渝東地區(qū)龍馬溪組頁巖氣成藏地質(zhì)條件研究

要繼超，王興志，羅 蘭，胡 曦，李 可

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

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渝東地區(qū)龍馬溪組頁巖氣成藏地質(zhì)條件研究

要繼超1，2，王興志1，2，羅 蘭1，2，胡 曦1，2，李 可1，2

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

針對(duì)渝東地區(qū)龍馬溪組頁巖氣成藏條件問題，從野外露頭、井下巖心及典型剖面等基礎(chǔ)資料出發(fā)，通過有效頁巖厚度、埋藏深度、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)成熟度以及物性特征等參數(shù)對(duì)該地區(qū)進(jìn)行成藏條件研究。研究表明：該地區(qū)龍馬溪組有效頁巖厚度較大、埋藏深度較淺、有機(jī)碳含量較高、有機(jī)質(zhì)成熟度較高，具有良好的物性特征以及較高的脆性指數(shù)，有利于頁巖氣的富集和開發(fā)。運(yùn)用多因素疊加及綜合地質(zhì)分析技術(shù)，優(yōu)選出渝東地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組成藏有利區(qū)。有利區(qū)預(yù)測(cè)的結(jié)果對(duì)渝東地區(qū)探尋合理的頁巖氣勘探開發(fā)試驗(yàn)區(qū)具有一定的指導(dǎo)意義。

渝東；成藏地質(zhì)條件；頁巖氣；有利區(qū)；龍馬溪組

0 引 言

頁巖氣藏具有自生自儲(chǔ)自蓋的特性，且頁巖氣在地層中的存在形式主要以吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)為主[1]。至今許多學(xué)者認(rèn)為，中國(guó)的四川盆地具有頁巖氣勘探和開發(fā)的地質(zhì)基礎(chǔ)和廣闊的資源前景[2]，且已在四川威遠(yuǎn)—長(zhǎng)寧地區(qū)和重慶焦石壩地區(qū)的頁巖氣勘探開發(fā)中取得明顯進(jìn)展[3]。目前針對(duì)頁巖氣重點(diǎn)區(qū)的成藏條件評(píng)價(jià)較少，系統(tǒng)地評(píng)價(jià)渝東地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣成藏地質(zhì)條件，合理地預(yù)測(cè)有利于頁巖氣富集的區(qū)域，可為重慶東部地區(qū)頁巖氣的勘探和開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

渝東地區(qū)主要位處于重慶市東部，與陜西省、湖北省、湖南省和貴州省相接[4]，在研究區(qū)內(nèi)北有大巴山，南有大婁山，西有華鎣山，東有齊岳山，地形大勢(shì)由南北向長(zhǎng)江河谷傾斜，起伏較大。該地區(qū)在大地構(gòu)造上屬于中上揚(yáng)子板塊，位于華鎣山—石龍峽以東、大婁山—齊岳山以西的川東高陡構(gòu)造帶近中部，是一個(gè)由大斷裂控制的高背斜帶為主體的平行褶皺區(qū)。從沉積環(huán)境上看，渝東地區(qū)下志留統(tǒng)長(zhǎng)期處于深水陸棚環(huán)境中，其廣泛發(fā)育富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，且埋藏較淺，TOC含量較高，巖石的脆性指數(shù)大，這些特點(diǎn)均有利于頁巖氣的勘探和開發(fā)。

2 生烴特征

2.1 富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度及其分布

富有機(jī)質(zhì)頁巖為烴源巖提供了足夠的有機(jī)質(zhì)，是儲(chǔ)集層中具有充足儲(chǔ)集空間的條件之一，其中富有機(jī)質(zhì)頁巖的厚度越大，其有機(jī)質(zhì)總量越大，頁巖氣的生成量越多，頁巖氣富集程度越高[5]。通過研究區(qū)內(nèi)的野外地表露頭以及鉆井資料，對(duì)渝東地區(qū)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖的厚度及分布進(jìn)行研究。結(jié)果表明：渝東地區(qū)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度總體上呈北東向帶狀分布，其厚度變化較大。其中在豐都、石柱、黔江之間的三角區(qū)以及東北部WX2井、田壩、咸水一帶沉積較厚，富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度均大于70 m(圖1)，且在靠近樂山—龍女寺古隆起以及黔中古隆起地區(qū)，由于強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致龍馬溪組地層遭到了抬升剝蝕，使其厚度變薄，從該區(qū)域依次向四周減薄。

圖1 渝東地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度等值線

2.2 富有機(jī)質(zhì)頁巖埋藏深度

富有機(jī)質(zhì)頁巖埋藏深度是控制該區(qū)頁巖氣進(jìn)行商業(yè)化開采的一項(xiàng)重要因素。渝東地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組底界埋深特征：①研究區(qū)中部忠縣—豐都區(qū)整體埋深變化較小，主要分布在4 000～5 000 m，豐都—忠縣沿方斗山背斜核部發(fā)育帶狀延伸帶，埋深為3 000～4 000 m；②研究區(qū)東南部彭水—酉陽地區(qū)埋深較淺，主要分布在500～2 000 m，局部地區(qū)超過2 000 m；③研究區(qū)東北部田壩—巫溪地區(qū)埋深變化較大，主要分布在1 000～4 000 m，其中在田壩附近埋深超過4 000 m(圖2)。

2.3 有機(jī)質(zhì)含量及類型

有機(jī)質(zhì)含量受沉積環(huán)境的控制明顯，且對(duì)孔隙度和含氣量等特征具有積極的影響作用。資料顯示，研究區(qū)內(nèi)龍馬溪組黑色頁巖干酪根類型主要為腐泥型(Ⅰ)，少量干酪根為腐殖腐泥型(Ⅱ1)，表明該地區(qū)龍馬溪組黑色頁巖具有良好的生烴潛力[4，6]；研究區(qū)內(nèi)龍馬溪組頁巖TOC含量在武隆—彭水以及東北部田壩—咸水地區(qū)最高，部分地區(qū)超過4%(圖3)。因此，渝東地區(qū)龍馬溪組TOC含量較高，這為形成有利的頁巖氣藏提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖2 渝東地區(qū)龍馬溪組底界埋深

圖3 渝東地區(qū)下龍馬溪組TOC含量等值線

2.4 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是判斷烴源巖熱演化程度是否達(dá)到生烴標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)烴源巖是否具有生烴潛力的依據(jù)。參照國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)有機(jī)質(zhì)成熟度劃分標(biāo)準(zhǔn)[7-9]，將Ro小于0.7%定義為未成熟或低成熟階段，Ro在0.7%～1.3%為成熟階段，Ro在1.3%～2.0%為高成熟階段，Ro大于2.0%的為過成熟階段[10]。根據(jù)渝東地區(qū)龍馬溪組各個(gè)單井和野外剖面的Ro實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)渝東地區(qū)龍馬溪組Ro值在平面上的變化趨勢(shì)進(jìn)行了系統(tǒng)化研究。結(jié)果表明：渝東地區(qū)龍馬溪組的Ro值處于一個(gè)高值區(qū)域，區(qū)域內(nèi)大部分地區(qū)的Ro值在2.0%以上，最高可達(dá)3.5%以上(圖4)。

圖4 渝東地區(qū)龍馬溪組Ro等值線

3 物性特征

3.1 礦物組成

泥頁巖的礦物組成反映其沉積環(huán)境和成巖過程，對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)、物性和含氣性均有一定影響，在巖石脆性特征方面影響顯著，而巖石的脆性差異對(duì)后期頁巖氣的壓裂開發(fā)具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，渝東地區(qū)的樣品中硅質(zhì)組分含量最高，大部分大于50%，黏土組分含量較低，一般小于40%，鈣質(zhì)組分含量大部分小于20%，但少量樣品的鈣質(zhì)組分含量可達(dá)40%以上。因此，在渝東地區(qū)龍馬溪組泥頁巖具有較好的脆性，適合壓裂開發(fā)，對(duì)于頁巖氣的開采極為有利。

3.2 孔隙度、滲透率及裂縫特征

頁巖氣藏中孔隙度和裂縫的發(fā)育程度是確定游離氣含量的主要參數(shù)，大量的頁巖氣儲(chǔ)存在頁巖的基質(zhì)孔隙或裂縫中，而頁巖儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率具有明顯的正相關(guān)性，是頁巖含氣性的主要控制因素之一[11-12]。通過對(duì)渝東地區(qū)龍馬溪組JY1、TH1、YQ1等8口鉆井的巖心樣品(共444塊)常規(guī)物性統(tǒng)計(jì)可知，其中孔隙度(共158個(gè)樣品)主要為0.6%～8.0%，平均值為3.2%，其中約73.42%樣品的孔隙度為1.0%～5.0%；滲透率(共209個(gè)樣品)為0.000 1×10-3～16.260 0×10-3μm2，平均值為0.197 3×10-3μm2，分布區(qū)間相對(duì)較分散，其中小于0.000 1×10-3μm2的樣品比例較少，只占到總樣品的10.05%，而滲透率為10-5～10-3μm2的樣品比例較高，占樣品總數(shù)的37.80%。因此，在渝東北地區(qū)龍馬溪組具有良好物性，且可達(dá)到頁巖氣工業(yè)聚集的條件。

4 有利區(qū)預(yù)測(cè)

根據(jù)渝東地區(qū)的實(shí)際情況，選取有機(jī)質(zhì)含量和富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度、埋深及有機(jī)質(zhì)成熟度等參數(shù)，建立頁巖氣有利區(qū)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，運(yùn)用多因素疊加及綜合地質(zhì)分析技術(shù)對(duì)渝東地區(qū)進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，優(yōu)選出渝東地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣Ⅰ類有利區(qū)和Ⅱ類有利區(qū)(圖5)。

表1 預(yù)測(cè)頁巖氣有利區(qū)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

渝東地區(qū)龍馬溪組頁巖氣I類有利區(qū)分別為包鸞—豐都和竹園—新華鎮(zhèn)地區(qū)。其中包鸞—豐都有利區(qū)處于四川盆地內(nèi)部，構(gòu)造影響較小，而竹園—新華鎮(zhèn)有利區(qū)雖處于盆地邊緣，但該地區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，可勘探面積大。2個(gè)區(qū)塊內(nèi)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度為70～90 m，TOC值為3.0%～4.5%，Ro值為2.5%～3.0%，龍馬溪組底部埋深為3 000～4 000 m。同時(shí)在包鸞—豐都的西部JY1井和竹園—新華鎮(zhèn)西北部WX2井鉆探也證實(shí)了2個(gè)區(qū)龍馬溪組頁巖有機(jī)質(zhì)豐度、頁巖厚度及相關(guān)參數(shù)指標(biāo)均較有利，為目前可能取得龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖氣勘探突破的有效區(qū)。

圖5 渝東地區(qū)龍馬溪組頁巖氣有利區(qū)示意圖

渝東地區(qū)龍馬溪組頁巖氣II類有利區(qū)分別為武隆—彭水和龍溪—福田鎮(zhèn)地區(qū)。巫山龍溪—福田鎮(zhèn)區(qū)塊龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度為40～60 m，TOC值為2.5%～3.5%，Ro值為2.5%～3.0%，龍馬溪組底部埋深為2 000～3 000 m。該區(qū)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，可勘探面積大，巫溪支流水系常年發(fā)育，地形條件較開闊，有利于工程施工，總體為較有利的勘探區(qū)塊；武隆—彭水區(qū)塊龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度為60～80 m，TOC值大于4.0%，Ro值為2.5～3.0%，龍馬溪組底部埋深為1 000～2 000 m，由于埋深較淺，其地層壓力較小或較易接受風(fēng)化剝蝕，對(duì)頁巖氣的保存和開發(fā)不利，雖有大量的頁巖氣生成，但埋深淺導(dǎo)致大量氣體散失，總體上屬于較有利的勘探區(qū)塊。

5 結(jié) 論

(1) 渝東地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)泥頁巖厚度大，其埋藏深度在靠近四川盆地內(nèi)部較深，外側(cè)較淺，有機(jī)質(zhì)含量較高，干酪根類型主要為腐泥型(Ⅰ)，少量干酪根為腐殖腐泥型(Ⅱ1)，Ro值較高，屬于過成熟階段，具有優(yōu)越的頁巖氣生烴條件。

(2) 研究區(qū)龍馬溪組泥頁巖中的脆性指數(shù)較高，適合壓裂開發(fā)，對(duì)于頁巖氣的開采極為有利，且具有良好的孔隙度和滲透率，具備頁巖氣工業(yè)聚集的條件。研究區(qū)經(jīng)過多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)地改造，但其部分地區(qū)的頁巖層系并未受到明顯的破壞，為頁巖氣的保存提供了有利條件。

(3) 研究區(qū)龍馬溪組頁巖氣有利勘探區(qū)分為I類和II類有利區(qū)塊。其中Ⅰ類有利區(qū)分別為包鸞—豐都和竹園—新華鎮(zhèn)地區(qū)，II類有利區(qū)分別為武隆—彭水和龍溪—福田鎮(zhèn)地區(qū)。

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編輯 王 昱

20160320；改回日期：20160520

國(guó)家重大油氣專項(xiàng)“南方海相頁巖氣試驗(yàn)區(qū)頁巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究”(2012ZX05018-006-06)

要繼超(1992-)，男，2014年畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)為該校礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)在讀碩士研究生，從事非常規(guī)油氣勘探方面技術(shù)研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.04.017

TE122.1

A

1006-6535(2016)04-0077-04