贵州黔南石炭系打屋坝组页岩气成藏条件及选区评价研究

苗 宝

（贵州大学国土资源部喀斯特环境与地质灾害重点实验室，贵州贵阳 550025）

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之中而不受“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]。我国页岩气资源相当丰富，但勘探开发利用程度较低。加快页岩气资源勘探开发利用，对促进生态文明建设具有重大战略意义。本文主要对贵州黔南下石炭统打屋坝组页岩生烃条件、储集层特征、赋存条件进行研究并开展有利区带评价，为贵州黔南地区页岩气勘探开发提供参考。

1 区域概况

黔南地区地层发育齐全，自新元古界至第四系地层均有出露，以海相沉积岩发育为主要特色。新元古代以海相陆源碎屑岩沉积为主，夹火山碎屑岩及碳酸盐岩；古生代至晚三叠世中期沉积物由海相碳酸盐岩夹碎屑岩组成；晚三叠世晚期以后全为陆相沉积，沉积类型多样，古生物化石丰富。

打屋坝组主要分布于罗甸–长顺代化–紫云一带，面积较小，地层出露厚度在各地不一，厚度一般为170 m左右，岩性主要为碎屑岩。中–下部岩性以黑色薄层炭质泥页岩、灰、深灰色薄–中厚粉砂质泥页岩、灰色中厚层状粉砂岩为主，夹深灰色薄层硅质岩、硅质泥页岩。上部岩性以硅质岩、硅质泥页岩、粉砂岩为主。泥页岩中可见水平层理，粉砂岩具层纹–条纹状构造，泥页岩中常含有铁锰质结核，结核大小一般为12 cm×18 cm，呈椭球状，略具顺层分布。底部以炭质泥页岩与下伏睦化组分界，整合接触。

2 页岩气形成烃源条件

2.1 有机质类型

打屋坝组富有机质页岩的干酪根显微组分以壳质组、镜质组为主，腐泥组、惰质组次之（图 1），其中壳质组以腐殖无定型体为主、有少量壳质碎屑体，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，惰质组显示为丝状体、基本不发荧光。有机质类型主要为Ⅱ2型或Ⅲ型。

图1 打屋坝组页岩干酪根显微组分三角图

2.2 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，天然气的形成依赖于岩石中的有机质的分解，有机碳含量越高，能分解产出的天然气量越大。结合常规油气烃源岩的评价标准，并参考美国主要产气盆地的有机碳含量，确认有机碳含量大于0.5%就可以作为打屋坝组页岩气烃源岩。

罗页1井位于罗甸县沟亭北东约500 m。罗页1井钻遇打屋坝组厚507.86 m，岩性为浅灰色、深灰色泥晶灰岩、泥质灰岩夹两套黑色钙质炭质泥岩。对炭质泥岩段取样7件进行分析，TOC最低为3.20%，最高为9.34%，平均为5.28%，TOC含量均大于1.0%，均属于好烃源岩（表1）。

表1 罗页1井打屋坝组 TOC一览表

2.3 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[3]。镜质体反射率法被广泛使用，有机质成熟度（Ro）低于0.6%为未成熟，0.6%～1.3%为成熟，1.3%～2.0%高成熟，2.0%～3.0%过成熟早期阶段，3.0%～4.0%过成熟晚期阶段[4–5]。

打屋坝组有机质页岩Ro最低为3.950%，最高为4.412%，平均4.220%，处于过成熟晚期阶段（表2）。

表2 打屋坝组有机质成熟度一览表

3 页岩气赋存条件

3.1 矿物组成

打屋坝组主要含黏土矿物、石英，黏土矿物平均含量 52%，石英平均含量 37.8%，其次含少量长石、碳酸盐岩和黄铁矿等。黏土矿物主要为伊蒙混层和伊利石，伊蒙混层平均为80.4%，伊利石平均为12%，其次为少量的高岭石和绿泥石。纵向上，矿物含量的变化受岩性岩相控制较明显，长英质矿物自下而上先减少后总体变化幅度不大，碳酸盐矿物自下而上先减少后增大再减少，黏土矿物总体先增大后减少（图2）[6]。打屋坝组黑色页岩脆性矿物总含量大于35%，具较好的可压裂潜力；黏土矿物以伊蒙混成为主，吸附能力较好。

图2 长页1井打屋坝组矿物组分纵向分布

3.2 物性特征

打屋坝组地表剖面及调查井岩石物性分析表明，打屋坝组页岩总体表现细孔喉、分选差、细歪度的微孔微喉型孔隙结构，平均孔隙度1.90%～4.24%，地表样品孔隙度普遍比岩心样品高，可能是地表样品受风化所致；平均渗透率 0.001 1×10-3～0.019×10-3μm2，渗透率极低，平均密度2.63 t/m3，总体由王佑地区向紫云地区有降低的趋势。

图3 打屋坝组页岩气发育区块分布

3.3 保存条件

页岩气藏为隐蔽圈闭气藏，不需要构造圈闭就可以使页岩层在大面积内为页岩气所饱和，而烃源岩又具有最优良的赋存条件，成为良好的页岩气聚集场所[7–9]。

打屋坝组泥页岩主要孔喉半径在0～0.1 μm之间，孔喉分选性差。根据长页1井富有机质页岩扩散系数实验结果（表3），其扩散系数为4.00×10-9～4.32×10-6cm2·s-1，总体上岩石扩散性较差，页岩封盖性良好。

表3 黔南打屋坝组长页1井岩石扩散系数测定结果

4 页岩气有利区带评价

通过对富有机质页岩的沉积相带分布、有机碳含量、厚度、成熟度、深度及含气性以及构造保存条件等指标分析，对黔南地区石炭系打屋坝组页岩气前景进行区块评价。

黔南地区石炭系打屋坝组分布较局限，仅长顺–紫云一带有分布，富有机质页岩的沉积环境为陆棚，有机碳含量较高（平均达1.69%），成熟度适中（平均2.3%），页岩净厚度在100 m以上；此外，长页1井含气性显示好，故认为黔南地区下石炭统打屋坝组页岩气聚集发育远景区包括王佑–代化远景区、紫云远景区及黄果树远景区，在远景区内进一步优选出代化有利区（图3）。

远景区：位于紫云裂陷带与黔南坳陷结合部位，打屋坝组页岩均较发育，分布面积较大，沉积厚度由北东向南南西减薄。其中王佑–代化远景区面积约为1 588 km2，厚度100～210 m，平均为160 m；紫云远景区面积约为365 km2，厚度160～220 m、平均为180 m；黄果树远景区面积约为265 km2，厚度160～200 m、平均为170 m，埋藏深度100～4 500 m。远景区内地层以晚古生界–中生界出露为主。

有利区：构造位置位于黔南坳陷长顺箱状背斜南段王佑穹窿南翼，面积680 km2，区内出露地层主要有泥盆系、石炭系、二叠系及三叠系，地层倾角多为10～20°，打屋坝组出露于王佑穹窿背斜翼部及紫云火花背斜翼部，埋藏深度不超过4 000 m，多为1 000～3 000 m，以丘陵、中低山分布为主。打屋坝组泥页岩有机碳含量普遍大于1.5%，往南东有机碳含量增高，最高可达3%，平均含量高2%左右，生烃强度较大；富有机质页岩段净厚度为100～215 m，成熟度适中，处于有机质热演化高成熟阶段，Ro一般为1.3%～3.5%，含气性较好，最高达2.84 m3/t，平均含气量1.5 m3/t。总体认为页岩气勘探前景较好。

5 结论

（1）黔南石炭系打屋坝组干酪根类型为Ⅱ2型或Ⅲ型；区域内有机碳含量大于1.5%，平均为1.69%，均属于好烃源岩；镜质体反射率Ro为1.3%～4.4%，平均为2.3%，总体处于过成熟早期到晚期的过渡阶段；泥页岩孔喉分选性差，扩散性差，封盖性良好。

（2）黔南下石炭统打屋坝组共划分出了3个远景区，即王佑–代化远景区、紫云远景区、黄果树远景区；并在此基础上优选出了一个有利区，即代化有利区。

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