黔南下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件及勘探前景分析

2017-06-19杜继成

石油地质与工程 2017年3期

关键词：干酪根牛蹄黔南

万梦，苗宝，杜继成

(贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治重点实验室，贵州贵阳 550025)

黔南下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件及勘探前景分析

万梦，苗宝，杜继成

(贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治重点实验室，贵州贵阳 550025)

黔南下寒武统牛蹄塘组平面上整体表现为北西-南东向沉积环境逐渐变深，页岩气有利沉积相为深水陆棚-深水盆地。通过地表剖面及调查井采样测试分析，认为黔南下寒武统牛蹄塘组具有Ⅰ型干酪根特征，有机碳含量高，热演化程度高，且渗透率极低，微裂缝发育，具有形成页岩气藏的基本地质条件。通过有利区评价参数分析，进一步优选出三个页岩气勘探有利区，即麻江-英平有利区，福泉有利区，谷硐有利区。

黔南下寒武统；牛蹄塘组；页岩气；成藏条件

页岩气是指以吸附、游离或溶解状态赋存于泥页岩中的天然气[1]，它赋存于特定的地层中而不受“圈闭”的控制,具有“自生自储”的特点,属于一种非常规天然气资源[2]。美国页岩气勘探开发起步较早，相比之下中国对于页岩气的研究相对薄弱。因此，开展黔南地区页岩气成藏条件及资源潜力评价对于完善中国地区页岩气的研究具有重要意义。本文主要讨论黔南下寒武统牛蹄塘组页岩气富有机质页岩生烃、储集及保存条件，优选有利勘探区带，为黔南地区页岩气勘探开发综合评价提供参考。

1 地层特征

黔南地区地层发育齐全，自新元古代至第四纪地层均有出露，以海相沉积岩发育为主要特色。牛蹄塘组在该地区广泛分布，厚度从几十米到170 m不等，主要为炭质泥(页)岩，与下伏地层老堡组硅质岩或灯影组白云岩分界标志明显。岩性组合以黑色薄-中层炭质泥(页)岩、炭质粉砂岩为主，偶夹深灰色薄层砂质或硅质岩。底部炭质泥(页)岩为与下伏老堡组或灯影组的分界标志。

2 页岩气形成条件

2.1 烃源条件

2.1.1 有机质类型

Tissot等(1974)根据干酪根的元素分析，建立了元素分类体系。根据美国页岩气盆地的勘探经验,Ⅰ型干酪根与Ⅱ型干酪根为页岩气生成的主要有机质类型[3]。

牛蹄塘组富有机质页岩干酪根显微组分以腐泥组为主，镜质组、壳质组次之(图1)，其中壳质组以腐殖无定型体为主、少量壳质碎屑体，镜质组主要为无结构镜质体，腐泥组主要为腐泥无定型体和腐泥碎屑体，惰质组显示丝状体、不发荧光、类型指数91～98。统计结果表明牛蹄塘组富有机质页岩具有Ⅰ型干酪根特征。

图1 牛蹄塘组页岩干酪根显微组分三角图

2.1.2 有机质丰度

有机碳含量(TOC)是烃源岩评价最重要的基础参数之一。麻页1井位于麻江县城南东约3 km的小茶山，目标地层为下寒武统牛蹄塘组，钻厚381.86 m，真厚度264.51 m。有机碳分析样品53件，最低含量为0.37%，最高含量为5.35%，平均为1.92%；其中低于0.5%的样品6件，高于1%的样品47件，分别占总样品的11%和89%。纵向上，有机碳含量具有从下向上降低的趋势特征，总体受沉积相演变影响明显(图2)。

图2 麻页1井TOC特征

2.1.3 有机质热演化程度

页岩要成为潜在的页岩气勘探目标，其成熟度必须进入生气窗[5]。但有研究者认为，页岩气具有多种生气机理，并且可以在美国不同的页岩盆地中找到存在实例[6-7]。根据众多研究成果[5，8-9]，页岩气要具备经济开采价值，页岩处于生气窗内是甚佳的条件。而页岩气成熟度主要采用镜质体反射率的方法来分析，该方法应用广泛，具有较好的可对比性[10]。

本文针对麻页1井目标地层牛蹄塘组有机质页岩进行了镜质体反射率连续采样分析自上而下取样7件，分析结果显示(表1)，Ro最小值1.82%，最大值3.18%，平均2.56%，总体处于过成熟阶段。

2.2 储集条件

2.2.1 物性特征

页岩的物性特征不仅影响其对气体的储集和吸附能力，而且会影响气体的运移，因此研究其物性特征对揭示页岩生烃机制和储层特征有着重要的理论和实践意义。

区域上牛蹄塘组地表剖面及调查井物性采样分析结果显示，牛蹄塘组孔隙度1.69%～7.03%，平均密度2.68 t/m3，地表样品普遍比岩心样品高，可能是地表样品受风化所致；平均渗透率为(0.0023～0.015 3)×10-3μm2，渗透率极低；总体孔隙度具有由北西向南东增高趋势。

表1 麻页1井牛蹄塘组Ro一览表

2.2.2 储集空间类型

牛蹄塘组黑色泥(页)岩结构较致密，粉砂颗粒间孔隙中普遍填充有机质，有机质分散性强，颗粒细小，孔隙不发育。可见少量黏土矿物粒内孔，孔隙直径多小于1 μm。泥(页)岩中微裂缝发育，裂缝宽大于2 μm，多发育在黏土矿物与脆性矿物之间和黏土伊利石矿物层间，有机质孔隙发育极少。

2.2.3 矿物组成

针对麻页1井牛蹄塘组有机质页岩进行了黏土矿物及全岩X 射线衍射连续采样分析。结果表明，牛蹄塘组矿物成分中碎屑矿物含量为7.93%～73.65%，平均55.20%，脆性矿物平均16.98%；黏土矿物含量平均为19.12%。黏土矿物中伊利石相对含量平均为55%，绿泥石相对含量平均为13%，高岭石相对含量平均为7.5%，伊蒙混层相对含量8%～49%、平均为24.3%，以伊利石为主，其次为伊蒙混成矿物。纵向上长英质矿物自下而上先减少后增加，碳酸盐矿物自下而上先增大后减少，黏土矿物自下而上先减少后增大(图3)。

2.3 保存条件

页岩气藏为隐蔽圈闭气藏,不需构造圈闭就可使页岩层在大面积内为页岩气所饱和[3，11]，而源岩又具有最优先的聚集和保存条件。页岩本身就具有低孔低渗的特性,使其成为良好的盖层。

图3 麻页1井牛蹄塘组矿物成分特征纵向变化关系

牛蹄塘组泥(页)岩主要孔喉半径为0～0.1 μm，孔喉分选性差。根据麻页1井富有机质页岩扩散系数实验结果表明，其扩散系数为(5.83～5 620.00)×10-8cm2·s-1，总体上岩石扩散性较差，页岩封盖性能良好。

3 页岩气有利区带评价

综合分析富有机质页岩的沉积相带分布、有机碳含量、厚度、成熟度、深度、含气性以及构造保存条件等指标，并与美国主要页岩气盆地进行类比研究，对黔南地区寒武系牛蹄组分布区块进行分析。

黔南地区下寒武统牛蹄塘组分布广泛，地层发育齐全，通过有利区评价参数的分析认为，页岩气聚集发育远景区包括有凯里-黄平远景区(Ⅰ)、福泉远景区(Ⅱ)、都匀远景区(Ⅲ)、龙里远景区(Ⅳ)，在远景区内进一步优选出页岩气有利区包括麻江-黄平有利区(Ⅰ-1)、福泉有利区(Ⅱ-1)及谷硐有利区(Ⅲ-1)(图4)。

麻江-黄平有利区(Ⅰ-1)位于黔南坳陷黄平-独山箱状背斜北段，区内出露地层主要有寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系及二叠系，地层产状多为10～35°。牛蹄塘组多出露于东部，其泥页岩有机碳含量普遍大于1.5%；往东南有机碳含量增高，最高可达8%，平均含量为3%～4%，生烃强度较大；富有机质页岩段厚度为70～90 m，成熟度适中，处于有机质热演化中晚期；Ro一般为2%～3%，含气性较好，最高达1.13 m3/t(据麻页1井)。

福泉有利区(Ⅱ-1)位于黔南坳陷黄丝箱状背斜北段。通过该区外围牛蹄塘组地表剖面取样分析，牛蹄塘组泥页岩有机碳含量普遍大于2%，往东有机碳含量增高，平均含量为3%～4%，生烃强度较大；富有机质页岩段厚度受沉积相控制明显，往南东向增厚，厚度为40～60 m；成熟度适中，Ro一般2%～3%，处于有机质热演化中晚期。

谷硐有利区(Ⅲ-1)处于都匀以西贵定以东。牛蹄塘组泥页岩有机碳含量普遍大于2%，往东有机碳含量增高，平均含量高达4%左右，生烃强度较大；富有机质页岩段厚度受沉积相控制明显，往南东向增厚，厚度为60～80 m；成熟度适中，Ro一般为2%～4%，处于有机质热演化中晚期。

4 结论及建议

(1)黔南下寒武统牛蹄塘组泥页岩具有Ⅰ型干酪根特征，有机碳含量高，热演化程度平均为2.56%，总体处于过成熟阶段。

(2)泥页岩孔隙度1.69%～7.03%，渗透率极低，微裂缝发育；岩石扩散性较差，整体具备作为良好盖层的基础条件。

图4 牛蹄塘组页岩气发育区块分布

(3)通过有利区评价参数的分析，在远景区内进一步优选出3个页岩气有利区，其有机碳含量均较高，成熟度适中，处于有机质热演化中晚期，具有一定的勘探前景。

(4)牛蹄塘组页岩气静态指标普遍较好，但黔南地区及邻区资料反映现场解析含气性及含气量普遍较差，建议今后加强和深化对该目标层含气性的研究。

[1] RONALD J H, DANIEL M J, JOHN ZIMBERGE, et al. Oil and gas geo-chemistry and petroleum systems of the Fort Worth basin[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):445-473.

[2] 张抗,谭云冬.世界页岩气资源潜力和开采现状及中国页岩气发展前景[J].当代石油石化,2009,17(3):9-18.

[3] CURTIS J B. Fractured shale-gas systems[J].AAPG Bulletin,2002,86(11):1921-1938.

[4] 李新景，胡素云，程克明．北美裂缝性页岩气勘探开发的启示[J].石油勘探与开发，2007，34(4)：392-400.

[5] BOWKER K A. Barnett shale gas production, Fort Worth Basin[J].AAPG Bulletin, 2006,91(4):523～533.

[6] 梁狄刚，郭彤楼.中国南方海相生烃成藏研究的若干新进展(一)[J].海相油气地质，2008,(2):1-16.

[7] 张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布[J].天然气工业，2004,24(7):15-18.

[8] 张金川，聂海宽，徐波，等.四川盆地页岩气成藏地质条件[J].天然气工业，2008,28(2):151-156.

[9] 蒲泊伶，包书景，王毅，等.页岩气成藏条件分析[J].石油地质与工程，2008,22(3):33-39.

[10] DOW W G． Kerogen studies and geological interpretations[J].Journal of Geochemical Exploration，1977，7：77-79.

[11] 孙超,朱筱敏,陈菁,等.页岩气与深盆气成藏的相似与相关性[J].油气地质与采收率,2007,24(1):26-31.

编辑：赵川喜

1673-8217(2017)03-0019-04