龙门山前陆盆地南段须五段页岩气 富集条件及有利区评价

邓 涛，李 勇

(1.成都理工大学，四川 成都 610059； 2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610059)

0 引 言

龙门山前陆盆地内沉积了海相、海陆交互相和陆相富有机质烃源岩[1]，须家河组页岩油气资源潜力为736.8×108t[2]。当今大量的基础地质和油气地质工作主要是针对海相页岩气的研究，限制了整个地区页岩气资源的综合评价。目前世界范围内前陆盆地中富含的陆相黑色页岩沉积体系研究还相对较为薄弱，亟待针对典型前陆盆地的黑色页岩沉积特征进行解剖与分析。

前人认为：龙门山前陆盆地须五段拥有较为优质的页岩储层，其页岩总有机碳含量平均值大于2.0%；有机质以Ⅲ型干酪根为主；页岩岩石热演化程度较高，油浸镜质体反射率为1.20%～1.80%，生烃潜力巨大[3]；页岩的岩石学特性较优，岩石脆度较高，黏土矿物含量适中或偏低(小于30%)[4-5]。陈刚等[6]结合露头剖面实测、测井解释、矿物分析等手段，对川西—川北地区上三叠统须家河组须五段(T3x5)的页岩气成藏地质条件作了详细分析。但是，前人针对川西南部须五段页岩气富集地质条件的评价较少[7-8]，无法综合评价南段的页岩气勘探前景。因此，利用野外露头剖面、岩心观察、地球化学测试资料及前人成果综合研究了龙门山前陆盆地南段须五段陆相页岩的有效厚度及埋深、总有机碳含量、热成熟度、页岩储层脆性特征等页岩气富集地质条件，并通过引入页岩气综合地质评价指数，进一步明确研究区有利勘探区域。

1 地质背景

研究区位于龙门山前陆盆地南段，其北部以新场构造带为边界，南靠大凉山构造带，西邻龙门山褶皱冲断带，东接龙泉山构造带，总面积约为20 312.5 km2。四川盆地经历了震旦纪至中三叠世的被动大陆边缘阶段以及晚三叠世至今的冲断带—前陆盆地系统发育阶段[9]，龙门山前陆盆地是在印支运动的基础上发展起来的，地层垂向上表现为海相碳酸盐岩到陆相碎屑岩的一个转化过程。晚三叠世龙门山前陆盆地充填地层厚度巨大，在龙门山冲断带前缘超过5 km，地层厚度从北西向南东递减。晚三叠世龙门山前陆盆地充填地层从老到新依次为上三叠统马鞍塘组、小塘子组(相当于须一段)和须家河组，在川西地区，须家河组可以划分为6段(须六段在川西地区整体缺失，须五段在川西北地区为非沉积区)。须一、三、五段主要为细粒泥页岩，间夹粉砂岩或砂岩，为滨浅湖相沉积环境[10]；须二、四、六段主体为厚层砂岩沉积，主要为浅水辫状河三角洲沉积环境。

2 须五段页岩气富集地质条件

2.1 沉积环境分析

沉积环境决定了沉积岩体的性质，水深安静缺氧环境有利于形成优质烃源岩，这对页岩气的物质基础和保存条件至关重要。在经过须四期“安县运动”之后，须五段沉积时期处于基准面稳定上升且相对安静的湖相沉积环境中。在前人研究的基础上[11-14]，通过实测剖面及岩心观察结果，须五段沉积相具有北西向南东分带展布的特征：研究区主体发育湖泊相沉积，靠近盆缘发育小型辫状河三角洲沉积，湖泊相以深湖亚相为主，滨浅湖亚相次之，有利于大套黑色页岩的发育，为页岩气藏提供了坚实的物质基础。

2.2 页岩有效厚度及埋深

黑色页岩的分布和有效厚度是页岩气富集的首要条件，只有单层黑色页岩达到足够的有效厚度时才能够提供大量的有机质和自身储集空间。另外，页岩的厚度也和页岩气的封盖及保存能力成正比[15]。

龙门山前陆盆地上三叠统须家河组须五段在垂向上表现为页岩与砂岩频繁互层，在收集龙门山前陆盆地南段多个构造带上钻井岩性分布统计数据的基础上，将单井的每一个页岩岩性段厚度内部的砂岩夹层厚度扣除。据美国的页岩气开发经验，有效的页岩气储层厚度一般不小于30 m[16]，而研究区页岩较厚区域单层页岩厚度超过35 m的层位有20层，其中有5层的单层厚度在60 m以上，并且埋深基本在3 500 m以深。与美国典型盆地的页岩气层位相比，埋藏普遍较深，但仍在可开发深度范围内。

须家河组须五段在3 500 m以浅的有效页岩分布较为广泛，在龙门山前陆盆地南段几乎都有分布，仅仅在莲花山构造带附近缺失。页岩发育比较薄的地区出现在汉王场、龙泉山一带。至埋深4 500 m以浅，发现横向上仅在莲花山构造带附近页岩厚度分布有变化，其余地区的页岩分布只是在纵向上的厚度增加。龙门山前陆盆地南部须五段页分布广泛且厚度大，大部分地区的有效厚度(单层30 m以上)为200～600 m，埋深无论在3 500 m还是4 500 m以浅的有效页岩均主要分布在三和场—白马庙构造一带，其厚度范围为400～700 m(图1)。

总之，龙门山前陆盆地中的陆相页岩主要分布在须家河组须五段中，并且具有8个岩性段的页岩储层。研究区中部为须五段的主要沉积区，其页岩的有效厚度(单层30 m以上)为200～600 m。其特点表现为总厚度大、平面分布稳定，大部分有效页岩分布在3 500 m以浅地层中。

图1 龙门山前陆盆地南段须五段黑色页岩平面厚度分布

2.3 总有机碳含量

利用研究区内20口钻井的350余个烃源岩总有机碳含量数据进行分析，并辅以实验测试样品120个，编制了研究区须五段富有机质泥页岩TOC含量平面分布图(图2)。龙门山前陆盆地南段须五段黑色页岩的TOC含量在雾中山至汉王场之间的构造带较低，在东部的莲花山、苏码头、龙泉山构造带较高，其TOC均值为2.6%。研究区优质烃源岩主要分布在丹棱、蒲江等大片区域，TOC含量为2.4%～3.6%(图2)。目前商业性页岩气开发的TOC一般为2.0%，除研究区北部都江堰地区较差外，其余地区基本满足商业性页岩气开发的下限值。

2.4 热成熟度

研究区内钻井岩心样品的分析测试结果显示，须五段页岩具有较高的成熟度，其镜质体反射率大都在1.30%以上(图3)，对于腐殖型Ⅲ型干酪根而言，已经进入了高熟的热演化阶段，湿气大量产生。在平面上(图3)，Ro平均值大于1.25%，在雅安局部地区Ro大于2.00%，Ro以蒲江为中心向周围逐渐减小，在靠近龙门山前陆盆地中段的区域，Ro值有所增加。受造山带的构造热事件影响，在雅安荥经地区Ro值最大，青龙乡剖面(QLP)测到的最大值为2.56%，平均值超过1.80%。总体来看，南段须五段页岩中的有机质普遍处于成熟晚期，少部分已进入高成熟早期干气生成阶段，生气条件良好。

图2龙门山前陆盆地南部须五段页岩TOC平面分布

图3龙门山前陆盆地南段须五段Ro平面分布

2.5 页岩储层脆性特征

根据岩石学特征研究，黑色页岩的主要矿物成分为石英、长石、黏土和碳酸盐矿物，并含少量的黄铁矿、菱铁矿。页岩脆度可以作为页岩储层改造潜力的评价指标，从而为储层压裂提供科学指导，所以脆度研究在页岩气的勘探开发中具有重要的意义。成分脆度[17-18]是指利用矿物成分函数来定义页岩的岩石脆性特征，在工业生产上运用广泛，其计算公式为：

(1)

式中：B为成分脆度；Q为石英、长石类矿物含量，%；C为碳酸盐类矿物含量，%；CL为黏土类矿物含量，%。

龙门山前陆盆地南段的钻井基本钻遇至须五段，其成分脆度基本保持在0.49以上(表1)。页岩脆度在龙门山前陆盆地南部地区靠近造山带逐渐增加，并且具有较高的储层改造潜力，有利于储层水力压裂。

表1 研究区典型井须五段黑色页岩成分脆度

3 有利勘探区块优选

页岩气的地质选区中主要涉及到烃源岩的厚度和埋藏深度、有机碳含量、有机质类型及成熟度、页岩脆度以及孔渗等因素。根据前人建立的页岩气评价标准[19]，对研究区内各指标进行评分(P)。前人参考各种因素对页岩气成藏的贡献，一般将这些因素分别赋予权重系数(K)，然后进行页岩气地质选区的总体评价[19]。在对以上各种参数进行权重赋值时，由于缺乏实验数据，参考四川盆地页岩气勘探开发经验来确定各因素在页岩气富集中占有的权重系数(KTOC为0.25，Kh为0.25，KH为0.2，KRo为0.15，Kb为0.15)，制订了龙门山前陆盆地南段的页岩综合评价方法。

页岩气综合地质评价公式为：

X=PhKh+PTOCKTOC+PRoKRo+PbKb+PHKH

(2)

式中：Ph为页岩厚度对应分值；PTOC为有机碳含量对应分值；PRo为有机质成熟度对应分值；Pb为页岩脆度对应分值；PH为埋藏深度对应分值；K为相应的因素权重；X为各项加和的总分值。

龙门山前陆盆地南段须五段页岩厚度主要以桑园—蒲江一带为中心，向四周变薄，埋深由南向北逐渐加深。桑园—蒲江一带页岩厚度大于200 m，Ro>1.20%，TOC>1.2%，埋深小于3 500 m。据综合地质评价指数分析，其平均综合地质评价分值为88，属于优质页岩气储层，且该区须五段上部大部分均有侏罗系泥岩地层覆盖，保存条件良好，地表以平原和低山为主，交通方便，是南段须五段页岩气勘探的有利区域(图4)。

4 结 论

(1) 研究区须五段页岩气富集地质条件十分优越，主要表现在有效厚度及埋深、总有机碳含量、热成熟度、脆性矿物含量等方面：页岩的有效厚度(单层30 m以上)为200～400 m，具有总厚度大、平面分布稳定的特点，并且大部分有效页岩分布在3 500 m以浅地层中；页岩TOC平均值为1.8%，在桑园、蒲江等区域更是高达2.4%～3.6%，莲花山、苏码头、龙泉山构造带次之；有机质热演化程度高，基本进入成熟—高成熟早期阶段；脆性较高，成分脆度保持在0.50以上，具有较好的水力压裂储层改造潜力。

(2) 按照龙门山前陆盆地页岩气综合地质评价指数进行有利区划分，研究区内综合地质评价分值大于80的区域较大。其主要的有利区分布在眉山以西的蒲江—桑园区块，其分布范围覆盖了三苏场、平落坝、汉王场等重要背斜构造带，面积超过4 000 km2。

(3) 该研究丰富了四川盆地陆相页岩气的勘探评价目标，可为未来前陆盆地型陆相页岩气的勘探提供借鉴。

图4龙门山前陆盆地南段须五段页岩气有利区