黔西南晴頁2井舊司組頁巖特征及勘探意義

張本杰　秦　琴　劉　甲，2　張　偉，2　羅　沙

（1.貴州煤礦地質工程咨詢與地質環境監測中心，貴州　貴陽　550081；2.貴州能礦織金磷化工有限公司，貴州　貴陽　550003）

黔西南晴頁2井舊司組頁巖特征及勘探意義

張本杰1秦琴1劉甲1，2張偉1，2羅沙1

（1.貴州煤礦地質工程咨詢與地質環境監測中心，貴州貴陽550081；2.貴州能礦織金磷化工有限公司，貴州貴陽550003）

通過晴頁2井舊司組頁巖巖心樣品測試，結合地質錄井資料，對頁巖氣儲層特征及開采有利的重要因素進行了分析研究。揭示了舊司組頁巖具有效厚度較大、泥地比高（81.43%）、有機質含量較高、脆性礦物含量高（平均為48.69%）、納米孔及微裂縫較發育、生烴能力較強等特點；隨深度增加，有機碳含量、含氣量具增大趨勢，含氣性與有機碳含量呈正相關性；據頁巖氣賦存及環境條件優選出有利區預測地質資源量為7 885×108m3，可采資源量為1 419.3×108m3，勘探開發前景廣闊。分析認為：海相頁巖是頁巖氣勘探開發的重要層系，富含脆性礦物的有機質頁巖是良好的勘探開發目標。

頁巖脆性礦物納米孔和微裂縫勘探意義舊司組

0　引言

中國頁巖氣研究和勘探開發工作起步晚，近年，中國石化、中國石油在重慶、四川龍馬溪組頁巖氣勘探開發取得重大突破并獲工業氣流，上揚子地區下古生界海相頁巖層系成為研究的焦點，而上古生界含氣頁巖層系研究甚少，部分學者［1-3］對華南及中、上揚子地區上古生界有機質頁巖分布、有機地球化學、礦物成分、沉積環境、含氣性、保存條件、資源及其勘探潛力、有利區優選等進行了初步研究工作，對頁巖氣成藏條件取得了初步認識，對頁巖氣儲層變化規律及特征、開采有利的重要因素等系統研究尚存不足。

貴州省頁巖氣資源豐富，頁巖有機質含量較高，目前對舊司組等頁巖氣儲層研究不夠，影響頁巖氣勘探開發進展。通過對晴頁2井舊司組頁巖巖心采樣并測試，結合地質錄井資料分析和總結，研究儲層特征及其變化規律，旨在揭示舊司組海相頁巖氣成藏特征及儲層有利因素，為勘探開發提供依據。

1　地質背景

泥盆紀末期，貴州發生了紫云運動，除黔南、黔西、黔西南地域仍保持深水盆地連續沉積外，其余地區均呈現不同程度的隆升并遭受剝蝕，進入石炭紀，貴州仍處在不均衡的拉張沉陷環境，海侵方向由南東向北西。晴隆地區石炭紀早期出現了拉張裂陷作用形成硅質巖、灰巖沉積，此后，張裂沉陷作用持續發展，海侵范圍逐漸擴大，石炭紀晚期海侵規模達到最大，而中二疊世梁山期深水環境則開始不同程度的海退。

晴頁2井位于揚子準地臺黔北臺隆六盤水斷陷普安旋扭構造變形區中營向斜南東翼南段。區域構造發育北東向斷裂及褶皺為主，次為北西向。井區地層主要呈NE—SW走向，傾向NW，傾角一般10～20°，井位2 km范圍內未發現斷距大于20 m的斷層（圖1）。晴頁2井開鉆層位為下二疊統龍吟組（P1l），完鉆層位為下石炭統湯粑溝組（C1t），主要目的層為舊司組（C1j），鉆遇地層剖面、巖性及采樣位置如圖2所示。

2　頁巖特征

2.1厚度特征

舊司組（C1j）近底部為黑色頁巖與薄層硅質灰巖互層，中上部夾0.33 m泥質灰巖，其余為黑色頁巖，黑色頁巖連續厚度為60.01 m，總有效厚度為67.9 m，組厚83.38 m，泥地比為81.43%，富有機質頁巖泥地比高。晴頁2井區域PM1—PM4剖面舊司組頁巖有效厚度為38.9～82 m，平均為62.7 m，頁巖有效厚度較大。平面上，晴隆—關嶺區域舊司組頁巖總體呈北西厚、北東逐漸變薄的趨勢。2.2有機質特征

圖1　晴隆地區構造綱要及鉆井位置圖

圖2　鉆遇地層剖面柱狀及采樣位置圖

有機質含量高低決定頁巖生烴能力、孔隙空間大小及吸附能力，對富有機質頁巖含氣量起決定性作用［4］。49件樣品測試結果顯示：有機碳（TOC）含量為0.60%～5.76%，一般為1.45%～3.22%，平均為1.79%；TOC含量大于或等于4%的占3.4%，TOC含量大于或等于2%的占30.6%，TOC含量大于或等于1%的占79.6%；在677～693 m、711～743 m共兩個層段頁巖有機質含量較其他層段高，TOC含量總體較高，隨深度增加TOC含量具增高趨勢。有機質成熟度Ro含量為4.02%～4.87%，平均為4.43%，熱演化程度高。隨深度增加，Ro值略具增大趨勢。頁巖埋深增加，壓力增大，溫度升高，隨著熱演化時間增長，有機質成熟度高。7件樣品測試有機質類型有6件為Ⅱ1型，僅1件為Ⅰ型，以腐泥型為主。頁巖具較強的生烴能力，處于過成熟生干氣階段。鉆井區域采3件（CY1—CY3）地表樣經測試，TOC為2.19%～2.74%，Ro含量為2.01%～3.50%。頁巖有機質含量較高，有機質類型以腐泥型為主，具備頁巖氣形成的物質基礎［5］，熱演化程度越高越有利于頁巖氣富集［6］。

2.3脆性礦物特征

9件頁巖樣品脆性礦物石英含量為15.53%～49%，平均為29.96%，長石含量為6%～27.72%，平均為12.69%，碳酸鹽巖含量為1.0%～27.08%，平均為6.04%，脆性礦物總含量為32%～65.70%，平均為48.69%，總量大于50%的占56%，脆性指數為32.65%～67.73%，平均為51.85%，脆性礦物含量高，其中石英含量最高，石英含量越高，儲層物性越好［7］，脆性礦物含量越高，頁巖脆性越強，儲層天然裂縫就越發育，在水力壓裂外力作用下越易形成誘導裂縫網絡，利于頁巖氣開采［8］。從圖3可以看出，TOC與脆性礦物含量略具正相關性。

2.4物性特征

10件頁巖樣品的孔隙度為1.67%～3.76%，平均為2.66%，孔隙度大于2%的占90%，孔隙度大于2.4%占50%，孔隙度大于3%的占30%；10件樣品的滲透率為0.004 5～0.028 8 mD，平均為0.009 1 mD，滲透率大于0.007 mD的占50%，大于0.01 mD的占20%。TOC含量與孔隙度、滲透率略具正相關性。隨深度增加，滲透率略具增大趨勢。

圖3　頁巖TOC含量與脆性礦物關系圖

2.5儲滲空間特征

孔隙特征。氬離子拋光分析，有機孔較發育，以納米孔為主，孔徑一般為10～48.6 nm，QY2-44樣還見晶內孔，孔徑為1 μm左右。頁巖以有機納米孔為主，TOC含量高，質優［9］。

裂縫特征。頁巖微裂縫較發育，微裂縫長一般為10～40 μm、寬0.4～1.6 μm，微裂縫略顯張性。微裂縫為頁巖氣運移和儲集提供了良好的空間［10］。

孔喉特征。經QY2-41樣核磁共振分析，孔喉半徑為30～125 nm的納米孔分布頻率占10%～15%，孔喉半徑為1～15 nm的納米孔分布頻率為1%～10%，孔喉半徑為1～10 μm的微米孔分布頻率僅為0.2%～1%，表明頁巖孔隙以納米孔為主，納米孔對頁巖氣儲存起主要貢獻作用，微米孔次之。

有機質納米孔是頁巖氣的重要儲集空間，納米孔對頁巖氣吸附能力極強，增加頁巖氣的存儲量［11］，石英等脆性礦物含量高并具較高脆度，是頁巖微裂縫形成的內因［12］，微裂縫對頁巖氣滲流具重要作用，是連接微觀孔隙和宏觀孔隙的橋梁，微裂縫可改善儲層的滲流能力［13］。

2.6含氣性特征

頁巖含氣量為1.38～2.35 m3/t，平均為1.81 m3/t，主體在1.6～2 m3/t，12件樣品含氣量大于1.6 m3/t的占83%，大于1.8 m3/t的占58%，大于2 m3/t的占25%，含氣性與TOC含量具良好的正相關關系（圖4），總體上頁巖含氣性較好，能滿足頁巖氣商業開發的要求，具資源開發潛力。在恒溫30℃，對頁巖QY2-41樣作等溫吸附實驗，隨壓力增大吸附量增加，當壓力增加到12 MPa時，吸附量達1.52 m3/t，該樣解析氣量為1.57 m3/t，解析氣量與等溫吸附值相近，表明頁巖吸附天然氣的能力較強。隨深度增加，頁巖含氣量具增大趨勢。

圖4　頁巖含氣性與TOC關系圖

3　勘探開發意義

3.1成功經驗借鑒

北美頁巖氣勘探開發的成功經驗對中國南方海相頁巖的啟示：頁巖TOC一般大于2%、Ro普遍大于1.1%、石英含量為27%～52%，脆性礦物含量一般大于30%，微裂縫較發育，構造較簡單，具良好封蓋層保存條件，地形有利，水源充足［14］。美國頁巖儲層屬海相沉積，層位深度在76～2 440 m，厚度通常大于30 m［15］。我國南方古生界海相頁巖分布廣、厚度大，屬頁巖氣勘探前景最好的區域［16］。重慶涪陵地區焦頁1井等龍馬溪組頁巖TOC為0.55%～6.89%，平均為2.62%，孔隙度為1.17%～8.61%，滲透率為0.001 1～0.1 mD，納米孔及裂縫較發育，納米孔孔徑以23～43 nm為主，裂縫寬0.02～1 μm，脆性礦物總含量為33.9%～80.3%，優質頁巖層總含氣量（直線法）為0.29～5.34 m3/t，焦頁1井等4口井截至2015年3月累計產量超過1.6×108m3［17］。勘探開發頁巖氣，其產量高低與泥頁巖內部天然微裂縫有關，發育微裂縫將提高水力壓裂的有效性［18］。裂縫與脆性礦物具相關性，頁巖越含脆性礦物，脆性就越強，天然裂縫越易發育，因此，富含脆性礦物的有機質頁巖是良好的勘探開發目標。

3.2舊司組勘探開發意義

1）儲層及其環境意義。晴頁2井地區舊司組埋深一般為200～3 000 m，以低中山為主，山間平壩有分布，蓋層為下石炭統上司組（C1s）—中石炭統馬平組（C2m）碳酸鹽巖夾砂泥巖、龍吟組（P1l）頁巖及砂泥巖。晴隆—關嶺一帶舊司組有利區位于中營向斜和郎岱向斜，大斷裂不發育，構造活動相對較弱，保存條件較好。良好的封蓋層可減少構造運動過程中頁巖氣向外滲流運移及擴散散失，保持較高的地層壓力，維持最大的吸附量［19］。該有利區鎮（鎮寧）勝（勝境關）高速公路（G60）橫穿全區，北盤江自北西向南東流經有利區，交通及用水便利。井區舊司組頁巖具厚度較大、脆性礦物含量高、含氣性較好等特點，頁巖氣成藏、賦存環境條件較好，儲層特征與北美及涪陵地區頁巖氣勘探開發區儲層相似，具備較好的勘探開發條件，具有勘探開發意義。

2）資源潛在意義。據晴頁2井及所在區舊司組頁巖有效厚度、有機質含量、含氣性、構造等條件進行有利區優選，優選出晴隆有利區（埋深為500～3 500 m）面積2 970 km2（圖1），P50概率條件下預測有利區頁巖氣地質資源量為7 885×108m3，可采資源量為1 419.3×108m3，地質資源豐度為2.65×108m3/ km2，頁巖氣資源豐富，勘探開發前景廣闊，具有重大意義。

3）能源需求意義。隨著產業結構調整，我國天然氣消費量逐年上升，2015年全國消費量為2 310× 108m3，預測到2020年全國消費量將增至4 850× 108m3［20］。天然氣能源將處于供不應求局面。目前天然氣價格已上漲，這有助于提高頁巖氣開發的利潤率［21］。頁巖氣是清潔環保和新型的氣體能源，勘探開發頁巖氣對解決能源供求矛盾具有重要戰略意義。

4　結論

1）晴頁2井舊司組屬海相沉積，富有機質頁巖泥地比高（81.43%），有機質類型以Ⅱ1型為主，TOC含量較高，隨深度增加，TOC、含氣性具增大趨勢，TOC與含氣性呈正相關性，頁巖具較強的生烴能力。

2）頁巖納米孔較發育，納米孔是頁巖氣的重要儲存及滲流空間，是頁巖吸附氣量的主要因素。

3）舊司組頁巖脆性強，微裂縫較發育，易壓裂改造，有利于商業開采，是良好的頁巖氣勘探開發層系。晴頁2井所在有利區頁巖氣資源豐富，具廣闊的勘探開發前景。勘探開發頁巖氣對解決能源供求矛盾具有重要戰略意義。

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（編輯：盧櫟羽）

B

2095-1132（2016）04-0019-04

10.3969/j.issn.2095-1132.2016.04.005

修訂回稿日期：2016-07-08

貴州省地勘基金重大專項“貴州省頁巖氣資源調查評價（2012GYYQ）”項目之子項目“黔西南地區頁巖氣資源調查評價（2012GYYQ-04）”資助。

張本杰（1965-），工程師，從事頁巖氣評價及油氣協管工作。E-mail：1435876631@qq.com。