渝東北寒武系下統水井沱組頁巖氣成藏地質條件評價

張志平

程禮軍，曾春林，汪生秀 (重慶市頁巖氣資源與勘查工程技術研究中心(重慶地質礦產研究院)，重慶 400042)

王巧麗，謝治國，姜生玲，黃榮安 (油氣資源與探測國家重點實驗室重慶頁巖氣研究中心，重慶 400042)

渝東北寒武系下統水井沱組頁巖氣成藏地質條件評價

程禮軍，曾春林，汪生秀 (重慶市頁巖氣資源與勘查工程技術研究中心(重慶地質礦產研究院)，重慶 400042)

王巧麗，謝治國，姜生玲，黃榮安 (油氣資源與探測國家重點實驗室重慶頁巖氣研究中心，重慶 400042)

頁巖氣是當前我國重點勘探的非常規天然氣資源。重慶渝東北地區寒武系下統水井沱組黑色頁巖廣泛發育，厚度較大，有機地化參數、物性等指標表明該區具備頁巖氣藏的地質條件。參照國外標準，并結合渝東北地區實際情況優選出該區寒武系下統水井沱組頁巖氣資源潛力有利區，并運用面積豐度類比法、體積法、特爾菲法等計算渝東北地區寒武系下統有利區頁巖氣資源量。

渝東北;頁巖氣;水井沱組;有利區;資源量

1 區域概況

重慶渝東北地區大部分處于揚子準地臺的西北部，僅城口、巫溪的北部處于秦嶺地槽褶皺系的南部。寒武紀時期該區以冒地槽型沉積為主，廣泛沉積了幾百米厚的黑色頁巖，經歷了多期構造運動[1-3]。

1.1區域地層

渝東北地區地層發育較好，出露齊全，層序明晰，接觸關系清楚，沉積穩定，化石種類繁多，小區出露最老的地層為震旦系下統，分布于最北部。最新地層為三疊系中統下統，其中石炭系、泥盆系缺失,第四系零星分布。

1.2區域構造

渝東北地區屬揚子準地臺之大巴山凹褶束，位于南大巴山弧形構造帶南段。南大巴山弧形構造帶自城口縣廟壩，由北西向折轉向南東至巫溪高樓、中梁、兩河一帶呈近東西向展布，整個弧形構造外緣向南西略為凸出，是受順時針旋扭應力作用下所形成，由一系列弧形沖斷層和弧形褶曲組成[4]。弧形背斜往往伴生大型沖斷群，向斜則相對保存較完整，斷層不發育。

1.3區域沉積

渝東北地區早寒武世早期海水由西往東加深，沉積物為黑色砂巖、頁巖、泥質頁巖夾硅質巖的建造組合。早寒武世中-晚期，海水變淺，水體由滯流變為暢通，由還原轉為氧化環境。沉積物主要為灰綠色頁巖、泥巖、砂巖夾灰巖；中、晚寒武世，海水進一步變淺，沉積物主要為白云巖、白云質灰巖夾砂泥質組合。北部地槽區是位于揚子與華北2個陸表海之間的一個活動性較強的陸緣海槽，早寒武世活動較強，屬于淺海-半深海環境，沉積水井沱組和箭竹壩組炭硅質泥砂巖、頁巖夾碳酸鹽巖。中、晚寒武世活動性減弱，地殼上升為陸表海環境，沉積了毛壩關組、八卦廟組、八仙組碳酸鹽巖及炭泥質巖。

2 地層發育特征

該套富有機質頁巖富有機質層段地層厚度較大，普遍60～250m，局部受到斷裂影響，地層有所缺失。研究區東南部廟堂-平河一帶和西北部明通-雙河一帶為厚度高值區(見圖1)，反映了沉積時有豐富的物源供應，推測為當時的沉積中心。

3 有機地化特征

3.1有機碳

寒武系下統水井沱組富有機質頁巖有機碳含量(TOC)變化較大，從0.4%～12.6%，主體分布在1%～6%之間，均值為2.9%。平面上有TOC高值區集中在城口地區，即城口縣垃圾場、太平鄉油房溝一帶，TOC大于3%，平均值達3.62%；東安寒風埡、巫溪魚鱗、巫溪順陽村一帶TOC相對較低，分布在1.5%～3%之間(見圖2)。

圖1 渝東北寒武系下統水井沱組厚度等值線圖

圖2 渝東北地區寒武系下統水井沱組TOC等值線圖

3.2成熟度

圖3 渝東北地區寒武系下統水井沱組有機質成熟度等值線圖

該套富有機質頁巖總體演化程度較高，全區寒武系下統黑色富有機質頁巖未見有機質成熟度小于1%的區域，各條剖面的單個樣品的有機質成熟度1.6%～3.75%，平均2.31%。平面上，可見形成修齊-廟壩和魚鱗-蘭英2個高值區(見圖3)，成熟度(Ro)均超過2.1%。

3.3有機質類型

渝東北寒武系下統樣品中有機顯微組分以MB(腐泥質)、E(殼質組)為主，V(鏡質組)次之，I(惰質組)基本未出現。依據有機質類型指數(TI)值[5]判斷出渝東北地區寒武系下統水井沱組富有機質頁巖有機質類型多為Ⅰ型(見表1),是有利的生氣源巖。

表1 富有機質顯微組分定量統計結果

4 物性特征

4.1孔隙度、滲透率及裂縫

渝東北地區富有機質頁巖均具有較高的孔隙度，大致分布3.73%～7.53%，平均4.69%。渝東北地區富有機質頁巖具有較低的滲透率，為(0.0157～1.1611)×10-3μm2，平均0.30216×10-3μm2。 渝東北地區經歷了多期次構造運動，區內裂縫比較發育，野外露頭的裂縫發育程度達到(5～7)條/m(見圖4)，鏡下可觀測到微裂縫、解理(見圖5)等，對頁巖氣的保存條件有一定的影響。

圖4 城口高望剖面富有機質頁巖裂縫

圖5 巫溪太平鄉剖面構造裂縫

4.2巖石礦物

通過巖樣薄片鏡下分析，寒武系下統水井沱組富有機質頁巖中石英、長石、巖屑等陸源碎屑平均含量為26.8%，雜基、膠結物等填隙物平均含量為73.2%(見圖6)。填隙物含量相對較高，由此可推斷出該地區頁巖層原始成分成熟度相對較低，后期經歷過巖石改造過程。

渝東北地區寒武系下統水井沱組粘土礦物含量16%～47%。主要為伊利石、伊蒙間層和綠泥石等。其中伊利石含量62.2%～67.7%，平均64.2%，伊蒙間層含量18%～33%(見圖7)，平均26.9%。

圖6 寒武系下統水井沱組巖石成分成分直方圖

圖7 水井沱組富有機質頁巖粘土礦物百分含量直方圖

5 有利區及資源量

5.1有利區

表2 渝東北頁巖層系頁巖氣聚集預測參數指標

依照國外選區標準[6]，結合渝東北地區相關實際情況，主要選取有機碳含量(TOC)、有機質成熟度(Ro)、厚度及含氣量等指標(見表2)，采用綜合疊合法對渝東北地區頁巖氣發育有利區進行預測[7]。

基于頁巖氣有利區優選原則和構造地形特征，優選2個寒武系下統水井沱組頁巖氣有利區，分別為廟壩-明中-厚坪一帶、中梁-正溪-朝陽-紅巖一帶(見圖8)。

圖8 渝東北地區寒武系下統水井沱組頁巖氣有利區圖

1)廟壩-明中-厚坪一帶 該區有效地層厚度90～210m，有機碳含量2%～3%，Ro值2.1%～2.5%，通過疊加法，確定該區為頁巖氣發育有利區。同時，該區目的層埋深500～1500m，構造條件相對簡單，可作為下一步勘查的目標。

2)中梁-正溪-朝陽-紅巖一帶 該區有效地層厚度60～100m，有機碳含量2%～4%，Ro值2.0%～2.3%，三者疊加，可確定該區為頁巖氣發育有利區。該區目的層埋藏深1500～3000m，構造條件相對簡單，可作為備選勘探區域。

5.2有利區資源量

渝東北地區以往油氣研究程度相對較低，選擇面積豐度類比法和體積法預測目的層位頁巖氣資源量[8-9]，其中，面積豐度類比法計算得出寒武系下統水井沱組頁巖氣資源量分別為(0.174～0.628)×1012m3；體積法計算得出寒武系下統水井沱組頁巖氣資源量分別為(0.062～0.879)×1012m3。由于研究區研究程度較低以及相關評價方法使用條件的差異性，采用特爾菲法對估算出的研究區頁巖氣資源量進行加權平均，得出渝東北地區寒武系下統水井沱組頁巖氣資源量最終為分別為(0.107～0.779)×1012m3。

6 結 論

1)渝東北地區寒武系下統水井沱組黑色富有機質頁巖廣泛發育，厚度適中。

2)渝東北地區寒武系下統水井沱組黑色富有機質頁巖有機碳含量為0.4%～12.6%，有機質成熟度1.6%～3.75%，有機質類型均為Ⅰ型，具備有利頁巖氣成藏的有機地化特征。

3)渝東北地區寒武系下統水井沱組黑色富有機質頁巖孔隙度3.73%～7.53%，滲透率(0.0157～1.1611)×10-3μm2，節理發育程度達到(5～7)條/m，雜基、膠結物等填隙物平均含量為73.2%，填隙物含量相對較高，該地區頁巖層后期改造強烈。

4)初步優選出廟壩-明中-厚坪一帶和中梁-正溪-朝陽-紅巖一帶2個寒武系下統水井沱組頁巖氣有利區，估算該有利區頁巖氣資源量為(0.107～0.779)×1012m3。

[1]Wilkin R T, Barnes H L,Barantley S L. The size distribution of framboidal- pyrite inmodern sediments: An indica-tor of redox conditions[J].Geochim Cosmochim Acta, 1996,60: 3897-3912.

[2]張金川,徐波,聶海寬，等.中國天然氣勘探的兩個重要領域[J].天然氣工業,2007,27(11):1-6.

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

[4]四川油氣區石油地質志編寫組.中國石油地質志(卷十)四川油氣區[M]. 北京: 石油工業出版社,1989:123-127.

[5]成海燕,李安龍,龔建明，等.陸相烴源巖評價參數淺析[J].海洋地質動態,2008,24(2):6-10.

[6]張金川,薛會,張德明，等.頁巖氣及其成藏機理[J].現代地質,2003,17(4):466.

[7]聶海寬,唐玄,邊瑞康，等.頁巖氣成藏控制因素及中國南方頁巖氣發育有利區預測[J].石油學報,2009,30(4):484-491.

[8]李艷麗.頁巖氣儲量計算方法探討[J].天然氣地球科學,2009,20(3):466-470.

[9]董大忠,程克明,王世謙，等.頁巖氣資源評價方法及其在四川盆地的應用[J].天然氣工業,2009(5):33-39.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.03.016

P618.13

A

1673-1409(2012)03-N046-04

2012-01-17

國土資源部中國重點地區頁巖氣資源潛力及有利區帶優選項目(2009GYXQ15)；重慶市國土資源與房屋管理局2010年度重點前期工作項目(DYY5095012010017)。

張志平(1983-)，2007年大學畢業，碩士，工程師，現主要從事非常規油氣資源方面的研究工作。