四川盆地及其周緣頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀、潛力與展望

楊躍明 陳玉龍 劉燊陽(yáng) 鄧 賓 徐 浩 陳麗清 黎丁源 殷櫻子 李 怡

1.中國(guó)石油西南油氣田公司 2.中國(guó)石油西南油氣田公司頁(yè)巖氣研究院 3.成都理工大學(xué)能源學(xué)院

1 研究背景

中國(guó)陸相、海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣目前勘探開(kāi)發(fā)程度低，資源評(píng)價(jià)也存在著較大的不確定性，尤其是受“兩高兩低”（高吸附氣比例、 高黏土礦物含量、低熱演化程度、低地層壓力）的制約，要實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣規(guī)模有效開(kāi)發(fā)難度較大，現(xiàn)階段僅在我國(guó)南方的四川盆地及其周緣實(shí)現(xiàn)了埋深3 500 m以淺海相頁(yè)巖氣的規(guī)模效益開(kāi)發(fā)[1-6]。

四川盆地及其周緣廣泛發(fā)育6套海相、海陸過(guò)渡相及陸相頁(yè)巖地層（圖1-a），其中海相深水陸棚相上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖是該區(qū)最有利的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)層系[7-10]，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度介于20～80 m、分布穩(wěn)定。對(duì)近期數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，中國(guó)石油天然氣股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)石油）在川南地區(qū)長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)和昭通區(qū)塊已累計(jì)提交淺層（埋深不超過(guò)2 500 m）和中淺層（埋深介于2 500～3 500 m）頁(yè)巖氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量1.061×1012m3，中國(guó)石油化工股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)石化）在永川、涪陵、威榮區(qū)塊已累計(jì)提交頁(yè)巖氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量9 408×108m3（圖1-b）。截至2020年11月底，川南地區(qū)中國(guó)石油區(qū)塊已經(jīng)累計(jì)生產(chǎn)頁(yè)巖氣252×108m3，目前日產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)4 000×104m3，其中威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田和長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田日產(chǎn)氣量分別為1 010×104m3和1 160×104m3，已經(jīng)形成川南地區(qū)“萬(wàn)億立方米儲(chǔ)量、百億立方米產(chǎn)量”頁(yè)巖氣大氣區(qū)，四川盆地已經(jīng)成為繼美國(guó)之后的全球第二大頁(yè)巖氣生產(chǎn)基地。此外，目前我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)主戰(zhàn)場(chǎng)已經(jīng)向著深層（埋深介于3 500～4 500 m）轉(zhuǎn)移，繼瀘203井（垂深3 893 m）獲得深層頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)重大突破后，中國(guó)石油在威遠(yuǎn)、瀘州區(qū)塊多口深井再次獲得20×104～50×104m3/d的高產(chǎn)頁(yè)巖氣流，展示出四川盆地深層頁(yè)巖氣巨大的勘探開(kāi)發(fā)潛力。

按照“上部氣層就近接替（雙層立體開(kāi)發(fā)）、轉(zhuǎn)向超深層（埋深超過(guò)4 500 m）、持續(xù)攻關(guān)常壓和低壓區(qū)三者并行”的思路，我國(guó)對(duì)五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖以上的3個(gè)領(lǐng)域也已開(kāi)展了持續(xù)攻關(guān)[11]，目前見(jiàn)到了一些好的苗頭。此外，為了持續(xù)助力中國(guó)頁(yè)巖氣的發(fā)展，中國(guó)石油不局限于五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖，在對(duì)上述3個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展攻關(guān)研究的同時(shí)，還對(duì)四川盆地及其周緣的3套頁(yè)巖氣接替層系（下寒武統(tǒng)筇竹寺組海相頁(yè)巖、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相頁(yè)巖和下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨段陸相頁(yè)巖）開(kāi)展了不同程度的勘探評(píng)價(jià)工作。研究發(fā)現(xiàn)，盡管上述3套頁(yè)巖氣接替層系的品質(zhì)、厚度、脆性和有利區(qū)分布與五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖存在著較大的差異，但仍然具備頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的潛力。

為了給中國(guó)南方頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供理論支持，筆者主要基于中國(guó)石油的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)研究與實(shí)踐，以四川盆地及其周緣為研究對(duì)象，在總結(jié)頁(yè)巖氣重點(diǎn)勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探討了五峰組—龍馬溪組下一步的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)攻關(guān)方向、評(píng)價(jià)和梳理了上述3套頁(yè)巖氣接替層系的勘探開(kāi)發(fā)潛力，進(jìn)而展望了四川盆地及其周緣頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的前景。

2 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與下一步攻關(guān)方向

2.1 四川盆地頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

2.1.1 淺層—中淺層（埋深不超過(guò)2 000 m）頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

四川盆地南部五峰組—龍馬溪組埋深淺于2 000 m的地區(qū)主要位于昭通國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)，示范區(qū)內(nèi)目標(biāo)地層埋深主體介于500～2 000 m，占該示范區(qū)總面積的80%。古生代以來(lái)先后經(jīng)歷了加里東、海西、印支和喜馬拉雅期四期強(qiáng)烈構(gòu)造變形作用，表現(xiàn)為“地層淺、強(qiáng)改造、過(guò)成熟、雜應(yīng)力”的山地頁(yè)巖氣特點(diǎn)（表1）[12-13]。昭通示范區(qū)頁(yè)巖氣資源量為3.78×1012m3，截止到2019年底，該區(qū)塊已累計(jì)提交探明頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量1 886.66×108m3。截至目前，昭通示范區(qū)黃金壩—紫金壩地區(qū)已完成10×108m3頁(yè)巖氣建產(chǎn)，創(chuàng)新川南“山地頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)模式，累計(jì)生產(chǎn)頁(yè)巖氣46×108m3，已經(jīng)成為繼長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)、焦石壩之后的我國(guó)第三大頁(yè)巖氣生產(chǎn)基地。目前昭通示范區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)工作集中在北部，頁(yè)巖氣年產(chǎn)能力為18×108m3（圖2）。

2.1.2 中深層（埋深介于2 000～3 500 m）頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)歷經(jīng)10余年的發(fā)展，現(xiàn)已在四川盆地建成了長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)、涪陵國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)。上述示范區(qū)內(nèi)五峰組—龍馬溪組埋深主體淺于3 500 m的區(qū)域已實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開(kāi)發(fā)，其中川南地區(qū)中國(guó)石油礦權(quán)區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育深水陸棚亞相，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖大面積分布，儲(chǔ)層具有熱演化成熟度高、富碳、低黏、高硅、中孔等特征，普遍超壓，頁(yè)巖氣保存條件好[14-19]。中國(guó)石油目前已基本明確川南地區(qū)目的層埋深介于2 500～3 500 m的可工作面積達(dá)2 500 km2，頁(yè)巖氣資源量為1.2×1012m3，可實(shí)施水平井3 600口以上，可建成年產(chǎn)頁(yè)巖氣200×108m3規(guī)模并穩(wěn)產(chǎn)10年以上（圖3）[14]。同時(shí)，中國(guó)石化涪陵頁(yè)巖氣田頁(yè)巖氣累計(jì)產(chǎn)量也突破了300×1012m3，該氣田日產(chǎn)氣量約1 700×104m3。由此可見(jiàn)，頁(yè)巖氣已成為中國(guó)天然氣產(chǎn)量新的增長(zhǎng)極。

圖1 四川盆地綜合地層柱狀圖與構(gòu)造演化位置分區(qū)圖

表1 山地淺層頁(yè)巖氣地質(zhì)工程一體化評(píng)價(jià)選區(qū)地質(zhì)和工程甜點(diǎn)要素分析表[12]

2.1.3 深層（埋深介于3 500～4 500 m）頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

隨著海相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的深入，川南地區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)主戰(zhàn)場(chǎng)正在向深層轉(zhuǎn)移。四川盆地及周緣深層（五峰組—龍馬溪組埋深介于3 500～4 500 m）地區(qū)主要位于川南瀘州、渝西、威遠(yuǎn)南部以及川東南地區(qū)（圖4）。據(jù)中國(guó)石油西南油氣田公司探區(qū)“十三五”油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果和最新有利區(qū)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)（中國(guó)石油內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)）（表2），川南深層區(qū)域（扣除不可工作區(qū)后）總面積為6 600 km2，評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣資源量為3.7×1012m3，可部署水平井1.5×104口，頁(yè)巖氣可采儲(chǔ)量超過(guò)2×1012m3，具備建成500×108m3頁(yè)巖氣年產(chǎn)規(guī)模并穩(wěn)產(chǎn)20年或1 000×108m3頁(yè)巖氣年產(chǎn)規(guī)模并穩(wěn)產(chǎn)10年以上的開(kāi)發(fā)潛力（表3）[8]。

2019年，中國(guó)石油在川南瀘州地區(qū)五峰組—龍馬溪組埋深3 800 m的瀘203井獲得138×104m3/d測(cè)試產(chǎn)量（折算1 500 m水平段長(zhǎng)產(chǎn)量為202×104m3/d），樹(shù)立了頁(yè)巖氣單井測(cè)試產(chǎn)量的標(biāo)桿；繼瀘203井獲得高產(chǎn)后，威遠(yuǎn)、瀘州區(qū)塊又有5口井獲得40×104～50×104m3/d的頁(yè)巖氣高產(chǎn)，展示了深層頁(yè)巖氣巨大的勘探開(kāi)發(fā)潛力。目前中國(guó)石油在川南深層區(qū)設(shè)置了4個(gè)試采區(qū)，共部署了24個(gè)平臺(tái)75口井——開(kāi)鉆井30口、完鉆井26口、完成測(cè)試井9口、投產(chǎn)井9口，預(yù)計(jì)“十四五”期間瀘州地區(qū)將建成深層萬(wàn)億立方米儲(chǔ)量、百億立方米年產(chǎn)量頁(yè)巖氣田。中國(guó)石化也同步開(kāi)展了深層頁(yè)巖氣勘探工作，在川東南丁山地區(qū)部署實(shí)施丁頁(yè)2井，導(dǎo)眼井完鉆井深為4 418 m、優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度為35.5 m，測(cè)試求產(chǎn)日產(chǎn)頁(yè)巖氣10.42×104m3，此后持續(xù)部署實(shí)施丁頁(yè)4、丁頁(yè)5井，配套140 MPa壓裂裝備，應(yīng)用高黏度滑溜水，提高施工能力，分別獲得20.56×104m3/d和16.33×104m3/d的測(cè)試效果，揭示出川東南深層頁(yè)巖氣良好的勘探潛力。

2. 2 四川盆地周緣頁(yè)巖氣勘探情況

2.2.1 渝東北—鄂西地區(qū)

四川盆地外圍構(gòu)造區(qū)海相頁(yè)巖具有“層系多、巖相變化快、熱演化程度高、構(gòu)造改造強(qiáng)、抬升幅度大”的特點(diǎn)[13]。2017年初，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心承擔(dān)的鄂宜頁(yè)2井在中二疊統(tǒng)棲霞組、下志留統(tǒng)羅惹坪組以及五峰組—龍馬溪組等多個(gè)層系都獲得了氣體顯示，發(fā)現(xiàn)了四川盆地外圍志留系頁(yè)巖氣的一些好的苗頭。鄂宜頁(yè)2井五峰組—龍馬溪組暗色頁(yè)巖厚度為89 m，其中富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（TOC＞2%）厚度為33 m，該套頁(yè)巖在鉆井液密度為1.29 g/cm3的條件下，氣測(cè)全烴含量錄井顯示由0.05%上升至1.12%，現(xiàn)場(chǎng)解析含氣量為0.62～3.29 m3/t，平均為1.63 m3/t，巖心浸水實(shí)驗(yàn)氣泡劇烈并點(diǎn)火成功[20]。

2019年以來(lái)，鄂宜頁(yè)2井獲得成功之后，按照“積極拓展長(zhǎng)江中游”的戰(zhàn)略部署，在該區(qū)再次發(fā)現(xiàn)了頁(yè)巖氣好苗頭[21-22]。湖北秭歸地區(qū)鄂秭頁(yè)1井五峰組—龍馬溪組鉆遇氣測(cè)異常34.6 m/2層，全烴含量最高達(dá)12.17%，甲烷含量為11.61%（平均值為4.20%）；頁(yè)巖含氣量最高達(dá)4.2 m3/t，預(yù)測(cè)地層壓力系數(shù)為1.5。咸豐地區(qū)鄂豐地1井在五峰組—龍馬溪組鉆遇厚度為74 m的黑色頁(yè)巖，全烴含量最高達(dá)9.62%，解析含氣量（不含殘余氣）為0.20～2.53 m3/t，平均值為1.67 m3/t，呈現(xiàn)出長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶頁(yè)巖氣勘查開(kāi)發(fā)的新格局。

圖2 昭通地區(qū)構(gòu)造位置及頁(yè)巖氣有利區(qū)分級(jí)評(píng)價(jià)圖[12]

2.2.2 川西南—滇東北地區(qū)

圖3 川南地區(qū)五峰組底埋深以及頁(yè)巖氣建產(chǎn)區(qū)、接替區(qū)平面分布圖[14]

2016年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心在川西南—滇東北地區(qū)開(kāi)展了1∶25萬(wàn)頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查，部署實(shí)施的新地2井獲得了頁(yè)巖氣好苗頭。新地2井富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度為32 m，現(xiàn)場(chǎng)解析氣量平均值為2.01 m3/t，Ⅱ類(lèi)黑色頁(yè)巖厚度為71 m，現(xiàn)場(chǎng)解析氣量平均為1.19 m3/t。2017年云大地3井進(jìn)一步揭示其富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度為40 m，現(xiàn)場(chǎng)解析氣量平均為0.80～2.23 m3/t，其中解析氣量大于1 m3/t頁(yè)巖厚度為36 m，證實(shí)木桿向斜為含氣構(gòu)造，拓展了川西南—滇東北地區(qū)五峰組—龍馬溪組深水陸棚優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的分布范圍，擴(kuò)大頁(yè)巖氣勘查面積6 000 km2[23]。2017年蓮峰向斜云永地3井鉆探揭示五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度56 m，總含氣量為0.15～1.58 m3/t，平均為0.63 m3/t，氣測(cè)全烴含量最高達(dá)4.87%，甲烷含量平均為96.19%，進(jìn)一步證實(shí)了川西南—滇東北頁(yè)巖氣有效勘查面積[24]。

2018年滇東北大關(guān)縣木桿向斜頁(yè)巖氣參數(shù)井——云大頁(yè)1井鉆探揭示五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段厚度為38 m，現(xiàn)場(chǎng)解析氣量為2.90～9.68 m3/t、平均為4.90 m3/t；2019年云大頁(yè)1井地質(zhì)—工程甜點(diǎn)段井深2 040～2 088 m分成兩段壓裂、射孔7簇并排采試氣，直井含氣性測(cè)試12 h穩(wěn)產(chǎn)氣2 640 m3、折算產(chǎn)量為5 280 m3/d，突破了出氣關(guān)[25]。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局依據(jù)“（TOC≥2.0%連續(xù)厚度逾15 m或TOC≥1.0%連續(xù)厚度逾30 m）+Ro＜3.0%+埋深超過(guò)1 500 m+構(gòu)造穩(wěn)定+地形好范圍”編制提交滇東北礦業(yè)權(quán)空白區(qū)頁(yè)巖氣地質(zhì)資料包，計(jì)算油氣礦業(yè)權(quán)空白區(qū)頁(yè)巖氣資源潛力，勘查區(qū)塊（木桿+高橋—蓮峰）面積為705 km2，其中可勘查有效面積為519 km2，頁(yè)巖氣資源量為2 683×108m3。總體上揭示出四川盆地西南周緣復(fù)雜構(gòu)造區(qū)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣資源潛力較好，具良好的勘探開(kāi)發(fā)前景 。

圖4 川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組埋深4 500 m以淺核心勘探區(qū)分布圖[8]

表2 川南地區(qū)頁(yè)巖氣勘探選區(qū)主要評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)表[8]

2.3 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探下一步的攻關(guān)方向

2.3.1 雙層立體開(kāi)發(fā)

四川盆地五峰組—龍馬溪組Ⅰ+Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層厚度大（表4），目前已實(shí)施井的最優(yōu)靶體為下部氣層（龍馬溪組最底部高硅低黏富有機(jī)碳?xì)鈱佣?，大致相?dāng)于 WF2～LM5筆石帶）[27-28]（圖5），但尚未對(duì)上部氣層（距龍馬溪組底部30～70 m中硅質(zhì)富有機(jī)質(zhì)氣層段，大致相當(dāng)于 LM5～LM8筆石帶）的開(kāi)發(fā)可行性展開(kāi)精細(xì)研究?？傮w而言，較之于下部氣層，上部氣層除了孔隙度較高以外，TOC、脆性礦物含量、含氣量等參數(shù)均略遜；但上部氣層在局部區(qū)域儲(chǔ)層厚度大、品質(zhì)相對(duì)優(yōu)，仍然具備頁(yè)巖氣立體開(kāi)發(fā)的地質(zhì)基礎(chǔ)（圖6）。

表3 川南地區(qū)核心勘探區(qū)不同埋深頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)潛力統(tǒng)計(jì)表[8]

表4 川南地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層分類(lèi)評(píng)價(jià)表[8]

圖5 焦頁(yè)1井五峰組—龍馬溪組含氣頁(yè)巖小層劃分圖及儲(chǔ)層參數(shù)圖[29]

中國(guó)石化對(duì)五峰組—龍馬溪組上部頁(yè)巖氣層的勘探開(kāi)發(fā)潛力開(kāi)展了攻關(guān)研究[29-30]。截止到2019年4月，中國(guó)石化在涪陵頁(yè)巖氣田陸續(xù)投產(chǎn)上部氣層評(píng)價(jià)井5口[29]，其中3口評(píng)價(jià)井壓裂后放噴的最高測(cè)試產(chǎn)量（非無(wú)阻流量）雖然均明顯低于鄰井下部氣層，但仍然達(dá)到了工業(yè)氣流的標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是，上部氣層評(píng)價(jià)井間開(kāi)發(fā)效果存在著明顯的差異，構(gòu)造高部位含氣量高、壓降緩慢，而構(gòu)造低部位則含氣量低、壓降快（圖7）。中國(guó)石化認(rèn)為上部氣層孔隙度、滲透率高于下部氣層且紋層發(fā)育，有可能存在著烴源巖內(nèi)的一次運(yùn)移，使得上部氣層構(gòu)造高部位天然氣富集程度高。

圖6 川南地區(qū)上部氣層連續(xù)Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層厚度分布圖

圖7 涪陵頁(yè)巖氣田五峰組—龍馬溪組埋深及上部氣層開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)圖[29]

結(jié)合川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組上部氣層儲(chǔ)層厚度展布規(guī)律，以評(píng)價(jià)上部氣層在川南地區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)潛力為目的，中國(guó)石油目前正在積極對(duì)長(zhǎng)寧地區(qū)東部和瀘州—渝西地區(qū)五峰組—龍馬溪組的上部氣層開(kāi)展攻關(guān)研究，在已完成的瀘州—渝西的2個(gè)試采方案、1個(gè)開(kāi)發(fā)方案及長(zhǎng)寧區(qū)塊優(yōu)化調(diào)整方案中均安排了上部氣層專(zhuān)層井的先導(dǎo)試驗(yàn)工作（目前中國(guó)石油五峰組—龍馬溪組評(píng)價(jià)井多集中在向斜區(qū)，在構(gòu)造高部位暫未部署頁(yè)巖氣雙層立體開(kāi)發(fā)井）。2020年7月，瀘州地區(qū)上部氣層專(zhuān)層井Y101H2-7井獲得10.06×104m3/d測(cè)試產(chǎn)量，達(dá)到商業(yè)氣流標(biāo)準(zhǔn)，目前正在測(cè)算該井頁(yè)巖氣EUR，預(yù)計(jì)介于0.7×108～0.8×108m3?？傮w認(rèn)為，雙層立體開(kāi)發(fā)具備一定的潛力，但其有效開(kāi)發(fā)范圍還需要根據(jù)頁(yè)巖氣井的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)產(chǎn)能力以及可采儲(chǔ)量來(lái)圈定，該領(lǐng)域目前仍處于積極探索攻關(guān)的過(guò)程中。

2.3.2 超深層

四川盆地五峰組—龍馬溪組超深層區(qū)域主要位于川南地區(qū)（重慶—綦江—赤水—長(zhǎng)寧—沐川一帶）以及川東、川北地區(qū)。其中川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組超深層面積達(dá)9 428 km2，占中國(guó)石油川南地區(qū)礦權(quán)面積的28%。中國(guó)石油和中國(guó)石化目前在超深層實(shí)施的直井已經(jīng)證實(shí)，超深層頁(yè)巖的儲(chǔ)層品質(zhì)和厚度并沒(méi)有隨著埋深增大而受到破壞。例如中國(guó)石化在重慶梁平地區(qū)部署實(shí)施的普順1井（垂深5 917～5 971 m），該井富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度為44 m，TOC介于5%～6%，孔隙度介于4.0%～8.5%，現(xiàn)場(chǎng)解析氣量介于2.0～2.5 m3/t，于2020年8月完成直井儲(chǔ)層改造施工，壓裂成功后持續(xù)放噴多日，放噴口點(diǎn)燃火焰高達(dá)5 m；再如中國(guó)石油在瀘州南部沙溪溝向斜部署實(shí)施的瀘211井（垂深4 900 m），該井富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度為18.4 m，TOC介于2.8%～4.4%、平均為2.7%，脆性礦物含量介于68.2%～76.6%、平均為73.4%，測(cè)算壓力系數(shù)為2.0時(shí)總含氣量介于2.2～2.7 m3/t、平均為2.5 m3/t ，現(xiàn)場(chǎng)解析氣含量介于0.15～2.05 m3/t、平均為1.04 m3/t。超深層頁(yè)巖各項(xiàng)儲(chǔ)層參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)解析氣含量均與中淺層和深層的頁(yè)巖氣井無(wú)異，表明其勘探開(kāi)發(fā)潛力巨大。由此可見(jiàn)，制約該領(lǐng)域的瓶頸不在于“儲(chǔ)層品質(zhì)和厚度”，而在于“水平井儲(chǔ)層改造技術(shù)”，目前中國(guó)石油正在積極開(kāi)展攻關(guān)研究，已設(shè)計(jì)了瀘211井的直改平方案，一旦水平井儲(chǔ)層改造后獲得高產(chǎn)，那么頁(yè)巖氣的勘探面積必將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)后備目標(biāo)層系

由原國(guó)土資源部《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》可知：中國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量達(dá)21.8×1012m3，其中海相、海陸過(guò)渡相及陸相分別為13.0×1012m3、5.1×1012m3和 3.7×1012m3，開(kāi)采潛力巨大；尤其是在四川盆地及其周緣地區(qū)，五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得了較大的突破；此外，寒武系海相頁(yè)巖、二疊系海陸過(guò)渡相及海相頁(yè)巖以及侏羅系自流井組陸相頁(yè)巖也是該盆地重要的烴源巖，是四川盆地及其周緣頁(yè)巖氣的重要接替領(lǐng)域[31-34]。由此說(shuō)明，除了現(xiàn)今勘探開(kāi)發(fā)的五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖以外，四川盆地及其周緣還存在著下寒武統(tǒng)筇竹寺組海相頁(yè)巖、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相頁(yè)巖、上三疊統(tǒng)須家河組及下侏羅統(tǒng)自流井組陸相頁(yè)巖4套烴源巖層系，并且皆具有良好的生烴潛力，有可能成為我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展的重要后備層系。以下分述之。

3.1 寒武系海相頁(yè)巖

早寒武世早期，四川盆地受區(qū)域拉張構(gòu)造作用與海侵事件的影響，廣泛沉積了筇竹寺組頁(yè)巖，尤其是在盆地西緣沿長(zhǎng)寧—綿陽(yáng)拉張槽大面積分布，由于填平補(bǔ)齊作用頁(yè)巖沉積厚度大，該地層在槽內(nèi)厚度為300～700 m、槽外厚度為100～350 m；盆地東緣，受古隆起的影響，渠縣—梁平一帶富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段發(fā)育較差[2,32-33]。筇竹寺組頁(yè)巖的沉積環(huán)境，在水體較深的拉張—裂陷槽內(nèi)為深層陸棚相，而在槽外則為淺水陸棚相；筇竹寺組頁(yè)巖的巖性，在槽內(nèi)多為泥巖、頁(yè)巖和粉砂質(zhì)泥巖，而在槽外則以泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖為主。有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為腐泥型干酪根，Ro介于3.22%～3.57%且槽內(nèi)略高于槽外，均處于高—過(guò)成熟演化階段?？傮w來(lái)說(shuō)，筇竹寺組頁(yè)巖的生烴潛力大，在拉張槽內(nèi)頁(yè)巖TOC介于2.0%～5.9%、生氣強(qiáng)度介于80×108～200×108m3/km2，而在拉張槽外頁(yè)巖TOC介于0.5%～2.0%、生氣強(qiáng)度介于20×108～ 60×108m3/km2[2,32-33]（圖 8）。

圖8 四川盆地及其周緣筇竹寺組生氣強(qiáng)度圖

筇竹寺組歷史埋深較大，底界古埋深超過(guò)9 000 m，經(jīng)過(guò)后期構(gòu)造抬升后，四川盆地內(nèi)部（除了川中威遠(yuǎn)古隆起及川南瀘州隆起外）筇竹寺組現(xiàn)今底界埋深仍普遍超過(guò)4 000 m[33]。此外，筇竹寺組地層在桐灣期構(gòu)造抬升劇烈，從而使地層暴露且溶蝕作用加強(qiáng)。因此在下寒武統(tǒng)底部筇竹寺組與燈影組頂部之間形成了一套不整合面，其導(dǎo)致筇竹寺組頁(yè)巖的底板封閉性相對(duì)較差[35-37]，對(duì)筇竹寺組頁(yè)巖的保存條件有較大制約作用。筇竹寺組孔隙度介于0.5%～6.9%之間，均值小于2.0%[2]；微孔結(jié)構(gòu)特征研究顯示，筇竹寺組頁(yè)巖孔隙發(fā)育比五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖孔隙差，尤其是有機(jī)孔發(fā)育情況相對(duì)較差[38]。從區(qū)域上看，拉張槽內(nèi)有機(jī)孔和無(wú)機(jī)孔均較發(fā)育，有機(jī)孔孔徑為100～300 nm、無(wú)機(jī)孔孔徑為500～800 nm；拉張槽外有機(jī)孔發(fā)育較差，而無(wú)機(jī)孔則整體較發(fā)育?？傮w上來(lái)說(shuō)，較之于五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖，筇竹寺組頁(yè)巖的大埋深、高演化程度以及底部不整合面是制約后者頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)效果的關(guān)鍵因素。

2009年以來(lái)，圍繞四川盆地及其周緣地區(qū)海相頁(yè)巖開(kāi)展了頁(yè)巖氣區(qū)域評(píng)價(jià)及勘探工作，然而其鉆探效果較差，一直未獲得重大突破。截至目前，中國(guó)石油、中國(guó)石化在川南威遠(yuǎn)、沐川及長(zhǎng)寧等地區(qū)已鉆有威201、威207、寧206、寧208、宜210及金頁(yè)1HF、金石1等多口筇竹寺組勘探井，頁(yè)巖氣測(cè)試產(chǎn)量介于0～4.05×104m3/d。需要指出的是，四川盆地筇竹寺組頁(yè)巖分布主要受長(zhǎng)寧—綿陽(yáng)拉張槽的控制，在拉張槽內(nèi)部?jī)?yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度較大、壓力為超壓、孔隙發(fā)育更好，可能存在著含氣性較好的區(qū)域，在埋深適宜的條件下，將有可能形成有利的頁(yè)巖氣富集區(qū)，是下一步勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

3.2 二疊系海陸過(guò)渡相及海相頁(yè)巖

中—晚二疊世，四川盆地受東吳運(yùn)動(dòng)和峨眉山玄武巖噴發(fā)作用的影響，盆地古地勢(shì)呈現(xiàn)出北東低、南西高的地理格局，盆地內(nèi)北東—南西向依次為開(kāi)闊臺(tái)地相、深水陸棚相、淺水陸棚相、潮坪相、濱岸沼澤相及河流相，巖性組合及泥頁(yè)巖層厚度在縱、橫向上變化較大[39]。由于該期海侵規(guī)模相對(duì)較小，在該盆地南部形成了以海陸過(guò)渡環(huán)境為主，而盆地北部的廣元、旺蒼、宣漢、梁平一帶則發(fā)育海相沉積環(huán)境。因此，龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相泥頁(yè)巖與上二疊統(tǒng)吳家坪組海相頁(yè)巖、上二疊統(tǒng)大隆組泥頁(yè)巖與中二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組石灰?guī)r均為同期異相[39-40]。龍?zhí)督M/吳家坪組埋藏深度小于4 500 m范圍主要分布在川南和川東地區(qū)（圖9），川南以低陡構(gòu)造為主，構(gòu)造簡(jiǎn)單；川東以高陡構(gòu)造為主，構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜。從平面分布上看，龍?zhí)督M/吳家坪組泥巖在四川盆地不同區(qū)域分布情況有著較大的差異：川西南地區(qū)主要發(fā)育火山巖，川中地區(qū)發(fā)育海陸過(guò)渡相泥頁(yè)巖夾煤層，而川東北地區(qū)則發(fā)育海相石灰?guī)r夾灰黑色頁(yè)巖。

圖9 四川盆地及其周邊龍?zhí)督M/吳家坪組頁(yè)巖底界埋深圖

巖心有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)測(cè)試分析結(jié)果顯示，龍?zhí)督M頁(yè)巖的干酪根類(lèi)型主要為腐殖型，Ro介于1.0%～2.5%，處于高—過(guò)成熟生干氣階段；吳家坪組頁(yè)巖的干酪根類(lèi)型主要為偏腐泥混合型，Ro介于1.9%～3.1%，也處于高—過(guò)成熟生干氣階段。龍?zhí)督M頁(yè)巖TOC介于0.5%～15.0%、平均為3.0%；吳家坪組頁(yè)巖TOC介于0.4%～8.4%、平均為4.5%。在縱向上，龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相頁(yè)巖富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（TOC＞2%）發(fā)育多套，累計(jì)厚度介于30～80 m；吳家坪組海相頁(yè)巖的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（TOC＞2%）集中發(fā)育，累計(jì)厚度介于20～40 m。巖心物性分析結(jié)果表明，龍?zhí)督M頁(yè)巖孔隙度介于1.13%～9.00%、平均為5.50%，吳家坪組孔隙度介于2.0%～8.0%，平均為6.7%。因此，龍?zhí)督M及吳家坪組頁(yè)巖的物性均較好。礦物含量特征上，龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相頁(yè)巖礦物組成與龍馬溪組海相頁(yè)巖的礦物組成存在著一定的差異，龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相頁(yè)巖的脆性礦物含量較低（平均小于30%），而吳家坪組海相頁(yè)巖的脆性礦物含量則相對(duì)較高（50%～60%）。通過(guò)統(tǒng)計(jì)鉆遇龍?zhí)督M/吳家坪組的油氣顯示資料發(fā)現(xiàn)，大部分龍?zhí)督M/吳家坪組油氣顯示活躍。綜合分析結(jié)果表明，龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相頁(yè)巖有利區(qū)主要分布在川東南瀘州—重慶地區(qū)，吳家坪組海相頁(yè)巖有利區(qū)主要位于川東北墊江—云陽(yáng)地區(qū)（圖10）。

3.3 侏羅系陸相頁(yè)巖

四川盆地中生界上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)含油氣系統(tǒng)內(nèi)發(fā)育多套良好的陸相烴源巖，生烴潛力大，是下一步陸相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)層位[42-45]。侏羅系共發(fā)育4套湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，自下而上分別為育珍珠沖段、東岳廟段、大安寨段、涼高山段（圖11），4套頁(yè)巖的累計(jì)厚度為150～350 m；其中大安寨段泥頁(yè)巖單層連續(xù)厚度大（15～45 m），夾層較少，是當(dāng)前頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)的主要對(duì)象。湖相頁(yè)巖層系巖性組合關(guān)系復(fù)雜，暗色的泥頁(yè)巖與石灰?guī)r、砂巖常以互層或夾層的形式存在。這主要是受沉積環(huán)境及物源供給的影響。在早侏羅世，四川盆地主體為湖泊沉積環(huán)境，湖盆中心位于川中儀隴—萬(wàn)州一帶，由中向四周依次為半深湖區(qū)—半淺湖區(qū)—淺湖區(qū)—濱湖區(qū)，在盆地北緣及西緣發(fā)育三角洲、沖積扇，有豐富物源供給，其中富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段主要發(fā)育于半深湖亞相（圖12）。

圖10 四川盆地龍?zhí)督M/吳家坪組頁(yè)巖氣甜點(diǎn)區(qū)評(píng)價(jià)圖[41]

圖11 四川盆地侏羅系地層綜合柱狀圖

大安寨段泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為偏腐泥混合型—偏腐殖混合型，TOC主要介于1.2%～2.0%、平均為1.46%，具較強(qiáng)的生烴能力[42]。Ro介于0.8%～1.4%，油氣共生，其中生氣區(qū)主要位于龍崗—平昌地區(qū)。巖心孔隙度主要介于4%～8%、平均為6.8%，儲(chǔ)集物性相對(duì)較好。該套湖相頁(yè)巖主要的礦物類(lèi)型為石英、方解石、黏土礦物等，其中脆性礦物含量主要介于54%～77%、平均為68%，有利于壓裂施工改造。此外，根據(jù)鉆井資料顯示，川中地區(qū)大安寨段地層壓力系數(shù)介于1.01～1.79，大部分地區(qū)大于1.20，普遍具有超壓特征。大安寨段頁(yè)巖的主要埋深介于1 400～2 500 m，埋深相對(duì)較淺。由此可知，四川盆地侏羅系陸相頁(yè)巖層系普遍受沉積相及物源影響，具有石灰?guī)r泥巖頻繁互層、連續(xù)厚度小、黏土礦物含量高、有機(jī)質(zhì)熱演化程度低和層內(nèi)油氣共存等特征；而較高的孔隙度、較淺的埋藏深度、地層超壓等則是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的有利因素。

圖12 四川盆地自流井組大安寨段頁(yè)巖油氣有利區(qū)綜合評(píng)價(jià)圖

侏羅系油氣勘探工作起步早，早期以川中大安寨段介殼灰?guī)r致密油為勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，當(dāng)時(shí)鉆遇的大安寨段頁(yè)巖層段就有良好的油氣顯示。近年來(lái)，中國(guó)石化在川東及川東北的元壩、涪陵及建南地區(qū)大安寨段泥頁(yè)巖中均發(fā)現(xiàn)良好的天然氣顯示，測(cè)試產(chǎn)量為0.26×104～50.70×104m3/d。近期，中國(guó)石油在川中地區(qū)針對(duì)大安寨段頁(yè)巖實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)井鉆探及老井二次開(kāi)發(fā)，初步結(jié)果表明大安寨段具有較好的油氣勘探前景。下一步研究方向?yàn)榇ㄖ械貐^(qū)以陸相純頁(yè)巖型頁(yè)巖油為勘探目標(biāo)，尋找有利區(qū)布置風(fēng)險(xiǎn)勘探井，而川東及川東北地區(qū)則以陸相頁(yè)巖氣為有利的勘探目標(biāo)。

4 結(jié)論

1）川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組埋深3 500 m以淺中國(guó)石油已經(jīng)累計(jì)提交頁(yè)巖氣探明儲(chǔ)量10 610×108m3，占全國(guó)頁(yè)巖氣探明儲(chǔ)量總數(shù)的59%，形成了川南萬(wàn)億立方米儲(chǔ)量頁(yè)巖氣大氣區(qū)。川南深層五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣資源量為3.7×1012m3，其中可采儲(chǔ)量超過(guò)2×1012m3，具備建成1 000×108m3頁(yè)巖氣年產(chǎn)規(guī)模并穩(wěn)產(chǎn)10年以上的開(kāi)發(fā)潛力；預(yù)計(jì)“十四五”期間，瀘州地區(qū)將建成深層萬(wàn)億立方米儲(chǔ)量、百億立方米產(chǎn)量頁(yè)巖氣田。同時(shí)，五峰組—龍馬溪組上部氣層厚度較大，距離下部氣層35～60 m，Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層厚度介于2～8 m，但儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，與其下部氣層具有一定的雙層立體開(kāi)發(fā)潛力。

2）四川盆地及其周緣后備層系主要為筇竹寺組海相頁(yè)巖、龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相頁(yè)巖、須家河組及自流井組陸相頁(yè)巖4套烴源巖層系。筇竹寺組頁(yè)巖（相對(duì)于龍馬溪組頁(yè)巖而言）具有較大的埋深、較高的熱演化程度和較差有機(jī)孔發(fā)育等特征，在綿陽(yáng)—長(zhǎng)寧拉張槽內(nèi)部其優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度較大、壓力為超壓、孔隙發(fā)育更好，有可能存在著含氣性較好的區(qū)域，是下一步頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相頁(yè)巖有利區(qū)主要在川東南瀘州—重慶地區(qū)，吳家坪組海相頁(yè)巖有利區(qū)主要位于川東北墊江—云陽(yáng)地區(qū)。自流井組大安寨段陸相頁(yè)巖層系普遍受沉積相帶的控制，具有石灰?guī)r泥巖互層頻繁、連續(xù)厚度小、黏土礦物含量高、有機(jī)質(zhì)熱演化程度低和層內(nèi)油氣共存等特征，川中地區(qū)以陸相純頁(yè)巖型頁(yè)巖油為勘探目標(biāo)，而川東及川東北地區(qū)則以陸相頁(yè)巖氣為勘探目標(biāo)。