貴州地區(qū)五峰—龍馬溪組頁(yè)巖氣成藏條件

鄒媛 尚永紅 張楠

摘 要：針對(duì)貴州地區(qū)頁(yè)巖氣成藏條件復(fù)雜的問(wèn)題，以上奧陶統(tǒng)五峰龍馬溪組頁(yè)巖為研究對(duì)象，對(duì)貴州地區(qū)龍馬溪組海相頁(yè)巖氣成藏條件進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：貴州地區(qū)五峰-龍馬溪組頁(yè)巖主要發(fā)育海相沉積，厚度約40-80m，埋深適中，基本不超過(guò)3000m；有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅰ—Ⅱ1型為主，有機(jī)碳量含量較高，有機(jī)質(zhì)成熟度適中，具備生氣能力；礦物成分以碎屑石英和黏土礦物為主，巖層脆性較大，儲(chǔ)集物性較好，具有較高的含氣量和吸附能力，具有良好的頁(yè)巖氣成藏條件。

關(guān)鍵詞：黔西北；頁(yè)巖氣；五峰-龍馬溪；成藏條件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.074

0 引言

頁(yè)巖氣是指主體以吸附和游離兩種狀態(tài)同時(shí)賦存于具有自身生氣能力泥巖或頁(yè)巖地層層系中的天然氣聚集，作為一種新型的天然氣體資源，具有自生自儲(chǔ)、分布廣、埋藏淺、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，是一種典型的低豐度、大規(guī)模，分布廣非常規(guī)天然氣資源。因?yàn)楸泵赖貐^(qū)頁(yè)巖氣資源的成功開(kāi)發(fā)，使美國(guó)成功完成能源體系轉(zhuǎn)型，并從化石能源進(jìn)口國(guó)轉(zhuǎn)為出口國(guó)，并有希望在2020年前稱為全球最大石油天然氣出口國(guó)，這一成就使得世界各頁(yè)巖氣資源大國(guó)紛紛加大了對(duì)頁(yè)巖氣資源的勘探開(kāi)發(fā)力度。近年，我國(guó)頁(yè)巖氣領(lǐng)域勘探開(kāi)發(fā)研究成果豐富，均獲得重大發(fā)現(xiàn)，初步掌握頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)，具有良好的前景。研究以四川盆地、鄂爾多斯盆地等重點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹行模蛑芫壍貐^(qū)逐步開(kāi)展，在貴州、湖南、河南、山西等省份也已經(jīng)取得重要研究進(jìn)展，成為頁(yè)巖氣研究新熱點(diǎn)區(qū)域。貴州省地處四川盆地外緣，近年來(lái)頁(yè)巖氣資源研究成果較為突出。貴州省發(fā)育多套含氣頁(yè)巖層系，厚度大、范圍廣，具有形成大規(guī)模頁(yè)巖氣資源的基本地質(zhì)條件。2011年全國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)結(jié)果表明，貴州省頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量10.48萬(wàn)億方，列全國(guó)第四位，頁(yè)巖氣資源巨大，是我國(guó)重要的頁(yè)巖氣遠(yuǎn)景區(qū)[1-3]。目前，貴州省實(shí)施頁(yè)巖氣調(diào)查井26余口，對(duì)全省范圍內(nèi)頁(yè)巖氣資源進(jìn)行了普查性研究，上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M、下二疊統(tǒng)梁山組、下石炭統(tǒng)打屋壩組、下志留統(tǒng)龍馬溪組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組均有不同程度頁(yè)巖氣資源發(fā)現(xiàn)，具有較好資源潛力和進(jìn)一步研究?jī)r(jià)值[2-3]。其中，上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組下段的富含有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖，普遍被認(rèn)為是上揚(yáng)子地區(qū)最有利的頁(yè)巖氣研究對(duì)象。本文針對(duì)貴州地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組潛質(zhì)頁(yè)巖層系地質(zhì)條件及資源成藏條件進(jìn)行系統(tǒng)分析，為后期開(kāi)發(fā)生產(chǎn)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

貴州地區(qū)位于華南板塊，橫跨揚(yáng)子陸塊和南華活動(dòng)帶兩個(gè)大地構(gòu)造單元。其地質(zhì)構(gòu)造處于揚(yáng)子板塊中西部，發(fā)育大套海相沉積地層，是我國(guó)主要的海相沉積區(qū)。晚奧陶-早志留世龍馬溪期，由南往北主要發(fā)育潮坪相、淺海陸棚和深水陸棚相，早志留世龍馬溪期，海水由南向北海退，往南缺失龍馬溪組地層，北部在龍馬溪組底部普遍沉積一套富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，總體由南往北為潮坪—淺水陸棚—深水陸棚沉積。

2 頁(yè)巖氣成藏條件

頁(yè)巖氣資源是主要的非常規(guī)天然氣資源的重要類(lèi)型之一，其成藏條件較常規(guī)天然氣藏有所區(qū)別，泥頁(yè)巖即是生氣層也是儲(chǔ)氣層，因此，需要考慮生烴條件和儲(chǔ)集條件兩個(gè)主要方面，主要控制因素為有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度、有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度、巖石脆性、孔滲性等條件[4-5]。

2.1 泥頁(yè)巖發(fā)育

貴州省五峰-龍馬溪組泥頁(yè)巖層系主要分布在黔北、黔西北地區(qū)，厚度約為40-80m。黔中隆起在該段時(shí)期形成，導(dǎo)致部分區(qū)域沉積缺失，地層分布主要受到構(gòu)造作用和沉積作用的控制。埋深一般小于3000m，保存條件相對(duì)較好，且根據(jù)實(shí)際勘探結(jié)果，在埋深小于1000m時(shí)，頁(yè)巖保存條件仍較好，具有較大勘探價(jià)值。

2.2 有機(jī)地球化學(xué)條件

頁(yè)巖生氣條件的內(nèi)部主要控制因素為頁(yè)巖自身的地球化學(xué)指標(biāo)，也就是干酪根類(lèi)型和顯微組分、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度等。對(duì)泥頁(yè)巖層系的地球化學(xué)條件的評(píng)價(jià)體系，基本能夠借鑒于常規(guī)天然氣藏的烴源巖評(píng)價(jià)參數(shù)體系。有機(jī)質(zhì)類(lèi)型決定了頁(yè)巖內(nèi)有機(jī)質(zhì)的生烴能力和生烴高峰，適合的有機(jī)質(zhì)類(lèi)型是頁(yè)巖生氣的基礎(chǔ)；有機(jī)質(zhì)豐度的高低決定頁(yè)巖生烴能力的大小，與頁(yè)巖含氣量呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系，是決定頁(yè)巖含氣量多少的最為重要的因素之一，同時(shí)，有機(jī)質(zhì)內(nèi)部發(fā)育的有機(jī)質(zhì)孔的多少也與有機(jī)質(zhì)類(lèi)型呈正相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育能夠提高泥頁(yè)巖的吸附能力，改善泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能；而有機(jī)質(zhì)成熟度則反映了有機(jī)質(zhì)的生烴階段，決定有機(jī)質(zhì)是否開(kāi)始生烴，生烴速率的快慢，也是影響頁(yè)巖含氣量的重要地球化學(xué)因素之一，而有機(jī)質(zhì)成熟度也對(duì)泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能有所影響，過(guò)高成熟度的有機(jī)質(zhì)，其內(nèi)部有機(jī)質(zhì)孔可能發(fā)生坍塌現(xiàn)象，不利于氣體賦存。

2.2.1 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

根據(jù)干酪根鏡檢結(jié)果，五峰-龍馬溪組干酪根以腐泥組和殼質(zhì)組為主，干酪根類(lèi)型指數(shù)和有機(jī)元素分析均表明，貴州地區(qū)五峰-龍馬溪組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主。

2.2.2 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度通常用TOC來(lái)表示，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，龍馬溪組泥頁(yè)巖20個(gè)樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，龍馬溪組泥頁(yè)巖TOC以1.0-2.0%為主，龍馬溪底部及五峰組發(fā)育一段高有機(jī)質(zhì)豐度段，TOC多大于3.0%。貴州省五峰-龍馬溪組泥頁(yè)巖整體有機(jī)質(zhì)豐度條件較好。

2.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

將瀝青反射率經(jīng)過(guò)計(jì)算后轉(zhuǎn)換為透鏡體反射率（Ro），用來(lái)評(píng)價(jià)其有機(jī)質(zhì)成熟度。五峰-龍馬溪組泥頁(yè)巖Ro多為1.5-3.5%，達(dá)到生氣階段，具備產(chǎn)氣能力。

2.3 頁(yè)巖儲(chǔ)集條件

2.3.1 巖礦組成

研究區(qū)五峰-龍馬溪組泥頁(yè)巖礦物組成以碎屑礦物和黏土礦物為主，碎屑礦物含量超過(guò)50%，黏土礦物含量約為40%，黏土礦物以伊利石和伊蒙混層為主，含有少量碳酸鹽巖礦物，巖石脆性較好，有利于裂縫發(fā)育。

2.3.2 儲(chǔ)集空間類(lèi)型及孔滲

泥頁(yè)巖屬于低孔低滲的致密儲(chǔ)集層，有機(jī)質(zhì)對(duì)于泥頁(yè)巖儲(chǔ)集空間貢獻(xiàn)較大。貴州省五峰-龍馬溪組泥頁(yè)巖儲(chǔ)集空間類(lèi)型以粒間孔、粒內(nèi)孔、溶蝕孔、有機(jī)質(zhì)孔和微裂縫為主，巖石密度適中，比表面較大，具有較好吸附性能，平均孔徑10-15nm左右，具有較好的儲(chǔ)集能力。結(jié)合巖石巖礦組成來(lái)看，五峰-龍馬溪組泥頁(yè)巖具有較好脆性，有利于后期壓裂開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，整體認(rèn)為其儲(chǔ)集條件較好。

3 頁(yè)巖含氣量特征

頁(yè)巖含氣量是反映頁(yè)巖勘探價(jià)值的直接參數(shù)，目前頁(yè)巖含氣量評(píng)價(jià)參數(shù)的主要獲得方法包括：現(xiàn)場(chǎng)解析法、等溫吸附法、測(cè)井解釋法等，其中，現(xiàn)場(chǎng)解析法能夠直接測(cè)得頁(yè)巖中實(shí)際的含氣量，為目前應(yīng)用最為廣泛的方法之一，等溫吸附法則能夠獲得頁(yè)巖的最大吸附量，能夠用來(lái)估算頁(yè)巖的總含氣量，其數(shù)值也具有重要意義。

貴州地區(qū)五峰-龍馬溪組泥頁(yè)巖含氣量整體較高，在龍馬溪組底部及五峰組出現(xiàn)含氣高峰，對(duì)收集的30個(gè)樣次的貴州地區(qū)五峰-龍馬溪組頁(yè)巖含氣量進(jìn)行分析，現(xiàn)場(chǎng)解吸含氣量最大值達(dá)到3.06m?/t，平均值達(dá)到0.76m?/t。等溫吸附實(shí)驗(yàn)反映其飽和吸附氣量約為2.0m?/t，最大值超過(guò)4.0m?/t，具有較好的含氣性和吸附能力。

4 結(jié)論

（1）貴州地區(qū)五峰-龍馬溪組頁(yè)巖主要發(fā)育海相沉積，厚度較大，礦物成分以碎屑石英和黏土礦物為主，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅰ—Ⅱ1型為主，有機(jī)碳量含量較高，儲(chǔ)集物性較好。具有較高的含氣量和吸附能力，具有良好的頁(yè)巖氣成藏條件，頁(yè)巖氣具備較大的勘探潛力。

（2）貴州省五峰-龍馬溪組頁(yè)巖具有較高的解吸含氣量，并有較高的吸附能力，具有良好的頁(yè)巖氣成藏條件，頁(yè)巖氣具備較大的勘探潛力。

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