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中揚子地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣成藏關鍵地質因素

2020-07-02 02:39陳孔全李君軍唐協(xié)華沈均均王鵬萬孟江輝
天然氣工業(yè) 2020年6期
關鍵詞:亞段揚子龍馬

陳孔全 李君軍 唐協(xié)華 沈均均 王鵬萬 彭 軍 孟江輝

1.長江大學非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 2.中國石油浙江油田公司3.中國石油浙江油田公司勘探開發(fā)研究院 4.中國石油杭州地質研究院

0 引言

我國揚子地區(qū)廣泛沉積了一套奧陶系—志留系的海相黑色筆石頁巖,其總有機碳含量(TOC)一般大于2%,是中國南方頁巖氣勘探開發(fā)的重點層系[1-4]。目前,已在該層系發(fā)現(xiàn)了威遠、長寧和涪陵3個大型頁巖氣田,并形成了富順—永川、彭水等頁巖氣產區(qū)。據(jù)我國自然資源部2018年公布的頁巖氣資源數(shù)據(jù)顯示,頁巖氣已探明儲量超過1h1012m3,年產氣量超過100h108m3。近年來,學者們開始重視五峰組—龍馬溪組頁巖氣富集機理及主控因素研究,認為五峰組—龍馬溪組頁巖氣富集主要受到3個方面因素的控制:①TOC與含氣量具有較好的正相關性,富有機質頁巖是頁巖氣富集的物質基礎[5-9];②大量有機質孔和特殊裂縫的組合是頁巖氣富集的保障[10-12];③揚子地區(qū)經歷了加里東、海西、印支、燕山和喜馬拉雅多期次復雜的構造運動,有利的構造保存條件對頁巖氣富集起到了關鍵作用[13]。雖然目前我國3 500 m以淺的海相頁巖氣已經實現(xiàn)了規(guī)模開發(fā),也形成了一套符合自身特點的勘探開發(fā)模式和儲層分類評價體系,但相關的頁巖氣產區(qū)及所對應的研究工作則主要集中在上揚子地區(qū)的四川盆地及其周緣,對中揚子地區(qū)的頁巖氣勘探還不夠深入。中揚子地區(qū)五峰組—龍馬溪組具有富有機質頁巖厚度大、TOC高、有機質成熟度高的特點,具有良好的頁巖氣勘探潛力[14-20],作為我國頁巖氣勘探開發(fā)的重要接替區(qū),被關注程度越來越高。

自2012年開始,中國石油天然氣股份有限公司(以下簡稱中國石油)、中國石油化工股份有限公司(以下簡稱中國石化)和自然資源部直屬的中國地質調查局(以下簡稱地質調查局)在中揚子地區(qū)針對五峰組—龍馬溪組頁巖氣開展了大量的前期勘探工作。其中,中國石化在重慶—恩施地區(qū)完鉆的HY1井、LY1井和EY1井在五峰組—龍馬溪組均見到較好的氣顯示,EY1井的全烴含量高達5.86%[21]。中國石油在巫溪地區(qū)完鉆的WX1井和WX2井揭示出該區(qū)含氣量超過3.00 m3/t的優(yōu)質頁巖儲層高達34 m;在當陽復向斜內完鉆的J101、J102、YT1和YT2等井的優(yōu)質頁巖段含氣量介于2.28~4.30 m3/t,平均值為3.20 m3/t,具有較高的含氣性特征。地質調查局在當陽西部宜昌斜坡帶完鉆的YD1井和YY2井的優(yōu)質頁巖段含氣量介于0.15~2.67 m3/t,平均值為1.75 m3/t,有一定的含氣性顯示。由此可見,中揚子地區(qū)五峰組—龍馬溪組具有良好的頁巖氣勘探開發(fā)前景,但不同地區(qū)的勘探效果卻存在著明顯的差異,對區(qū)內五峰組—龍馬溪組頁巖氣富集條件認識不清可能是制約其勘探成效的關鍵因素。為此,筆者以中揚子荊門探區(qū)及周緣五峰組—龍馬溪組為研究對象,結合前人的研究成果,利用最新的鉆井和取心資料,對五峰組—龍馬溪組沉積環(huán)境、儲層特征和頁巖氣保存條件等關鍵地質要素進行了深入分析,并與四川盆地焦石壩、長寧等頁巖氣主要產區(qū)進行了對比,以期揭示研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣富集的主控因素、為中揚子地區(qū)下一步的頁巖氣勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質背景

中揚子地區(qū)泛指襄廣斷裂以南、江南斷裂以北、齊岳山斷裂以東區(qū)域,地理位置處于湖北省、湖南省及重慶市交匯區(qū)域,面積約15.5h104km3[22],構造上屬于揚子準臺地,南有江南—雪峰造山帶,北有秦嶺造山帶[23](圖1-a)。中揚子地區(qū)經歷晉寧運動形成穩(wěn)定的地臺后,先后受到了加里東期、海西期、印支期、燕山期及喜馬拉雅期等重大構造運動的改造,經歷了被動大陸邊緣盆地、前陸盆地、克拉通盆地和斷陷盆地等多個構造演化階段[24]。荊門探區(qū)構造上處于中揚子當陽復向斜內部,其西側為黃陵背斜、東側為樂鄉(xiāng)關—潛江復背斜,整體呈北北西向展布(圖1-b),定型于早燕山末期的寧鎮(zhèn)運動[25]。研究區(qū)在前震旦系變質巖基底上發(fā)育的震旦系至下三疊統(tǒng)淺海碳酸鹽巖及碎屑巖沉積,厚達6 000~7 000 m,除泥盆系、石炭系發(fā)育不全外,其余層系發(fā)育良好,中三疊統(tǒng)為海陸過渡相碎屑巖沉積,上三疊統(tǒng)至侏羅系為湖泊相砂、泥巖沉積(圖1-c)。區(qū)內頁巖氣探井主要位于當陽復向斜中部,勘探層位為五峰組—龍馬溪組(圖1-c)。

龍馬溪組為早志留紀的筆石地層,在中上揚子地區(qū)廣泛分布[26-27]。研究區(qū)龍馬溪組自下而上可劃分為3個巖性段:龍一段為黑色、深灰色硅質頁巖,底部富含有機質,TOC一般大于0.5%;龍二段為灰色、灰綠色黏土質頁巖和粉砂質泥巖,TOC一般小于0.5%;龍三段為灰綠色、淺灰色粉砂質泥巖或泥巖,夾薄層灰色粉砂巖,TOC一般不超過0.5%;頁巖氣主力產層為龍一段下部。五峰組為黑色筆石頁巖,厚度一般介于5~10 m,TOC介于2.0%~5.0%,由底至頂逐漸升高(圖2)。

筆者研究重點層段為五峰組—龍馬溪組一段,該段黑色頁巖中筆石生物帶發(fā)育齊全,分布穩(wěn)定,未有缺失[27]。根據(jù)測井曲線自然伽馬的形態(tài)變化特征將龍一段由底至頂依次劃分為4個亞段(以下簡稱為)(圖2),由北至南各亞段厚度減薄明顯。

圖1 中上揚子地區(qū)五峰組—龍馬溪組沉積期地質圖

2 富有機質頁巖沉積環(huán)境

安靜、穩(wěn)定的半深水—深水環(huán)境是海洋富有機質形成和保存的最佳環(huán)境[14]。在晚奧陶世五峰沉積期,揚子地區(qū)的邊緣古隆起形成,特別是雪峰古隆起、川中古隆起和黔中古隆起出露海面之上,使早中奧陶世由具有廣海特征海域轉變?yōu)楸宦∑鸢鼑木窒藓?,形成大面積低能、欠補償、缺氧的沉積環(huán)境[28],研究區(qū)在這一時期均處于深水陸棚相沉積環(huán)境中,沉積以黑色富含筆石的碳質頁巖和硅質頁巖為主,厚度介于4~6 m,不含鈣質;經歷觀音橋期短暫的冰期作用之后,進入早志留世龍馬溪期,此時冰川開始消融,海平面迅速上升,在半封閉的盆地底部形成貧氧帶[29]。研究區(qū)在龍馬溪組沉積早期繼承了五峰期的古地理背景,同樣處于深水陸棚的沉積環(huán)境中,發(fā)育黑色碳質頁巖和硅質頁巖組合,厚度介于6~24 m,不含鈣質。五峰組—龍馬溪組沉積早期(S1l13沉積期),中揚子發(fā)育有石柱—巫溪和南漳兩個沉降中心,優(yōu)質頁巖厚度分別介于60~80 m、40~80 m,研究區(qū)緊臨中揚子北部的南漳沉降中心,為深水陸棚沉積環(huán)境(圖1),其水體較深、安靜、穩(wěn)定、有機質豐富(有孔蟲、放射蟲、海綿骨針和筆石發(fā)育),是優(yōu)質頁巖形成(TOC>2%)的主要時期。由南至北(YY2井→YT1井→YT2井→J102井→J101井),優(yōu)質頁巖厚度分別為13.5 m、17.0 m、17.0 m、19.0 m和30.0 m,增厚趨勢明顯;由J101井繼續(xù)向北,優(yōu)質頁巖厚度持續(xù)增厚,主要分布在30~40 m范圍內(圖1-b)。

圖2 YT1井五峰組—龍馬溪組綜合柱狀圖

進入龍馬溪組沉積中晚期(S1l14沉積期后),華夏古陸與揚子板塊的碰撞拼合加劇,揚子臺地整體抬升,陸源補給量增大,沉降中心逐漸向西北方向遷移,優(yōu)質頁巖沉積區(qū)也隨之遷移。研究區(qū)原有的安靜、穩(wěn)定、封閉的水體環(huán)境被打破,主要發(fā)育有深灰色黏土質頁巖和灰色粉砂質泥巖組合,處于半深水—淺水陸棚沉積環(huán)境中,水體變淺,筆石豐度降低,有機質不發(fā)育。

3 頁巖氣儲層特征

3.1 有機地球化學特征

圖3 中揚子地區(qū)五峰組—龍一段TOC分布直方圖

通過對研究區(qū)4口重點評價井五峰組—龍一段210個頁巖樣品TOC的分析(圖3)發(fā)現(xiàn):①垂向上,TOC高值段主要位于五峰組—S1l13亞段的深水陸棚相沉積環(huán)境中,介于1.33%~7.16%,平均值為3.60%;進入S1l14亞段的半深水陸棚沉積環(huán)境后,水體變淺,砂質含量升高,各井TOC呈明顯降低趨勢,TOC介于0.13%~3.94%,平均值為1.18%,其中,大于2%的高值段僅出現(xiàn)在J101井S1l14亞段底部,在J101井以南,TOC一般小于1%,平均值介于0.3%~0.7%。②橫向上,由南至北,各亞段TOC呈逐漸升高之勢,TOC>2%的富有機質頁巖段發(fā)育結束層位逐漸變新,沉積中心向西北方向遷移的趨勢明顯。

研究區(qū)五峰組—龍一段暗色泥頁巖干酪根顯微組分主要為腐泥無定形及少量鏡質體,有機質類型以腐泥型為主,少量偏腐泥混合型。J101井15個樣品和YT1井7個樣品(圖2)的瀝青鏡質體反射率(Ro)測試表明,五峰組—龍一段的Ro介于2.6%~3.2%,平均值為2.8%,表明該段頁巖處于過成熟階段。

綜上分析表明,中揚子地區(qū)五峰組—S1l13亞段富有機質頁巖有機質豐度高,母質類型好,成熟度較高,處于有效生氣窗內,能夠為頁巖氣的富集高產提供充足的物質基礎。

3.2 巖相及礦物組成特征

研究區(qū)內J101井、J102井和YT1井114塊樣品的全巖X衍射和黏土礦物X衍射測試結果(圖4)表明:①五峰組—S1l13亞段以硅質頁巖相和硅質黏土質混合頁巖相為主,可見大量的有孔蟲、放射蟲和海綿骨針等硅質生物,且TOC與石英含量成正相關;石英以生物成因為主,含量介于34%~85.5%,平均值為51.2%;斜長石含量介于2.0%~13.6%,平均值為6.8%;碳酸鹽礦物含量介于0~9.9%,平均值為5.2%;黏土礦物含量介于9.0%~51.8%,平均值為28.7%(其中伊利石含量介于58.0%~77.0%,平均值為67.1%;伊/蒙混層含量介于9.0%~28.0%,平均值為20.6%)。②S1l14亞段以黏土質頁巖相為主,黏土質硅質混合頁巖相次之,硅質生物極為少見,可見大量的陸源石英碎屑顆粒,含量介于25.4%~43.0%,平均值為36.9%;斜長石含量介于7.0%~12.0%,平均值為8.3%;碳酸鹽礦物含量介于0~8.0%,平均值為0.8%;黏土礦物含量介于42.1%~55.6%,平均值為51.0%(其中伊利石含量介于50.0%~67.0%,平均值為58.3%;伊/蒙混層含量介于7.0%~21.0%,平均值為14.3%)(圖2、4)。

一般認為石英、長石和碳酸鹽礦物含量越高,蒙脫石含量越低,巖石脆性越強,壓裂過程更容易形成天然裂縫和誘導縫,有利于天然氣的滲流[30]。通過上述分析可發(fā)現(xiàn),研究區(qū)五峰組—S1l13亞段硅質頁巖相和黏土質硅質混合頁巖相具有較高的脆性礦物含量(石英+長石+碳酸鹽礦物含量平均值為63.2%)和較低的黏土礦物含量,且膨脹性礦物高嶺石和蒙脫石含量極低,具有較好的可壓裂性,為有利巖石相類型;S1l14亞段黏土質頁巖相脆性礦物含量降低(平均值為45.2%),黏土礦物含量高,不利于壓裂施工作業(yè)。

3.3 儲集空間類型及特征

3.3.1 物性特征

巖心柱塞樣品測試結果(表1)顯示,研究區(qū)五峰組—S1l11亞段孔隙度介于0.86%~7.44%,平均值達到3.33%,按中國石油孔隙度分類標準,屬于Ⅰ—Ⅲ類儲層,具備較好頁巖氣儲集能力;S1l14亞段孔隙度明顯降低,實測數(shù)值僅有0.31%,屬于Ⅳ類儲層,頁巖氣儲集能力較差。

3.3.2 孔隙類型及發(fā)育特征

FIB-SEM對頁巖孔隙形態(tài)、數(shù)量及分布狀況的定量觀察結果顯示,研究區(qū)五峰組—龍一段頁巖儲層孔隙可分為有機孔、無機孔和微裂縫3種類型,其中有機孔最為發(fā)育,無機孔隙包括黏土礦物層間孔、黃鐵礦晶間孔、粒內孔、溶蝕孔和顆粒邊緣縫。

圖4 中揚子地區(qū)五峰組—龍馬溪組巖石相劃分三端元圖

有機孔被普遍認為是富有機質頁巖在高—過成熟階段形成的,存在于有機質內部[1],為研究區(qū)主要孔隙類型,多呈橢圓形與不規(guī)則的多邊形(圖5-a),孔徑一般為納米級,常見分散有機質與黃鐵礦和生源石英伴生,在黃鐵礦顆粒間及石英顆粒間發(fā)育有機質納米孔(圖5-b、c);成巖演化過程中,蒙脫石逐漸向伊利石轉化,體積隨之縮小,在絲片狀伊利石間形成大量的層間微孔隙,多呈相互平行排列,連通性較好(圖 5-d);黃鐵礦在研究區(qū)一般呈集合體形式存在,由許多小的黃鐵礦晶粒組成,晶間微孔隙多為納米級(圖5-e);粒內孔在研究區(qū)主要出現(xiàn)于石英、金紅石及磷灰石顆粒內部,多由于溶蝕作用或晶格缺陷所形成,所占比例極低,往往孤立存在,以三角形或多邊形為主(圖5-f~h);在石英和白云石等脆性礦物顆粒邊緣易發(fā)育微孔縫,形態(tài)受原始孔隙和成巖作用的共同控制,多為不規(guī)則形態(tài),連通性較差(圖5-i);微裂縫較發(fā)育,多呈鋸齒狀或曲線狀,延伸長度較大,寬度一般介于50~100 nm,為游離氣提供了儲集空間,也有助于吸附氣解吸,是氣體滲流的重要通道。

3.3.3 孔隙結構特征

低溫低壓氮氣吸附實驗能獲得頁巖樣品的吸附—脫附曲線、孔體積和比表面積等結果可以定量表征孔隙結構發(fā)育及變化特征。依據(jù)國際純粹與應用化學聯(lián)合會(IUPAC)分類標準,頁巖孔隙被分為微孔(小于2 nm)、介孔(介于2~50 nm)和大孔(大于50 nm),其中介孔又可分為小介孔(介于2~10 nm)和大介孔(介于10~50 nm)[31]。

表1 中揚子地區(qū)五峰組—龍一段頁巖地質特征參數(shù)表

圖5 中揚子地區(qū)五峰組—龍一段頁巖儲集空間特征照片

3.3.3.1 氮氣吸附—脫附曲線特征

通過對研究區(qū)五峰組—龍一段11個樣品進行低溫N2吸附—解吸實驗,得到樣品的吸附—脫附曲線(圖6),吸附曲線形態(tài)均呈反“S”形,具有明顯的分段性特點:在低壓段呈快速上升趨勢,吸附機制為液氮在樣品表面呈單層吸附或微孔充填;在中壓段上升較為緩慢,其吸附質由單層向多層的過渡;在高壓段快速上揚,為液氮分子在大孔隙內發(fā)生的毛細凝聚,類似于 Brunauer-Deming-Deming-Teller(BDDT)分類的Ⅱ型等溫曲線[32-33],表明頁巖儲層發(fā)育有從微孔—中孔的一系列連續(xù)性孔隙,同時存在一定數(shù)量的大孔。滯后環(huán)形狀是對頁巖孔隙類型的反映,其差異性反映了納米孔隙形態(tài)復雜多樣,研究區(qū)五峰組—亞段頁巖樣品的滯后環(huán)近似于IUPAC標準分類中的H3型曲線,兼有H4型特征(圖6-a),多為四邊開放的平行板狀孔,連通性較好,有利于頁巖氣體的運移和儲存[12];S1l14亞段頁巖樣品不再產生滯后環(huán)(圖6-b),孔隙類型主要為單邊封閉的盲孔,孔隙結構明顯變差[34],推測S1l14亞段沉積時水體變淺,陸源補給量增大,有機質含量降低,有機孔數(shù)量減少,頁巖中較高含量的纖維狀伊利石間發(fā)育大量的粒間孔,在成巖壓實作用和石英顆粒對孔隙充填的影響下,形成盲孔所致。

3.3.3.2 孔隙結構參數(shù)特征

通過低溫氮氣吸附法對微孔、介孔和宏孔進行分析,采用BET模型線性回歸求得比表面積,BJH模型求得總孔容。實驗結果(表1)顯示,研究區(qū)五峰組—S1l13亞段頁巖樣品的BET比表面積介于13.13~38.77 m2/g,平均值為22.74 m2/g,其中由微孔提供的比表面積介于6.02~22.87 m2/g,平均值為10.70 m2/g,所占比表面積比例平均值為44.3%,貢獻了頁巖主要比表面積;BJH總孔容介于0.008 3~0.025 2 cm3/g,平均值0.016 2 cm3/g,由微孔提供的孔容介于0.002 5~0.009 3 cm3/g,平均值為0.004 5 cm3/g,所占孔容比例平均值為33.3%;平均孔徑介于5.03~9.04 nm,平均值為6.93 nm,屬于小介孔。S1l14亞段頁巖樣品的BET比表面積介于4.80~5.39 m2/g,平均值為5.15 m2/g,由微孔提供的比表面積介于0.37~0.68 m2/g,平均值為0.55 m2/g,所占比表面積比例平均為10.6%;BJH總孔容介于0.020 6~0.021 0 cm3/g,平均值為0.020 8 cm3/g,由微孔提供的孔容介于0.000 1~0.000 3 cm3/g,平均值為0.000 2 cm3/g,所占總孔容比例平均值僅1.1%;平均孔徑介于14.96~16.15 nm,平均值為15.52 nm,屬于大介孔(表1)。綜上分析數(shù)據(jù)表明,五峰組—S1l13亞段比表面積較S1l14亞段高,微孔和小介孔所提供的比表面積和孔體積比例也較S1l14亞段高,說明五峰組—S1l13亞段深水陸棚沉積環(huán)境所形成的頁巖儲層相具有更多的微孔和小介孔,吸附空間相對更大,可為甲烷提供大量的吸附點位,優(yōu)于S1l14亞段。

3.4 含氣性特征及影響因素

3.4.1 含氣性特征

研究區(qū)J101、J102、YT1、YT2和YY2等5口探井五峰組—S1l13亞段頁巖氣儲層的總含氣量(解析氣+殘余氣+損失氣)介于1.20~5.80 m3/t,平均值為3.20 m3/t,表現(xiàn)出較高的含氣豐度。其中,損失氣量最高,介于0.87~2.70 m3/t,平均值為1.62 m3/t;其次為解吸氣量,介于0.53~1.63 m3/t,平均值為1.08 m3/t;殘余氣量最低,介于0.02~0.19 m3/t,平均值為0.13 m3/t;S1l14亞段頁巖氣儲層的總含氣量介于0.11~1.86 m3/t,平均值為0.97 m3/t,較五峰組—S1l13亞段明顯下降,解吸氣量介于0.03~0.66 m3/t,平均值為0.29 m3/t,損失氣量介于0~1.23 m3/t,平均值為0.62 m3/t,殘余氣量介于0.03~0.14 m3/t,平均值為0.09 m3/t。

圖6 YT1井和YT2井五峰組—龍一段頁巖吸附—脫附曲線圖

氣體組分測試結果顯示,五峰組—龍一段頁巖氣以甲烷為主,平均含量為91%,含少量的乙烷、氮氣和二氧化碳等氣體,不含硫化氫,說明研究區(qū)天然氣干燥系數(shù)較高,品質較好。

3.4.2 含氣性影響因素分析

TOC控制了頁巖儲層的生烴和儲集能力,是決定頁巖氣富集高產的關鍵因素。研究區(qū)五峰組—龍一段頁巖氣儲層中,總含氣量與TOC具有明顯的正相關性;BET比表面積、微孔比表面積和TOC也呈現(xiàn)明顯的正相關性(圖7),且微孔所提供的比表面積占比較高,可為甲烷分子的吸附提供大量的位點,由此可見有機質孔隙的發(fā)育程度是制約含氣性的重要因素。五峰組—S1l13亞段頁巖樣品具有較高的TOC,可提供大量的有機質孔;S1l14亞段半深水陸棚微相TOC開始降低,有機質孔減少,相應的含氣量也明顯降低。

3.5 巖石力學性質

三軸力學實驗結果顯示,研究區(qū)頁巖氣主力產層(五峰組—S1l13亞段)巖石力學參數(shù)楊氏彈性模量介于36.0~40.0 GPa,平均值為38.3 GPa,泊松比介于0.229~0.268,平均值為0.249,達到了北美優(yōu)質頁巖儲層脆性標準(楊氏彈性模量大于20 GPa,泊松比小于0.25);巖石聲發(fā)射實驗結果表明,研究區(qū)最大水平主應力方向為近東西向(175°~185°),裂縫相對較發(fā)育,走向與最大主應力方向基本垂直,兩向應力差較大,介于16.3~21.7 MPa。此外,荊門探區(qū)產層埋深介于3 125~4 094 m,地層破裂壓力梯度介于2.31~2.68 MPa/100 m,施工壓力較高,平均值介于65~93 MPa,明顯高于焦石壩區(qū)塊(42 MPa),與長寧區(qū)塊(56~66 MPa)大致相當,儲層壓裂施工難度較大。

圖7 中揚子地區(qū)五峰組—龍一段TOC與含氣量、比表面積關系圖

4 頁巖氣保存條件

研究區(qū)位于黃陵古隆起以東,主體呈北北西向展布,且向東南埋深逐漸增大。區(qū)內早期構造變形主要受北部秦嶺—大別造山作用控制,由北東向南西,擠壓應力逐漸減小,構造變形逐漸減弱;晚期受區(qū)域拉張作用影響,早期逆沖斷層發(fā)生反轉形成正斷層,并在侏羅紀地層之上沉積白堊系—第四系。以通城河斷層為界,西側宜昌斜坡帶構造變形弱,地層平緩,斷裂不發(fā)育,總體受黃陵背斜的影響,為一較寬緩的斜坡,遠離剝蝕區(qū)處頁巖氣保存條件較好;東側當陽復向斜主體為兩個逆沖背斜及其所夾向斜形成的寬緩復向斜,其中東、西兩側背斜受晚期拉張作用影響,正斷層發(fā)育,背斜氣藏被破壞,頁巖氣保存條件變差,而核部(遠安斷層與謝家灣斷層所夾持區(qū)域)向斜形態(tài)完整,大斷裂不發(fā)育,上覆地層未被破壞,蓋層封閉性好,具備有利于頁巖氣保存的構造條件(圖8)。

5 與長寧區(qū)塊、焦石壩頁巖氣儲層關鍵參數(shù)對比

圖8 荊門—宜昌地區(qū)地質構造剖面圖

中揚子地區(qū)與長寧區(qū)塊和焦石壩區(qū)塊頁巖氣除了在富有機質頁巖的產出層段、沉積環(huán)境、總有機質含量、有機質類型及巖相組合上具有一定的相似性外,其余參數(shù)均差異明顯(表2)。

從產層特征對比(表2)來看,荊門探區(qū)富有機質頁巖厚度一般介于17~39 m,低于長寧和焦石壩區(qū)塊,受華夏板塊與揚子板塊碰撞拼合的影響,沉積中心向西北遷移趨勢明顯,富有機質頁巖沉積厚度增厚、發(fā)育結束層位逐漸變新[10];地球化學特征、物性和含氣性參數(shù)對比發(fā)現(xiàn),荊門探區(qū)TOC及分布區(qū)間、有機質類型和成熟度與長寧和焦石壩區(qū)塊類似,孔隙度、吸附能力和含氣量等參數(shù)低于長寧和焦石壩區(qū)塊;脆性參數(shù)對比發(fā)現(xiàn),荊門探區(qū)脆性礦物含量和石英含量均高于長寧和焦石壩區(qū)塊,楊氏模量高于長寧區(qū)塊,與焦石壩區(qū)塊相當,泊松比則比長寧區(qū)塊和焦石壩區(qū)塊都高,具有較好的可壓裂性;荊門探區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣主力產層具有埋藏較深,同時兩向應力差較大的特點,與長寧區(qū)塊大致相當,為焦石壩區(qū)塊的3~5倍;荊門探區(qū)地層壓力系數(shù)介于1.19~1.51,屬于高壓地層,低于長寧和焦石壩區(qū)塊(表2)。

表2 荊門探區(qū)與長寧和焦石壩區(qū)塊頁巖氣關鍵地質參數(shù)對比表

整體來看,研究區(qū)優(yōu)質頁巖厚度較大,成藏物質基礎、可壓裂性及頁巖氣吸附和保存條件較好,具備形成高產頁巖氣田的地質基礎,但同時兩向應力差大、埋藏深和壓力系數(shù)較低也為后期的規(guī)模開發(fā)和穩(wěn)產帶來了挑戰(zhàn)。此外,由荊門探區(qū)向南進入宜昌斜坡帶后,產層關鍵地質參數(shù)均明顯變差,受沉積環(huán)境控制作用明顯,建議區(qū)內下一步勘探方向應向北部推進。

6 結論

1)中揚子地區(qū)五峰組—龍一段主要發(fā)育深水陸棚和半深水陸棚兩種沉積微相類型。其中,五峰組—S1l13亞段屬于深水陸棚微相沉積,S1l14亞段屬于半深水陸棚相沉積,富有機質頁巖主要發(fā)育在深水陸棚微相中,厚度介于15~39 m,由南至北逐漸增厚趨勢明顯。

2)五峰組—龍馬溪組優(yōu)質頁巖儲層發(fā)育于五峰組—S1l13亞段,具有較高的TOC、高熱演化程度、有機質類型穩(wěn)定,為頁巖氣成藏提供了充足的物質基礎;脆性礦物含量、泊松比和楊氏模量較高,黏土礦物含量低且分布穩(wěn)定,頁巖儲層可壓裂性好;儲層孔隙類型以有機質孔為主,連通性較好,具有較大的比表面積和孔體積,為頁巖氣的吸附和保存提供了良好的空間。當陽復向斜內頁巖氣保存條件較好,頁巖氣儲層含氣量較高,頁巖氣富集地質條件較好。

3)研究區(qū)與長寧和焦石壩區(qū)塊頁巖氣在富有機質頁巖的產出層段、沉積環(huán)境、有機質含量與類型、成熟度及巖相組合上具有一定的相似性,但優(yōu)質頁巖厚度、孔隙度、吸附能力、含氣量和地層壓力系數(shù)有所降低,埋藏深度較長寧和焦石壩區(qū)塊深,兩向應力差與長寧區(qū)塊相當,較焦石壩區(qū)塊明顯高??傮w認為,該區(qū)塊五峰組—龍馬溪組具備良好的頁巖氣勘探開發(fā)潛力,但高應力差、大埋深和相對較低的壓力系數(shù)也為后期的經濟開發(fā)和規(guī)模上產帶來了挑戰(zhàn)。

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