黔江—酉阳地区页岩沉积特征及页岩气评价参数*

2016-09-26官惠聪严安云袁代泽

现代矿业 2016年5期

关键词：牛蹄龙马成熟度

黄　丹　徐　涛　官惠聪　严安云　袁代泽

(1.长安大学环境科学与工程学院；2.重庆能科工程勘察有限公司；3.重庆市能源投资集团科技有限责任公司)

黔江—酉阳地区页岩沉积特征及页岩气评价参数*

黄丹1,2徐涛3官惠聪2严安云2袁代泽2

(1.长安大学环境科学与工程学院；2.重庆能科工程勘察有限公司；3.重庆市能源投资集团科技有限责任公司)

通过野外地质调查和室内测试分析，系统研究了黔江—酉阳地区奥陶系五峰组页岩、志留系龙马溪组和寒武系下统牛蹄塘组页岩的沉积特征，并对2组目的层的页岩气评价参数进行了分析，结果表明：①五峰组—龙马溪组黑色页岩有机质丰度由东南自西北逐渐增大，由上至下逐渐增大，有机质类型属Ⅰ型干酪根，处于高—过成熟阶段；②下寒武统牛蹄塘组页岩有机质丰度由西北至东南逐渐增大，由下至上逐渐降低，有机质类型属Ⅰ型干酪根，处于高—过成熟阶段。上述研究成果进一步表明：区内页岩生、储、盖条件良好，不同方向、不同期次的节理和微裂缝有利于排烃和规模化开发页岩气。

页岩沉积特征沉积环境龙马溪组牛蹄塘组页岩气评价参数

页岩气藏是典型的自生自储型“原地成藏”模式。在页岩气系统中，烃源岩仍为富有机质的页岩相，储层为低孔低渗页岩且经常含有贫有机质的碳酸盐岩和粉砂岩，储层分布受泥页岩分布的控制。近年来，随着对清洁能源需求量的增加、非常规油气地质勘探开发理论的发展、难采油气开发技术的突破以及北美页岩气的成功开发，引发了我国政府及国内能源企业对页岩气资源开发的高度关注[1]。重庆黔江—酉阳地区位于全国页岩气资源战略调查选区。近年来，该区域周缘地区已陆续实施了10余口针对页岩气的探井，多口探井气显良好，黔页1#井获得了工业气流，据此对页岩气储层状况及特征、勘查开发条件等有了深入的认识，为页岩气勘查开发奠定了基础。本研究以黔江—酉阳地区页岩沉积特征为基础，初步分析该地区的页岩气资源勘探潜力。

1　区域地质背景

勘查区属四川盆地东南缘扬子准地台、上扬子台内坳陷、渝东南凹陷褶皱带、黔江凹陷褶皱带。重庆地区构造沉积演化史由老至新可划分为中元古代—新元古代早期扬子准地台褶皱基底形成、南华纪—三叠纪槽台分化、侏罗纪—第四纪陆内改造等3个阶段。渝东南及周缘地区主要构造线呈NNE—NE向展布，向斜区地层倾角平缓，背斜区地层倾角较大，局部受断裂影响，有倒转现象。区内主要断裂走向与褶皱轴线基本一致，呈NE走向，倾向NW。区内出露页岩目的层有2层：①志留系下统龙马溪组、奥陶系上统五峰组与上覆地层龙马溪组下段可视为同一目的层，岩性为黑色粉砂质页岩、含硅质页岩；②寒武系下统牛蹄塘组下段，岩性为黑色炭质页岩和硅质页岩。

2　沉积环境

2.1五峰组—龙马溪组黑色页岩沉积环境

奥陶纪末期大规模海退、华南古陆与扬子板块拼接导致的黔中、滇东南、江南、华南等古陆隆起，提供了大量陆源碎屑[2]。渝东南地区在晚奥陶世—早志留世时期处于前陆盆地的发展阶段，其主要的陆源碎屑便来自黔中隆起及雪峰隆起。奥陶纪末期的海退也导致了研究区的海相沉积由清水环境碳酸盐岩为主(如渝东南地区奥陶系宝塔组灰岩)转变为以浑水陆源碎屑岩为主的碎屑岩沉积(如渝东南地区早志留世晚期的浅海陆棚砂质沉积)[3]。奥陶纪晚期在渝东南地区沉积了1套五峰组黑色硅质岩、黑色硅质泥岩，在渝东南彭水地区其厚度1～5m，其中也含有大量的笔石，其上部为龙马溪组黑色泥岩沉积。

2.2牛蹄塘组黑色页岩沉积环境

根据四川盆地早古生界地层研究成果，震旦系未，桐湾运动使地壳上升广遭剥蚀后，早寒武纪又复下沉，接受了下古生界海相沉积建造，寒武纪初，地壳下降，开始海侵，至沧浪铺早期，海侵范围最大。下寒武统牛蹄塘组烃源岩属广海陆棚沉积相，是四川盆地生烃能力最强、分布范围最广的1套烃源岩。在早寒武纪早期，整个中国南方地区处于同一古地理背景下，即整个中国南方地区为1个巨大的、盆底地形为平缓的、水体相对较浅的、水流不畅的停滞缺氧盆地，大部分地区经历了深埋过程，成熟度较高，同时经历了复杂的构造热演化过程，具有“高成熟、强改造”的地质背景[4]。并在早寒武纪早期，继晚震旦纪第1个动物发育高峰期之后，又发生了水壳化石(软石螺等)发育高峰期，同时也发育了大量的低等植物，致使下寒武统下部的牛蹄塘阶发育了数米至数百米厚的炭质泥岩、页岩及石煤。

3　储层特征

3.1页岩厚度及埋深

五峰组—龙马溪组地层黑色炭质页岩分布于濯水镇—两河镇的濯河坝向斜，未剥蚀区面积约 890.10km2。页岩地层发育稳定，埋深0～4 500m，厚39.04～53.83m，平均43.15m。该套页岩具有自下而上颜色逐渐变浅、砂质含量增加、有机质和硅质含量减少的变化特征。页岩中普遍含砂质、粉砂质，底部微含钙质、多含硅质，呈零星散状分布的黄铁矿较丰富，以产浮游生物笔石为主要特征，局部可见放射虫、海绵骨针等生物碎屑，有机质含量较高。区块内牛蹄塘组地层未出露，埋深2 000～ 6 500m，厚40～70m，面积1 272.40km2，该套页岩具有自下而上页岩有机质含量减少，颜色由黑色变为深灰色，砂质、粉砂质含量增加的特征。

3.2地化特征

研究区龙马溪—五峰组地层为1套黑色炭质页岩、含粉砂质页岩、硅质页岩，产大量的笔石化石，目的层之上为黄灰色石英岩屑粉砂岩，钙质胶结，五峰组地层底为灰—绿灰色泥质灰岩、瘤状灰岩。牛蹄塘地层研究区内未出露，故不作为主要研究对象。页岩中有机质含量越高，吸附气含量越高，在相同的地质条件下，页岩生烃强度、吸附气含量与有机碳含量成正相关关系[5]。区内龙马溪—五峰组页岩气成藏主要控制因素的测试结果见表1。

表1　页岩气成藏主要控制因素含量

根据邻区黔江1#井、黔江2#井、黔页1#井、黔浅1#井和勘查区酉浅1#井等资料，获取了勘查区五峰组—龙马溪组地层有机碳含量，岩芯实测有机碳含量1.0%～3.2%，平均2.4%，由东南至西北逐渐增大，由上至下逐渐增大，岩芯实测成熟度1.6%～3.4%，平均2.4%，处于高—过成熟阶段，成熟度由东南至西北逐渐增大，有机质类型属腐泥型即Ⅰ型干酪根。根据邻区露头和钻井资料，牛蹄塘组暗色页岩有机碳含量2.0%～2.8%(图1)，由西北至东南逐渐增大，由下至上逐渐降低，成熟度2.3%～3.0%，处于高—过成熟阶段(图2)，有机质类型属腐泥型即Ⅰ型干酪根。

3.3有机质演化史

根据邻区钻井磷灰石样品的裂变径迹长度分布、最佳拟合曲线和T-t轨迹图计算分析了区域沉积埋藏史。区内在82.5～72.1Ma期间为地层的快速抬升期，约有 1 100m厚的地层遭受剥蚀；72.1～31.2Ma为缓慢抬升阶段，约有625m厚的地层被剥蚀；31.2～20.8Ma为急剧抬升阶段，约有 710m厚的地层遭受剥蚀；20.8～10.7Ma属于相对稳定时期，约有185m厚的地层被剥蚀；10.7Ma至今为急剧抬升阶段，燕山期以来的隆升使约2 580m厚的地层被剥蚀。五峰组—龙马溪组页岩沉积后经历了漫长的演化过程，中上扬子地区受挤压与碰撞，经历了“早降晚抬”的演化模式，具体表现为：早志留世—晚志留世处于短暂的沉降状态，早泥盆世—晚石炭世发生抬升，其后除中二叠世有沉积间断外，直至白垩纪末总体仍处于持续沉降状态，白垩纪末以后一直处于快速抬升状态，总体表现为早期沉降、中期深埋、沉降期长、隆升期短的特点。晚二叠世之前，龙马溪组烃源岩处于低熟阶段(成熟度小于0.6%)；晚二叠世末―中三叠世末，处于成熟期，烃源岩热演化极其缓慢，中三叠世后达到生烃高峰期，生成的大量液态烃在压实作用下，向石炭系高效排烃；早侏罗世末，成熟度达到1.3%，干酪根进入湿气-凝析油阶段；中侏罗世后，烃源岩处于过成熟阶段，成熟度达2.3%～3.0%，直至中白垩世(约80Ma)；志留系地层快速埋藏，烃源岩进入干气阶段。

图1　牛蹄塘组页岩有有机碳含量等值线

图2　牛蹄塘组页岩成熟度等值线

寒武系烃源岩生烃门限为早奥陶世，成熟度约0.7%，为低成熟阶段。早—中志留世，寒武系烃源岩埋深加大，成熟度约1.3%，进入生油窗并开始大量生油，后由于加里东运动的抬升作用，致使寒武系烃源岩埋深变浅，生烃停滞。中—晚二叠世，烃源岩再次深埋，开始二次生烃。三叠纪末期，牛蹄塘组烃源岩的有机质成熟度增至约1.6%，该阶段烃源岩继续在生油窗内演化，主要生成液态烃。由于侏罗系的快速沉降，中侏罗世，成熟度升至2.0%，进入高成熟期，有机质开始大量生成油裂解气。晚侏罗世，成熟度再升至2.4%，有机质大量生成凝析油及裂解气。中白垩世成熟度达2.8%～3.2%，进入过成熟阶段，有机质主要生成干酪根裂解气，已生成的原油也裂解生成天然气，此后地层遭受抬升剥蚀，现今寒武系烃源岩处于过成熟阶段。

3.4岩石学组成特征

五峰组—龙马溪组页岩地层主要矿物为石英、长石、黏土和碳酸盐矿物，局部发育黄铁矿，其中，石英、长石含量32.3%～81.9%，平均约53.5%；黏土含量12.4%～56.5%，平均约34.9%；碳酸盐岩含量3.7%～18.8%，平均约6.8%；黄铁矿含量1.0%～7.2%，平均约3.1%。黏土矿物主要为绿泥石、伊利石、伊蒙混层和少量高岭石，岩芯物性数据显示，有效孔隙度0.8%～3.6%，渗透率(0.004 6～ 0.469 9)×10-3μm2，岩石密度2.51～2.73g/cm3。下寒武统牛蹄塘组页岩矿物主要为石英、长石、黏土，次要矿物为碳酸盐，局部含少量黄铁矿，其中石英、长石含量40.5%～76.2%，平均56.2%；黏土含量12.4%～56.1%，平均39.2%；碳酸盐岩含量1.1%～28.2%，平均7.8%；黄铁矿含量1.1%～5.2%，平均3.1%。黏土矿物主要为绿泥石、伊利石和伊蒙混层(图3)，岩心实测孔隙度0.5%～3.5%，渗透率(0.001 2～0.936 1)×10-3μm2，岩石密度2.59～2.77g/cm3。上述分析表明，研究区内2套目的层脆性矿物(石英、长石和碳酸盐)含量较高，黏土含量低，有利于储层压裂改造。

图3　页岩矿物组成分布

4　含气性评价

页岩气的存在相态有吸附态、游离态、溶解态等3种，页岩气中的天然气成因具有多样性，覆盖了几乎所有可能的有机生气作用机理。页岩即烃源岩，也是特殊的储集层，很少发生二次运移，属“原地成藏”模式[6-7]。根据黔江—酉阳地区五峰组—龙马溪组页岩和牛蹄塘组页岩埋藏深、变化大的特征以及有机碳、成熟度、石英、脆性矿物含量，判断其处于热裂解生凝析气阶段和深部高温生气阶段，达到大规模生气阶段，页岩气以热解干气为主，且烃源岩的分布面积和厚度较大，预测该地区页岩气含气量较可观[8-9]。