中上揚(yáng)子地區(qū)寒武系頁巖氣富集條件及有利區(qū)優(yōu)選

劉忠寶，王鵬威，聶海寬，李鵬，李倩文

(1.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點實驗室，北京，100083；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京，100083)

中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)發(fā)育一套深水陸棚相富有機(jī)質(zhì)頁巖，是我國南方頁巖氣勘探重要接替層系之一。2010年以來，中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖氣勘探相繼獲得了一些頁巖氣流發(fā)現(xiàn)。川西南威遠(yuǎn)地區(qū)W201-H3 井筇竹寺組獲日產(chǎn)氣2.8×104m3，井研—犍為地區(qū)JY1HF井筇竹寺組獲日產(chǎn)氣4×104～8×104m3；黔東南TX1井牛蹄塘組獲日產(chǎn)氣3 000 m3，HY1 井在九門沖組獲日產(chǎn)氣418 m3；中揚(yáng)子宜昌YY1井水井沱組獲日產(chǎn)氣6.02×104m3，揭示出了下寒武統(tǒng)頁巖具備一定的頁巖氣勘探潛力，但仍然面臨諸多的難題，至今尚未形成規(guī)?？碧介_發(fā)陣地。長期以來，針對南方下寒武統(tǒng)頁巖沉積相及分布特征、烴源條件、儲集條件、保存條件和有利區(qū)預(yù)測等方面均已開展了研究工作[1-8]，也取得了較好的認(rèn)識成果，研究普遍認(rèn)為下寒武統(tǒng)頁巖生烴品質(zhì)較好，平面分布范圍廣，但多數(shù)地區(qū)構(gòu)造活動強(qiáng)烈，保存條件復(fù)雜，有利區(qū)與目標(biāo)優(yōu)選難度大。

受研究目的與資料條件等因素限制，前期對于寒武系頁巖氣的研究多局限于中上揚(yáng)子地區(qū)的某一部分地區(qū)或各自的礦權(quán)區(qū)內(nèi)[5-12]，而對于中上揚(yáng)子地區(qū)寒武系頁巖氣的富集條件、主控因素及有利區(qū)帶評價缺乏較為系統(tǒng)的整體研究。為此，本文作者在充分調(diào)研前人研究成果的基礎(chǔ)上，基于50 多條野外露頭剖面、40 口常規(guī)鉆井與頁巖氣專探井資料，開展綜合研究，編制中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖沉積、烴源、埋深等基礎(chǔ)地質(zhì)圖件，開展川西南井研—犍為、川北南江、川東南彭水、黔南黃平、湘鄂西、宜昌和湘西北等多個地區(qū)典型鉆井頁巖氣富集條件綜合解剖與對比，明確頁巖氣富集主控因素，并以此為指導(dǎo)，采用單因素成圖—多因素疊合評價的方法，優(yōu)選出中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖氣勘探有利區(qū)。

1 頁巖氣發(fā)育條件

1.1 頁巖沉積特征

中上揚(yáng)子地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖主要發(fā)育于下寒武統(tǒng)筇竹寺組及其相當(dāng)?shù)貙?，包括牛蹄塘組、郭家壩組、九門沖組及水井沱組等，頁巖礦物以硅質(zhì)、黏土礦物為主，其次為碳酸鹽礦物[9]。巖相包括含小殼化石硅質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖、含小殼化石磷炭質(zhì)頁巖、灰質(zhì)紋層炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖、泥(粉)晶灰質(zhì)頁巖、紋層狀黏土質(zhì)頁巖、紋層狀粉砂質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖等9種類型[10]，結(jié)合露頭剖面實測、巖芯觀察及鉆井巖性剖面，可識別出12 種典型巖相組合類型(圖1)，根據(jù)頁巖顏色、黃鐵礦、方解石、膠磷礦等特殊礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其組合特征的綜合分析，認(rèn)為圖1(a)～(e)中巖相組合主要形成于淺水、含氧、較弱水動力沉積環(huán)境，圖1(f)～(i)中巖相組合主要形成于較深水、貧氧、較弱水動力或弱水動力沉積環(huán)境，圖1(j)～(l)中巖相組合主要形成于深水、缺氧、弱水動力沉積環(huán)境。

圖1 中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)巖相組合類型及特征Fig.1 Types and characteristics of lithology combinations at Lower Cambrian in Middle-Upper Yangtze

巖相組合類型及沉積相研究表明：早寒武世，沉積水體由深變淺，以快速海侵轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛Ｍ顺练e，細(xì)粒沉積物自下而上由富硅、富磷、富碳頁巖向砂泥質(zhì)互層或砂質(zhì)、泥質(zhì)與灰質(zhì)互層混積或灰泥質(zhì)，再到純碳酸鹽巖沉積。平面上，富有機(jī)質(zhì)頁巖主要受2 個大型的深水陸棚相區(qū)控制[10]，一是四川盆地西南部資陽—長寧一線近南北向展布的區(qū)域，二是四川盆地之外東南部的鄂、渝、黔等大部分地區(qū)，為下寒武統(tǒng)筇竹寺組的2個沉積中心，其差別在于前者靠近西部古陸碎屑巖物源區(qū)，夾持于砂泥質(zhì)淺水陸棚內(nèi)部，為受繼承性克拉通內(nèi)裂陷控制的帶狀展布的炭泥質(zhì)深水陸棚相沉積，而后者為淺海大陸架上，靠近深海盆地區(qū)的炭泥質(zhì)深水陸棚沉積(圖2)。城口—房縣以北地區(qū)為硅炭質(zhì)斜坡—深水盆地相沉積，主要發(fā)育薄層黑色硅質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖。

圖2 中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組沉積相展布圖Fig.2 Sedimentary facies distribution of Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in Middle-Upper Yangtze

整體而言，下寒武統(tǒng)筇竹寺組沉積物類型豐富多樣，砂質(zhì)、泥質(zhì)、灰質(zhì)及砂泥灰混合沉積均有發(fā)育，如江油—井研—昭通—祿勸以西的地區(qū)發(fā)育濱岸相中—細(xì)砂巖及淺水砂泥質(zhì)陸棚沉積，利川地區(qū)發(fā)育淺水灰泥質(zhì)陸棚沉積，丁山地區(qū)發(fā)育淺水砂泥灰質(zhì)互層的混積陸棚沉積，其發(fā)育除受相對海平面升降變化(快速海侵—緩慢海退)控制外，還與砂質(zhì)碎屑古陸物源區(qū)及碳酸鹽巖水下隆起的發(fā)育密切相關(guān)。

1.2 頁巖烴源特征

在收集整理下寒武統(tǒng)頁巖有機(jī)地球化學(xué)測試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步選取7個地區(qū)的典型野外露頭及取芯鉆井開展樣品分析測試，頁巖總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(TOC)(N=1 091個)統(tǒng)計分析結(jié)果表明，黔東南和黔北這2 個地區(qū)頁巖w(TOC)最高，平均值大于4%，其次為黔中、湘鄂西、川北地區(qū)，頁巖w(TOC)平均值介于2%～4%之間，川西南與宜昌地區(qū)最低，w(TOC)平均值介于1%～2%之間(圖3)。頁巖等效鏡質(zhì)體反射率Ro(N=128個)統(tǒng)計分析結(jié)果表明，整體已進(jìn)入過成熟階段，其中黔北、湘鄂西熱演化程度最高，Ro平均值大于3.00%，其次為川西南、黔中地區(qū)，Ro平均值分別為2.84%和2.70%，川北與宜昌地區(qū)相對最低，平均值在2.50%左右(圖4)。從頁巖干酪根碳同位素比值(N=207 個)的統(tǒng)計與對比分析來看，不同地區(qū)之間差異不大，平均值均小于-30‰，生烴母質(zhì)類型好，Ⅰ型干酪根為主，生油氣能力強(qiáng)(圖5)。綜上所述，研究區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖整體具有有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、有機(jī)質(zhì)類型好和熱演化程度高的特點。

圖3 不同地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖w(TOC)對比圖Fig.3 Comparison of w(TOC) of Lower Cambrian shale from different areas

圖4 不同地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖等效鏡質(zhì)體反射率(Ro)對比圖Fig.4 Comparison of equivalent vitrinite reflectance (Ro)of Lower Cambrian shale from different areas

圖5 不同地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖干酪根碳同位素對比圖Fig.5 Comparison of carbon isotopes of Lower Cambrian kerogen from different areas

以研究區(qū)野外露頭剖面、鉆井巖心頁巖樣品w(TOC)測試及測井解釋數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，繪制下寒武統(tǒng)富有機(jī)質(zhì)頁巖(厚度＞20 m)平面分布特征(圖6)，由圖6可見：在四川盆地內(nèi)部富有機(jī)質(zhì)頁巖主要分布在長寧—資陽—南江一線地區(qū)，主體厚度為40～80 m，其中，資陽地區(qū)、川北南江以南局部地區(qū)厚度最大；四川盆地外部鄂西—渝東、黔北及黔東南大部分地區(qū)發(fā)育大套連續(xù)富有機(jī)質(zhì)頁巖段，厚度多大于100 m，局部地區(qū)可達(dá)160 m 以上；此外，川東北城口—建始—宜昌—房縣之間的大部分地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖也較發(fā)育，厚度主體在20～80 m 之間。結(jié)合沉積相平面展布特征來看，富有機(jī)質(zhì)頁巖的分布受沉積相帶控制明顯，主要發(fā)育于深水陸棚相。

圖6 中上揚(yáng)子地區(qū)筇竹寺組富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度等值線圖Fig.6 Mapped organic-rich shale thickness contours in Qiongzhusi Formation in Middle-Upper Yangtze

1.3 頁巖儲集特征

1.3.1 頁巖物性特征

對JY1，HY1，CS1 和EY1 等4 口重點井進(jìn)行孔隙度測試分析，同時收集并統(tǒng)計分析28 口鉆井頁巖孔隙度，結(jié)果如表1所示。由表1可見：下寒武統(tǒng)頁巖孔隙度整體偏低[11-12]，介于0.10%～6.21%之間，平均孔隙度僅為2.20%，但川西南、川北及宜昌地區(qū)仍有部分鉆井頁巖平均孔隙度(＞3.0%)相對較高。這主要與受頁巖礦物組成、有機(jī)質(zhì)豐度及保存條件等因素影響，導(dǎo)致不同地區(qū)頁巖發(fā)育的孔隙類型存在差異有關(guān)，川西南JY1井頁巖黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、w(TOC)相對低(平均值為1.1%)，地層超壓，保存條件好，頁巖孔隙類型以黏土礦物層間孔為主，有機(jī)質(zhì)孔次之；宜昌地區(qū)YD2 井頁巖中富含碳酸鹽礦物，方解石粒內(nèi)溶蝕孔、有機(jī)質(zhì)孔均較發(fā)育；而黔東南HY1 井、湘鄂西EY1井等四川盆地之外的大部分地區(qū)頁巖w(TOC)較高(平均值可達(dá)6%)，生油期大量液態(tài)原油充注，占據(jù)了早期經(jīng)受壓實后殘余的無機(jī)孔隙，構(gòu)造裂縫多，保存條件差，有機(jī)質(zhì)孔中天然氣散失會導(dǎo)致孔隙萎縮變小(孔徑＜30 nm為主)，因此頁巖孔隙度普遍較低。

表1 中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)鉆井頁巖孔隙度統(tǒng)計分析表Table 1 Porosity of drilled Lower Cambrian shale in Middle-Upper Yangtze

1.3.2 頁巖孔隙類型及特征

氬離子拋光-掃描電鏡觀察鑒定分析表明，下寒武統(tǒng)富有機(jī)質(zhì)頁巖中無機(jī)礦物質(zhì)孔、有機(jī)質(zhì)孔及微裂縫均有發(fā)育，微觀尺度下構(gòu)造微裂縫和成巖收縮微裂縫普遍發(fā)育，依據(jù)無機(jī)礦物、有機(jī)質(zhì)及有機(jī)質(zhì)孔之間的依附關(guān)系，可識別出3種有機(jī)質(zhì)孔類型：有機(jī)質(zhì)-黏土復(fù)合體內(nèi)有機(jī)質(zhì)孔隙、無機(jī)礦物粒(晶)間有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙、黃鐵礦晶間有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙，如表2所示。無機(jī)礦物質(zhì)孔主要有4 種類型：粒(晶)間孔、粒(晶)內(nèi)孔、黏土礦物層間孔和黃鐵礦集合體晶間孔。不同地區(qū)頁巖孔隙類型發(fā)育存在一定差異[13-16]。其中，川西南地區(qū)以黏土礦物層間孔與有機(jī)質(zhì)孔為主；宜昌地區(qū)以方解石粒內(nèi)溶蝕孔與有機(jī)質(zhì)孔為主；而黔東南、黔中、黔北及湘鄂西等大部分地區(qū)僅發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔，無機(jī)孔整體欠發(fā)育。

表2 典型下寒武統(tǒng)頁巖儲層微觀孔隙類型劃分及其特征Table 2 Classification and characteristics of micro pore types in Lower Cambrian shale reservoirs

2 頁巖氣富集主控因素

為查明研究區(qū)寒武系海相頁巖氣富集主控因素，選取5個重點地區(qū)典型頁巖氣井或兼探井進(jìn)行頁巖氣形成條件綜合對比，包括沉積相、頁巖巖相、優(yōu)質(zhì)頁巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化程度、巖石礦物組成、儲集性能、保存條件及含氣性等。在不同地區(qū)頁巖氣形成條件差異性分析的基礎(chǔ)上(表3)，總結(jié)提出了寒武系頁巖氣富集成藏的主控因素。

表3 重點地區(qū)典型井頁巖氣發(fā)育地質(zhì)條件綜合對比Table 3 Comparison of shale gas development conditions from typical wells in key areas

2.1 深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖的發(fā)育是頁巖氣“成烴”的物質(zhì)基礎(chǔ)

勘探實踐已證實，無論在任何地區(qū)或盆地范圍進(jìn)行頁巖氣勘探，其首要任務(wù)都是尋找優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育區(qū)及層段，頁巖w(TOC)高、厚度大、平面分布范圍廣是形成大型頁巖氣田的基礎(chǔ)條件。研究區(qū)下寒武統(tǒng)沉積相、富有機(jī)質(zhì)頁巖分布及頁巖氣井實際鉆探效果綜合研究表明，深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育具有縱向上厚度大、平面上分布范圍廣的特點，但具體到不同地區(qū)，沉積成因類型仍有所不同，可以識別出3種成因類型：

1) 陸架邊緣斜坡型。主要分布在四川盆地外部的鄂西—渝東、黔北、黔東南等地區(qū)，頁巖發(fā)育受上升洋流作用控制，頁巖巖相類型以硅質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖為主，縱向上連續(xù)性好，厚度大，w(TOC)高，如黔東南HY1 井，頁巖w(TOC)介于2.2%～9.5%，平均值可達(dá)6.3%，w(TOC)＞4%的頁巖厚度可達(dá)90 m。

2) 棚內(nèi)拉張槽型。主要分布在四川盆地長寧—資陽—南江一線地區(qū)，頁巖發(fā)育受基底斷裂早寒武世的多幕塹壘式活動控制，拉張作用形成裂陷區(qū)后，至少發(fā)生4期強(qiáng)迫式海侵，形成閉塞深水區(qū)，控制了縱向上4 套厚度不等的優(yōu)質(zhì)頁巖的發(fā)育。自西向東由JY1 井—ZY1 井—GS17 井—GS1筇竹寺組4套富有機(jī)質(zhì)頁巖橫向上具有較好的可對比性，且優(yōu)質(zhì)頁巖具有中心厚向東、西兩側(cè)減薄至殲滅的特點。JY1HF 井水平井穿行筇竹寺組上部頁巖層段測試獲平均日產(chǎn)4×104m3頁巖氣流，證實了該類型頁巖的良好勘探潛力。

3) 臺地前緣斜坡型。主要分布在中揚(yáng)子宜昌地區(qū)，頁巖發(fā)育受東部淹沒型古碳酸鹽巖臺地控制，處于臺棚過渡區(qū)，頁巖巖相以炭質(zhì)頁巖、灰質(zhì)頁巖為主，局部夾泥質(zhì)灰?guī)r，如YD2 井頁巖w(TOC)為0.52%～5.96%，平均值為3.42%，w(TOC)＞2%的頁巖厚度為24 m。YY1井水井沱組含氣量超過2 m3/t的頁巖厚度可達(dá)35 m，壓裂測試獲得日產(chǎn)頁巖氣6.02×104m3，取得中揚(yáng)子地區(qū)古老層系頁巖氣勘探的重要突破。

2.2 頁巖儲集性能好是頁巖氣“聚集成藏”的關(guān)鍵因素

非常規(guī)頁巖氣源儲一體，滯留成藏，烴源條件、儲集條件及其相互之間的良好配置關(guān)系，對頁巖氣的富集至關(guān)重要。下寒武統(tǒng)頁巖整體具有良好的生烴能力毋庸置疑，因此，其是否具有好的儲集能力是控制頁巖氣“聚集成藏”的關(guān)鍵。研究表明，下寒武統(tǒng)頁巖儲集性能整體較差，絕大多數(shù)鉆井頁巖平均孔隙度小于2%，僅有個別地區(qū)少量鉆井頁巖平均孔隙度大于3%，目前未見頁巖平均孔隙度超過4%的鉆井。結(jié)合鉆井氣測顯示與測試產(chǎn)氣效果來看，孔隙度相對高的頁巖氣井氣測顯示普遍更好，且部分鉆井壓裂測試獲得工業(yè)頁巖氣流。

川西南JY1 井筇竹寺組上部頁巖孔隙度為1.79%～5.84%，平均值為3.41%，頁巖儲層孔隙以黏土礦物層間孔、粒間孔與有機(jī)質(zhì)孔等多種孔隙類型為主，頁巖層段含氣量為0.53～4.69 m3/t，平均值為1.68 m3/t，壓裂測試求產(chǎn)，最高獲日產(chǎn)氣8.435×104m3，該井是目前寒武系壓裂測試效果較好的頁巖氣井之一，盡管其有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度不如五峰組—龍馬溪組頁巖，但其大量黏土礦物層間孔與有機(jī)質(zhì)孔在一定范圍內(nèi)相互連通，能夠形成有機(jī)—無機(jī)復(fù)合孔隙系統(tǒng)，對于提高儲氣能力起到了關(guān)鍵作用。

而黔東南、黔北、鄂西—渝東等地區(qū)鉆井孔隙度普遍低，且氣測顯示及頁巖含氣性均較差，僅貴州黃平HY1 井、岑鞏TX1 井獲得低產(chǎn)頁巖氣流，其頁巖儲層孔隙以發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔為主，無機(jī)礦物質(zhì)孔基本不發(fā)育，孔隙類型單一，且有機(jī)質(zhì)孔的孔徑極小(＜30 nm)，導(dǎo)致孔隙連通性差，總孔隙度低，頁巖儲氣能力差。綜上所述，寒武系不缺少優(yōu)質(zhì)烴源，但成巖演化、生烴成孔演化及其兩者的協(xié)同作用過程中，各類無機(jī)孔、有機(jī)質(zhì)孔能否得以保存，提供足夠的儲集空間是頁巖氣富集成藏，是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。

2.3 保存條件好是決定頁巖氣“富集程度”的重要保障

研究區(qū)寒武系頁巖經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動，不同地區(qū)構(gòu)造演化差異大，形成的斷裂及裂縫具有多類型、多期次疊加的特點[17-18]，頁巖氣保存條件復(fù)雜。頂?shù)装鍡l件、斷裂及裂縫發(fā)育程度是頁巖氣保存條件評價的主要因素，良好的保存條件是頁巖氣富集成藏的重要保障。

2.3.1 頂?shù)装鍡l件分析

良好的頁巖頂?shù)装鍙捻搸r生烴開始就能有效阻止烴類縱向散失而滯留成藏，是頁巖氣富集的前提[19]，在壓裂改造過程中，可以避免人工裂縫刺穿高滲透含水層，降低頁巖氣層破壞的風(fēng)險。研究區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組及其相當(dāng)層位的富有機(jī)質(zhì)頁巖段的頂板為筇竹寺組上部至滄浪鋪組大套灰色—深灰色黏土質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖，厚度最大可達(dá)800 m，再向上局部地區(qū)還有中寒武統(tǒng)區(qū)域性膏鹽巖地層封蓋。但其底板主要為震旦系燈影組白云巖，且大部分地區(qū)具備較好的溶蝕改造條件，為縫洞型白云巖儲層發(fā)育的有利地區(qū)，不利于頁巖氣的保存，且壓裂過程中易造成下寒武統(tǒng)頁巖被壓穿而與燈影組接觸貫通，造成頁巖氣逸散。

從頁巖氣井實際鉆探效果來看，川西南地區(qū)JS1 井直井壓裂層段、JY1 井水平井穿行層段均位于筇竹寺組上段，其頂板為厚層黏土質(zhì)頁巖與粉砂質(zhì)頁巖，底板為厚層粉砂質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖[20]，避開了底板震旦系燈影組白云巖儲層大量排烴及壓裂穿層的風(fēng)險，壓裂測試均獲工業(yè)頁巖氣流。而黔北ZY1井、SY1井，湘鄂西CS1井、EY1井等盡管頁巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，但頁巖含氣性普遍較差，其中一個重要的原因就是富有機(jī)質(zhì)頁巖段底板震旦系燈影組白云巖段保存條件差。

2.3.2 構(gòu)造作用分析

構(gòu)造作用的強(qiáng)度與持續(xù)時間決定了頁巖氣保存條件。構(gòu)造強(qiáng)度越大、抬升剝蝕越嚴(yán)重、活動時間越長，對頁巖氣破壞越嚴(yán)重。中上揚(yáng)子不同地區(qū)構(gòu)造活動強(qiáng)度及地層遭受剝蝕程度存在差異，中西部(四川盆地內(nèi)部)大部分地區(qū)構(gòu)造改造作用相對較弱、構(gòu)造活動期次少，早寒武世頁巖沉積后，未遭受后期剝蝕破壞，地層保存完整性好，保存條件好。而東部、東南部地區(qū)變形改造強(qiáng)烈，發(fā)育有大量深大斷裂與逆沖推覆變形構(gòu)造，如渝東地區(qū)的隔檔式褶皺帶、湘鄂西的隔槽式褶皺帶、湘中的沖斷式褶皺帶，同時一些地區(qū)還伴隨有巖體侵入與火山活動，共同導(dǎo)致頁巖地層連續(xù)性與完整性被嚴(yán)重?fù)p壞，頁巖氣保存條件明顯變差。

勘探實踐證實，大規(guī)模斷裂及大量構(gòu)造裂縫的發(fā)育不利于頁巖氣的保存。在研究區(qū)東部、東南部復(fù)雜構(gòu)造區(qū)鉆探的HY1，CS1，EY1和CY1井等10 多口含氣性較低的鉆井，頁巖段巖芯上均可見較多的高角度裂縫、滑脫面、擦痕面(圖7)，而四川盆地西南部JY1、中揚(yáng)子宜昌YD2等含氣性較高的鉆井，頁巖段構(gòu)造裂縫基本不發(fā)育，反映出構(gòu)造裂縫的發(fā)育造成了頁巖氣的大量散失。從黔東南岑鞏地區(qū)同一構(gòu)造帶上的TX1 井與CY1 井的實際鉆探效果對比來看，斷裂相對不發(fā)育的TX1井含氣性明顯較CY1 井要好[17]，進(jìn)一步證實斷裂與構(gòu)造裂縫的發(fā)育對頁巖氣保存的不利影響。

圖7 HY1井九門沖組頁巖巖心裂縫發(fā)育特征Fig.7 Fracture development at shale cores of Jiumenchong from HY1 well

3 頁巖氣有利區(qū)帶優(yōu)選與勘探方向

3.1 頁巖氣有利區(qū)帶優(yōu)選

寒武系頁巖氣發(fā)育的沉積相、烴源等條件整體較好，而不同地區(qū)構(gòu)造與保存、埋藏深度等改造條件差異較大。寒武系經(jīng)歷了多期構(gòu)造疊加改造，尤其是四川盆地以外的大部分地區(qū)，受構(gòu)造改造作用影響，地層支離破碎，出露層位多，四川盆地內(nèi)部與外部不同地區(qū)地層出露層位差異大，全面刻畫出中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)地層剝蝕情況及埋藏深度，對于揭示不同地區(qū)頁巖氣保存條件、確定其埋藏深度是否有利于現(xiàn)有工程技術(shù)條件下的壓裂改造至關(guān)重要。為此，本次研究以中上揚(yáng)子地區(qū)地質(zhì)圖揭示的地層出露及展布規(guī)律為框架，以50 多條露頭剖面、40 口頁巖氣及常規(guī)鉆井資料為點標(biāo)定，各個相關(guān)單位編制的一些主要礦權(quán)區(qū)的下寒武統(tǒng)底界埋深圖為局部面標(biāo)定參考，綜合各類條件與因素進(jìn)行分析預(yù)測，編制出了中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)地層底界埋藏深度與剝蝕區(qū)分布圖(圖8)。

圖8 中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)底界埋藏深度圖Fig.8 Depth map of lower Cambrian bottom in Middle-Upper Yangtze

以頁巖氣富集主控因素為指導(dǎo)，綜合研究區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖沉積相、厚度、w(TOC)、熱演化程度及埋藏深度等各項單因素指標(biāo)參數(shù)平面展布特征，采用單因素分析—多因素疊合評價的方法，在建造條件方面以深水陸棚相帶及其控制下的優(yōu)質(zhì)頁巖厚度(＞20 m)參數(shù)為核心，在改造條件方面強(qiáng)調(diào)構(gòu)造上“動中找靜”、熱演化程度“高中找低”、埋藏深度適中的評價原則，并結(jié)合已有鉆井的氣測顯示及壓裂測試產(chǎn)氣情況，對中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖氣有利區(qū)帶進(jìn)行了評價與優(yōu)選(圖9)。

圖9 中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖氣有利區(qū)評價圖Fig.9 Optimized prospecting Upper Cambrian shale reservoirs in Middle-Upper Yangtze

Ⅰ類有利區(qū)主要分布在川西南井研犍為—威遠(yuǎn)—資陽、川北南江及中揚(yáng)子宜昌地區(qū)，其中川西南地區(qū)地層具有高壓特征，整體保存條件較好，威遠(yuǎn)、井研—犍為地區(qū)埋深適中，主要介于2 000～4 000 m，而資陽東峰場地區(qū)埋深相對較大(4 000～5 000 m)，但其與威遠(yuǎn)、井研—犍為地區(qū)相比，其位于南北向展布的深水陸棚相帶沉積中心，富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度更大，ZY1 井頁巖w(TOC)最高可達(dá)2.43%，w(TOC)大于1.0%的連續(xù)頁巖厚度可達(dá)150 m；川北南江地區(qū)位于四川盆地北部盆緣帶，TX1井筇竹寺組頁巖w(TOC)最高可達(dá)3.1%，其中w(TOC)＞2.0%頁巖厚度為22 m，鄰近的南江沙灘剖面頁巖Ro介于2.04%～2.54%之間，平均值為2.29%，熱演化程度適中，有利于頁巖氣生成；中揚(yáng)子宜昌南部地區(qū)構(gòu)造相對穩(wěn)定，YD2 井、YY1井巖心基本無裂縫發(fā)育，YD2 井水井沱組頁巖Ro為2.25%，熱演化程度適中，有利于頁巖氣富集。

Ⅱ類有利區(qū)主要分布在川東北鎮(zhèn)巴、桑植—石門及黔東南凱里—黃平地區(qū)；III 類有利區(qū)主要為正安—綏陽—彭水—酉陽—沿河—鳳岡一線的向斜連片分布區(qū)，目前實施井位鉆探極少，推測主體埋深介于3 000～4 000 m 之間，是四川盆地之外潛在的頁巖氣勘探領(lǐng)域之一。

3.2 勘探方向與建議

近10年來，一直在持續(xù)開展南方寒武系的頁巖氣勘探評價與井位鉆探工作，在黔、鄂、湘等埋藏相對淺的背斜區(qū)已相繼鉆探至少20 多口井，頁巖巖心上高角度裂縫與擦痕面大量發(fā)育，含氣性普遍差。川西南地區(qū)頁巖氣保存條件相對較好，但井研—犍為等埋藏淺的地區(qū)產(chǎn)氣頁巖段厚度小、有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對低，頁巖生烴總量有限，高產(chǎn)并持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)難度大，但其筇竹寺組頁巖層段總厚度大，大套頁巖夾泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，從非常規(guī)頁巖氣-常規(guī)砂巖致密氣一體勘探的角度值得探索。整體而言，寒武系頁巖氣儲集、賦存及富集機(jī)理極為復(fù)雜，目前現(xiàn)有的認(rèn)識仍很粗淺，井位部署及實施應(yīng)慎重，但仍應(yīng)持續(xù)開展研究與評價，建議如下：

1) 四川盆地內(nèi)部長寧—資陽—南江一線近南北向展布的深水陸棚相區(qū)，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大，保存條件好，但埋深大于4 500 m，是寒武系深層頁巖氣勘探的重要領(lǐng)域。今后應(yīng)加強(qiáng)深層高溫高壓條件下，頁巖儲層孔隙保持、天然氣賦存狀態(tài)及適應(yīng)性工程壓裂改造技術(shù)的攻關(guān)研究。

2) 四川盆地之外隸屬于湘、鄂、黔等省份的向斜區(qū)分布面積較廣，優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育，推測保存條件優(yōu)于已鉆探較多鉆井的埋深相對淺的背斜區(qū)，值得進(jìn)一步關(guān)注與評價，尤其是志留系、奧陶系出露開孔的地區(qū)，推測主體埋深相對淺，介于3 000～4 000 m，是寒武系頁巖氣勘探的潛在領(lǐng)域。

4 結(jié)論

1) 寒武系頁巖氣富集受沉積相帶、儲集性能及保存條件3個因素控制，表現(xiàn)為深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖的發(fā)育是頁巖氣“成烴”的物質(zhì)基礎(chǔ)，頁巖儲集性能好是頁巖氣“聚集成藏”的關(guān)鍵因素，良好的保存條件是決定頁巖氣“富集程度”的關(guān)鍵保障；

2) 采用單因素分析—多因素疊合評價的方法，在建造條件方面以深水陸棚相帶及其控制下的優(yōu)質(zhì)頁巖厚度參數(shù)為核心，在改造條件方面強(qiáng)調(diào)構(gòu)造上“動中找靜”、熱演化程度“高中找低”、埋藏深度適中的評價原則，提出川西南井研—犍為—威遠(yuǎn)—資陽、川北南江及中揚(yáng)子宜昌地區(qū)為頁巖氣勘探最有利地區(qū)，長寧—資陽—南江一線的深層地區(qū)、隸屬于湘、鄂、黔等省份的志留系、奧陶系開孔的向斜區(qū)是值得關(guān)注的潛在領(lǐng)域。