威寧—水城下石炭統舊司組頁巖氣成藏條件

李 凱

(貴州省煤層氣頁巖氣工程技術研究中心，貴州 貴陽 550008)

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威寧—水城下石炭統舊司組頁巖氣成藏條件

李 凱

(貴州省煤層氣頁巖氣工程技術研究中心，貴州 貴陽 550008)

根據野外露頭，鉆井、錄井剖面及測試化驗等資料，分析威寧—水城下石炭統舊司組富有機質頁巖形成的地質背景、沉積特征及成藏要素。研究認為，該區有機質頁巖厚度大，分布面積廣；有機碳含量平均為1.26%，有機質類型以Ⅱ型為主，有機質成熟度較高，具有良好的生烴潛力；儲層整體呈現低孔、低滲的特征，有機質頁巖裂縫、孔隙較發育；上下圍巖巖性致密，具有良好的保存條件。對區內泥頁巖厚度、有機碳含量、成熟度、埋深等成藏要素進行分析，預測有利區處于西南部威水背斜帶。采用概率體積法預測研究區資源量為1 553.85×108m3，具有良好的資源開發前景，研究結果可為該區下步勘探部署提供一定依據。

頁巖氣；有利區；舊司組；成藏條件；威寧—水城區塊

1 區域概況

貴州省威寧—水城區塊地處貴州省西部，研究區東南邊界與貴州盤縣接壤，東北與六枝、納雍縣為鄰。構造位置位于黔南坳陷六盤水斷陷，南部有水城—紫云同沉積斷裂，東北部有埡都—蟒硐斷裂。

研究區石炭系地層發育較全，以淺海相碳酸鹽巖沉積為主。上部主要為灰巖、生物灰巖、介殼灰巖；下部巖性較復雜，由碳酸鹽巖、碎屑巖和硅質巖組成，均為連續沉積，與下伏地層上泥盆統呈整合接觸[1-3]。區內早石炭世舊司組時期自南東向北西海平面逐漸上升，由于較迅速的海侵作用造成物源供給不足，舊司組時期主要沉積了一套黑色炭質頁巖、鈣質頁巖，后期因生物作用碳酸鹽物質供給充足，在舊司組頂部沉積了大套碳酸鹽巖(圖1)。

2 地層及沉積特征

研究區發育一套灰黑色薄層頁巖、泥巖，夾灰黑色厚層至塊狀燧石灰巖、石英砂巖，下部以黑色頁巖、炭質泥巖為主，夾含泥灰巖，產珊瑚等動物化石[4]，地層發育總體由東北向西南逐漸增厚，在威寧六硐橋厚度達992 m，向東南、西北方向逐漸減薄。區內舊司組地層黑色頁巖發育，有效頁巖厚度為0～120 m，在金鐘鎮附近有機質頁巖厚度達到120 m。

研究區在早石炭世可劃分為2個沉積相[5-6]，自北東向南西依次為潟湖相、沼澤相。潟湖相分布于威寧板底鄉、水城保華一線北東部，發育巖性為黑色頁巖夾淺灰色中厚層細粒石英砂巖。沼澤相分布在威寧板底鄉、水城保華一線南部大部分區域，為一套海陸交互相砂泥巖夾灰巖含煤沉積，由濱?！獪\海相石英砂巖、頁巖、灰巖和濱海沼澤相的炭質頁巖及煤層組成。

3 成藏條件研究

3.1 地球化學特征

3.1.1 有機碳含量

根據研究區及其周邊富有機質頁巖樣品分析測試結果顯示，舊司組TOC為0.83%～1.69%。舊司組富有機質頁巖TOC含量平面變化特征與頁巖層發育特征基本一致，在威寧金鐘鎮一帶最高，由中心向東北和南西向逐漸降低。

圖1 貴州省威寧—水城區塊石炭系層序地層格架

3.1.2 有機質類型

舊司組頁巖干酪根類型指數TI為-13～84，有機質類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主，并出現Ⅲ型和Ⅰ型。頁巖干酪根碳同位素值δ13C為-40.0‰～15.1‰，平均為-28.2‰；碳同位素值變化大，干酪根類型多，以Ⅱ1型為主。顯微組分主要表現為殼質組，其次為腐泥組和鏡質組，惰質組較少。其中，殼質組以腐殖無定形體和殼質碎屑體為主，腐泥組以腐泥無定形體和腐泥碎屑體為主，鏡質組以無結構鏡質體為主，藍光激發，無熒光顯示。

3.1.3 有機質成熟度

研究區及其周邊以往頁巖樣品鏡質體反射率分析測試結果顯示，下石炭統舊司組富有機質頁巖熱演化程度總體較高。區內下石炭統舊司組頁巖有機質成熟度為1.60%～2.95%，平均為2.31%，處于過成熟早期生干氣階段。區內東北部赫章地區Ro值大于3.00%，其余大部分區域Ro值為1.60%～3.00%；區塊西北部威頁1井Ro值為2.95%，中部北西向威寧—水城間為2.00%～3.00%，往西南部有機質熱演化有所降低。

3.2 頁巖巖石學特征

根據研究區及其周邊下石炭統舊司組頁巖樣品測試結果分析：頁巖中石英含量為21.65%～61.42%，平均為39.95%；長石含量為0.00～4.92%，平均為1.11%；碳酸鹽巖含量為0.95%～47.32%，平均為16.64%，礦物成分以方解石為主，次為白云石；鐵礦物含量為0.00～4.00%，平均為2.22%，主要以黃鐵礦、菱鐵礦為主；石膏含量為0.00～8.00%，平均為1.38%；黏土礦物含量為7.61%～69.30%，平均為38.70%。

舊司組富有機質頁巖抗壓強度為3.72～202.91 MPa，抗拉強度為1.08～110.12 MPa，彈性模量為12.49×103～25.90×103MPa，泊松比為0.22～0.26，含水率為0.02%～1.61%。

3.3 頁巖氣儲層物性

依據區內及周邊巖心樣品測試資料，下石炭統舊司組富有機質頁巖密度為2.05～2.72 g/cm3，平均為2.61 g/cm3；孔隙度為2.14%～3.29%，滲透率為0.001 3×10-3～0.190 0×10-3μm2，整體呈現低孔、低滲的特征。舊司組頁巖層段孔隙度和裂縫較發育，孔隙以溶蝕孔、粒間孔、晶間孔為主，多為納米級孔隙，少量微米級孔隙。裂縫主要為構造裂縫和成巖層間裂縫，裂縫大多被方解石充填，偶爾可見少量黃鐵礦。

3.4 保存條件及含氣性

3.4.1 頁巖氣保存條件

(1) 頁巖埋藏深度。研究區舊司組頁巖埋深展布方向以北西向為主，在向斜軸部附近埋深較大，埋深小的區域呈帶狀展布。埋深小于3 000 m的區域主要位于區塊北部和中部，即向斜(爐山、二塘、大河邊和格目底)兩翼石炭系—下二疊統地層覆蓋區，多位于背斜(珠市河、威水)核部及兩翼。埋深大于3 000 m的區域主要位于向斜(二塘、大河邊和格目底)核部上二疊統地層覆蓋的區域，埋藏深度為3 000～4 500 m。二塘、大河邊、格目底向斜核部埋藏深度一般大于4 500 m。研究區整個下石炭統舊司組富有機質頁巖埋深較大、保存條件好。

(2) 上下圍巖巖性。研究區露頭剖面及鉆井、錄井剖面顯示，區塊上司段及擺佐組巖性主要為粉砂質泥巖、泥巖、砂泥巖互層。在舊司組中、上部至上司段發育淺灰色泥質巖、粉砂質泥巖，巖性致密，厚度達400多米，可以形成較好的蓋層。下伏地層為巖關組泥晶灰巖、燧石灰巖夾生物灰巖，厚度為0～400 m，可形成良好的封堵層。上下圍巖巖性致密，厚度較大，對區內舊司組可形成良好的封蓋層，有利于研究區頁巖氣的保存。

3.4.2 頁巖層含氣性

根據《貴州省頁巖氣資源調查評價》，貴州省下石炭統舊司組頁巖含氣量為0.1～2.9 m3/t，平均為1.0 m3/t。

發現1、發現2井的鉆井及錄井資料分析認為，下石炭統舊司組存在2套頁巖氣產層。發現1井在850 m進入舊司組，在984～1 202 m有連續氣體產生，且將鉆井泥漿頂出井口；發現2井鉆遇地層巖性組合分析，井深1 943 m以上為一套下石炭統舊司組地層層序，巖性以泥頁巖為主，夾石灰巖，泥頁巖總厚度大于500 m，是一套良好的區域蓋層和頁巖生氣層。

4 有利區預測

采用全國頁巖氣資源戰略調查項目推薦的頁巖氣資源評價方法[7-11]，運用單因素分析多要素綜合的研究思路[12]，開展研究區頁巖厚度、有機碳含量、熱演化程度等成藏要素研究。按頁巖TOC>1.5%，Ro≤4.0%，埋深500～4 500 m，泥頁巖厚度大于10 m，總含氣量大于1.0 m3/t等標準，采用概率體積法對研究區下石炭統舊司組頁巖氣有利區進行預測(表1)。

表1 威寧—水城區塊下石炭統舊司組頁巖氣有利區資源量預測及參數取值

預測有利區大體處于威水背斜帶，北臨爐山—二塘—大河邊向斜，南靠垮都—樹舍—格目底向斜，背斜構造被水城斷層、上石橋斷層、野窩斷層、老屋基等逆沖斷層控制(圖2)。威水背斜帶中部下石炭統舊司組頁巖層沉積最好，與東部相比較，同由水城斷層控制，頁巖氣的成藏環境與水城發現1、發現2井基本一致。由于該區構造規模大，含氣區邊界斷層多為逆斷層，頁巖氣保存條件好，是威寧—水城區塊頁巖氣勘探的最有利區，在50%概率條件下預測資源量為1 553.85×108m3。

圖2 貴州省威寧—水城區塊頁巖氣有利區預測

5 結 論

(1) 研究區地層發育總體由東北向西南逐漸增厚，向東南、西北方向地層厚度逐漸減薄。早石炭世可劃分為2個沉積相，自北東向南西依次為潟湖相、沼澤相。地層沉積厚度和展布方向受水城—紫云斷裂控制，區內沉積相控制泥頁巖發育層位及橫向變化，同時也控制了泥頁巖有機質豐度展布。

(2) 研究區總有機碳含量為0.83%～1.69%，總體上有機質頁巖TOC平面變化與頁巖層發育特征基本一致。區內下石炭統舊司組頁巖干酪根類型指數TI值為-13～84，有機質類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主。區內有機質成熟度平均為2.31%，往西南部有機質熱演化程度有所降低。

(3) 研究區富有機質頁巖礦物成分以石英含量最高，其次為黏土礦物，含有部分碳酸鹽礦物，長石、鐵礦物和石膏含量較低。脆性礦物總體含量大于40%，具有較好破裂潛力。

(4) 研究區含氣頁巖具有孔隙度低、滲透率特低的特征，有機質頁巖孔隙以溶蝕孔、有機孔、晶內孔隙等為主，宏觀裂縫較發育，主要為構造裂縫和成巖層間裂縫。下石炭統舊司組富有機質頁巖埋深較大、保存條件好，上覆地層為粉砂質泥巖、泥巖砂泥巖互層，巖性致密；下伏地層巖關組泥晶灰巖，厚度較大，舊司組上下圍巖形成好的封堵作用，具有良好的成藏條件。

(5) 按有機質頁巖成藏要素對研究區進行分析，預測有利區大體處于威水背斜帶；采用概率體積法對下石炭統舊司組頁巖氣有利區進行儲量預測，在50%概率條件下的預測資源量為1 553.85×108m3，具有良好的勘探開發前景。

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編輯 林樹龍

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.011

20160329；改回日期：20160713

貴州省應用基礎研究計劃重大項目“貴州復雜構造區頁巖氣賦存與滲透機制研究”(黔科合JZ字[2014]2005)

李凱(1986-)，男，助理工程師，2010年畢業于長江大學資源勘查工程專業，2014年畢業于西南石油大學礦產普查與勘探專業，獲碩士學位，現從事非常規油氣地質的研究工作。

TE122.2

A

1006-6535(2016)05-0048-04