鄂西松滋地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣儲層特征及選區(qū)評價

楊 潔 吳 龍 趙雪松 余江浩 徐 聰

（湖北省地質(zhì)調(diào)查院）

近年來頁巖氣資源的研究已成為國內(nèi)熱點(diǎn)，在四川威遠(yuǎn)及長寧等地牛蹄塘組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個頁巖氣田［1-5］，相比于四川盆地，鄂西地區(qū)牛蹄塘組研究程度相對較低。前人研究工作成果表明，鄂西牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)頁巖平均厚度為104 m，平均TOC（總有機(jī)碳值）為3.5%。同時鄂西牛蹄塘組形成于淺海陸棚深水區(qū)域，沉積厚度大，具備形成頁巖氣規(guī)模物質(zhì)基礎(chǔ)［6-11］。本文以松滋劉家場地區(qū)為背景，在牛蹄塘組黑色頁巖的發(fā)育地質(zhì)背景、巖石組合特征、有機(jī)地化特征、儲層孔裂隙特征、含氣性等方面開展研究，并評價了該地區(qū)頁巖氣資源潛力，以期為該地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于湖北省松滋縣境內(nèi)，大地構(gòu)造位置上位于中揚(yáng)子（華南）板塊中北部西與四川盆地毗鄰，北接秦嶺—大別造山帶，東靠江南—雪峰滑脫推覆隆起帶。本次研究主要涉及的松地1 井、松地2 井位于桑植—石門復(fù)向斜東北部劉家場背斜，構(gòu)造線走向以北東東—近南北向為主［12］，背斜核部出露寒武系覃家廟組、兩翼出露寒武系三游洞組和奧陶系，背斜北翼地層陡傾，傾角40°～50°，南翼平緩，傾角10°～15°，北翼被斷層切割，在剖面形態(tài)上總體呈現(xiàn)背斜緊閉、向斜寬緩的隔擋式褶皺特征。

2 頁巖儲存特征

2.1 地層及巖性特征

松地2井牛蹄塘組三段為深灰色、薄—厚層狀泥巖，上部含鈣質(zhì)，偶夾深灰色泥質(zhì)灰?guī)r薄層、條帶，見縫合線構(gòu)造，下部碳質(zhì)含量較高，含黃鐵礦條帶、紋層，厚度125.1 m。二段為灰黑色、薄—中層狀泥質(zhì)粉砂巖，上部夾深灰色鈣質(zhì)條帶，局部發(fā)育黃鐵礦結(jié)核；中—高角度裂隙較發(fā)育，方解石脈、泥質(zhì)充填，見一處石英脈充填裂隙，摩擦鏡面較發(fā)育，厚度120 m。一段為灰黑色、薄—厚層狀鈣質(zhì)泥巖，碳質(zhì)從上往下增加，局部含硅質(zhì)，底部為硅質(zhì)泥巖，方解石脈極其發(fā)育，下部黃鐵礦結(jié)核、紋層較發(fā)育，厚度124.3 m，與下伏燈影組呈平行不整合接觸。上部為灰泥質(zhì)深水陸棚微相，中部為砂泥質(zhì)淺水陸棚微相，下部含碳質(zhì)硅質(zhì)泥巖段為碳質(zhì)硅質(zhì)泥質(zhì)深水陸棚微相。牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)泥頁巖位于牛一段，是生成頁巖氣的有利相帶。

2.2 有機(jī)地球化學(xué)特征

2.2.1 有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型決定了烴源巖的生烴能力和烴類性［13］。對松地1 井和松地2 井采樣進(jìn)行了干酪根有機(jī)顯微組分分析，結(jié)果顯示，牛蹄塘組泥頁巖的腐泥組含量占比最大，均超過96%，惰性組含量不超過4%，幾乎不含殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組，表明主要母質(zhì)以菌藻類低等水生生物等有機(jī)質(zhì)輸入為主，干酪根以腐泥型為主（表1）。

2.2.2 有機(jī)質(zhì)豐度

松地2井有機(jī)質(zhì)含量分析結(jié)果顯示，牛蹄塘組二段、三段泥頁巖有機(jī)質(zhì)含量整體較低，TOC 值為0.5%～1%，從牛蹄塘組一段1 530 m 處開始有機(jī)碳含量明顯增大，TOC值大于10%，隨深度增加，TOC值具有明顯的增大趨勢。

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平面上，研究區(qū)北部宜昌地區(qū)牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)泥頁巖有機(jī)碳含量介于0～19.4%，平均5%，且主要集中于1%～5.5%［14］。其中長地1 井牛蹄塘組一段富有機(jī)質(zhì)泥頁巖厚125 m，TOC 值主要為1.2%～12.5%，平均值5.4%；長地2井牛蹄塘組一段富有機(jī)質(zhì)泥頁巖厚63.3 m，TOC值主要為1%～5%，平均值2.6%；聶地1牛蹄塘組一段富有機(jī)質(zhì)泥頁巖厚125.2 m，TOC值主要為1.5%～19.4%，平均值6.8%（表2）。

2.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

下古生界缺乏來源于高等植物的標(biāo)準(zhǔn)鏡質(zhì)體，而富含瀝青，本文采用換算的等效Ro評價成熟度［15］。采樣分析結(jié)果顯示，松地1井實測牛蹄塘組泥頁巖瀝青隨機(jī)反射率為3.1%～4.3%，平均為3.6%，松地2 井牛蹄塘組實測牛蹄塘組泥頁巖瀝青隨機(jī)反射率為3.5%～4.2%，均值接近4%。對比長地1 井、長地2 井、聶地1井，總體看來研究區(qū)總體為過成熟階段。

2.3 礦物組成及物性特征

2.3.1 礦物組成

頁巖儲層的形成，不僅需要高的有機(jī)碳含量，而且要有一定量的石英等脆性礦物。脆性礦物含量控制頁巖的造縫能力，高含量的脆性礦物有利于后期的壓裂改造，黏土礦物的含量影響著頁巖的吸附能力，同時，高含量的碳酸鹽礦物有利于產(chǎn)生溶孔［16-17］。

以松地2井為例，16個頁巖樣品的全巖及黏土礦物組分分析結(jié)果顯示，牛蹄塘組泥頁巖礦物組份以石英和黏土礦物為主。石英含量為30.5%～50.7%，平均41.4%。黏土礦物含量為26.6%～50.1%，平均為39.9%，以伊利石為主，占比83.0%～87.0%，平均84.1%；綠泥石次之，占比10.0%～14.5%，平均12.3%；另外含少量高嶺石2.5%～4.0%。碳酸鹽巖礦物含量為10.3%～25.7%，平均為16.8%，其余為少量長石與黃鐵礦等?？傮w上來看，松滋劉家場地區(qū)牛蹄塘組為含粘土硅質(zhì)泥頁巖相。

2.3.2 孔裂隙結(jié)構(gòu)

對松地2井鏡下巖心觀察統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，牛蹄塘組含炭質(zhì)鈣質(zhì)泥巖和炭質(zhì)泥巖普遍發(fā)育裂縫，以高角度斜交裂縫最為發(fā)育，近垂直裂縫次之，少見層間裂縫（圖1）。其中，高角度斜交裂縫和近垂直裂縫的成因主要與構(gòu)造擠壓有關(guān)，縫面常見擦痕和階步。高角度裂縫傾角為50°～65°，最大密度為8 條/m，局部呈網(wǎng)狀密集發(fā)育，對連通頁巖內(nèi)各類孔隙增加有效孔隙度有貢獻(xiàn)。

2.4 含氣性特征

對松地2 井牛蹄塘組進(jìn)行了現(xiàn)場解析含氣性測試，數(shù)據(jù)顯示，含氣量為0.02～0.67 m3/t，平均含氣量為0.292 m3/t，松地2 井含氣性一般，垂向上含氣性規(guī)律為下部解析氣量要明顯高于上部。

3 頁巖氣選區(qū)評價

3.1 選區(qū)評價方法確定

根據(jù)規(guī)范《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0254—2014），針對牛蹄塘組目的層，研究區(qū)范圍內(nèi)自2017年以來累計施工了2口調(diào)查井，但由于構(gòu)造原因，目的層見氣效果不佳，勘探程度較低，無單井頁巖氣動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對于單井產(chǎn)量下限標(biāo)準(zhǔn)、含氣量下限標(biāo)準(zhǔn)等儲量起算要求均難以確定，本區(qū)塊按照“未發(fā)現(xiàn)原地資源量”估算頁巖氣資源潛力。本文結(jié)合本地實際，按照中國地調(diào)局選區(qū)標(biāo)準(zhǔn)所厘定的各參數(shù)與優(yōu)選因素，并綜合考慮研究區(qū)具有泥頁巖厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、熱演化程度高、構(gòu)造變形強(qiáng)、含氣性一般的特點(diǎn)，按照在活動區(qū)尋找穩(wěn)定區(qū)的思路，通過與鄂西地區(qū)牛蹄塘組各類參數(shù)運(yùn)用類比法進(jìn)行分析。選擇與工區(qū)地質(zhì)條件具有相似性，且進(jìn)行了系統(tǒng)的頁巖油氣資源評價研究，對油氣田或油氣藏的區(qū)塊采用類比法進(jìn)行分析［18-19］。

3.2 綜合評價

本次研究選取埋深500～4 500 m，有效厚度大于50 m，連續(xù)面積50 km2以上，臨近調(diào)查區(qū)的鄂西地區(qū)作為類比標(biāo)準(zhǔn)區(qū)，結(jié)合前人對鄂西地區(qū)16 口井牛蹄塘組含氣性特征進(jìn)行分析，類比區(qū)牛蹄塘組頁巖總含氣量范圍為0.02～6.5 m3/t，平均值約2.93 m3/t。根據(jù)氣量類比法計算預(yù)測區(qū)（調(diào)查區(qū)）和類比區(qū)的類比相似系數(shù)值為1.02。

3.3 評價結(jié)果

調(diào)查區(qū)有利目標(biāo)層段牛蹄塘組一段厚度均值為120 m，埋深1 000～3 000 m，同時考慮到調(diào)查區(qū)松地2井成熟度均值為3.8%，多個樣品的成熟度大于4%，因此，本調(diào)查區(qū)僅能優(yōu)選出三類有利區(qū)（圖2）。

4 結(jié) 論

（1）松滋劉家場地區(qū)牛蹄塘組分為3 段，三段為深灰色、薄—厚層狀泥巖，厚度125.1 m。二段灰黑色、薄—中層狀泥質(zhì)粉砂巖，厚度120 m；一段為灰黑色、薄—厚層狀鈣質(zhì)泥巖，厚度124.3 m。其中上部為灰泥質(zhì)深水陸棚微相，中部為砂泥質(zhì)淺水陸棚微相，下部含碳質(zhì)硅質(zhì)泥巖段為碳質(zhì)硅質(zhì)泥質(zhì)深水陸棚微相。

（2）松滋劉家場地區(qū)牛蹄塘組干酪根以腐泥型為主，有機(jī)質(zhì)豐度值在0.53%～19.44%，平均4.96%；松地2 井牛蹄塘組實測牛蹄塘組一段泥頁巖瀝青隨機(jī)反射率為3.47%～4.22%，均值接近4%。礦物成分以脆性礦物和黏土礦物為主，普遍發(fā)育裂縫，以高角度斜交裂縫最為發(fā)育，近垂直裂縫次之，少見層間裂縫，對連通頁巖內(nèi)各類孔隙增加有效孔隙度有重要貢獻(xiàn)。

（3）松滋劉家場地區(qū)松地1 井和松地2 井牛蹄塘一段組現(xiàn)場解析含氣量為0.01～0.45 m3/t，平均含氣量為0.2 m3/t。通過與鄂西地區(qū)牛蹄塘組各類參數(shù)進(jìn)行類比，在松滋劉家場地區(qū)共優(yōu)選出1個三類有利區(qū)。