威宁—水城下石炭统旧司组页岩气成藏条件

2016-12-20李凯

特种油气藏 2016年5期

关键词：石炭威宁泥岩

李凯

(贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心，贵州贵阳 550008)

威宁—水城下石炭统旧司组页岩气成藏条件

李凯

(贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心，贵州贵阳 550008)

根据野外露头，钻井、录井剖面及测试化验等资料，分析威宁—水城下石炭统旧司组富有机质页岩形成的地质背景、沉积特征及成藏要素。研究认为，该区有机质页岩厚度大，分布面积广；有机碳含量平均为1.26%，有机质类型以Ⅱ型为主，有机质成熟度较高，具有良好的生烃潜力；储层整体呈现低孔、低渗的特征，有机质页岩裂缝、孔隙较发育；上下围岩岩性致密，具有良好的保存条件。对区内泥页岩厚度、有机碳含量、成熟度、埋深等成藏要素进行分析，预测有利区处于西南部威水背斜带。采用概率体积法预测研究区资源量为1 553.85×108m3，具有良好的资源开发前景，研究结果可为该区下步勘探部署提供一定依据。

页岩气；有利区；旧司组；成藏条件；威宁—水城区块

1 区域概况

贵州省威宁—水城区块地处贵州省西部，研究区东南边界与贵州盘县接壤，东北与六枝、纳雍县为邻。构造位置位于黔南坳陷六盘水断陷，南部有水城—紫云同沉积断裂，东北部有垭都—蟒硐断裂。

研究区石炭系地层发育较全，以浅海相碳酸盐岩沉积为主。上部主要为灰岩、生物灰岩、介壳灰岩；下部岩性较复杂，由碳酸盐岩、碎屑岩和硅质岩组成，均为连续沉积，与下伏地层上泥盆统呈整合接触[1-3]。区内早石炭世旧司组时期自南东向北西海平面逐渐上升，由于较迅速的海侵作用造成物源供给不足，旧司组时期主要沉积了一套黑色炭质页岩、钙质页岩，后期因生物作用碳酸盐物质供给充足，在旧司组顶部沉积了大套碳酸盐岩(图1)。

2 地层及沉积特征

研究区发育一套灰黑色薄层页岩、泥岩，夹灰黑色厚层至块状燧石灰岩、石英砂岩，下部以黑色页岩、炭质泥岩为主，夹含泥灰岩，产珊瑚等动物化石[4]，地层发育总体由东北向西南逐渐增厚，在威宁六硐桥厚度达992 m，向东南、西北方向逐渐减薄。区内旧司组地层黑色页岩发育，有效页岩厚度为0～120 m，在金钟镇附近有机质页岩厚度达到120 m。

研究区在早石炭世可划分为2个沉积相[5-6]，自北东向南西依次为潟湖相、沼泽相。潟湖相分布于威宁板底乡、水城保华一线北东部，发育岩性为黑色页岩夹浅灰色中厚层细粒石英砂岩。沼泽相分布在威宁板底乡、水城保华一线南部大部分区域，为一套海陆交互相砂泥岩夹灰岩含煤沉积，由滨海—浅海相石英砂岩、页岩、灰岩和滨海沼泽相的炭质页岩及煤层组成。

3 成藏条件研究

3.1 地球化学特征

3.1.1 有机碳含量

根据研究区及其周边富有机质页岩样品分析测试结果显示，旧司组TOC为0.83%～1.69%。旧司组富有机质页岩TOC含量平面变化特征与页岩层发育特征基本一致，在威宁金钟镇一带最高，由中心向东北和南西向逐渐降低。

图1 贵州省威宁—水城区块石炭系层序地层格架

3.1.2 有机质类型

旧司组页岩干酪根类型指数TI为-13～84，有机质类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主，并出现Ⅲ型和Ⅰ型。页岩干酪根碳同位素值δ13C为-40.0‰～15.1‰，平均为-28.2‰；碳同位素值变化大，干酪根类型多，以Ⅱ1型为主。显微组分主要表现为壳质组，其次为腐泥组和镜质组，惰质组较少。其中，壳质组以腐殖无定形体和壳质碎屑体为主，腐泥组以腐泥无定形体和腐泥碎屑体为主，镜质组以无结构镜质体为主，蓝光激发，无荧光显示。

3.1.3 有机质成熟度

研究区及其周边以往页岩样品镜质体反射率分析测试结果显示，下石炭统旧司组富有机质页岩热演化程度总体较高。区内下石炭统旧司组页岩有机质成熟度为1.60%～2.95%，平均为2.31%，处于过成熟早期生干气阶段。区内东北部赫章地区Ro值大于3.00%，其余大部分区域Ro值为1.60%～3.00%；区块西北部威页1井Ro值为2.95%，中部北西向威宁—水城间为2.00%～3.00%，往西南部有机质热演化有所降低。

3.2 页岩岩石学特征

根据研究区及其周边下石炭统旧司组页岩样品测试结果分析：页岩中石英含量为21.65%～61.42%，平均为39.95%；长石含量为0.00～4.92%，平均为1.11%；碳酸盐岩含量为0.95%～47.32%，平均为16.64%，矿物成分以方解石为主，次为白云石；铁矿物含量为0.00～4.00%，平均为2.22%，主要以黄铁矿、菱铁矿为主；石膏含量为0.00～8.00%，平均为1.38%；黏土矿物含量为7.61%～69.30%，平均为38.70%。

旧司组富有机质页岩抗压强度为3.72～202.91 MPa，抗拉强度为1.08～110.12 MPa，弹性模量为12.49×103～25.90×103MPa，泊松比为0.22～0.26，含水率为0.02%～1.61%。

3.3 页岩气储层物性

依据区内及周边岩心样品测试资料，下石炭统旧司组富有机质页岩密度为2.05～2.72 g/cm3，平均为2.61 g/cm3；孔隙度为2.14%～3.29%，渗透率为0.001 3×10-3～0.190 0×10-3μm2，整体呈现低孔、低渗的特征。旧司组页岩层段孔隙度和裂缝较发育，孔隙以溶蚀孔、粒间孔、晶间孔为主，多为纳米级孔隙，少量微米级孔隙。裂缝主要为构造裂缝和成岩层间裂缝，裂缝大多被方解石充填，偶尔可见少量黄铁矿。

3.4 保存条件及含气性

3.4.1 页岩气保存条件

(1) 页岩埋藏深度。研究区旧司组页岩埋深展布方向以北西向为主，在向斜轴部附近埋深较大，埋深小的区域呈带状展布。埋深小于3 000 m的区域主要位于区块北部和中部，即向斜(炉山、二塘、大河边和格目底)两翼石炭系—下二叠统地层覆盖区，多位于背斜(珠市河、威水)核部及两翼。埋深大于3 000 m的区域主要位于向斜(二塘、大河边和格目底)核部上二叠统地层覆盖的区域，埋藏深度为3 000～4 500 m。二塘、大河边、格目底向斜核部埋藏深度一般大于4 500 m。研究区整个下石炭统旧司组富有机质页岩埋深较大、保存条件好。

(2) 上下围岩岩性。研究区露头剖面及钻井、录井剖面显示，区块上司段及摆佐组岩性主要为粉砂质泥岩、泥岩、砂泥岩互层。在旧司组中、上部至上司段发育浅灰色泥质岩、粉砂质泥岩，岩性致密，厚度达400多米，可以形成较好的盖层。下伏地层为岩关组泥晶灰岩、燧石灰岩夹生物灰岩，厚度为0～400 m，可形成良好的封堵层。上下围岩岩性致密，厚度较大，对区内旧司组可形成良好的封盖层，有利于研究区页岩气的保存。

3.4.2 页岩层含气性

根据《贵州省页岩气资源调查评价》，贵州省下石炭统旧司组页岩含气量为0.1～2.9 m3/t，平均为1.0 m3/t。

发现1、发现2井的钻井及录井资料分析认为，下石炭统旧司组存在2套页岩气产层。发现1井在850 m进入旧司组，在984～1 202 m有连续气体产生，且将钻井泥浆顶出井口；发现2井钻遇地层岩性组合分析，井深1 943 m以上为一套下石炭统旧司组地层层序，岩性以泥页岩为主，夹石灰岩，泥页岩总厚度大于500 m，是一套良好的区域盖层和页岩生气层。

4 有利区预测

采用全国页岩气资源战略调查项目推荐的页岩气资源评价方法[7-11]，运用单因素分析多要素综合的研究思路[12]，开展研究区页岩厚度、有机碳含量、热演化程度等成藏要素研究。按页岩TOC>1.5%，Ro≤4.0%，埋深500～4 500 m，泥页岩厚度大于10 m，总含气量大于1.0 m3/t等标准，采用概率体积法对研究区下石炭统旧司组页岩气有利区进行预测(表1)。

表1 威宁—水城区块下石炭统旧司组页岩气有利区资源量预测及参数取值

预测有利区大体处于威水背斜带，北临炉山—二塘—大河边向斜，南靠垮都—树舍—格目底向斜，背斜构造被水城断层、上石桥断层、野窝断层、老屋基等逆冲断层控制(图2)。威水背斜带中部下石炭统旧司组页岩层沉积最好，与东部相比较，同由水城断层控制，页岩气的成藏环境与水城发现1、发现2井基本一致。由于该区构造规模大，含气区边界断层多为逆断层，页岩气保存条件好，是威宁—水城区块页岩气勘探的最有利区，在50%概率条件下预测资源量为1 553.85×108m3。

图2 贵州省威宁—水城区块页岩气有利区预测

5 结论

(1) 研究区地层发育总体由东北向西南逐渐增厚，向东南、西北方向地层厚度逐渐减薄。早石炭世可划分为2个沉积相，自北东向南西依次为潟湖相、沼泽相。地层沉积厚度和展布方向受水城—紫云断裂控制，区内沉积相控制泥页岩发育层位及横向变化，同时也控制了泥页岩有机质丰度展布。

(2) 研究区总有机碳含量为0.83%～1.69%，总体上有机质页岩TOC平面变化与页岩层发育特征基本一致。区内下石炭统旧司组页岩干酪根类型指数TI值为-13～84，有机质类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主。区内有机质成熟度平均为2.31%，往西南部有机质热演化程度有所降低。

(3) 研究区富有机质页岩矿物成分以石英含量最高，其次为黏土矿物，含有部分碳酸盐矿物，长石、铁矿物和石膏含量较低。脆性矿物总体含量大于40%，具有较好破裂潜力。

(4) 研究区含气页岩具有孔隙度低、渗透率特低的特征，有机质页岩孔隙以溶蚀孔、有机孔、晶内孔隙等为主，宏观裂缝较发育，主要为构造裂缝和成岩层间裂缝。下石炭统旧司组富有机质页岩埋深较大、保存条件好，上覆地层为粉砂质泥岩、泥岩砂泥岩互层，岩性致密；下伏地层岩关组泥晶灰岩，厚度较大，旧司组上下围岩形成好的封堵作用，具有良好的成藏条件。

(5) 按有机质页岩成藏要素对研究区进行分析，预测有利区大体处于威水背斜带；采用概率体积法对下石炭统旧司组页岩气有利区进行储量预测，在50%概率条件下的预测资源量为1 553.85×108m3，具有良好的勘探开发前景。

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