金溪地区的页岩气地质特征及勘探方向研究

张志平 曾春林 张 烨 方光建 汪生秀 焦伟伟 向新涛 曾祥亮

(重庆地质矿产研究院， 重庆 400042)

重庆市黔江区金溪镇及其周边区域地层中，上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组具有较好的页岩气地质条件。已经有许多研究者对金溪区域所处的五峰组-龙马溪组页岩的沉积地质背景、构造特征、成藏条件和勘探远景进行了研究，明确了五峰组-龙马溪组为该区域页岩气勘探的主力层系及资源潜力区[1-5]。本次研究，将综合3条野外剖面和2口页岩气井的岩心测试情况，分析五峰组-龙马溪组页岩的沉积环境、有机地化特征、储层物性及含气性和保存条件，评价五峰组-龙马溪组的页岩气资源潜力，并预测重点勘探方向。

1 区域地质背景

金溪地区的五峰组-龙马溪组页岩分布于金溪西北部及东南面一带，分布面积约1 034 km2。在区域构造上，它属于扬子准地台的上扬子台内坳陷黔江凹褶束，区内褶皱和断裂较发育[1]。

区域地层归属于扬子地层区的黔北渝南地层分区酉阳地层小区[1]，区域沉积演化与扬子地台的区域构造演化具有一致性。其中，晚奥陶世-早志留世在加里东运动以后，沉积了范围广、厚度大的黑色笔石页岩。区域的上奥陶统-下志留统是区内的主要油气生储盖组合[1-6](见图1)。

2 区内页岩特征

2.1 页岩发育特征

区内五峰组-龙马溪组主要由黑色碳质、粉砂质页岩组成，夹少量粉砂岩及泥质、钙质页岩的黑色岩系，底部为黑色粉砂质碳质页岩、炭质硅质页岩，产笔石类化石，厚度约65～90 m。五峰组-龙马溪组区域沉积中心位于金溪地区西北部，地层厚度由西北向东南方向逐渐减薄。在金溪 — 工农一带，五峰组-龙马溪组地层厚度主要为70～80 m，是较有利的页岩气地层发育区(见图2)。

受构造运动影响，五峰组-龙马溪组底界埋深整体上呈北西向南东增大的趋势，最大埋深4 000 m。受褶皱控制，向斜核部埋深较大。区域西北部向斜较为平缓，多出露志留纪地层，埋深相对较浅，大多小于3 500 m。区域东南部多出露三叠纪地层，同时该区域地层倾角较大，埋深相对较大。

2.2 页岩有机地化特征

五峰组-龙马溪组黑色碳质页岩总体含量较高，页岩样品的总有机碳(TOC)主体为1.5%～2.5%。受沉积环境影响，页岩的有机碳含量在纵向上由下往上逐渐降低，在平面上由南东向北西逐渐增高。在工农附近区域，页岩的TOC大多在2.0%以上，只有少部分地区页岩的TOC低于1.5%。区内页岩有机质成熟度总体较高，主体在2.5%以上，处于过成熟阶段[7](见图3)。

五峰组-龙马溪组页岩的干酪根碳同位素(δ13C)分布为(-31.5～-26.8)‰，平均-29.2‰。干酪根碳同位素值较小，表明五峰组-龙马溪组干酪根类型主要为腐泥型[8]。干酪根显微镜检结果显示，其主要组分为腐泥组，含少量的镜质组、惰质组。

图1 金溪地区地层综合柱状图

五峰组-龙马溪组页岩的孔渗性测定表明，孔隙度在1.1%～5.4%，平均2.17%，为中等孔隙。渗透率分布为(0.001 2～0.018 2)×10-3μm2，平均0.008 7×10-3μm2，渗透率极低。页岩孔隙以中孔隙为主，中孔体积占到总孔体积的81.36%。

五峰组-龙马溪组黑色页岩的矿物成分主要为碎屑矿物和黏土矿物[9]，有少量的碳酸盐、黄铁矿(见表1)。其中，碎屑矿物含量在32%～89%，平均占65.3%，其成分主要为石英，含少量长石，显示具有较好可压性。黏土矿物主要为伊利石(平均含量56.2%)和伊蒙混层(平均含量27.8%)，以及少量的绿泥石。

表1 五峰组-龙马溪组页岩的矿物组分

区内的黔页1井及附近的濯页1井的资料显示，金溪地区地层最大水平主应力方向为近东西向[10]，区域地层压力系数为0.9～1.1，属于低压 — 常压范围。

图2 五峰组-龙马溪组页岩埋深与厚度分布

图3 五峰组-龙马溪组页岩TOC分布及有利探区

2.4 页岩含气性

据对区内QQ1、ZY1等井的钻井岩心进行的含气量现场解吸结果，区内页岩的含气量较高。从钻井深度范围来看，中底部段页岩的含气性最好，上部段次之，中部段较差。例如QQ1井的钻井岩心含气量，在784 — 796 m深度段为0.64～1.63 m3/t，平均1.13 m3/t；在741 — 784 m深度段为0.03～0.47 m3/t，平均0.15 m3/t；在722 — 741 m深度段为 0.05～0.33 m3/t，平均0.19 m3/t。QQ1井的有机质页岩含气量平均为0.60 m3/t，最高达1.63 m3/t。这说明，五峰组-龙马溪组有机质页岩具有较好的勘探开发潜力。

3 保存条件

3.1 盖层分布

金溪地区出露地层主要为侏罗系、中下三叠统、二叠系及中下志留统。五峰组-龙马溪组上覆地层新滩组和小河坝组，主要沉积粉砂质泥岩、泥岩和灰砂泥岩互层，岩性致密，厚度超过300 m，是良好的区域盖层，对区内页岩气具有较好封盖作用。

3.2 构造特点

金溪地区背斜构造核部多出露寒武纪-奥陶纪地层，向斜构造核部以侏罗纪和三叠纪地层为主。构造形态在平面上整体呈北北东向，构造样式以过渡式及隔挡式为主[11]。向斜地层发育较完整，地层较平缓；背斜地层较陡。向斜地层底部及平缓的翼部，有利于页岩气保存。

3.3 水文地质

根据区内水文地质资料，区内的寒武系-三叠系碳酸盐岩多为裂隙溶洞中等水量区，志留系碎屑岩多为贫水层。志留系地层基本为不含水层，在区域上形成不含水隔水层，具有较好封盖性。区内向斜构造多为复杂自流盆地地下水封闭区。地下水循环条件较差地区，亦有利于页岩气保存。

4 有利探区预测

综上所述，金溪地区五峰组-龙马溪组作为页岩气勘探主要目的层位，具备以下有利条件。

(1) 页岩分布规模较大。研究区处于深水陆棚页岩沉积相带，五峰组-龙马溪组页岩的有效厚度在65～90 m，主体埋深小于3 500 m，连续分布的有效面积大于50 km2。

(2) 页岩有机碳含量较高。区内的有机质类型主要为腐泥型(Ⅰ型)。TOC普遍大于1.5%，局部地区超过3.0%，且TOC大于2.0%的高有机质丰度的烃源岩分布范围较大。Ro在2.5%～3.0%，未见Ro小于2.0%的区域。

(3) 页岩的含气量较高。区内五峰组-龙马溪组页岩的总含气量在0.05～1.63 m3/t。采用概率体积法[12]计算，五峰组-龙马溪组页岩气的地质资源量约763.53×108m3，可采资源量在104.53×108m3以上。

(4) 盖层有利于页岩气保存。研究区具有较好的区域性封盖层，中部为宽缓向斜扬起端区；东南部为濯河坝向斜核部，地层平缓。区域封盖层总面积约553 km2，保存条件好。

综合分析认为，金溪地区中部桑柘坪向斜扬起端及东南部濯河坝向斜核部地区的页岩气地质条件较优越，是该区五峰组-龙马溪组页岩气勘探有利区域。其中，区内西南部187 km2的范围是页岩气重点勘探方向(见图3)。