川西坳陷須五段陸相頁巖氣聚集條件分析

陳冬霞,謝明賢 (油氣資源與探測國家重點實驗室(中國石油大學(北京))，北京 102249)

張曉鵬，熊 亮，魏力民，史洪亮 (中石化西南油氣分公司勘探與開發研究院，四川 成都 610058)

川西坳陷須五段陸相頁巖氣聚集條件分析

陳冬霞,謝明賢 (油氣資源與探測國家重點實驗室(中國石油大學(北京))，北京 102249)

張曉鵬，熊 亮，魏力民，史洪亮 (中石化西南油氣分公司勘探與開發研究院，四川 成都 610058)

除下古生界海相頁巖具有頁巖氣開采的價值外，四川盆地陸相領域頁巖層序也非常發育，但陸相頁巖氣并未獲得足夠重視，研究還非常薄弱，特別是對陸相頁巖氣聚集條件的研究，對于有效的認識四川盆地陸相頁巖的勘探開發前景、擴大勘探開發領域具有重要意義。在對陸相頁巖分布發育特征、有機質類型、成熟度、豐度、巖礦特征、儲集物性、孔隙類型等研究的基礎上，結合鉆井顯示、吸附試驗和含氣性測試等，分析了川西坳陷上三疊統須家河組須五段陸相頁巖氣聚集條件。結果表明，須五段濱淺湖相黑色泥頁巖厚度一般為250～300m，TOC(總有機碳含量)值平均大于2%，且已進入成熟～高成熟階段，頁巖中裂縫發育，石英、長石、碳酸鹽等脆性礦物含量大于60%，發育豐富的納米～微米級孔隙，剩余粒間孔、黏土礦物晶間微孔、微溶孔較發育，盡管經歷多期構造演化，但頁巖保存條件好；須五段泥頁巖含氣性好，且以吸附氣為主，顯示出較好的含氣性特征。

川西坳陷；須家河組；陸相地層；頁巖氣

四川盆地內發育海相、海陸過渡相、陸相多套頁巖氣地層，被認為是最具潛力的的重點頁巖氣勘探地區[1-2]。四川盆地陸相頁巖層序非常發育，其中上三疊統須家河組和下侏羅統自流井組的河、湖相泥頁巖具有分布廣、厚度大、有機質豐度較高、保存條件好、脆性礦物含量高的特點[3]。但目前對四川盆地陸相頁巖氣的研究還十分薄弱。下面，筆者對川西坳陷上三疊統須家河組須五段陸相頁巖氣聚集條件進行了分析，以期為四川盆地陸相頁巖氣的勘探開發提供參考。

1 地質地球化學特征

川西坳陷位于四川盆地西部，在構造位置上屬于川西前陸盆地的一部分，包括梓潼凹陷、孝泉-豐谷構造帶、成都凹陷、安縣-鴨子河-大邑斷褶帶和知新場-龍寶梁構造帶等5個構造單元。地層發育有上三疊統、侏羅系、白堊系、第三系、第四系，這些沉積地層的厚度巨大，現今最厚達6000m以上。其中上三疊統須家河組自下而上表現為一個完整的由海相-海陸過渡相-陸相的正常退覆層序。須一段(馬鞍塘-小塘子組)、須三段和須五段為主要的氣源巖層位，發育早期的淺海陸棚相的暗色泥頁巖及中晚期的三角洲、湖沼相的灰色炭質泥頁巖夾砂巖、煤層。

1.1分布發育特征

由于印支晚幕運動的影響，須五段時基準面不斷上升、湖水位上漲至最大湖泛期，川西坳陷西北主要發育辮狀河三角洲沉積體系，向東南逐漸過渡為前三角洲-濱淺湖沉積環境。沉積中心位于彭州附近，須五段厚度可達700m以上。川西坳陷中部成都-什邡-德陽-中江地區須五段主要為濱淺湖相沉積，沉積了一套黑色泥頁巖夾薄層砂巖以及沼澤相薄煤層，具有較好的生氣潛力。須五段地層在坳陷內分布穩定，特別是中、下部地層。在沉積中心彭州-德陽一帶暗色泥巖厚度達350m，從2個沉積中心泥頁巖厚度往東、西、南、北逐漸減薄，漢旺、都江堰以西缺失，成都、中江一帶厚約250～300m。

1.2頁巖地球化學特征

川西坳陷上三疊統須家河組須五段已經被證實為川西地區的主力烴源巖之一，為中淺層侏羅系提供了充足的天然氣源[4-5]。TOC(總有機碳含量) 值為0.39%～16.33%[6]。富有機碳頁巖主要發育在須五段的中上部，TOC 值一般大于2%。據研究區川西地區馬深1井、洛深1井、川豐125井和川鴨95井等17口井下302塊樣品中，TOC值最高為9.88%，平均為2.78%，TOC值大于2%的樣品占59.6%；“A”(氯仿瀝青“A”含量)值最高為0.97%,平均為0.093%，“A”值大于0.05%的樣品占66.2%。平面上，須五段烴源巖在新場、廣漢、溫江、大邑一帶有機碳含量較高，達2.25%～4.0%，往西逐漸降低，在關口鎮和玉泉降至1.00%左右。

研究區內24口井176個頁巖成熟度實測數據表明，Ro(鏡質體反射率)為0.71%～1.65%，Ro>1.0%的樣品占總數的78.51%，說明整體處于成熟-高成熟演化階段，不同地區頁巖成熟度實測數據也表明，平面上安縣、綿竹、隆豐、大邑和洛帶地區Ro小于1.3%，烴源巖處于成熟演化階段，其他地區Ro為1.3%～1.8%之間，烴源巖達到高成熟演化階段。

黑色頁巖顯微組分平均含量中腐泥型占29%，殼質組占1.488%，鏡質組占43.46%，惰質組占25.98%，一般為腐殖型Ⅲ型干酪根，少數為混合Ⅱ型干酪根。分析結果顯示，隨埋藏深度的增加，干酪根顯微組分中腐泥組相對組分逐漸降低，而鏡質組和惰質組相對含量增加(由2500m的60%左右增加至4000m的80%左右)。干酪根δ13C 值為大多在-25‰～-25.5‰之間，表現出腐泥-腐殖型特征。

1.3儲層特征

圖1 川西坳陷須五段泥頁巖礦物成分三角圖

川西坳陷須五段以黑色、灰黑色頁巖為主夾薄層深灰色、灰色細、粉粒巖屑砂巖、黑色碳質頁巖、煤層；砂巖厚度一般小于15m；巖屑含量高, 石英含量低，致密。電性特征表現如下：自然伽馬曲線呈細齒狀、指狀，其值為80～100API；深、淺側向電阻率曲線呈錐狀、尖峰狀，其值為20～80Ωm，呈現薄交互層特點。

據探區內須五段5口井51個泥頁巖樣X-衍射全巖定量分析(見圖1)，表明其黏土含量16%～40%，平均25%；石英、長石含量42%～78%，平均64%；碳酸鹽平均百分含量11.79%。其中，新場28井須五段6個泥頁巖樣X-全巖定量分析其黏土平均百分含量28.17%，石英、長石平均百分含量55.17%，碳酸鹽平均百分含量16.67%。地下樣品脆性礦物(石英+長石+碳酸鹽)含量高(71.83%)，脆性指數在53%～71.83%之間，屬于脆性頁巖，有利于后期水力壓裂施工。

從川西須五段頁巖樣品掃描電鏡分析(見圖2)可以看出，泥頁巖中整體非常致密，卷曲片狀伊利石呈鱗片狀結構，片狀伊利石填充微晶硅質及顆粒之間及粒間孔隙中。在放大10000倍下可見到微孔隙和粒緣縫。主要孔隙類型為剩余粒間孔、黏土礦物晶間微孔、微溶孔。根據新場地區12個巖心樣品的實測結果，表明頁巖平均孔隙度僅為3.30%(介于1.84%～5.0%之間)，滲透率為0.012×10-3μm2(介于(0.0026×～0.013)×10-3μm2之間)。

川西須五段頁巖中裂縫較發育，在巖心中能夠觀察到裂縫數量較多并聚集了一定數量天然氣。例如，在新頁HF-1井3051.90～3061.10m 黑色炭質頁巖段取心9.20m，立縫發育，肉眼可見有機質充填縫，局部可見水平縫，見方解石晶體，性脆, 巖芯出筒清水試驗均可見氣泡逸出。

1.4頁巖氣保存條件

晚三疊世以后，四川盆地逐漸進入擠壓環境[7], 以擠壓為主的構造變形造成了大面積的地層抬升剝蝕。川西坳陷須家河組須五段經歷了印支晚幕運動、多期的燕山運動和喜馬拉雅運動, 在研究區造成了多次的抬升剝蝕[8]。但多期構造運動直接影響泥頁巖的沉積作用和成巖作用，特別是構造運動還可以產生構造裂縫，從而有效改善泥頁巖的儲集性能。對印支運動造成的須家河組五段剝蝕厚度的研究表明,川西坳陷沉積中心位于德陽-大邑一帶, 剝蝕量小于100m；剝蝕厚度中心位于研究區西北部,主要分布在山前帶的安縣-綿竹地區, 剝蝕厚度大于1000m[9]。雖經后期改造，但總體面貌未受明顯破壞，特別是頁巖發育地區的破壞作用較弱，為頁巖氣的保存提供了有利條件。

圖2 川西坳陷須五段泥頁巖微觀鏡下照片

2 含氣性特征

2.1鉆井氣顯示情況

川西坳陷的北北東向構造(孝泉-新場-合興場-豐谷等)、龍門山前區域上(大邑、鴨子河、等)和凹陷中心(馬井)的一些須家河探井，在鉆至須五段頁巖時普遍見到氣顯示(氣浸、井漏、井涌)，川西地區鉆遇須五段80口井中，累計頁巖氣顯示349層，累厚1306m。對川孝96井2625～2630.2m井段在井底流壓20.6MPa條件下測試獲得2.29×104m3/d的工業氣流。對川羅562井在須五段裂縫型泥頁巖氣層中途測試，求得天然氣產量為5.43×104m3/d，未見水。

2.2頁巖氣含量

通過對川西坳陷須五段頁巖29塊頁巖樣品進行實測，表明其頁巖氣含量在0.42～6.27m3/t之間，平均為1.37m3/t。頁巖氣類型中，吸附氣量所占比例為59.03%～87.94%，平均為75.22%；游離氣含量所占比例為10.63%～39.06%，平均為34.32%，明顯顯示出以吸附氣量為主的特征。

利用氣相色譜法對川西坳陷上三疊統須家河組須五段頁巖氣進行組分分析，表明氣體相對密度為0.57～0.96(平均為0.64)，其中CH4含量為74.97%～98.23%，CO2含量為0%～23.93%，N2含量為0%～9.32%；C2H6及以上的重烴含量為0.174%～5.51%,含微量He、H2，不含H2S。與四川盆地海相頁巖氣組分相比[10]，須五段陸相頁巖氣具有相對較高的N2含量(筇竹寺組為1.60%～1.85%)、較低的甲烷含量(筇竹寺組為93.6%～95.8%)、相對較高的重烴含量(筇竹寺組乙烷含量為0.19%～0.21%)。形成上述差異的原因可能是須五段陸相頁巖的成熟度相對較低，熱演化階段生成的氣含部分濕氣。

3 結 論

(1)川西坳陷上三疊統須家河組須五段濱淺湖相黑色泥頁巖厚度一般為250～300m，TOC值平均大于2%，且已進入成熟～高成熟階段，頁巖中裂縫發育，石英、長石、碳酸鹽等脆性礦物含量大于60%，發育豐富的納米～微米級孔隙，剩余粒間孔、黏土礦物晶間微孔、微溶孔較發育，盡管經歷多期構造演化，但頁巖保存條件好。

(2)川西坳陷上三疊統須家河組須五段泥頁巖含氣性好，且以吸附氣為主，顯示較好的含氣性特征。

[1]朱華, 姜文利, 邊瑞康，等. 頁巖氣資源評價方法體系及其應用——以川西坳陷為例[J]. 天然氣工業，2009，29(12)：130-134.

[2] 鄒才能，董大忠，王社教，等. 中國頁巖氣形成機理、地質特征及資源潛力[J].石油勘探與開發，2010，37(6)：641-652.

[3] 朱彤，包書景，王烽. 四川盆地陸相頁巖氣形成條件及勘探開發前景[J]. 天然氣工業，2012，32(9)：16-21.

[4] 郭吾正.四川盆地西部淺層致密砂巖天然氣勘探模式[J].天然氣工業，1997，17(3)：5-13.

[5] 蔡開平，廖仕孟.川西地區侏羅系氣藏氣源研究[J].天然氣工業，2000,20(1)：36-41.

[6] 葉軍，曾華盛. 川西須家河組泥頁巖氣成藏條件與勘探潛力[J]. 天然氣工業，2008，28(12)：18-25.

[7] 李忠權, 潘懋, 蕭德銘, 等. 四川盆地拉張擠壓構造環境探討[J]. 北京大學學報(自然科學版), 2001, 37 ( 1) : 87-93.

[8] 童崇光. 四川盆地構造演化與油氣聚集[M]. 北京: 地質出版社, 1992: 10-11.

[9] 李林濤，龐雄奇，熊亮，等. 運用剝蝕量恢復技術進行構造圈閉演化研究——以川西坳陷中段須家河組為例[J]. 天然氣地球科學，2010，21(3)：441-448.

[10]黃金亮，鄒才能，李建忠，等. 川南下寒武統筇竹寺組頁巖氣形成條件及資源潛力[J]. 石油勘探與開發，2012，39(1)：69-75.

2013-06-12

國家自然科學基金項目(41072100)；國家科技重大專項(2011ZX05006-006)；中國石油大學(北京)科研基金項目(KYJJ2012-01-02)。

陳冬霞(1974-)，女，博士，副教授，現主要從事油氣藏形成與分布規律方面的教學與研究工作。

TE121.3

A

1673-1409(2013)26-0005-03

[編輯] 李啟棟