湘西北牛蹄塘組探井頁巖氣富集要素的對比和啟示

黃儼然，肖正輝，焦鵬，秦明陽，余燁，王璽凱，曹濤濤

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湘西北牛蹄塘組探井頁巖氣富集要素的對比和啟示

黃儼然1, 2, 3，肖正輝2，焦鵬3，秦明陽3，余燁1，王璽凱3，曹濤濤1

(1. 湖南科技大學(xué) 頁巖氣資源利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗室，湖南 湘潭，411201；2. 湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭，411201；3. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙，410083)

基于湘西北地區(qū)牛碲塘組是近年來南方頁巖氣勘探的重點(diǎn)目標(biāo)，以該區(qū)井花頁1井、慈頁1井及常頁1井為研究對象，根據(jù)目的層實(shí)鉆地層及氣顯示特征，系統(tǒng)對比頁巖氣生烴、儲集及保存等方面的富集條件。研究結(jié)果表明：慈頁1井和常頁1井的原牛牛蹄塘組可進(jìn)一步劃分為杷榔組和牛碲塘組，與花頁1井一致；牛蹄塘組烴源巖具有良好的生烴條件，已經(jīng)歷大規(guī)模生烴的過程；各探井以吸附狀態(tài)頁巖氣為主，且均含有一定的氮?dú)?，歷史上牛蹄塘組含氣層可能受到過破壞；牛蹄塘組基本表現(xiàn)出極低孔隙度及滲透率的物性特征，有較強(qiáng)的壓裂改造能力；研究區(qū)具有生烴時期早、抬升時期早及幅度大的特征，大規(guī)模構(gòu)造改造及斷裂發(fā)育，總體上對頁巖氣保存不利；有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度、埋深、地層壓力、儲層物性、脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)等因素與地層含氣量的相關(guān)性均不明顯，高吸附能力僅是牛蹄塘組頁巖氣富集的1個必要非充分條件；慈頁1井及常頁1井在局部較好的保存條件下有較高的含氣性，常頁1井高含氣性反映出最后1次抬升的時間晚，對頁巖氣的保存非常有利，因此，保存條件是頁巖氣富集的關(guān)鍵指標(biāo)，在勘探過程中需從構(gòu)造樣式、斷裂空間分布特征、目的層產(chǎn)狀和完整程度、埋藏深度及演化歷史等方面進(jìn)行綜合分析和重點(diǎn)評價。

湘西北；牛蹄塘組；頁巖氣；富集因素；保存條件

湘西北下寒武統(tǒng)牛蹄塘組發(fā)育一套分布面積廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好的黑色頁巖，頁巖氣資源豐富[1]，但同時也具有形成時代老、熱演化程度高、構(gòu)造運(yùn)動復(fù)雜多期、富集條件差異大等特點(diǎn)[2?3]。通過對比分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)包括有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(TOC)、儲層物性、脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)等在內(nèi)的頁巖氣富集條件并不差[4?5]，而在主要保存上與北美主要的頁巖氣盆地及國內(nèi)四川盆地存在較大差異。北美重要的頁巖氣盆地整體構(gòu)造穩(wěn)定[6]，構(gòu)造相對穩(wěn)定的四川盆地內(nèi)部也比周緣地區(qū)的保存條件好，且已取得很好的開發(fā)成果。需要指出的是，位于渝東南的彭水區(qū)塊是緊鄰四川盆地東南緣的弱構(gòu)造改造區(qū)，彭水地區(qū)保存較好的封閉高壓體系被破壞，含氣地層壓力系數(shù)僅為0.95~1.10[7]，但具有較好的產(chǎn)氣效果。位于四川盆地東南緣的湘西北地區(qū)已成為南方頁巖氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)[8]。近年來，中國地質(zhì)調(diào)查局和華電等集團(tuán)公司展開了一系列區(qū)域地質(zhì)普查和預(yù)探井工作，但截至目前尚未取得突破性進(jìn)展。湘西北牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)泥頁巖具有良好的生烴條件，經(jīng)歷了長期復(fù)雜的構(gòu)造改造，工區(qū)頁巖氣富集甜點(diǎn)區(qū)是否存在、高含氣性地層受哪些因素影響和控制尚不清楚。為此，本文作者根據(jù)目前頁巖氣探井的地質(zhì)及地球化學(xué)資料，在地層、生烴、儲集和保存等方面進(jìn)行對比研究，并結(jié)合含氣性特征，總結(jié)影響頁巖氣富集的主要控制因素，以期為該區(qū)下寒武統(tǒng)的頁巖氣勘探提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于湖南省西北部，根據(jù)地層展布特征，其東南界大致自新晃向北經(jīng)鳳凰，折向東北經(jīng)瀘溪、沅陵、張家界、慈利，向東而沒入洞庭湖。構(gòu)造上屬于楊子區(qū)和江南區(qū)的結(jié)合部位，區(qū)內(nèi)地層大規(guī)模變形，褶皺和斷裂構(gòu)造均比較發(fā)育，并可以大體分為5個三級構(gòu)造單元(圖1)。區(qū)內(nèi)大規(guī)?；讛嗔延斜＞浮壤?F1)和次一級的鳳凰—張家界(F10)斷裂帶，至少自上震旦統(tǒng)開始F1南北兩側(cè)地層厚度、巖性巖相等均存在較大差異[9]，斷裂帶之間的斷夾塊向東北方向逐漸收斂，在張家界后坪地區(qū)匯合，繼續(xù)向東延伸穿過慈利后消失[10]。研究區(qū)生烴的物質(zhì)基礎(chǔ)雄厚，牛蹄塘組分布穩(wěn)定厚度大，一般為100~300 m，TOC平均大于2%。區(qū)內(nèi)牛蹄塘組頁巖氣資源量達(dá)3.8×1012m3，約為龍馬溪組資源量的4倍，約占全省資源量的70%[11]，因此，具有廣闊的勘探前景，近年來正開展頁巖氣勘探評價工作，并已獲得花頁1、慈頁1和常頁1等參數(shù)井(圖1)。

鉆井過程中的地質(zhì)錄井顯示：慈頁1井牛蹄塘組有8層累計81 m見氣測異常，氣顯示指標(biāo)全烴的最大值僅3.61%。而花頁1井較差，僅有1層2.5 m的異常顯示，且全烴為0.27%。解析法是測量頁巖含氣量最直接的方法，可以分為解析氣體積(d)、殘余氣體積(r)和損失氣體積(l) 3部分，其中，d及r可以直接測定，而l主要通過非線性回歸而計算得到。表1所示為區(qū)內(nèi)各探井含氣量的特征。從表1可見：慈頁1井和常頁1井氣顯示較好，花頁1井則基本不含頁巖氣；從賦存狀態(tài)發(fā)現(xiàn)慈頁1井的頁巖氣表現(xiàn)為r較大，平均為69.7%，而d較小，平均僅為14.9%，反映了在較強(qiáng)破壞作用背景下，以吸附狀態(tài)為主的r所受影響較小，而以游離狀態(tài)為主的d則損失較大。常頁1井也表現(xiàn)出類似情況。而從解析氣體成分發(fā)現(xiàn)花頁1井N2質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均達(dá)76.2%，慈頁1井CH4質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為76.9%，但同時N2質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為22.87%；常頁1井產(chǎn)氣過程中CH4質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大，但N2質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較高。歷史上，牛蹄塘組含氣層可能不同程度地受到過破壞。

2 實(shí)鉆地層認(rèn)識

區(qū)內(nèi)各探井實(shí)鉆地層及巖性特征如圖2所示。從圖2可見：清虛洞組底界及燈影組的頂界非常清楚，而牛蹄塘組巖性相對復(fù)雜；各井均表現(xiàn)出牛蹄塘組由淺至深，其TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈逐漸增大的趨勢，高含氣層段也主要位于下部，牛蹄塘組下部才是頁巖氣勘探的主要層位。從花頁1井中劃分出杷榔組，其牛蹄塘組的厚度為379 m，而慈頁1井厚度為745 m，常頁1井厚度則達(dá)808 m。寒武系黔東統(tǒng)都勻階的杷榔組是一套粉砂質(zhì)泥、頁巖，上部夾少量薄層泥質(zhì)灰?guī)r的地層，主要分布在黔東及湘西北地區(qū)，雷倩萍[12]在此發(fā)現(xiàn)有大量生物化石，而牛蹄塘組以發(fā)育大套黑色泥質(zhì)、碳質(zhì)及硅質(zhì)頁巖的黑色巖系為主要特征，兩者差別明顯但一般界限并不清楚。花頁1井以大套地層巖性的明顯差別作為劃分標(biāo)志，其界限如圖2所示。通過對比發(fā)現(xiàn)慈頁1井及常頁1井原牛蹄塘組的上部和下部地層也有明顯區(qū)別，上部頁巖中粉砂質(zhì)、灰質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增大，顏色差別也較大，因此，根據(jù)地層巖性特征重新劃分出杷榔組，地層界限如圖2中虛線所示。另外，地層均有一定傾角，經(jīng)換算后求取牛蹄塘組的真厚度分別為350，288及521 m。下面對目的層的研究均以本文所統(tǒng)一劃分出的牛蹄塘組作為研究對象。

Ⅰ—宜都—鶴峰復(fù)背斜；Ⅱ—桑植—石門復(fù)向斜；Ⅲ—洞庭坳陷；Ⅳ—武陵斷褶帶；Ⅴ—沅麻盆地。

表1 湘西北牛蹄塘組頁巖氣探井含氣性

注：對花頁1井沒有進(jìn)行殘余氣測量，其總含氣量是為解析氣和損失氣量之和。

圖2 湘西北各頁巖氣探井實(shí)鉆地層特征

3 探井富集條件對比

3.1 烴源巖

通過研究Barnett頁巖發(fā)現(xiàn)高豐度有機(jī)質(zhì)是頁巖氣富集的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時還能改善儲層性能[13]。一般認(rèn)為當(dāng)泥頁巖層中TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2%時，頁巖氣的開采才具有商業(yè)價值[14]。工區(qū)烴源巖巖性以黑色頁巖為主，還有一定的硅質(zhì)、灰質(zhì)頁巖及泥灰?guī)r等，大部分頁巖因過于成熟而被碳化。巖心殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表2所示。從表2可見：TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值普遍較高，花頁1井為3.43%，慈頁1井為2.55%，常頁1井為3.72%。若再考慮到牛蹄塘組大部分為海相腐泥型烴源巖[1]，恢復(fù)系數(shù)最高可達(dá)1.68左右[15]，可見，成熟生烴前烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度更高，具備良好的生烴條件。

表2 各探井牛蹄塘組殘余有機(jī)碳(TOC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

下寒武統(tǒng)牛蹄塘組將實(shí)測瀝青反射率換算為等效鏡質(zhì)體反射率(o)，花垣區(qū)塊露頭樣品o為2.0%~ 3.6%(平均為2.8%)，慈頁1井o為2.3%~3.9%(平均為3.1%)，常頁1井o為2%~3.1%(平均為2.6%)，均處于過成熟階段。巖心熱解分析顯示絕大部分樣品的參數(shù)可溶烴1不超過0.1 mg/g，參數(shù)熱解烴2不超過0.2 mg/g，已基本無生烴潛力。慈利南山坪古油藏初步估算瀝青儲量可達(dá)(100~800)×104t[16]，可見區(qū)內(nèi)牛蹄塘組烴源巖已經(jīng)歷大量生烴的過程。

3.2 儲集性能

湘西北牛蹄塘組基本表現(xiàn)出極低孔隙度及滲透率的物性特征，其黑色巖系礦物組成特征見圖3?；?井牛蹄塘組埋深遠(yuǎn)比常頁1井的大，但在物性、比表面積、總孔體積、蘭氏體積等方面顯示其儲集性能比常頁巖1井的好(見表3)。兩者均以中孔為主(2＜＜50 nm，其中，為孔徑)。中孔孔隙體積所占比例中，花頁1井平均為60.3%，常頁1井平均為79.9%，而花頁1井大孔(≥50 nm)孔隙體積所占比例更高。在掃描電鏡下觀察孔隙特征發(fā)現(xiàn)：不同井樣品均具有定向構(gòu)造的特征，以納米級微孔隙—裂縫系統(tǒng)為主，蜂窩狀有機(jī)質(zhì)孔非常發(fā)育，還有一定的粒間孔、粒內(nèi)孔及晶間縫，局部發(fā)育溶蝕孔。

XRD分析顯示花頁1井、慈頁1井及常頁1井礦物組成和質(zhì)量分?jǐn)?shù)非常相近，主要礦物成分為石英，還有斜長石、方解石、鉀長石、黃鐵礦、黏土礦物以及少量的白云石、菱鐵礦等。黏土礦物中以伊利石占絕對多數(shù)，其他為少量綠泥石和伊蒙混層等。將各井頁巖樣品代入石英+長石+黃鐵礦、碳酸鹽及黏土礦物三端元，所得結(jié)果見圖3(其中，為質(zhì)量分?jǐn)?shù))，可見各井平均脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)58.5%，51.0%和55.4%，且脆性指數(shù)分別為0.52，0.47和0.59，顯示出較強(qiáng)的壓裂改造能力。

圖3 牛蹄塘組黑色巖系礦物組成特征

3.3 埋藏演化

湘西北處于四川盆地外東南緣的強(qiáng)改造區(qū)內(nèi)，大部分區(qū)域的三疊系及以上地層被剝蝕，剝蝕深度可達(dá) 4 500~6 000 m[17]。裂變徑跡和地史模擬顯示抬升時間由東南向西北逐漸變晚，遞進(jìn)變形[18]。慈頁1井地應(yīng)力最大水平主應(yīng)力分向為近東—西向(北偏東95°)。根據(jù)實(shí)測地層溫度和o，慈頁1井埋藏演化歷史如圖4所示。從圖4可見：牛蹄塘組的烴源巖在志留紀(jì)進(jìn)入生油窗，在三疊紀(jì)時已達(dá)到高—過成熟進(jìn)入生干氣階段，在侏羅紀(jì)末以來持續(xù)快速抬升。與四川盆地內(nèi)部相比，具有生烴時期較早、抬升時期早及幅度大的特點(diǎn)，總體上對頁巖氣的富集和保存不利。

根據(jù)頁巖氣地質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31483—2015，埋深越大對頁巖氣的最低工業(yè)性氣流量標(biāo)準(zhǔn)的要求越高。四川盆地頁巖氣的開發(fā)已證實(shí)含氣層超壓(地層壓力系數(shù)＞1.2)會帶來更高的產(chǎn)量[3]，埋藏深度與壓力系數(shù)之間具有明顯的相關(guān)性[17]。區(qū)內(nèi)花頁1井、慈頁1井及常頁1井的壓力系數(shù)分別為1.03~1.12，1.08~1.12和0.90，均屬正常壓實(shí)地層，且隨深度增加，地層壓力有增大趨勢。在構(gòu)造變形強(qiáng)烈、地層剝蝕嚴(yán)重情況下，對頁巖氣保存不利，主要表現(xiàn)在封堵條件變差和含氣頁巖層壓力降低等[19]。因此，一定的埋藏深度對區(qū)內(nèi)頁巖氣的保存非常重要，深埋的含氣層可能因為生成的頁巖氣未能及時排出或排出受阻而形成欠壓實(shí)作用，地層壓力升高；同時，埋藏較深意味著抬升幅度和改造程度較低，即構(gòu)造保存條件可能會變好。

表3 儲層物性特征統(tǒng)計表

注：1) 括號內(nèi)數(shù)據(jù)為平均值；2) 花頁1井采用脈沖衰減法測量孔隙度及滲透率；3) 常頁1井則采用氦孔隙儀測量孔隙度，采用脈沖衰減法測量滲透率。

3.4 構(gòu)造改造

斷裂對頁巖氣的保存具有兩面性：一方面改善儲層物性，溝通頁巖氣的滲流；另一方面造成頁巖氣散失，降低地層頁巖氣的含氣性，高角度裂縫的破壞性尤為嚴(yán)重[20]。根據(jù)探井和露頭揭示的地質(zhì)特征，湘西北的構(gòu)造演化從大的角度可以概括為“早期震蕩小幅抬升，長期反復(fù)褶皺與伸展變形相對穩(wěn)定，后期強(qiáng)烈改造”。工區(qū)斷裂非常發(fā)育(圖1)，圖5也顯示出花頁1井及常頁1井牛蹄塘組均鉆遇斷層，而慈頁1井巖心破碎嚴(yán)重，傾角測井也發(fā)現(xiàn)地層傾角混亂，證實(shí)在2 481 m及2 600 m處發(fā)育有橫穿慈頁1井的小斷層，且觀察巖心發(fā)現(xiàn)各探井的裂縫均較發(fā)育。湘西北區(qū)內(nèi)以擠壓環(huán)境為主，屬蓋層滑脫型(薄皮型)，滑脫面較發(fā)育，圖5顯示均發(fā)育有高角度逆斷層。具體來說，花頁1井構(gòu)造上屬于武陵斷褶區(qū)帶，局部構(gòu)造上位于叭巖向斜西翼，目的層段地層傾角為20°~25°，剖面顯示推覆斷層之下目的層連續(xù)性較好，但平面上據(jù)水田河—地所坪大斷裂距離不足1 km。慈頁1井也屬武陵斷褶區(qū)，局部構(gòu)造上位于景龍橋復(fù)向斜，實(shí)際上為單斜構(gòu)造，西北部地層平緩且埋深較淺，測井顯示傾角在6°~12°之間，靠近東南側(cè)斷層附近逐漸變陡，埋深急劇增加。常頁1井構(gòu)造上則屬洞庭坳陷，局部構(gòu)造上位于太陽山背斜西翼，斷層及地層產(chǎn)狀也較陡，實(shí)測地層傾角為27°~32°，目的層埋深較淺。

圖4 湘西北慈頁1井埋藏史圖

(a) 花頁1井；(b) 慈頁1井；(c) 常頁1井

單從構(gòu)造樣式看，常頁1井的構(gòu)造保存條件應(yīng)該是最差的，但其地層含氣性較好(表1)。究其原因是：常頁1井所處的洞庭坳陷屬中—新生代裂陷區(qū)，與其他構(gòu)造單元截然不同。所處的局部構(gòu)造太陽山凸起更是晚新生代才隆起的低山丘陵區(qū)，現(xiàn)今的地貌和水系明顯受更新世活動的鋪斷層的影響[21]。常頁1井在裂陷區(qū)內(nèi)整體沉降，抬升時間非常晚，因此，頁巖氣的保存仍然較好。而花頁1井與慈頁1井相比，構(gòu)造演化歷史相似，埋藏深度相差不大，地層層序一致且正常，晚期抬升幅度應(yīng)相似，形成時間甚至比慈頁1井略晚，但地層基本不含氣，其主要原因應(yīng)該是大規(guī)模構(gòu)造改造和斷裂被破壞。慈頁1井則在整體保存條件較好的情況下顯示出較高的含氣性。因此，對于強(qiáng)改造構(gòu)造環(huán)境的工區(qū)來說，探井應(yīng)盡量避免靠近斷裂，尤其應(yīng)避免大規(guī)模高角度的逆沖斷裂，尋找保存相對完整的目的層，地層和裂縫的產(chǎn)狀應(yīng)盡量平緩。

4 縱向含氣性分析

同一口井的分析測試條件相同，縱向上含氣性的變化也可以進(jìn)行對比。前人對常頁1井進(jìn)行了研究，認(rèn)為高含氣層段位于1 067~1 250 m，巖性主要是黑色頁巖、黑色硅質(zhì)、碳質(zhì)頁巖等[22]。高含氣性主要與等溫吸附蘭氏體積正相關(guān)，其次與比表面積、宏孔體積等較相關(guān)，而與其他因素的相關(guān)性均不明顯。因此，常頁1井的高含氣性通常對應(yīng)較強(qiáng)的吸附能力，而黑色頁巖層系較強(qiáng)的吸附能力則不能確定是否對應(yīng)有較高的含氣量?；?井頁巖氣綜合剖面也顯示相似情況(見圖6)，慈頁1井氣測異常顯示井段與巖心現(xiàn)場解析高含氣量有一定對應(yīng)關(guān)系，且往往測井資料也顯示有效孔隙度高?；?井的儲集性能優(yōu)于常頁1井，但含氣性較差，因此，對于強(qiáng)構(gòu)造改造背景下的研究區(qū)來說，泥頁巖層的高吸附能力是頁巖氣富集的必要非充分條件，構(gòu)造保存條件才是關(guān)鍵。

圖6 花頁1井牛蹄塘組黑色巖系頁巖氣綜合剖面圖

通過對比與分析發(fā)現(xiàn)：有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度、埋深、地層壓力、儲層物性、脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)等眾多影響頁巖氣富集的因素相關(guān)性均不明顯，僅吸附能力與含氣量的相關(guān)性較好。在湘西北牛蹄塘組具體的頁巖氣勘探過程中，應(yīng)著重關(guān)注構(gòu)造保存條件，進(jìn)行地震剖面資料的精細(xì)解釋，重點(diǎn)分析斷裂的空間分布特征、目的層產(chǎn)狀和完整程度，在要求有一定埋深的情況下，研究埋藏演化特征，著重關(guān)注晚期抬升的時間及幅度，系統(tǒng)評價保存條件。

5 結(jié)論

1) 湘西北區(qū)牛蹄塘組具有良好的頁巖氣生烴條件，已經(jīng)歷大量生烴過程，探井顯示游離狀態(tài)損失大而占比??；頁巖氣以吸附狀態(tài)為主，且不同程度地含有N2，在強(qiáng)構(gòu)造改造背景下富集的頁巖氣歷史上可能受到過破壞。

2) 慈頁1及常頁1井原牛蹄塘組可分為上覆杷榔組與下覆牛蹄塘組。區(qū)內(nèi)杷榔組粉砂質(zhì)、灰質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增大，整體顏色也較牛蹄塘組的淺，其與下覆地層界限是以大套地層巖性明顯差別作為主要標(biāo)志，牛蹄塘組厚度與露頭及淺鉆揭示的厚度基本一致。

3) 湘西北區(qū)的牛蹄塘組整體生烴時間早，抬升時期早，幅度大，演化時間長，大規(guī)模構(gòu)造改造及斷裂發(fā)育，對頁巖氣的保存不利。但慈頁1井及常頁1井則在局部較好的保存條件下有較高的含氣性，顯示出較強(qiáng)的勘探潛力。

4) 通過各探井的分析與對比，最后1次抬升的時間晚，對頁巖氣的保存非常有利。保存條件是頁巖氣富集的關(guān)鍵指標(biāo)，需要從構(gòu)造樣式、斷裂空間分布特征、目的層產(chǎn)狀和完整程度、埋藏深度及演化歷史等方面進(jìn)行綜合分析和評價。

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(編輯 陳燦華)

Comparison of factors for shale gas accumulation in Niutitang formation wells in northwestern Hunan and its implications

HUANG Yanran1, 2, 3, XIAO Zhenghui2, JIAO Peng3, QIN Mingyang3, YU Ye1, WANG Xikai3, CAO Taotao1

(1. Key Laboratory of Shale Gas Resource Utilization of Hunan Province, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China;2. School of Resource, Environment and Safety Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China;3. School of Geosciences and Info-physics Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Considering that the Niutitang formation in northwestern Hunan is a key target for shale gas exploration in south China in recent years, the key parameter wells including Huaye 1, Ciye 1 and Changye 1 in the study area were studied. According to the characteristics of target stratum and gas showings, the conditions of shale gas enrichment such as hydrocarbon generation, accumulation and conservation were systematically compared. The results show that the original Niutitang formation of Ciye 1 and Changye 1 well can be further divided into Palang and Niutitang formation,which is the same as those with Huaye 1 well. The source rocks in these wells have good conditions of hydrocarbon generation and experience a large-scale hydrocarbon generation. The shale gas in Niutitang formation of the wells is in absorbed state, and all of wells have some nitrogens, which shows that the enriched shale gas may be destroyed in history. The Niutitang formation has the characteristics of very low porosity and permeability, but has good abilities of fracture reconstruction. In northwestern Hunan, the Niutitang formation source rocks have the characteristics of hydrocarbon generation in the early stage, and uplift with early time and large extent through the buried evolutionary history. The large scale of tectonic reconstruction and fracture is developed, which is not good for shale gas enrichment. Many factors such as the abundance of organic matter, maturity, buried depth, formation pressure, reservoir features, brittle minerals content and so on, have no significant correlation with shale gas content. High adsorption ability of shale is only a necessary but not sufficient condition for shale gas enrichment. In relatively well preservation local condition, Ciye 1 and Changye 1 show the relatively high shale gas content, which shows that the late time of last tectonic uplift is very beneficial for shale gas preservation. Therefore, the preservation conditions are the key factors for shale gas enrichment, and must be synthetically analyzed and evaluated from many aspects in the shale gas exploration process, such as tectonic styles, the distribution characteristics of faults, the attitudes and completeness of target stratum, the buried depth and history and so on.

northwestern Hunan; Niutitang formation; shale gas; main controlling factors; preservation conditions

10.11817/j.issn.1672-7207.2018.09.017

TE112

A

1672?7207(2018)09?2240?09

2017?10?12；

2017?12?21

國家自然科學(xué)基金資助項目(41603046)；湖南省科技廳重大專項(2012FJ1006) (Project(41603046) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2012FJ1006) supported by the Major Science and Technology Program of Department of Science & Technology of Hunan Province)

黃儼然，博士，講師，從事非常規(guī)油氣地質(zhì)綜合研究；E-mail: hyanran2006@163.com