周道容 (成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059)

李延鈞 (西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610500)

陳義才 (成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059)

張本健 (中石油西南油氣田分公司川西北氣礦，四川 江油 621700)

賈學(xué)成，劉 林 (西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610500)

川西南部地區(qū)須家河組頁(yè)巖氣資源潛力研究

周道容 (成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059)

李延鈞 (西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610500)

陳義才 (成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059)

張本健 (中石油西南油氣田分公司川西北氣礦，四川 江油 621700)

賈學(xué)成，劉 林 (西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610500)

四川盆地川西南部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組頁(yè)巖厚度大，分布廣，是主力烴源層之一。在烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度、母質(zhì)類型、熱演化程度分析基礎(chǔ)上，對(duì)川西南部地區(qū)須家河組頁(yè)巖氣資源潛力進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，川西南部地區(qū)須家河組頁(yè)巖有機(jī)碳含量多數(shù)在1.2%～2.5%之間，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，處于成熟～高成熟階段；須家河組頁(yè)巖脆性礦物平均含量為52.3%，脆性較好，具備頁(yè)巖氣壓裂開(kāi)采的有利條件；須家河組頁(yè)巖有效頁(yè)巖厚度大，分布穩(wěn)定，有效頁(yè)巖生氣強(qiáng)度為(15～100)×108m3/km2，資源量平均約為19.9×1012m3。川西南部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組泥頁(yè)巖中天然氣資源豐富，勘探潛力巨大。

須家河組;頁(yè)巖氣;資源潛力

頁(yè)巖氣為產(chǎn)自極低孔滲、富有機(jī)質(zhì)暗色頁(yè)巖地層系統(tǒng)中的天然氣，是近期可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模勘探開(kāi)發(fā)、資源豐富的非常規(guī)天然氣資源[1]。近幾年來(lái)，我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)持續(xù)深入，先后在四川盆地南部地區(qū)古生界頁(yè)巖中發(fā)現(xiàn)工業(yè)氣流。除了海相頁(yè)巖外，中國(guó)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖也普遍發(fā)育，川西南部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組廣泛發(fā)育煤系頁(yè)巖，其沉積厚度大，分布穩(wěn)定，有機(jī)碳及熱演化程度高，前景廣闊。為此，筆者從頁(yè)巖地球化學(xué)特征、有效頁(yè)巖厚度及脆性礦物等方面，對(duì)川西南部地區(qū)須家河組頁(yè)巖氣資源潛力進(jìn)行了研究。

1 地球化學(xué)特征

圖1 川西南部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組有機(jī)碳含量頻率圖

頁(yè)巖地球化學(xué)性質(zhì)是頁(yè)巖氣成藏的關(guān)鍵內(nèi)部因素[2]。

1.1有機(jī)質(zhì)豐度

通過(guò)川西南部地區(qū)須家河組20口井共300個(gè)烴源巖樣品進(jìn)行總有機(jī)碳含量(TOC)統(tǒng)計(jì)與分析，結(jié)果表明，須五段、須三段和須一段頁(yè)巖TOC主要分布在1.2%～2.0%，其次在0.7%～1.2%和2.0%～3.0%，而TOC大于1.0%的樣品占絕大多數(shù)(見(jiàn)圖1)。

平面上，川西南部須五段頁(yè)巖在霧中山以北、漢王場(chǎng)與周公山構(gòu)造以南，TOC相對(duì)較低，平均TOC為0.7%～1.0%；而蘇碼頭、龍泉山以及蓮花山、漢王場(chǎng)構(gòu)造，平均TOC為1.5%～2.0%；其余大部分地區(qū)，須五段頁(yè)巖的平均TOC為2.0%～3.5%。須三段頁(yè)巖除了在大興場(chǎng)、蓮花山、漢王場(chǎng)構(gòu)造一帶有機(jī)碳較高(平均值為2.0%～3.0%)，其余地區(qū)平均TOC一般為1.0%～1.5%。須一段頁(yè)巖TOC相對(duì)較低的地區(qū)分布在蘇碼頭、龍泉山構(gòu)造以及蓮花山構(gòu)造，平均TOC一般為1.0%～1.5%；在周公山和漢王場(chǎng)構(gòu)造一帶平均TOC在1.5%～2.0%；其余地區(qū)頁(yè)巖平均TOC一般為2.0%～3.5%。

1.2有機(jī)質(zhì)類型

川西南部地區(qū)須家河組45個(gè)巖心樣品干酪根顯微組分的分析結(jié)果表明，頁(yè)巖干酪根腐泥組含量一般為45%～55%，惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組含量相對(duì)較高，分別為15%～25%和20%～30%，樣品中普遍含殼質(zhì)組。根據(jù)干酪根類型指數(shù)(Ti值)分類標(biāo)準(zhǔn)，判斷約80%的有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型，其余為Ⅱ2型。

此外，根據(jù)頁(yè)巖干酪根碳同位素分析，須五段和須三段一般為-25.23‰ ～-27.98‰，須一段相對(duì)略輕，-25.56‰ ～-29.66‰?？傮w而言，除了部分須一段樣品以外，川西南部地區(qū)須家河組頁(yè)巖干酪根的碳同位素比較重，與干酪根顯微組成特征一樣，表現(xiàn)為典型的腐殖型有機(jī)質(zhì)。

1.3有機(jī)質(zhì)成熟度

在熱成因頁(yè)巖儲(chǔ)層中，當(dāng)頁(yè)巖中TOC達(dá)到一定指標(biāo)后，有機(jī)質(zhì)的成熟度則成為頁(yè)巖氣源巖生烴潛力的重要預(yù)測(cè)指標(biāo)[3]。干酪根的鏡質(zhì)體反射率是最直觀地表征有機(jī)質(zhì)成熟度的參數(shù)。根據(jù)20口井15個(gè)巖心樣品分析結(jié)果顯示，川西南部地區(qū)須家河組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度普遍較高，Ro絕大多數(shù)大于1.3%，局部達(dá)到1.5%～1.7%，表明已進(jìn)入高成熟度階段。從平面上看，川西南部須家河組頁(yè)巖在漢王場(chǎng)-大興西構(gòu)造-白馬寺構(gòu)造一帶的成熟度較高，其中須一段和須三段達(dá)到高成熟早期，須五段處于成熟晚期-高成熟早期階段，往西北和東南方向成熟度呈降低趨勢(shì)。

2 頁(yè)巖資源潛力評(píng)價(jià)

2.1頁(yè)巖厚度分布特征

頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐表明，頁(yè)巖的有效厚度是保證足夠的有機(jī)質(zhì)及充足的儲(chǔ)集空間的前提條件[4]。頁(yè)巖有效厚度越大，頁(yè)巖的封蓋能力越強(qiáng)，有利于氣體的保存，從而有利于頁(yè)巖氣成藏[5]。在川西南部地區(qū)，受構(gòu)造作用和沉積作用的控制，須家河組單層厚度超過(guò)35m、TOC大于1.0%的有效頁(yè)巖分布廣泛。

通過(guò)對(duì)川西南部地區(qū)不同構(gòu)造上21口井、6條骨架剖面的須家河組地層巖性變化進(jìn)行對(duì)比分析，認(rèn)為有效頁(yè)巖總厚度一般在400～800m，主要分布在須五段，其次為須一段和須三段；須五段頁(yè)巖分布穩(wěn)定，而須一段和須三段頁(yè)巖分布變化相對(duì)較大。

平面上，須五段有效頁(yè)巖分布較廣，除西南部蓮花山構(gòu)造的部分地區(qū)外，在川西南部的其余大部分地區(qū)均有分布，其中鹽井溝和油罐頂?shù)葮?gòu)造帶的有效頁(yè)巖總厚度可達(dá)600m，在漢王場(chǎng)、龍泉山等構(gòu)造地區(qū)的有效頁(yè)巖總厚度相對(duì)較薄，一般為200～350m。須三段沉積期間，主要為辨狀河三角洲前緣和淺湖沉積，地層厚度較薄，砂巖沉積厚度相對(duì)較發(fā)育，單層頁(yè)巖厚度相對(duì)較?。挥行ы?yè)巖在平面上主要分布在大參、漢王場(chǎng)和鹽井溝一帶，頁(yè)巖厚度一般為40～60m。須一段單層厚度大于35m的頁(yè)巖主要分布在霧中山、白馬寺等構(gòu)造帶，總體趨勢(shì)為西、北厚，向東、南減薄；有效頁(yè)巖總厚度一般為50～100m，局部地區(qū)可達(dá)100～150m。

2.2頁(yè)巖礦物組成及脆性評(píng)價(jià)

根據(jù)36個(gè)頁(yè)巖巖心樣品全礦組成分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)，川西南部地區(qū)須家河組頁(yè)巖的硅質(zhì)礦物(石英+長(zhǎng)石)在縱向上分布比較穩(wěn)定，石英含量普遍較高，一般為48.1%～54.5%，平均52.3%；碳酸鹽礦物含量縱向上分布不穩(wěn)定(0%～46.9%)，平均13%。粘土礦物縱向上含量分布不穩(wěn)定，含量為6%～42.4%，平均29.8%。總體而言，川西南部地區(qū)頁(yè)巖硅質(zhì)含量較高，脆性較好。

注：Ⅰ為腐泥型；Ⅱ1為偏腐泥型；Ⅱ2為偏腐植型；Ⅲ為腐植型。

2.3頁(yè)巖生氣強(qiáng)度及資源量概算

1)頁(yè)巖生氣強(qiáng)度 頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)生氣強(qiáng)度計(jì)算涉及的主要參數(shù)為有效頁(yè)巖厚度、頁(yè)巖的巖石密度、TOC和有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)烴率[6]。根據(jù)測(cè)井和分析化驗(yàn)資料，頁(yè)巖的巖石密度一般在2.5～2.65t/m3之間，取平均值為2.6t/m3。

頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)在不同熱演化程度下的氣產(chǎn)率是生氣量計(jì)算的關(guān)鍵性參數(shù)。研究表明，腐泥型干酪根的累積產(chǎn)氣率一般為500～650m3/(t.Toc)，腐質(zhì)型干酪根的累積產(chǎn)氣率在100～150m3/(t.Toc)之間[7]。川西南部地區(qū)須家河組頁(yè)巖的熱演化程度相對(duì)較高，缺乏未成熟樣品的熱模擬實(shí)驗(yàn)產(chǎn)氣率。針對(duì)川西南部地區(qū)須家河組頁(yè)巖地球化學(xué)特征，建立產(chǎn)氣率圖版(見(jiàn)圖2)。在對(duì)川西南部上三疊統(tǒng)須家河組不同層段有效頁(yè)巖厚度、殘余有機(jī)碳含量和成熟度等值線進(jìn)行網(wǎng)格離散化基礎(chǔ)上，根據(jù)有機(jī)碳產(chǎn)氣率計(jì)算頁(yè)巖氣生氣強(qiáng)度[8]：

Q氣=H·ρr·K·C殘·Dgas·10-4

式中，H為有效頁(yè)巖厚度，m；ρr為頁(yè)巖的密度,t/m3；K為原始有機(jī)碳的恢復(fù)系數(shù)；C殘為頁(yè)巖殘余有機(jī)碳含量,%；Dgas為原始有機(jī)質(zhì)氣態(tài)烴產(chǎn)率,m3/(t.Toc)；Q氣為生氣強(qiáng)度，108m3/km2。

川西南部須家河組3500m以內(nèi)頁(yè)巖的平均生氣強(qiáng)度最高可達(dá)(60～100)×108m3/km2，一般在(15～30)×108m3/km2之間。從層位上看，須五段有效頁(yè)巖生氣強(qiáng)度最大(31.79×108m3/km2)，其次是須一段和須三段，分別為8.02×108m3/km2和4.23×108m3/km2。

2)頁(yè)巖資源量概算 在已知目標(biāo)層位面積和生氣強(qiáng)度的前提下計(jì)算生氣量時(shí)，泥頁(yè)巖的排烴系數(shù)很重要。泥頁(yè)巖的排烴能力受多種因素的影響，除有機(jī)質(zhì)豐度、類型、熱演化程度等內(nèi)部因素外，生儲(chǔ)組合類型，即砂泥比、泥頁(yè)巖單層厚度等都是影響泥頁(yè)巖排烴能力的重要外部因素。依據(jù)文獻(xiàn)[8]，確定川西南部地區(qū)泥頁(yè)巖排烴率為60%。頁(yè)巖資源量計(jì)算公式如下：

Q=Q氣×S×(1-V)

式中,Q為資源量,108m3；V為排烴率,%；S為面積,km2。

利用上述公式計(jì)算川西南部地區(qū)頁(yè)巖資源量為19.9×1012m3，說(shuō)明川西南部地區(qū)須家河組頁(yè)巖中蘊(yùn)藏豐富的天然氣資源，其勘探潛力巨大。

3 結(jié) 論

(1)須家河組頁(yè)巖TOC多數(shù)在1.2%～2.5%之間，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，處于成熟～高成熟階段。

(2)須家河組頁(yè)巖硅質(zhì)含量較高，脆性較好，具備頁(yè)巖氣壓裂開(kāi)采的有利條件。

(3)須家河組頁(yè)巖有效頁(yè)巖厚度大，分布穩(wěn)定，有效頁(yè)巖生氣強(qiáng)度為(15～100)×108m3/km2，資源量平均約為19.9×1012m3,表明川西南部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組泥頁(yè)巖中天然氣資源豐富，勘探潛力巨大。

[1]董大忠，鄒才能，李建忠，等.頁(yè)巖氣資源潛力與勘探開(kāi)發(fā)前景[J].地質(zhì)通報(bào)，2011，30(2-3):324-336.

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[8]王涵云，楊天宇. 油型氣和煤成氣判別指標(biāo)探索[J].天然氣工業(yè)，1983，7(4)：23-26.

2013-01-23

周道容(1983-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事油氣成藏地質(zhì)學(xué)方面的研究工作。

TE121.3

A

1673-1409(2013)10-0043-03

[編輯] 李啟棟