黔北正安龙马溪组页岩气地质特征及潜力分析

邓 兰 曾家瑶 石富伦

（1.贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心，贵州 贵阳 550008；2.贵州省煤田地质局，贵州 贵阳 550008）

0 引言

页岩气是以吸附、游离状态残留在页岩中的一种非常规天然气，近年来受到人们的广泛关注。据国土资源部2011年公布的统计数据，我国页岩气可采资源量达25×1012m3［1］。贵州省页岩气资源丰富，地质资源量为13.54×1012m3，居全国第四［2］。贵州省共发育7套含气页岩层系，按时代从老到新依次是下寒武统牛蹄塘组、变马冲组，下志留统龙马溪组、中泥盆统火烘组、下石炭统打屋坝组／旧司组、下二叠统梁山组、上二叠统龙潭组。贵州省内7套含气页岩层系除上二叠统龙潭组为海陆过渡相沉积外，其余6套为海相沉积。本次研究以贵州正安区块下志留统龙马溪组页岩为研究重点，在对页岩气参数井安页1井进行样品测试分析的基础上，探讨研究区下志留统龙马溪组页岩气的地质特征，并进一步分析该组页岩气的资源潜力。

1 地质背景

正安区块位于贵州省正安县北部、务川县西部和道真县南部，面积约为695 km2。研究区所属正安地区构造上属于上扬子地台川黔南北向构造带、北北东向构造带和北东向构造带的交汇地带，区内断层、褶皱发育，构造复杂。构造演化过程经历了雪峰运动时期（Z）、早—中加里东时期（∈-O）、晚加里东时期（S）、海西期（D-C）、印支期（P-T）、燕山期（J-K）和喜山期（Q）。区内地层归属于上扬子川南—黔北地层分区，发育较完整，由新到老主要发育有第四系、三叠系中下统、二叠系、志留系下统、奥陶系和寒武系上统。下志留统自下而上包括龙马溪组、石牛栏组和韩家店组，其中页岩最为发育的是龙马溪组。

2 龙马溪组页岩气地质特征

2.1 龙马溪组页岩分布特征

2.1.1 页岩厚度

通过页岩厚度及其分布范围可判断页岩气藏的边界，页岩厚度在一定程度上控制着页岩气藏的规模及经济效益［3］。区内龙马溪组地层厚度为140～384 m，以黑色炭质页岩、灰色、灰绿色含钙质页岩、含炭质粉砂质泥岩为主，黄铁矿和有机质富集。龙马溪组页岩厚0～40 m，其中优质页岩厚14～25 m，主要分布在安场向斜和斑竹向斜，具有由南向北厚度逐渐增加的趋势（图1）。

图1 龙马溪组优质页岩厚度及埋深预测等值线图

2.1.2 页岩埋深

埋深不是控制页岩气成藏的决定性因素，但其关系着页岩气藏勘探开发的难度和经济效益［4］。区内下志留统龙马溪组黑色页岩埋深在0～3 500 m，其中安场向斜中心埋深最深，约为3 500 m，斑竹向斜中心埋深在2 000 m左右（图1）。根据国土资源部油气中心限定的有利页岩气发育的埋深界限（小于4 500 m）来看，区块均处于可勘探范围。

2.2 龙马溪组页岩地球化学特征

2.2.1 有机质类型

安页1井龙马溪组黑色页岩样品显微组分主要为腐泥组、镜质组和惰质组，缺乏壳质组。其中腐泥组以分散状矿物沥青质为主，有机质类型指数在74～93，平均为85.5，干酪根类型为Ⅰ型和Ⅱ1型（表1）。

表1 龙马溪组页岩干酪根显微组分及类型统计表

2.2.2 有机质丰度

有机碳（TOC）含量不仅在一定程度上控制着页岩裂缝的发育程度，而且控制着页岩的含气量，TOC含量越高，页岩吸附天然气的能力越强［5］12。对安页1井目的层段龙马溪组页岩地球化学实验分析表明，TOC含量分布范围在3.5%～5.4%，平均值为4.5%，变化幅度较小。纵向上，龙马溪组下部TOC含量整体高于上部。通过对正安区块及周边地区49个野外露头样品和80个岩心样品的TOC含量统计发现，TOC含量大于2%的样品比例超过70%，TOC含量大于5%的样品比例也超过20%。区内由南向北TOC值呈逐渐增加的趋势，其中安场向斜范围内TOC含量大于3.5%，斑竹向斜范围内TOC含量在2.5%～3.5%（图2）。由此可见，区块內龙马溪组页岩TOC含量较高且分布稳定，为页岩气形成和富集提供了有利条件。

图2 龙马溪组黑色页岩TOC含量及成熟度预测等值线图

2.2.3 有机质成熟度

有机质成熟度越高越有利于页岩气成藏。随着有机质成熟度的增高，页岩中有机质更多地转化为烃类，硅质矿物含量相对上升，页岩脆性也随之增强，更易形成裂缝［5］12。通过对正安区块及周边地区34个样品的镜质体反射率（Ro）统计得出，龙马溪组黑色页岩Ro分布范围在1.924%～2.146%（表2）。其中安场向斜Ro在2.0%～2.1%，斑竹向斜Ro在1.9%～2.0%，Ro值从南向北逐步增加（图2）。龙马溪组黑色页岩处于高—过成熟阶段，生气能力较强，具有较好的页岩气资源开发前景。

表2 龙马溪组页岩Ro统计表

2.3 龙马溪组页岩储层物性特征

2.3.1 矿物成分

页岩所含的脆性和硬性矿物对页岩气的开采十分重要，脆性矿物含量较高，控制着页岩造缝能力［6］。脆性大的岩石，裂缝更为发育且易于进行水力压裂，从而降低页岩气开发的难度并提高采收率［7］。通过X-衍射对安页1井龙马溪组页岩进行全岩检测，结果显示，龙马溪组黑色页岩脆性矿物以石英为主（含量为32%～65%），黏土矿物含量为22%～54%，其次为碳酸盐岩，含量为2%～11%。部分样品含少量黄铁矿。区内下志留统龙马溪组页岩总体脆性矿物含量高，裂缝发育，有利于储层改造。

2.3.2 孔渗特征

含气页岩通常较为致密，主要的孔隙类型有微裂缝和粒间孔隙。孔隙为游离气的储集场所，孔隙体积越大，游离气含量越高。在安页1井及周边道页1井的基础上，利用脉冲法对龙马溪组页岩孔—渗物性开展分析测试。结果表明，正安区块龙马溪组页岩孔隙度（∅）介于0.84%～1.76%，平均为1.28%；渗透率（k）为0.000 1～0.028 3 mD，平均为0.009 7 mD（表3）。龙马溪组岩心孔隙度和渗透率分布频率见图3，孔隙度以1%＜∅≤1.5%为主要分布区间，累计可达总体的77.78%（图3a）；渗透率以0＜k≤0.01 mD区间为主（图3b），占总体的66.67%。结果显示，龙马溪组页岩储层普遍具有超低孔、超低渗特征。据琚宜文等研究表明，尽管页岩气储层低孔、超低渗，但仍具备一定的页岩气储集条件［8］。龙马溪组扫描电镜测试样品3个，孔隙类型主要包括有机质孔、矿物粒间微孔、晶间孔、次生溶蚀孔缝等，具良好的储集空间（图4）。

表3 龙马溪组脉冲法测定孔—渗物性结果统计表

图3 龙马溪组岩心孔隙度与渗透率分布直方图

2.4 龙马溪组页岩含气性特征

图4 正安区块下志留统龙马溪组页岩显微结构特征图

页岩含气量是指每吨页岩所含的天然气总量。含气量可分解为吸附、游离及较小的溶解含气量，其大小直接影响着页岩气藏的经济可采价值。安页1井钻遇龙马溪组高含气碳质页岩累计厚19.50 m，全烃异常最高7.56%。岩心现场浸水试验，气泡逸出剧烈，气泡连续浓密，解析气可燃，火焰呈淡蓝色。采用与涪陵焦石坝页岩气田同样的解析仪和方法对13块岩心样品进行含气量解析，现场解析气量分布在2.177～6.227 m3／t（不含残余气）。根据实验测试得出，区块内黑色页岩具有良好的含气性。龙马溪组解析气量普遍大于3.0 m3／t，最高大于6.0 m3／t，远超出最低的工业标准，具有良好的页岩气资源前景。

2.5 龙马溪组页岩盖层特征

下志留统龙马溪组的黑色碳质页岩为自生、自储、自盖的生储盖组合。龙马溪组黑色碳质页岩厚度较大，有机质丰度高，且进入成熟生气阶段，岩心裂缝、微裂缝发育，气测显示较高，测井物性较好，是优质的烃源岩，也是良好的储集层，而且页岩自身独特的成藏特点也使其不依赖盖层，因此龙马溪组黑色碳质页岩作为生气层的同时，也是聚集和保存气的储层和盖层。

3 龙马溪组页岩气资源潜力分析

3.1 资源潜力

区块内龙马溪组优质页岩TOC含量较高，有机质成熟度适中，厚度较大，含气量较高，页岩气资源潜力较大。选取《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选》中的概率体积法对龙马溪组页岩气资源量进行计算，计算参数主要包括有效页岩分布面积、有效页岩厚度、岩石密度和含气量等。其中有效页岩厚度主要根据面积概率取值，有效页岩分布面积、页岩的含气量都采用与TOC含量的关系取值。评价参数条件概率赋值时，充分考虑实际地质意义和合理性范围，并对参数进行条件概率赋值。条件概率数值越小，表明把握程度（可信度）越低，其相应的数据取值结果可能越大。计算结果显示，龙马溪组页岩气P50资源量为445.88×108m3。

3.2 有利区预测

根据正安区块资料的实际情况，结合国外页岩气勘探开发经验［9］，针对页岩层厚度、页岩埋深、有机质丰度、热演化程度、保存条件及地形条件等关键因素优选出页岩气有利发育区。而有机质类型、矿物成分及含气量等变化不大，因此在对有利区预测时未作考虑。正安区块下志留统龙马溪组页岩气勘探有利区划分为两个级别（图5）。Ⅰ类有利区为安场向斜，其优质页岩埋深小于3 500 m，厚度为18～25 m，TOC含量大于3.5%，Ro为2.0%～2.1%，面积为100 km2；Ⅱ类有利区为斑竹向斜，其优质页岩埋深小于2 000 m，厚度为14～17 m，TOC含量为2.5%～3.5%，Ro为1.9%～2.0%，面积为94 km2。

图5 正安区块下志留统龙马溪组页岩气有利发育区预测图

4 结论

1）正安区块下志留统龙马溪组页岩具有南薄北厚的分布特点，主要以黑色炭质页岩和灰色、灰绿色含钙质页岩为主，优质页岩厚14～25 m，埋深在0～3 500 m，相对较浅。有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，TOC含量普遍大于2.5%，且底部高于上部，属于好—很好烃源岩，Ro介于1.924%～2.146%，处于高—过成熟阶段，具有较高的生烃潜力。

2）正安区块下志留统龙马溪组页岩总体脆性矿物含量高，以石英为主（32%～65%），超低孔、超低渗和多类型微孔隙、微裂缝的储层特征为页岩气提供了良好的储集空间。龙马溪组页岩具有良好的含气性，解析气量普遍大于3.0 m3／t，最高大于6.0 m3／t，且作为生气层的同时，也是聚集和保存气的储层和盖层，具有良好的页岩气资源前景。

3）正安区块下志留统龙马溪组页岩气P50资源量为445.88×108m3，资源潜力较大。Ⅰ类有利区安场向斜下志留统龙马溪组富有机质页岩，拥有优越的地质条件，且安页1井录井气测显示和试气效果明显，因此可作为下一步页岩气重点勘探开发的目标区域。