崔　凱

（山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，泰安 271000）

黔北綏頁1井牛蹄塘組頁巖氣地質(zhì)特征及資源潛力分析

崔凱

（山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，泰安 271000）

黔北地區(qū)位于上揚(yáng)子地臺區(qū)，斷裂構(gòu)造發(fā)育。該地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組海相沉積發(fā)育，以陸棚沉積為主，尤以深水陸棚沉積對頁巖氣形成有利。目標(biāo)層位牛蹄塘組綏頁1井資料分析的結(jié)果表明：牛蹄塘組有利潛質(zhì)頁巖主要位于該組下部，有機(jī)質(zhì)豐度高、成熟度高、微裂隙發(fā)育、含氣性好，頁巖氣的保存條件好，牛蹄塘組上段成為保存頁巖氣的良好蓋層。牛蹄塘組頁巖氣地質(zhì)特征分析表明，牛蹄塘組頁巖氣資源潛力較大。

頁巖氣；牛蹄塘組；地質(zhì)特征；黔北地區(qū)

引用格式：崔凱.黔北綏頁1井牛蹄塘組頁巖氣地質(zhì)特征及資源潛力分析［J］.中國地質(zhì)調(diào)查，2016，3（3）：16-20.

0　引言

頁巖氣是以吸附、游離狀態(tài)殘留在頁巖中的氣體，因此，頁巖不單是生氣層，還是頁巖氣的儲集層。與傳統(tǒng)天然氣相比，頁巖氣保存與運(yùn)移受到更多因素的制約［1］。美國在對頁巖氣的研究方面已取得巨大成功，而我國對頁巖氣的研究還有待加強(qiáng)［2-5］?，F(xiàn)以黔北地區(qū)上寒武統(tǒng)牛蹄塘組潛質(zhì)頁巖為研究重點(diǎn)，詳細(xì)研究牛蹄塘組潛質(zhì)頁巖形成時(shí)的沉積環(huán)境，探討該組頁巖氣的地質(zhì)特征、存儲條件、含氣性等問題。

通過查明黔北地區(qū)震旦紀(jì)—早古生代潛質(zhì)頁巖的發(fā)育層位、基本地質(zhì)特征和分布規(guī)律，分析頁巖氣富集條件，獲得頁巖氣地質(zhì)系統(tǒng)參數(shù)，開展頁巖氣資源評價(jià)，優(yōu)選有利區(qū)，查明頁巖氣資源分布，并進(jìn)行頁巖氣勘探開發(fā)綜合評價(jià)。牛蹄塘組與龍馬溪組具有高有機(jī)碳含量、高成熟度、高脆性礦物含量、低孔-超低滲、微孔隙較為發(fā)育的特點(diǎn)。劉偉等［6］初步估算表明，黔北地區(qū)有利區(qū)頁巖氣地質(zhì)資源量期望值P50為3.113× 1012m3，可采資源量期望值P50為0.560× 1012m3。因此，黔北地區(qū)具有較大的頁巖氣開發(fā)潛力，具有進(jìn)一步開發(fā)研究的價(jià)值［7-9］。

1　區(qū)域地質(zhì)特征

黔北地區(qū)屬于上揚(yáng)子地臺區(qū)，與揚(yáng)子地臺的區(qū)域構(gòu)造演化具有一致性。通常所說的揚(yáng)子地臺范圍是紅河斷裂（哀牢山—紅河構(gòu)造帶）、龍門山斷裂西緣以東，嘉山—響水?dāng)嗔押兔懵浴髣e山南緣斷裂以南，師宗—彌勒斷裂、埡都—紫云斷裂、漵浦—四堡斷裂以北的范圍。

揚(yáng)子地臺演化過程經(jīng)歷了雪峰運(yùn)動(dòng)時(shí)期（Z）、早—中加里東時(shí)期（—O）、晚加里東時(shí)期（S）、華力西期（D—C）、印支期、燕山期和喜馬拉雅期。多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加，造成了揚(yáng)子地臺復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài)。

黔北頁巖氣成藏區(qū)是指遵義斷裂以東、貴陽—鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂以北的貴州省行政區(qū)范圍，面積約4.9× 104km2。構(gòu)造位置處于武陵坳陷構(gòu)造單元。在南華系裂陷盆地沉積的基礎(chǔ)上，黔北地區(qū)震旦系—志留系總體發(fā)育完整［10］。經(jīng)過勘探查明了黔北地區(qū)潛質(zhì)頁巖分布情況，目的層為震旦系陡山沱組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、變馬沖組、上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)龍馬溪組等海相潛質(zhì)含氣頁巖層段。

2　綏頁1井下寒武統(tǒng)沉積體系

綏頁l井位于綏陽縣青杠塘鎮(zhèn)后槽村岔壩，鉆井完整揭示西部相區(qū)下寒武統(tǒng)地層，自下而上分別為牛蹄塘組、明心寺組和金頂山組（圖1）。

圖1　綏頁1井綜合柱狀剖面圖Fig.1　Com posite columnar section of well Suiye 1

牛蹄塘組：井段857.08～1 738.84 m，鉆厚881.76 m。該組與下伏震旦系燈影組整合接觸，未見暴露及水下沉積間斷標(biāo)志。

底部12.33 m為灰黑色薄層硅質(zhì)巖，層間為碳泥質(zhì)夾層。前期研究在該巖性段中可見硅質(zhì)海綿骨針化石。

下段下層（88），鉆厚117.89 m，巖性為黑色粉砂質(zhì)碳質(zhì)泥巖、黑色含粉砂碳質(zhì)泥巖；沉積構(gòu)造缺乏；黃鐵礦豐富，呈結(jié)核狀、星點(diǎn)狀、脈狀。地表剖面同層段可見風(fēng)化面，呈中—厚層結(jié)構(gòu)，向上至中層（金沙巖孔、石阡堯上）減薄，呈薄層結(jié)構(gòu)。沉積環(huán)境代表了海侵過程中的還原、低能沉積，屬深水陸棚相。

下段中上層（87、86），鉆厚108.86 m，巖性為灰黑—深灰色泥巖，與碳質(zhì)泥巖呈深、淺色薄層間交互過渡，沉積構(gòu)造缺乏，碳質(zhì)降低，還原環(huán)境減弱。

上段（55～85），鉆厚642.68 m，巖性為深灰、灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，中段及頂部夾粉砂巖薄層。粉砂質(zhì)泥巖中，鈣質(zhì)粉砂條紋、條帶極為發(fā)育，其中條帶可見沙紋層理，單向流特征。上部間或可見點(diǎn)狀遺跡化石，推測為潛穴。中段粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖中包卷層理極為發(fā)育，判斷為退積過程中沉積基面坡度增大所致。綜合分析該段沉積相屬粉砂、泥質(zhì)陸棚，處于弱還原、弱氧化環(huán)境過渡區(qū)。

明心寺組：井段653.75～857.08 m，鉆厚203.33 m。根據(jù)巖性組合分為上下兩段。下段為灰?guī)r段（即古杯灰?guī)r段），底部巖性為鮞粒灰?guī)r、古杯灰?guī)r；中部為核形石灰?guī)r；上部為泥微晶灰?guī)r；頂部為不規(guī)則斑狀灰?guī)r，含核形石。從生物、巖性組合來看，屬淺水緩坡相沉積。上段為泥巖段，暗灰—灰綠、紫紅色泥巖，粉砂質(zhì)條帶夾層發(fā)育沙紋層理，泥巖層面見遺跡化石，屬潮坪相沉積。

金頂山組：井段400.28～653.75 m，鉆厚253.47 m。巖性為灰綠、紫紅色泥巖，中部夾古杯灰?guī)r，間夾鮞?；?guī)r條帶，屬泥質(zhì)潮坪相沉積，含小型鮞灘。

3　黔北牛蹄塘組頁巖氣成藏地質(zhì)特征及資源潛力分析

3.1封蓋層特征

牛蹄塘組上部覆蓋有中—上寒武統(tǒng)、奧陶系、志留系、二疊系和三疊系，其中對下伏牛蹄塘組頁巖氣具有封蓋能力的富泥質(zhì)地層有寒武系明心寺組—金頂山組泥巖、變馬沖組泥巖、杷榔組泥巖、奧陶系湄潭組泥巖、志留系龍馬溪組泥巖和韓家店組泥巖，受構(gòu)造抬升和風(fēng)化剝蝕作用影響，研究區(qū)殘留蓋層以下寒武統(tǒng)為主，除基底出露區(qū)域外，分布面積廣，厚度大。

壓力測試表明頁巖氣調(diào)查井泥巖突破壓力平均可達(dá)21.5 MPa（表1），固體礦產(chǎn)井泥巖突破壓力平均為5.2 MPa，一般認(rèn)為當(dāng)突破壓力小于0.5 MPa時(shí)，蓋層不具備封蓋性。以突破壓力對蓋層進(jìn)行評價(jià)劃分等級［11］，黔北地區(qū)頁巖氣調(diào)查井正頁1井、湄頁l井、綏頁1井、道頁1井等鉆井均為I類蓋層。由此可見，黔北構(gòu)造寬緩地區(qū)潛質(zhì)頁巖封蓋層總體具有較好的封蓋能力。

表1　黔北地區(qū)突破壓力測試結(jié)果Tab.1　Test results of breakthrough pressure in northern Guizhou

3.2潛質(zhì)頁巖巖石礦物特征

借助鏡下觀察、有機(jī)地化分析、X衍射礦物組成及含量測定等手段，綜合研究黔北地區(qū)下寒武統(tǒng)潛質(zhì)頁巖巖石礦物學(xué)特征。研究表明，潛質(zhì)頁巖段脆性礦物組分以石英、長石等碎屑礦物為主，方解石、白云石、黃鐵礦等自生脆性礦物含量總體較低。脆性礦物總含量均大于50%，具較好的破裂潛力。

牛蹄塘組巖石類型主要有含粉砂—粉砂質(zhì)伊利石含碳（碳質(zhì)）泥巖、含鈣含粉砂伊利石含碳泥巖。潛質(zhì)頁巖段脆性礦物組分接近，以石英、長石等碎屑礦物為主，平均含量66.12%；方解石、白云石、黃鐵礦等含量總體較低，平均含量14.60%；黏土礦物平均含量19.28%，以伊利石—伊蒙混層為主，約占黏土總量的88%，次為綠泥石，約占12%，高嶺石微量，不含蒙脫石。

西部相區(qū)正頁l井、綏頁1井、湄頁1井、德頁1井牛蹄塘組潛質(zhì)頁巖段巖石礦物組成特征及變化特征接近，潛質(zhì)頁巖段主體為富粉砂，粉砂質(zhì)含量總體穩(wěn)定，含量可達(dá)30%～40%；潛質(zhì)頁巖段頂部粉砂含量均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。

粉砂級碎屑物有石英和長石，以石英為主，礦物形態(tài)以次棱角狀為主，磨圓度較差，礦物粒度由粗粉砂—細(xì)粉砂變化，分選中等、差。自生脆性礦物方解石、白云石含量在5%～20%之間，潛質(zhì)頁巖段上部含量與下部相比相對較高。局部可見硅質(zhì)或硅質(zhì)生物（海綿骨針）分布。

3.3潛質(zhì)頁巖儲層物性特征

3.3.1巖石密度

利用鉆井巖心實(shí)測牛蹄塘組平均巖石密度為2.52 g/cm3（TOC＞1.5%），2.67 g/cm3（TOC＜1.5%）（圖2），從交匯圖來看，隨著有機(jī)質(zhì)含量增高，巖石密度呈降低的趨勢。

圖2　牛蹄塘組巖石密度與有機(jī)碳含量交匯圖Fig.2　Cross p lots of the rock density and organiccarbon from the Niutitang Formation

3.3.2比表面積

潛質(zhì)頁巖比表面積較大，吸附能力較強(qiáng)。與有機(jī)碳含量TOC呈正比關(guān)系，指示有機(jī)質(zhì)含量越高，潛在的吸附能力越強(qiáng)。

牛蹄塘組鉆孔巖心測試頁巖BET比表面積為0.33～33.76 m2/g，平均9.01 m2/g。當(dāng)TOC＞4.0時(shí)，平均可達(dá)11.35 m2/g。

通過對表面積與有機(jī)碳含量（TOC）統(tǒng)計(jì)分析可知，比表面積與有機(jī)碳含量TOC呈正相關(guān)關(guān)系，其中湄頁l井、德頁1井等井均表現(xiàn)出較強(qiáng)的線性關(guān)系。

3.3.3孔滲物性

在前期開展工作的基礎(chǔ)上，利用脈沖滲透率測定等方法對潛質(zhì)頁巖孔滲物性開展分析測試。結(jié)果表明，潛質(zhì)頁巖儲層普遍具有低孔、超低滲特征。統(tǒng)計(jì)表明，黔北地區(qū)牛蹄塘組孔隙度為1.7%～25.6%，平均11.1%；滲透率0.003 7～1.49 mD（1 mD=10-3μm2），平均0.220 7 mD。龍馬溪組孔隙度一般1.5%～6.1%，平均4.16%，其中務(wù)川、秀山、南川和德江地區(qū)物性較好，滲透率0.001 4～0.007 0 mD，平均0.003 5 mD。

綏頁1井脈沖法、氣體法測試潛質(zhì)頁巖孔隙度、滲透率結(jié)果表明，牛蹄塘組有效孔隙度介于0.31%～1.54%之間，平均0.93%；滲透率0.000 7～0.007 8 mD，平均0.003 4 mD。

3.3.4孔隙結(jié)構(gòu)

井下樣品壓汞分析揭示下寒武統(tǒng)潛質(zhì)頁巖段孔隙結(jié)構(gòu)特征為孔隙喉道分選差，喉道偏細(xì)。結(jié)果表明，排驅(qū)壓力為24.7～55.1MPa，平均39.6 MPa；孔隙半徑最大值0.013～0.300μm，平均0.020μm；平均孔隙半徑0.005～0.012μm，平均0.008μm?？紫斗植挤逦?.010～0.025μm，平均0.015μm；剩余汞飽和度7.1%～10.9%，退汞效率71.8%。

3.3.5儲集空間

（1）微觀孔隙結(jié)構(gòu)儲集空間。牛蹄塘組潛質(zhì)頁巖電鏡及背散射觀察，粒間（晶間）微孔、黏土礦物層間微孔縫均較為發(fā)育，但微裂縫總體不發(fā)育，缺乏較好的滲流通道。

牛蹄塘組脆性礦物含量較高，粒間、晶間微孔發(fā)育，孔隙直徑一般0.5～5μm，但喉道以緊閉為主。偶有少量微裂縫，延伸長度約400μm，瀝青質(zhì)充填—無充填。早期較寬裂縫有的被方解石或白云石充填，有的被壓實(shí)截?cái)啵涮顬r青質(zhì)并有自生石英。黏土礦物層間微孔縫也較為發(fā)育，片狀孔隙，無充填。

（2）宏觀裂隙特征。牛蹄塘組及相鄰地層裂縫中，高角度—垂直縫較為發(fā)育，次為近水平縫。前者表現(xiàn)為縫面平直，方解石、黃鐵礦等充填；受巖性差異及發(fā)育期次影響，可見收斂和切割特征；縫面亦有擦痕及階步特征。后者表現(xiàn)為順層穩(wěn)定延伸，受地層揉皺可發(fā)生變形，部分方解石及黃鐵礦充填，少量泥質(zhì)或干瀝青充填。此外，小斷層附近地層中常見擠壓錯(cuò)動(dòng)，煤鏡質(zhì)光澤較為典型。

4　綏頁1井及黔北地區(qū)牛蹄塘組頁巖資源潛力分析

綜上可見，貴州寒武系底部牛蹄塘組頁巖氣資源潛力大，碳泥質(zhì)充填裂縫見縫面鏡質(zhì)光澤，并有滑動(dòng)擦痕。這類裂縫多受后期構(gòu)造控制，裂縫提供了油氣運(yùn)移的通道，對頁巖儲集性具有一定的意義。

頁巖氣找氣方向主要包括有利的沉積微相、充足的儲集空間、較高的有機(jī)質(zhì)豐度、合適的礦物組成及較好的保存環(huán)境。頁巖氣縱向上分布于微裂隙、超壓發(fā)育的潛質(zhì)頁巖段，平面上分布于生烴潛力大、保存條件好的潛質(zhì)頁巖區(qū)。潛質(zhì)頁巖段巖心微裂縫越發(fā)育，損失氣量+解析氣量越高，則游離狀態(tài)的頁巖氣含量越高，測錄井響應(yīng)增強(qiáng)，較完整段殘留氣含量高。以上表明勘探“甜點(diǎn)”就是尋找裂縫。

5　結(jié)論

（1）牛蹄塘組具有高有機(jī)質(zhì)豐度、高成熟度的特點(diǎn)。

（2）牛蹄塘組具有高脆性礦物含量、高比表面積、低孔、超低滲、微孔隙和裂縫較為發(fā)育的特點(diǎn)。

（3）初步證實(shí)了牛蹄塘組西部相區(qū)具有較好的含氣性。

（4）通過探討區(qū)域蓋層特征、斷裂影響程度因素與頁巖氣保存條件的關(guān)系，認(rèn)為黔北地區(qū)牛蹄塘組有利保存條件主要分布在遠(yuǎn)離深斷裂的寬緩背斜翼部—復(fù)向斜區(qū)域（地表出露志留系—三疊系），埋深不小于2 000 m。

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（責(zé)任編輯：常艷）

Geological characteristics and resource potential of shale gas from well Suiye 1 in the Niutitang Form ation，northern Guizhou

CUIKai
（Shandong Provincial Research Institute of Coal Geology Planning and Exploration，Taian 271000，China）

The fault structure and the Lower Cambrian Niutitang Formation are widely distributed in northern Guizhou of the upper Yangtze platform.The Niutitang Formation is a setofmarine sedimentary and ismainly composed of shelf deposit，especially deep water shelfdepositwhich is favorable for the formation ofshale gas.Information from well Suiye 1 in the Niutitang Formation revealed that the upper depositwas a good cap rock，and the advantageous potential shalemainly located in the lower，with high organic matter abundance，high maturity，a large number ofmicro-fissure，high gas-bearing properties and favorable preservation condition.According to the comprehensive analysis of the shale gas geological characteristics，we proposed that the Niutitang Formation was a good prospect for shale gas exploration.

shale gas；Niutitang Formation；geological characteristics；northern Guizhou

P618.13；TE132.2

A

2095-8706（2016）03-0016-05

2015-04-03；

2015-05-15。

崔凱（1983—），男，高級工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查工作。Email：cuikai323@163.com。