浙西北页岩气勘探有利层系初探

赵 悦 （浙江大学水文与水资源工程研究所，浙江 杭州310058）

金 宠，楼章华 （浙江大学海洋科学与工程学系，浙江 杭州310058）

王 君 （浙江大学水文与水资源工程研究所，浙江 杭州310058）

浙江省常规油气资源匮乏，至今未有大发现、大突破，其能源格局与相应的经济发展状况极度不协调。而今，页岩气勘探开发在北美大陆上的大放异彩，已成为当前全球新能源发展的热点方向，页岩气等非常规能源在中国也受到越来越多的重视[1～3]。

通过野外地质考察和页岩气成藏参数测试，笔者分析了浙西北泥页岩层系的有机地化特征、岩矿特征、页岩气储集特征和含气性特征，探讨了浙西北地区页岩气勘探的有利层系。

1 区域地质背景

浙江地区加里东期抬升剥蚀，印支期的逆冲推覆以及燕山期以来的多幕构造运动和强烈的岩浆活动，传统油气地质条件不甚理想，然而页岩气以吸附或游离状态存在于富含有机质的暗色泥页岩或高碳泥页岩中，具有自生自储、吸附成藏、隐蔽聚集等特点，通常就近聚集成藏，不受构造控制，无圈闭[4]。浙西北地区在构造位置上属于扬子陆块的东缘，印支运动以来，受制于太平洋俯冲消减作用，岩浆作用明显，热演化程度高，并且断裂发育密度大、不同性质的断裂系统相互作用，各盆地演化具有相对的独立性，然而还是残留沉积了多套古生界海相页岩和中新生界陆相泥页岩。所以，页岩气资源的勘探在浙江地区显得极为重要。

浙江地区构造分区以江绍断裂为界，浙西为北扬子陆块边缘准地台，浙东南为华夏陆块华南加里东褶皱系。浙西北地区地层可以划分为三大构造层：系指现今分布于浙江西北基底界面、加里东构造界面、印支构造界面和地表4个代表了构造变形和剥蚀面之间所限定的3个不同时代由于构造运动所造成的地壳 （陆壳）构造－建造单元。三大构造层和构造运动简史如表1所示。

在上述构造格局之下，浙江地区暗色泥页岩的分布如表2所示，其典型的特点为以江绍断裂为界，海相页岩分布在浙西北地区，中生界陆相油页岩主要分布在浙东南地区。

表1 浙西北地区构造运动简史和构造层划分表

表2 浙江地区主要泥页岩特征表

2 浙西北地区页岩气勘探有利层系分析

控制页岩气成藏的因素就页岩自身来说，主要包括有机质丰度和类型以及成熟度、页岩裂缝发育状况、页岩的物性、岩矿特征、现今残存厚度和面积等[5]。总有机碳质量分数ω（TOC）是页岩气聚集成藏最重要的控制因素[6]；有机质成熟度是油气生成的关键[7]；页岩面积和厚度是页岩气聚集的保障；页岩孔隙与裂隙愈发育，气藏富集程度愈高[8]，而岩性、岩石中的矿物组成是控制裂隙发育程度的主要因素[7]。

前人对浙西北泥页岩的厚度和空间展布已做研究，下寒武统荷塘组 （∈1h）、中上奥陶统和龙潭组（P2l）的厚度和展布空间条件均较好[9，10]，故笔者针对页岩气成藏条件，对浙西北泥页岩层系进行了有机地化特征、岩矿特征、储集特征和页岩含气性特征等进行分析。

2.1 页岩有机地化特征

有机质丰度指标主要包括ω（TOC）和ω（氯仿沥青 “A”），由于我国海相地层发育时代早、经历的构造运动多，残留ω（氯仿沥青 “A”）普遍很低，不能准确反映我国海相页岩的生烃能力，故主要采用ω（TOC）对页岩进行评价。浙西地区黑色页岩中有机质颗粒有不规则细粒状、长条状以及尘点状，有机质颗粒中多见极小的黄铁矿。

浙西北地区页岩ω（TOC）总体较高，最高为4.75%，最低为0.38%。∈1h的ω（TOC）高，为4.03%～4.75%，平均为4.52%，干酪根类型主要为Ⅲ型，形态有机显微特征为少量白色碎屑沥青；二叠系ω（TOC）均在0.8%以上，平均为1.2%；桐庐冷坞P2l的ω（TOC）为1.44%，金衢盆地为0.8%～1.4%；P2l干酪根类型为Ⅱ－Ⅲ型，主要为Ⅲ型。中上奥陶统、中侏罗统马涧组 （J2m）和下白垩统寿昌组 （K1s）的ω（TOC）也均在0.5%之上 （图1（a））。另外，通过试验测得数据，K1s和P2l的ω（总烃）最高 （图1（b））。综合测试结果，浙西北地区页岩的生气条件为较差－中等，其中∈1h和P2l生气条件相对较好。

图1 浙西北页岩有机地化指标

根据目前美国页岩气勘探实践表明：美国页岩气产区的页岩镜质体反射率Ro普遍大于1.3%[11，12]，只有在较高成熟度的地区才有页岩气的产出[13]。因此有机质成熟度高利于页岩气聚集。∈1h烃源岩Ro平均为3.73%；中上奥陶统宁国组 （O2n）和胡乐组 （O2h）的Ro平均为2.4%～2.67%；浙西北金深8井资料表明，2566～3022m井段下二叠统同井段10个样品Ro值为2.05%～2.52%，平均2.32%。可见浙江地区页岩的成熟度热演化程度高，属于成熟－过成熟阶段 （图1（c））。

2.2 页岩储层特征

2.2.1 矿物组成

黏土矿物X射线衍射分析镜扫描观察结果表明，浙西北地区黑色页岩的主要矿物成分为石英、黏土矿物、长石以及碳酸盐，次要矿物组成为黄铁矿，黏土矿物主要包括高岭石、绿泥石、伊利石和伊－蒙混层等。

浙江地区页岩中，P2l和∈1h的体积分数φ（石英）较高，岩石中的石英导致泥岩中的韧性不足，容易造成裂缝，有利于页岩气的富集 （表3）。研究区黑色页岩的黏土矿物主要为高岭石、伊利石、绿泥石及伊－蒙混层，由于诸如伊利石中铝酸盐矿物的微孔有着吸附天然气的能力，所以，黏土矿物总量和吸附气量呈正相关关系。浙西北地区页岩中黏土矿物含量 （体积分数）均较高 （表3），∈1h中黏土矿物含量相对较低，但∈1h伊利石含量较高，P2l伊利石含量较低 （图2（a））。

表3 浙西北页岩矿物体积分数平均值 %

研究区碳酸盐主要有方解石和白云石。碳酸盐含量和吸附气含量呈略微的负相关关系。所以，页岩中碳酸盐的含量增加，吸附气量减少[3]，浙西北页岩∈1h和P2l碳酸盐含量低 （图2（b））。

2.2.2 物性特征

页岩吸附气含量随页岩密度的增大呈减小的趋势，主要原因是随页岩密度的增加，ω（TOC）减小，因此，随页岩密度的增大吸附气含量是减小的。浙西北地区页岩视密度下寒武统∈1h和P2l相对较低（图2 （c））。

图2 浙西北页岩矿物组成及视密度分布

页岩主要由各种黏土矿物、各种碎屑和非碎屑矿物以及有机质组成，具有较强的非均质性，泥页岩可以在显微镜及扫描电镜下观察到，不同大小的孔隙、喉道、晶洞和裂缝组成的复杂多孔系统，并具有网格状有限联通的特征[14]。在非常规油气研究中，孔隙度大小直接控制着游离态天然气的含量。渗透率是判断页岩气聚集是否具有足够经济价值的重要参数之一，页岩的基质渗透率很低[15]，但随裂缝的发育而大大提高。∈1h孔隙－微孔隙发育，孔径为2～20μm居多，也见孔径为20～40μm较大孔隙 （图3 （a）、 （b））。∈1h属于低孔－低渗，孔隙度为 0.6%， 渗 透 率 为0.0054mD；P2l结构较致密，常见微孔隙，孔径为1～3μm，见少量孔径为5～25μm较大孔隙 （图3（c）、（d））。P2l样品由于风化导致孔隙度超过10%、渗透率为0.0076mD，属于低渗储层。

图3 浙西北页岩孔隙结构特征

2.3 页岩含气特征

根据测试结果和langmuir模型计算 （图4、5），∈1h泥页岩在1.59MPa压力时，最大吸附含气量为2.95m3/t；P2l泥页岩在0.68MPa压力时，最大吸附含气量为1.50m3/t。说明浙西北地区古生界页岩的含气量特性较好，推测在地下条件较好的情况下能聚集足够的页岩气。

泥页岩吸附－脱附过程曲线 （图6、7），吸附过程中随着相对压力的增加，吸附气体体积逐渐增大，但是增长缓慢，而脱附过程中则是减少相对缓慢，吸附－脱附过程存在滞后性。P2l样品测试首尾基本重合，并且曲线光滑，说明死端孔隙少。∈1h页岩的平均孔径为8.3μm，P2l泥页岩的平均孔径为10.7μm，孔隙体积均较大，利于页岩气的储积。∈1h和P2l的BET比表面积均较大，利于页岩气的吸附 （表4）。

图7 P2l泥页岩吸附－脱附过程曲线图

图4 安吉叶坑坞∈1h泥页岩等温吸附曲线

图5 桐庐冷坞P2l泥页岩等温吸附曲线

表4 浙江地区页岩比表面、孔径参数表

3 结 论

1）浙西北页岩的有机地化特征表明下寒武统∈1h和P2l具有相对较好的页岩气勘探前景。

2）浙西北页岩矿物组成和物性特征表明∈1h和P2l具有较好的页岩气储集条件，页岩含气量分析表明∈1h和P2l含气性高。

3）综合分析表明∈1h和P2l是浙西北页岩气勘探的最具潜力的层系。

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