鄂西鹤峰地区下寒武统牛蹄塘组泥页岩储层特征——以江坪河剖面为例

王 登 ， 余江浩*， 陈 威， 冷双梁， 许露露， 温雅茹， 袁 航，黄佳琪

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034； 2.湖北省地质局 第四地质大队,湖北 咸宁 437100)

页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中,以吸附和游离态为主要存在方式的一种非常规天然气[1-4]。

牛蹄塘组是上扬子地区下古生界主力烃源岩之一,具有厚度大、分布广的特点[5-7]。邻区秭地1井、秭地2井等的钻探已经证实牛蹄塘组具有很好的页岩气显示,勘探潜力巨大。本文从泥页岩厚度、有机碳含量、储层物性等方面对江坪河剖面牛蹄塘组进行分析,以期为该区下一步页岩气勘探提供依据。

1 剖面地质特征

江坪河剖面位于恩施州鹤峰县走马镇江坪河村,在构造上属于上扬子地块的宜都—鹤峰复背斜带走马背斜(图1)。剖面地层自下而上依次为上震旦统—下寒武统灯影组、下寒武统牛蹄塘组和石牌组。其中,牛蹄塘组顶底清晰,共分为15层,总厚度144.6 m,牛一段和牛二段厚度分别为92.6 m和52.1 m,泥页岩厚度分别为88.6 m和30.1 m。

牛蹄塘组为一套黑色富有机质泥页岩层系。其中，牛一段岩性以黑色碳质页岩、碳硅质页岩和粉砂质泥岩为主，局部夹碳质泥灰岩，发育水平层理；产微体藻类化石Micrhystridium，Baltisphaeridium等，个别层产小壳化石ArchaeooideskuanchuanpuensisQian，“Circothesa”pingqianensissp.nov.等。牛二段下部岩性以灰色微晶灰岩为主，上部岩性主要为灰色—黑色薄层碳质页岩、粉砂质泥岩，产三叶虫化石WangzishiasolaZhuetZhou，Sinodiscuschanyangensis，S.G.Zhang，Hupeidiscusorientalis，Metaredlichiacf.cylindrica，Zhenbaspislata，Neocobboldiasp.，Acrothelesp.等[8]。属外(深水)陆棚相沉积。

图1 鄂西江坪河剖面位置图
Fig.1 Location of Jiangpinghe section in Western Hubei

1.断层；2.构造线；3.地名；4.剖面位置。

图2 鄂西江坪河剖面牛蹄塘组沉积相图
Fig.2 Sedimentary facies map of Niutitang formation in Jiangpinghe section,Western Hubei

2 有机地化特征

2.1 有机碳含量

有机碳含量是生成油气的物质基础,也是吸附气的载体,与页岩含气量呈正相关关系[9]。鄂西江坪河剖面牛蹄塘组19个泥页岩TOC含量介于0.77%～13.10%,平均值2.92%。其中,TOC>2%的样品占63.67%(图3),TOC>4%的样品占19.05%。

纵向上,江坪河剖面牛蹄塘组泥页岩TOC具有明显的一段高、二段相对低的特征(图4)。其中,牛一段TOC介于0.80%～13.10%,均值为3.31%,TOC>1%的页岩为86.7 m；牛二段TOC介于0.77%～4.04%,均值为2.13%,TOC>1%的页岩为25.5 m。总体上,鄂西江坪河剖面牛蹄塘组泥岩厚度较大,连续性好,TOC高,生烃潜力良好。

2.2 有机质类型

有机质类型决定了烃源岩的生烃能力和烃类性质[10-12]。江坪河剖面牛蹄塘组泥页岩腐泥组含量介于63.4%～72.5%,平均值68.7%(表1)；惰质组含量介于19.3%～24.2%,平均值21.6%；少量壳质组,含量介于7.8%～14.1%,平均值9.7%；不含镜质组。类型指数Ti值介于47.3～57.3,平均值为51.9,为Ⅱ1型有机质。表明牛蹄塘组有机质类型较好,具有良好的生气能力。

2.3 有机质成熟度

下古生界缺乏来源于高等植物的标准镜质体,而富含沥青[13],本文采用换算的等效Ro评价成熟度。江坪河剖面13个沥青反射率Rc值介于2.90%～5.74%,平均值4.18%(图5)；根据丰国秀(1988)公式换算的等效Ro值介于2.24%～4.11%,平均值3.08%；根据Jacob(1985)公式换算的等效Ro值介于2.19%～3.95%,平均值2.98%(图5)；均表明牛蹄塘组处于过成熟阶段,有利于生气。

3 储层特征

3.1 矿物组成特征

X衍射表明,江坪河剖面牛蹄塘组粘土矿物含量介于35.1%～51.3%,平均为42.5%(图6)；石英矿物含量介于38.5%～58.6%,平均含量为46.7%,长石含量介于2.6%～12.5%,平均含量为8.4%；少量黄铁矿和菱铁矿,含量介于2.5%～6.3%,均值为3.4%；未见碳酸盐矿物。总体上,江坪河剖面牛蹄塘组脆性矿物含量较高,平均含量为57.5%,有利于后期压裂改造(表2)。

图3 江坪河剖面牛蹄塘组地化和物性特征
Fig.3 Geochemical and physical properties of Niutitang formation in Jiangpinghe section

图4 江坪河剖面牛蹄塘组TOC分布
Fig.4 TOC distribution of Niutitang formation in Jiangpinghe section

表1 江坪河剖面页岩显微组分组成Table 1 Maceral composition of shale in Jiangpinghe section

图5 江坪河剖面等效Ro值分布图
Fig.5 EquivalentRo distribution of Niutitang formation
in Jiangpinghe section

表2 江坪河剖面牛蹄塘组泥页岩矿物组成Table 2 Mineral composition of shale in Niutitang formation of Jiangpinghe section

3.2 页岩物性特征

江坪河剖面14个页岩孔隙度介于2.03%～3.88%,平均值为2.89%,介于2.0%～3.0%的样品占57.1%,介于3.0%～4.0%的样品占42.9%(图6)；渗透率介于0.11×10-3～0.91×10-3mD,平均值为0.51×10-3mD；密度2.41～2.51 g/m3,平均值为2.46 g/m3。表明江坪河剖面泥页岩具有一定的储、渗能力。

图6 江坪河剖面牛蹄塘组孔隙度和渗透率分布
Fig.6 Distribution of porosity and permeability of Niutitang formation in Jiangpinghe section

3.3 孔隙类型

扫描电镜表明,江坪河剖面牛蹄塘组发育多种孔隙类型(图7)。其中,有机质孔相对发育,一般为100～200 nm；粒间孔主要为粘土颗粒间孔隙,一般为150～300 nm不等；粒内溶孔主要为石英溶孔、长石溶孔,一般为210～620 nm,也有个别达1.2～1.6 μm；微裂缝主要为颗粒内裂缝,宽度一般在150～210 nm,大者可达550 nm。

图7 江坪河剖面牛蹄塘组泥页岩孔隙特征
Fig.7 Pore characteristics of shale in Niutitang formation of Jiangpinghe section

4 含气性特征

页岩含气性直接决定页岩气资源潜力,主要包括页岩中的吸附气、游离气和溶解气等[7,14]。邻区多口钻遇牛蹄塘组的钻井见页岩气显示,以秭地1井为例,现场解吸气总含量为0.24～1.05 m3/t,均值0.60 m3/t,点火可燃。同时,本文通过等温吸附进一步表征其含气性,在14.0 MPa时,牛蹄塘组模拟吸附气量介于0.91～5.12 m3/t(图8),平均值2.79 m3/t,吸附气含量较高。表明牛蹄塘组含气性良好,且具有较强的页岩气吸附能力。

图8 江坪河剖面泥页岩等温吸附模拟
Fig.8 Isothermal adsorption simulation of shale in Jiangpinghe section

5 结论

(1) 江坪河剖面牛蹄塘组页岩具有厚度大,有机碳含量高,成熟度高等特点。TOC含量介于0.77%～13.10%,平均值2.92%,TOC>1%的页岩达122.2 m,处于过成熟阶段,生气条件好。

(2) 江坪河剖面牛蹄塘组页岩储层较好。其脆性矿物含量丰富,介于48.7%～64.9%,有利于后期储层改造；孔隙度介于2.03%～3.88%,平均值为2.89%,具有良好的页岩气储集空间。同时,其吸附能力较强,等温吸附气含量介于0.91～5.12 m3/t。综合分析认为,鄂西鹤峰地区牛蹄塘组具有良好的勘探前景。