中揚子地區下寒武統巖相古地理及頁巖氣成藏條件分析

邱小松 ，胡明毅 ，胡忠貴

(1. 長江大學 油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，湖北 武漢，430100；2. 長江大學 地球科學學院，湖北 武漢，430100)

頁巖氣是一種非常規的油氣資源，它是以多種相態存在于泥頁巖中的天然氣，包括吸附態(吸附于有機質或者礦物表面)、游離態(充填于泥頁巖孔隙與微裂隙中)及溶解態(溶解于有機質中)，但主要以游離態和吸附態存在，溶解態僅少量存在。頁巖氣藏是由于烴源巖持續生氣、不間斷供氣和連續聚集形成的。Rogner等認為世界頁巖氣資源量約為456×1012m3，美國頁巖氣資源量約為108.7×1012m3，中亞及中國地質資源量約為99.8×1012m3，表明中國頁巖氣資源是潛力巨大的非常規天然氣資源[1]。2011 年國土資源部油氣資源與戰略研究中心開展的全國頁巖氣資源潛力評價結果表明我國頁巖氣地質資源量134.4×1012m3，可采資源量約為25.1×1012m3，其中中揚子地區地質資源量為9.8×1012m3，可采資源量約1.6×1012m3。國土資源部采用體積法計算資源量較Rogner 等采用類比法計算資源量考慮因素更多，相對而言可信度更高。張金川等[2-6]對頁巖氣成藏機理及富集規律進行了研究，董大忠等[7]論述了頁巖氣的評價方法，李玉喜等[8-9]對頁巖氣的含氣量及地質綜合評價做出了相當的貢獻，而目前對中揚子地區頁巖氣評價工作還是相當薄弱。中揚子地區海相頁巖層段地層厚度大、分布面積廣、有機質含量高、成熟度較高，具有頁巖氣成藏的必備條件。因此，開展中揚子地區古生代下寒武統頁巖氣勘探對于尋找新能源戰略具有重要意義。

1 區域地質背景

中揚子地區北以襄廣斷裂為界，西以湘鄂西地區的花果坪復向斜為界，南以江南隆起為界，屬中揚子準臺地(圖1)，面積約15 萬km2，其構造上可劃分為湘鄂西區、江漢平原區及鄂東區。研究區經晉寧運動形成穩定地臺沉積后，先后經歷了加里東、海西、印支、燕山及喜山期等重大構造運動改造，分別在震旦紀—中奧陶世發育主體為碳酸鹽巖沉積的克拉通盆地，晚奧陶世—志留紀為以碎屑巖沉積為主體的前陸盆地，泥盆紀—中三疊世發育主體為碳酸鹽巖沉積的克拉通盆地，晚三疊世—侏羅紀發育碎屑巖沉積為主體的前陸盆地，白堊紀—新近紀為陸內碎屑巖沉積的斷陷盆地等多種類型的沉積盆地。不同時代沉積盆地的發展演化都經歷了早期廣泛沉降、海/湖侵開始，中期填平補齊，晚期大規模隆升水退而萎縮消亡，縱向上具有多期次旋回沉積的特點[10-11]。研究區下寒武統自下而上依次為水井沱組、石牌組、天河板組和石龍洞組。水井沱組主要發育灰黑色頁巖、碳質頁巖、鈣質頁巖等暗色碎屑巖，石牌組巖性主要為綠灰、灰綠色粉砂質頁巖夾泥質粉砂巖，天河板組主要發育深灰色厚層—塊狀泥質條帶灰巖，石龍洞組巖性主要為深灰色厚層狀云灰巖。

圖1 研究區位置圖Fig.1 Location of research region

2 早寒武世巖相古地理特征

2.1 巖性和巖相特征

研究區下寒武統水井沱組主要為暗色碎屑巖沉積，局部地區發育碳酸鹽巖沉積，沉積特征如圖2 所示。

暗色碎屑巖主要由頁巖、硅質頁巖、碳質頁巖、鈣質頁巖、粉砂質頁巖、泥巖、粉砂質泥巖和泥質粉砂巖等組成。暗色巖系顏色隨著碳質、硅質、鈣質及碎屑含量的變化而呈現出黑色—深灰色。頁巖的紋層及頁理極為發育，泥巖頁理不發育，常混入硅質、鈣質等化學成分。巖石中不同組分如黏土礦物、碎屑顆粒、硅質、碳質等各自順紋層狀分布，使巖石顯示出紋層狀構造特征。泥巖和頁巖一般代表局限或深水沉積產物，研究區內兩者均形成于深水沉積環境。硅質泥頁巖主要為灰黑色，性硬，風化后呈棱角狀，硅質鏡下常呈隱晶質結構(圖3(a))，硅質主要源于深水硅質生物和化學沉淀作用，其代表著深水陸棚—盆地相沉積。碳質泥頁巖主要為黑色，手摸后會染手，鏡下主要表現為含大量有機質(圖3(b))，碳質主要為海相浮游生物的遺體，屬深水陸棚相沉積。鈣質泥頁巖主要為深灰色，掃描電鏡下可見少量方解石晶體少量(圖3(c))，鈣質主要為較淺水化學沉積，屬淺水陸棚沉積。粉砂質泥頁巖中少量的顆粒分布不均勻，碎屑顆粒以細粉砂級碎屑常見、粉砂極碎屑少見(圖3(d))，屬靠近物源方向的淺水陸棚—深水陸棚過渡帶沉積。

碳酸鹽巖主要由灰巖、泥灰巖、白云質灰巖，泥質白云巖等組成。灰巖、泥灰巖單層厚度一般較小，主要為中-薄層狀；白云質灰巖及泥質白云巖，單層厚度較大，主要表現為中—厚層狀，其反映的靜水、清水沉積主要為碳酸鹽巖緩坡背景下的沉積產物。

2.2 沉積相展布特征

圖2 中揚子地區下寒武統沉積相-地化綜合柱狀圖(白果坪)Fig.2 Sedimentary facies-organic geochemistry integrated histogram of Lower Cambrian Series in the Middle Yangtze Region(Bai Guoping)

圖3 硅質泥頁巖、碳質泥頁巖、鈣質泥頁巖和粉砂質泥頁巖顯微特征Fig.3 Microscopic features of siliceous shale，carbonaceous shale，calcareous shale and silty shale

在單井(剖面)巖性、巖相分析的基礎上，建立了研究區沉積相地層對比剖面，分析了沉積相橫向上的變化規律。研究區碎屑巖沉積區主要分布在湘鄂西、鄂東及江漢平原的西南部，碳酸鹽巖沉積區主要分布于江漢平原東北部，因此，作者選擇了一條近東西向的沉積相對比剖面進行解剖，自西向東依次為咸2 井、白果坪、楊家坪、宜10 井、王家坪和簰深1 井。從該對比剖面可以看出：咸2 井、白果坪剖面、楊家坪剖面和宜10 井水井沱組主要為深水陸棚沉積，王家坪剖面底部為深水陸棚沉積，上部為淺水陸棚沉積，簰深1 井水井沱組主要為碳酸鹽巖緩坡沉積。橫向上總體上表現為西部沉積水體較深，主體表現為深水陸棚沉積，向東沉積水體變淺，依次為淺水陸棚和碳酸鹽巖緩坡沉積。王家坪剖面底部為碳質泥巖，上部主要為鈣質、碳質頁巖夾灰巖；咸2 井、楊家坪剖面底部頁巖硅質含量相對較高，向上硅質質量分數減小，碳質質量分數增加。由此可見其縱向上呈現出向上沉積水體變淺的特點(圖4)。

2.3 巖相古地理特征

晚震旦世燈影期研究區主要發育中-厚層狀白云巖，其代表著碳酸鹽潮坪及潟湖環境，為干旱氣候條件下的沉積。震旦紀晚期燈影末期發生的“惠亭運動(加里東運動)”使得湖北中部上升，形成鄂中古陸，此構造背景決定了早寒武世水井沱期的巖相古地理特征。到早寒武世水井沱期，隨著海平面的快速上升，造成中揚子區缺氧還原環境，主要沉積了外陸架暗色碎屑巖系。古地理單元可劃分為鄂中古陸、碳酸鹽巖緩坡相區、淺水陸棚相區、深水陸棚相區。

鄂中古陸在水井沱期存在于鐘祥—京山一帶及仙桃一帶的廣大區域,其特征表現為古陸上大部分地區缺失相應時期水井沱組和石牌組的地層，其上直接為天河板組所覆蓋，但古陸邊界不易精確劃定。碳酸鹽巖緩坡沉積出現于鄂中古陸外圍，其主要沉積以一套泥質白云巖、白云質灰巖沉積為主。碳酸鹽巖緩坡環境的發育可能是由于鄂中古陸地勢較平緩，提供的碎屑沉積物較少，不能形成碎屑巖濱岸環境有關[12]。淺水陸棚沉積圍繞著碳酸鹽巖緩坡沉積發育，其主要為暗色頁巖夾薄層狀灰巖、泥灰巖。深水陸棚沉積發育于淺海陸棚向深海一側的廣大地區，其主要為一套缺氧還原環境下沉積的暗色碎屑巖系，沉積物顆粒較細，以頁巖、碳質泥頁巖、粉砂質泥頁巖為主，夾硅質泥頁巖。深水陸棚與淺水陸棚的區別在于：淺水陸棚沉積區發育少量碳酸鹽巖沉積，其頁巖中鈣質含量較高；而深水陸棚一般缺少碳酸鹽巖沉積，其頁巖中碳質、硅質含量相對較高一些。

圖4 咸2 井-簰深1 井下寒武統水井沱組沉積相地層對比Fig.4 Contrast of sedimentary facies from Xian 2 to Paishen 1 in Sui Jingtuo formation of Lower Cambrian

圖5 中揚子地區早寒武世水井沱期巖相古地理圖Fig.5 Lithofacies paleographic map of Shuijingtuo period for Early Cambrian in the Middle Yangtze Region

研究區總體上表現為自北東—南西方向依次發育古陸—碳酸鹽巖緩坡—淺水陸棚—深水陸棚相帶(圖5)。

3 頁巖的分布特征

中揚子地區下寒武統水井沱組頁巖在神農架復背斜及黃陵背斜周緣、湘鄂西石門—酉陽一帶、崇陽—通山一帶、張家界等地區零星出露，研究區中簰深1、宜2、宜6、宜10、香1、洗1、咸2、茅1、茅2、茅3 等井都鉆遇下寒武統水井沱組，表明中揚子地區下寒武統水井沱組(牛蹄塘組)普遍發育。根據研究區內鉆井和野外剖面頁巖厚度統計可知，簰深1 井水井沱組巖性為深灰色泥質白云巖厚度18.0 m，暗色泥頁巖厚度為0 m；宜昌王家坪剖面水井沱組巖性為深灰色頁巖夾透鏡狀泥灰巖，暗色泥頁巖厚度大于50 m；宜10 井水井沱組巖性為灰黑色-深灰色頁巖、鈣質碳質頁巖，暗色泥頁巖厚度為90 m；石門楊家坪剖面木昌組巖性為灰黑色—黑色頁巖、碳質頁巖，暗色泥頁巖厚度為145 m；鶴峰白果坪剖面水井沱組巖性為黑色碳質頁巖，局部含磷質結核，暗色泥頁巖厚度為148 m；咸2 井水井沱組巖性為深灰色-黑色頁巖、碳質硅質頁巖，暗色頁巖厚度為252 m。從平面上看，暗色泥頁巖厚度具南西厚北東薄的特點，高值區位于龍山—酉陽一帶，最厚可達400 m 以上，向北東方向逐漸減小，直至無泥頁巖沉積(圖6)。暗色泥頁巖厚度分布與早寒武世早期古地理格局有著較好的對應關系，進一步說明中揚子地區下寒武統水井沱組廣泛發育著一套厚度較大的暗色泥頁巖沉積[13]。

4 頁巖生氣能力

有機碳含量、有機質類型、有機質成熟度是評價富有機質泥頁巖生氣能力的3 個重要指標。較高的有機碳含量、較好的有機質類型和適當的熱演化程度是形成天然氣的必要條件。因此，本文從這3 個方面對研究區下寒武統水井沱組生氣能力進行論述。

4.1 有機碳含量(TOC)

研究區有機碳含量測試樣品絕大多數來自野外露頭的采集，其測試結果與埋藏地下實際值有一定的偏差，本文暫不考慮。作者根據大量的有機碳含量樣品測試統計并結合前人研究成果，發現研究區下寒武統水井沱組有機碳含量普遍較高，但不同地區富有機質泥頁巖有機碳含量差異較大[13]。

圖6 中揚子區下寒武統水井沱組頁巖厚度預測分布Fig.6 Shale thickness isoline for Sui Jingtuo formation of Lower Cambrian in the middle Yangtze region

研究區下寒武統水井沱組富有機質泥頁巖有機碳含量(TOC)分布范圍為 0.23%～9.64%，平均值為2.23%(共148 塊樣品)，其中主要集中在1.5%～3%(表1)。從縱向上看，有機碳含量總體上表現為底部有機碳含量相對較高，向上有機碳含量降低的特征(圖2)；從平面上看，有機碳含量總體上表現為湘鄂西高于江漢平原，其高值區位于湘西-黔北一帶，最大可達到6%，向北東方向逐漸減小(圖7)，其分布特征與該時期的古地理格局密切相關。

4.2 有機質類型

由于中揚子地區富有機質泥頁巖熱演化程度普遍較高，而干酪根鏡檢識別干酪跟類型受熱演化程度影響相對較小，因此，本文采用干酪根鏡檢指數分布法判斷干酪根類型。通過研究區內31 塊下寒武統泥頁巖干酪根鏡檢資料分析，表明下寒武統泥頁巖母質類型為Ⅱ型(腐泥-腐殖型)(表1)。從干酪根類型上看，研究區下寒武統水井沱組富有機質泥頁巖生氣潛力較大。

剖面/井名 厚頁度巖/m 樣品數 最小值 最大值 平均值w(有機碳)/% 有機質類型 有機R質o/成%熟度通山珍珠口 105 9 0.28 6.43 1.43 Ⅱ1 2.14～3.17通山留砠橋 188 7 0.62 2.07 1.53 — —通山界水嶺 119 6 1.02 2.97 1.52 — 2.65～4.15宜昌王家坪 ＞50 8 0.35 4.57 1.98 Ⅱ1 2.38～2.47宜10 井 90 46 0.55 6.58 2.13 — 2.63～3.64鶴峰白果坪 148 13 0.23 8.05 2.93 Ⅱ1 3.59永順王村 115 24 1.02 2.99 1.72 Ⅱ1 和Ⅱ2 2.38～3.99張家界大坪 106 8 1.43 7.94 3.20 — 3.25～4.32咸2 井 252 27 0.14 9.64 6.19 Ⅱ2 3.15～4.46

圖7 中揚子區下寒武統水井沱組頁巖有機碳含量預測Fig.7 Organic carbon content isoline for Sui Jingtuo formation of Lower Cambrian Series in the Middle Yangtze Region

4.3 頁巖有機質成熟度

早古生代富有機質泥頁巖缺乏高等植物的輸入，通常無法用鏡質體反射率直接對其進行成熟度評價，這是目前國際上油氣研究中有待解決的一個重要問題。寒武系缺乏鏡質組，加之研究區寒武系富有機質泥頁巖演化程度較高，作者通過瀝青反射率測試分析，根據豐國奇用四川盆地樣品通過自然演化系列建立的瀝青反射率Rb和鏡質組反射率Ro之間的換算關系式(Ro=0.3360+0.6569Rb)算出鏡質體反射率，進而評價有機質成熟度。

通過對研究區目的層系36 塊富有機質泥頁巖樣品的分析測試，表明其瀝青反射率范圍為2.75%～6.28%。利用上述瀝青反射率與鏡質組反射率之間的換算關系式，得出富有機質泥頁巖的鏡質組反射率范圍為2.14%～4.46%(表1)。結果表明研究區富有機質泥頁巖熱演化程度均已經達到高—過成熟階段。

綜合研究區富有機質泥頁巖有機碳含量、有機質類型、有機質成熟度分析，結果表明研究區具備形成頁巖氣藏的潛力。

5 頁巖儲層特征

頁巖氣通常以2 種形式賦存于富有機質泥頁巖中：一種是以游離態存在于孔隙和微裂縫中，另一種是以吸附態存在于有機質和礦物表面。

5.1 儲層物性特征

對于頁巖氣而言，泥頁巖既是氣源巖又是儲層，其作為儲層，頁巖多表現為低基質孔隙度低滲透率(孔隙度一般為0.5%～6.0%，絕大多數為1.0%～3.0%；滲透率一般都小于0.01×10-3μm2)。當然也可以有較大的孔隙度(主要為裂縫型孔隙)，且在這些孔隙里儲存大量的游離氣，即使在較老的巖層，游離氣也可以充填孔隙的50%[14]。游離氣質量分數與孔隙體積密切聯系。一般來說，孔隙體積越大，所含的游離氣質量分數就越大。

運用美制高低滲透率測定儀和FX-90F 液體飽和裝置，采用常規巖心分析方法對研究區宜10 井下寒武統水井沱組14 塊巖心樣品進行分析測試，結果表明孔隙度范圍為0.80%～3.7%，平均2.06%；滲透率范圍為0.006×10-3～0.496×10-3μm2。張家界大坪剖面牛蹄塘組2 塊野外露頭樣品分析，其孔隙度分別為3.1%和6.2%，滲透率分別為0.0602×10-3μm2和0.0888×10-3μm2。從平面上看，湘西地區孔隙度相對較高，一般大于3%，鄂西較低，為1%～3%?？傮w來說，研究區下寒武統水井沱組泥頁巖具備一定的頁巖氣儲集空間。

5.2 儲集空間特征

富有機質泥頁巖的儲集空間主要包括微孔隙和微裂縫2 種類型，其中孔隙包括粒間孔、粒內溶孔、粒間溶孔和膠結物內溶孔，裂縫主要包括成巖裂縫、構造裂縫和構造-成巖裂縫[15]。研究區下寒武統水井沱組海相富有機質頁巖可見殘余原生孔隙，其孔隙很小，常小于5 μm，且孔隙之間的連通性較差(圖8(a)，(b))；也可見部分溶蝕孔隙，溶蝕孔隙較基質孔隙要大，且孔隙之間的連通性較好，為游離態的天然氣在頁巖內部運動提供有利的通道(圖8(c)，(d))；頁巖內部還存在少量的微裂縫，其主要為構造作用產生的裂縫，裂縫長度較大但是其寬度一般小于10 μm(圖8(e)，(f))。當頁巖內部生氣量足夠大時，天然氣后可沿裂縫排出烴源巖，運移至孔滲較好的儲層形成常規天然氣藏。國外學者通過對成熟烴源巖樣品進行SEM 掃描電鏡識別出有機質中存在大量的孔隙，局部地區可以達到21.6%[16]。因此，研究區富有機質泥頁巖內部存在微孔隙和微裂縫為頁巖氣的游離氣提供大量的儲集空間。

5.3 礦物組分特征

儲層巖石學特征的研究主要包括儲層巖石的礦物成分、結構特征和膠結物特征。結構和膠結物特征對泥頁巖儲層的孔隙度和滲透率有著重要的影響，但是泥頁巖儲層的孔隙度較小，結構較簡單，膠結物質量分數很低，故這里主要分析礦物成分對泥頁巖儲層的影響。國內很多學者認為黏土礦物質量分數影響著頁巖氣吸附氣量大小，且不同黏土礦物對甲烷的吸附能力差異較大[17]；另外由于硅質、鈣質等脆性礦物富集的泥頁巖較黏土礦物質量分數較多的泥頁巖更容易壓裂破碎，對頁巖氣開采階段對頁巖儲層的改造有著重要的影響。由此可見：分析泥頁巖的礦物成分特征，進而尋找吸附氣量較大且脆性相對較好的儲層，對頁巖氣的勘探和開發具有重要的意義。

對研究區大量樣品進行全巖X 線衍射分析表明：水井沱組礦物主要以石英、碳酸鹽巖等脆性礦物為主，質量分數可達到53.8%～88.0%；黏土礦物含量相對較少，質量分數一般為10%～25%(圖9)。礦物組分在平面上的分布特征表現為石英礦物南西高北東低，碳酸鹽巖礦物南西低北東高，黏土礦物質量分數東西差異不大，且質量分數普遍較低。

5.4 含氣性分析

通過對研究區內進行老井復查發現，在鉆遇下寒武統水井沱組頁巖段的多口鉆井中發現氣測異常。如咸2 井水井沱組底部其巖性主要為深灰色、黑灰色炭質、硅質泥頁巖；在705.8～862.3 m 全烴質量分數從0.1%上升到1.0%；862.3～923.6 m 全烴質量分數從1.0%上升到2.5%；茅2 井水井沱組底部巖性為深灰色、灰黑色炭質頁巖、含粉砂質頁巖、粉砂質頁巖，在130.6～184.3 m 全烴質量分數從0.1%上升到1.1%，200～368.5 m 全烴質量分數達到4.1%，465～658 m，全烴從0.2 上升到2.9%；宜10 井水井沱組底部巖性主要為深灰色、灰黑色頁巖夾薄層泥灰巖，其中在296.8～590.5 m 全烴質量分數從0.1%上升到0.9%。

圖8 中揚子地區下寒武統水井沱組暗色頁巖儲集空間類型Fig.8 Reservoir space types of shale for Shuijingtuo formation of Lower Cambrian in the Middle Yangtze Region

在溫度為30 ℃時，采用300 型等溫吸附儀(油浴鍋溫度控制精度為0.1 ℃；壓力測量精度為0.1 Pa)對野外采集的樣品(8 塊)進行等溫吸附模擬實驗得出泥頁巖最大吸附量范圍 1.16～2.9 m3/t，平均值為2.08 m3/t。在美國伊利諾斯盆地東部泥盆系—密西西比系新奧爾巴尼頁巖最大吸附量范圍為0.5～2.3 m3/t，加拿大不列顛哥倫比亞東北部的下侏羅統Gordondale組頁巖最大吸附量范圍為0.15～2.2 m3/t，美國和加拿大2 套頁巖都已經開展了大規模的商業開采。國外學者通過對Barnett，New Albany 和Lewis 等頁巖樣品做等溫吸附模擬實驗結果表明吸附氣量與有機碳含量有較好的正相關關系[18]。通過研究區等溫吸附模擬實驗結果與泥頁巖巖性、礦物組成、有機碳質量分數、成熟度等相關性分析表明泥頁巖含氣性主要影響因素包括礦物組成、有機碳質量分數2 項重要指標即黏土礦物質量分數及有機碳質量分數均有著較好的正相關關系。黏土礦物質量分數及有機碳含量與美國、加拿大已開采地區參數對比可知，含氣量單項指標表明中揚子地區下寒武統水井沱組頁巖具備一定的商業開采價值。

6 有利區帶優選

通過以上頁巖氣成藏條件分析可以得出，控制頁巖氣成藏的主控因素包括頁巖的面積、厚度、有機地化特征、儲集物性、礦物組成等。鑒于中國頁巖氣研究正處于起步階段，可供研究的資料較少，國土資源部油氣資源戰略研究中心編制了《頁巖氣資源潛力評價與有利區優選方法》(2012 年暫行稿)，主要選取富有機質頁巖分布面積(＞200 km2)、厚度(＞30 m)、有機碳質量分數(＞1.5%)、有機質成熟度(＞0.7%)、埋深(300～4 500)、含氣量(＞0.5 m3/t)、保存條件(中等-好)等指標因此采用多因素綜合信息疊合法對中揚子地區下寒武統頁巖氣發育有利區進行預測。根據以上指標并扣除其中埋深小于1 000 m 受地層水破壞嚴重及深大斷裂附近保存條件相對較差的地區，優選出2 個有利區分別為五峰—酉陽地區和崇陽—通山地區(圖10)。

(1) 五峰—酉陽地區構造上主要位于宜都—鶴峰復背斜帶及桑植—石門復向斜帶西側，其富有機質頁巖分布連續，連續厚度大于100 m，有機碳質量分數高，達到2.0%～9.72%；熱演化程度較高，Ro為3.2%～4.5%；主體埋深范圍為1 000～3 000 m。宜都—鶴峰復背斜受印支運動期以來的強烈改造，地層大幅度抬升，褶皺變形嚴重，上覆地層剝蝕，地層壓力釋放和褶皺斷裂作用促進泥頁巖裂縫的發育，形成大型的裂縫網絡，增加頁巖中游離氣儲量。區域上地層水屬交替阻滯交替停滯帶，地層開啟程度低，地層水對頁巖中天然氣的影響很小。

(2) 崇陽—通山地區構造上主要位于崇陽—通山沖斷復背斜帶上，其富有機質頁巖分布連續，連續厚度大于100 m，最大可達到188 m；平均有機碳質量分數范圍為1.5%～2.1%；熱演化程度較高，Ro范圍為2.5%～3.2%；主體埋深較淺為1 000～2 000 m。崇陽—通山沖斷復背斜帶主要受海西及燕山運動的影響，其中早燕山期火山傾入活動，產生寬緩褶皺和走向斷裂，促使其內部產生一定規模的微裂縫，為游離氣的保存提供大量的空間。

圖10 中揚子地區下寒武統水井沱組頁巖氣有利區分布圖Fig.10 Favorable distinguish layout of Shale gas for Sui Jingtuo formation of Lower Cambrian Series in the middle Yangtze region

美國取得頁巖氣商業開發層位頁巖Ro范圍一般為1.0%～2.0%，處于生油-生氣階段；而研究區泥頁巖熱演化程度較高Ro，為2.5%～4.5%，達到生烴枯竭以上，不存在下限問題，而是演化程度過高對含氣性影響程度的問題，也是值得進一步深入研究的問題。目前國內學者在頁巖氣勘探開發對熱演化程度上限值確定還沒有形成統一的意見，只是在熱演化程度對儲層及含氣性影響方面作了定性分析，即高熱演化程度使得有機質轉換成烴類物質從而增加孔隙度和游離氣量，消耗有機質從而減小了吸附氣量。因此，中國頁巖氣勘探現狀是機遇與風險共存，需要酌情、合理勘探開發。

7 結論

(1) 通過野外露頭、測錄井等資料對研究區下寒武統頁巖段進行了精細的沉積相研究，確定水井沱組主要發育碳酸鹽巖緩坡—淺水陸棚—深水陸棚—盆地沉積體系，其中暗色頁巖主要發育于深水陸棚沉積中。

(2) 研究區水井沱組暗色頁巖在區域上分布范圍廣，連續沉積厚度一般為100～250 m，有機質質量分數平均值為2.23%，有機質類型主要為Ⅱ型，有機質成熟度普遍達到高—過成熟階段，生氣潛力大，具有頁巖氣成藏的必要條件。黑色頁巖中發育一定量的微孔隙和微裂縫為游離氣提供儲集空間，高有機質含量可以大大提高吸附氣量。該套頁巖中礦物主要以石英、碳酸鹽巖等脆性礦物為主，巖性較脆、硬，有利于頁巖氣開采階段的壓裂產生裂縫網絡系統。利用頁巖厚度、埋深、有機碳含量、有機質成熟度、含氣量及保存條件等信息疊合預測表明，水井沱組頁巖氣的有利勘探區為五峰—酉陽和崇陽—通山一帶。

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