渝东北志留系下统龙马溪组页岩气成藏地质条件研究

2012-09-15张志平程礼军曾春林汪生秀王巧丽

特种油气藏 2012年4期

关键词：志留系页岩气资源量

张志平，程礼军，曾春林，汪生秀，王巧丽

(重庆地质矿产研究院，重庆 400042)

渝东北志留系下统龙马溪组页岩气成藏地质条件研究

张志平，程礼军，曾春林，汪生秀，王巧丽

(重庆地质矿产研究院，重庆 400042)

页岩气是重要的非常规特种油气资源。根据重庆渝东北地区志留系下统龙马溪组发育的黑色页岩的地质背景、有机地化特征、物性参数等指标综合研究认为，该区具备发育页岩气藏的地质条件。应用国内外评价标准，结合渝东北地区实际情况，优选出该区志留下统龙马溪组页岩气资源潜力区，并运用类比法、体积法、特尔菲法等计算研究区有利区页岩气资源量。关键词:成藏条件;资源量;页岩气;龙马溪组;志留系;渝东北地区

1 区域地质概况

1.1 区域地层

渝东北地区地层发育较好，出露地层齐全，层序清楚，接触关系明显，层位比较稳定，化石丰富，特别是早古生代地层分布广泛［1－2］。褶皱和断裂主体走向为东西向，以长轴褶皱为主，区域性断层伴随发育，地层普遍受到构造改造。区内地层均为沉积岩，除泥盆系、石炭系和第三系缺失外，从上元古界南沱组至第四系均有出露［3］。

1.2 区域构造

研究区大部分位于北大巴山冒地槽和南大巴山凹褶束2个构造单元内，在漫长的构造演化史中，主要经历了中元古代—新元古代早期扬子准地台褶皱基底形成、南华纪—三叠纪槽台分化和侏罗纪—第四纪陆内改造3个阶段，具有多旋回的特点。区内断裂褶皱发育，具有东西向密集、大体平行、不对称的背、向斜构造。巫溪一带构造线呈近东西向，向西至城口构造线逐渐向北发生偏转，由南西向北东褶皱的强度和密度都显示出由强变弱、由密到疏的特点。区域岩层由于构造作用，小型断层、褶皱以及大角度倾斜岩层较常见。

1.3 区域沉积

渝东北地区从早志留世开始，海水由南向北侵进，呈海湾状，海水深而不畅，沉积滞流相黑色页岩和硅质岩，笔石大量聚集，随着海盆扩大，处于潮下—浅海陆棚环境，沉积了页岩、粉砂岩、泥灰岩等组合;中志留世，沉积区水深加大，多沉积浅水陆棚相黄灰色、灰绿色粉砂质泥质岩;晚志留世，大部分地区上升为陆，成为剥蚀区［4］。

2 地层发育特征

研究区烃源岩富含有机质层段厚度适中，普遍为20～68 m，渝东北地区北部咸水—咸宜一带和南部奉节一带为厚度高值区 (图1)，咸水厚度近50 m，向东西两侧变薄，海平面降低。在高楼和中冈一带较厚，均超过50 m，反映沉积时物源供应丰富，推测其为当时的沉积中心。研究区页岩自上而下颜色逐渐加深，砂质含量逐渐减少，页岩中上部普遍含砂质、粉砂质，下部多含硅质及见黄铁矿富集层，地层以浮游生物、笔石为主要特征，黑色笔石页岩较常见，局部见放射虫、骨针等硅质生物碎屑。

图1 渝东北志留系下统龙马溪组埋深等值线

3 有机地化特征

3.1 有机碳

有机碳含量主要受物源及沉积环境控制［5］。研究区志留系下统龙马溪组的页岩中有机碳含量为0.57%～4.96%，样品平均值为2.86%，主体上主要分布在2%～4%之间。平面上，高有机碳含量区主要集中在开县满月乡、巫溪县寨包、巫溪龙台一带，有机碳含量为3.03% ～5.01%，平均为3.47%。有机碳含量整体上有向北减小的变化趋势(图2)。在剖面上，由于向上缺氧环境遭到破坏，造成岩性变化，有机碳含量逐渐减小。如在白鹿龙马溪组黑色页岩剖面中，随着剖面向上，有机碳含量降低，底部的最大有机碳含量为3.1%，向上减小至0.7%，全段平均为2.3%。

图2 渝东北地区志留系下统龙马溪组有机碳含量等值线

3.2 成熟度

研究区烃源岩总体演化程度较高，未见成熟度Ro小于1%的区域，Ro值范围为1.21% ～ 1.74%，平均为1.43%。平面上，形成开县满月到三合、巫溪高楼到咸水、兰英到汾河3个高值区，有机质成熟度Ro均大于1.5%，进入高成熟阶段。总体上说，有机质成熟度往南逐渐增高(图3)。根据美国经验在成熟度较高的区域依然有不少页岩气的产出，因此高成熟度不是制约页岩气聚集的主要因素，相反，高成熟度下页岩气亦能发育聚集［6］。

图3 渝东北地区志留系下统龙马溪组有机质成熟度等值线

3.3 有机质类型

渝东北志留系下统的页岩样品中有机显微组分以V(镜质组)为主，MB(腐泥质)、E(壳质组)、I (惰质组)基本未出现，镜质组形状有块状、脉状、碎屑状，呈灰白色。依据有机质类型指数(TI)值［7］判断出渝东北地区志留系下统龙马溪组页岩有机质类型均为Ⅲ型(表1)。早志留世时，在上扬子板块内的古陆上就已有较为高等的陆生植物存在，而植物存在的时间还可追溯到古陆开始发育的晚奥陶纪［8］。研究地区紧邻古陆，古陆上的风化剥蚀作用将大量陆生植物碎屑带入靠近古陆的缓坡环境中沉积下来，形成现今部分的Ⅲ型干酪根。

表1 富有机质显微组分定量统计结果

4 物性特征

4.1 孔隙度、渗透率及裂缝

孔隙度、渗透率及裂缝是评价页岩储层的主要物性指标。从地表采集样品分析结果来看，研究区页岩均具有较高的孔隙度，大致为 4.93% ～7.25%，平均为5.74%。而渗透率相对较低，为0.014 5×10－3～1.173 3×10－3μm2，平均为0.294 25 ×10－3μm2。孔隙度一般与渗透率存在正相关关系，但由于采集的野外样品受风化作用的影响，孔隙度与渗透率相关关系不是很明显。

研究区经历过多期次构造运动，区内节理(裂缝)较发育，野外露头的节理发育程度达到6～7条/m，镜下可观测到微裂缝、解理等，裂缝和节理可以为页岩里面的游离气提供储集空间，但同时由于构造作用，页岩气的保存会受到较大的影响。

4.2 岩石矿物

通过岩样薄片镜下分析，志留系下统龙马溪组岩石中石英、长石、岩屑等陆源碎屑平均含量为40.3%，杂基、胶结物等填隙物平均含量为59.7%，填隙物含量较高。而黏土矿物含量为12%～44%，主要为伊利石、伊蒙间层、绿泥石等。其中伊利石、伊蒙间层含量相对较高，志留系下统龙马溪组伊利石含量为42%～53%，平均为47%;伊蒙间层含量为32%～50%，平均为42.6%。伊利石、伊蒙间层遇水后容易堵塞孔隙和吼道，降低孔隙度和渗透率，对储层产生不利影响。由此可以看出，渝东北地区的储层比较容易受到伤害。

5 有利区及资源量

5.1 有利区

依照国内外标准［8］，结合渝东北地区实际情况，主要选取有机碳含量、有机质成熟度、厚度及含气量等指标(表2)，采用综合信息叠合法对研究地区页岩气发育有利区进行预测。

表2 渝东北主要页岩层系页岩气聚集预测关键参数指标

研究区龙台—咸水—文峰一带目的层的有效厚度为40～68 m，TOC为2.5% ～5.0%，Ro值为1.50%～1.65%(图4)。构造相对简单，理论吸附气量为0.6～0.9 m3/t。尤其是咸水地区，地层倾角为45°左右，地形条件较开阔，有利于工程施工。

5.2 有利区资源量

渝东北地区研究程度相对很低，选择面积丰度类比法和体积法预测目的层页岩气的资源量［9］。其中，面积丰度类比法计算得出志留系下统龙马溪组页岩气资源量为0.099×1012～0.269 ×1012m3;体积法计算得出志留系下统龙马溪组页岩气资源量为0.063×1012～0.432×1012m3。由于研究区研究程度低，评价方法使用条件具有差异性，因此，采用特尔菲法进行加权平均，得出渝东北地区志留系下统龙马溪组页岩气资源量最终为0.077 3×1012～0.369 0×1012m3。