桂中坳陷泥盆系页岩气勘探潜力分析

2014-09-10李清

长江大学学报(自科版) 2014年10期

李清

(中石化华东分公司非常规勘探开发指挥部，江苏南京 210011)

桂中坳陷是在加里东运动基础上形成的晚古生代海相大型沉积坳陷，面积约为4.6×104km2，属于典型的特提斯与滨太平洋二大构造域复合地带，具有明显的构造带转换与叠加特征[1]。桂中坳陷形成于古特提斯洋打开的构造背景下，加里东期坳陷明显具有被动大陆边缘裂陷盆地的性质；海西期，由于受南部古特提斯洋拉张裂陷系统的影响，下沉接受沉积，形成被动大陆边缘裂陷盆地，台盆格局形成；印支期，受南部特提斯洋俯冲-碰撞与关闭的影响，该区东部发生造山作用，桂中坳陷又转化为前陆盆地；燕山期的挤压与逆冲推覆作用以及喜山期坳陷的整体稳定抬升与剥蚀，形成了桂中坳陷现今的构造残留盆地面貌。桂中坳陷北部与江南古陆毗邻，西北部与黔南坳陷相接，东部以龙胜-永福断裂及大瑶山断裂为界，与桂林坳陷及大瑶山隆起相邻，西部以南丹-都安断裂为界而与南盘江坳陷及罗甸断坳相接[2-4]。按照现今的构造格局，桂中坳陷可划分为北部斜坡，北部凹陷，中部凸起和南部凹陷4个二级构造单元。

桂中坳陷油气显示广泛、古油藏发育，经地面地质普查、详查及钻井揭示，油气显示46处，其中地表露头32处，钻井揭示14处(见表1)。油苗8处，气苗15处，沥青23处，分布层位下泥盆统(D1)～下三叠统(T1)。其中4口钻井以上出现天然气井涌及井喷，由于井喷引起火灾的2口。发现油斑、晶洞原油、油质沥青的井有5口，2007年完钻的桂中1 井是目前坳陷内的最深一口探井，完钻井深5151.86m，完钻层位为下泥盆统那高岭组，主要目的层段含油气与沥青显示井段累计700余米[5]。这些成果揭示桂中坳陷存在大规模油气聚集成藏过程，具备油气成藏的基本地质条件。

表1 桂中坳陷钻井油气显示表

1 页岩气形成条件

1.1 泥页岩的发育情况

桂中坳陷是在广西运动基础上形成的晚古生代海相大型沉积坳陷，区内泥盆纪呈台盆相间的沉积格局，在沉积史上，各相带发育齐全，同时异相及同相异时沉积发育，平面上相互交错(见图1)，垂向上韵率频繁，泥页岩具有平面上分布广，纵向上发育层系多、单层厚度大的特点。泥质烃源岩的分布受沉积相控制明显，暗色泥页岩主要分布于盆地相区，灰-灰黑色泥页岩主要分布在台地边缘斜坡相区。盆地相区的下泥盆统塘丁组、中泥盆统纳标组和中泥盆统罗富组(层位分别对应于台地相区的郁江组、应堂组和东岗岭组)为泥页岩主要的发育层系。

根据沉积相及周边露头区的资料，台盆相暗色泥页岩从南丹、河池往南至来宾、柳州到鹿寨、永福一带均有分布，累积厚度为200～600m。暗色泥页岩的沉积中心位于南丹-宜山-柳州一带，累计厚度约600～1200m(见图2)。多口钻井资料揭示井下暗色泥岩也极为发育，具有厚度大，层数分布多的特点。柳1井暗色泥岩单层数为41层，单层厚度最大为24.1m，累计视厚度为301.6m，占中泥盆统地层厚度的36.7%；柳深1井暗色泥岩单层数为41层，单层厚度最大为65m，累计视厚度为783m，占中泥盆统地层厚度的41.5%，灰色、深灰色泥岩多夹薄层灰黑色泥灰岩，泥岩局部页理发育。综合地面露头剖面和井下地层分布特征，认为桂中坳陷泥盆系泥页岩具有分布面积大、沉积厚度大的特点，泥页岩厚度在200～500m。

图1 桂中坳陷及其邻区泥盆纪沉积模式图图2 桂中坳陷中-下泥盆统页岩厚度等值线图

序号岩性TOC/%生烃潜量(S1+S2)/mg·g-1镜质体反射率Ro/%1黑色泥岩1.760.04-2黑色泥岩2.570.05-3黑色泥岩2.610.031.74黑色泥岩2.70.041.635黑色泥岩3.010.07-6黑色泥岩3.120.051.557黑色泥岩3.20.04-8黑色泥岩4.150.031.859黑色泥岩4.450.031.7310黑色泥岩4.740.08-

1.2 泥页岩有机质丰度

桂中坳陷泥盆系泥页岩有机碳含量较高。南丹大厂剖面中泥盆统罗富组(D2l)10件黑色泥岩样品总有机碳TOC含量数据中，仅1件样品TOC小于2.0%[6]，其他样品TOC均大于2.0%,最高可达4.74%，平均为3.23%(见表2)。南丹罗富地区的6口浅钻井显示[7]，泥盆系泥岩TOC平均为1.69%，120件样品中TOC<0.5%的仅占7.5%，TOC>2%的占44%。其中罗富组(D2l)TOC为0.37%～3.63%，平均1.35%；纳标组(D2n)TOC为1.30%～3.50%，平均2.20%；塘丁组(D1t)TOC为0.39%～2.97%，平均1.69%。总体来看，桂中坳陷泥盆系泥页岩的有机质丰度较高。

1.3 泥页岩有机质成熟度

桂中坳陷32件露头区泥盆系泥页岩的有机质成熟度分布在1.62%～3.94%(见表3)，处于高成熟-过成熟演化阶段。2007年完钻的桂中1井显示，区内泥盆系泥质岩有机质成熟度为2.0%～3.8%[5]，总体上处于过成熟-超成熟阶段，其中中泥盆统泥质岩有机质成熟度多在2.0%～2.8%，处于过成熟演化阶段。桂中坳陷露头区泥盆系泥页岩的有机质成熟度分布在1.5%～3.0%，处于高成熟-过成熟演化阶段。

表3 桂中坳陷泥盆系露头样品Ro测试数据表

1.4 泥页岩有机质类型

桂中坳陷泥盆系泥质烃源岩有机质类型主要为Ⅱ型干酪根。泥盆系12个样品进行干酪根镜检，全部样品均以腐泥无定形为主[8]。根据干酪根有机显微组分统计，盆泥系上统、中统烃源岩有机质类型均为Ⅰ-Ⅱ1型，下统烃源岩有机质类型为Ⅱ1型。南丹罗富剖面下泥盆统塘丁组烃源岩干酪根碳同位素值为-27. 80‰～-26. 84‰，有机质类型总体为Ⅱ型；干酪根显微组分主要为腐泥组，相对含量为38.7%～89.7%[9]，其次为镜质组，总体为Ⅱ型有机质。

1.5 泥页岩全岩矿物组成

页岩的矿物成分较复杂，页岩储层的矿物组成除常见的黏土矿物(伊利石、蒙皂石、高岭石)外，还混杂有石英、长石、云母、方解石、白云石、黄铁矿、磷灰石等矿物。北美勘探研究表明，石英等脆性矿物含量高有利于后期的压裂改造形成裂缝，而页岩气的产出部分主要依赖于天然裂缝、人工制造裂缝或是存在互层的可渗透岩相；碳酸盐矿物中方解石含量高的层段，易于溶蚀产生溶孔。北美地区Barnett页岩的石英、长石和黄铁矿含量为20%～80%，其中石英含量为40%～60%，碳酸盐矿物含量低于25%，黏土矿物含量通常小于50%。

桂中坳陷泥盆系13件露头样品全岩矿物组成分析(见表4)显示，该区泥盆系黏土矿物含量(质量分数)分布在32.7%～66.6%(平均为47.6%)，石英含量分布在23.3%～45.5%(平均为32.86%)，略低于北美Barnett页岩，方解石含量普遍小于10%，整体来说，脆性矿物含量较高，也具有良好的可改造性。

表4 桂中坳陷泥盆系露头样品全岩矿物组成数据表

1.6 保存条件

近几年国内页岩气勘探实践表明，页岩气勘探研究必须注重保存条件的研究。桂中坳陷泥盆系具有多层系的泥质岩类盖层，分布面积广，厚度43～925m不等，在桂东北全州大背江晚泥盆世中发现石膏岩系盖层厚29m。从水文地质研究来看，在里1井900m、1300m水样分析为MgCl2型，水文交潜停滞带深度应在1000m左右，保存条件较完好。从构造条件来看，桂中坳陷自震旦纪以来, 经历了多期强烈的构造运动, 其中印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动对油气的保存影响作用较大。受各期构造运动的影响，桂中坳陷发育NNE-NE、NW、近EW与近SN向4组规模不等的断裂系[1]，整体上桂中坳陷构造作用由西往东增强，中西部构造变形强度相对较弱，深大断裂发育少且多为封闭型，东部深大断裂较多且多具开启性；燕山-喜山运动导致桂中坳陷整体抬升以致地层遭受大量剥蚀，剥蚀厚度由东往西逐渐减小，坳陷中西部的剥蚀厚度在1500～3000m，东部普遍3000m以上[10]，大部分地区泥盆系直接出露，进而导致东部盖层的整体封闭性受到了一定的破坏。因此整体来看，桂中坳陷中西部现今处于构造相对稳定区，保存条件相对较好，是桂中坳陷页岩气勘探的有利方向。

2 勘探潜力分析

根据页岩气成藏机理特点和成藏的有利地质因素，并结合桂中坳陷的地质背景，对桂中坳陷泥盆系页岩气成藏条件进行了分析，认为桂中坳陷泥盆系具有页岩气成藏的基本条件。从页岩气保存条件来看，断裂活动影响相对较小的中西部地区是桂中坳陷泥盆系页岩气勘探的有利方向。

桂中坳陷从泥盆系到下三叠统地层沉积齐全，由于构造运动抬升，造成石炭系以上地层暴露剥蚀严重，最大残存面积约2×104km2，仅是坳陷面积1/2～1/3。而泥盆系，特别是中、下泥盆统则基本保存完好，下泥盆统极少受剥蚀，保留面积约4.6×104km2；中泥盆统略有剥蚀，保存面积4.3×104km2，占坳陷面积的93%；上泥盆统剥蚀程度较大，保留面积约3×104km2。因此，中下泥盆统页岩气可勘探面积较大。