萬 夢，苗 寶，杜繼成

(貴州大學(xué)喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽 550025)

黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣成藏條件及勘探前景分析

萬 夢，苗 寶，杜繼成

(貴州大學(xué)喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽 550025)

黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組平面上整體表現(xiàn)為北西-南東向沉積環(huán)境逐漸變深，頁巖氣有利沉積相為深水陸棚-深水盆地。通過地表剖面及調(diào)查井采樣測試分析，認(rèn)為黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組具有Ⅰ型干酪根特征，有機(jī)碳含量高，熱演化程度高，且滲透率極低，微裂縫發(fā)育，具有形成頁巖氣藏的基本地質(zhì)條件。通過有利區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)分析，進(jìn)一步優(yōu)選出三個(gè)頁巖氣勘探有利區(qū)，即麻江-英平有利區(qū)，福泉有利區(qū)，谷硐有利區(qū)。

黔南下寒武統(tǒng)；牛蹄塘組；頁巖氣；成藏條件

頁巖氣是指以吸附、游離或溶解狀態(tài)賦存于泥頁巖中的天然氣[1]，它賦存于特定的地層中而不受“圈閉”的控制,具有“自生自儲(chǔ)”的特點(diǎn),屬于一種非常規(guī)天然氣資源[2]。美國頁巖氣勘探開發(fā)起步較早，相比之下中國對于頁巖氣的研究相對薄弱。因此，開展黔南地區(qū)頁巖氣成藏條件及資源潛力評(píng)價(jià)對于完善中國地區(qū)頁巖氣的研究具有重要意義。本文主要討論黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣富有機(jī)質(zhì)頁巖生烴、儲(chǔ)集及保存條件，優(yōu)選有利勘探區(qū)帶，為黔南地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)綜合評(píng)價(jià)提供參考。

1 地層特征

黔南地區(qū)地層發(fā)育齊全，自新元古代至第四紀(jì)地層均有出露，以海相沉積巖發(fā)育為主要特色。牛蹄塘組在該地區(qū)廣泛分布，厚度從幾十米到170 m不等，主要為炭質(zhì)泥(頁)巖，與下伏地層老堡組硅質(zhì)巖或燈影組白云巖分界標(biāo)志明顯。巖性組合以黑色薄-中層炭質(zhì)泥(頁)巖、炭質(zhì)粉砂巖為主，偶夾深灰色薄層砂質(zhì)或硅質(zhì)巖。底部炭質(zhì)泥(頁)巖為與下伏老堡組或燈影組的分界標(biāo)志。

2 頁巖氣形成條件

2.1 烴源條件

2.1.1 有機(jī)質(zhì)類型

Tissot等(1974)根據(jù)干酪根的元素分析，建立了元素分類體系。根據(jù)美國頁巖氣盆地的勘探經(jīng)驗(yàn),Ⅰ型干酪根與Ⅱ型干酪根為頁巖氣生成的主要有機(jī)質(zhì)類型[3]。

牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)頁巖干酪根顯微組分以腐泥組為主，鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組次之(圖1)，其中殼質(zhì)組以腐殖無定型體為主、少量殼質(zhì)碎屑體，鏡質(zhì)組主要為無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，腐泥組主要為腐泥無定型體和腐泥碎屑體，惰質(zhì)組顯示絲狀體、不發(fā)熒光、類型指數(shù)91～98。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)頁巖具有Ⅰ型干酪根特征。

圖1 牛蹄塘組頁巖干酪根顯微組分三角圖

2.1.2 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)碳含量(TOC)是烴源巖評(píng)價(jià)最重要的基礎(chǔ)參數(shù)之一。麻頁1井位于麻江縣城南東約3 km的小茶山，目標(biāo)地層為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組，鉆厚381.86 m，真厚度264.51 m。有機(jī)碳分析樣品53件，最低含量為0.37%，最高含量為5.35%，平均為1.92%；其中低于0.5%的樣品6件，高于1%的樣品47件，分別占總樣品的11%和89%。縱向上，有機(jī)碳含量具有從下向上降低的趨勢特征，總體受沉積相演變影響明顯(圖2)。

圖2 麻頁1井TOC特征

2.1.3 有機(jī)質(zhì)熱演化程度

頁巖要成為潛在的頁巖氣勘探目標(biāo)，其成熟度必須進(jìn)入生氣窗[5]。但有研究者認(rèn)為，頁巖氣具有多種生氣機(jī)理，并且可以在美國不同的頁巖盆地中找到存在實(shí)例[6-7]。 根據(jù)眾多研究成果[5，8-9]，頁巖氣要具備經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值，頁巖處于生氣窗內(nèi)是甚佳的條件。而頁巖氣成熟度主要采用鏡質(zhì)體反射率的方法來分析，該方法應(yīng)用廣泛，具有較好的可對比性[10]。

本文針對麻頁1井目標(biāo)地層牛蹄塘組有機(jī)質(zhì)頁巖進(jìn)行了鏡質(zhì)體反射率連續(xù)采樣分析自上而下取樣7件，分析結(jié)果顯示(表1)，Ro最小值1.82%，最大值3.18%，平均2.56%，總體處于過成熟階段。

2.2 儲(chǔ)集條件

2.2.1 物性特征

頁巖的物性特征不僅影響其對氣體的儲(chǔ)集和吸附能力，而且會(huì)影響氣體的運(yùn)移，因此研究其物性特征對揭示頁巖生烴機(jī)制和儲(chǔ)層特征有著重要的理論和實(shí)踐意義。

區(qū)域上牛蹄塘組地表剖面及調(diào)查井物性采樣分析結(jié)果顯示，牛蹄塘組孔隙度1.69%～7.03%，平均密度2.68 t/m3，地表樣品普遍比巖心樣品高，可能是地表樣品受風(fēng)化所致；平均滲透率為(0.0023～0.015 3)×10-3μm2，滲透率極低；總體孔隙度具有由北西向南東增高趨勢。

表1 麻頁1井牛蹄塘組Ro一覽表

2.2.2 儲(chǔ)集空間類型

牛蹄塘組黑色泥(頁)巖結(jié)構(gòu)較致密，粉砂顆粒間孔隙中普遍填充有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)分散性強(qiáng)，顆粒細(xì)小，孔隙不發(fā)育?？梢娚倭筐ね恋V物粒內(nèi)孔，孔隙直徑多小于1 μm。泥(頁)巖中微裂縫發(fā)育，裂縫寬大于2 μm，多發(fā)育在黏土礦物與脆性礦物之間和黏土伊利石礦物層間，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育極少。

2.2.3 礦物組成

針對麻頁1井牛蹄塘組有機(jī)質(zhì)頁巖進(jìn)行了黏土礦物及全巖X 射線衍射連續(xù)采樣分析。結(jié)果表明，牛蹄塘組礦物成分中碎屑礦物含量為7.93%～73.65%，平均55.20%，脆性礦物平均16.98%；黏土礦物含量平均為19.12%。黏土礦物中伊利石相對含量平均為55%，綠泥石相對含量平均為13%，高嶺石相對含量平均為7.5%，伊蒙混層相對含量8%～49%、平均為24.3%，以伊利石為主，其次為伊蒙混成礦物?？v向上長英質(zhì)礦物自下而上先減少后增加，碳酸鹽礦物自下而上先增大后減少，黏土礦物自下而上先減少后增大(圖3)。

2.3 保存條件

頁巖氣藏為隱蔽圈閉氣藏,不需構(gòu)造圈閉就可使頁巖層在大面積內(nèi)為頁巖氣所飽和[3，11]，而源巖又具有最優(yōu)先的聚集和保存條件。頁巖本身就具有低孔低滲的特性,使其成為良好的蓋層。

圖3 麻頁1井牛蹄塘組礦物成分特征縱向變化關(guān)系

牛蹄塘組泥(頁)巖主要孔喉半徑為0～0.1 μm，孔喉分選性差。根據(jù)麻頁1井富有機(jī)質(zhì)頁巖擴(kuò)散系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其擴(kuò)散系數(shù)為(5.83～5 620.00)×10-8cm2·s-1，總體上巖石擴(kuò)散性較差，頁巖封蓋性能良好。

3 頁巖氣有利區(qū)帶評(píng)價(jià)

綜合分析富有機(jī)質(zhì)頁巖的沉積相帶分布、有機(jī)碳含量、厚度、成熟度、深度、含氣性以及構(gòu)造保存條件等指標(biāo)，并與美國主要頁巖氣盆地進(jìn)行類比研究，對黔南地區(qū)寒武系牛蹄組分布區(qū)塊進(jìn)行分析。

黔南地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組分布廣泛，地層發(fā)育齊全，通過有利區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)的分析認(rèn)為，頁巖氣聚集發(fā)育遠(yuǎn)景區(qū)包括有凱里-黃平遠(yuǎn)景區(qū)(Ⅰ)、福泉遠(yuǎn)景區(qū)(Ⅱ)、都勻遠(yuǎn)景區(qū)(Ⅲ)、龍里遠(yuǎn)景區(qū)(Ⅳ)，在遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)進(jìn)一步優(yōu)選出頁巖氣有利區(qū)包括麻江-黃平有利區(qū)(Ⅰ-1)、福泉有利區(qū)(Ⅱ-1)及谷硐有利區(qū)(Ⅲ-1)(圖4)。

麻江-黃平有利區(qū)(Ⅰ-1)位于黔南坳陷黃平-獨(dú)山箱狀背斜北段，區(qū)內(nèi)出露地層主要有寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系及二疊系，地層產(chǎn)狀多為10～35°。牛蹄塘組多出露于東部，其泥頁巖有機(jī)碳含量普遍大于1.5%；往東南有機(jī)碳含量增高，最高可達(dá)8%，平均含量為3%～4%，生烴強(qiáng)度較大；富有機(jī)質(zhì)頁巖段厚度為70～90 m，成熟度適中，處于有機(jī)質(zhì)熱演化中晚期；Ro一般為2%～3%，含氣性較好，最高達(dá)1.13 m3/t(據(jù)麻頁1井)。

福泉有利區(qū)(Ⅱ-1)位于黔南坳陷黃絲箱狀背斜北段。通過該區(qū)外圍牛蹄塘組地表剖面取樣分析，牛蹄塘組泥頁巖有機(jī)碳含量普遍大于2%，往東有機(jī)碳含量增高，平均含量為3%～4%，生烴強(qiáng)度較大；富有機(jī)質(zhì)頁巖段厚度受沉積相控制明顯，往南東向增厚，厚度為40～60 m；成熟度適中，Ro一般2%～3%，處于有機(jī)質(zhì)熱演化中晚期。

谷硐有利區(qū)(Ⅲ-1)處于都勻以西貴定以東。牛蹄塘組泥頁巖有機(jī)碳含量普遍大于2%，往東有機(jī)碳含量增高，平均含量高達(dá)4%左右，生烴強(qiáng)度較大；富有機(jī)質(zhì)頁巖段厚度受沉積相控制明顯，往南東向增厚，厚度為60～80 m；成熟度適中，Ro一般為2%～4%，處于有機(jī)質(zhì)熱演化中晚期。

4 結(jié)論及建議

(1)黔南下寒武統(tǒng)牛蹄塘組泥頁巖具有Ⅰ型干酪根特征，有機(jī)碳含量高，熱演化程度平均為2.56%，總體處于過成熟階段。

(2)泥頁巖孔隙度1.69%～7.03%，滲透率極低，微裂縫發(fā)育；巖石擴(kuò)散性較差，整體具備作為良好蓋層的基礎(chǔ)條件。

圖4 牛蹄塘組頁巖氣發(fā)育區(qū)塊分布

(3)通過有利區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)的分析，在遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)進(jìn)一步優(yōu)選出3個(gè)頁巖氣有利區(qū)，其有機(jī)碳含量均較高，成熟度適中，處于有機(jī)質(zhì)熱演化中晚期，具有一定的勘探前景。

(4)牛蹄塘組頁巖氣靜態(tài)指標(biāo)普遍較好，但黔南地區(qū)及鄰區(qū)資料反映現(xiàn)場解析含氣性及含氣量普遍較差，建議今后加強(qiáng)和深化對該目標(biāo)層含氣性的研究。

[1] RONALD J H, DANIEL M J, JOHN ZIMBERGE, et al. Oil and gas geo-chemistry and petroleum systems of the Fort Worth basin[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):445-473.

[2] 張抗,譚云冬.世界頁巖氣資源潛力和開采現(xiàn)狀及中國頁巖氣發(fā)展前景[J].當(dāng)代石油石化,2009,17(3):9-18.

[3] CURTIS J B. Fractured shale-gas systems[J].AAPG Bulletin,2002,86(11):1921-1938.

[4] 李新景，胡素云，程克明．北美裂縫性頁巖氣勘探開發(fā)的啟示[J].石油勘探與開發(fā)，2007，34(4)：392-400.

[5] BOWKER K A. Barnett shale gas production, Fort Worth Basin[J].AAPG Bulletin, 2006,91(4):523～533.

[6] 梁狄剛，郭彤樓.中國南方海相生烴成藏研究的若干新進(jìn)展(一)[J].海相油氣地質(zhì)，2008,(2):1-16.

[7] 張金川，金之鈞，袁明生.頁巖氣成藏機(jī)理和分布[J].天然氣工業(yè)，2004,24(7):15-18.

[8] 張金川，聶海寬，徐波，等.四川盆地頁巖氣成藏地質(zhì)條件[J].天然氣工業(yè)，2008,28(2):151-156.

[9] 蒲泊伶，包書景，王毅，等.頁巖氣成藏條件分析[J].石油地質(zhì)與工程，2008,22(3):33-39.

[10] DOW W G． Kerogen studies and geological interpretations[J].Journal of Geochemical Exploration，1977，7：77-79.

[11] 孫超,朱筱敏,陳菁,等.頁巖氣與深盆氣成藏的相似與相關(guān)性[J].油氣地質(zhì)與采收率,2007,24(1):26-31.

編輯：趙川喜

1673-8217(2017)03-0019-04

2016-11-09

萬夢，1991年生，貴州大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)在讀碩士研究生，現(xiàn)研究方向?yàn)榈V產(chǎn)普查與勘探。

TE112.322

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