湖北及周缘五峰组—龙马溪组页岩气资源潜力

2015-02-17徐思煌拜文华

特种油气藏 2015年6期

石创，徐思煌，拜文华，吴娟，4

(1.构造与油气资源教育部重点实验室中国地质大学，湖北武汉 430074；2.中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东广州 510240；3.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；4.中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057)

石创1，2，徐思煌1，拜文华3，吴娟1，4

奥陶世五峰期—志留世龙马溪期湖北地区处于浅海陆棚环境中，以泥页岩沉积为主。类比分析认为，该套泥页岩层与北美页岩气高产层具有相似的构造演化和地质条件，具备形成页岩气聚集的有利条件。分析研究区页岩气成藏条件，提出页岩气勘探有利区的优选原则，结合TOC、镜质体反射率、有效厚度与埋深等值线图交集结果以及沉积相平面展布，优选勘探有利区块。采用体积丰度类比法计算有利区资源量，初步估算五峰组—龙马溪组页岩气资源量为2.48×1012m3，显示出该区巨大的资源潜力。

页岩气；成藏条件；资源潜力；五峰组—龙马溪组；湖北及其周缘

0 引言

页岩气具有赋存状态和成因类型多样化、自生自储、原地成藏的特点[1]。中国富有机质页岩地层十分发育，特别是中扬子区古生界海相地层。中扬子区与北美页岩气产出盆地具有很多地质相似性，二者均是古生代海相沉积背景下发育的富有机碳页岩，后期均经大幅度构造抬升和强烈地质改造，分析认为中扬子区具备页岩气勘探条件[2-3]，为此，重点研究湖北及其周缘五峰组—龙马溪组页岩气成藏地质条件，分析其资源潜力。

1 区域地质背景

在大地构造位置上，湖北大部位于中扬子区(图1)。

图1 湖北及周缘奥陶世五峰期—志留世龙马溪期沉积相

奥陶世五峰期—志留世龙马溪期湖北省全部处于陆棚环境中。奥陶世五峰期，由于秦岭—淮阳区和江南区基底断块上升，省内大部分地区转变为浅海滞留盆地环境，发育了一套黑灰色，风化后为黄绿色、浅紫色的薄层状黏土岩。志留世龙马溪初期，大部分地区继承了五峰期的浅海滞留盆地环境，岩性以黑色风化后呈紫灰、灰白色炭质页岩，硅质页岩为主。龙马溪中晚期，大量陆源细碎屑物质快速向盆地倾注，使大部分地区发育陆源碎屑为主的浅海陆棚环境，发育了黄绿、蓝灰色粉砂质页岩、水云母页岩[4]。

2 五峰组—龙马溪组页岩气成藏条件及探区优选

2.1 页岩气成藏条件

页岩气的成藏受多种因素的影响，通过对美国页岩气盆地的地质特征和含气页岩成藏条件分析认为，泥页岩的有机质丰度、类型、成熟度、岩石矿物组成、储集空间类型与特征、厚度、埋深等影响到页岩气的形成、富集及勘探开发前景[1]。

2.1.1 有机质丰度

研究区五峰组—龙马溪组以优质气源岩为主[5-7](表1)。

表1 湖北及周缘五峰组—龙马溪组总有机碳含量、镜质体反射率统计

除江汉平原区外，鄂西渝东区、湘鄂西区、甚至鄂东南区，TOC基本大于2.0%。比较而言，鄂西渝东区TOC最高，为3.0%～4.0%。有机质丰度是评价油气生成能力的关键指标，目前多认为TOC等于1.0%或2.0%为页岩气气源岩下限，考虑到研究区后期构造运动强烈，不利于游离气的保存，而TOC与吸附气含量存在密切的正相关关系，有机质丰度高，吸附性强，有利于页岩气的赋存；同时，受限于目前中国页岩气勘探开发技术的制约，将TOC=2.0%作为此次研究下限值。

2.1.2 有机质类型

根据美国主要页岩气盆地的资料，产气页岩中的干酪根主要以Ⅰ型与Ⅱ1型为主，也有部分为Ⅲ型。根据前人研究成果，研究区五峰组—龙马溪组泥页岩干酪根类型好，属易于生油气的腐泥型(Ⅰ)和腐殖—腐泥型(Ⅱ1)。

2.1.3 有机质成熟度

不同类型干酪根主生气期对应的镜质体反射率不同，I型干酪根Ro为1.2%～2.3%，Ⅱ1型干酪根Ro为1.1%～2.6%，Ⅲ型干酪根Ro为0.7%～2.0%，海相石油Ro为1.5%～3.5%。根据北美页岩气勘探开发结果，形成页岩气的泥页岩Ro为0.4%～3.0%，甚至更高。考虑到研究区泥页岩干酪根类型及海相沉积背景，将页岩气有利发育区的含气页岩Ro确定为1.5%～3.0%。资料显示，研究区五峰组—龙马溪组泥页岩成熟度有利于页岩气勘探(表1)。

2.1.4 储层岩石矿物组成

黏土矿物有利于页岩气的吸附，脆性矿物是决定页岩储层特性的重要因素。北美含气页岩脆性矿物含量高达30%～70%，最好的Barnett页岩产层石英含量为45%，黏土含量仅为27%[8]。研究区五峰组—龙马溪组海相页岩的脆性矿物和黏土矿物含量与Barnett页岩相似(图2)，目的层方解石含量极低，分析认为样品为露头样品，方解石等碳酸盐岩矿物多被分解。参考国内外标准，有利区页岩的黏土矿物含量上限为30%，脆性矿物含量下限为40%。

图2 研究区目的层泥页岩与美国Barnett页岩矿物含量对比

2.1.5 储集空间类型

泥页岩中的微孔隙、微裂缝发育程度直接关系到页岩气的储量大小和勘探开发价值。泥页岩样品扫描电镜结果显示，研究区大部分样品中微孔隙和微裂缝均较发育。由于构造变形强烈地区断层活化不利于游离气的保存，同时造成孔隙系统的压力降低，降低吸附气含量。因此，变形弱、距离断裂带远且微孔、缝较发育地区为有利区块。

2.1.6 厚度和埋深

一定的页岩厚度和埋深是形成页岩气富集区的基本条件，是影响页岩气产能、保存和开采的重要因素。研究区五峰组—龙马溪组厚度较大，有效厚度(TOC>2.0%)普遍为20～80 m。在江汉平原区埋藏较深，多大于5 000 m，鄂西渝东区和湘鄂西区埋深较浅，多小于3 000 m。根据湖北地区的实际情况，确定有利区的有效泥页岩厚度下限为30 m，埋深范围为500～3 500 m。

2.2 探区优选

综合以上分析提出页岩气勘探有利区优选原则，即：TOC>2.0%；干酪根类型主要为Ⅰ和Ⅱ1型；Ro为1.5%～3.0%；脆性矿物含量大于40%；黏土矿物含量小于30%；变形弱、距离断裂带远且微孔、缝较发育；有效厚度下限为30～50 m；埋深为500～3 500 m；构造运动早于生排烃时期或二者同时。通过等值线图多参数交集，结合沉积相平面展布，依据优选原则对五峰组—龙马溪组进行有利区优选(图3)。共优选5个有利区，分别为利川区块(A1)、咸丰—恩施—宣恩区块(A2)、来凤区块(A3)、远安区块(A4)和钟祥区块(A5)。

图3 湖北及周缘五峰组—龙马溪组页岩气勘探有利区

3 资源量计算

研究区目前处于页岩气勘探开发初期，普遍缺乏基础地质资料，类比法成为该区资源量估算最为合理和有效的方法。有效泥页岩厚度是影响页岩气成藏的重要因素之一，为了消除有效泥页岩厚度对类比法估算评价区资源量的影响，采用体积丰度类比法进行资源量估算：

Q=aqV

(1)

式中：Q为评价区资源量，108m3；a为类比系数，等于评价区地质类比总分与刻度区地质类比总分之比；q为刻度区资源丰度，108m3/km3；V为评价区有效泥页岩体积，km3。

3.1 刻度区优择

五峰组—龙马溪组泥页岩地质特征(表2)与美国五大页岩气系统特征对比分析得到，Appalachian盆地Ohio页岩与研究区具有相似的地质背景和沉积环境。二者皆为前陆挠曲形成滞留沉积环境，有利于还原环境的形成，且目的层位形成时代最为接近，勘探程度高，因此，选择Appalachian盆地Ohio页岩作为类比刻度区。

表2 湖北及周缘五峰组—龙马溪组和Ohio页岩各类参数特征

3.2 评分标准拟定

以页岩气探区优选参数为依据，参考前人页岩气资源量预测类比参数得分标准[9-10]，拟定较为合适的页岩气资源量预测类比参数得分标准(表3)。美国主要页岩气盆地产气泥页岩中不同干酪根类型的泥页岩均生成了大量的气，说明干酪根类型对于页岩气成藏的影响相对较小，因此干酪根类型不作为湖北及周缘五峰组—龙马溪组页岩气资源潜力类比评分参数。

表3 页岩气资源量预测类比参数得分标准

3.3 类比系数求取及资源量计算

按照评分标准，对湖北及周缘五峰组—龙马溪组页岩气各单项条件进行打分(表4)。对各参数得分进行极大值标准化处理，消除不同数量级和观测量纲造成的影响。对处理后的参数得分进行主因子分析，提取公共因子，得到初始特征值和因子载荷矩阵(表5)。

表4 页岩气资源量评价区类比参数得分

表5 类比参数因子分析矩阵及因子得分系数矩阵

为更好地找出公共因子的意义，运用加入Kaiser常态化的方差最大旋转法，得到3个公共因子。这3个因子的方差贡献率分别为36.658%、32.734%、24.635%，累计方差贡献率为94.028%，基本可反映这8个参数的信息。因子1包括TOC、Ro和孔、缝发育程度，反映生烃条件和储集物性；因子2涵盖了黏土矿物含量、有效厚度、匹配关系，反映储层有效性；因子3由脆性矿物含量和有效泥页岩埋深组成，主要反映开采条件。

根据因子得分系数矩阵建立各公共因子与类比参数得分的计算公式，分别求取公共因子F1、F2、F3。在得出公共因子的基础上，结合各公共因子的方差贡献率，得到刻度区和评价区综合得分F的计算公式，即F=(36.658F1+32.734F2+24.635F3)/94.028。

综合得分涵盖了页岩气藏的多种影响因素，可用来评价页岩气成藏条件，综合得分越高，勘探潜力越大。用评价区综合得分除以刻度区综合得分，得到相似系数。利用刻度区和评价区页岩气特征参数，结合式(1)，计算得出评价区页岩气资源量。刻度区页岩气含量为1.7～2.8 m3/t，评价区泥页岩密度取值为2.47 t/m3[11]，计算结果求取均值，得到研究区五峰组—龙马溪组页岩气勘探开发有利区资源量排序为A1(8 529.0×108m3)、A2(7 172.3×108m3)、A5(3 873.7×108m3)、A3(3 533.8×108m3)、A4(1 644.9×108m3)，总资源量估值为2.48×1012m3。