天峨‐南丹地区泥盆系罗富组页岩气成藏条件及有利区预测

2018-03-26张朝锋王晓鹏

石油地质与工程 2018年1期

郭文，张朝锋，王晓鹏

（核工业二〇三研究所，陕西咸阳 712000）

桂中坳陷历经四十多年的勘探历程，一直未获得实质性突破。但桂中坳陷暗色泥页岩广泛发育，生储盖组合完整，构造圈闭类型多样等特征，与四川盆地的含气页岩特点极为相似，其良好的地质条件备受石油地质学家所瞩目[1–2]。国内许多学者已在广西泥盆系做了大量的研究工作，对桂中坳陷泥盆系的油气研究相对较多，但对桂西北罗富组烃源岩的研究相对甚少[3–5]。吴国干、陈丛林[6–7]等人认为桂中地区中泥盆统中期–晚泥盆统早期，台盆范围扩大，形成了台盆与台地相间的古地理格局，发育一套半深水–深水台盆相罗富组黑色页岩和硅质泥岩、硅质岩沉积。林良彪[8]等认为罗富组暗色泥页岩从南丹、河池往南至柳州到鹿寨、永福一带均有分布，烃源岩有机质丰度高，有机质类型为混合型和腐殖型。贺训云[9]认为桂中坳陷主要发育中下泥盆统罗富组、纳标组海相优质烃源岩，具备形成大中型油气田的物质基础。但对于泥盆系的页岩气，尤其是泥页岩储集特征、含气性特征的研究较为薄弱，本文从桂西北天峨–南丹地区中泥盆统罗富组泥页岩的厚度、空间展布、地球化学特征、储集特征及含气性等进行了深入分析，优选了页岩气有利勘探区带。

1 研究区地质背景

广西天峨–南丹地区位于桂中坳陷西北部边缘，通过紫云–罗甸断坳与黔南坳陷、南盘江坳陷相接，构造上以丹池断裂带东界为界，分为两大构造单元。即东部台限区和西部右江再生地槽区，面积约 832 km2（图1）。研究区内构造变动强烈，岩浆活动频繁，自西南而东北可分为北西向罗屯–龙腊断裂带、近南北向六寨大断裂、近南北向巴平雁列褶皱带，为典型的三级构造，各带之间无严格界限，相互渗透。

2 罗富组泥页岩空间展布

研究区内暗色泥页岩分布受相带控制明显，属加里东基底上沉积的晚古生代海相地层。中泥盆统早期，桂中坳陷全区拉张接受沉积，海侵范围由南向北扩展，台地–盆地沉积格局显露；中期随着裂陷加剧，相对海平面较高，台盆范围再次扩大，形成台地边缘、台缘斜坡、深水盆地相间的古地理格局[10]。实测剖面、钻探结果表明，研究区内罗富组为一套半深水–深水相暗色含炭质泥岩、页岩、灰岩与泥质灰岩建造，局部夹少量硅质岩, 反映水体相对较深、能量较低的台盆相沉积环境。纳标组之上连续沉积罗富组地层总厚为 382～509 m[11]，区内罗富组沉积厚度大于459 m，横向上沉积变化明显，自西而东沉积厚度增厚，剖面测量罗富组上段暗色泥页岩最大厚度可达114.24 m，单层最大厚度40.18 m；罗富组下段黑色泥页岩最大厚度26.44 m，单层最大厚度13.70 m。纵向上罗地1井钻遇罗富组地层厚度为570.60 m，有效暗色泥页岩总厚度为 72.45 m，最大单层厚度为66.50 m（表1）。整体而言，区内罗富组沉积中心位于岩上、拉希至大山一带，最大沉积厚度可达200 m以上（图2）。

图1 天峨–南丹地区地质简图

表1 天峨–南丹地区中泥盆统罗富组泥页岩厚度及有机碳含量、成熟度统计

图2 天峨–南丹地区泥盆系岩相古地理与暗色泥页岩厚度

3 页岩气的富集条件

3.1 有机地球化学特征

研究区罗富组泥页岩有机碳含量表现为打内–龙腊村一线以东TOC含量呈由西向东增加的趋势，高值区位于岩上–拉希一带，最高可达4.16%，岩上–拉希一带发育多期的花岗斑岩脉，与燕山晚期的热液活动密切相关，因此推测该区可能为中泥盆统罗富组烃源岩的沉积中心（图 3）。PM05、PM08、PM09剖面50个罗富组泥页岩样品测定中，TOC的平均值为 2.36%，依照我国古生界海相烃源岩生烃潜力评价等级划分标准，中泥盆统罗富组暗色泥页岩为中等烃源岩。从野外露头剖面和罗地1井的TOC纵向分布序列来看，罗富组泥页岩有机碳含量非均质性强，上段有机碳含量明显高于下段，向下有机碳含量的趋势减小，但有机碳含量变化不大，受地层岩性控制，罗富组上段以炭质泥页岩为主，下段较大部分以泥质灰岩、泥灰岩为主，有机碳含量相对较低，为1.20%～1.65%，平均为1.16%；罗富组上段暗色泥页岩的TOC比下段高，推断罗富组上段暗色泥页岩是页岩气勘探开发的有利层段。

天峨–南丹地区上古生界泥页岩沉积后经历了多期次的构造运动，热演化史复杂，泥页岩热演化程度普遍偏高。镜质体反射率Ro平面展布特征与有机碳含量TOC呈现相似性，总体呈现由西向东增加的趋势，Ro平均在2.0%以上，为过成熟的生干气阶段；PM05罗屯村剖面局部样品测定Ro可达3.2%，拉希PM09剖面样品测定Ro最高可达3.31%，已达到过成熟的晚期，热液活动频繁可能导致该区的有机质热演化程度变高；纵向上来看，罗地1井取样测定Ro变化范围不大，平均值为2.53%，罗富组下段（D2l1）略高于上段（D2l2），更好地解释了罗屯村剖面出现个别Ro高值的原因（图3）。综合分析研究区罗富组暗色泥页岩均达到了高–过成熟阶段。

图3 天峨–南丹地区中泥盆统罗富组泥页岩Ro与TOC等值线

3.2 泥页岩储层特征

页岩中的矿物组成及含量不仅决定着页岩的储层物性、力学性质，同时也是影响含气量的关键因素。脆性矿物（如石英、长石、碳酸盐矿物等）的富集比主要黏土矿物的富集的岩石易产生裂缝，一般认为，脆性矿物含量高于30%、黏土矿物含量小于40%才具备商业开发价值[12]。研究区中泥盆统罗富组矿物成分主要为石英、方解石、黄铁矿和黏土矿物及少量长石，石英平均含量为30.5%，碳酸盐矿物平均含量为24.6%，黏土矿物平均含量为42.2%。黏土矿物定量分析主要为伊利石，其次为绿泥石、高岭石，不含蒙皂石，有少量伊/蒙混层，罗富组无蒙脱石存在，表明蒙脱石向伊利石转化处于伊利石阶段。罗富组伊/蒙混层间层比为10% 或 12%，镜质体反射率Ro2.28%～3.5%，综合有机质成熟度和伊/蒙混层间层比，根据中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T5477–2003碎屑岩成岩阶段划分》，罗富组泥页岩成岩演化阶段为晚成岩B期，岩石矿物向脆性且稳定的方向转化[13]，为后期储层改造提供了良好的矿物条件。

泥页岩中大量的孔隙及裂隙为页岩气的聚集提供了良好的储集空间[14]。按孔隙大小可分为微孔（孔隙直径≥0.75 μm）和纳米孔（孔隙直径＜0.75 μm）两种尺度孔隙，还将孔径＜0.75 μm 的纳米孔隙划分为：有机质孔隙、粒间孔隙、粒内孔隙以及混合孔隙，同时在成岩过程中，原生孔隙中充填的石英、长石、碳酸盐矿物容易被溶蚀，形成次生溶蚀微孔。野外露头及罗地1井样品扫描电镜分析结果表明：天峨–南丹地区罗富组泥页岩微孔隙、微裂缝发育，粒间孔隙主要表现为片状矿物支撑和叠置的粒间孔，孔径3～5 μm（图4a、b）；溶蚀孔隙表现为长石表面溶蚀的蜂窝孔隙与碳酸盐岩颗粒表面的溶蚀孔隙（图4c、d）；有机质孔隙主要表现为藻体类腔形成的筛孔及粒间孔间有机质颗粒形成的格架孔（图4e、f），孔隙直径峰值为20 nm～5 μm，表现为纳米–微孔特征。

图4 天峨–南丹地区中泥盆统罗富组暗色泥页岩孔隙结构特征

3.3 保存条件是页岩气富集的关键

页岩含气量是页岩气资源评价和有利区优选的关键参数。研究区罗地1井岩心样品现场解吸实验结果普遍偏低，解析总含气量为0.080～0.267 m3/t，平均为0.144 m3/t，其中罗富组上段（D2l2）含气量略高于罗富组下段（D2l1），受1 013.70～1 080.25 m优质炭质泥页层段控制，总含气量平均为 0.139 m3/t；地温（20 ℃）解析含气量均在0.05 m3/t左右，含气量较差，而高温解析为地温解析含气量的两倍左右，表明罗富组泥页岩具有一定的生烃潜力，但现场未得到较高的解析气量，与该区的泥页岩保存条件密切相关。

初步分析认为：构造运动是破坏油气藏的主要因素，燕山运动使桂中坳陷发生全面的褶皱和断裂活动，并对印支运动形成的构造进一步改造，使之复杂化，罗甸–紫云大断裂自北向南穿过研究区，对油气藏的聚集具有一定的破坏作用；研究区龙腊村一线以东罗富组目的层埋深为800～1 200 m，受沉积特征和构造控制，对比涪陵页岩气产层的埋深大于2 000 m而言，整体埋深较浅，赋存条件相对较差；上覆岩性为灰岩、泥灰岩地层，易发育溶洞、溶孔，且缺乏有效的隔水层，大气水下渗–向心流十分发育，影响范围广、持续时间长，也是破坏油气藏的一个重要因素；后期岩浆活动频繁使已形成的油气和油源物质遭受烘烤而发生裂解、沥青化及碳化等现象，岩浆体上侵产生巨大拱托，使盖层处于拉张状态，产生一系列张性断裂和裂缝，降低盖层封闭能力。综合分析，页岩气成藏的保存条件是天峨–南丹地区页岩气聚集的关键作用因素。

4 页岩气有利区预测

天峨–南丹地区中泥盆统罗富组泥页岩具有有机质丰度高、单层有效厚度大、热演化程度适中等特征，结合地表条件、断裂发育程度、保存条件等，采取多因素风险叠加法进行页岩气有利区的预测。结果表明桂西北边缘南丹地区更亮–困里一带是页岩气勘探的有利区，面积约为55.96 km2（图5），该区为丘陵地带，地势相对平缓，罗富组暗色泥页岩总厚度为40～80 m；TOC分布平均大于2.8%；有机质热演化程度相对适中，Ro平均为2.6%；结合区域物探资料和构造分析，地层埋深为800～1 200 m；同时该区断裂较为不发育，相对有利于页岩气的保存和成藏。