曹濤濤，鄧 模，劉 虎，黃儼然，HURSTHOUSE Andrew Stefan

湘中與湘東南巖關(guān)階組和龍?zhí)督M頁(yè)巖氣潛力

曹濤濤1，鄧 模2，劉 虎3，黃儼然1，HURSTHOUSE Andrew Stefan1

(1. 湖南科技大學(xué)頁(yè)巖氣資源利用與開(kāi)發(fā)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201；2. 中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126；3. 頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)與開(kāi)采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 690091)

為了揭示湘中與湘東南坳陷海陸過(guò)渡相頁(yè)巖含氣潛力及勘探方向，對(duì)該區(qū)下石炭統(tǒng)巖關(guān)階組和上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M泥頁(yè)巖進(jìn)行總有機(jī)碳含量TOC、鏡質(zhì)體反射率ran、干酪根碳同位素、有機(jī)質(zhì)顯微組成、X衍射、掃描電鏡、孔滲特征和等溫吸附等測(cè)試。結(jié)果表明巖關(guān)階組和龍?zhí)督M處于成熟–高成熟期、類(lèi)型以III型為主；龍?zhí)督M泥頁(yè)巖TOC含量普遍較高、而巖關(guān)階組泥頁(yè)巖TOC含量較低。龍?zhí)督M和巖關(guān)階關(guān)組泥頁(yè)巖礦物主要為黏土礦物和石英，部分含有較高的方解石。這兩套頁(yè)巖的孔隙發(fā)育較差，主要孔隙類(lèi)型為有機(jī)孔、溶蝕孔和層間裂縫。孔隙度為0.41%~2.76%、滲透率為(0.08~0.98)×10-3μm2。孔隙度主要受TOC控制，不穩(wěn)定礦物如長(zhǎng)石和碳酸鹽巖雖然能提供一定孔隙，但對(duì)頁(yè)巖物性的影響有限。泥頁(yè)巖的甲烷吸附量普遍在1.67~2.5 cm3/g，2015H-D3井龍?zhí)督M泥頁(yè)巖現(xiàn)場(chǎng)解吸氣量普遍大于0.5 cm3/g，最高為2.35 cm3/g，表明湘中和湘東南地區(qū)龍?zhí)督M具有一定的頁(yè)巖氣潛力，但巖關(guān)階組勘探前景相對(duì)較差。

頁(yè)巖氣；孔滲特征；含氣性；巖關(guān)階組；龍?zhí)督M；湘中和湘東南

隨著我國(guó)四川盆地、鄂爾多斯盆地頁(yè)巖氣獲得重大突破[1-2]，頁(yè)巖氣日益引發(fā)關(guān)注，特別是針對(duì)海相頁(yè)巖氣地質(zhì)學(xué)理論。然而發(fā)育多套頁(yè)巖層系的中下?lián)P子地區(qū)的頁(yè)巖氣勘探仍處于初級(jí)階段[3]。湖南省是一個(gè)貧煤、缺油和常規(guī)天然氣的地區(qū)，但其內(nèi)潛在的頁(yè)巖氣資源較豐富[4]，包括湘西下寒武統(tǒng)牛蹄塘組海相頁(yè)巖層系，及湘中和湘東南泥盆系棋梓橋組、佘田橋組、下石炭統(tǒng)測(cè)水組、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M和大隆組等海陸過(guò)渡相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系[5-8]。

湘中漣源–邵陽(yáng)–零陵凹陷和湘東南坳陷是我國(guó)頁(yè)巖氣資源遠(yuǎn)景區(qū)之一[9]。漣源凹陷湘頁(yè)1井在大隆組和龍?zhí)督M獲得了工業(yè)氣流，揭示了湘中頁(yè)巖氣具有一定的勘探潛力[10]。國(guó)內(nèi)學(xué)者已對(duì)該區(qū)龍?zhí)督M的沉積環(huán)境、烴源巖特征和儲(chǔ)層物性等進(jìn)行了研究[11-12]，但是對(duì)下石炭統(tǒng)巖關(guān)階組的關(guān)注很少，其頁(yè)巖氣潛力也未進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文通過(guò)對(duì)湘中和湘東南野外露頭樣品進(jìn)行分析，揭示巖關(guān)階組和龍?zhí)督M頁(yè)巖氣儲(chǔ)層及含氣特征，以期為該區(qū)頁(yè)巖氣的勘探提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湘中坳陷是以早古生代變質(zhì)巖為基底發(fā)展起來(lái)的晚古生代—中三疊世碳酸鹽巖為主并夾碎屑巖為特征的準(zhǔn)臺(tái)地型沉積坳陷區(qū)[4,13]，主要有湘潭凹陷、溈山凸起、漣源凹陷、龍山凸起、邵陽(yáng)凹陷、關(guān)帝廟凸起和零陵凹陷等二級(jí)構(gòu)造單元組成(圖1)。湘東南地區(qū)位于華夏板塊和揚(yáng)子板塊之間，西北以衡山隆起與湘中坳陷為界、東與桂東—汝城隆起、南與桂中坳陷毗鄰。雪峰運(yùn)動(dòng)使湘中和湘東南發(fā)生隆起，自中泥盆世至中三疊世沉積了多套泥頁(yè)巖，其中下石炭統(tǒng)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育在巖關(guān)階組、測(cè)水組，上二疊統(tǒng)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育在龍?zhí)督M和大隆組。

圖1 湘中與湘東南區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖(據(jù)文獻(xiàn)[5]，修改)

2 泥頁(yè)巖地球化學(xué)特征

2.1 有機(jī)碳含量

根據(jù)國(guó)土資源部油氣戰(zhàn)略中心海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣有利區(qū)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)[14]，泥頁(yè)巖TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.5%即可作為頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)和生產(chǎn)下限，有利的產(chǎn)氣頁(yè)巖有機(jī)碳含量不低于2%。由于湘中和湘東南地區(qū)石炭系和二疊系缺乏鉆井資料，筆者對(duì)該區(qū)露頭樣品進(jìn)行分析，結(jié)果表明漣源冷水江、邵陽(yáng)城南、零陵?yáng)|安和零陵萍洲等露頭剖面的巖關(guān)階組87個(gè)泥頁(yè)巖TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于0.20%~20.94%，平均為1.67%(表1)。湘中和湘東南巖關(guān)階組泥頁(yè)巖的TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1.5%的樣品約占樣品總數(shù)20%，其余樣品TOC含量普遍較低。從區(qū)域分布上看，邵陽(yáng)城南巖關(guān)階組泥頁(yè)巖的TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)比漣源冷水江和零陵地區(qū)要高(表1)。龍?zhí)督M37個(gè)泥頁(yè)巖中以TOC<1.5%為主，也有較多樣品的TOC在2%以上、甚至高達(dá)7.1%~8.1%。漣源凹陷珠梅和斗笠山剖面龍?zhí)督M泥頁(yè)巖的TOC顯著高于邵陽(yáng)凹陷隆回剖面和湘東南坳陷耒陽(yáng)蔭田圩剖面。從縱向上看，龍?zhí)督M泥頁(yè)巖TOC整體顯著高于巖關(guān)階組。從海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)體系來(lái)看，巖關(guān)階組頁(yè)巖氣成藏物質(zhì)基礎(chǔ)較弱，而龍?zhí)督M具有良好的頁(yè)巖氣生成基礎(chǔ)。

2.2 成熟度

根據(jù)GB/T 31483—2015《頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)方法》規(guī)定III型干酪根，其鏡質(zhì)體平均隨機(jī)反射率ran>0.9% (表1)，湘中和湘東南地區(qū)巖關(guān)階組泥頁(yè)巖的成熟度適中、處于成熟階段，個(gè)別樣品處于高過(guò)成熟階段(ran>2.0%)，區(qū)域上成熟度演化變化較小。龍?zhí)督M泥頁(yè)巖的ran普遍處于0.9%~1.5%，漣源凹陷珠梅和斗笠山剖面泥頁(yè)巖的ran較低；邵陽(yáng)凹陷隆回北山剖面泥頁(yè)巖ran最高；湘東南坳陷耒陽(yáng)蔭田圩剖面泥頁(yè)巖的ran居中。包書(shū)景等[15]研究結(jié)果顯示湘中地區(qū)龍?zhí)督M泥頁(yè)巖的熱演化程度在1.10%~2.22%，多數(shù)分布在1.2%~1.6%，與本文研究結(jié)果較為接近。

2.3 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型和顯微組成

巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖干酪根碳同位素值13Cker介于–28.6‰~–22.1‰(表1)，干酪根類(lèi)型為II—III型，以III型為主。根據(jù)干酪根類(lèi)型指標(biāo)與干酪根元素組成之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系[16]，從表1也可以得出巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖干酪根類(lèi)型以III型為主。全巖顯微組分以鏡質(zhì)組和超微組分(顆粒小于1 μm，與黏土礦物均勻混合，無(wú)法精確定量的組分)為主，并含一定量的陸源碎屑、半絲質(zhì)組和絲質(zhì)組，具有明顯的III型干酪根特征(圖2)。

注：0.38~1.63表示最小值~最大值，其他數(shù)據(jù)同。

V—鏡質(zhì)組；Mi—超顯微有機(jī)組分；Cl—黏土礦物；Py—黃鐵礦

2.4 礦物組成

傅雪海等[17]認(rèn)為，煤系較為有利儲(chǔ)層其脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%以上。研究區(qū)巖關(guān)階組頁(yè)巖主要礦物組成為黏土礦物(9.80%~66.40%)和石英(13.50%~ 62.30%)，其次是方解石(0~59.30%)、長(zhǎng)石(0~2.20%)、白云石(0~13.40%)等(圖3a)。漣源凹陷冷水江剖面主要以黏土礦物和石英為主；邵陽(yáng)凹陷邵陽(yáng)城南和零陵凹陷東安剖面黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍低于20%，同時(shí)具有很高含量的方解石；零陵萍洲泥頁(yè)巖以黏土礦物為主，石英次之。X衍射表明巖關(guān)階組在漣源凹陷主要以伊蒙混層、伊利石和綠泥石為主；邵陽(yáng)凹陷則以蒙脫石、伊蒙混層和綠蒙混層為主；零陵凹陷以伊蒙混層、伊利石和綠泥石為主(圖3b)。

龍?zhí)督M泥頁(yè)巖以黏土礦物(49.7%~71.3%)和石英(19.6%~45.00%)為主，其次為長(zhǎng)石(0~9.8%)等(圖3c)。石英和長(zhǎng)石等脆性礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.7%~51.3%。龍?zhí)督M頁(yè)巖黏土礦物由伊蒙混層、伊利石、綠泥石和高嶺石組成，以伊蒙混層和伊利石為主(圖3d)。含有高嶺石這一特征也揭示了龍?zhí)督M成巖演化較低的特征，隨著埋藏深度增加，介質(zhì)條件由酸性向堿性轉(zhuǎn)化，高嶺石向綠泥石或伊利石進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

3 泥頁(yè)巖儲(chǔ)層物性特征

3.1 儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型

張慧等[18-19]將頁(yè)巖孔隙分為主要孔隙如順層縫隙、泥?？?、組分間孔、層間裂縫、有機(jī)孔和其他孔隙如晶間孔、溶蝕孔、片間縫隙，以及構(gòu)造孔隙等。研究區(qū)巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖孔隙整體發(fā)育較差，主要以礦物層間孔、溶蝕孔、有機(jī)孔為主，發(fā)育少量層理裂縫，這與梁家駒等[12]研究結(jié)果相似。圖4a顯示泥頁(yè)巖具有片狀結(jié)構(gòu)，發(fā)育一定的礦物間孔隙，部分孔隙被充填，彼此連通性較差。片狀伊利石呈定向分布，順層發(fā)育一定的孔隙。圖4b—圖4d顯示泥頁(yè)巖被溶蝕的特征，屬于次生孔隙[18]。頁(yè)巖中發(fā)育的溶蝕孔主要為碳酸鹽巖礦物，其次為碎屑長(zhǎng)石[18-19]。其中圖4b顯示礦物致密、整體都具有溶蝕的特征，溶蝕孔之間多孤立存在；圖4c—圖4d顯示碳酸鹽巖礦物被溶蝕，數(shù)量較少，孔徑為幾至幾十微米級(jí)。形成于生氣窗的溶蝕孔對(duì)頁(yè)巖氣賦存具有積極作用。草莓體黃鐵礦晶粒表面呈溶蝕現(xiàn)象(圖4e)，其脫落后殘留的孔隙具有較差的連通性。層間裂縫是指規(guī)模遠(yuǎn)小于層理、大于順層裂縫且平行層理的單向裂縫，以原生為主[18]，一般長(zhǎng)幾十微米，寬幾微米(圖4f)。張慧等[18]認(rèn)為順層裂縫可以是礦物質(zhì)與有機(jī)質(zhì)之間的，也可以發(fā)育在同一礦物之間。頁(yè)巖的層間裂縫能增加頁(yè)巖儲(chǔ)層的各向異性和橫向上的孔滲性。普遍認(rèn)為有機(jī)孔是由于生烴母質(zhì)在熱演化過(guò)程中形成的，多呈納米級(jí)存在于干酪根內(nèi)部或顆粒堆砌成的格架孔中。從圖4g—圖4i可以看出，龍?zhí)督M有機(jī)質(zhì)內(nèi)部發(fā)育一定量的微孔隙或不發(fā)育孔隙。硬性顆粒接觸邊緣發(fā)育較多的微裂縫，寬度一般在十幾至一百多納米，這是由于在生烴過(guò)程中有機(jī)質(zhì)收縮、而無(wú)機(jī)礦物的體積基本保持不變的情況下形成的[20]。郭少斌等[21]對(duì)我國(guó)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖研究也發(fā)現(xiàn)有機(jī)孔發(fā)育較差。相比較于四川盆地海相龍馬溪組，巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖有機(jī)孔發(fā)育較差，可能與其顯微組分構(gòu)成不同有關(guān)。巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖主要顯微組分為鏡質(zhì)組，隨著熱演化程度增加，鏡質(zhì)體內(nèi)孔隙發(fā)育不明顯[22]，這與以腐泥組和固體瀝青為主要特征的龍馬溪組明顯不同，而傾油型的腐泥組和固體瀝青與有機(jī)孔的發(fā)育存在顯著關(guān)系[19,23]。

圖4 湘中與湘東南巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖孔隙類(lèi)型

3.2 孔滲特征

湘中與湘東南地區(qū)巖關(guān)階組泥頁(yè)巖孔隙率在0.41%~2.76%，平均為1.20%，滲透率為(0.09~0.98) × 10-3μm2，平均為0.27×10-3μm2(圖5)；龍?zhí)督M泥頁(yè)巖孔隙度在0.96%~1.78%，平均為1.42%，滲透率為(0.08~0.53)×10-3μm2，平均為0.23×10-3μm2(圖5)。

該結(jié)果與鄂爾多斯盆地海陸過(guò)渡相頁(yè)巖具有很好的可比性，閆德宇等[14]對(duì)鄂爾多斯海陸過(guò)渡相頁(yè)巖測(cè)試表明其平均有效孔隙度為1.12%，平均滲透率為0.037 ×10-3μm2。李國(guó)亮等[24]也發(fā)現(xiàn)龍?zhí)督M泥頁(yè)巖具有非常低的孔滲，其孔隙度為0.4%~1.0%，滲透率皆低于0.04 ×10-3μm2。巖關(guān)階組和龍?zhí)督M的孔隙度明顯低于海相龍馬溪組頁(yè)巖的孔隙[25-26]。龍馬溪組包括硅質(zhì)頁(yè)巖相、鈣質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖相、黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖相、鈣質(zhì)頁(yè)巖相、黏土質(zhì)頁(yè)巖相等，這些巖相之間的孔隙度存在一定的差異，如硅質(zhì)頁(yè)巖相孔隙度為4.1%~6.9%、鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖相孔隙度為4.5%~7.5%、黏土質(zhì)頁(yè)巖相為3.8%~5.2%，整體上都在3.8%以上[25]。本次研究的頁(yè)巖樣品根據(jù)其礦物含量也可分為硅質(zhì)頁(yè)巖相、黏土質(zhì)頁(yè)巖相和鈣質(zhì)頁(yè)巖相，但均具有非常低的孔隙度，可能與海陸過(guò)渡相發(fā)育部分煤系相關(guān)，煤系普遍具有較低的孔滲特征[27-28]。

為了進(jìn)一步研究湘中與湘東南泥頁(yè)巖微觀(guān)孔隙特征，進(jìn)行了氮?dú)馕建C壓汞實(shí)驗(yàn)聯(lián)合表征(圖6)。結(jié)果表明龍?zhí)督M泥頁(yè)巖在低壓階段(0.000 1~0.1 MPa)，汞流體注入速率很慢，揭示大孔及微裂縫發(fā)育較差；在0.1~10 MPa，流體注入速度呈快速增加的狀態(tài)，說(shuō)明了該階段孔隙明顯增多。毛管壓力超過(guò)10 MPa，流體注入速度呈現(xiàn)兩種狀態(tài)，一是以漣源珠梅和耒陽(yáng)蔭田圩為例，呈注入速度放緩的情況，揭示了小尺度的孔隙較少；另一種以隆回北山為代表，注入速度保持增加的狀態(tài)，揭示微觀(guān)孔隙數(shù)量增多。從圖6可以看出，孔隙以半徑10~20 nm的孔隙為主，半徑小于10 nm和大于40 nm的孔隙發(fā)育相對(duì)較少。包書(shū)景等[15]認(rèn)為該套頁(yè)巖壓實(shí)作用強(qiáng)烈，主要發(fā)育了殘留孔、溶蝕孔等，有機(jī)孔發(fā)育較差，導(dǎo)致頁(yè)巖微孔發(fā)育較差。

圖5 湘中與湘東南巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖孔滲分布圖

揭示泥頁(yè)巖物性的控制因素對(duì)于尋找頁(yè)巖氣富集規(guī)律和甜點(diǎn)區(qū)具有重要的意義。從圖7中可以看出巖關(guān)階組和龍?zhí)督M大部分樣品的孔隙度與TOC之間存在一定的正相關(guān)性(圖7a)。然而也有少量低TOC泥頁(yè)巖具有相對(duì)高的孔隙度，可能受礦物孔或微裂縫的影響較大。TOC與滲透率之間也具有一定的正相關(guān)性(圖7b)，說(shuō)明了TOC及較小尺度的有機(jī)孔是滲透率的主要控制因素。巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖中黏土礦物含量與孔隙度之間具有輕微的負(fù)相關(guān)性(圖7c)，說(shuō)明高含量的黏土礦物不利于孔隙系統(tǒng)的建設(shè)，該研究與張國(guó)濤等[29]認(rèn)為黏土礦物是微觀(guān)孔隙的重要因素不完全一致。包書(shū)景等[15]通過(guò)氬離子拋光+掃描電鏡觀(guān)察到龍?zhí)督M泥頁(yè)巖壓實(shí)強(qiáng)烈，黏土礦物孔隙被壓實(shí)，導(dǎo)致其與孔隙度之間存在輕微的負(fù)相關(guān)性，從而導(dǎo)致其對(duì)孔隙發(fā)育影響較小。徐國(guó)盛等[5]也認(rèn)為龍?zhí)督M泥頁(yè)巖的吸附氣含量受TOC控制，其次受黏土礦物影響。滲透率與黏土礦物之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性(圖7d)，說(shuō)明滲透率受黏土礦物影響較小。長(zhǎng)石和碳酸鹽巖等不穩(wěn)定礦物含量與孔隙度之間沒(méi)有相關(guān)性(圖7e)，反映了不穩(wěn)定礦物被溶蝕后產(chǎn)生的孔隙能在一定程度上增加孔隙度、但增幅有限，其對(duì)滲透率影響也較小(圖7f)。

圖6 湘中與湘東南龍?zhí)督M泥頁(yè)巖氣體吸附–壓汞法毛管壓力曲線(xiàn)和孔徑分布

圖7 湘中與湘東南巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖孔滲影響因素

4 泥頁(yè)巖含氣性分析

等溫吸附實(shí)驗(yàn)表明1個(gè)巖關(guān)階組泥頁(yè)巖樣品的吸附氣含量為1.67 cm3/g(TOC=0.55%)，湘頁(yè)1井2個(gè)龍?zhí)督M泥頁(yè)巖樣品的吸附氣含量在2.0~2.5 cm3/g (圖8)，達(dá)到了商業(yè)開(kāi)采的標(biāo)準(zhǔn)(1.1 cm3/g)。包書(shū)景等[15]研究分析的湘中龍?zhí)督M泥頁(yè)巖甲烷吸附量變化范圍在0.82~4.67 cm3/g，平均為2.74 cm3/g。

已有勘探表明，湘頁(yè)1井在龍?zhí)督M鉆探深度為700~800 m，龍?zhí)督MTOC分布為0.45%~8.33%，平均高達(dá)4.81%，成熟度ran分布在1.5%~1.72%，干酪根為腐植型(III型)。湘頁(yè)1井現(xiàn)場(chǎng)解吸顯示總含氣量0.16~1.41 cm3/g，平均只有0.48 cm3/g，可以看出絕大部分都低于1 cm3/g，僅1個(gè)龍?zhí)督M碎煤樣含氣量達(dá)到1.41 cm3/g。依據(jù)GB/T 31483—2015《頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)方法》，湘頁(yè)1井的含氣量低于頁(yè)巖氣含量下限定位1 cm3/g的標(biāo)準(zhǔn)。分析其原因可知，湘頁(yè)1井鉆探資料顯示龍?zhí)督M僅含上部含煤層段，而缺失下部不含煤段，泥頁(yè)巖頂?shù)装鍡l件較差，受后期構(gòu)造改造較為強(qiáng)烈，可能是頁(yè)巖氣含量偏低的原因。然而邵陽(yáng)凹陷2015H-D3井的龍?zhí)督M頁(yè)巖現(xiàn)場(chǎng)解吸氣普遍大于0.5 cm3/g，最高達(dá)2.35 cm3/g，平均為1 cm3/g，證實(shí)了湘中地區(qū)龍?zhí)督M頁(yè)巖氣具有良好的資源潛力[30]。

圖8 巖關(guān)階組與龍?zhí)督M泥頁(yè)巖甲烷等溫吸附曲線(xiàn)

較好的孔隙發(fā)育條件和較發(fā)達(dá)的孔隙系統(tǒng)往往具有好的頁(yè)巖氣儲(chǔ)集條件。北美大部分盆地的頁(yè)巖孔隙度為3%~10%，而研究區(qū)巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖的孔隙度多在3%以下，整體上表現(xiàn)為孔隙系統(tǒng)發(fā)育較差，具有一定的有機(jī)孔和溶蝕孔發(fā)育，黏土礦物孔發(fā)育較少。盡管湘頁(yè)1井現(xiàn)場(chǎng)解吸含氣量低，但原因可能與埋藏淺(1 000 m以淺)、保存條件較差有關(guān)，因此保存條件是湘中頁(yè)巖氣成藏的關(guān)鍵因素，也是勘探成功的首要因素[10]。徐國(guó)盛等[5]研究認(rèn)為湘中和湘東南廣泛發(fā)育垂直層面的裂縫，受構(gòu)造作用影響強(qiáng)烈，此種裂縫利于各層系間氣體的串通，因此，針對(duì)低滲透率的泥頁(yè)巖而言，對(duì)吸附氣的滲流作用非常重要。2015H-D3井具有較高的含氣能力也說(shuō)明了保存條件較好時(shí)，湘中和湘東南地區(qū)頁(yè)巖氣可能具有較高的含氣量和良好的頁(yè)巖氣勘探前景。張成龍等[11]研究認(rèn)為龍?zhí)督M在湘中和湘東南形成了攸縣和永興兩個(gè)頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)。

5 結(jié)論

a.湘中和湘東南地區(qū)巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖處于成熟–高成熟階段，干酪根以III型為主；TOC平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.67%和1.82%，其中巖關(guān)階組高TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的泥頁(yè)巖主要分布在邵陽(yáng)凹陷；龍?zhí)督M高TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的泥頁(yè)巖主要分布在漣源凹陷。

b. 巖關(guān)階組和龍?zhí)督M泥頁(yè)巖孔隙發(fā)育整體較差，孔隙度為0.41%~2.76%、滲透率為(0.08~0.98)× 10-3μm2?？紫抖扰cTOC具有一定正相關(guān)性，與黏土礦物含量呈微弱負(fù)相關(guān)性。

c. 湘中與湘東南龍?zhí)督M泥頁(yè)巖的甲烷等溫吸附量普遍在1.67~2.5 cm3/g，研究區(qū)2015H-D3井龍?zhí)督M泥頁(yè)巖現(xiàn)場(chǎng)解吸氣量普遍大于0.5 cm3/g，最高為2.35 cm3/g，表明湘中和湘東南龍?zhí)督M具有一定的頁(yè)巖氣潛力。

d. 湘中與湘東南巖關(guān)階組海陸過(guò)渡相泥頁(yè)巖TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍較低、頁(yè)巖氣勘探潛力較差，但在邵陽(yáng)城南地區(qū)具有相對(duì)較高的豐度，為今后該層位頁(yè)巖氣勘探有利方向。

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Shale gas potential of Yanguanjie Formation and Longtan Formation in central and southeastern Hunan Province

CAO Taotao1, DENG Mo2, LIU Hu3, HUANG Yanran1, HURSSTHOUSE Andrew Stefan1

(1. Hunan Provincial Key Laboratory of Shale Gas Resource Utilization, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China; 2. Wuxi Research Institute of Petroleum Geology, SINOPEC, Wuxi 214126, China; 3. Sichuan Key Laboratory of Shale Gas Evaluation and Exploration, Chengdu 600091, China)

In order to reveal the shale gas potential and exploration direction of the marine-continental transitional shale in central and southeastern Hunan, samples were collected from the Lower Carboniferous Yanguanjie Formation and Upper Permian Longtan Formation, measurements were conducted on TOC,ran, kerogen carbon isotope, maceral composition, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, porosity, permeability and methane sorption capacity. The results indicate that Yanguanjie Formation and Longtan Formation shale are at the mature stage, and mainly dominated by type III kerogen. The Longtan shale generally has higher TOC content, while Yanguanjie shale has usually low TOC content. The minerals are mainly dominated by clay mineral and quartz, some Yanguanjie shale has high content of calcite. Pores in the two set of shales are not well developed, and their main pores are organic matter pore, dissolution pore and microfracture. The porosity of the Yuanguanjie and Longtan shales varies from 0.41% to 2.73%, and the permeability is between 0.08×10-3μm2and 0.98×10-3μm2. The porosity is positively affected by TOC content. Unstable minerals such as feldspar and carbonate could provide some pore space, but have limited influence on shale physical property. However, the porosity is negatively correlated with clay mineral content. Methane sorption capacity of shales is generally between 1.67 and 2.5 cm3/g. The desorbed gas content of Longtan Formation shales from well 2015H-D3 is generally higher than 0.5 cm3/g, with a highest value of 2.35 cm3/g, indicating that Longtan Formation in central and southeastern Hunan Province has a certain shale gas potential. However, the shale gas potential of the Yanguanjie Formation is relatively weaker compared to Longtan Formation.

shale gas; pore structure; gas-bearing capacity; Yanguanjie Formation; Longtan Formation; central and southeastern Hunan

TE122；P618.130.2+1

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2019.04.015

1001-1986(2019)04-0094-010

2018-10-29

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41802163)；湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2018JJ3152)；四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2018JZ003)

National Natural Science Foundation of China(41802163)；Hunan Provincial Natural Science Foundation of China(2018JJ3152)；Science and Technology Plan Project of Sichuan(2018JZ003)

曹濤濤，1987年生，男，河南商丘人，博士，講師，從事非常規(guī)油氣地質(zhì)與地球化學(xué)相關(guān)工作. E-mail：515165359@163.com

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(責(zé)任編輯 范章群)