黔西南区下二叠统梁山组页岩气成藏条件研究

秦　琴龙成雄张本杰

（1.贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州　贵阳　550081；2.贵州省地质矿产勘查开发局105地质大队，贵州　贵阳　550008）



黔西南区下二叠统梁山组页岩气成藏条件研究

秦琴1龙成雄2张本杰1

（1.贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州贵阳550081；2.贵州省地质矿产勘查开发局105地质大队，贵州贵阳550008）

摘要根据区域地质调查、钻井及岩心样品分析等资料的综合研究，黔西南地区下二叠统梁山组发育一套展布稳定及单层厚度较大的黑色页岩，有机质类型多以Ⅲ型为主，有机质丰度一般、成熟度中等、储层条件中等、含气量较高，具有良好的页岩气成藏条件，初步优选出威宁盐仓—猴场、晴隆鸡场—关岭永宁为黔西南区下二叠统梁山组页岩气富集成藏的两个有利区块。

关键词梁山组成藏条件页岩气黔西南区

修订回稿日期：2016-03-01

0　引言

随着现代社会的发展，人类利用能源经历了高碳、中碳到低碳的过程，并将发展到无碳的时代。煤炭和石油已经无法满足当代人的需求，天然气的利用是实现低碳的最佳选择。页岩气作为一种非常规天然气，是油气勘探的一个新领域，越来越得到世界各国的重视［1］。我国页岩气的开发还处于探索阶段。据2011年全国页岩气资源潜力评价结果表明，贵州省页岩气地质资源量达10.48×1012m3，列全国第四位，页岩气资源巨大。为了改善能源结构，改变贵州省“无油少气”的局面，贵州省国土资源厅开展了贵州省页岩气资源调查评价工作。将全省划分为黔北、黔西北、黔南、黔西南4个评价单元，共实施了26口调查井，其中在黔西南地区实施了7口调查井，对4套目的层系（火烘组、旧司组、梁山组、龙潭组）进行调查研究。对旧司组和龙潭组的研究比较多，火烘组和梁山组的研究相对较少，本次主要针对梁山组进行页岩气成藏条件研究，初步优选出页岩气富集成藏有利区。

1　地质概况

黔西南地处云贵高原东部，位于紫云—水城断裂的西南侧，属扬子板块的西南部。晚石炭世马平期末发生了黔桂运动，岩石圈张裂陷不均导致部分地块间歇性上升。除水城—盘县、紫云—罗甸等地带为断陷盆地外，其余地区均上升处于剥蚀状态。黔桂运动仍然造就了北高南低的地势和北西向的构造格架。早二叠世初，海侵由南向北超覆，贵州出现了高等植物的第二次繁盛期，该时期形成了大量的沉积有机质。梁山组的岩性主要为石英砂岩、泥岩、碳质泥岩和煤层。在纳雍、赫章等地，梁山组为海陆交互相碎屑岩沉积，其余地方以碳酸盐台地沉积为主［2］。

2　页岩气成藏条件

页岩是一种渗透率极其低的沉积岩，页岩气的成藏条件主要受页岩厚度、有机质丰度、有机质成熟度、孔隙度与渗透率及含气性等多种因素控制［3］。故本次对黔西南地区下二叠统梁山组页岩气成藏条件进行研究。

2.1页岩厚度

页岩气的生成是一个复杂的过程，首先必须要有生成页岩气的物质基础即含有较多有机质的页岩厚度，同时也必须有利于页岩气的保存。随着页岩气开采技术的进步，具有商业价值的页岩气藏的有效页岩厚度可能降低到10 m。

区域地质调查研究认为，研究区梁山组富有机质页岩厚度分布主要受中二叠世栖霞期岩相古地理类型的控制，早二叠世海水由南向北超覆，随着海侵加强，演变为滨海—浅海环境，在威宁、水城一带为滨海相泥页岩夹灰岩沉积，在盘县、六枝一带为浅海相砂泥页岩沉积，在南部紫云、兴义、望谟一带为浅海相灰岩、泥岩沉积。富有机质页岩沉积有利区位于晴隆、紫云一带。沉积厚度大于30 m的区域，位于东部晴隆、紫云一带，页岩沉积厚度为30～152 m。水页2井揭示有效厚度约为90 m。晴页1井揭示有效厚度约为25 m。因此，从两口调查井可以看出页岩有效厚度较大，为页岩气的储层富集提供了一定的物质基础。

2.2有机质类型

干酪根类型指数法（KTI）是划分烃源岩有机质类型的主要指标之一。研究区露头和调查井岩心样品测试的显微特征及荧光特性显示：水页2井梁山组黑色页岩样品显微组分分析测试表明以壳质组为主，其次为腐泥组和镜质组，惰质组较少（图1）；下二叠统梁山组KTI值为-32～47，有机质类型以Ⅲ型为主，并出现Ⅱ2型和Ⅱ1型。

图1　黔西南区梁山组黑色页岩干酪根显微组分三角图

2.3有机质丰度

有机碳含量（TOC）是反映页岩有机质丰度的指标，是页岩气聚集最重要的控制因素之一［4］。Ross［5］等在对加拿大页岩地层的研究过程中发现，有机碳与甲烷的吸附能力存在一定的关系。随着页岩气开采技术的进步，认为具有工业价值的页岩气藏TOC应大于1％［6］。

通过对研究区46块露头样品和晴页1井及水页1井的106块岩心样品的TOC进行测试，测试数据符合正态分布，TOC为0.14％～17.61％，平均为1.07％，主体分布在0.60％～1.50％，有44.08％的样品TOC 为0.50％～1.00％，有29.61％的样品TOC为1.00％～2.00％。由于露头样品容易氧化致测试的TOC偏低，在纵向上，研究区46块露头样品测试数据显示：下二叠统梁山组上段TOC为0.91％～2.36％，平均为1.48％；中段TOC为0.75％～2.27％，平均为1.58％；下段TOC为0.14％～17.61％，平均为1.90％。可见，下二叠统梁山组由上至下TOC逐渐增高。

对岩心样品进行TOC测试，数据符合正态分布，晴页1井有机碳最大值为1.61％，最小值为0.30％，平均值为0.74％；全井TOC较低，随深度没有明显的变化规律，在井深38～160 m、725～745 m、875～890 m处TOC较高，TOC大于1.00％。水页2井有机碳最大值为1.94％，最小值为0.37％，平均值为0.93％，TOC随井深增加呈减少趋势（图2）。从两口调查井可看出梁山组有机质丰度一般。

图2　黔西南区梁山组调查井页岩样品有机碳含量及深度变化图

2.4有机质成熟度

不同类型的有机质在不同演化阶段其生烃生气量不同，作为页岩储层系统有机成因气研究的重要指标，镜质组反射率（Ro）是目前应用最为广泛、最有权威的有机质成熟度标志。划分标准为：Ro低于0.5％为未成熟，0.5％～1.3％为成熟，1.3％～2.0％为高成熟，2.0％～3.0％为过成熟早期阶段，3.0％～4.0％为过成熟晚期阶段。

通过对研究区14块露头样品和7块岩心样品进行测试，下二叠统梁山组富有机质页岩的演化程度总体较高，有机质成熟度为0.95％～4.17％，平均为2.22％，有33.33％的样品成熟度为0.50％～1.30％，有51.86％的样品成熟度大于2.00％。表明黔西南区梁山组页岩热演化程度总体较高，多处于成熟—过成熟阶段。在纵向上，晴页1井7块岩心样品成熟度测试数据显示成熟度随深度增加呈现升高的趋势。

2.5页岩储层特征

页岩气是天然气在页岩储层中的富集，页岩气藏中的游离气主要储集在页岩基质孔隙和裂缝等空间中，孔隙和裂缝是页岩气储层评价的两个重要参数。根据钻井揭示，研究区下二叠统梁山组孔隙度随深度增加呈减小趋势，渗透率随深度增加亦呈减小趋势。晴页1井岩心样品测试资料显示孔隙度为1.98％～3.89％，平均为2.83％，孔隙度低；渗透率为0.003 7～0.013 0 mD，平均为0.008 4 mD，渗透率特低。Jarvie等（2007）的实验分析结果表明，有机质含量为7％的页岩生烃演化过程中消耗35％的有机碳可使页岩孔隙度增加4.9％。因此，TOC越高，页岩基质中的超微孔隙就越多，页岩气藏丰度也越高，与常规油气藏相似，页岩气藏中孔隙与微裂缝愈发育，气藏的富集程度就愈高。同时对岩心样品核磁共振实验表明，页岩段孔隙度和裂缝较发育，有利于压裂改造。孔隙度为5.99％，以纳米级孔隙为主，少量微米级孔隙。

裂缝作为输导系统能够促进页岩气的运移，对页岩气的聚集和开采都有利。通过对晴页1井岩心进行抛光扫描电镜实验，揭示下二叠统梁山组富有机质页岩微裂缝也较发育，微裂缝多呈明显锯齿状，并且延伸较好（图3）。从上可知下二叠统梁山组富有机质页岩具有孔隙度低、渗透率特低的特征。

图3　下二叠统梁山组页岩微裂隙发育特征图

岩石矿物特征表明，碎屑矿物含量梁山组上、中段较高，自生脆性矿物含量下段含量较高，黏土矿物含量中段较低。脆性矿物总体含量大于50％，具有较好的破裂潜力。在平面上，碎屑矿物含量高值区分布在水城地区，黏土矿物含量低值区与碎屑矿物含量高值区分布相似。

下二叠统梁山组富有机质页岩具有孔隙度低、渗透率特低的特征，孔隙类型以粒间孔、粒内孔、溶蚀孔为主，孔隙体积为中孔体积。

综合富有机质页岩的矿物学、储集物性及岩石力学等特征来看，水城地区可以作为下二叠统梁山组页岩的储层有利区。

2.6页岩含气性

页岩层系中的含气层位、含气量大小及纵向分布规律，为富有机质页岩后续压裂层段的选择提供了资料。一般认为具有经济开采价值的页岩气藏页岩含气量下限为1.1 m3/t。

通过对晴页1井29块样品现场解吸实验得出，随着深度的增加，解吸气量（标准状态下）总体呈逐渐增加的趋势，到井深852.48 m时达到峰值3 689 mL，解吸气量较高的集中段为井深668.63～871.78 m，到井深877.78 m以后解吸气量逐渐减少。含气量范围为1.5～4.0 m3/t，平均为1.9 m3/t，符合工业开采标准。含页岩气有利层段位于下二叠统梁山组下段中下部。对水页2井11件样品现场解吸实验得出随着深度的增加，解吸气量（标准状态下）总体趋势逐渐增加，到井深469.38 m时达到峰值155 mL，以后解吸气量逐渐减少，含气量为0.3～0.6 m3/t，平均为0.4 m3/t，尚未达到工业开采标准，含页岩气有利层段位于下二叠统梁山组中上部。

3　有利区优选

有利区优选应考虑以下主要条件：①泥页岩厚度稳定，海相单层厚度大于等于9 m，连续厚度大于等于30 m，连续分布面积大于等于200 km2；②TOC平均大于等于1.0％；③总含气量大于等于1.1 m3/t；④埋深为300～4 500 m；⑤Ro大于等于1.0％；⑥交通条件较好，地震勘探和钻探工程相对便利［7-8］。

根据以上条件综合分析黔西南地区下二叠统梁山组有机质页岩厚度、TOC、Ro、孔隙度及渗透率等指标，并与美国主要页岩气盆地进行类比研究，在下二叠统梁山组优选出两个页岩气发育的有利区即威宁盐仓—猴场有利区块Ⅰ、晴隆鸡场—关岭永宁有利区块Ⅱ，两个有利区面积为3 355 km2，具有较好的页岩气勘探前景。

4　结论

1）黔西南区下二叠统梁山组发育一套展布稳定、单层厚度较大的黑色页岩，其有机质类型多以Ⅲ型为主，并出现Ⅱ2型和Ⅱ1型；TOC为0.14％～17.61％。随着深度的增加TOC逐渐增高；是进一步勘探的有利目的层段；页岩的热演化程度多处于成熟—过成熟阶段；页岩孔隙度和裂缝低，碎屑矿物含量高，均大于50％，具有较好的破裂潜力；页岩的含气量在晴隆一带高，气测显示明显，具有形成大规模页岩气藏的良好地质条件。

2）综合页岩的厚度、TOC、Ro等指标，采用叠合法，初步优选出威宁盐仓—猴场、晴隆鸡场—关岭永宁为黔西南区下二叠统梁山组页岩气富集成藏的两个有利区块。

参考文献

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［8］张本杰，秦琴，明方平，等.黔西南区旧司组页岩气储存特征及有利区优选［J］.天然气技术与经济，2014，8 （3）：19-22.

（编辑：卢栎羽）

文献标识码：B

文章编号：2095-1132（2016）02-0013-03

doi：10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 02. 004

基金项目：贵州省页岩气资源调查评价；黔西南地区页岩气资源调查子项目的部分研究成果（2012GYYQ-04）。

作者简介：秦琴（1983-），女，硕士，工程师，从事煤炭地质勘查和页岩气勘查工作。E-mail：363106113@qq.com。