謝丹　徐天吉　張文凱　李曙光　佟愷林

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)，四川成都　610059；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都　610059；3.中國石油化工股份有限公司西南分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都　610000；4.成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，四川成都　610059）

井研—犍為地區(qū)筇竹寺組頁巖有機(jī)地球化學(xué)特征

謝丹1，2徐天吉3張文凱1，2李曙光3佟愷林4

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)，四川成都610059；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059；3.中國石油化工股份有限公司西南分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610000；4.成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，四川成都610059）

以井研—犍為地區(qū)JY1、JS1兩口鉆井資料為基礎(chǔ)，對區(qū)內(nèi)筇竹寺組頁巖展布特征、有機(jī)地球化學(xué)特征等進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明：本區(qū)筇竹寺組優(yōu)質(zhì)頁巖厚度達(dá)到了40 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于形成工業(yè)性頁巖氣藏的下限，具有形成頁巖氣藏的首要條件；埋藏深度為3 000～3 500 m，埋深較大，但是在可進(jìn)行勘探范圍內(nèi)；有機(jī)質(zhì)條件較好，優(yōu)質(zhì)頁巖有機(jī)碳含量大于1%；有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型（腐泥型）；有機(jī)質(zhì)處于過演化階段，Ro值均大于2%但小于3%，并且頁巖氣藏成藏類型為熱成因型，適當(dāng)?shù)腞o使本地區(qū)成為熱成因氣藏的有利分布區(qū)。在高演化條件下可以大量生成干氣。研究區(qū)頁巖有機(jī)地球化學(xué)特征表明，筇竹寺組頁巖氣具有基本成藏條件，有必要對其進(jìn)行進(jìn)一步研究。

井研—犍為地區(qū)筇竹寺組頁巖厚度頁巖埋深地化特征

0　引言

頁巖氣聚集成藏需要豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)，擁有豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)是進(jìn)行下一步勘探開發(fā)的前提。這就要求頁巖氣源物質(zhì)基礎(chǔ)指標(biāo)：生烴有機(jī)質(zhì)、埋深、優(yōu)質(zhì)頁巖厚度都達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。四川盆地南部下寒武統(tǒng)是中國南方海相頁巖氣重點(diǎn)開發(fā)的層系之一，目前已有較多研究。王道富等人對筇竹寺組頁巖儲集空間、張靜平等人對筇竹寺組頁巖氣勘探優(yōu)選區(qū)，李延鈞等人對筇竹寺組頁巖沉積微相等進(jìn)行了研究，但是針對井研—犍為地區(qū)筇竹寺組開展的研究較少，僅孟憲武等人對井研地區(qū)頁巖氣進(jìn)行了初步研究［1-4］，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，對井研—犍為地區(qū)頁巖地球化學(xué)特征進(jìn)行研究。

井研—犍為區(qū)塊位于四川盆地的西南部，處于井研、犍為、榮縣三縣，由樂山市管轄，區(qū)塊面積為1 195.737 km2。構(gòu)造位置屬于川西南坳陷西北部、威遠(yuǎn)構(gòu)造的西南部。研究區(qū)內(nèi)的褶皺與斷裂主要形成于喜山運(yùn)動早幕（四川運(yùn)動），主要受南東和北西向水平側(cè)向擠壓應(yīng)力場的作用，形成現(xiàn)今以威遠(yuǎn)大型穹隆背斜為主及多個較小規(guī)模背斜構(gòu)造的構(gòu)造特征，構(gòu)造樣式多為穹窿構(gòu)造及短軸構(gòu)造，構(gòu)造走向主要呈北東向或北北東向，近平行狀排列展布。區(qū)內(nèi)出露地層主要為侏羅系沙溪廟組和遂寧組的紅色泥巖和砂巖，地腹發(fā)育晚震旦世至早侏羅世地層，其中泥盆系、石炭系完全缺失，奧陶系、寒武系在探區(qū)剝蝕尖滅，地層尖滅線沿北東向展布［5］。

1　頁巖展布特征

頁巖的展布特征主要包含頁巖的埋藏深度、富含有機(jī)質(zhì)頁巖的厚度。兩者是控制頁巖氣成藏的關(guān)鍵因素，形成工業(yè)性頁巖氣藏的地層，優(yōu)質(zhì)頁巖須具有一定的厚度及連續(xù)分布面積，以提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ)和儲集空間，才能成為有效的烴源巖層和頁巖氣儲產(chǎn)層。優(yōu)質(zhì)頁巖越厚，對氣藏形成越有利，足夠的埋深能夠保證有機(jī)質(zhì)具有充足的溫度和壓力向油氣轉(zhuǎn)化。四川盆地寒武紀(jì)筇竹寺組地層年代較老、埋藏足夠深，因此有足夠的溫度和壓力使有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化。

1.1優(yōu)質(zhì)頁巖厚度

筇竹寺組僅在川西南少部分地區(qū)缺失，在盆地其他地區(qū)都很發(fā)育。研究區(qū)內(nèi)筇竹寺組是一套以灰黑色、黑色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖為主，夾薄層炭質(zhì)頁巖、白云質(zhì)頁巖的海相沉積，含有黃鐵礦、磷鐵礦及磷質(zhì)結(jié)核。震旦紀(jì)末發(fā)生的桐灣運(yùn)動導(dǎo)致四川盆地?zé)粲敖M地層遭受剝蝕，寒武系筇竹寺組與其不整合接觸，筇竹寺組頂部與遇仙寺組整合接觸［6-7］。笻竹寺組沉積環(huán)境為淺水陸棚，特點(diǎn)是沉積速度快、沉積環(huán)境封閉且有機(jī)質(zhì)供給豐富［8-9］。據(jù)研究區(qū)有機(jī)碳含量（TOC）將筇竹寺組頁巖分成3類（圖1），TOC大于2%為Ⅰ類頁巖，TOC大于1%且小于2%的為Ⅱ類頁巖，TOC小于1%的為Ⅲ類頁巖，其中，Ⅰ類、Ⅱ類頁巖為優(yōu)質(zhì)頁巖，研究區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖厚度可達(dá)40 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于頁巖氣勘探開發(fā)有利區(qū)30 m的下限［10］。

圖1　井研—犍為地區(qū)有機(jī)碳特征評價圖

1.2頁巖埋藏深度

埋深既是控制頁巖氣成藏的重要因素，也影響著頁巖氣的開發(fā)成本，頁巖氣的埋深越大，開發(fā)的難度越高，相應(yīng)的開采成本也就越高［11-13］。因此，在開發(fā)頁巖氣初期，選取開發(fā)難度較小的層系，取得的經(jīng)濟(jì)效益高，開發(fā)面臨的難度小。但是隨著勘探開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步，對深層系頁巖的開發(fā)在所難免。寒武系在四川盆地一般埋深為2500～4000m［14］。研究區(qū)筇竹寺組頁巖埋深在3 000～3 500 m（圖2），埋深較大，勘探存在一定的難度。但是據(jù)張金川等研究以及國內(nèi)外關(guān)于頁巖氣勘探開發(fā)已有報道，在其他成藏條件較好的前提下，埋深小于4 500 m的區(qū)域是具有勘探價值的［15-17］。本區(qū)筇竹寺組埋深小于3 500 m，因此無疑是有勘探價值的。

圖2　川西南地區(qū)筇竹寺組底面構(gòu)造（深度）圖（附研究區(qū)位置）

2　有機(jī)地球化學(xué)特征

2.1有機(jī)質(zhì)豐度

TOC是有機(jī)質(zhì)豐度的重要評估指標(biāo)，TOC不僅影響頁巖的物理、化學(xué)性質(zhì)，對裂縫也有一定的影響，更重要的是TOC對頁巖含氣量起控制作用［18-20］，TOC對頁巖含氣量的控制作用表現(xiàn)為有機(jī)碳含量越高，頁巖的生氣、含氣能力越強(qiáng)。根據(jù)美國頁巖氣勘探開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，在有機(jī)質(zhì)熱演化程度較高的地區(qū)，具有工業(yè)性開發(fā)價值的頁巖TOC下限可以下降為0.5%［21-22］。通過對研究區(qū)JY1井的63個樣品TOC測試分析發(fā)現(xiàn)（圖2），TOC在0.54%～4.1%，其中優(yōu)質(zhì)頁巖TOC在1.05%～4.1%，優(yōu)質(zhì)頁巖為頁巖氣的主力產(chǎn)層，因此，從TOC來看，研究區(qū)筇竹寺組頁巖達(dá)到了具有工業(yè)性開發(fā)價值的下限，必有豐富的烴源基礎(chǔ)。

2.2有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型對頁巖的生氣能力、含氣性等都有一定程度的影響［23-24］，頁巖氣大部分都為干氣（甲烷含量大于90%），有機(jī)質(zhì)類型多為Ⅰ型和Ⅱ型，據(jù)鄒才能研究可知［25］，四川盆地下寒武統(tǒng)有機(jī)質(zhì)主要為低等水生生物，以腐泥型為主，腐泥型占顯微組分的48%～84%，未見殼質(zhì)組和惰質(zhì)組，含少量鏡質(zhì)組，占顯微組分的1%～2%，所以，下寒武統(tǒng)有機(jī)質(zhì)主要為腐泥型（Ⅰ型），具有較大的生烴潛力。腐泥型（Ⅰ型）干酪根主要生油，但是在演化程度較高時，可以演化成天然氣。

2.3有機(jī)質(zhì)熱演化程度

有機(jī)質(zhì)的熱演化程度通常用Ro來評價，質(zhì)量相近的頁巖，Ro越高則生氣能力越強(qiáng)，相應(yīng)的油氣產(chǎn)量越高。熱演化程度不但影響頁巖氣的生氣量，也影響頁巖氣的賦存狀態(tài)、聚集場所等［26］。此外，有機(jī)質(zhì)熱演化程度還可以作為后期勘探開發(fā)的指標(biāo)［27］，美國最大的頁巖氣田Bannett Shale絕大多數(shù)頁巖氣井都選擇在Ro大于1.1%的地區(qū)打井，對降低頁巖氣勘探開發(fā)的風(fēng)險很有效。

由于高等植物在泥盆紀(jì)才出現(xiàn)，所以寒武紀(jì)筇竹寺組頁巖缺乏鏡質(zhì)組，因此，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，篩選出熱解最高峰溫（Tmax）、固體瀝青反射率Rb兩個指標(biāo)對研究區(qū)鏡質(zhì)體反射率進(jìn)行計(jì)算（表1）。

由于研究區(qū)頁巖瀝青少，顆粒小，所以固體瀝青反射率變化大，并且在某些深度缺失。因此，筆者還引用Tmax進(jìn)行計(jì)算，將兩者計(jì)算得出的Ro值進(jìn)行比較。從表1可以看出，按照Tmax、Rb所計(jì)算出來的Ro值存在一定的誤差，但是總體來說誤差不大，并且計(jì)算出的Ro值都大于2%，根據(jù)有機(jī)質(zhì)熱演化程度劃分標(biāo)準(zhǔn)可知，研究區(qū)有機(jī)質(zhì)處于過成熟階段，此階段大量生成以甲烷為主的干氣。同時，有機(jī)質(zhì)成熟度對頁巖氣富集的影響還與頁巖氣藏的成因類型有關(guān)，對于熱成因型頁巖氣藏，含氣量與有機(jī)質(zhì)成熟度正相關(guān)，當(dāng)Ro大于1.1%時，頁巖開始生氣，Ro大于3%時，生氣量明顯減少。因此，Ro對熱成因頁巖氣藏的影響，限于Ro值大于1.1%且小于3%的區(qū)域［28］，根據(jù)張義綱判別圖版對川西南地區(qū)筇竹寺組頁巖氣成因類型進(jìn)行判別（圖3）［29］，川西南地區(qū)筇竹寺組頁巖氣藏為熱成因型，而研究區(qū)Ro值多數(shù)分布在1.1%～3%。因此，研究區(qū)筇竹寺組是頁巖氣藏的有利分布區(qū)，含氣量隨著Ro的增高而逐漸增大。

圖3　川西南地區(qū)筇竹寺組天然氣δ13C1與δ13C2-1關(guān)系圖

3　結(jié)論

1）井研—犍為地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大于40 m，達(dá)到了頁巖開發(fā)有利區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，頁巖埋藏深度在3 000～3 500 m，處于有利開發(fā)埋藏深度范圍內(nèi)。

2）有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型，有機(jī)質(zhì)熱演化程度較高，優(yōu)質(zhì)頁巖以TOC大于2%的為主，有機(jī)質(zhì)物質(zhì)基礎(chǔ)豐富。

3）頁巖氣成藏類型為熱成因型，Ro分布在1.1%～3%，含氣量隨熱演化程度的增高而逐漸增大。

［1］王道富，王玉滿，董大忠，等.川南下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖儲集空間定量表征［J］.本期視點(diǎn)，2013，33（7）：1-10.

［2］張靜平，唐書恒，郭東鑫.四川盆地下古生界筇竹寺組與龍馬溪組頁巖氣勘探優(yōu)選區(qū)預(yù)測［J］.地質(zhì)通報，2011，30（2-3）：358-363.

［3］李延鈞，趙圣賢，黃勇斌.四川盆地南部下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖沉積微相研究［J］.地質(zhì)學(xué)報，2013，87（8）：1 136-1 148.

［4］孟憲武，田景春，張翔，等.川西南井研地區(qū)筇竹寺組頁巖氣特征［J］.礦物學(xué)報，2014，34（2）：96-105.

［5］黃金亮，鄒才能，李建忠，等.川南志留系龍馬溪組頁巖氣形成條件與有利區(qū)分析［J］.煤炭學(xué)報，2012，37（5）：782-787.

［6］梁狄剛，郭彤樓，陳建平，等.中國南方海相生烴成藏研究的若干新進(jìn)展（一）：南方四套區(qū)域性海相烴源巖的分布［J］.海相油氣地質(zhì)，2008，13（2）：1-16.

［7］肖開華，沃玉進(jìn)，周雁，等.中國南方海相層系油氣成藏特點(diǎn)與勘探方向［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2006，27（3）：316-325.

［8］翟光明.關(guān)于非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)的幾點(diǎn)思考［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（12）：1-4.

［9］文玲，胡書毅，田海芹.揚(yáng)子地區(qū)寒武系烴源巖研究［J］.西北地質(zhì)，2001，34（2）：67-74.

［10］孟慶峰，侯貴廷.頁巖氣成藏地質(zhì)條件及中國上揚(yáng)子區(qū)頁巖氣潛力［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（1）：11-14.

［11］李玉喜，喬德武，姜文利，等.頁巖氣含氣量和頁巖氣地質(zhì)評價綜述［J］.地質(zhì)通報，2011，30（2-3）：313-317.

［12］Boyer C，Kieschnick J，Roberto S R，et al.Produc?ing gas from its source［J］.Oilfield Review，2006，18（3）：36-49.

［13］John B C.Fractured shale-gas systems［J］.AAPG Bulle?tin，2002，86（11）：1 921-1 938.

［14］聶海寬，張金川，李玉喜.四川盆地及其周緣下寒武統(tǒng)頁巖氣聚集條件［J］.石油學(xué)報，2011，32（6）：959-967.

［15］張金川，汪宗余，聶海寬，等.頁巖氣及其勘探研究意義［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2008，22（4）：640-645.

［16］Kent P，John L.Unconventional gas reservoirs-tight gas，coal seams，and shales［R］.Working Document of the NPC Global Oil and Gas Study，2007.

［17］Curtis J B.Fractured shale-gas system［J］.AAPG Bulle? tin，2002，86（11）：1 921-1 938.

［18］龍鵬宇，張金川，唐玄，等.泥頁巖裂縫發(fā)育特征及其對頁巖氣聚集與產(chǎn)出意義［J］.天然氣地球科學(xué)，2011，22（3）：525-532.

［19］胡琳，朱炎銘，陳尚斌，等.中上揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源潛力分析［J］.煤炭學(xué)報，2012，37（11）：1 871-1 876.

［20］楊寧，唐書恒，張松航，等.湘西北龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)條件及有利區(qū)優(yōu)選［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（8）：104-108.

［21］翟常博.川東南綦江—仁懷地區(qū)頁巖氣成藏條件及有利目標(biāo)區(qū)研究［D］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2013.

［22］Jarvie D M，Hill R J，Rouble T E，et al.Uncon?ventional shale-gas systems：The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermo?genic shale-gas assessment［J］.AAPG Bulletin，2007，91（4）：475-499.

［23］張林曄，李鉅源，李政，等.北美頁巖油氣研究進(jìn)展及對中國陸相頁巖油氣勘探的思考［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2014，29（6）：700-711.

［24］鄒才能，董大忠，楊樺，等.中國頁巖氣形成條件及勘探實(shí)踐［J］.地質(zhì)勘探，2011，31（12）：26-39.

［25］鄒才能.非常規(guī)油氣地質(zhì)［M］.北京：地質(zhì)出版社，2011：1-47，128-162.

［26］孫贊東，賈承造，李相方，等.非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)［M］.北京：石油工業(yè)出版社.

［27］鄒才能，董大忠，王社教，等.中國頁巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力［J］.石油勘探與開發(fā)，2010，37（6）：641-653.

［28］侯強(qiáng)，李延飛，周瑤，等.川西坳陷須家河組須三段烴源巖地化特征［J］.天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2014，8（2）：5-7.

［29］張義綱.天然氣地質(zhì)的若干認(rèn)識［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，1990（2）：43-45.

（編輯：盧櫟羽）

B

2095-1132（2015）06-0001-04

10.3969／j.issn.2095-1132.2015.06.001

修訂回稿日期：2015－10－09

國家自然科學(xué)基金（編號：41172119）資助。

謝丹（1988－），女，碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌獬刹氐刭|(zhì)學(xué)與成藏動力學(xué)。E-mail：15680752126@163.com。

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015－11－23網(wǎng)址：http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1736.TE.20151123.0858.002.html。