井研—犍为地区筇竹寺组页岩有机地球化学特征

2015-12-09谢丹徐天吉张文凯李曙光佟恺林

天然气技术与经济 2015年6期

谢丹　徐天吉　张文凯　李曙光　佟恺林

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室·成都理工大学，四川成都　610059；2.成都理工大学能源学院，四川成都　610059；3.中国石油化工股份有限公司西南分公司勘探开发研究院，四川成都　610000；4.成都理工大学地球物理学院，四川成都　610059）

谢丹1，2徐天吉3张文凯1，2李曙光3佟恺林4

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室·成都理工大学，四川成都610059；2.成都理工大学能源学院，四川成都610059；3.中国石油化工股份有限公司西南分公司勘探开发研究院，四川成都610000；4.成都理工大学地球物理学院，四川成都610059）

以井研—犍为地区JY1、JS1两口钻井资料为基础，对区内筇竹寺组页岩展布特征、有机地球化学特征等进行了研究。研究结果表明：本区筇竹寺组优质页岩厚度达到了40 m，远远大于形成工业性页岩气藏的下限，具有形成页岩气藏的首要条件；埋藏深度为3 000～3 500 m，埋深较大，但是在可进行勘探范围内；有机质条件较好，优质页岩有机碳含量大于1%；有机质类型为Ⅰ型（腐泥型）；有机质处于过演化阶段，Ro值均大于2%但小于3%，并且页岩气藏成藏类型为热成因型，适当的Ro使本地区成为热成因气藏的有利分布区。在高演化条件下可以大量生成干气。研究区页岩有机地球化学特征表明，筇竹寺组页岩气具有基本成藏条件，有必要对其进行进一步研究。

井研—犍为地区筇竹寺组页岩厚度页岩埋深地化特征

0　引言

页岩气聚集成藏需要丰富的物质基础，拥有丰富的物质基础是进行下一步勘探开发的前提。这就要求页岩气源物质基础指标：生烃有机质、埋深、优质页岩厚度都达到一定的标准。四川盆地南部下寒武统是中国南方海相页岩气重点开发的层系之一，目前已有较多研究。王道富等人对筇竹寺组页岩储集空间、张静平等人对筇竹寺组页岩气勘探优选区，李延钧等人对筇竹寺组页岩沉积微相等进行了研究，但是针对井研—犍为地区筇竹寺组开展的研究较少，仅孟宪武等人对井研地区页岩气进行了初步研究［1-4］，笔者在前人研究的基础上，对井研—犍为地区页岩地球化学特征进行研究。

井研—犍为区块位于四川盆地的西南部，处于井研、犍为、荣县三县，由乐山市管辖，区块面积为1 195.737 km2。构造位置属于川西南坳陷西北部、威远构造的西南部。研究区内的褶皱与断裂主要形成于喜山运动早幕（四川运动），主要受南东和北西向水平侧向挤压应力场的作用，形成现今以威远大型穹隆背斜为主及多个较小规模背斜构造的构造特征，构造样式多为穹窿构造及短轴构造，构造走向主要呈北东向或北北东向，近平行状排列展布。区内出露地层主要为侏罗系沙溪庙组和遂宁组的红色泥岩和砂岩，地腹发育晚震旦世至早侏罗世地层，其中泥盆系、石炭系完全缺失，奥陶系、寒武系在探区剥蚀尖灭，地层尖灭线沿北东向展布［5］。

1　页岩展布特征

页岩的展布特征主要包含页岩的埋藏深度、富含有机质页岩的厚度。两者是控制页岩气成藏的关键因素，形成工业性页岩气藏的地层，优质页岩须具有一定的厚度及连续分布面积，以提供充足的物质基础和储集空间，才能成为有效的烃源岩层和页岩气储产层。优质页岩越厚，对气藏形成越有利，足够的埋深能够保证有机质具有充足的温度和压力向油气转化。四川盆地寒武纪筇竹寺组地层年代较老、埋藏足够深，因此有足够的温度和压力使有机质向油气转化。

1.1优质页岩厚度

筇竹寺组仅在川西南少部分地区缺失，在盆地其他地区都很发育。研究区内筇竹寺组是一套以灰黑色、黑色页岩、粉砂质页岩为主，夹薄层炭质页岩、白云质页岩的海相沉积，含有黄铁矿、磷铁矿及磷质结核。震旦纪末发生的桐湾运动导致四川盆地灯影组地层遭受剥蚀，寒武系筇竹寺组与其不整合接触，筇竹寺组顶部与遇仙寺组整合接触［6-7］。笻竹寺组沉积环境为浅水陆棚，特点是沉积速度快、沉积环境封闭且有机质供给丰富［8-9］。据研究区有机碳含量（TOC）将筇竹寺组页岩分成3类（图1），TOC大于2%为Ⅰ类页岩，TOC大于1%且小于2%的为Ⅱ类页岩，TOC小于1%的为Ⅲ类页岩，其中，Ⅰ类、Ⅱ类页岩为优质页岩，研究区优质页岩厚度可达40 m，远远大于页岩气勘探开发有利区30 m的下限［10］。

图1　井研—犍为地区有机碳特征评价图

1.2页岩埋藏深度

埋深既是控制页岩气成藏的重要因素，也影响着页岩气的开发成本，页岩气的埋深越大，开发的难度越高，相应的开采成本也就越高［11-13］。因此，在开发页岩气初期，选取开发难度较小的层系，取得的经济效益高，开发面临的难度小。但是随着勘探开发技术的进步，对深层系页岩的开发在所难免。寒武系在四川盆地一般埋深为2500～4000m［14］。研究区筇竹寺组页岩埋深在3 000～3 500 m（图2），埋深较大，勘探存在一定的难度。但是据张金川等研究以及国内外关于页岩气勘探开发已有报道，在其他成藏条件较好的前提下，埋深小于4 500 m的区域是具有勘探价值的［15-17］。本区筇竹寺组埋深小于3 500 m，因此无疑是有勘探价值的。

图2　川西南地区筇竹寺组底面构造（深度）图（附研究区位置）

2　有机地球化学特征

2.1有机质丰度

TOC是有机质丰度的重要评估指标，TOC不仅影响页岩的物理、化学性质，对裂缝也有一定的影响，更重要的是TOC对页岩含气量起控制作用［18-20］，TOC对页岩含气量的控制作用表现为有机碳含量越高，页岩的生气、含气能力越强。根据美国页岩气勘探开发的成功经验，在有机质热演化程度较高的地区，具有工业性开发价值的页岩TOC下限可以下降为0.5%［21-22］。通过对研究区JY1井的63个样品TOC测试分析发现（图2），TOC在0.54%～4.1%，其中优质页岩TOC在1.05%～4.1%，优质页岩为页岩气的主力产层，因此，从TOC来看，研究区筇竹寺组页岩达到了具有工业性开发价值的下限，必有丰富的烃源基础。

2.2有机质类型

有机质类型对页岩的生气能力、含气性等都有一定程度的影响［23-24］，页岩气大部分都为干气（甲烷含量大于90%），有机质类型多为Ⅰ型和Ⅱ型，据邹才能研究可知［25］，四川盆地下寒武统有机质主要为低等水生生物，以腐泥型为主，腐泥型占显微组分的48%～84%，未见壳质组和惰质组，含少量镜质组，占显微组分的1%～2%，所以，下寒武统有机质主要为腐泥型（Ⅰ型），具有较大的生烃潜力。腐泥型（Ⅰ型）干酪根主要生油，但是在演化程度较高时，可以演化成天然气。

2.3有机质热演化程度

有机质的热演化程度通常用Ro来评价，质量相近的页岩，Ro越高则生气能力越强，相应的油气产量越高。热演化程度不但影响页岩气的生气量，也影响页岩气的赋存状态、聚集场所等［26］。此外，有机质热演化程度还可以作为后期勘探开发的指标［27］，美国最大的页岩气田Bannett Shale绝大多数页岩气井都选择在Ro大于1.1%的地区打井，对降低页岩气勘探开发的风险很有效。

由于高等植物在泥盆纪才出现，所以寒武纪筇竹寺组页岩缺乏镜质组，因此，根据研究区实际情况，筛选出热解最高峰温（Tmax）、固体沥青反射率Rb两个指标对研究区镜质体反射率进行计算（表1）。

由于研究区页岩沥青少，颗粒小，所以固体沥青反射率变化大，并且在某些深度缺失。因此，笔者还引用Tmax进行计算，将两者计算得出的Ro值进行比较。从表1可以看出，按照Tmax、Rb所计算出来的Ro值存在一定的误差，但是总体来说误差不大，并且计算出的Ro值都大于2%，根据有机质热演化程度划分标准可知，研究区有机质处于过成熟阶段，此阶段大量生成以甲烷为主的干气。同时，有机质成熟度对页岩气富集的影响还与页岩气藏的成因类型有关，对于热成因型页岩气藏，含气量与有机质成熟度正相关，当Ro大于1.1%时，页岩开始生气，Ro大于3%时，生气量明显减少。因此，Ro对热成因页岩气藏的影响，限于Ro值大于1.1%且小于3%的区域［28］，根据张义纲判别图版对川西南地区筇竹寺组页岩气成因类型进行判别（图3）［29］，川西南地区筇竹寺组页岩气藏为热成因型，而研究区Ro值多数分布在1.1%～3%。因此，研究区筇竹寺组是页岩气藏的有利分布区，含气量随着Ro的增高而逐渐增大。

图3　川西南地区筇竹寺组天然气δ13C1与δ13C2-1关系图

3　结论

1）井研—犍为地区优质页岩厚度大于40 m，达到了页岩开发有利区的标准，页岩埋藏深度在3 000～3 500 m，处于有利开发埋藏深度范围内。

2）有机质类型主要为Ⅰ型，有机质热演化程度较高，优质页岩以TOC大于2%的为主，有机质物质基础丰富。

3）页岩气成藏类型为热成因型，Ro分布在1.1%～3%，含气量随热演化程度的增高而逐渐增大。

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（编辑：卢栎羽）

2095-1132（2015）06-0001-04

10.3969／j.issn.2095-1132.2015.06.001

修订回稿日期：2015－10－09

国家自然科学基金（编号：41172119）资助。