皖南泾县地区下三叠统殷坑组晏公堂剖面三维数字露头表征及油气地质意义

2022-03-24冯兴强包书景谭元隆张林炎

油气藏评价与开发 2022年1期

周磊，冯兴强，包书景，谭元隆，吴林，张林炎

（1.中国地质科学院地质力学研究所,北京100081；2.自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室，北京100081；3.中国地质调查局油气地质力学重点实验室，北京100081；4.中国地质调查局油气资源调查中心，北京100083）

泾县晏公堂剖面在大地构造上位于下扬子地块西南部，地处江南隆起带北缘与断陷盆地的过渡地带，褶皱与断裂呈北东—北东东向展布[1-2]。泾县地区南部连接出露早古生代及更老地层的江南隆起，北部连接多为白垩纪陆源碎屑充填的宣城—无为断陷盆地。区域地层出露及地质填图资料显示，泾县地区自寒武系至第四系沉积总厚7 000 m 左右，其中除下—中泥盆统及部分古近系地层缺失外，区内地层发育相对完整（图1）。

图1 皖南泾县地区地质简图及剖面位置Fig.1 Geological map and outcrop location of Jingxian County of southern Anhui

下扬子地区中、古生界厚度大、分布范围广，涵盖多套海相油气生、储、盖组合,具有巨大油气资源潜力[3-4]。经过50 多年油气基础地质调查，仅在黄桥、句容和盐城等地区发现油气显示，中生界油气勘探始终未获得具有商业价值工业油流[5-6]。2019年中国地质调查局实施皖为页1井、皖泾地1井、皖泾地2井，在中、下三叠统周冲村组和殷坑组获得油气显示，开辟了皖南地区油气勘探新层系[7-8]。相比于二叠系非常规油气调查和勘探程度[6-10]，皖南地区下三叠统殷坑组油气勘探相对滞后，缺乏油气资源潜力系统评价。通过皖南泾县地区晏公堂剖面地质调查，初步分析殷坑组生烃条件和储层条件，为油气资源潜力评价提供基础性资料。

1 三维数字剖面表征

1.1 剖面露头数字化

晏公堂剖面构造上位于晏公堂向斜核部，地理上位于安徽省泾川县泾川镇棠叶村南。晏公堂剖面全长约500 m，基本沿晏公堂采石场及采石公路测制，采石矿区地形高差大，传统人工地质测量具有潜在人身安全危险性[11-12]。因此，该文进行野外地质测量过程中尝试应用无人机数字露头采集和建模技术，为野外地质调查工作提供了一个新的工作手段。

首先，对下三叠统殷坑组晏公堂剖面采石矿区（东西长约502 m，南北宽约433 m）进行无人机巡航扫描，采用“无人机立体摄影”采集技术[13-14]，使用低空无人机多角度倾斜立体摄影采集数据，摄影采集数据带有三维坐标信息（即点云信息）与图像信息[15-16]，可以提取任意位置点坐标、图像和地质信息数据（图2a）。其次，基于已经采集晏公堂剖面点云信息和图像信息，进行网格剖分，建立晏公堂剖面主体采矿区的三维网格化数据模型（图2b、图2c）。最后，在主体采矿区三维网格化模型，导入点云和图片信息形成瓦片区块成像集，完成晏公堂剖面中主体采矿区数字化（图2d）。

图2 泾县地区晏公堂三叠系剖面无人机采集数字露头全貌Fig.2 Digital outcrop of Triassic Yangongtang section by unmanned aerial vehicles in Jingxian County

晏公堂剖面殷坑组第14—18小层位于采石场主体矿区，剖面地形高差大、坡度近直立，近距离人工地质测量无法实施，远眺观测剖面由于人眼视距和分辨率限制，在地层岩性观察存在误差，因此在14—18小层采用无人机数字剖面进行地层信息提取（图3a）。远眺观察第15—16小层，其整体岩性为黑色页岩，偶夹2～3层薄层灰岩。利用数字剖面提取地层岩性信息，第15—16小层表现为黑色页岩夹薄层—中层灰岩，且含22 层不同厚度灰岩（图3b）。数字剖面可以直接测量小层厚度，第16小层黑色页岩夹灰岩层厚9.64 m，第16小层灰岩夹薄层页岩厚9.23 m。在二次放大数字剖面过程中，极限放大图片信息提取15 cm视域，结合岩石颜色和类型信息可分辨3—5层，可估算模型中有效识别单层分辩率可达到3～5 cm（图3c）。通过无人机数字化剖面提取地层岩性和厚度信息，建立晏公堂剖面14—18小层柱状图。

在对晏公堂剖面14—18小层采用无人机数字剖面进行层信息提取同时，数字化图像也可提取断层位置、性质、断距以及其牵引现象信息。晏公堂剖面发育一系列断层，无人机数字化图像可以将黑色泥页岩定位标志层，观察断层上下盘特征，判别断层性质为正断层。结合三维坐标信息，大致刻画断层走向为北东向（NE37°）（图3d）。由于正断层上下盘在断面岩性差异，受断面摩擦力牵拽发生向下弯曲变形（图3e）；图3f图像二次放大，正断层牵引构造更为明显。在断层性质判别基础上，可刻画断距分别为5.43，2.89 m（图3e）。

图3 泾县地区晏公堂剖面数字露头地质信息提取Fig.3 Geological information from digital outcrop of Yangongtang section in Jingxian County

1.2 无人机与人工考察的结合

提取人工实测剖面点坐标信息（经度、维度和海拔）和地质信息，导入人工实测剖面点到下三叠统殷坑组晏公堂数字化剖面；基于人工实测点坐标信息和地质信息刻画晏公堂剖面三维数据点云信息（经度、维度和海拔）和图像信息，实现定性描述和定量表征，完成晏公堂剖面殷坑组的测量（图4）。晏公堂剖面自下而上依次为大隆组（P2d）、殷坑组（T1y）及和龙山组（T1h），晚二叠世陆棚相的大隆组黑色、黑灰色硅质页岩夹碳质页岩，上覆下三叠统殷坑组为斜坡—开阔陆棚环境灰岩、角砾灰岩夹泥页岩沉积（图4），而和龙山组底部为浅灰色薄层灰岩，含铁质结核。殷坑组岩性组合总体上为灰色泥粉晶灰岩、砾屑灰岩，夹黑色、黑灰色泥岩，具体描述见表1。

表1 下三叠统殷坑组晏公堂剖面测量Table 1 Measured results from Yangongtang section in Lower Triassic Yinkeng Formation

图4 泾县地区三叠系殷坑组晏公堂剖面Fig.4 Yangongtang section of Yinkeng Formation in Triassic of Jingxian County

1.3 模型数字化表征

在无人机数字露头和人工考察结合基础上，实现殷坑组剖面模型数字化表征，包括殷坑组剖面地层界线划分、岩性识别、岩性组合关系判断和垂向叠置关系确定。研究选取晏公堂剖面第14小层，剖面出露较好，地层岩性界线明显，岩性厚度稳定（图5a）。露头页岩分化为灰黄色，岩性组合自下而上为多期灰色角砾灰岩、细晶灰岩和页岩。露头主要表现为下伏中层状斜坡角砾灰岩与开阔陆棚相薄层灰岩、页岩叠置，中层状角砾灰岩—薄层灰岩—页岩韵律性变化反映水体周期性深浅变化。典型露头位于晏公堂剖面第15—16小层，地层岩性界线明显，受断层影响页岩弯曲变形（图5b）。露头岩性组合自下而上为多期黑色页岩、薄层细晶灰岩构成，露头主要表现为开阔陆棚粉晶灰岩、页岩叠置。

图5 泾县地区晏公堂剖面典型露头数字露头表征Fig.5 Features of typical digital outcrops of Yangongtang section in Jingxian County

2 油气成藏条件及资源意义

2.1 生烃条件

晏公堂剖面殷坑组黑色泥页岩岩石热解，TOC值在0.38%～2.21%，平均值为0.86%（表2）。可溶烃量（S1）值在0.06～1.06 mg/g，平均值为0.28 mg/g；热解烃量（S2）值在0.31～3.18 mg/g，平均值为1.15 mg/g；产油潜力（S1+S2）在0.37～4.24 mg/g，平均值为1.43 mg/g。氢指数（HI）值在82～172 mg/g，平均值为123 mg/g。最高峰温（Tmax）值在434～444 ℃，平均值为439 ℃。综合Tmax-HI 指数图版识别，殷坑组页岩有机质类型以II-III 型为主。页岩镜质体反射率（Ro）值为0.95 %～1.21 %，平均值为1.12 %；有机质处于成熟阶段，为热催化生油气阶段，开始生成成熟油和气。结合有机质成熟度、有机质丰度和产油潜力划分标准[17-18]，殷坑组存在较好烃源岩，具有生烃潜力（图6）。

图6 泾县地区下三叠统殷坑组页岩有机质类型判别图和生烃潜力评价Fig.6 Organic matter type and source rock characteristics as interpreted by relation between hydrocarbon potential and TOC of Yinkeng Formation in Lower Triassic of Jingxian County

表2 殷坑组泥页岩有机地球化学分析Table 2 Organic geochemistry analysis of shales in Yinkeng Formation

2.2 储层条件

殷坑组灰岩层段主体为泥晶—粉晶灰岩、角砾灰岩，岩性致密。通过高压压汞（MIP）、核磁共振（NMR）和铸体薄片对殷坑组灰岩进行孔、渗分析，确定殷坑组灰储层条件。高压压汞测试结果表明，殷坑组孔隙度（φ）值在0.928%～2.626%，渗透率（k）值在（0.12～3.22）×10-3μm2，汞饱和中值压力（p50）值在39.44～161.37 MPa，中值孔隙半径（r50）值在0.005～0.019 μm（表3）。核磁共振测试与压汞测试测量孔隙度相似，且核磁共振曲线均呈现双峰型（图7）。

图7 泾县地区下三叠统殷坑组灰岩高压压汞、核磁共振和铸体薄片Fig.7 MICP,NMR and identification of limestone in Yinkeng Formation of Lower Triassic in Jingxian County

表3 下三叠统殷坑组灰岩物性分析Table 3 Physical property analysis of Yinkeng Formation in Lower Triassic of Jingxian County

铸体薄片鉴定指示殷坑组灰岩基质孔隙和溶蚀孔隙欠发育，储集空间多为微裂隙。微裂缝依据成因可分为构造裂隙和溶蚀裂隙，构造裂隙呈细密平直，溶蚀裂隙呈肠状或蛇曲状。灰岩孔隙空间类型为孔隙和微裂隙，与核磁共振曲线双峰型相吻合。殷坑组灰岩先后经历印支期挤压、晚白垩世以来的伸展构造运动[19]，在皖南地区易形成断裂和溶洞（断溶体）规模型储集空间。泾地1 井1 650 m 井段岩心和荧光显示，轻质油沿着裂缝富集（图8a—图8c），裂缝为主要储集空间。在皖南巢湖高林剖面殷坑组发育规模型溶洞，溶洞直径在30～50 cm（图8d）。塔河油田奥陶系碳酸盐岩灰岩基质孔隙在1%～3%，岩溶缝洞是油气重要储集体[20]。因此，殷坑组灰岩基质孔隙度低，裂缝和溶洞使之成为良好储层。

图8 泾县地区下三叠统殷坑组灰岩裂缝和溶洞Fig.8 Limestone of fractures and Karst caves in Yinkeng Formation of Lower Triassic in Jingxian County

2.3 油气资源意义

中国地质调查局实施的泾页1 井、泾地1 井、宣页1 井、油地1 井、港地1 井，均钻遇完整的殷坑组地层。结合地质调查钻井、煤田浅钻以及二维地震资料，揭示宣城凹陷下三叠统殷坑组分布范围广、面积大，厚度在150～299 m（图9）。采用成因法计算了殷坑组烃源岩的生烃资源量，在皖泾地1井最大生油强度可达到68×104t/km2（图10），在宣城凹陷泾县地区约130 km2范围内，累积总生油强度可达近5 000×104t，表明殷坑组具有良好的油气资源潜力。