湘中及湘東南地區(qū)泥盆紀(jì)榴江組頁巖氣成藏條件及前景分析

李國亮 王先輝 楊俊 羅鵬 劉天一

摘 要：對湘中及湘東南泥盆紀(jì)榴江組頁巖氣有利層位進(jìn)行了地球化學(xué)、物性特征分析，結(jié)合地質(zhì)保存條件對榴江組含氣頁巖層進(jìn)行綜合解析。主要物化指數(shù)：TOC介于0.44%～2.35%之間，平均值為1.50%；Ro值范圍為2.17%～2.59%，均為2.42%；有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型，具有良好的生油生氣潛力；脆性礦物含量46%～90%，脆性礦物含量較高；其有效孔隙度度為2.4%，滲透率小于0.04×10-3μm2；厚度變化在整個(gè)盆地形成“中間薄兩頭厚”的特點(diǎn)，主要范圍為50m～500m。依據(jù)物化特征及成藏地質(zhì)背景劃分了三個(gè)有利區(qū)，以期更好的重點(diǎn)突破。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；TOC；厚度；有利區(qū)

頁巖氣作為一種新興的非常規(guī)天然氣已受到國內(nèi)各界的高度重視，近幾年也加大了對頁巖氣的勘探開發(fā)力度。在前期勘探中主要工作重心在油氣儲藏條件優(yōu)越的大型盆地，取得的一系列成果也是顯著的。而湖南湘中及湘東南也以盆地為主，發(fā)育有漣源凹陷、邵陽凹陷、零陵凹陷，各凹陷盆地根據(jù)現(xiàn)有勘察情況都有較好的油氣儲藏潛力，且漣頁1井成功出氣。根據(jù)湘中及湘東南優(yōu)越的油氣地質(zhì)背景，基于對泥盆系的研究，對榴江組地層含氣頁巖進(jìn)行了分析和探討。

1 地質(zhì)背景

中泥盆世晚期—晚泥盆世早期為臺地裂解期，差異性升降活動(dòng)產(chǎn)生明顯的相帶分異。雪峰古陸隆升，于其南側(cè)淺海盆地邊緣發(fā)育一系列三角洲；臺緣盆地因差異升降而成為局限海盆；臺地內(nèi)部形成一系列臺間盆地，形成以榴江組為代表的臺盆及臺盆邊緣斜坡沉積（圖1），發(fā)育了一套薄層硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖、頁巖沉積。由于其臺盆及臺盆邊緣沉積的優(yōu)越基礎(chǔ)條件以及其沉積過程中有機(jī)質(zhì)的聚集和儲藏，榴江組具有一定的頁巖氣成藏潛力。榴江組的硅質(zhì)頁巖、頁巖組成是良好的頁巖氣成儲層，其主要分布在邵陽凹陷、零陵凹陷及漣源凹陷部分地區(qū)。

2有機(jī)地化特征

2.1有機(jī)質(zhì)豐度

測試結(jié)果（表1）顯示其整體有機(jī)碳含量中等，TOC主要范圍介于0.44%～2.35%之間，平均值為1.50%，其有機(jī)碳皆小于3.0%。主要樣品分布于漣邵盆地，尤以邵陽凹陷有機(jī)質(zhì)豐度值最好，整體上TOC介于1.0%～2.5%之間。而漣源凹陷TOC基本在1.0%左右，零陵凹陷略微高于漣源凹陷。盆地中心的TOC值略小于盆地邊緣地帶。主要的TOC高值分布在各盆地邊緣與隆起過渡地帶。

2.2干酪根成熟度

對本組干酪根成熟的測試結(jié)果（表1）顯示：等效鏡質(zhì)體反射率Ro值范圍為2.17%～2.59%，Ro均值為2.42%。采樣分布在漣源凹陷、邵陽凹陷以及零陵凹陷為主，以及部分取樣于盆地邊緣和隆起部位。數(shù)據(jù)分析說明榴江組有機(jī)質(zhì)成熟度的變化趨勢不是很明顯，均大于2.0%，且分布主要區(qū)間為2.0%～3.0%之間。其受構(gòu)造、沉積限制不明顯，基本比較穩(wěn)定。大致可以推測其從沉積演化到生烴階段受到外界影響較小，聚集程度較高。

2.3有機(jī)質(zhì)類型

對本組有機(jī)質(zhì)類型進(jìn)行了干酪根類型鏡下鑒定（表2）。有機(jī)質(zhì)主要成分為腐泥組和惰質(zhì)組，無殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組及腐質(zhì)無定形組。腐泥組在73%～93%，惰質(zhì)組在24%～48%，鏡下腐泥組顏色以棕褐色為主。依據(jù)分析其主要有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型，具有良好的生油生氣潛力。根據(jù)測試大致可以看出，漣源凹陷內(nèi)腐泥組成分高于邵陽凹陷以及零陵凹陷，而邵陽凹陷和零陵凹陷基本一致，也反映了其物質(zhì)來源的差異性以及后期演化程度的高低。

3 含氣頁巖儲集性能

3.1礦物成分

對本組進(jìn)行全巖X衍射分析結(jié)果（圖2）顯示，其粘土含量在10%～52%之間，石英含量在21%～71%之間，長石含量小于5%，而方解石含量較高在9%～40%區(qū)間范圍內(nèi)，其余次要成分為白云石、黃鐵礦和石膏。根據(jù)脆性礦物的劃分，主要包括石英、長石、方解石，其總含量的所占比例為46%～90%，超過40%。整體上脆性礦物含量較高，適合頁巖氣的開采壓裂等基本條件。

3.2孔隙特征

對本組孔滲測試說明，其有效孔隙度為2.4%，滲透率小于0.04×10-3μm2，巖石密度2.52 g/cm3，孔隙度和滲透率都較低。同時(shí)對其樣品比表面—孔徑分布監(jiān)測顯示，

其BET比表面積為1.1211 m2/g，BJH總孔體積0.0041 cm?/g，BJH平均孔直徑153.963 ?。

從等溫吸附曲線可以看出其吸附和脫附特征（圖3），與IUPAC中H3接近，表明其孔隙以納米級不規(guī)則孔隙為主。而其孔徑分布曲線（圖4）揭示了在90埃時(shí)出現(xiàn)了第一個(gè)峰值，在600～700埃時(shí)出現(xiàn)第二高峰，在110埃左右其一直上升，說明其孔徑大小不一，且有較大孔隙出現(xiàn)。這個(gè)對于頁巖氣氣體的運(yùn)移和孔隙的連通性是十分有利的。

4 地層展布特征

本組以硅質(zhì)巖、頁巖沉積為主，在嘉禾石古元一帶以灰黑色薄層硅質(zhì)巖、泥灰?guī)r、頁巖為主。夾灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r，由下往上硅質(zhì)巖減少，厚度大于380m。在零陵寨梓嶺一帶巖性與此相似，但中上部多為灰、灰黃色頁巖，且夾較多的薄層灰?guī)r。往北至冷水灘花橋一帶，薄層泥、粉晶灰?guī)r明顯增多，與薄層硅質(zhì)巖、泥灰?guī)r或頁巖互層或互為夾層，硅質(zhì)巖含量也由下往上減少，厚度達(dá)468.2m。在邵東佘田橋至雙峰沙田鋪一帶，以硅質(zhì)頁巖、薄層硅質(zhì)巖為主，夾薄層灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r，厚度不足200m。在漣邵凹陷中，在凹陷中心厚度較薄，幾十米至百米為主；而靠近凹陷邊緣至隆起地區(qū)厚度較大，以幾百米厚為主，厚的可達(dá)300m～500m。其由西向東的一個(gè)變化趨勢可以在圖5大致看出“中間薄兩頭厚”，在兩側(cè)頁巖所占比例較高，硅質(zhì)成分減少。在零陵凹陷其沉積厚度變化不大，基本都在百米以上。

5有利區(qū)劃分

榴江組在湖南的分布主要集中在湘中、湘南以及湘東南部分地區(qū)，主要集中在盆地及邊緣地帶，且出露厚度較大，以50m～500m不等，主體展布情況良好，且靠近盆地邊緣地區(qū)其厚度更大。結(jié)合本組實(shí)際成藏情況，依據(jù)其TOC、Ro以及其分布厚度和深度大致情況，以TOC大于1.5%、Ro大于2.0%、厚度大于50m且深度適中為劃分原則，整體上劃分出三個(gè)有利區(qū)（圖6）：洞口有利區(qū)（I）、邵東有利區(qū)（Ⅱ）、零陵有利區(qū)（Ⅲ）。有利區(qū)主要在凹陷邊緣，主要受其影響為沉積環(huán)境和后期構(gòu)造作用導(dǎo)致其榴江組頁巖氣富集特點(diǎn)。

6 結(jié)語

（1）湖南泥盆紀(jì)榴江組沉積環(huán)境為臺盆及臺盆邊緣斜坡沉積，發(fā)育一套硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖及頁巖沉積地層。主要分布在湘中及湘東南盆地及邊緣隆起地帶，包括漣源凹陷、邵陽凹陷、零陵凹陷。展布厚度變化較大，靠近盆地中心厚度較小，而盆地邊緣附近厚度較大，以幾十到幾百米不等。在邵東佘田橋只有17.0m厚，而在零陵寨梓嶺厚度高達(dá)468.2m。整體上其分布厚度能夠滿足其頁巖氣開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）頁巖物化分析顯示其TOC均值為1.5%，Ro均值為2.42%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型，生油生氣潛力較大。其孔隙發(fā)育，有效孔隙度2.4%，且孔隙連通性良好，滲透率小于0.04×10-3μm2，孔隙度和滲透率都較低，與國外頁巖氣層相似。綜合顯示榴江組頁巖氣具有良好的勘探開發(fā)潛力。

（3）結(jié)合榴江組頁巖氣成藏地質(zhì)背景和地球化學(xué)、物性特征綜合分析和研究，對其劃分了三個(gè)有利區(qū)，旨在進(jìn)一步研究基礎(chǔ)上為目標(biāo)區(qū)的確定和實(shí)施頁巖氣鉆井布置提供一定參考依據(jù)。

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基金項(xiàng)目：湖南省國土資源廳2012年新開探礦權(quán)采礦權(quán)價(jià)款地質(zhì)勘查項(xiàng)目（項(xiàng)目編號： 201203084）。