威远地区筇竹寺组页岩气成藏条件分析

任东超，陈义才，孙超亚，刘冬冬，王晓飞，郭士玉

（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.中国石油大学（北京）理学院，北京　102249）

威远地区筇竹寺组页岩气成藏条件分析

任东超1，2，陈义才1，2，孙超亚2，刘冬冬2，王晓飞2，郭士玉3

（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.中国石油大学（北京）理学院，北京102249）

利用威远地区筇竹寺组黑色页岩野外露头剖面实测资料及钻井岩心样品分析化验结果，从富有机质页岩的沉积展布特征、地球化学特征、岩石物性特征及页岩气保存条件等方面对川南威远地区下寒武统筇竹寺组页岩气的形成条件进行分析。结果表明：研究区筇竹寺组页岩沉积厚度较大，为200 m～300 m；有机质丰度高，平均为2.15％，成熟度较高，达到过成熟阶段，有机质类型以Ⅰ型为主，Ⅱ1为辅；页岩中脆性矿物含量较高，以石英长石为主，黏土矿物含量中等，以伊利石为主，有利于页岩气的形成与富集。

威远地区；下寒武统；筇竹寺组；成藏条件

随着四川盆地威远地区在寒武系和志留系页岩中获得商业性气流，中国页岩气开发实现了历史性突破，四川盆地南部地区已经成为中国海相页岩气勘探开发最具潜力的地区［1］。中石油对四川盆地页岩气资源的调查研究显示，仅威远地区和泸州地区页岩气资源量就高达68 000×108m3～84 000×108m3［2］，显示四川盆地威远地区页岩气资源潜力巨大。程克明等［3］、胡琳等［4］及黄金亮等［5］对四川盆地筇竹寺组页岩的沉积条件及储层物性特征等进行了研究，认为筇竹寺组页岩具备形成页岩气的基础条件，且具有较好的资源前景。为了更好地揭示研究区页岩气的勘探前景，本文从页岩构造沉积演化、地球化学特征、储层特征及保存条件等方面对四川盆地威远地区下寒武统筇竹寺组页岩气形成条件进行了分析，认为该区筇竹寺组富有机质黑色页岩具有较好的页岩气成藏条件。

1　区域地质背景

威远地处四川盆地的中南部地区，在构造上主要位于加里东古隆起（乐山-龙女寺古隆起）东南部，包括川南古坳中隆低陡构造区带、川西南中古斜坡低陡构造区带以及川中川南过渡带、川西南部以及川东部分地区［6，7］。区内地表为侏罗～白垩系红色地层所覆盖，在盆地周缘广泛出露下古生界及其以下地层，研究区下古生界海相黑色页岩由浅到深主要发育于下志留统龙马溪组、下奥陶统五峰组和大湾组以及下寒武统筇竹寺组4套地层中。其中筇竹寺组黑色页岩具有厚度大、分布稳定的特点，具有较好的勘探潜力［7，8］。

2　页岩沉积特征及分布

2.1沉积特征

在早寒武世筇竹寺组沉积期发生了寒武纪最大规模的海侵，海侵的方向为东部及东南方向，西部的康滇古陆提供了丰富的物源，沉积以陆源碎屑为主，筇竹寺组沉积期间沉积水体总体上较为安静，形成了一套巨厚的浅海陆棚相泥质烃源岩，该套烃源岩广泛分布于扬子、南秦岭和滇黔北部地区的次深海～深海沉积相区。筇竹寺期整体为陆棚相沉积，在川东北部-鄂西为深水陆棚，盆地内部除了川南威远、内江、宜宾等一带为深水陆棚沉积外，总体上为浅水陆棚相沉积（见图1）［9］。

总体上来说，威远地区筇竹寺组页岩属于深海陆棚沉积，沉积水体较深，水动力较弱，水体还原性较强，有利于有机质页岩的富集和保存。

图1　下寒武统筇竹寺期岩相古地理图（据刘宝珺等改）［9］Fig.1 The lithofacies paleographic map of Qiongzhusi formation （According to Liu Baojun，etc）［9］

2.2页岩分布

根据研究区的剖面实测和钻井资料表明，筇竹寺组黑色页岩在威远一带大多数分布在200 m～300 m这个范围内，东西方向靠近古隆起遭受剥蚀页岩的厚度变薄，页岩越往南厚度越大，至长宁构造可达600 m［10］（见图2）。

3　地球化学特征

3.1有机质丰度

有机质丰度是富有机质泥页岩产生页岩气的物质基础，是决定泥页岩生烃潜力的重要指标［1］。根据威远地区3口井108个岩心样品分析结果统计，筇竹寺组有机碳含量分布在0.31％～4.89％这个范围内，平均有机碳含量较高，为1.32％，达到了有效页岩有机碳丰度下限［11］（见图3）。

威远地区筇竹寺组页岩有机碳含量具有自上而下有机碳含量逐渐增加趋势，富有机质页岩主要分布于筇竹寺下部第一亚段，其有机碳含量一般在1.65％～2.85％，平均值为2.15％。

3.2有机质类型

有机质类型决定着泥页岩的生气能力和含气量，也是评价泥页岩生气质量的重要指标［13］。对研究区筇竹寺组8块页岩样品进行干酪根镜检，结果显示干酪根组成绝大部分为腐泥组（腐泥组含量平均＞85％），电镜观察为无定形的絮状体，证明了干酪根为海相成因的干酪根，低等海洋生物是其有机物的主要组成成分。因此，研究区寒武系筇竹寺组页岩干酪根显微组成表现为Ⅰ型。

图2　威远及邻区筇竹寺组页岩厚度等值线图Fig.2 Thickness contour of black shale from Qiongzhusi formation in Vying region and its neighboring region

图3　威远地区筇竹寺组页岩有机碳含量统计直方图Fig.3 Statistical histogram of organic carbon content，Qiongzhusi formation，Vying region

进一步对筇竹寺组页岩样品干酪根碳同位素组成分析。分析显示，研究区筇竹寺组页岩干酪根δ13C相对较轻，一般在-32.0‰～-38.3‰，属于Ⅰ型干酪根。

在筇竹寺期研究区为深水陆棚环境，有机质来源于浮游生物，而且此时植物尚未登陆，直到泥盆纪高等植物才大量繁盛，不可能有陆源有机质，因此，总体上来说筇竹寺组页岩有机质类型以Ⅰ型为主，Ⅱ1为辅（见表1）。

3.3有机质成熟度

有机质成熟度是影响有机质表面吸附气含量的重要因素，是页岩气生气能力评价的一项重要内容［12］。干酪根的镜质体反射率是最直观的表征有机质成熟度的参数。由于四川盆地下古生界地层中很难找到保存完好的镜质体，所以不能直接测得Ro。国内外学者通过对四川盆地下古生界地层固体沥青的分析，总结出沥青反射率通过换算能够得到镜质体反射率［13，14］。威远地区筇竹寺组页岩的Ro为2.6％～4.0％，处于过成熟阶段。

表1　研究区筇竹寺组页岩样品干酪根镜检分析表Tab.1 The kerogen identification table of shale samples in Qiongzhusi formation

4　储层特征

4.1矿物组分特征

用X射线衍射仪对研究区页岩样品的矿物成分进行鉴定，页岩全岩矿物组成纵向上分布（见图4），硅质矿物（石英+长石）在纵向上分布较稳定，石英、长石含量较高，石英含量为29％～40％，平均含量为33.1％；长石含量较稳定，为20％～42％，平均含量为32.3％；碳酸盐矿物含量很低，在筇竹寺组不发育，为2％～13％，平均含量为5.8％；黏土矿物纵向上含量较稳定，为14％～28％，平均含量为20.9％；黄铁矿平均5％左右。总体上筇竹寺组页岩石英和长石含量为65.4％，脆性矿物含量较高，有利于天然裂缝的形成及后期页岩的压裂开发。

4.2储层储集空间及含气性

通过对筇竹寺组页岩进行扫描电镜发现，筇竹寺组页岩主要发育粒间杂基微孔（见图5a）、泥质碎片间微孔（见图5b）、黏土矿物片理微缝（见图5c）、煤球状黄铁矿晶间微孔（见图5d）。长石矿物溶蚀孔较少见（见图5e），微裂缝局部发育，且多数被有机质充填（见图5g），有机质孔较少且呈孤立分布，孔径主要为50 nm～150 nm，为纳米级孔隙（见图5f）。这些微孔隙主要为纳米级-微米级孔隙，以0.2 μm～2 μm为主。

通过威远地区3口井筇竹寺组取心段87块样品的物性测试结果统计，页岩储层孔隙度的最大值和最小值分别为4.93％和1.27％，平均值为2.85％。多数样品的渗透率在0.005×10-3mD～0.1×10-3mD，少数样品实测渗透率超过10×10-3mD。筇竹寺组页岩基质渗透率主要分布在0.01×10-3mD～0.05×10-3mD。可见威远地区筇竹寺组页岩具有良好的储层物性条件。

页岩的含气量是决定页岩是否值得开采的重要参数。在对威远地区20余口钻井中有19口井30个层段在下寒武统筇竹寺组有气显示，而在威A井的筇竹寺组经测试有工业的页岩气流，表明该区页岩气的前景很大。威A井页岩样品的等温吸附实验显示，研究区筇竹寺组吸附气含量多在2 m3/t左右，具备商业开发的价值。

图4　筇竹寺组页岩样品全岩矿物组成Fig.4 Mineral composition of lower cambrian Qiongzhusi formation

图5　扫描电镜下筇竹寺组页岩孔隙类型Fig.5 The pores type of shale in Qiongzhusi formation under SEM

4.3页岩气的保存条件

由于页岩气具有自生自储的特征，与常规油气相比，构造因素引起的保存条件对页岩气的富集保存显得尤为重要［15］。威远地区海相页岩气藏虽在形成演化过程中经历了多期构造运动，尤其在燕山、喜山期的大幅度地层抬升剥蚀和强烈的断层活动，会对页岩气藏保存产生重要影响。威远地区远离断裂发育区，据钻井岩心观察显示，筇竹寺组页岩裂缝不发育。寒武系和三叠系沉积了几套膏岩层，这套区域性盖层维持了其下的压力体系，特别是中寒武统陡坡寺组沉积的一套膏岩层对下伏筇竹寺组页岩气的保存起了重要作用［16］。

地层压力对页岩气的吸附有明显影响，随着压力的增高，吸附气含量增加［17］。威远地区筇竹寺组页岩产气段地层压力系数主要为1.2～1.8，为超高压地层，对吸附态页岩气的保存至关重要。

5　结论

（1）四川盆地南部威远地区下寒武统筇竹寺组黑色页岩分布广泛，厚度较大（厚200 m～300 m），主要为深海陆棚沉积环境，沉积水体较深，水动力较弱，水体还原性较强，有利于有机质页岩的富集和保存。研究区筇竹寺组页岩有机质丰度高，平均为2.15％，有机质成熟度较高，多数为2.6％～4.0％，处于过成熟阶段，干酪根类型以Ⅰ型为主，Ⅱ1为辅。

（2）四川盆地南部威远地区下寒武统筇竹寺组黑色页岩矿物组成以石英、长石等脆性矿物为主，含有少量黄铁矿，脆性较高，具有较好的压裂潜力。其中石英含量为29％～40％，平均含量为33.1％，长石含量为20％～42％，平均含量为32.3％，黄铁矿平均5％左右。黏土矿物含量中等，为14％～28％，平均含量为20.9％，主要为伊利石，其次为绿泥石，少量伊蒙互层，少见蒙脱石。

（3）在系统研究威远地区筇竹寺组页岩的沉积、分布特征、有机地球化学特征、储层特征及页岩气保存条件等基础上，总体认为，研究区筇竹寺组页岩气的成藏条件较好，有利于进一步勘探开发。

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Shale gas reservoir－forming conditions and predicting
favorable exploration area in Qiongzhusi formation，Vying region

REN Dongchao1，2，CHEN Yicai1，2，SUN Chaoya2，LIU Dongdong2，WANG Xiaofei2，GUO Shiyu3

（1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；2.Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；3.School of Science，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

According to the measured profile of dark shale and the laboratory test results of rock samples，this paper studies the regional distribution，geochemical and reservoir characteristics and conservation conditions of shale gas to reveal the shale gas generation.Results show that the shale gas in lower Cambrian，Vying region，southern Sichuan basin，with large sedimentary thickness，up to 200 m～300 m，mainly as deep continental shelf sediments，organic matter abundance of shale is high，the average is 2.15％，maturity is higher，reaching high mature stage，organic matter type is given priority to type I，Ⅱ1is complementary，brittle content of minerals in shale is high，dominated by quartz，content of clay is medium，dominated by illite，which is in favor of the generation and accumulation of shale gas.

Vying region；lower Cambrian；Qiongzhusi formation；accumulation conditions

TE122.3

A

1673-5285（2016）08-0099-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.022

2016-06-30

2016-07-05

国家科技重大专项“南方海相页岩气开采试验”资助，项目编号：2011ZX05018-006-07。

任东超，男（1991-），在读硕士研究生，研究方向为页岩气藏形成与选区评价，邮箱：1096483326@qq.com。