四川盆地下古生界页岩气研究现状及勘探前景

2013-12-17王君泽冯杰瑞

四川文理学院学报 2013年2期

邓红，王君泽，冯杰瑞

(1.成都理工大学能源学院，四川成都 610059;2.长庆油田第三采油厂，宁夏银川 750001;3.长庆油田第五采油厂，宁夏吴中 710018)

0 引言

根据Curtis对页岩气进行的描述性界定，认为页岩气在本质上与其他类型的气藏有较大的差异，它既具有生物化学成因气的特点，又具有热成因气或两者混合的多成因气特点，具有隐蔽性聚集机理，普遍的地层饱含气等特点，赋存方式复杂.［1］根据前人对页岩气成藏机理的研究，把页岩气概括为:主体上以吸附和游离状态赋存于暗色泥页岩及其所夹砂岩、粉砂岩地层中的天然气聚集，其中吸附作用是页岩气的重要机理之一.［2-6］

根据前人研究，页岩气不仅仅是指赋存于页岩地层中的天然气，泥岩也属于页岩气赋存的载体和研究范围，所以可将天然气在其中进行生、储、聚、保等成藏作用的岩石合称为泥页岩.［7-9］在页岩中，天然气具有多种赋存状态，其中包括极少量的天然气以溶解状态赋存于有机质内，大部分是赋存于岩石颗粒和有机质表面的吸附状态的天然气和赋存于孔隙和裂缝之中的游离状态天然气.有机质含量与以吸附状态赋存的天然气密切有关，其中吸附状的天然气与游离状天然气的含量呈反比关系，［10］吸附状态天然气的含量在20%～85%之间.［11］我们知道煤层气的吸附气含量在85%以上，而常规圈闭气的吸附气含量通常忽略为零，因此就赋存状态而言，页岩气介于煤层气和常规圈闭气之间.因此页岩气除在干酪根有机质、孔隙水以及液态烃类中的赋存机理以外，还具有从生烃初期时的吸附聚集到大量生烃时期的活塞式运聚，再到生烃高峰时期的置换式运聚的成藏机理特点.［12］

页岩气具有复杂的赋存机理和成藏机理，所以在研究和勘探方面具有一定难度，但因其具有资源量大，含气面积大，开采周期长等特点而越来越受到重视.四川盆地作为大型复合型含油气盆地，发育了多套烃源岩，其中下古生界的筇竹寺组和龙马溪组两套地层的岩性以黑色页岩为主，可以看作是此地区页岩气研究和勘探的重点地层.［13］在本文中，作者结合前人的研究，总结四川盆地下古生界页岩气的研究现状，并着重探讨筇竹寺组和龙马溪组的页岩气的勘探前景.

1 四川盆地概况

四川盆地地理位置上位于四川省的东部和重庆直辖市，西为龙门山，北为大巴山和米仓山，南为大凉山、娄山，东为七峻山;从构造位置上看位于扬子准地台的西北部，介于龙门山大巴山台缘坳陷，米仓山隆起与滇黔川鄂台褶带之间，盆地呈北东向菱形四边形展布，面积18万平方公里(图1).四川盆地构造上属(上)扬子板块的一部分，是特提斯构造域内长期发育，不断演进的古生代-中新生代海陆相复杂叠合，并且在前震旦系变质岩基底上沉积了巨厚的震旦纪中三叠世海相碳酸盐岩和晚三叠世始新世陆相碎屑岩的大型复合型含油气盆地.［13］

图1 四川盆地地质单元划分图

根据前人研究，四川盆地主要发育了六套有效烃源岩层位，分别是古生界的下寒武统、上奥陶统、下志留统、二叠系及中生界的上三叠统和中下侏罗统，上震旦统至志留系是一套海相层系，除华蓥山断层出露中上寒武统以上地层外，露头地层主要分布在盆地边缘.［14-15］下古生界含气系统的有效烃源岩主要为下寒武统筇竹寺组黑色页岩和下志留统龙马溪组黑色笔石页岩，该两套页岩为四川盆地下古生界较有利的页岩气含气层位，所以本文重点关注此两套地层.

2 四川盆地页岩气研究现状

四川盆地是我国重要的天然气产地之一，依托其独特的构造、沉积演化背景，发育出大规模的海相碳质泥页岩，构成了盆地内天然气广泛聚集成藏的物质基础.因此，相关单位对盆地已做了大量的地质调查工作，但是其工作重点大部分集中在二叠系以上的地层，对下古生界的地层专注较少.近年来，随着对页岩气的勘探开发被提上议程，作为盆地页岩气资源最有利成藏目标的下古生界地层也逐渐受到重视.2006年，中国石油天然气集团公司初步评估了威远和泸州两地区下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组页岩气资源为(6.18～8.14)×1012m3.［16］此外很多学者也对四川盆地内这两套地层的页岩气储量进行了估算，估算四川盆地南部和西南部的筇竹寺组页岩气的储量分别约为(7.14～ 14.16)× 1012m3［17］和(4.113～8.148)× 1012m3，［18］估算威远气田区筇竹寺组页岩气为(0.8684～3.1692)×1012m3，［18］而四川盆地及邻区龙马溪组页岩气资源量估算为(4.0～12.4)×1012m3.［19］如此惊人的储量，还仅仅是估算了一小部分，可见四川盆地下古生界页岩气的储量是很大的.

3 四川盆地页岩气勘探前景

3.1 下古生界泥页岩生烃条件

岩性特征:筇竹寺组主要为一套浅海陆棚相沉积，由深灰色-黑色碳质(富有机质)页岩、粉砂质页岩和粉砂岩组成，向上颜色变浅，砂质增多，偶夹碳酸盐岩.［20］该组页岩川北称之为筇竹寺组，川西南称之为九老洞组，川东、川南、川东南称之为牛蹄塘组.

志留系的主要勘探区域是在川东和川南地区，志留系是四川盆地的主力生烃层系.［21-22］龙马溪组主要为一套浅水-深水陆棚相沉积，由深灰-黑色粉砂质页岩、富有机质(碳质)页岩、硅质页岩夹泥质粉砂岩等组成.［20］

地层沉积厚度:筇竹寺组由于受到剥蚀作用，导致在盆地西部边缘的雅安-天全-大邑一带缺失.而在盆地的其余地方几乎都有该套页岩的存在.该组沉积厚度较大，平均厚度约139m，川中地区页岩沉积厚度小，川东、川东南及川西南地区页岩沉积厚度较大，川东南地区最厚可达450m;乐山-龙女寺古隆起下寒武统筇竹寺组的黑色、深灰色页岩，厚度一般100～400m;资阳-威远地区较厚，达250～350m.［23］

龙马溪组在古隆起顶部及盆地西部部分或全部缺失，但在盆地内该地层厚度一般在50～250m之间;龙马溪组页岩的厚度中心在川东万县和川南宜宾及周缘地区，最大厚度在350～550m.

有机碳丰度:根据美国页岩气开采经验，含气页岩的总有机碳含量下限定在0.5%，［24］而作为商业型页岩气开发的有机质含量的下限一般为2%，但在热演化程度高的地区，部分学者认为可以把下限值定为1%.四川盆地下古生界页岩的有机碳含量基本在0.5%以上，已达到了下限要求.下寒武统筇竹寺组烃源岩有机碳含量一般在0.5%～ 25.7% 之间，［25］以川东北和川西 - 川西北地区丰度值最高，多为1%以上，川中及川西南和川东地区的有机碳含量较低.在整个盆地内，下志留统龙马溪组烃源岩有机碳含量一般约在2.0%～4.0%之间，［15］达到了页岩气商业开发的下限要求.综上所述，四川盆地内龙马溪组和筇竹寺组二套地层的有机碳含量几乎都达到了生烃下限，部分地区达到商业开发的TOC下限.

有机质类型:根据美国页岩气的勘探经验，Ⅰ型与Ⅱ型干酪根为页岩气生成的主要有机质类型.［1］根据前人对四川盆地下古生界页岩的显微组份的分析，［26］可以确定川东地区下古生界页岩干酪根类型以Ⅰ～Ⅱ型为主，而川西南及川东南地区，下古生界页岩有机质则是以Ⅱ型干酪根为主.均具较强的生烃能力.

有机质成熟度:有机质成熟度划分标准为:Ro低于0.6%为未成熟;0.6～1.3%为成熟;1.3～2%高成熟;2～3%过成熟早期阶段;3～4%过成熟晚期阶段.四川盆地下寒武统页岩总体热演化程度高，除盆地中东北部成熟度较低(Ro约为0.59%)外，盆地内其他地区均已达过成熟阶段，宜宾地区、盆地北部及川湘凹陷带相对较高(Ro大于4.0%);［26］下志留统泥质烃源岩 Ro值为2.2-4.0%，［27］已演化至过成熟阶段;川南地区成熟度较低，普遍小于2.8%.该两套页岩热演化程度要比美国页岩气盆地的0.4%～2.0%高，所以单从有机质成熟度方面考虑，该两套地层生烃能力也是很强的.［1］

综合以上五点，并对比美国在此方面的经验，可以得出四川盆地的下古生界的下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组具有很好的生烃条件.

3.2 下古生界页岩气储集条件

孔隙度和渗透率:四川盆地下古生界页岩均具有较高的孔隙度，大致分布在2.59～10.94%.由于地面样品长期遭受风化剥蚀形成的片状构造或由于构造运动造成的裂缝导致某些样品的孔隙率可达20%以上，且具有较大的比表面积，可为页岩气的储集提供充足的空间.

裂缝及不整合:裂缝及不整合可为页岩气提供良好的储集空间.四川盆地下古生界地层裂缝发育在寒武系沉积后经历了多期构造运动，形成的裂缝通常成为地下水的渗滤通道，也为页岩气提供充足的储集空间;晚古生代与下伏早古生代之间存在一个区域性不整合面，从震旦系至白垩系的层间都是整合或平行不整合，角度不整合只在川西局部地区出现，均为页岩气提供了较好的储集条件.

吸附气量:页岩气的吸附机理对天然气的聚集具有积极的作用.［1］前人通过对四川盆地下古生界页岩地面样品进行等温吸附实验，［28-29］发现下古生界页岩具有较好的吸附气性能.分析实测数据后发现:页岩中吸附气含量和压力呈正相关关系;页岩有机碳含量也能影响吸附气量，也存在正相关的线性关系.

综合以上三点有利条件，可以得出四川盆地的下古生界的下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组具有很好的储集条件.

3.3 下古生界页岩气封盖及保存条件

盖层:泥页岩具有很好的致密性，既可以作为常规油气藏的盖层，也可以作为自生自储的页岩气藏的盖层.前人在对四川盆地下古生界泥质岩的微孔结构分析测试中，发现泥页岩封闭性能差别较大，但封盖性能总体较好;［30］同时泥页岩喉道极小，一般在 0.0018～ 0.0184μm 之间，［31］因此它具有良好的封隔能力，具备较好的盖层条件.

保存条件:四川盆地海相层系虽经后期改造，但总体面貌未受明显破坏.构造运动对保存条件的影响可表现在古生界地层实体的保存程度和稳定性上，四川盆地下古生界地层构造形变相对较弱，且纵、横向连续性相对较好，其地层实体保存较好，这个稳定的构造格局使得古油藏得以很好地保存.［26］古油藏的完好保存为油裂解成气提供了完好的物质基础，为烃源岩演化至枯竭之后提供了新的气源.下古生界储层中的沥青分布较广，证明在这一区域内裂解气为页岩气成藏提供了很好的物质基础.由于页岩气特殊的储存机理，页岩气藏具有较强的抗构造破坏能力，可以推断下古生界地层经历的构造运动并未对页岩气藏造成大的破坏，是有条件形成页岩气藏的.［32］

4 结论

(1)四川盆地下古生界发育了两套重要烃源岩:下寒武统筇竹寺组黑色页岩和下志留统龙马溪组黑色笔石页岩，该两套页岩是四川盆地下古生界比较有利的页岩气含气层位.

(2)近年国内研究者陆续在页岩气开展了一些研究工作，基本上是关于页岩气的前期调研、技术准备以及资源潜力评价等方面的，总体上处于前期的探索和准备阶段.

(3)四川盆地下古生界下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组，沉积层位稳定、分布面积广、沉积厚度较大，有机碳含量高、有机质类型好且热演化程度高，可见其是具备良好的生烃条件;发育的裂缝和较好的吸附性能，使储集条件具有较高的孔隙度和渗透率;加之良好的盖层和保存条件，所以四川盆地下古生界下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组是页岩气成藏的有利层位，具有很好的页岩气勘探和开发前景.

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