印燕鈴.

(中國石油化工股份有限公司華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇南京 210011)

在油氣資源勘探技術(shù)日益成熟的今天，尋找非常規(guī)油氣作為可接替能源已成為一種必然趨勢，其中頁巖氣資源的勘探開發(fā)可謂大熱[1]。頁巖氣是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖層系中，以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，其系統(tǒng)的主要特征是孔隙度低、滲透率極低，主要成分為甲烷，是一種高效清潔的能源。頁巖氣在全球廣泛分布，美國等發(fā)達(dá)國家在大規(guī)模開發(fā)上已相對成熟，我國對于頁巖氣的勘探開發(fā)還處于起步探索階段。中國頁巖氣的地質(zhì)資源量為(100～134)×1012m3，可采資源量為(10～36)×1012m3[1]，開采程度低，前景樂觀。我國具有頁巖氣資源發(fā)育的特殊地質(zhì)條件，其中南方海相頁巖層系發(fā)現(xiàn)有天然氣的富集，是我國頁巖氣勘探的重點層系。下?lián)P子地區(qū)下古生界的海相泥頁巖是我國有利的頁巖油氣遠(yuǎn)景區(qū)之一，下寒武統(tǒng)荷塘組/幕府山組、下志留統(tǒng)高家邊組都發(fā)育富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，通過對頁巖層系賦存條件的研究，對加速推動下?lián)P子地區(qū)頁巖氣資源的開發(fā)具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

下?lián)P子地區(qū)包括陸域和海域中的南黃海盆地，目前下?lián)P子區(qū)邊界界定為：北界為五蓮斷裂，西界為郯廬斷裂，南界為江紹斷裂，東界為朝鮮半島西緣斷裂帶。下?lián)P子盆地NE-SW向展布，在構(gòu)造上屬于揚子板塊的一部分。下?lián)P子海相下古生界地層是下?lián)P子地區(qū)的主要油氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)[2-7]。

下?lián)P子地區(qū)構(gòu)造演化經(jīng)歷了平穩(wěn)沉降、擠壓推覆、拉張裂陷三大發(fā)育階段。早寒武世，進(jìn)入早古生代第一次海侵高峰，海水自南西方向侵入，盆地相區(qū)范圍較燈影期大大擴(kuò)展，北側(cè)抵安慶、銅陵一帶，東側(cè)擴(kuò)張至浙西東部，幾乎包括了整個皖南、浙西，以及蘇南的大部。同時，在安徽滁縣地區(qū)也進(jìn)一步發(fā)展為盆地相區(qū)。皖南的黃柏嶺組，浙西的荷塘組、大陳嶺組，下部為水平層理發(fā)育，富海綿骨針的黑色炭質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖及硅質(zhì)巖，上部夾泥灰?guī)r，底部夾石煤層及磷礦層，蘇皖臺地相區(qū)的分布遠(yuǎn)較燈影期縮小，幕府山組以各種粒屑結(jié)構(gòu)白云巖為主，底部含磷結(jié)核。

早志留世初，華夏古陸的西界大大向西擴(kuò)展，直抵肖山、江山一線。因而浙西、皖南出現(xiàn)大規(guī)模海退，其沉積相自南向北為濱岸相、陸坡凹槽相、砂泥質(zhì)泥棚、泥質(zhì)陸棚相、淺水陸棚相。受加里東晚期構(gòu)造運動的影響，志留紀(jì)末期下?lián)P子區(qū)整體抬升遭受剝蝕，海水最終從全區(qū)退出，結(jié)束了本區(qū)早古生代的海相沉積歷史。

下?lián)P子地區(qū)海相中、古生界發(fā)育較大規(guī)模的沖斷推覆構(gòu)造，推覆構(gòu)造以志留系下統(tǒng)高家邊組泥巖為滑脫面，在平面上具有明顯的分帶性。它直接影響著油氣生成、運聚條件和分析評價，但對下古生界頁巖氣的成藏不會造成明顯的影響。下?lián)P子地區(qū)，早寒武世、早志留世盆地為下古生界富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的有利發(fā)育區(qū)段，有利于頁巖油氣的賦集與成藏[8-9]。

2 頁巖氣基本地質(zhì)特征

2.1 下寒武統(tǒng)頁巖氣

2.1.1 頁巖分布特征

下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)鉆井資料和露頭資料相對較少，僅N2井等幾口老井鉆遇幕府山組，通過借鑒周邊的地質(zhì)資料以及對下?lián)P子全區(qū)的綜合認(rèn)識[10-11]，認(rèn)為下寒武統(tǒng)主要以暗色泥巖為主，發(fā)育厚度較大，分布穩(wěn)定。其中S121井幕府山組主要為黑色含磷含碳泥巖，厚99 m；N2井幕府山組主要為灰綠色泥巖、深灰色粉砂質(zhì)泥巖，厚約119.21 m。XY1井鉆井資料荷塘組下部為灰黑色、黑色薄層炭質(zhì)硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)頁巖，呈不等厚狀互層，巖性堅硬致密；上部以灰黑色、黑色薄—中薄層炭質(zhì)頁巖、頁巖及炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖、炭質(zhì)硅質(zhì)泥巖為主，硅化明顯；頂部為深灰色微晶灰?guī)r和暗色泥巖互層狀。荷塘組厚度達(dá)245.8 m(未穿)，其中硅質(zhì)泥頁巖占泥巖厚度的64%[12-13]。

2.1.2 脆性礦物

通過分析區(qū)域內(nèi)的鉆井全巖X射線衍射資料，江蘇地區(qū)N2井幕府山組泥頁巖脆性礦物含量平均為61.93%，主要為石英，其次為白云石，見少量斜長石、黃鐵礦、菱鐵礦等；S121井幕府山組泥頁巖脆性礦物含量平均為61.2%，主要為石英，其次為白云石、黃鐵礦、方解石、斜長石及鉀長石等。安徽地區(qū)，WN2井巖芯分析資料顯示，荷塘組黑色泥巖、黑色硅質(zhì)泥頁巖中硅質(zhì)含量為1%～80%不等。宣城地區(qū)，荷塘組泥頁巖礦物組成以石英、斜長石、黃鐵礦、碳酸鹽巖礦物為主，且石英含量普遍為42%～71%。

2.1.3 儲集特征

頁巖的物性特征是低孔隙度和低滲透率，N2井、S121井幕府山組孔隙度多在2%～4%之間，滲透率為0.000 02～0.16 mD，孔滲性測試結(jié)果表明為低孔低滲性。XY1井孔隙度多在2%以下，荷塘組有機(jī)質(zhì)內(nèi)微孔發(fā)育，有利于頁巖的吸附作用；滲透率為0.001～0.050 6 mD，為低孔低滲型。宣城地區(qū)掃描電鏡實驗結(jié)果顯示荷塘組頁巖致密，利用脈沖法所測孔隙度為0.03%～0.306%，整體上孔隙度較低。

2.2 下志留統(tǒng)頁巖氣

2.2.1 頁巖分布特征

下?lián)P子早志留世繼承了晚奧陶沉積特點：南厚，北?。荒仙?，北泥。但是沉降中心由于華夏向揚子推進(jìn)，由晚奧陶世的桐廬—臨安地區(qū)向北西遷移到志留紀(jì)的安吉地區(qū)；高家邊組時期，南京—揚州地區(qū)為盆地相，主要為炭質(zhì)泥巖，厚度在100 m左右。下志留統(tǒng)高家邊組進(jìn)行了3口井的老井復(fù)查工作，分別是江蘇省中部地區(qū)黃橋區(qū)塊的N4井和江蘇西部地區(qū)句容區(qū)塊西部的N8井及NC2井。其中，N4井高家邊組厚度為1 576.31 m，主要巖性為泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖互層，未見連續(xù)黑色頁巖發(fā)育；N8井鉆遇高家邊組2 561 m，但是構(gòu)造地層接近直立，未鉆遇底部泥巖段。

2.2.2 脆性礦物

根據(jù)N4井、N8井、NC2井全巖X射線衍射分析資料，N4井脆性礦物含量平均為53.08%，礦物主要為石英，其次為斜長石，含少量鉀長石、方解石、白云石、黃鐵礦；N8井脆性礦物含量平均為43.85%，主要為石英，其次為方解石、斜長石；NC2井脆性礦物含量平均為53.47%，主要為石英，其次為斜長石，含少量鉀長石、方解石、黃鐵礦。

2.2.3 儲集特征

通過對N4井、N8井、NC2井3口井高家邊組進(jìn)行物性送樣分析，共送樣5塊，但僅N4井測試出物性數(shù)據(jù)。從測試結(jié)果看，有效孔隙度為0.769%～1.098%，脈沖滲透率為0.000 254～0.000 66 mD，屬于特低孔特低滲儲層。

3 頁巖氣賦存條件

3.1 下寒武統(tǒng)頁巖氣

從沉積環(huán)境來看，下寒武統(tǒng)幕府山組暗色頁巖受晉寧期同沉積斷層控制，主要發(fā)育于南、北部盆地區(qū)及陸棚區(qū)，是烴源巖發(fā)育的有利區(qū)，也是泥頁巖氣的賦集區(qū)[14]。下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)暗色泥頁巖地層厚度變化較大，厚度主要在100～800 m之間(圖1)，主要呈現(xiàn)南北厚、中間薄的特點，厚度最大處位于XY1井，厚度大于774 m。從老井復(fù)查情況來看，S121井幕府山組鉆遇連續(xù)黑色頁巖，厚度為124 m；N2井幕府山組揭開黑色頁巖段71 m；S103井位于黃橋區(qū)塊北部，揭開幕府山組1.5 m的黑色頁巖。

圖1 下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)暗色泥頁巖厚度等值線圖Fig.1 Isogram map for dark mudstone of Lower Cambrian in Lower Yangtze region

結(jié)合前人資料和有機(jī)碳測試數(shù)據(jù)，繪制下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)泥頁巖TOC等值線圖(圖2)，從圖中可以看到下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)有機(jī)質(zhì)豐度整體上較高，TOC高值區(qū)(2%～4%)主要位于南北兩個盆地區(qū)，中央臺地區(qū)則數(shù)值相對較低。北部TOC高值集中在滁州—鹽城凹陷，平均TOC一般在2%～4%之間，N2井TOC平均值為2.97%，南京幕府山組TOC平均值為2.13%。南部TOC高值主要集中在石臺—安吉凹陷和德興—桐廬凹陷。石臺—安吉凹陷平均TOC一般在2%～8%之間，整體上表現(xiàn)為西部較好，東部較差：西部紅桃村剖面TOC平均值為7.31%，柘林壩剖面TOC平均值為7.09%；東部K2井TOC平均值為1.53%。德興—桐廬凹陷有機(jī)碳含量高值區(qū)位于安仁和芳村等地，TOC平均值除里葉外，均大于2.5%。

從下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)成熟度等值線圖(圖3)可以看到，成熟度由皖南盆地區(qū)向兩側(cè)臺地逐漸降低，九江、黃山及開化淳安地區(qū)受火山巖影響，Ro在4.0%以上；安慶—溧陽—南通以南，湖州—蘇州以西下古主要處于盆地、陸棚及斜坡部位，曾經(jīng)埋深大，處于過演化成熟階段，潛山、南陵、無為、金壇凹陷及蘇北凹陷整體埋深較大，Ro在3.0%以上；其他區(qū)域處于成熟—高成熟演化階段，Ro在2.0%～3.0%之間。

3.2 下志留統(tǒng)頁巖氣

為正確查明研究區(qū)志留系下統(tǒng)暗色泥頁巖的平面分布規(guī)律，我們對下?lián)P子地區(qū)志留系下統(tǒng)剖面及鉆孔資料的深度和厚度數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了收集整理[15]，分別統(tǒng)計了暗色泥頁巖地層厚度，了解到下?lián)P子地區(qū)志留系下統(tǒng)暗色泥頁巖的分布趨勢，整體上厚度從北到南減薄(圖4)。前期高家邊組沉積相研究表明，向西北沉積厚度逐漸減薄。暗色泥頁巖發(fā)育中心與沉積厚度中心不重合，暗色泥頁巖發(fā)育中心主要位于中部寧鎮(zhèn)一帶，厚度大于60 m。

圖2 下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)泥頁巖TOC等值線圖Fig.2 TOC contour map of mudstone of Lower Cambrian in Lower Yangtze region

圖3 下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)泥頁巖Ro等值線圖Fig.3 Ro contour map of mudstone of Lower Cambrian in Lower Yangtze region

圖4 下?lián)P子地區(qū)下志留統(tǒng)高家邊組暗色泥巖等厚圖Fig.4 Isogram map for dark mudstone of Lower Silurian Gaojiabian formation in Lower Yangtze region

從下?lián)P子地區(qū)下志留統(tǒng)高家邊組有機(jī)碳等值線圖中(圖5)，可以看出高家邊組有機(jī)質(zhì)豐度普遍較低，大部分地區(qū)TOC在0.5%～1.0%，僅在南京—揚州一帶有機(jī)質(zhì)豐度相對較高，達(dá)到2%以上，中部寧鎮(zhèn)一帶TOC值為1%～2%，向西北和東南TOC數(shù)值減小。研究區(qū)內(nèi)有機(jī)質(zhì)豐度從東至西有逐漸增加的趨勢，從0.5%～2%～1%變化。

下?lián)P子地區(qū)下志留統(tǒng)高家邊組烴源巖熱演化程度圖(圖6)表現(xiàn)出，成熟度在平面上分帶性非常明顯；大部分地區(qū)成熟度大于3%，屬于過成熟區(qū)塊；北部以天長—興化—大豐一帶最高，達(dá)3%，以此向外延伸變小，從3%～2%變化；南部景德鎮(zhèn)—黃山區(qū)域為中心向外延伸，成熟度逐漸降低，從3.5%～2%變化，僅有巢湖—馬鞍山—鎮(zhèn)江一帶在2%左右，很明顯該區(qū)域整體屬于過成熟階段。

圖5 下?lián)P子地區(qū)下志留統(tǒng)高家邊組泥頁巖TOC等值線圖Fig.5 TOC contour map of mudstone of Lower Silurian Gaojiabian formation in Lower Yangtze region

圖6 下?lián)P子地區(qū)下志留統(tǒng)高家邊組泥頁巖Ro等值線圖Fig.6 Ro contour map of mudstone of Lower Silurian Gaojiabian formation in Lower Yangtze region

4 結(jié)論

(1)下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)泥頁巖分布廣泛穩(wěn)定，為低孔低滲型。整體上具有“一大兩高”的特征，即北部和南部泥頁巖厚度大，TOC高，Ro高，說明了下寒武統(tǒng)已然具備頁巖氣富集成藏的基本地質(zhì)條件。北部滁州—鹽城凹陷暗色泥巖厚度大于200 m，南部石臺—安吉凹陷和德興—桐廬凹陷厚度均大于400 m，南北3個凹陷TOC均大于3.0%，Ro大于3.0%，分析認(rèn)為下?lián)P子地區(qū)北部和南部地區(qū)為下寒武統(tǒng)頁巖氣藏勘探的有利區(qū)。

(2)下?lián)P子地區(qū)下志留統(tǒng)高家邊組富有機(jī)質(zhì)泥頁巖分布局限，厚度從北往南逐漸減薄，有機(jī)碳豐度整體較低，只在南京一帶達(dá)到2%，綜合分析認(rèn)為寧鎮(zhèn)山脈以東為下志留統(tǒng)頁巖氣有利勘探區(qū)，連續(xù)頁巖段的厚度大于60 m，熱演化程度為2.0%～3.0%，有進(jìn)一步勘探的潛力。