贵州绥阳地区下寒武统牛蹄塘组页岩气地质特征及勘探方向

2015-11-28张志平程礼军曾春林

海相油气地质 2015年4期

张志平，程礼军，曾春林

（1 重庆地质矿产研究院； 2 国土资源部页岩气资源与勘查技术重点实验室）

（3 重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心； 4 油气资源与探测国家重点实验室重庆页岩气研究中心）

1 引言

近年来，随着国内外页岩气勘探技术的不断提高，国内一些曾被长久忽视的具有页岩气潜力的区域被再次重视和勘查。贵州绥阳地区下寒武统牛蹄塘组黑色碳质页岩具有较好的页岩气资源条件。国内已有学者对绥阳寒武系页岩所处的上扬子区下古生界岩相古地理环境、气源岩的地质背景、成藏条件和勘探远景作了大量研究［1-5］，并对贵州地区牛蹄塘组页岩的地质特征及气潜力进行了一些调查研究［4-7］，明确了牛蹄塘组为页岩气资源潜力层系。

本次研究在对绥阳地区4条寒武系实测剖面（万寿场、扁桶山、永乐、团泽剖面）和2口寒武系页岩气参数井（绥1井和凤1井）（位置见图1）样品测试分析的基础上，对研究区内的主要页岩气目的层位——下寒武统牛蹄塘组页岩，进行了有机地化特征、含气性以及储层物性和保存条件的细化研究，评价和提出了研究区牛蹄塘组页岩气的资源潜力和勘探方向。

2 区域地质背景

绥阳下寒武统牛蹄塘组页岩分布于贵州省北部绥阳一带，分布面积约1143 km2。该分布区构造上属于上扬子地台川黔南北向构造带的凤岗北北东向构造变形区，区内褶皱和断裂非常发育［1］（图1）。

图1 绥阳研究区地理位置与构造分布示意图

区内地层归属于上扬子地层分区的黔北地层小区［1］，区域的沉积演化与扬子地台的构造演化具有一致性，在中元古代晚期—中古生代志留纪经历了陆缘大洋地壳向大陆地壳转变的地质时期［1］。其中，早寒武世，随着海平面的上升，在中上扬子区形成缺氧环境，在外陆的滇北地区沉积了一套海相含碳质页岩。深埋的下寒武统是区内主要的油气生储盖组合层系［1-2，6］（图2）。

图2 绥阳地区地层综合柱状图

3 页岩发育特征

区内下寒武统牛蹄塘组主要由黑色碳质页岩组成，夹少量粉砂岩、粉砂质页岩，底部为黑色含磷硅质岩、硅质岩和磷块岩，产三叶虫和掘足类化石，厚度约24～55m。由于牛蹄塘组区域沉积中心位于研究区东南部，因而地层厚度由东南向西北方向逐渐减薄。在绥阳—湄潭一带，牛蹄塘组厚度主要在40～50m之间，是较好的页岩烃源岩富集区（图3）。

牛蹄塘组底界的埋藏深度，整体上呈由东南向西北呈增大的趋势，最大埋深3 000 m，埋藏深度明显受褶皱分布的控制（图3）。在向斜区多出露三叠纪地层，同时向斜区地层倾角较大，所以埋深大；相反，在背斜区埋深则小。

图3 绥阳地区牛蹄塘组页岩埋深与厚度分布图

4 页岩有机地化特征

区内牛蹄塘组黑色页岩中的有机质颗粒有多种形态，如不规则细粒状、长条状和尘点状，有时有机质颗粒中可见许多极小的黄铁矿散布。

牛蹄塘组页岩气样品中的有机碳含量（TOC）为1.5%～3.0%（图4）。受沉积特征影响，页岩的TOC由北向南有增高的趋势，在绥阳—湄潭一带TOC均在2%以上，只有少部分地区TOC低于1.5%（图4）。有机质成熟度在区内总体上反映了演化程度较高，沥青质反射率(Ro)值在1.2%～2.0%之间，绥阳—湄潭一带Ro为1.5%～2.0%（处于高成熟阶段［2］），其余地区Ro普遍低于1.5%（图4）。

牛蹄塘组页岩的干酪根碳同位素（δ13C）值分布在-34.7‰～-29.6‰之间，此值较小，反映了牛蹄塘组干酪根类型主要为腐泥型（Ⅰ型）［8］。通过对页岩岩石学特征的分析，其生源组合主要以腐泥组+藻类组占绝对优势，腐泥组+藻泥组的相对含量较高；岩石内含一定量的碳沥青，含量一般在10%～20%。

图4 绥阳地区牛蹄塘组页岩成熟度分布特征与有利探区预测

5 储层物性和含气性

区内下寒武统牛蹄塘组页岩的孔渗性测定（表1）表明：孔隙度在1.3%～5.6%之间，平均为2.24%，孔隙度中等。渗透率分布在（0.0022～0.0172）×10-3μm2之间，平均为0.0083×10-3μm2，渗透率极低。页岩孔隙以中孔隙为主，中孔的体积占到孔隙总体积的85.23%。

表1 绥阳地区牛蹄塘组页岩孔渗性参数表

牛蹄塘组黑色页岩的矿物成分主要为碎屑矿物和黏土矿物，以及少量的黄铁矿和重晶石。其中，碎屑矿物含量44%～87%，平均为67.3%，成分主要为石英等脆性矿物，具有较好的可压性。黏土矿物主要为伊利石(平均含量58.4%)和伊蒙混层矿物(平均含量25.9%)，以及少量的绿泥石和高岭石。伊蒙混层矿物中，蒙脱石平均占到19.4%。结合黏土矿物成分来看，区内页岩已到晚成岩阶段［9］。

据区域周边的岑页1井资料显示，贵州北部区域最大水平主应力方向为近东西向，区域地层压力系数为0.97，处于正常压力范围；地层压力梯度在0.026 5～0.027 5 MPa/m。

通过对区域周边的岑页1 井（位于绥阳东南160 km的岑巩县羊桥乡）和乌罗锰矿的钻孔408 （位于绥阳以东150 km 的松桃县乌罗）等进行的牛蹄塘组富有机质页岩钻井岩心的含气量现场解吸（表2）可知，岑页1 井页岩现场解吸的含气量较高，最高可达1.165 m3/t，钻孔408 共解吸了7 个样品，含气量最高为0.254 m3/t。

表2 绥阳周边钻井(孔) 牛蹄塘组富有机质页岩含气量解吸记录表

总体看来，绥阳地区富有机质页岩层段应具有一定的含气量，根据绥阳及周边已实施钻井的解吸数据推算，含气量在0.3～1.2 m3/t。

另外，根据美国的页岩气的勘探经验［10］，牛蹄塘组页岩层在绥阳勘查区应具有一定的勘探开发潜力。

6 保存条件

保存条件一直是困扰中国南方常规油气勘探的主要问题之一［11］。由于页岩气富集的特殊的岩性特征以及成藏机理，故其对保存条件的要求较常规油气的要低。但在绥阳勘查区，由于早古生代地层的裸露程度较高，因此, 对保存条件的分析就显得尤为重要。

6.1 封盖层分布特征的影响

黔北地区牛蹄塘组的上部覆盖有中—上寒武统甚至整个古生代的地层。受构造抬升和风化剥蚀作用影响，绥阳地区以下寒武统明心寺组泥页岩和金顶山组泥页岩等区域性残留层为主要盖层，分布面积广（达528.32 km2），厚度大，封盖能力强。

6.2 构造演化的影响

自古生代地层沉积以来，本区域内历经了多期次构造活动，对区内页岩地层的保存条件产生了重大影响。

加里东运动该运动期对研究区页岩气的保存影响较小。由于下伏的牛蹄塘组烃源岩尚处于成熟阶段，区域性的构造抬升导致烃源岩的生烃延迟，并为二次生烃创造了条件。

海西—印支运动海西运动期，地壳沉降幅度小，未形成大的油气聚集与油藏破坏。印支运动早期，发生区域性海侵和地壳沉降，三叠系快速沉积，牛蹄塘组埋深增大，达到生烃门限。印支运动后期，地壳抬升，海水由西南方向退出，区域上结束了海相沉积历史。该期运动对牛蹄塘组的二次生烃起到了至关重要的作用，但对早古生代页岩的保存影响较小。

燕山—喜马拉雅运动是影响页岩气保存的重要构造运动。构造褶皱致使晚古生代之后的地层大面积剥蚀，仅在虾子场复向斜中保留了三叠系及其以下地层。考虑到页岩气的吸附性特点，针对不同的目的层，那些褶皱构造宽缓、断裂相对不发育的地区仍具有较好的保存条件；而对于褶皱紧密、断裂发育的地区，保存条件无疑较差，因而勘探风险较大。

6.3 水文地质条件的影响

水文地质条件是油气保存条件的综合反映［12］。据区域周边钻井的地层水化学资料（涉及的地层达震旦系），方深1井（位于绥阳西南的毕节地区大方县）2 410 m处上震旦统灯影组地层水的矿化度很低，为3.981 g/L，Cl-含量也很低，只有0.26 g/L，水型为NaHCO3型，均表明为水文开启环境，保存条件差。绥阳地区绥1井娄山关组地层水矿化度在0.2～1.79 g/L，水型为Na2SO4型（为水文开启—过渡环境），保存条件也较差。根据已有的地层水类型特征，勘查区内局部处于一个自由交替带范围，对页岩气的保存有一定影响。