任東超，陳義才，孫超亞，劉冬冬，王曉飛，郭士玉

（1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)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(guó)石油大學(xué)（北京）理學(xué)院，北京　102249）

威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖氣成藏條件分析

任東超1，2，陳義才1，2，孫超亞2，劉冬冬2，王曉飛2，郭士玉3

（1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)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(guó)石油大學(xué)（北京）理學(xué)院，北京102249）

利用威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組黑色頁(yè)巖野外露頭剖面實(shí)測(cè)資料及鉆井巖心樣品分析化驗(yàn)結(jié)果，從富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的沉積展布特征、地球化學(xué)特征、巖石物性特征及頁(yè)巖氣保存條件等方面對(duì)川南威遠(yuǎn)地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖氣的形成條件進(jìn)行分析。結(jié)果表明：研究區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖沉積厚度較大，為200 m～300 m；有機(jī)質(zhì)豐度高，平均為2.15％，成熟度較高，達(dá)到過成熟階段，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主，Ⅱ1為輔；頁(yè)巖中脆性礦物含量較高，以石英長(zhǎng)石為主，黏土礦物含量中等，以伊利石為主，有利于頁(yè)巖氣的形成與富集。

威遠(yuǎn)地區(qū)；下寒武統(tǒng)；筇竹寺組；成藏條件

隨著四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)在寒武系和志留系頁(yè)巖中獲得商業(yè)性氣流，中國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)實(shí)現(xiàn)了歷史性突破，四川盆地南部地區(qū)已經(jīng)成為中國(guó)海相頁(yè)巖氣勘探開發(fā)最具潛力的地區(qū)［1］。中石油對(duì)四川盆地頁(yè)巖氣資源的調(diào)查研究顯示，僅威遠(yuǎn)地區(qū)和瀘州地區(qū)頁(yè)巖氣資源量就高達(dá)68 000×108m3～84 000×108m3［2］，顯示四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣資源潛力巨大。程克明等［3］、胡琳等［4］及黃金亮等［5］對(duì)四川盆地筇竹寺組頁(yè)巖的沉積條件及儲(chǔ)層物性特征等進(jìn)行了研究，認(rèn)為筇竹寺組頁(yè)巖具備形成頁(yè)巖氣的基礎(chǔ)條件，且具有較好的資源前景。為了更好地揭示研究區(qū)頁(yè)巖氣的勘探前景，本文從頁(yè)巖構(gòu)造沉積演化、地球化學(xué)特征、儲(chǔ)層特征及保存條件等方面對(duì)四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖氣形成條件進(jìn)行了分析，認(rèn)為該區(qū)筇竹寺組富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖具有較好的頁(yè)巖氣成藏條件。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

威遠(yuǎn)地處四川盆地的中南部地區(qū)，在構(gòu)造上主要位于加里東古隆起（樂山-龍女寺古隆起）東南部，包括川南古坳中隆低陡構(gòu)造區(qū)帶、川西南中古斜坡低陡構(gòu)造區(qū)帶以及川中川南過渡帶、川西南部以及川東部分地區(qū)［6，7］。區(qū)內(nèi)地表為侏羅～白堊系紅色地層所覆蓋，在盆地周緣廣泛出露下古生界及其以下地層，研究區(qū)下古生界海相黑色頁(yè)巖由淺到深主要發(fā)育于下志留統(tǒng)龍馬溪組、下奧陶統(tǒng)五峰組和大灣組以及下寒武統(tǒng)筇竹寺組4套地層中。其中筇竹寺組黑色頁(yè)巖具有厚度大、分布穩(wěn)定的特點(diǎn)，具有較好的勘探潛力［7，8］。

2　頁(yè)巖沉積特征及分布

2.1沉積特征

在早寒武世筇竹寺組沉積期發(fā)生了寒武紀(jì)最大規(guī)模的海侵，海侵的方向?yàn)闁|部及東南方向，西部的康滇古陸提供了豐富的物源，沉積以陸源碎屑為主，筇竹寺組沉積期間沉積水體總體上較為安靜，形成了一套巨厚的淺海陸棚相泥質(zhì)烴源巖，該套烴源巖廣泛分布于揚(yáng)子、南秦嶺和滇黔北部地區(qū)的次深海～深海沉積相區(qū)。筇竹寺期整體為陸棚相沉積，在川東北部-鄂西為深水陸棚，盆地內(nèi)部除了川南威遠(yuǎn)、內(nèi)江、宜賓等一帶為深水陸棚沉積外，總體上為淺水陸棚相沉積（見圖1）［9］。

總體上來說，威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖屬于深海陸棚沉積，沉積水體較深，水動(dòng)力較弱，水體還原性較強(qiáng)，有利于有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的富集和保存。

圖1　下寒武統(tǒng)筇竹寺期巖相古地理圖（據(jù)劉寶珺等改）［9］Fig.1 The lithofacies paleographic map of Qiongzhusi formation （According to Liu Baojun，etc）［9］

2.2頁(yè)巖分布

根據(jù)研究區(qū)的剖面實(shí)測(cè)和鉆井資料表明，筇竹寺組黑色頁(yè)巖在威遠(yuǎn)一帶大多數(shù)分布在200 m～300 m這個(gè)范圍內(nèi)，東西方向靠近古隆起遭受剝蝕頁(yè)巖的厚度變薄，頁(yè)巖越往南厚度越大，至長(zhǎng)寧構(gòu)造可達(dá)600 m［10］（見圖2）。

3　地球化學(xué)特征

3.1有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖產(chǎn)生頁(yè)巖氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，是決定泥頁(yè)巖生烴潛力的重要指標(biāo)［1］。根據(jù)威遠(yuǎn)地區(qū)3口井108個(gè)巖心樣品分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)，筇竹寺組有機(jī)碳含量分布在0.31％～4.89％這個(gè)范圍內(nèi)，平均有機(jī)碳含量較高，為1.32％，達(dá)到了有效頁(yè)巖有機(jī)碳豐度下限［11］（見圖3）。

威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖有機(jī)碳含量具有自上而下有機(jī)碳含量逐漸增加趨勢(shì)，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要分布于筇竹寺下部第一亞段，其有機(jī)碳含量一般在1.65％～2.85％，平均值為2.15％。

3.2有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型決定著泥頁(yè)巖的生氣能力和含氣量，也是評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖生氣質(zhì)量的重要指標(biāo)［13］。對(duì)研究區(qū)筇竹寺組8塊頁(yè)巖樣品進(jìn)行干酪根鏡檢，結(jié)果顯示干酪根組成絕大部分為腐泥組（腐泥組含量平均＞85％），電鏡觀察為無定形的絮狀體，證明了干酪根為海相成因的干酪根，低等海洋生物是其有機(jī)物的主要組成成分。因此，研究區(qū)寒武系筇竹寺組頁(yè)巖干酪根顯微組成表現(xiàn)為Ⅰ型。

圖2　威遠(yuǎn)及鄰區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖厚度等值線圖Fig.2 Thickness contour of black shale from Qiongzhusi formation in Vying region and its neighboring region

圖3　威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖有機(jī)碳含量統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.3 Statistical histogram of organic carbon content，Qiongzhusi formation，Vying region

進(jìn)一步對(duì)筇竹寺組頁(yè)巖樣品干酪根碳同位素組成分析。分析顯示，研究區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖干酪根δ13C相對(duì)較輕，一般在-32.0‰～-38.3‰，屬于Ⅰ型干酪根。

在筇竹寺期研究區(qū)為深水陸棚環(huán)境，有機(jī)質(zhì)來源于浮游生物，而且此時(shí)植物尚未登陸，直到泥盆紀(jì)高等植物才大量繁盛，不可能有陸源有機(jī)質(zhì)，因此，總體上來說筇竹寺組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主，Ⅱ1為輔（見表1）。

3.3有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是影響有機(jī)質(zhì)表面吸附氣含量的重要因素，是頁(yè)巖氣生氣能力評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要內(nèi)容［12］。干酪根的鏡質(zhì)體反射率是最直觀的表征有機(jī)質(zhì)成熟度的參數(shù)。由于四川盆地下古生界地層中很難找到保存完好的鏡質(zhì)體，所以不能直接測(cè)得Ro。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過對(duì)四川盆地下古生界地層固體瀝青的分析，總結(jié)出瀝青反射率通過換算能夠得到鏡質(zhì)體反射率［13，14］。威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖的Ro為2.6％～4.0％，處于過成熟階段。

表1　研究區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖樣品干酪根鏡檢分析表Tab.1 The kerogen identification table of shale samples in Qiongzhusi formation

4　儲(chǔ)層特征

4.1礦物組分特征

用X射線衍射儀對(duì)研究區(qū)頁(yè)巖樣品的礦物成分進(jìn)行鑒定，頁(yè)巖全巖礦物組成縱向上分布（見圖4），硅質(zhì)礦物（石英+長(zhǎng)石）在縱向上分布較穩(wěn)定，石英、長(zhǎng)石含量較高，石英含量為29％～40％，平均含量為33.1％；長(zhǎng)石含量較穩(wěn)定，為20％～42％，平均含量為32.3％；碳酸鹽礦物含量很低，在筇竹寺組不發(fā)育，為2％～13％，平均含量為5.8％；黏土礦物縱向上含量較穩(wěn)定，為14％～28％，平均含量為20.9％；黃鐵礦平均5％左右。總體上筇竹寺組頁(yè)巖石英和長(zhǎng)石含量為65.4％，脆性礦物含量較高，有利于天然裂縫的形成及后期頁(yè)巖的壓裂開發(fā)。

4.2儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間及含氣性

通過對(duì)筇竹寺組頁(yè)巖進(jìn)行掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，筇竹寺組頁(yè)巖主要發(fā)育粒間雜基微孔（見圖5a）、泥質(zhì)碎片間微孔（見圖5b）、黏土礦物片理微縫（見圖5c）、煤球狀黃鐵礦晶間微孔（見圖5d）。長(zhǎng)石礦物溶蝕孔較少見（見圖5e），微裂縫局部發(fā)育，且多數(shù)被有機(jī)質(zhì)充填（見圖5g），有機(jī)質(zhì)孔較少且呈孤立分布，孔徑主要為50 nm～150 nm，為納米級(jí)孔隙（見圖5f）。這些微孔隙主要為納米級(jí)-微米級(jí)孔隙，以0.2 μm～2 μm為主。

通過威遠(yuǎn)地區(qū)3口井筇竹寺組取心段87塊樣品的物性測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)，頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度的最大值和最小值分別為4.93％和1.27％，平均值為2.85％。多數(shù)樣品的滲透率在0.005×10-3mD～0.1×10-3mD，少數(shù)樣品實(shí)測(cè)滲透率超過10×10-3mD。筇竹寺組頁(yè)巖基質(zhì)滲透率主要分布在0.01×10-3mD～0.05×10-3mD?？梢娡h(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖具有良好的儲(chǔ)層物性條件。

頁(yè)巖的含氣量是決定頁(yè)巖是否值得開采的重要參數(shù)。在對(duì)威遠(yuǎn)地區(qū)20余口鉆井中有19口井30個(gè)層段在下寒武統(tǒng)筇竹寺組有氣顯示，而在威A井的筇竹寺組經(jīng)測(cè)試有工業(yè)的頁(yè)巖氣流，表明該區(qū)頁(yè)巖氣的前景很大。威A井頁(yè)巖樣品的等溫吸附實(shí)驗(yàn)顯示，研究區(qū)筇竹寺組吸附氣含量多在2 m3/t左右，具備商業(yè)開發(fā)的價(jià)值。

圖4　筇竹寺組頁(yè)巖樣品全巖礦物組成Fig.4 Mineral composition of lower cambrian Qiongzhusi formation

圖5　掃描電鏡下筇竹寺組頁(yè)巖孔隙類型Fig.5 The pores type of shale in Qiongzhusi formation under SEM

4.3頁(yè)巖氣的保存條件

由于頁(yè)巖氣具有自生自儲(chǔ)的特征，與常規(guī)油氣相比，構(gòu)造因素引起的保存條件對(duì)頁(yè)巖氣的富集保存顯得尤為重要［15］。威遠(yuǎn)地區(qū)海相頁(yè)巖氣藏雖在形成演化過程中經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，尤其在燕山、喜山期的大幅度地層抬升剝蝕和強(qiáng)烈的斷層活動(dòng)，會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣藏保存產(chǎn)生重要影響。威遠(yuǎn)地區(qū)遠(yuǎn)離斷裂發(fā)育區(qū)，據(jù)鉆井巖心觀察顯示，筇竹寺組頁(yè)巖裂縫不發(fā)育。寒武系和三疊系沉積了幾套膏巖層，這套區(qū)域性蓋層維持了其下的壓力體系，特別是中寒武統(tǒng)陡坡寺組沉積的一套膏巖層對(duì)下伏筇竹寺組頁(yè)巖氣的保存起了重要作用［16］。

地層壓力對(duì)頁(yè)巖氣的吸附有明顯影響，隨著壓力的增高，吸附氣含量增加［17］。威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖產(chǎn)氣段地層壓力系數(shù)主要為1.2～1.8，為超高壓地層，對(duì)吸附態(tài)頁(yè)巖氣的保存至關(guān)重要。

5　結(jié)論

（1）四川盆地南部威遠(yuǎn)地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色頁(yè)巖分布廣泛，厚度較大（厚200 m～300 m），主要為深海陸棚沉積環(huán)境，沉積水體較深，水動(dòng)力較弱，水體還原性較強(qiáng)，有利于有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的富集和保存。研究區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度高，平均為2.15％，有機(jī)質(zhì)成熟度較高，多數(shù)為2.6％～4.0％，處于過成熟階段，干酪根類型以Ⅰ型為主，Ⅱ1為輔。

（2）四川盆地南部威遠(yuǎn)地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色頁(yè)巖礦物組成以石英、長(zhǎng)石等脆性礦物為主，含有少量黃鐵礦，脆性較高，具有較好的壓裂潛力。其中石英含量為29％～40％，平均含量為33.1％，長(zhǎng)石含量為20％～42％，平均含量為32.3％，黃鐵礦平均5％左右。黏土礦物含量中等，為14％～28％，平均含量為20.9％，主要為伊利石，其次為綠泥石，少量伊蒙互層，少見蒙脫石。

（3）在系統(tǒng)研究威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖的沉積、分布特征、有機(jī)地球化學(xué)特征、儲(chǔ)層特征及頁(yè)巖氣保存條件等基礎(chǔ)上，總體認(rèn)為，研究區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖氣的成藏條件較好，有利于進(jìn)一步勘探開發(fā)。

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Shale gas reservoir－forming conditions and predicting
favorable exploration area in Qiongzhusi formation，Vying region

REN Dongchao1，2，CHEN Yicai1，2，SUN Chaoya2，LIU Dongdong2，WANG Xiaofei2，GUO Shiyu3

（1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；2.Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；3.School of Science，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

According to the measured profile of dark shale and the laboratory test results of rock samples，this paper studies the regional distribution，geochemical and reservoir characteristics and conservation conditions of shale gas to reveal the shale gas generation.Results show that the shale gas in lower Cambrian，Vying region，southern Sichuan basin，with large sedimentary thickness，up to 200 m～300 m，mainly as deep continental shelf sediments，organic matter abundance of shale is high，the average is 2.15％，maturity is higher，reaching high mature stage，organic matter type is given priority to type I，Ⅱ1is complementary，brittle content of minerals in shale is high，dominated by quartz，content of clay is medium，dominated by illite，which is in favor of the generation and accumulation of shale gas.

Vying region；lower Cambrian；Qiongzhusi formation；accumulation conditions

TE122.3

A

1673-5285（2016）08-0099-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.08.022

2016-06-30

2016-07-05

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“南方海相頁(yè)巖氣開采試驗(yàn)”資助，項(xiàng)目編號(hào)：2011ZX05018-006-07。

任東超，男（1991-），在讀碩士研究生，研究方向?yàn)轫?yè)巖氣藏形成與選區(qū)評(píng)價(jià)，郵箱：1096483326@qq.com。