鄂西松滋地区牛蹄塘组页岩气储层特征及选区评价

杨 洁 吴 龙 赵雪松 余江浩 徐 聪

（湖北省地质调查院）

近年来页岩气资源的研究已成为国内热点，在四川威远及长宁等地牛蹄塘组已经发现多个页岩气田［1-5］，相比于四川盆地，鄂西地区牛蹄塘组研究程度相对较低。前人研究工作成果表明，鄂西牛蹄塘组富有机质页岩平均厚度为104 m，平均TOC（总有机碳值）为3.5%。同时鄂西牛蹄塘组形成于浅海陆棚深水区域，沉积厚度大，具备形成页岩气规模物质基础［6-11］。本文以松滋刘家场地区为背景，在牛蹄塘组黑色页岩的发育地质背景、岩石组合特征、有机地化特征、储层孔裂隙特征、含气性等方面开展研究，并评价了该地区页岩气资源潜力，以期为该地区页岩气勘探开发提供参考。

1 区域地质背景

研究区位于湖北省松滋县境内，大地构造位置上位于中扬子（华南）板块中北部西与四川盆地毗邻，北接秦岭—大别造山带，东靠江南—雪峰滑脱推覆隆起带。本次研究主要涉及的松地1 井、松地2 井位于桑植—石门复向斜东北部刘家场背斜，构造线走向以北东东—近南北向为主［12］，背斜核部出露寒武系覃家庙组、两翼出露寒武系三游洞组和奥陶系，背斜北翼地层陡倾，倾角40°～50°，南翼平缓，倾角10°～15°，北翼被断层切割，在剖面形态上总体呈现背斜紧闭、向斜宽缓的隔挡式褶皱特征。

2 页岩储存特征

2.1 地层及岩性特征

松地2井牛蹄塘组三段为深灰色、薄—厚层状泥岩，上部含钙质，偶夹深灰色泥质灰岩薄层、条带，见缝合线构造，下部碳质含量较高，含黄铁矿条带、纹层，厚度125.1 m。二段为灰黑色、薄—中层状泥质粉砂岩，上部夹深灰色钙质条带，局部发育黄铁矿结核；中—高角度裂隙较发育，方解石脉、泥质充填，见一处石英脉充填裂隙，摩擦镜面较发育，厚度120 m。一段为灰黑色、薄—厚层状钙质泥岩，碳质从上往下增加，局部含硅质，底部为硅质泥岩，方解石脉极其发育，下部黄铁矿结核、纹层较发育，厚度124.3 m，与下伏灯影组呈平行不整合接触。上部为灰泥质深水陆棚微相，中部为砂泥质浅水陆棚微相，下部含碳质硅质泥岩段为碳质硅质泥质深水陆棚微相。牛蹄塘组富有机质泥页岩位于牛一段，是生成页岩气的有利相带。

2.2 有机地球化学特征

2.2.1 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［13］。对松地1 井和松地2 井采样进行了干酪根有机显微组分分析，结果显示，牛蹄塘组泥页岩的腐泥组含量占比最大，均超过96%，惰性组含量不超过4%，几乎不含壳质组和镜质组，表明主要母质以菌藻类低等水生生物等有机质输入为主，干酪根以腐泥型为主（表1）。

2.2.2 有机质丰度

松地2井有机质含量分析结果显示，牛蹄塘组二段、三段泥页岩有机质含量整体较低，TOC 值为0.5%～1%，从牛蹄塘组一段1 530 m 处开始有机碳含量明显增大，TOC值大于10%，随深度增加，TOC值具有明显的增大趋势。

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平面上，研究区北部宜昌地区牛蹄塘组富有机质泥页岩有机碳含量介于0～19.4%，平均5%，且主要集中于1%～5.5%［14］。其中长地1 井牛蹄塘组一段富有机质泥页岩厚125 m，TOC 值主要为1.2%～12.5%，平均值5.4%；长地2井牛蹄塘组一段富有机质泥页岩厚63.3 m，TOC值主要为1%～5%，平均值2.6%；聂地1牛蹄塘组一段富有机质泥页岩厚125.2 m，TOC值主要为1.5%～19.4%，平均值6.8%（表2）。

2.2.3 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，本文采用换算的等效Ro评价成熟度［15］。采样分析结果显示，松地1井实测牛蹄塘组泥页岩沥青随机反射率为3.1%～4.3%，平均为3.6%，松地2 井牛蹄塘组实测牛蹄塘组泥页岩沥青随机反射率为3.5%～4.2%，均值接近4%。对比长地1 井、长地2 井、聂地1井，总体看来研究区总体为过成熟阶段。

2.3 矿物组成及物性特征

2.3.1 矿物组成

页岩储层的形成，不仅需要高的有机碳含量，而且要有一定量的石英等脆性矿物。脆性矿物含量控制页岩的造缝能力，高含量的脆性矿物有利于后期的压裂改造，黏土矿物的含量影响着页岩的吸附能力，同时，高含量的碳酸盐矿物有利于产生溶孔［16-17］。

以松地2井为例，16个页岩样品的全岩及黏土矿物组分分析结果显示，牛蹄塘组泥页岩矿物组份以石英和黏土矿物为主。石英含量为30.5%～50.7%，平均41.4%。黏土矿物含量为26.6%～50.1%，平均为39.9%，以伊利石为主，占比83.0%～87.0%，平均84.1%；绿泥石次之，占比10.0%～14.5%，平均12.3%；另外含少量高岭石2.5%～4.0%。碳酸盐岩矿物含量为10.3%～25.7%，平均为16.8%，其余为少量长石与黄铁矿等。总体上来看，松滋刘家场地区牛蹄塘组为含粘土硅质泥页岩相。

2.3.2 孔裂隙结构

对松地2井镜下岩心观察统计发现，牛蹄塘组含炭质钙质泥岩和炭质泥岩普遍发育裂缝，以高角度斜交裂缝最为发育，近垂直裂缝次之，少见层间裂缝（图1）。其中，高角度斜交裂缝和近垂直裂缝的成因主要与构造挤压有关，缝面常见擦痕和阶步。高角度裂缝倾角为50°～65°，最大密度为8 条/m，局部呈网状密集发育，对连通页岩内各类孔隙增加有效孔隙度有贡献。

2.4 含气性特征

对松地2 井牛蹄塘组进行了现场解析含气性测试，数据显示，含气量为0.02～0.67 m3/t，平均含气量为0.292 m3/t，松地2 井含气性一般，垂向上含气性规律为下部解析气量要明显高于上部。

3 页岩气选区评价

3.1 选区评价方法确定

根据规范《页岩气资源/储量计算与评价技术规范》（DZ/T 0254—2014），针对牛蹄塘组目的层，研究区范围内自2017年以来累计施工了2口调查井，但由于构造原因，目的层见气效果不佳，勘探程度较低，无单井页岩气动态生产数据，对于单井产量下限标准、含气量下限标准等储量起算要求均难以确定，本区块按照“未发现原地资源量”估算页岩气资源潜力。本文结合本地实际，按照中国地调局选区标准所厘定的各参数与优选因素，并综合考虑研究区具有泥页岩厚度大、有机质丰度高、热演化程度高、构造变形强、含气性一般的特点，按照在活动区寻找稳定区的思路，通过与鄂西地区牛蹄塘组各类参数运用类比法进行分析。选择与工区地质条件具有相似性，且进行了系统的页岩油气资源评价研究，对油气田或油气藏的区块采用类比法进行分析［18-19］。

3.2 综合评价

本次研究选取埋深500～4 500 m，有效厚度大于50 m，连续面积50 km2以上，临近调查区的鄂西地区作为类比标准区，结合前人对鄂西地区16 口井牛蹄塘组含气性特征进行分析，类比区牛蹄塘组页岩总含气量范围为0.02～6.5 m3/t，平均值约2.93 m3/t。根据气量类比法计算预测区（调查区）和类比区的类比相似系数值为1.02。

3.3 评价结果

调查区有利目标层段牛蹄塘组一段厚度均值为120 m，埋深1 000～3 000 m，同时考虑到调查区松地2井成熟度均值为3.8%，多个样品的成熟度大于4%，因此，本调查区仅能优选出三类有利区（图2）。

4 结 论

（1）松滋刘家场地区牛蹄塘组分为3 段，三段为深灰色、薄—厚层状泥岩，厚度125.1 m。二段灰黑色、薄—中层状泥质粉砂岩，厚度120 m；一段为灰黑色、薄—厚层状钙质泥岩，厚度124.3 m。其中上部为灰泥质深水陆棚微相，中部为砂泥质浅水陆棚微相，下部含碳质硅质泥岩段为碳质硅质泥质深水陆棚微相。

（2）松滋刘家场地区牛蹄塘组干酪根以腐泥型为主，有机质丰度值在0.53%～19.44%，平均4.96%；松地2 井牛蹄塘组实测牛蹄塘组一段泥页岩沥青随机反射率为3.47%～4.22%，均值接近4%。矿物成分以脆性矿物和黏土矿物为主，普遍发育裂缝，以高角度斜交裂缝最为发育，近垂直裂缝次之，少见层间裂缝，对连通页岩内各类孔隙增加有效孔隙度有重要贡献。

（3）松滋刘家场地区松地1 井和松地2 井牛蹄塘一段组现场解析含气量为0.01～0.45 m3/t，平均含气量为0.2 m3/t。通过与鄂西地区牛蹄塘组各类参数进行类比，在松滋刘家场地区共优选出1个三类有利区。