下扬子巢湖地区二叠系大隆组页岩特征及潜力分析

邱 岐

（中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126）

页岩气是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙，使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因、热解成因及二者混合成因的天然气［1］。页岩气和致密地层天然气、煤层气统称为非常规天然气。随着人类社会对天然气需求量的不断增大和低碳经济的需要，世界各国对非常规天然气尤其是页岩气的勘探力度日益增大。前人研究表明下扬子地区页岩厚度分布稳定、埋藏深度浅、有机质丰度高、成熟度高，是未来页岩气勘探的重要方向［2-3］，但目前国内海相页岩研究主要是集中在四川盆地及周缘地区［4-6］，对下扬子尤其是巢湖地区页岩的调查与研究相对较少［7］。本文通过相关野外剖面观察，结合薄片鉴定与地球化学测试分析，对下扬子巢湖地区大隆组页岩的特征及储集条件进行分析，对页岩气潜力进行了初步评价，研究成果对下扬子巢湖地区大隆组页岩气藏的勘探具有重要的借鉴意义。

1 区域沉积构造背景

安徽巢湖地区在构造上属于下扬子地区。下扬子地区位于扬子板块的东北部，地理上位于长江下游地区，面积大约22×104km2［8］（图1）。东部与东海相邻，西部以郯庐深断裂为界，东南部以江绍深断裂为界与华夏地块接触［9-11］，巢湖地区地处下扬子海盆边缘的深水陆棚上，古生代下扬子区基本上连续下沉，形成了较大厚度的沉积地层，也是页岩气资源的远景目标［7-12］。

图1 下扬子大地构造位置［17］

下扬子巢湖地区上二叠统大隆组泥页岩发育广泛，在形成背景为陆棚—盆地相区发育一套黑色碳质硅质泥页岩建造；而在中部呈西南—北东向展布狭长斜坡区，因处碳酸盐岩饱和补偿面附近，受热上升流影响主要发育一套泥晶灰岩沉积［13-17］。

马家山剖面是巢湖地区大隆组典型的野外露头剖面。出露地层为：二叠系上统龙潭组、大隆组、三叠系下统殷坑组，总地层厚度约29.8 m，其中大隆组厚约15 m。该剖面自下而上各组岩性特征表现为：大隆组（黑色页岩夹硅质岩、灰色硅质岩、灰黑色碳质页岩）与下伏龙潭组（灰黄色砂岩）地层呈整合接触（图2a），殷坑组（泥灰岩）与下伏大隆组呈角度不整合接触（图2b）。

图2 马家山剖面地层接触特征

结合区域构造背景及海平面变化分析，可将大隆组划分出一个三级层序（大隆层序），进一步识别出海进体系域（TST）、早期高位体系域（EHST）、晚期高位体系域（LHST）。海平面在海侵体系域时期有较大幅度变化，但在高位体系域时期非常稳定（图3）。

图3 马家山剖面地层柱状图

2 大隆组岩性特征

通过野外露头、岩石薄片以及矿物组成特征可以看出（表1），大隆组岩石类型可分为两大类：泥页岩和泥晶灰岩类。在垂向上岩石类型可分为三段：下段岩性主要以灰黑色薄层硅质、碳质页岩为主；中段主要岩性为灰黑色页岩，夹薄层灰黑色、深灰色碳质页岩和硅质页岩；上段岩石组合与下段相似，均为灰褐色碳质、硅质页岩。具体各类特征如下所述。

表1 巢湖马家山剖面大隆组全岩主量元素测试数据统计

2.1 碳质页岩

碳质页岩含有大量的碳化有机质，含碳量约为3%～15%，灰黑色，污手，常含有植物化石，页理结构明显（图4a、4b）。在野外，碳质页岩与黑色页岩的明显区别在于污手。由于有机质含量高，普通显微镜下观察为泥质结构，无法分辨矿物组成成分（图4c）；通过X衍射测试结果和XEM图片观察可以看出，大隆组的矿物成分有石英、长石、方解石、铁白云石、菱铁矿、黄铁矿、黏土矿物等等，其中石英质量分数含量最高，其分布范围为40%～51.2%，平均值为44%；碳质页岩黏土矿物组成伊利石含量最高，分布范围为29%～45%，平均值为38%；绿泥石分布范围为16%～22%，平均值为20%；高岭石含量分布范围为15%～28%，平均值为20%；伊/蒙混层含量分布范围为15%～22%，平均值为17.7%。通过扫描电镜能谱图对比发现，有机碳主要赋存在黏土矿物上；在碳质页岩中可见纳米级孔隙（图4d）。

图4 碳质页岩野外及镜下照片特征（样品号：Mjs-P2d-1-1，见表2）

2.2 硅质页岩

硅质页岩为黑色，质地坚硬，SiO2的平均含量为58%～60%，页理发育（图5a），镜下可见碎屑矿物具一定的定向性（图5b），通过X衍射分析和扫描电镜观测石英为隐晶质，含量高达85%，含少量的黏土矿物及副矿物黄铁矿，并发育微小孔隙（图5c、5d）。草莓状黄铁矿的发育可反映出硅质页岩的沉积环境为还原的深水陆棚—盆地环境。

图5 硅质页岩野外及镜下照片特征（样品号：Mjs-P2d-2-1，见表2）

2.3 硅质泥岩

该岩相野外呈层状产出，新鲜岩石颜色为灰黑色、黑色，部分表面风化呈褐黄色，质地坚硬（图6a）。通过X衍射分析表明，SiO2含量高达70%，其次为黏土矿物，并发育草莓状黄铁矿（图6b），反映当时的沉积环境为厌氧环境。

图6 黑色硅质泥岩野外典型照片及显微特征（样品号：Mjs-P2d-3-8，见表2）

2.4 全岩主量元素特征

通过对巢湖马家山剖面大隆组10个样品的全岩主量元素特征分析（表1）可以看出：马家山剖面大隆组岩石主量元素主要以SiO2、Al2O3为主，其中SiO2质量分数含量51.23%～70.99%、Al2O3含量为8.69%～15.71%，其次为Fe2O3、K2O、CaO，含量均在0.29%～11.07%之间。

从元素的垂向分布序列自下而上来看（图3），大隆组主量元素的SiO2含量在海进体系域发育初期最高，向上至最大海进期和早期高位期逐渐减少，晚期高位期又略有增加的趋势，Al2O3含量变化与之呈负相关关系。

多种分析结果认为，整体上SiO2、Al2O3含量构成了该套页岩的主量元素。

3 页岩品质评价

3.1 页岩生油气性质

3.1.1有机质丰度

巢湖马家山剖面大隆组15个样品的岩石热解测试分析结果如表2所示，整体上有机质丰度及生烃潜量均很高，可以作为好烃源岩，TOC分布范围5.51%～13.9%，平均值为9.54%，其中海进域TOC含量最高；生烃潜力分布范围4.02～14.09 mg/g，平均值为8.71 mg/g。

表2 马家山剖面大隆组岩石热解测试数据统计

3.1.2有机质类型

范氏图解可以用来区分干酪根类型。其中Ⅰ型、Ⅱ1型和Ⅱ2型趋于生油，Ⅲ型趋于生气。图7显示的是马家山剖面数据，可以看到，HI含量很低，属于Ⅲ型干酪根，为“腐殖型”有机质，存在趋于生气的可能性。

3.1.3有机质成熟度

本次研究采集巢湖马家山剖面镜质组反射率（Ro）送检结果如表3所示。大隆组气源岩均处于成熟阶段。最高热解峰温也显示大隆组气源岩均处成熟阶段（表3）。

3.1.4综合分析生油品质

对影响巢湖马家山剖面大隆组气源岩气源条件的6项主要参数进行成图，即沉积环境—有机质丰度TOC—有机质类型—气源岩厚度—生烃潜力（S1+S2）—热演化成熟度Ro六角端元图（图8），可以看出，影响气源的6个因素，指标越好所围成的面积就会越大。综合分析表明，马家山剖面大隆组气源条件较好，其中以海侵体系域和早期高位体系域气源条件最好，其次为晚期高位体系域。

图8 马家山剖面大隆组气源岩气源条件多参数综合评价

3.2 物性及孔隙特征

马家山剖面大隆组物性只有1个样品（Mjs-P2d-3-7）进行了测试（结果仅具有参考意义）。其孔隙度值为0.476%，渗透率在0.001×10-3µm2，具有特低孔、特低渗的致密特征。此外，结合前人的研究，认为大隆组储层的储渗空间可分为基质孔隙和裂缝。基质孔隙有晶间孔隙、微裂（孔）隙和不稳定矿物（如长石、方解石）溶蚀形成的溶蚀孔等。

3.3 岩石力学特征

通过马家山、昌桥剖面大隆组不同体系域不同岩石类型8个抗压强度样品和13个岩石密度测试数据（表4）可以看出：大隆组各类岩石的密度差异性较小。马家山剖面以早高位期岩石密度略高，其密度范围为2.506～2.679 g/cm3，海进域和晚高位域相当，其密度范围分别为：2.445～2.502 g/cm3和2.467～2.497 g/cm3；昌桥剖面海进域2个样品其密度范围为2.572～2.573 g/cm3，早期高位域密度范围为2.65～2.37 g/cm3，向上减小。岩石抗压强度值各样品中变化也较小，其值变化在2 169～2 874 kg/cm2。

表4 大隆组气源岩抗压强度和密度测试结果统计

3.4 储集条件综合评价

在上述基础上，讨论了巢湖马家山剖面大隆组气源岩储集条件的6项主控参数：

①脆性元素含量（SiO2+CaO+MgO）；②脆性矿物含量（石英+方解石+白云石）；③孔隙度；④渗透率；⑤抗压强度（六角端元图）；⑥成岩程度（I/S混层中S含量）（图9）。

图9 马家山剖面大隆组气源岩储集条件多参数综合评价端元分析

综合判定结果表明：马家山剖面的大隆组层序中储集条件海进体系域为最好，早期高位和晚期高位体系域中的气源岩储集条件相当。

4 结论

结合气源、储层、可压性等评价，参照页岩气评价标准，对巢湖地区大隆组页岩气开展了初步的总体评价，形成了如下认识：

（1）巢湖地区大隆组岩石组合主要分为碳质页岩类、硅质页岩类和硅质泥岩类三种，其中碳质页岩类和硅质页岩类是比较优质的岩相组合。

（2）气源条件分析认为大隆组整体有机质丰度高、有机质成熟度适中，海侵体系域和早期高位体系域气源条件最好。

（3）物性参数、脆性元素组合、脆性矿物含量、抗压强度等参数显示储集条件海进体系域为最好。

（4）综合评价认为大隆组中下部气源条件良好（海进体系域），有望成为该区页岩气的潜在勘探目标。