四川盆地上三叠统须家河组陆相页岩气资源潜力分析

2019-11-19刘哿行李洪玺

天然气技术与经济 2019年5期

陈果刘哿行李洪玺蒋可田衡

（1.中国石油川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院，四川成都 610051；2.四川长宁天然气开发有限责任公司，四川成都 610051）

0 引言

近年来，中国页岩气勘探开发取得了重大突破和快速发展，截至2018 年底，四川盆地累计探明页岩气地质储量超过1 × 1012m3［1］，年产能达到130 ×108m3，单井测试日产量最高达到138 × 104m3。已形成一套具有中国特色的页岩气成藏理论、核心勘探开发技术、装备及标准，重点建成了重庆涪陵、四川长宁— 威远及滇黔北昭通3 个国家级页岩气示范区，开发层位为下志留统龙马溪组— 上奥陶统五峰组海相页岩层系。据董大忠等的研究，四川盆地纵向上存在着6 套富有机质页岩［2］，除了海相五峰组— 龙马溪组页岩气实现了重大突破外，陆相须家河组也见到了良好的页岩油气显示，在川西、川西南、川东北等多个地区的须家河组页岩中测试获得数千立方米至数万立方米的工业气流［3-4］。为此，对四川盆地须家河组陆相页岩进行了研究。

1 地质特征

四川盆地位于四川省和重庆市所属辖区，面积约19 × 104km2，纵向上发育海相筇竹寺组、五峰组— 龙马溪组、海陆过渡相龙潭组及陆相须家河组、自流井组多套页岩地层。其中，上三叠统须家河组的湖相页岩具有分布广、厚度大、保存条件好的特点。

1.1 须家河组沉积背景

在三叠纪晚期的印支运动中，四川盆地周缘隆起使得盆地成为内陆湖盆，沉积了上三叠统须家河组巨厚砂泥岩系地层。晚三叠世早期须家河组一段沉积期，在扬子板块与华北板块闭合、碰撞过程中，扬子板块与松潘— 甘孜地块之间发生裂离，扬子板块向西倾伏，川西地区形成了残留海。晚三叠世中期须家河组二段沉积期，海水已经全面退出该区，龙门山隆升为盆地沉积的物源区。从须家河组二段到六段，盆地沉降中心由绵竹— 中江向盆地中部的南充方向迁移，反映了前陆盆地发展由龙门山造山带向盆地挤压推进的过程。晚三叠世末期，松潘— 甘孜地块逆冲于上扬子板块之上，龙门山前陆冲断带形成，结束了晚三叠世前陆盆地的演化历史［5］。自盆缘山地到盆地中央，沉积体系主要由冲积扇、扇三角洲、河流相过渡到沼泽及湖泊相，沉积中心主要位于川西龙门山山前一带。在须一段、须三段及须五段时期，整个盆地为湖侵期，四川盆地大部分为滨浅湖沉积，沉积物以细粒泥岩、页岩为主，局部地区出现薄煤层。在须二段、须四段及须六段时期，盆地为湖退期，四川盆地大部分为三角洲沉积，沉积物以砂岩为主。四川盆地须家河组纵向上可分为须一段— 须六段共6 个段（图1），其中须二段、须四段及须六段主要为致密砂岩，是须家河组重要的致密气产气层段，在全盆地已成熟开发。须一段、须三段及须五段主要为暗色页岩，夹薄层煤线、粉砂岩、粉砂质页岩等，是须家河组及浅层侏罗系的重要生烃层系。

1.2 页岩矿物组成

前人通过对须家河组页岩岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜及X射线衍射分析（表1）表明，须家河组暗色页岩主要矿物成分为石英+长石、黏土矿物及碳酸盐矿物，含少量的黄铁矿、菱铁矿，部分地区见丰富的植物碎屑［3，6-10］。受物源影响，页岩中碳酸盐矿物主要分布在川西坳陷及川北、川东北— 川中一带，在川南地区碳酸盐矿物含量最低。须家河组页岩黏土矿物主要有伊利石、伊／蒙混层、高岭石及绿泥石等，未见蒙脱石，其中又以伊／蒙混层与绿泥石含量最高，平均含量分别为42.3%及30.7%［9］160。

表1 四川盆地须家河组页岩岩心X射线衍射分析含量统计表

1.3 页岩展布特征

图1 四川盆地须家河组综合柱状图

据100余口井的钻井资料统计，四川盆地须家河组页岩厚度总体较大，其中须家河组一段页岩厚度总体是西北最厚，向南东方向逐渐减薄的趋势（图2）。在乐山— 资阳— 遂宁— 南充— 仪陇— 剑阁一线以西的地区页岩较厚，其厚度多大于40 m。该段页岩厚度最大的区域为都江堰西南部，其厚度值在200 m以上，其次为绵阳以东地区，页岩厚度超过180 m。须家河组三段页岩厚度分布趋势与须家河组一段近似，总体上看均是西北厚，向南东方向变薄（图3）。其中在宜宾— 长宁一带以南、大足— 重庆一带以及广元— 旺苍一带最薄，其厚度值小于20 m。在都江堰西南部最厚，厚度值大于160 m，其次为剑阁— 梓潼一带，厚度大于140 m。须家河组五段页岩厚度总体上川西最厚，向东及向南方向均逐渐变薄（图4）。在都江堰— 雅安— 眉山一带最厚，厚度值超过240 m，在自贡— 宜宾— 沐川一带最薄，页岩厚度不足20 m。

图2 四川盆地须家河组一段页岩残余厚度等值线图

图3 四川盆地须家河组三段页岩残余厚度等值线图

2 地球化学特征

2.1 总有机碳含量

图4 四川盆地须家河组五段页岩残余厚度等值线图

陆相页岩总有机碳含量（TOC）通常大于1.0%就被认为是有利页岩，大于2.0%则认为是优质页岩。据不同地区页岩样品TOC 分析测试，四川盆地须家河组页岩TOC 普遍较高，绝大多数样品均大于1.0%［3-4，6-8，11-15］。不同层段页岩的TOC分布特征存在差异，从须家河组一段TOC 等值线图可知，该段TOC大于2.0%的区域主要分布在川西南邛崃— 乐山一带及川北剑阁— 旺苍— 仪陇一带（图5），面积约3.1 × 104km2。须家河组三段TOC 大于2.0%的区域主要分布在安县— 德阳、雅安— 邛崃、大足— 开县3个区域（图6），面积约7.8 × 104km2，占全盆地面积的40%。须家河组五段TOC 大于2.0%的区域位于雅安— 成都— 犍为一带及南充— 达州— 涪陵一带（图7），合计面积约9.2 × 104km2，占全盆地面积的近47%。

图5 四川盆地须家河组一段TOC等值线图

图6 四川盆地须家河组三段TOC等值线图

2.2 有机质成熟度和类型

四川盆地须家河组须一、须三及须五段的页岩作为上三叠统及侏罗系的重要烃源岩，其热演化程度总体上较高。川东北达州地区须家河组页岩镜质体反射率值（Ro）为1.58%～2.42%，平均值为1.86%［8］73，普光地区须家河组页岩Ro为1.11%～2.42%，平均值为1.96%，说明川东北地区须家河组页岩处于高—过成熟演化阶段［15］25。川西坳陷须家河组页岩总体演化程度高，纵向上随埋深增加热演化程度增高［11］21，Ro从须五段最低1.02%增加到须一段最高3.78%，多数区域Ro大于1.3%，在绵阳— 德阳— 雅安一带部分地区Ro大于2.0%。川西坳陷须家河组页岩总体上处于高— 过成熟演化阶段。前人通过对川西南20口井82个样品进行统计分析［4］25结果表明，须家河组页岩有机质成熟度大于等于0.9% 且小于1.2% 的占17%，有机质成熟度大于等于1.2%且小于1.8%的占样品总数的84%，有机质成熟度平均值为1.32%，说明该区页岩成熟度已进入高成熟度阶段。前人通过干酪根碳同位素法、显微组分分析法及H／C-O／C 原子比等多种方法，对四川盆地须家河组不同地区不同层位的页岩进行了有机质类型判别，判别结果主要为腐殖型（III 型），少数为腐泥— 偏腐殖混合型（II2型）［3-4，8，11，13，16，17］，此结果也侧面说明了须家河组主要为陆相沉积。

3 物性特征

据黄金亮等研究，须家河组页岩储集空间类型包括剩余粒间孔、黏土矿物晶间微孔、黄铁矿粒间孔、溶蚀孔、有机质孔、微裂缝，页岩孔隙以纳米级基质孔为主，有机质孔局部发育［3，9］（图8）。盆地内各地区测得的须家河组各层页岩孔隙度平均值大多在1.6%～3.3%，总体上均较低，明显比下志留统龙马溪组页岩的孔隙度差［4，9-11，18］，后者多数在5.0%～10.0%。

4 保存条件

四川盆地须家河组地层整体呈层状分布，须一段、须三段、须五段页岩与须二段、须四段及须六段致密砂岩呈 “三明治” 式叠置成藏模式，这种模式有利于整个气藏的保存。另外，除了在盆地边缘发育较多的断层外，其他区域很少见规模性大断层。根据龙马溪组页岩气勘探开发经验表明，在远离剥蚀区及通天大断层10 km以上的页岩气藏都可以得到很好的保存。须家河组有利页岩分布区地层埋深多数大于1 000 m。综上所述，四川盆地须家河组须一段、须三段及须五段页岩气藏保存条件总体较好。

图8 须家河组页岩场发射扫描电镜下储集空间特征图

5 资源量概算

前人针对不同地区须家河组页岩进行了含气量的测定，川西地区总含气量丰度平均为1.37 m3／t，川东北— 川中一带总含气量丰度平均为1.28 m3／t。分别将TOC 大于等于2.0%的优质页岩分布区叠合到须一段、须三段及须五段页岩等厚图上，可加权获得各层优质页岩平均厚度。根据测井和分析化验资料可知，页岩的岩石密度一般为2.50～2.65 g／cm3，取平均值为2.60 g／cm3。按体积法计算得出四川盆地须家河组须一段、须三段及须五段优质页岩段的叠合面积为127 703 km2，页岩气地质资源量约为46.451 88 × 1012m3（表2）。