保山地区下仁和桥组页岩气成藏条件分析
2014-08-03陈志柱张宗羲
陈志柱，张宗羲，杨 楠，白 鹏
(云南省煤炭地质勘查院，云南 昆明 650218)
根据区域地质资料及野外调查结果，云南省滇西保山地区下志留统下仁和桥组发育一套灰黑一黑色泥页岩，其区域展布稳定，分布区域广，单层厚度大，有机质丰度高，是滇西页岩气勘探评价的重要层位。
1 区域地质背景
1.1 构造特征
滇西保山地块位于云南省西部的滇西地区，大地构造上位于藏—滇—泰—马中间板块中段，西以怒江—瑞丽断裂为界，东以澜沧江—柯街—南汀河断裂为界(图1)，地壳相对稳定。区内褶皱较为发育，主要是保山—施甸复背斜。与之相对的主要向斜构造有双角林向斜、瓦马—石瓢复向斜、东山—瓦渡—平林子复向斜等。全区次级褶皱较为发育，多为一系列紧密线状褶皱，一般向斜完整，背斜保存较差，背斜紧闭、向斜开阔(云南省地质矿产局，1990)。
1.2 沉积演化特征
晚寒武世，滇西保山地块为浅海陆棚相的稳定沉积，此后，海水逐渐后退形成一套进积型沉积，使下奥陶统平行不整合于寒武系之上。奥陶世始至早石炭世主要为一套潮坪一浅海一台盆一浅海—台地相沉积，由于早奥陶世始至下石炭世以来沉积比较稳定，志留纪末的晚加里东运动在在保山反映也不明显，使得下志留世沉积得以完整保存，仅后期的褶皱作用及差异性升降运动产生褶皱、断层。从整体上来看，保山地块地层层序较完整，地块相对稳定有利于页岩气的生成。
图1 保山地块地理、构造及研究区位置图(据姚金昌，2004，修改)
2 下仁和桥组特征
根据1∶20万保山幅区域地质调查资料，下志留统下仁和桥组上部为灰色、灰紫色粘土质页岩夹硅质粉砂岩，中部为一套黑至黑灰色页岩、粉砂质页岩，含笔石化石，底部夹硅质页岩。早志留世，本区与思茅地区介于高黎贡山与川滇古陆之间，发生广泛的海侵，西部保山一带为浅海较深水宁静的还原环境，主要发育黑色笔石页岩，属于准地台型沉积(云南省地质矿产局，1990)。
下仁和桥组(S1r)黑色页岩在保山地块分布广泛，以施甸县向南北逐渐增厚，南部至里巴拉地区可达212m左右，北至保山瓦房街厚约137m，东至昌宁青木林一带变薄厚约40m左右。总体看下仁和桥组出露厚可达49m～457m，其中黑色页岩43m～212m(图2)。全区出露较多，在响水凹、老麦乡、老尖山、里巴拉、仁和桥、沙河厂等地均可见较好黑色页岩露头，与上部奥陶系整合接触。区域内大范围厚层的富含有机质的黑色页岩，是形成页岩气藏得物质基础。
图2 下仁和桥组(S1r)剖面黑色页岩柱状对比图
3 有机地球化学特征
富含有机质页岩的生气能力和储集能力与其自身的地球化学特征密切相关。生成页岩气的能力和数量主要取决于以下三个因素：1.不同类型有机物质成因的联系和原始生成天然气的能力，即有机质类型；2.有机物质在岩石中原始沉积的数量，即页岩有机碳含量；3.有机物质转化成烃类天然气的程度，即有机质热演化程度。前两个因素主要由沉积环境决定，最后一个因素主要取决于沉积的热演化强度和持续时间。
3.1 有机质类型
有机质类型，从一定程度上决定着有机质的生烃潜力。北美典型页岩气藏的干酪根主要为Ⅱ型或Ⅰ型干酪根，少量为Ⅲ型干酪根(杨振恒，2010)。对福特沃斯盆地Barett 页岩干酪根进行目测评价发现无定型有机质占95%～100%(Jarvie etal，2007)偶尔能见到塔斯马尼亚孢属藻类。从化验分析结果显示，保山地区下仁和桥组有机质页岩中有机质显微组分腐泥组含量较高，约为55～66%，基本为藻类—无定形组，惰质组占32～45%，镜质组极少或基本没有。干酪根类型属于Ⅱ2型，具有较强的生烃潜力。
3.2 有机质丰度
研究表明，黑色页岩中有机碳含量不仅控制着页岩的物理化学性质，包括颜色、密度、抗风化能力、放射性和硫含量，也在一定程度上控制着页岩裂缝的发育程度，更重要的是控制着页岩的含气量(聂海宽，2009)，其他条件相同时，有机质丰度越高，源岩生气潜力就越大。
通过野外采样测试，结果显示保山地区下仁和桥组黑色页岩TOC含量较高，为0.24%～10.60%。其中该层中部3个页岩样品有机碳含量为0.24%～0.60%，平均0.41%；中下部2个页岩有机碳含量为2.85%～3.15%，平均为3.0%；下部2个页岩有机碳含量为9.81%～10.60%，平均为10.20%；最大值在老麦乡附近采取的新鲜露头样达到10.60%(图3)。自上而下，页岩页理逐渐发育，有机质含量逐渐增加，颜色由深灰色变为黑色。至底部，由于有机质富集而形成黑色的“碳质页岩”，有时伴生黄铁矿、菱铁矿结核及锰矿等，表明下仁和桥组具有很强的生烃潜力。
图3 滇西保山下仁和桥组综合柱状图
3.3 有机质成熟度
成熟度是确定有机质生油、生气或有机质向烃类转化程度的关键指标。对于热成因型气藏，随着镜质体反射率(Ro)的增高，含气量会逐渐增大。当Ro>1.1%后，页岩油开始裂解生气，但是当Ro>3%后，有机质进入过成熟期，生气量明显减少(DOW，1977)，所以一般认为1.1%
4 矿物学特征
脆性矿物含量是影响页岩基空隙和微裂隙发育程度、含气性及压裂改造的重要因素。页岩中粘土矿物含量越低，石英、方解石等脆性矿物含量越高，岩石脆性越强，在外力作用下越易形成天然裂缝和诱导裂缝，形成树状或网状结构缝，有利于页岩气开采，一般其脆性矿物含量要高于40%，黏土矿物含量小于30%(陈更生，2009)。
保山地区下仁和桥组共采黑色页岩样7个进行X射线衍射实验，结果显示，该区域矿物成分较复杂，普遍含有伊利石、高岭石等粘土矿物以及石英，部分层位含黄铁矿(见表1)。脆性矿物含量比较高，均超过50%以上，石英含量为55%～70%，部分样品含方解石；粘土矿物总含量大概为30%～40%，主要为伊利石及伊/混层及少量的高岭石。根据泥质岩黏土矿物演化与成岩阶段划分指标，说明研究区已进入中成岩作用B期阶段，与前文所述的有机质成熟度在1.27%～1.70%，处于成熟—过成熟阶段相对应。
5 页岩储层特征
5.1 页岩物性特征
在常规储层分析中，孔隙度和渗透率是储层特征研究中最重要的两个参数，这对于页岩气藏同样适用。美国五大含气页岩的孔隙度分布范围3%～14%，国内一般认为有利区页岩储层的孔隙度要大于4%。渗透率是判断页岩气藏是否具有开发经济价值的重要参数，页岩的基质渗透率非常低，但随裂缝的发育而大幅度提高。由于页岩具有低的渗透率，因此就需要产生大量的裂缝(人工压裂)来维持商业生产。保山地区下仁和桥组(S1r)所采的7个样品中黑色页岩有效孔隙度为5.20%～16.90%，平均值为11.03%，渗透率为0.0090～0.2305×10-3μm2，平均为0.052×10-3μm2。据此推断，下仁和桥组页岩储层具备良好的页岩气储集能力。
表1 保山地区下仁和桥组暗色泥页岩矿物成分X射线衍射分析统计表
5.2 孔隙空间特征
页岩基质及有机质中发育大量微米—纳米级孔隙，在提高页岩的储集性能上具有重要作用。
从扫描电镜上可以看出下仁和桥组黑色页岩中孔隙和微孔隙发育，孔径多在1～20μm，部分22～33μm，个别大于40μm(见图4)，表明下仁和桥组暗色泥页岩孔隙系统较为发育。
图4 保山下仁和桥组页岩样品扫描电镜图(样品号：1)
6 结 论
综上所述，保山地区下仁和桥组从宏观到微观具有以下地质特征：
(1)下仁和桥组黑色页岩发育，厚度稳定，有机质丰度高，具有较好的页岩气形成条件。
(2)下仁和桥组黑色页岩有机质主要为腐泥组，类型为Ⅱ2型，最大镜质体反射率(Ro)值1.79%，最小Ro值为1.27%，平均1.61%，属成熟—过成熟阶段，有机质的大量转化，有利于形成充足的天然气供给。
(3)下仁和桥组黑色页岩脆性矿物含量比较高，均超过50%以上，石英含量为55%～70%；粘土矿物总含量为30%～40%，岩石脆性越强，在外力作用下易形成天然裂缝和诱导裂缝，为页岩气开发提供条件。
(4)下仁和桥组(S1r)黑色页岩有效孔隙度为5.20%～16.90%，平均值为11.03%，扫描电镜结果显示孔隙和微孔隙发育，具备良好的储集空间。
因此，保山地区下仁和桥组具备了页岩气的形成、聚集成藏条件，很可能成为滇西页岩气勘查评价的一个重要层位。
参 考 文 献
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