湖北上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣選區(qū)評價及資源潛力分析

溫雅茹，劉早學(xué)，許露露，周向輝，張焱林，李雄偉，王 登

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034)

近年來，湖北省上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組的頁巖氣勘探取得了重要進(jìn)展，來頁1井、夷地1井、鄂宜頁2井等多口頁巖氣地質(zhì)調(diào)查井或參數(shù)井獲重要頁巖氣顯示，鄂宜頁2HF井等水平井分段壓裂獲得穩(wěn)定工業(yè)頁巖氣流。湖北省自然資源廳組織的“湖北省頁巖氣資源潛力評價”、“湖北省頁巖氣勘查區(qū)塊評價優(yōu)選”，中國地質(zhì)調(diào)查局組織的“鄂西地區(qū)頁巖氣資源潛力評價”等項目均證實湖北省五峰組—龍馬溪組具有較大的頁巖氣資源潛力。

目前國內(nèi)外已經(jīng)形成諸多頁巖氣選區(qū)評價和資源量計算方法，針對頁巖氣選區(qū)主要采取多因素疊合法[1]，但不同地區(qū)、不同層系參考的指標(biāo)不同[2-4]，此外還有權(quán)重系數(shù)法、地震屬性預(yù)測法等。資源量計算方法主要有物質(zhì)平衡法、類比法、體積法、概率體積法、單井(動態(tài))儲量估算法、產(chǎn)量遞減曲線法或油氣藏模擬法、成因法及特爾菲法[5-12]等。本次研究以湖北省40余口五峰組—龍馬溪組頁巖氣鉆井和113條剖面資料為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)頁巖氣地質(zhì)特點和成藏條件，建立適合該區(qū)的頁巖氣選區(qū)評價指標(biāo)體系，運用多因素疊合法、概率體積法結(jié)合類比法對其進(jìn)行選區(qū)評價和資源潛力分析，為研究區(qū)頁巖氣下步勘探規(guī)劃與項目部署提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)在大地構(gòu)造上處于揚子板塊中部，北以襄廣斷裂與秦嶺—大別造山帶相接，西與四川盆地毗鄰，東跨江南—雪峰推覆隆起帶(圖1)。研究區(qū)出露太古代、元古代、古生代、中生代及新生代地層，不同時代的巖漿巖廣泛發(fā)育，變質(zhì)變形作用強(qiáng)烈，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜。本次研究的目的層為上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組，下部主要為硅質(zhì)巖和硅質(zhì)頁巖，上部主要為黑—灰黑色頁巖、炭質(zhì)頁巖，以富含筆石為主要特征。

圖1 湖北省(揚子地塊)構(gòu)造單元劃分及大地構(gòu)造位置簡圖

2 頁巖氣成藏地質(zhì)特征

五峰組—龍馬溪組除了在鄂西南松滋—洈水等地缺失或相變外，在其它地區(qū)廣泛發(fā)育。襄廣斷裂以南、來鳳—鶴峰—秭歸—宜昌—長陽—松滋—監(jiān)利一線以北大部分地區(qū)為深水陸棚相區(qū)(圖2)，是頁巖氣發(fā)育的有利相帶。五峰組頁巖厚度為4～21 m，龍馬溪組頁巖厚度為15～60 m，優(yōu)質(zhì)頁巖(有機(jī)碳含量(TOC)>2%)厚度一般為8～16 m；TOC=0.2%～10.5%，平均值為2.42%，屬高碳類頁巖；鏡質(zhì)體反射率(Ro)介于0.6%～3.42%，平均值為2.43%，熱演化程度高，處于高成熟階段；有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1型，少量為Ⅱ2型;孔隙度介于0.29%～4.33%，平均值為2.26%；滲透率介于0.000 018～0.045 5 mD，平均值為0.002 2 mD，主要屬低孔—特低滲類儲層；脆性礦物含量介于17%～87%，平均值為65.1%，脆度高，易于壓裂。截至2020年底，湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣鉆井共計40余口，現(xiàn)場解析含氣量一般為0.5～1.5 m3/t，最高達(dá)3.3 m3/t。

圖2 湖北省五峰組—龍馬溪組巖相古地理圖

3 頁巖氣選區(qū)評價

3.1 頁巖氣選區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0254—2014)[13]、《頁巖氣地質(zhì)評價方法》(GB/T 31483—2015)[14]等標(biāo)準(zhǔn)，參考原國土資源部2016年發(fā)布的《全國頁巖氣資源潛力調(diào)查評價及有利區(qū)優(yōu)選》[15]等技術(shù)要求，綜合北美地區(qū)、國內(nèi)焦石壩、長寧—威遠(yuǎn)等頁巖氣田的勘探開發(fā)經(jīng)驗和湖北省頁巖氣勘探實踐，建立了符合湖北省上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組的頁巖氣選區(qū)評價指標(biāo)體系(表1)。本次依據(jù)湖北省頁巖氣資源特點，將頁巖氣分布區(qū)劃分為遠(yuǎn)景區(qū)、有利區(qū)和目標(biāo)區(qū)三級[16]。

表1 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣選區(qū)評價指標(biāo)體系

由表1可看出，頁巖連續(xù)分布面積≥50 km2，構(gòu)造簡單(地層產(chǎn)狀普遍平緩、斷層不發(fā)育)，頂?shù)装灞４嫱暾?，距離斷裂≥2.0 km方可達(dá)到選區(qū)起始條件。在以上條件基礎(chǔ)上，頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)需滿足頁巖累計厚度≥15 m，TOC≥0.5%，1.3%≤Ro≤4.0%，埋深500～5 000 m；頁巖氣有利區(qū)需滿足頁巖單層厚度≥10 m，累計厚度≥20 m，TOC≥1.0%，1.3%≤Ro≤3.5%，埋深500～5 000 m，并通過調(diào)查井鉆探證實有一定的頁巖氣顯示，頁巖氣總含氣量≥1.0 m3/t，脆性礦物含量≥40.0%；頁巖氣目標(biāo)區(qū)需滿足頁巖單層厚度≥10 m、累計厚度≥20 m，TOC≥1.0%，1.3%≤Ro≤3.5%，埋深1 000～4 500 m，頁巖氣總含氣量≥2.0 m3/t，通過參數(shù)井鉆探已經(jīng)獲得頁巖氣流或通過體積壓裂獲得工業(yè)頁巖氣流，壓力系數(shù)接近于1∶1，脆性礦物含量≥40.0%，此外目標(biāo)區(qū)還要求地形高差小(如平原、丘陵、中低山區(qū))，以便具備一定的勘探開發(fā)縱深。

3.2 頁巖氣選區(qū)方法

根據(jù)以上頁巖氣選區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，以省內(nèi)五峰組—龍馬溪組40口頁巖氣鉆井和113條剖面的實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用疊合法疊合五峰組—龍馬溪組的底界埋深等值線、頁巖厚度等值線、TOC等值線及Ro等值線等，結(jié)合五峰組—龍馬溪組沉積相分布、構(gòu)造單元劃分、斷裂分布和鉆井含氣情況等，對湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣進(jìn)行選區(qū)評價。其中，遠(yuǎn)景區(qū)的優(yōu)選不需考慮鉆井含氣性，有利區(qū)和目標(biāo)區(qū)必須分別滿足區(qū)內(nèi)鉆井總含氣量指標(biāo)達(dá)到1.0 m3/t和2.0 m3/t以上。

3.3 頁巖氣選區(qū)結(jié)果

湖北省五峰組—龍馬溪組可劃分為22個頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)、7個頁巖氣有利區(qū)和3個頁巖氣目標(biāo)區(qū)(圖3)。頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)分布較廣，在鄂西、鄂中、鄂東南等地都有分布，頁巖氣有利區(qū)和目標(biāo)區(qū)主要集中在鄂西地區(qū)。其中，頁巖氣有利區(qū)主要分布在秧坪、紅巖寺向斜高坪地區(qū)、兩河口向斜、黃家槽向斜楊林橋地區(qū)、黃陵背斜東緣分鄉(xiāng)地區(qū)、黃陵背斜東南緣龍泉地區(qū)和當(dāng)陽復(fù)向斜遠(yuǎn)安地區(qū)，調(diào)查井鉆探已證實這些區(qū)塊有一定的頁巖氣顯示，具有較好的頁巖氣勘探潛力。頁巖氣目標(biāo)區(qū)主要分布在紅巖寺向斜高坪地區(qū)、黃陵背斜東南緣龍泉地區(qū)、當(dāng)陽復(fù)向斜遠(yuǎn)安地區(qū)，目標(biāo)區(qū)內(nèi)宜頁2井、荊101井等均獲得工業(yè)氣流，具有一定的頁巖氣商業(yè)開發(fā)價值。

圖3 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣選區(qū)評價圖

4 頁巖氣資源潛力分析

4.1 頁巖氣地質(zhì)資源量計算

本次頁巖氣地質(zhì)資源量的計算采用概率體積法。湖北省頁巖氣成礦地質(zhì)條件復(fù)雜，其五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探程度相比四川盆地的涪陵、長寧、威遠(yuǎn)和邵通等地來說總體偏低，頁巖氣分布邊界有一定的不確定性，且含氣量參數(shù)資料有限，運用概率體積法對參數(shù)進(jìn)行賦值、計算和結(jié)果表征能較為客觀地反映湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣的資源潛力[10,17-18]。由于頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)調(diào)查程度較低、頁巖含氣性資料缺乏，因此首先運用類比法對含氣量參數(shù)進(jìn)行賦值，再運用概率體積法進(jìn)行資源評價。湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源評價結(jié)果如表2所示，其中頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)地質(zhì)資源量(P50)為36 210.73×108m3，有利區(qū)地質(zhì)資源量(P50)為11 285.94×108m3，目標(biāo)區(qū)地質(zhì)資源量(P50)為5 854.32×108m3。

表2 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)資源量統(tǒng)計表

4.2 頁巖氣資源分布特征

從頁巖氣資源分布深度(表3)來看，遠(yuǎn)景區(qū)、有利區(qū)都是中深層頁巖氣地質(zhì)資源量最大,中淺層頁巖氣地質(zhì)資源量次之，深層頁巖氣地質(zhì)資源量相對較低；而目標(biāo)區(qū)有所不同，深層頁巖氣地質(zhì)資源量僅次于中深層，淺層頁巖氣地質(zhì)資源量較少。

表3 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源深度分布統(tǒng)計表

湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣在山地、丘陵—崗地、平原都有分布(表4)，其中遠(yuǎn)景區(qū)和有利區(qū)的頁巖氣在山地地區(qū)最為富集,其次為平原、丘陵—崗地地區(qū)；而目標(biāo)區(qū)的頁巖氣在平原地區(qū)最為富集，其次為丘陵—崗地、山地地區(qū)。

表4 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源地理環(huán)境分布統(tǒng)計表

從行政區(qū)劃上來看，五峰組—龍馬溪組頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)在湖北省分布較廣，且以恩施、宜昌、襄陽、荊門等地資源量較大；頁巖氣有利區(qū)主要分布在恩施和宜昌地區(qū)，其次是襄陽地區(qū)，少量分布在荊門地區(qū)；頁巖氣目標(biāo)區(qū)主要分布在宜昌、恩施和襄陽地區(qū)(圖4)。

圖4 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源行政區(qū)劃分布特征(單位：×108 m3)

5 結(jié)論

(1)綜合頁巖分布面積、頁巖埋深、厚度、有機(jī)碳含量、鏡質(zhì)體反射率、總含氣量、構(gòu)造特征、壓力系數(shù)、脆性礦物含量等因素，建立了符合湖北省上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組的頁巖氣選區(qū)評價指標(biāo)體系。

(2)湖北省五峰組—龍馬溪組可劃分為22個頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)、7個頁巖氣有利區(qū)和3個頁巖氣目標(biāo)區(qū)，其中遠(yuǎn)景區(qū)分布較廣，有利區(qū)和目標(biāo)區(qū)主要集中在鄂西地區(qū)。

(3)運用概率體積法結(jié)合類比法對湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣進(jìn)行了資源評價，其中頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)地質(zhì)資源量為36 210.73×108m3，有利區(qū)地質(zhì)資源量為11 285.94×108m3，目標(biāo)區(qū)地質(zhì)資源量為5 854.32×108m3。

(4)湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣在中深層最為富集；遠(yuǎn)景區(qū)和有利區(qū)頁巖氣在山地地區(qū)最為富集，目標(biāo)區(qū)則是平原地區(qū)最為富集；恩施、宜昌、襄陽、荊門等地的五峰組—龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)資源量較大，具有較大的勘探開發(fā)潛力。