滇东宣威地区上二叠统龙潭组页岩气成藏条件分析

2019-01-21，，，.

非常规油气 2018年6期

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(云南煤层气资源勘查开发有限公司，云南曲靖 655000)

页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源，煤系页岩气是页岩气的重要类型之一，煤系泥页岩具备较好的聚集和成藏潜力[1]。目前我国煤系页岩气尚处于勘查起步阶段，页岩气理论研究集中于海相页岩的成藏过程、富集地质条件、储层评价等方面[2-4]，较少涉及煤系页岩气。滇东宣威地区是云南省煤炭、煤层气资源勘探开发的重要区域，该区煤炭资源主要产于二叠系[5-6]，含煤岩系中发育多套有机质泥页岩。随着煤系页岩气的深入研究[7-9]，宣威地区也逐步开展了二叠系龙潭组页岩气的基础勘探工作，其中龙潭组泥页岩具有厚度大、连续性好、分布范围广、有机质丰度高等特征，是一套好的气源岩，但研究较浅，成果较少。因此，本文以滇东宣威地区上二叠统龙潭组为例，从地球化学特征分析入手，对已发现气藏进行了深入解剖，总结了宣威地区龙潭组页岩气形成的地质条件，明确了页岩气的成藏特征和重点勘探方向，以期为页岩气资源评价和煤系非常规气共采提供地质依据。

1 区域地质背景

滇东宣威地区位于扬子准地台滇东台褶带曲靖台褶束牛首山隆起之东缘，岩层产状平缓，大都在15°～30°之间，断裂发育，断裂之间发育着宽缓的短轴褶曲和断陷盆地[10-11]。区内主要断层是北东向寻甸—宣威断裂和近南北向富源—弥勒断裂，这两条断层不仅规模大，而且在地质历史中长期发展，对区内的地层发育和沉积相的分布具有明显的控制作用(图1)。

龙潭组为晚二叠世陆相沉积[12]，在宣威一带该地层称为龙潭组，按岩性组合可分为两个岩性段：下段为铝土岩，上段为含煤段。铝土岩段厚40.3 m，上部为深灰色中厚层状胶磷矿杂砂岩，中部为灰、灰紫色、灰白色中厚层状水铝石、胶铝矿、铝土矿岩、假鲕粒铝土矿岩夹粉砂岩，下部为紫红色褐铁矿化砂岩，底部为玄武质砾岩。与下伏的玄武岩组呈平行不整合接触。含煤段厚约41.9 m，为灰、灰黄色细粒岩屑砂岩夹泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩及四层煤，煤层厚0.41～1.00 m，含丰富的植物化石[13]。

2 宣威龙潭组页岩气成藏条件分析

2.1 龙潭组泥页岩分布规律

上二叠统是云南东部最主要的含煤地层，在整个滇东地区分布广泛，发育完好，含化石丰富。受抬升剥蚀影响，区内龙潭组沉积较为分散，主要集中在研究区北部和东部区域，为过渡相沉积，岩性为过渡相靠陆相的泥岩夹砂岩，与贵州的水城、盘州市沉积相近。据区域地质志和实测剖面统计，龙潭组总厚介于134.53～321.87 m之间，暗色岩系厚度基本都大于100 m，平均达到161.95 m，其中暗色泥岩厚度平均在63 m左右，泥质粉砂岩厚度平均在76 m左右，泥地比平均达73.82%(表1)。潜质页岩分布较为稳定，各个层段厚度变化较小，总厚平均为114.32 m。宣威地区龙潭组暗色岩系主要分布在底部，单层泥页岩厚度最大可达16.8 m，泥页岩累计连续厚度主体介于15～40 m之间，最大为57 m，具有良好的生气物质基础。结合区域周边地区泥页岩的发育情况[14]，泥页岩厚度往富源及东北部的文兴一带逐渐增大(图2)。

图1 滇东宣威地区构造区划Fig.1 Tectonic of Xuanwei region in the southern of Yunnan

表1 龙潭组/龙潭组厚度统计Table 1 The thickness of Longtan formation

续表

图2 龙潭组暗色泥页岩累计厚度分布Fig.2 Cumulative thickness distribution of Longtan dark shale

2.2 龙潭组泥页岩有机地化特征

有机质类型对页岩气的吸附率和扩散率均有影响[15]。上二叠统龙潭组暗色泥页岩TI值在-62.5～11.25之间，有机质类型以Ⅲ型为主，并出现Ⅱ2型(表2)。龙潭组黑色泥页岩显微组分以壳质组、镜质组及惰性组为主，腐泥组含量极少。

表2 龙潭组样品干酪根类型测试成果Table 2 Kerogen type of Longtan formation

注：依据标准为SY/T 5125—1996。

泥页岩中有机质是形成页岩气的物质基础，决定着生烃量的多少[16-17]。通过对扒弓煤矿63块页岩样品的总有机碳含量(TOC)测试表明，龙潭组泥页岩TOC在0.90%～18.87%之间(TOC异常样可能受煤层影响)，平均值为4.16%，基本大于2.00%，其中有42.86%的样品TOC在2.00%～4.00%，31.75%的样品的TOC大于4.00%(图3)，表明龙潭组潜质页岩的有机碳含量较高。

图3 龙潭组页岩有机碳含量频率分布Fig.3 Organic carbon content frequency distribution of Longtan formation shale

此外，根据同组煤的镜质组反射率测试结果，龙潭组镜质组反射率介于1.07%～1.51%之间，平均值为1.22%(表3)，属于中等成熟度，处于生气窗。总体而言，龙潭组具有较好的生烃条件。

表3 页岩样品镜质体反射率测试结果Table 3 Vitrinite reflectance of Longtan formation

2.3 龙潭组泥页岩储层特征

2.3.1 页岩矿物组成

宣威地区龙潭组岩性主要为灰黑色泥页岩、砂质泥岩夹灰色砂岩、泥质灰岩和煤层。样品全岩及黏土矿物X射线衍射分析试验表明，泥页岩的矿物组成主要以黏土和石英为主。黏土矿物含量为14.6%～50.8%，平均含量为31.3%，以蒙皂石和绿泥石为主，其中蒙皂石含量达到60.33%，绿泥石约为16.55%；石英含量为16.8%～42.6%，平均含量为26.2%，另含有少量长石、方解石、黄铁矿等(图4)。石英和碳酸盐岩等脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙和微裂缝发育、含气性及压裂改造的重要因素，石英含量越高，泥页岩的脆性越好。根据页岩脆性系数计算公式：BI=(WQ+WC)/(WQ+WC+WCl)×100%，其计算结果表明，区内龙潭组页岩储层的脆性指数达到53%，有很好的压裂改造潜力。

图4 龙潭组页岩矿物成分及含量Fig.4 Mineral composition and content of Longtan formation shale

2.3.2 页岩储集物性特征

页岩的储集物性包括孔隙类型及结构、裂缝发育特征等。上二叠统龙潭组泥页岩孔隙类型以有机质孔、粒间孔(脆性矿物、黏土矿物)、粒内孔和溶蚀孔为主[18](图5)。页岩有机质孔是在有机质埋藏及热演化过程中形成的，在页岩中极为发育，孔径在几十至几百纳米之间，为页岩气的赋存提供了大量的比表面积；矿物粒间孔是泥页岩在沉积成岩过程中发育在矿物颗粒之间的孔隙类型，主要分散于黑色页岩片状黏土和粉砂质颗粒间，大小在100 nm至3 μm，孔隙之间连通性较好；粒内孔发育在颗粒的内部，大多数是成岩改造形成的，孔径在十几到几百纳米之间，呈散点状分布；溶蚀孔隙主要由石英、长石溶蚀等作用形成，有的呈四边形，有的形状不规则，孔径一般在40～200 nm之间。页岩基质中存在许多不同大小和不同形状的微孔隙和微裂隙，常表现为黏土矿物裂开缝、脆性矿物裂开缝或黏土矿物与脆性矿物接触缝，为页岩气提供了丰富的赋存、运移空间[19-20]。

图5 龙潭组页岩孔隙发育特征Fig.5 Pore characteristics of Longtan formation shale

2.3.3 页岩含气性特征

页岩气主要以吸附态和游离态赋存于低孔、低渗的泥页岩中，其中吸附气主要吸附于黏土矿物、有机质、干酪根颗粒及孔隙表面上，游离气主要填充于孔隙与裂隙中[3]。为了探讨龙潭组富有机质黑色页岩对甲烷的吸附能力，对4个页岩样品进行页岩等温吸附气试验。结果表明，30 ℃下，泥页岩吸附气含量随着压力的增大而增大，在压力较低时，吸附气含量增速较快，在压力足够大时，吸附趋于饱和，达到最大吸附量。龙潭组泥页岩最大吸附量介于1.71～3.93 cm3/g之间，平均可达2.91 cm3/g(图6)。吸附气含量相对较高，具有较大的勘探前景。

图6 龙潭组黑色页岩等温吸附曲线Fig.6 Isothermal adsorption curves of Longtan formation shale

3 宣威龙潭组页岩气勘探评价

宣威地区具备页岩气成藏的基本条件，通过野外地质调研、样品试验测试等手段，综合考虑龙潭组出露地层及产状、构造形态、断裂发育情况、页岩有效厚度及页岩含气性等因素，优选出宣威以北的区域为龙潭组页岩气勘探有利区，该区龙潭组泥页岩厚度在100 m以上，有机地化条件较好，构造相对简单，断层发育较少，有利于页岩气的富集和保存，具有较好的页岩气勘探潜力。