桂中坳陷泥盆系頁巖氣勘探潛力分析

李清

(中石化華東分公司非常規勘探開發指揮部，江蘇 南京 210011)

桂中坳陷是在加里東運動基礎上形成的晚古生代海相大型沉積坳陷，面積約為4.6×104km2，屬于典型的特提斯與濱太平洋二大構造域復合地帶，具有明顯的構造帶轉換與疊加特征[1]。桂中坳陷形成于古特提斯洋打開的構造背景下，加里東期坳陷明顯具有被動大陸邊緣裂陷盆地的性質；海西期，由于受南部古特提斯洋拉張裂陷系統的影響，下沉接受沉積，形成被動大陸邊緣裂陷盆地，臺盆格局形成；印支期，受南部特提斯洋俯沖-碰撞與關閉的影響，該區東部發生造山作用，桂中坳陷又轉化為前陸盆地；燕山期的擠壓與逆沖推覆作用以及喜山期坳陷的整體穩定抬升與剝蝕，形成了桂中坳陷現今的構造殘留盆地面貌。桂中坳陷北部與江南古陸毗鄰，西北部與黔南坳陷相接，東部以龍勝-永福斷裂及大瑤山斷裂為界，與桂林坳陷及大瑤山隆起相鄰，西部以南丹-都安斷裂為界而與南盤江坳陷及羅甸斷坳相接[2-4]。按照現今的構造格局，桂中坳陷可劃分為北部斜坡，北部凹陷，中部凸起和南部凹陷4個二級構造單元。

桂中坳陷油氣顯示廣泛、古油藏發育，經地面地質普查、詳查及鉆井揭示，油氣顯示46處，其中地表露頭32處，鉆井揭示14處(見表1)。油苗8處，氣苗15處，瀝青23處，分布層位下泥盆統(D1)～下三疊統(T1)。其中4口鉆井以上出現天然氣井涌及井噴，由于井噴引起火災的2口。發現油斑、晶洞原油、油質瀝青的井有5口，2007年完鉆的桂中1 井是目前坳陷內的最深一口探井，完鉆井深5151.86m，完鉆層位為下泥盆統那高嶺組，主要目的層段含油氣與瀝青顯示井段累計700余米[5]。這些成果揭示桂中坳陷存在大規模油氣聚集成藏過程，具備油氣成藏的基本地質條件。

表1 桂中坳陷鉆井油氣顯示表

1 頁巖氣形成條件

1.1 泥頁巖的發育情況

桂中坳陷是在廣西運動基礎上形成的晚古生代海相大型沉積坳陷，區內泥盆紀呈臺盆相間的沉積格局，在沉積史上，各相帶發育齊全，同時異相及同相異時沉積發育，平面上相互交錯(見圖1)，垂向上韻率頻繁，泥頁巖具有平面上分布廣，縱向上發育層系多、單層厚度大的特點。泥質烴源巖的分布受沉積相控制明顯，暗色泥頁巖主要分布于盆地相區，灰-灰黑色泥頁巖主要分布在臺地邊緣斜坡相區。盆地相區的下泥盆統塘丁組、中泥盆統納標組和中泥盆統羅富組(層位分別對應于臺地相區的郁江組、應堂組和東崗嶺組)為泥頁巖主要的發育層系。

根據沉積相及周邊露頭區的資料，臺盆相暗色泥頁巖從南丹、河池往南至來賓、柳州到鹿寨、永福一帶均有分布，累積厚度為200～600m。暗色泥頁巖的沉積中心位于南丹-宜山-柳州一帶，累計厚度約600～1200m(見圖2)。多口鉆井資料揭示井下暗色泥巖也極為發育，具有厚度大，層數分布多的特點。柳1井暗色泥巖單層數為41層，單層厚度最大為24.1m，累計視厚度為301.6m，占中泥盆統地層厚度的36.7%；柳深1井暗色泥巖單層數為41層，單層厚度最大為65m，累計視厚度為783m，占中泥盆統地層厚度的41.5%，灰色、深灰色泥巖多夾薄層灰黑色泥灰巖，泥巖局部頁理發育。綜合地面露頭剖面和井下地層分布特征，認為桂中坳陷泥盆系泥頁巖具有分布面積大、沉積厚度大的特點，泥頁巖厚度在200～500m。

圖1 桂中坳陷及其鄰區泥盆紀沉積模式圖 圖2 桂中坳陷中-下泥盆統頁巖厚度等值線圖

序號巖性TOC/%生烴潛量(S1+S2)/mg·g-1鏡質體反射率Ro/%1黑色泥巖1.760.04-2黑色泥巖2.570.05-3黑色泥巖2.610.031.74黑色泥巖2.70.041.635黑色泥巖3.010.07-6黑色泥巖3.120.051.557黑色泥巖3.20.04-8黑色泥巖4.150.031.859黑色泥巖4.450.031.7310黑色泥巖4.740.08-

1.2 泥頁巖有機質豐度

桂中坳陷泥盆系泥頁巖有機碳含量較高。南丹大廠剖面中泥盆統羅富組(D2l)10件黑色泥巖樣品總有機碳TOC含量數據中，僅1件樣品TOC小于2.0%[6]，其他樣品TOC均大于2.0%,最高可達4.74%，平均為3.23%(見表2)。南丹羅富地區的6口淺鉆井顯示[7]，泥盆系泥巖TOC平均為1.69%，120件樣品中TOC<0.5%的僅占7.5%，TOC>2%的占44%。其中羅富組(D2l)TOC為0.37%～3.63%，平均1.35%；納標組(D2n)TOC為1.30%～3.50%，平均2.20%；塘丁組(D1t)TOC為0.39%～2.97%，平均1.69%。總體來看，桂中坳陷泥盆系泥頁巖的有機質豐度較高。

1.3 泥頁巖有機質成熟度

桂中坳陷32件露頭區泥盆系泥頁巖的有機質成熟度分布在1.62%～3.94%(見表3)，處于高成熟-過成熟演化階段。2007年完鉆的桂中1井顯示，區內泥盆系泥質巖有機質成熟度為2.0%～3.8%[5]，總體上處于過成熟-超成熟階段，其中中泥盆統泥質巖有機質成熟度多在2.0%～2.8%，處于過成熟演化階段。桂中坳陷露頭區泥盆系泥頁巖的有機質成熟度分布在1.5%～3.0%，處于高成熟-過成熟演化階段。

表3 桂中坳陷泥盆系露頭樣品Ro測試數據表

1.4 泥頁巖有機質類型

桂中坳陷泥盆系泥質烴源巖有機質類型主要為Ⅱ型干酪根。泥盆系12個樣品進行干酪根鏡檢，全部樣品均以腐泥無定形為主[8]。根據干酪根有機顯微組分統計，盆泥系上統、中統烴源巖有機質類型均為Ⅰ-Ⅱ1型，下統烴源巖有機質類型為Ⅱ1型。南丹羅富剖面下泥盆統塘丁組烴源巖干酪根碳同位素值為-27. 80‰～-26. 84‰，有機質類型總體為Ⅱ型；干酪根顯微組分主要為腐泥組，相對含量為38.7%～89.7%[9]，其次為鏡質組，總體為Ⅱ型有機質。

1.5 泥頁巖全巖礦物組成

頁巖的礦物成分較復雜，頁巖儲層的礦物組成除常見的黏土礦物(伊利石、蒙皂石、高嶺石)外，還混雜有石英、長石、云母、方解石、白云石、黃鐵礦、磷灰石等礦物。北美勘探研究表明，石英等脆性礦物含量高有利于后期的壓裂改造形成裂縫，而頁巖氣的產出部分主要依賴于天然裂縫、人工制造裂縫或是存在互層的可滲透巖相；碳酸鹽礦物中方解石含量高的層段，易于溶蝕產生溶孔。北美地區Barnett頁巖的石英、長石和黃鐵礦含量為20%～80%，其中石英含量為40%～60%，碳酸鹽礦物含量低于25%，黏土礦物含量通常小于50%。

桂中坳陷泥盆系13件露頭樣品全巖礦物組成分析(見表4)顯示，該區泥盆系黏土礦物含量(質量分數)分布在32.7%～66.6%(平均為47.6%)，石英含量分布在23.3%～45.5%(平均為32.86%)，略低于北美Barnett頁巖，方解石含量普遍小于10%，整體來說，脆性礦物含量較高，也具有良好的可改造性。

表4 桂中坳陷泥盆系露頭樣品全巖礦物組成數據表

1.6 保存條件

近幾年國內頁巖氣勘探實踐表明，頁巖氣勘探研究必須注重保存條件的研究。桂中坳陷泥盆系具有多層系的泥質巖類蓋層，分布面積廣，厚度43～925m不等，在桂東北全州大背江晚泥盆世中發現石膏巖系蓋層厚29m。從水文地質研究來看，在里1井900m、1300m水樣分析為MgCl2型，水文交潛停滯帶深度應在1000m左右，保存條件較完好。從構造條件來看，桂中坳陷自震旦紀以來, 經歷了多期強烈的構造運動, 其中印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動對油氣的保存影響作用較大。受各期構造運動的影響，桂中坳陷發育NNE-NE、NW、近EW與近SN向4組規模不等的斷裂系[1]，整體上桂中坳陷構造作用由西往東增強，中西部構造變形強度相對較弱，深大斷裂發育少且多為封閉型，東部深大斷裂較多且多具開啟性；燕山-喜山運動導致桂中坳陷整體抬升以致地層遭受大量剝蝕，剝蝕厚度由東往西逐漸減小，坳陷中西部的剝蝕厚度在1500～3000m，東部普遍3000m以上[10]，大部分地區泥盆系直接出露，進而導致東部蓋層的整體封閉性受到了一定的破壞。因此整體來看，桂中坳陷中西部現今處于構造相對穩定區，保存條件相對較好，是桂中坳陷頁巖氣勘探的有利方向。

2 勘探潛力分析

根據頁巖氣成藏機理特點和成藏的有利地質因素，并結合桂中坳陷的地質背景，對桂中坳陷泥盆系頁巖氣成藏條件進行了分析，認為桂中坳陷泥盆系具有頁巖氣成藏的基本條件。從頁巖氣保存條件來看，斷裂活動影響相對較小的中西部地區是桂中坳陷泥盆系頁巖氣勘探的有利方向。

桂中坳陷從泥盆系到下三疊統地層沉積齊全，由于構造運動抬升，造成石炭系以上地層暴露剝蝕嚴重，最大殘存面積約2×104km2，僅是坳陷面積1/2～1/3。而泥盆系，特別是中、下泥盆統則基本保存完好，下泥盆統極少受剝蝕，保留面積約4.6×104km2；中泥盆統略有剝蝕，保存面積4.3×104km2，占坳陷面積的93%；上泥盆統剝蝕程度較大，保留面積約3×104km2。因此，中下泥盆統頁巖氣可勘探面積較大。

3 結論

1)桂中坳陷泥盆系頁巖的分布明顯受沉積相控制，暗色頁巖主要分布于盆地相區，縱向上優質頁巖主要發育在中-下泥盆統，該層系頁巖分布面積廣，沉積厚度大，有機碳含量高，處于高成熟-過成熟熱演化階段，頁巖脆性礦物含量較高，有利于壓裂改造，具備頁巖氣形成和后期壓裂改造的基本條件。

2)桂中坳陷中下泥盆統頁巖氣可勘探面積較大，占整個坳陷面積的93%以上，勘探潛力較大，可進一步開展勘探工作。綜合水文地質條件以及構造改造作用認為，斷裂活動影響相對較小的中西部地區是桂中坳陷泥盆系頁巖氣勘探的有利方向。

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