鄂西宜昌地区下古生界五峰组-龙马溪组页岩气储层发育特征与勘探潜力

蔡全升，陈孝红，张国涛，张保民，韩 京，陈 琳，李培军，李炎桂

(1.长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100；2.中国地质调查局 武汉地质调查中心，湖北 武汉 434025；3.中国石化 勘探分公司 勘探研究院，四川成都 610041；4.中国地质科学院，北京 100037)

南方下古生界五峰组-龙马溪组黑色富有机质页岩具有分布广、厚度大、有机碳含量高的特征，是中国海相页岩气勘探的重要目的层[1-6]。近年来，针对这一主力层系的页岩气勘探工作取得了一系列重大突破，人们先后在四川盆地涪陵、长宁、威远等地发现了多个页岩气田，并实现了商业化开发，上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组作为主力产气层显示出了巨大的勘探潜力[7-10]。然而，除四川盆地外，针对南方其它地区的五峰组-龙马溪组页岩气勘探工作却一直未取得重要进展，能否在四川盆地之外再发现新的大型页岩气田成为了人们关注的焦点[11-12]。为了尽快取得新突破，寻找新的接替区，实现盆内页岩气勘探向盆外页岩气勘探的战略转移，自2014年开始中国地质调查局武汉地质调查中心围绕中南地区部署实施了大量页岩气基础地质调查工作。根据区域地质认识，结合大量分析测试资料，通过对比优选，选择黄陵背斜东南缘宜昌地区作为最有利勘探目标，部署实施了鄂宜页2井、鄂宜页3井，并取得了重大突破。鄂宜页2井对上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组黑色页岩500 m水平段进行压裂，获得日产3.15×108m3的工业气流，表明四川盆地之外的宜昌地区五峰组-龙马溪组同样具有良好的页岩气勘探前景[13]。

然而，与涪陵焦石坝和长宁-威远相比，宜昌地区五峰组-龙马溪组富有机质页岩储层特征及规模均存在显著差异，这就必然决定了它们的页岩气勘探潜力有所不同[11,13-14]。因此，进一步明确五峰组-龙马溪组页岩储层发育特征对于准确评价宜昌地区页岩气勘探潜力具有十分重要的意义。为此，本文在前人研究的基础上，利用野外露头资料、钻测井资料及地震资料，并结合大量的实验测试数据，对鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组储层发育特征进行了深入研究，总结了优质储层分布规律，并客观评价了黄陵隆起东部宜昌斜坡区志留系页岩气勘探潜力，以期为加快该区页岩气勘探开发提供参考。

1 区域地质概况

研究区主要位于湖北宜昌境内，行政区域包括夷陵、当阳以及远安等地区。构造上属于中扬子西部，毗邻四川盆地，为黄陵背斜与荆当盆地连接的过渡带，其内部断裂发育程度相对较弱，构造较为简单，属于相对稳定的单斜构造区[15-17]。受黄陵隆升导致的差异剥蚀作用影响，研究区靠近黄陵背斜地带自西向东依次出露了前寒武南华纪-早古生代志留纪全部地层(图1a)，是中国前寒武纪和早古生代地层出露最完整、最连续的地区之一。随着斜坡区向荆当盆地方向延伸，上部被三叠纪—白垩纪地层所覆盖，导致下部地层受剥蚀作用影响较弱，且上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组保存条件相对较好[17]。因此，该区也是目前我国南方页岩气勘探的热点区域。

图1 宜昌地区地质特征及晚奥陶世—早志留世古地理位置(图1b据Chen et al.,2004修改)

前人研究表明，晚奥陶世受加里东运动的影响，在华南东部挤压应力的持续作用下，扬子板块与华夏板块汇聚作用不断增强，导致江南-雪峰、黔中以及川中地区持续隆升[18-19]，使得在晚奥陶世—早志留世早期扬子地台沉积环境由台地相转为陆棚相，成为被几个古陆所围限的隆后滞留盆地[20-21](图1b)。该时期黑色页岩连片叠置发育，但由于扬子海内部发育多个水下隆起，导扬区域上五峰组-龙马溪组黑色页岩岩相及厚度分布差异较大[22-23]。本文研究区宜昌地区位于晚奥陶世—早志留世的扬子海盆内部，毗邻湘鄂水下古隆起(图1b)。钻井资料显示该区黑色富有有机质页岩厚度约20 m，相对四川长宁-威远、重庆涪陵等地区，尽管不同笔石带内的页岩厚度差异较大且总厚度偏薄，但黑色页岩的有机质含量同样较高(图2)。因此，适中的厚度、较高的TOC预示着该区五峰-龙马溪组黑色页岩也应具备一定的勘探潜力。

2 研究及测试方法

研究资料显示，宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩气有利含气层段主要集中在五峰组-龙马溪组下部黑色页岩层段，不同层段的储层非均质性较强[23-24]。为了更好的客观分析这些含气层段的储层特征，以笔石带为对比标志，首先划分出野外露头和钻井岩心中的黑色页岩层所对应的地层单元：凯迪阶(WF1-WF3)、赫南特阶(WF4-LM1)、鲁丹阶(LM2-LM5)以及埃隆阶(LM6-LM8)(陈旭等，2015)。进而对不同页岩层段开展了全面的样品采集与分析测试。测试分析手段包括全岩及粘土矿物X衍射分析、孔隙度与渗透率测定、扫描电镜分析、薄片鉴定、含气性测试、有机碳测定与元素分析等。其中全岩及粘土矿物X衍射分析样品由中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，孔隙度与渗透率测定及扫描电镜分析由数岩科技通标标准技术服务有限公司矿产实验室测试完成，有机碳与元素分析样品由国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成，含气性测试由中石化江汉工程公司现场解析测定。

3 页岩气储层特征

3.1 岩性特征

在页岩气勘探与开发中，“页岩”一词已经脱离的原有的沉积学定义，不再单纯是一个岩性术语，而更多的是黑色岩系多种岩性系列的统称[6,25]。因此，我们通常所说的页岩气储层实际上包含了多种沉积学上的岩石类型，如粘土岩、粉细砂岩、硅岩以及碳酸盐岩等，而正确识别划分岩石类型对于储层特征研究具有重要意义[26]。

野外剖面与岩心观察发现，宜昌地区五峰组-龙马溪组下部黑色页岩层系有多种岩石类型，如泥岩、页岩、硅质泥岩、硅质页岩、砂质泥岩、砂质页岩、含粉砂泥岩、含钙质泥岩、硅质岩、泥灰岩、斑脱岩等等。为了更好地突出岩性差异和开展对比研究，参照重庆涪陵地区岩相划分方案并结合研究区的主体岩性特征，对主要岩石类型进行了归类，共划分出了粘土泥/页岩、粉砂质泥/页岩、硅质泥/页岩、硅岩、介壳泥灰岩、斑脱岩六大类，它们在野外露头及镜下均有显著的岩性差异特征(图3，图4)。

图4 宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色岩系主要岩性镜下特征

3.1.1 粘土泥/页岩

该类岩石以粘土矿物为主，质软，水平层理发育(图3a)。根据纹层发育特征，该类岩石可分为非纹层状粘土泥/页岩和弱纹层状粘土泥/页岩，其中非纹层状粘土泥/页岩粉砂含量低，镜下多呈现均一特点(图4a)。弱纹层状粘土泥/页岩多表现为暗色有机质含量不均匀而形成颜色深浅不同的条带，颜色偏浅的纹层则含有粉砂质颗粒，主要为细粒的陆源石英颗粒及云母(图4b)。该类岩石发育于水体安静且相对较浅的区域。

3.1.2 粉砂质泥/页岩

该岩相粉砂质含量在25%～50%，颜色偏浅，粉砂质成分主要为陆源石英、长石，见少量云母(图3b)。陆源碎屑颗粒大小不均，分选较差，磨圆以次棱角状为主。该类岩相也可分为纹层状(图4c)和弱纹层状(图4d)，砂质含量越高，纹层发育程度越弱。该岩相代表陆源碎屑供给相对充足，属于相对浅的沉积环境产物，主要出现于五峰组下部和龙马溪组黑色页岩上部。

3.1.3 硅质泥/页岩

硅质泥/页岩中硅质矿物含量在50%～75%，颜色多为黑色，硬度较大，有机质含量较高，纹层不发育(图3c)。岩石内部可见到少量碎屑颗粒，还可见到大量海绵骨针和硅质放射虫(图4e)，表明硅质来源除了陆源之外还存在生物成因。该类岩相多出现于鲁丹阶中下部以及凯迪阶中上部，为相对深水环境产物。

3.1.4 硅岩

该类岩石硅质含量超过75%，多无纹层，有机质含量较高，硅质矿物以自生硅为主，可见自生石英颗粒和硅质生物碎屑，岩心中常呈碎块状(图3d)。根据颗粒结构，可划分为硅藻岩、放射虫岩和海绵骨针岩，其中放射虫硅岩最为常见(图4f)。该类岩石主要以夹层形式出现于硅质泥页岩当中，多见于五峰组凯迪阶中上部和龙马溪组鲁丹阶下部。

3.1.5 介壳泥灰岩

五峰组-龙马溪组介壳灰岩主要出现在赫南特阶上部观音桥段，为一套厚度在4～20 cm的灰色富含赫南特贝化石泥灰岩，代表着海平面下降至最浅时期的沉积产物(图3e，图4g)。由于有机质含量较低，厚度薄，它不能成为有效的天然气储层，但它的存在表明五峰组与龙马溪组黑色页岩中通常没有明显的沉积间断，因而也是用于区域地层对比的重要标志。

3.1.6 斑脱岩

该岩相是由火山喷发产生的火山灰等物质经过沉积成岩和蚀变作用后形成的一种特殊的灰白色粘土岩类，以粘土矿物为主(图3f，图4h)。它具有密度小、分布广、厚度薄的特征，属于事件性沉积产物，因此也是一种十分有效的高精度地层对比标志[27]。在研究区，该岩相主要发育五峰组和龙马溪组下部，厚度多在0.1～2cm，页理常极为发育(图3f)。由于总体厚度太薄，有机质含量过低，同样不能成为有效的页岩气储层，但它的发育频次和规模可直接反映当时的构造活动强度。

3.2 矿物组分特征

页岩矿物组分是表征页岩储层特征的重要参数，其脆性矿物含量直接决定了储层后期改造的可压裂性能[6,24,28]。通过对宜昌地区五个剖面的五峰组-龙马溪组下部黑色页岩层段41块样品进行全岩矿物X衍射分析发现，石英和粘土矿物是泥页岩中最主要的矿物组分，其中石英含量变化较大，在18.26%～100%，平均为53.57%；长石含量在0～18.13%，平均为7.62%；粘土矿物含量在0%～75.13%，平均为35.01%；碳酸盐矿物含量较低，仅在部分样品可见白云石和方解石，通常在0.65%～8.13%。通过分层统计发现，宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色岩系主要矿物的含量纵向上呈现一定的规律性(表1)，凯迪阶五峰组硅质含量34.56%～100%，平均为73.54%，脆性矿物含量在45.16%～100%，平均为79.67%；赫南特阶硅质含量42.5%～86.01%，平均为68.43%，脆性矿物含量在58.48%～90.18%，平均为80.14%；鲁丹阶硅质含量44.45%～93.78%，平均为72.26%，脆性矿物含量在50.21%～98.73%，平均为81.03%，埃隆阶龙马溪组硅质含量18.26%～68.83%，平均为40.41%，脆性矿物含量在22.87%～81.02%，平均为53.10%。总体上表现为自下而上硅质含量呈现逐渐减少的旋回性特征，粘土矿物含量呈现逐渐增多，脆性矿物含量逐渐减少。

表1 宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色页岩层系主要矿物分布特征

与四川盆地相比，研究区五峰组-龙马溪组下部黑色岩系矿物特征具有一定的差异性，主要表现为凯迪阶与鲁丹阶的硅质岩石石英矿物含量高于焦石坝地区的55.80%[6]，且在研究区内可见大量硅岩。资料显示这些硅质岩石内的石英来源较为广泛，除了以陆源碎屑供给和后期成岩形成次生石英矿物外，还可见大量的生物成因硅，以发育硅质放射虫与海绵骨针为特征(图5a)，部分含量超过75%。此外，研究区岩石中黄铁矿含量较低但较为常见，除了以成岩期形成的团块状黄铁矿外，镜下还可见到草莓状黄铁矿(图5b)，反映较强的还原环境。另外，碳酸盐矿物含量比焦石坝地区更少(图5c，d)，且主要存在于微裂缝中。

图5 宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色岩系典型矿物特征

3.3 有机地化特征

有机质类型是决定富有机质泥页岩生烃潜力的重要参数。前人研究显示，鄂西地区五峰组-龙马溪组干酪根普遍具有Ⅰ-Ⅱ1型的特征，泥页岩干酪根干酪根同位素在-32.04‰～27.62‰，平均为～30.84‰[29]。有机显微组分以腐泥组为主，含量普遍大于70%，镜质组含量一般在13%～36%，表明研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩具有较好的生烃物质条件。

生烃物质的多少取决于有机质丰度，它不仅影响源岩生烃潜力的评价，同时也影响页岩的吸附气量。通过对研究区两口钻井及4个野外剖面共64个样品的TOC进行测定分析，发现五峰组-龙马溪组下部黑色页岩层段的有机碳含量最大为6.38%，最小为0.32%，平均为2.47%，其中大于2%占比60.94%，这表明宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色岩系整体有机碳丰度高，与焦石坝地区五峰组-龙马溪组相当，具备良好的生烃物质基础(表2)。

表2 宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色岩系TOC含量

另外，纵向上五峰组-龙马溪组黑色岩系有机碳含量具有逐渐减小的特征，各个阶所对应的TOC变化呈现一定的规律性(图6)。凯迪阶所对应的有机碳含量在0.93%～5.13%，平均为3.10%，主峰值在2%～4%，大于2%的样品占样品总数的90%；赫南特阶黑色页岩有机碳含量为1.28%～5.52%，平均为3.89%，大于2%的样品占比70%；鲁丹阶有机碳含量在1.76%～6.38%，平均为3.62%，主峰值3%～4%，有机碳含量大于2%的样品占样品总数的89%；埃隆阶有机碳含量明显减少，在0.32%～2.92%，平均为1.41%，有机碳含量大于2%的样品占样品总数的34%。可以看出，就有机碳含量而言，无论是最大值还是平均值，凯迪阶至鲁丹阶对应的黑色页岩有机质丰度最高，埃隆阶有机碳含量明显降低(图6)。

图6 宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色岩系各阶TOC分布特征

尽管人们对页岩气勘探潜力评价中有机质成熟度高低所产生的各种影响还没有明确的一致性认识，但统计分析发现，基本上所有产页岩气区的富有机质页岩镜质体反射率普遍都小于3%[7-10]。鄂宜页2井黑色页岩段最高热解峰温Tmax在 448～600℃，平均为514℃，采用沥青反射率换算得出镜质体反射率(Ro)整体较高，介于2.0%～3.2%，平均为2.6%。这表明五峰组-龙马溪组有机质已处于过成熟阶段，形成的天然气组分以甲烷为主，但其成熟度仍在有利区间范围内。此外，由于研究区处于隆起与盆地之间斜坡转换带，五峰组-龙马溪组黑色页岩埋深向东具有逐渐加深的趋势，因此Ro值向盆地方向也应逐渐增大。

3.4 储集空间及物性特征

3.4.1 储集空间类型

储集空间的发育是页岩气富集成藏的基础，孔隙度大小直接影响着页岩气的游离气和吸附气量[30]。通过对岩心及野外剖面样品进行镜下鉴定和扫描电镜分析发现，研究区页岩中的储集空间以次生空隙为主，原生空隙由于压实作用多已经被破坏。根据储集空间形态及形成的物质组分，可将研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩储层的储集空间划分为三大类，分别是有机质孔、无机质孔和微裂缝。

1)有机质孔

有机质孔主要是指有机质在热演化过程中释放烃类物质后，由于收缩作用而在其内部形成的次生空隙[31]，也包括一些与生物化石有关的原生和次生溶蚀孔隙。研究区五峰组-龙马溪组收缩形成的有机质孔往往以蜂窝状分布于有机质内部，多呈现圆形、三角形或不规则形态，孔隙直径普遍较小，一般小于1 μm(图7a)。由于有机质本身的非均质性，有机质孔隙的发育没有规律性，扫描电镜下显示为不均一的分布于有机质表面。尽管这类有机质孔隙直径小，但由于这些有机质孔隙多密集发育，单个有机质上可能发育多达数十或数百个(图7b)，而且研究区五峰组-龙马溪组有机碳含量高，最终可以实现有机质孔隙度由量变到质变。与生物化石有关的有机质孔隙主要是一些海绵骨针或硅质放射虫的原生内部孔隙或它们的骨架被溶蚀后形成的次生孔隙，此类孔隙直径一般在10～100 μm，普通显微镜下即可见到不规则溶蚀孔隙边缘(图7c)。

2)无机质孔

扫描电镜分析显示，研究区无机质孔主要包括残余粒间孔、晶间孔、溶蚀孔和铸模孔等，孔隙直径变化大，在10 nm～100 μm。残余粒间孔主要是一些不同矿物颗粒之间保留的原生孔隙，孔隙形态不规则，由于五峰组-龙马溪组经历过深埋和较强的压实作用，这些孔隙极少发育。晶间孔主要出现在伊利石、白云石以及黄铁矿等晶体间，孔隙直径较小，一般小于2 μm(图7d，7e)。无机溶蚀孔非常普遍，可见不规则边缘，部分孔隙处于被石英充填或半充填状态，孔隙直径多大于5 μm(图7f，7g)。铸模孔主要是一些晶体遭受溶蚀形成的孔隙，可见到明显的晶体边缘结构(7h)，镜下还可见到大量的黄铁矿脱落所形成的蜂窝状孔隙(图7f)。总体而言，无机质孔隙与有机质相比，分布分散，孔隙直径偏大。

3)微裂缝

在宜昌五峰组-龙马溪组岩心观察和野外地质调查中，发现了大量的裂缝，包括低角度缝或高角度的裂缝。通过显微镜鉴定和扫描电镜分析，这些黑色岩系中主要有构造缝和层间缝两类。其中，构造微裂缝主要出现在硅质含量较高的泥页岩中，局部可见多期裂缝相互切割的特征(图8a)，与层面斜交(图8b)，裂缝宽度一般在10～100 μm，多被方解石、石英或有机质充填，部分裂缝受溶蚀作用改造明显，扫描电镜下裂缝似串珠状宽窄不一(图8c)。层间缝在研究区也较发育，主要是由于岩石组分的差异在两个岩层之间形成的纹层间隙，如伊利石与伊蒙混层或绿泥石之间形成微缝隙(图8d)。这些裂缝的存在，不仅增加了储集空间，同时通过压裂改造还能显著改善页岩的渗流能力。

图8 宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色岩系微裂缝发育特征

3.4.2 储层物性特征

通过统计五峰组-龙马溪组钻井岩心的孔渗数据，黑色页岩层系孔隙度分布在0.9%～8.8%，平均为3.8%，其中孔隙度在4%～8%的样品占比41%；渗透率在0.000 3×10-3～1.28×10-3μm2，平均为0.19×10-3μm2，其中渗透率在0.001×10-3～1×10-3μm2的样品占比67%，整体上呈现低孔、特低渗特征(图9)。孔隙度和渗透率之间相关性较差，表明富有机质页岩中的存在较多的孤立微孔隙和微裂缝，以至于出现部分高孔低渗或低孔高渗特征。

图9 宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色岩系储层物性特征

3.4.3 储层孔隙结构

压汞与氮气联合吸附分析实验表明，五峰组-龙马溪组黑色页岩孔隙直径分布范围较大，小孔径和大孔径孔隙均较为发育，具有典型的两头高、中间低的特点(图10)。来自宜页2井的测试数据显示，五峰组硅质泥页岩中小于100 nm的孔隙约占总孔隙的51.78%，其中小于25 nm的孔隙占比39.96%，孔隙直径在100～2 500 nm的孔隙占比仅17.27%，而孔隙直径大于2 500 nm的占比为31.94%。龙马溪组黑色炭质泥页岩同样具有相似的特征，其小于100 nm的孔隙约占总孔隙的37.77%，孔隙直径在100～2 500 nm的孔隙占比仅19.90%，而孔隙直径大于2 500 nm的占比高达42.33%(图10)。这一特征表明，研究区五峰组-龙马溪组页岩孔隙主要由有机质纳米孔和溶蚀作用形成的微米孔组成。

图10 宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩储层孔隙结构特征

3.5 含气性特征

通过对宜昌地区鄂宜页2井进行现场解析发现，五峰组-龙马溪组页岩含气量在0.068～3.33 m3/t，其中下部黑色页岩层段含气丰度较高，总含气量为0.67～3.33 m3/t，平均为1.85 m3/t。由下至上，黑色页岩段含气量呈现逐渐增加的趋势(图11)。在不考虑83℃高温快速解吸后的残余气含量，采用前1h的解吸气数据对损失气量进行恢复发现，黑色页岩段损失气量为0.33～2.31 m3/t，平均为1.12 m3/t；解吸气为0.13～1.16 m3/t，平均为0.62 m3/t。纵向上，损失气量普遍大于解吸气量，且损失气占比在黑色页岩层系的底部更为明显(图11)。这一方面可能是由于含气量的增加导致，另一方面可能是由于下部孔隙和岩石裂缝更为发育，使得大量的游离气体在岩心密闭之前就已经散失。

图11 宜昌地区宜页2井五峰组-龙马溪组黑色页岩层段现场解吸气含量变化特征

除该井之外，在研究区周缘部署的其它钻井也获得了良好显示，如荆102井黑色页岩层段总含气量为3.1～3.6 m3/t，平均为3.3 m3/t；宜地1井目的层总含气量为1.3～3.7 m3/t，平均为2.3 m3/t；远地1井目的层含气量平均为1.9 m3/t。尽管这些数值还无法与焦石坝地区的高含气量值相比，但这些数据足以说明宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色页岩含气性较好，具有良好的勘探价值。

4 优质储层分布

4.1 储层评价标准

广义的说，所有含有机质的页岩在经过埋藏热演化后都能够成为页岩气储层，但对于页岩气勘探而言，只有那些达到一定条件的页岩储层才是优质储层，才能满足勘探商业价值。因此识别哪些是“甜点”储层至关重要，而最关键的就是建立一个符合地区实际情况的储层评价标准。

前人通过对四川盆地五峰组-龙马溪组页岩气储层的含气性与储层其它参数之间的相关性进行分析发现，在有机质主体成熟度为2%～3%时，有机碳含量和脆性矿物含量是储层评价中非常关键的两个参数[32,33]。有机碳含量大于2.5%，页岩含气量会显著增加，这与宜昌地区极为相似，有机碳含量大于2.5%的黑色页岩段总含气量普遍大于1.5 m3/t(图12)。脆性矿物含量的增加尽管不能带来孔隙度的增加，但是和含气量关系明显，并且鉴于页岩普遍地低孔低渗透性和压裂的必要性，脆性矿物含量的增加也会有利于后期储层改造。针对这一规律性认识和客观对比分析需要，本文结合前人研究成果并参考四川盆地五峰组-龙马溪组页岩储层品质参数建立了宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩气储层评价标准(表3)。

表3 鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩储层品质分级评价参数

4.2 优质储层分布

根据上述储层评价参数，结合储层特征对鄂宜页2井页岩储层进行精细刻画后认为，该宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色富有机质页岩储层非均质性较强，不同品质储层间隔分布(图12)。储层类型垂向上逐渐变差，由Ⅰ类过渡为Ⅳ类。优质储层集中在五峰组中上部和龙马溪组底部，主要对应于凯迪阶WF2-WF3笔石带以及鲁丹阶LM2-LM3笔石带(LM4笔石带缺失)，储层岩石类型以形成于深水硅质陆棚的硅岩和硅质泥页岩为主，厚度约11 m，且该优质储层段的页岩气含气量平均大于2.3 m3/t。储层品质的纵向分布和泥页岩沉积环境演化相一致，深水陆棚相是优质储层发育的最有利相带(图12)。

图12 宜昌地区宜页2井五峰组-龙马溪组黑色富有机质页岩层段储层综合评价

五峰组-龙马溪组底部黑色页岩段沉积期，鄂西地区受广西运动影响明显，在长阳以南、恩施、龙山、五峰、松滋一带形成了较大规模的湘鄂西水下隆起，造成笔石带和黑色富有机质页岩地层缺失[2,19]，但在长阳以北的龙泉、黄花、分乡、远安等地笔石序列基本完整，整体以深水陆棚沉积环境为主[5,20]，黑色页岩厚度稳定，TOC大于2%的页岩厚度普遍在19～22 m，且硅质含量普遍均大于40%。因此，整个黄陵背斜东部的宜昌斜坡区均具有形成优质页岩储层的沉积地质条件。

5 页岩气勘探潜力

尽管与重庆涪陵、四川长宁-威远相比，鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组优质页岩储层厚度相对较薄[3,6]，但整个黑色富有机质页岩层段平均厚度也达20 m左右，其所对应的TOC均大于2%，最高值部分可达6%，足以形成具有工业气流的烃源岩基础(图2，图12)。此外，较高的石英矿物含量，普遍大于40%的脆性矿物指数也有助于水平压裂工程的实施[34]，而且鄂宜页2井已经获得了页岩气工业气流，表明鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色页岩储层具有一定的勘探潜力。然而，页岩气的勘探潜力评价不仅包括先天要素，同时也要考虑后期的改造和经济技术条件，主要体现在页岩气保存条件以及埋深和资源量等方面。

5.1 保存条件

良好的保存条件是页岩气富集成藏的关键。南方五峰组-龙马溪组页岩气储层基本上都经历了多期构造活动，绝大部分地区由于受到强烈构造作用的叠加破坏，页岩气已散失殆尽[8,11]。由于鄂西宜昌地区毗邻黄陵古隆起，花岗岩的刚性基底对斜坡区起到了明显的保护作用[11,13]，以至于斜坡区黑色页岩储层以整体性上下运动为主[16]，避免了强烈挤压构造作用的叠加破坏，储层内部断层发育较少，即使存在小规模的逆断层，由于强烈的挤压也可以形成侧向封堵(图13)。另外，顶底板条件方面，研究区五峰组底部为致密的上奥陶统宝塔组-临湘组泥灰岩，厚度大于20 m，分布稳定；黑色页岩顶部不仅发育厚层且致密的志留系灰色或黄绿色泥页岩，同时还覆盖了上千米厚的二叠系灰岩至白垩系碎屑岩(图13)。因此，相对于鄂西其它断裂发育区和构造挤压变形强烈地带，黄陵背斜东部的宜昌斜坡区保存条件相对较好，属于页岩气构造保存有利区。

图13 宜昌地区过宜页2井二维地震剖面(2015HY-Z2)响应特征(剖面位置见图1)

5.2 埋藏条件

利用二维地震并结合钻井资料对宜页2井区志留系底界面进行刻画发现，黄陵隆起的持续上升使得宜昌东北部成为了一单斜构造，避免了其奥陶系五峰组-志留系龙马溪组黑色页岩层系的深埋过大(图13，图14)。总体上由西向东该区志留系埋深呈现逐渐增大的趋势，基本上介于0～4 000 m，而靠近江汉盆地的当阳复向斜最大埋深超过6 000 m(图14)。就现今的经济技术条件而言，埋藏深度在1 500～4 500 m的页岩气才具有较好的勘探开发价值，而这一深度范围恰好主要集中于宜昌分乡—龙泉和远安一带(图1)，区域总面积超过1 200 km2。适中的埋深加上较大的富有机质页岩分布面积为页岩气的勘探开发提供了有利条件。

图14 宜昌地区宜页2井区志留系底界埋深特征

5.3 资源潜力

根据五峰组-龙马溪组黑色页岩层系相关参数区域平均值，如储层厚度(平均为20 m)、含气量(平均为2.0 m3/t)、岩石密度(平均为2.50 g/cm3)进行体积法估算，整个宜昌斜坡区五峰组-龙马溪组页岩气地质资源量超过1 200×108m3，具备一定的页岩气勘探潜力。由此可见，沿黄陵背斜东缘宜昌向北至远安等地，由于在奥陶纪—志留纪之交具有相似的沉积环境且后期构造背景相同，应均具有良好的勘探前景，进一步加大上述相关区域的五峰组-龙马溪组页岩气勘探有助于在我国南方形成新的页岩气资源接替基地。

6 结论

1)鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色富有机质页岩厚度一般在20 m左右，储层岩石类型丰富，以硅质泥/页岩为主，脆性矿物含量丰富，局部可见生物成因硅岩；储层有机碳含量高，平均TOC含量为2.47%，有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，有机质主体热演化程度高，Ro普遍大于2%，Tmax平均超过500 ℃，处于过成熟阶段；储层物性整体较差，属于低孔特低渗储层，储集空间大小分布具有典型的中间低、两头高的两极化分布特征，但富有机质储层含气性较好，平均含气量超过2.0 m3/t。

2)利用脆性矿物指数、有机碳含量并结合含气性及测井响应开展储层评价，认为宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色富有机质页岩层段储层可划分为4类，其中优质储层和次优储层位于黑色页岩层系下部厚度约11 m，对应于凯迪阶WF2-WF3笔石带和鲁丹阶LM2-LM3笔石带，较差储层和非储层对应于主要对应于龙马溪组黑色岩系上部，由下至上储层品质逐渐变差。

3)尽管宜昌地区五峰组-龙马溪组黑色富有机质页岩储层厚度与四川盆地涪陵焦石坝相比较薄，但其有机碳含量同样较高，埋深适中，估算的地质资源量超过1 200×108m3，并且鄂宜页2井已经取得了重大突破，表明鄂西黄陵背斜东部宜昌斜坡区五峰组-龙马溪组也具有良好的勘探前景，可作为除四川盆地之外新的页岩气勘探接替区。