹寺組一段（Ⅳ號(hào)層），從取心來看見大量的砂質(zhì)、鈣質(zhì)紋層，平縫發(fā)育，在拉張槽邊緣斜坡帶油氣可能通過裂縫側(cè)向運(yùn)移至不整合接觸的下伏儲(chǔ)層中。因此，不管是麥地坪組，或者是筇竹寺組下部地層，對(duì)其內(nèi)部的頁巖氣保存條件都有一定程度的影響，鉆井實(shí)測(cè)地壓系數(shù)也普遍偏低（表5）。

頂板除筇竹寺組上覆滄浪鋪組致密地層外，筇竹寺組上部沉積的一套灰色厚層泥巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖，粉砂巖（即Ⅰ號(hào)層），厚度70～100 m，有機(jī)碳含量相對(duì)較低，低孔、低滲（滲透率0.142 5×10-3μm2），A3井實(shí)驗(yàn)分析該層段黏土含量41.2%～53.5%，孔隙度0.93%～1.73%，明顯低于筇竹寺組中部的巖性組合段，表明其對(duì)筇竹寺組中部含氣儲(chǔ)層段能起到良好的封隔作用。

從鉆井油氣顯示來看，筇竹寺組中部以頁巖為主的巖性段（Ⅱ號(hào)層）氣測(cè)活躍，氣測(cè)全烴普遍高于10%。井研區(qū)塊A1井針對(duì)該頁巖層鉆探水平井，測(cè)試獲產(chǎn)5.95×104m3/d，目前已累產(chǎn)天然氣1 800×104m3，表明該層段含氣性好，保存條件優(yōu)良。

4 有利層段優(yōu)選及資源潛力

當(dāng)前，四川盆地寒武系筇竹寺組烴源層系尚未建立統(tǒng)一的頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，沿用志留系龍馬溪組的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來衡量筇竹寺組往往受沉積環(huán)境、熱演化程度等差異的影響，不能客觀反映其真實(shí)的儲(chǔ)層品質(zhì)及含氣特征。因此，基于不同巖性段的儲(chǔ)層參數(shù)差異、儲(chǔ)層發(fā)育段的厚度、熱演化程度等因素來優(yōu)選有利層段及開展有利區(qū)綜合評(píng)價(jià)。

從近年來取得油氣成果的B201、C1、A1 等井的油氣層分布位置來看[20-22]，筇竹寺組中部以頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖為主的Ⅱ、Ⅲ號(hào)層厚度多大于80 m，油氣顯示活躍，是有利勘探層段（圖7），資源豐度超過3×108m3/km2，勘探潛力大，可同時(shí)探索頁巖氣和緊鄰富有機(jī)質(zhì)頁巖層段的“新層系頁巖氣”。

川南拉張槽內(nèi)富有機(jī)質(zhì)頁巖小層（Ⅱ號(hào)層），由拉張槽邊緣往中心逐漸增厚，鉆井及地球物理預(yù)測(cè)最厚在15 m左右（圖8），井研區(qū)塊位于拉張槽邊緣，前期鉆探實(shí)施的A1井針對(duì)該頁巖層段雖然測(cè)試獲得了一定產(chǎn)量，但是總體上產(chǎn)量不高，主要受頁巖厚度薄的影響，資源豐度低。頁巖厚度相對(duì)較大的區(qū)域主要分布在威遠(yuǎn)、資陽地區(qū)，是下步有利的勘探目標(biāo)。含粉砂質(zhì)泥頁巖段厚度大，橫向展布穩(wěn)定，整體上筇竹寺組地層由拉張槽邊緣往中部逐漸增厚（圖9）。此外，從川南寒武系筇竹寺組熱演化程度（Ro）分布看，Ro整體在2.0%以上，往川南盆緣逐漸增大（圖10）。相對(duì)優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層有機(jī)碳含量（TOC）整體在1.0%以上。因此基于熱演化程度、儲(chǔ)層厚度、目的層埋深、頂?shù)装鍡l件等主要指標(biāo)建立了研究區(qū)選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表6），綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為川南拉張槽環(huán)境下的筇竹寺組有利區(qū)主要分布在井研、威遠(yuǎn)及長寧等地區(qū)（圖11）。

表5 川南寒武系筇竹寺組頁巖氣藏封閉條件對(duì)比Table5 Comparison of sealing conditions of shale gas reservoirs in Cambrian Qiongzhusi Formation in southern Sichuan Basin

圖7 研究區(qū)筇竹寺組有利層段地層對(duì)比Fig.7 Stratigraphic correlation of favorable strata of Qiongzhusi Formation in study area

圖8 川南拉張槽筇竹寺組Ⅱ號(hào)層（頁巖段）厚度等值線Fig.8 Thickness contour of layer Ⅱ（shale section）of Qiongzhusi Formation of intracratonic sags in southern Sichuan Basin

圖9 川南拉張槽筇竹寺組Ⅲ號(hào)層（泥質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)頁巖）厚度等值線Fig.9 Thickness contour of layer Ⅲ（argillaceous silt,silty shale）of Qiongzhusi Formation of intracratonic sags in southern Sichuan Basin

表6 川南寒武系筇竹寺組有利區(qū)綜合評(píng)價(jià)Table6 Comprehensive evaluation of favorable areas of Cambrian Qiongzhusi Formation in southern Sichuan Basin

圖10 川南寒武系筇竹寺組熱演化等值線Fig.10 Thermal evolution contour of Cambrian Qiongzhusi Formation in southern Sichuan Basin

5 結(jié)論

1）川南寒武系筇竹寺組為深水陸棚相沉積，縱向上根據(jù)巖性發(fā)育特征可以劃分為5個(gè)層段，其中Ⅱ、Ⅴ號(hào)層為頁巖段，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ號(hào)層為含粉砂泥頁巖段，巖性總體上較為復(fù)雜。

圖11 川南寒武系筇竹寺組有利區(qū)綜合評(píng)價(jià)Fig.11 Comprehensive evaluation of favorable area of Cambrian Qiongzhusi Formation in southern Sichuan Basin

2）儲(chǔ)層評(píng)價(jià)表明，寒武系筇竹寺組孔隙類型以無機(jī)孔為主，儲(chǔ)層表現(xiàn)為“中TOC、中孔隙度、較高含氣量、高脆性礦物、低黏土礦物”的特征，儲(chǔ)層厚度大，平面上有拉張槽邊緣往中部逐漸增厚，且含氣性較好。

3）位于筇竹寺組中部的Ⅱ、Ⅲ號(hào)層頂、底板條件優(yōu)良，儲(chǔ)層發(fā)育，資源豐度高，是重點(diǎn)勘探層段。

4）綜合熱演化程度、儲(chǔ)層厚度、目的層埋深、頂?shù)装鍡l件等幾項(xiàng)選區(qū)評(píng)價(jià)因素，分析認(rèn)為川南拉張槽環(huán)境下的筇竹寺組勘探有利區(qū)主要分布在井研、威遠(yuǎn)及長寧等地區(qū)。