廖文魁

摘 要：本文收集近年來在本區(qū)投入的頁巖氣調(diào)查區(qū)評價項目相關(guān)資料和數(shù)據(jù)，分析了五峰組-龍馬溪組頁巖保存條件：厚度大，有機質(zhì)豐度較高，生氣條件較好，有機質(zhì)微孔隙較多，頂?shù)装迳w層封堵性較好，具備生氣、儲氣條件；但是由于本區(qū)巖石的裂縫發(fā)育，構(gòu)造變形十分強烈，構(gòu)造復(fù)雜，不利于頁巖氣的保存，這也是本區(qū)未見良好氣顯示的一個重要原因。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；有機碳；礦物成分；空隙特征；微裂隙；構(gòu)造

中圖分類號：P618 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）13-0132-02

1 概況

本區(qū)頁巖氣工作區(qū)以京山斷裂為界，東北部屬于大洪山疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造帶，構(gòu)造單元為巴洪沖斷背斜中東段的大洪山臺褶束（Ⅱ11-2），為古生界組成的褶皺束，自北而南分三部分：大洪山復(fù)背斜、客店坡復(fù)向斜和楊集褶皺帶；西南部為鐘祥褶皺沖斷帶和京山?jīng)_斷褶皺滑脫帶，鐘祥褶皺沖斷帶（鄂中褶斷區(qū)）。

（Ⅱ12）位于樂鄉(xiāng)關(guān)-潛江復(fù)背斜的北部，構(gòu)造單元為鐘祥臺褶束（Ⅱ12-5），北北西向的中、新生代斷陷盆地將該區(qū)分割成二凸二凹的構(gòu)造格局，自西而東為：荊門地塹（斷凹）、樂關(guān)鄉(xiāng)斷凸、漢水?dāng)喟家杂缆『勇∑?。南部為沉湖土地堂?fù)向斜北端京山?jīng)_斷褶皺滑脫帶之京山褶皺群。見圖1構(gòu)造綱要圖。

區(qū)內(nèi)頁巖主要發(fā)育在上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組和中二疊統(tǒng)孤峰組。其中上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組主要含頁巖氣層段巖性為灰黑色碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖，富含豐富的筆石化石等生物，含有機質(zhì)豐度較高，頁巖厚度大，分布范圍廣。

2 頁巖氣生儲條件

2.1 有機質(zhì)碳含量

頁巖中的有機碳是頁巖氣的物質(zhì)來源，總有機碳含量是評價頁巖氣生成與賦存條件的重要指標(biāo)，眾多含頁巖氣研究實例表明頁巖氣的吸附能力與頁巖的有機碳含量之間存在著線性關(guān)系，因而有機碳含量是進行頁巖氣生成潛力及含氣性評價的基本參數(shù)。

本區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組厚度介于87.60～142.48m，有機碳（TOC）含量范圍值為0.14～3.53%，平均值為1.72%，總體屬低-中頁巖氣層。

2.2 頁巖氣儲層特征

頁巖氣儲層特征描述主要參數(shù)有孔隙度、滲透率、巖石密度、孔隙結(jié)構(gòu)、礦物成分等。各項指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)主要參考《頁巖含氣量測定方法》（SY/T 6940-2013）、《頁巖氣資源/儲量計算評價技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0254-2014）。見表1。

2.2.1 巖石礦物成分

上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組鉆孔礦物巖石X-衍射分析結(jié)果表明，上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組所含主要礦物為粘土礦物和石英，含有少量長石（表2）。其中粘土礦物含量最小值28.4%，最大值52.2%，平均值42.46%；石英含量最小值27.9%，最大值55.4%，平均值37.99%；長石含量最小值為4.4%，最大值12.9%，平均值8.8%；鈣芒硝+白云石最小值為零，最大值24.4%，平均值僅有9.61%；黃鐵礦等礦物含量最小值為1.4%，最大值7%，平均值為4.10%。總體表現(xiàn)為粘土礦物正常，脆性礦物偏多，利于頁巖氣的吸附聚集和壓裂改造。

2.2.2 巖石物性

頁巖具有低孔超低滲的特點，孔隙度一般不超過5%，滲透率一般為10-4～10-3mD。根據(jù)鉆孔實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組巖石物性特征表現(xiàn)為低孔-特低孔特低滲（表3）。

孔隙度范圍0.74～2.05%，集中段1.02～1.60%，平均值1.27%，其中小于2%（特低孔）的樣品占89%，大于2%小于5%（低孔）的樣品占11%，屬于特低孔儲層。

滲透率范圍0.00214～0.20525mD，集中段0.01097 ～0.05371mD，平均值0.005363mD，所有樣品值均遠小于1mD，屬于特低滲儲層。

2.2.3 孔隙特征

如前所述，頁巖儲層的孔隙度和滲透率極低，非均質(zhì)性極強，因而，頁巖氣藏中的游離氣主要儲集在頁巖基質(zhì)孔隙和裂縫等空間中。由于頁巖中礦物組成、富有機質(zhì)等獨特因素的存在，頁巖除基質(zhì)孔隙外，天然裂縫的發(fā)育、有機質(zhì)經(jīng)生烴演化后的消耗而增加的大量孔隙空間以及頁巖層中的粉、細砂巖夾層等，均可極大地增加頁巖的實際儲集空間，從而提高頁巖的儲氣能力。

頁巖儲層的儲滲空間可分為基質(zhì)孔隙和裂縫，一般為nm級。基質(zhì)孔隙有殘余原生孔隙、有機質(zhì)生烴形成的微孔隙、黏土礦物伊利石化形成的微裂（孔）隙和不穩(wěn)定礦物（如長石、方解石）溶蝕形成的溶蝕孔等。

（1）殘余原生孔隙。主要是分散于片狀黏土中的粉砂質(zhì)顆粒間的孔隙。這部分孔隙與常規(guī)儲層孔隙相似，隨埋藏深度增加而迅速減少?？紫洞笮∫话爿^小，普遍在1～10μm之間。

（2）有機質(zhì)孔隙。研究認為，頁巖中的孔隙以有機質(zhì)生烴形成的孔隙為主。據(jù)Jarvie等人研究，有機質(zhì)含量為7%的頁巖在生烴演化過程中，消耗35%的有機碳可使頁巖孔隙度增加49%。有機微孔的直徑一般為0.01～1μm，形態(tài)一般為蜂窩狀、條帶狀、塊狀。

五峰組-龍馬溪組有機質(zhì)孔隙較發(fā)育，形態(tài)主要為蜂窩狀、塊狀、條帶狀。其中蜂窩狀有機質(zhì)孔隙大小一般為100～300nm；條帶狀有機質(zhì)孔隙一般較大，大小為1～5μm。

（3）次生溶蝕孔隙。次生溶蝕孔隙的孔徑多數(shù)在0.01～0.05mm，少數(shù)在0.05～0.6mm，孔隙一般為不規(guī)則狀，碳酸鹽含量較高時易形成溶蝕孔隙。該類次生孔隙是由于有機質(zhì)脫羧后產(chǎn)生的酸性水對頁巖儲層的碳酸鹽礦物強烈溶蝕形成的。

五峰組-龍馬溪組次生溶蝕孔隙較為發(fā)育，主要有石英粒內(nèi)粒間溶孔，方解石粒內(nèi)溶孔，鈉長石粒內(nèi)溶孔等，孔隙大小μm級。

2.3 頂?shù)装宸舛聴l件

常規(guī)油氣勘探一般將蓋層分為兩類，即直接蓋層和間接蓋層。直接蓋層是指直接覆于烴源巖之上的巖層系；間接蓋層是指區(qū)域上連片分布的泥頁巖或膏鹽層系等，且厚度大。頁巖氣屬于非常規(guī)油氣藏，其富有機質(zhì)泥頁巖是典型的自身自儲式層系，上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組頂板為下志留統(tǒng)（新灘組、羅惹坪組、紗帽組）頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、粉-細砂巖等，厚度1100～2500m，具有良好的封蓋性能；底板為奧陶系生物碎屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r、頁巖等，厚度60～300m，其中寶塔組、廟坡組、牯牛潭組、大灣組、紅花園組、南津關(guān)組為較致密的瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、頁巖，具有一定的封堵性能。

雖然本區(qū)五峰組-龍馬溪組頂板巖性多為致密性巖層，但是結(jié)合實際鉆孔發(fā)現(xiàn)，本區(qū)下志留統(tǒng)各組段巖性多發(fā)育裂縫或石英脈體（方解石脈體）發(fā)育，裂縫的發(fā)育也對不利于本區(qū)頁巖氣的保存。

3 頁巖氣后期改造條件

3.1 裂縫

頁巖儲層中的裂縫多以微裂縫形式存在。其產(chǎn)生可能與斷層和褶皺等構(gòu)造運動相關(guān)，也可能與有機質(zhì)生烴時形成的輕微超壓而使頁巖儲層破裂有關(guān)。

微裂縫對頁巖氣儲層的影響是雙重的。一方面，微裂縫發(fā)育不但可以為頁巖氣的游離富集提供儲滲空間，增加頁巖氣游離態(tài)天然氣的含量；而且，微裂縫也有助于吸附態(tài)天然氣的解析，并成為頁巖氣運移、開采的通道。另一方面，微裂縫發(fā)育如與大型斷裂連通，對于頁巖氣的保存條件極為不利；地層水也會通過裂縫進入頁巖儲層，使氣井見水早，含水上升快，甚至可能暴性水淹。

從本工區(qū)的鉆孔清水試驗來看，在五峰組-龍馬溪組富有機質(zhì)泥頁巖中，凡裂縫發(fā)育者（即使有方解石等充填），入水冒泡則有一定量顯示，頁巖氣顯示較活躍，反映了頁巖氣聚集較多，推測相應(yīng)頁巖氣藏愈富集。

上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組微裂縫主要見于粘土、鈉長石和石英中，大小200nm。

3.2 構(gòu)造

五峰組-龍馬溪組含氣頁巖層段沉積后，工作區(qū)處于揚子大陸邊緣盆地穩(wěn)定發(fā)展階段，在早泥盆世，海陸面貌發(fā)生了重大變化，秦嶺-大別-桐柏隆起成陸，揚子板塊也受加里東運動的影響抬升成陸，完成了兩個板塊的對接，揚子區(qū)普遍缺失這一地史時期的沉積。此后，海水再度入侵，繼續(xù)揚子淺海盆地的發(fā)展，直至晚三疊世，受印支運動的影響，揚子板塊與秦嶺板塊發(fā)生碰撞而隆起成陸，構(gòu)造運動進入燕山旋回。燕山運動對工作區(qū)含氣頁巖層段的改造甚劇，揚子板塊向秦嶺板塊俯沖，區(qū)域上發(fā)育了一系列的逆沖推覆構(gòu)造，形成規(guī)模較大的斷裂，具代表性的為青寨子、京山、胡集、荊門等斷裂。根據(jù)收集的資料來看：本區(qū)印支期以來的構(gòu)造運動對頁巖氣保存有利與不利并存，但是燕山期構(gòu)造運動對頁巖氣保存破壞較大。

從平面上，京山斷裂以北，構(gòu)造變形十分強烈，對頁巖氣的保存十分不利。京山斷裂以南，構(gòu)造變形的影響相對較小，是含氣頁巖層段保存相對完好的地段，這一范圍是：永興鎮(zhèn)-京山-長壽-客店-謳樂-雅口-豐樂-石龍等城鎮(zhèn)圍限的范圍。

4 結(jié)語

（1）本區(qū)五峰組-龍馬溪組厚度大、分布面積廣，有機質(zhì)豐度較高，是頁巖氣的生氣層；（2）該組孔隙度范圍0.74～2.05%，平均值1.27%，屬于低孔-特低孔儲層；滲透率范圍0.00214～0.20525mD，平均值0.005363mD，所有樣品值均遠小于1mD，屬于特低滲儲層；（3）該組殘余原生孔隙、次生溶蝕孔隙和裂縫均較發(fā)育，有機質(zhì)孔隙不發(fā)育。石英等脆性礦物含量高，石英含量范圍值27.9%～55.4%，平均值37.99%；屬較易壓裂開采類；（4）該組地層頂、底板具有一定的封堵性，但是裂隙、石英脈（方解石脈）的發(fā)育對頁巖氣的保存不利；（5）五峰組-龍馬溪組頁巖微裂縫發(fā)育，本區(qū)微裂縫對頁巖氣儲層的影響是有利的；但是本區(qū)構(gòu)造變形十分強烈，不利于頁巖氣的保存。

參考文獻

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