秦　琴龍成雄張本杰

（1.貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，貴州　貴陽(yáng)　550081；2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局105地質(zhì)大隊(duì)，貴州　貴陽(yáng)　550008）

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黔西南區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組頁(yè)巖氣成藏條件研究

秦琴1龍成雄2張本杰1

（1.貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，貴州貴陽(yáng)550081；2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局105地質(zhì)大隊(duì)，貴州貴陽(yáng)550008）

摘要根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、鉆井及巖心樣品分析等資料的綜合研究，黔西南地區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組發(fā)育一套展布穩(wěn)定及單層厚度較大的黑色頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)類型多以Ⅲ型為主，有機(jī)質(zhì)豐度一般、成熟度中等、儲(chǔ)層條件中等、含氣量較高，具有良好的頁(yè)巖氣成藏條件，初步優(yōu)選出威寧鹽倉(cāng)—猴場(chǎng)、晴隆雞場(chǎng)—關(guān)嶺永寧為黔西南區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組頁(yè)巖氣富集成藏的兩個(gè)有利區(qū)塊。

關(guān)鍵詞梁山組成藏條件頁(yè)巖氣黔西南區(qū)

修訂回稿日期：2016-03-01

0　引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人類利用能源經(jīng)歷了高碳、中碳到低碳的過(guò)程，并將發(fā)展到無(wú)碳的時(shí)代。煤炭和石油已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)代人的需求，天然氣的利用是實(shí)現(xiàn)低碳的最佳選擇。頁(yè)巖氣作為一種非常規(guī)天然氣，是油氣勘探的一個(gè)新領(lǐng)域，越來(lái)越得到世界各國(guó)的重視［1］。我國(guó)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)還處于探索階段。據(jù)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)資源量達(dá)10.48×1012m3，列全國(guó)第四位，頁(yè)巖氣資源巨大。為了改善能源結(jié)構(gòu)，改變貴州省“無(wú)油少氣”的局面，貴州省國(guó)土資源廳開(kāi)展了貴州省頁(yè)巖氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作。將全省劃分為黔北、黔西北、黔南、黔西南4個(gè)評(píng)價(jià)單元，共實(shí)施了26口調(diào)查井，其中在黔西南地區(qū)實(shí)施了7口調(diào)查井，對(duì)4套目的層系（火烘組、舊司組、梁山組、龍?zhí)督M）進(jìn)行調(diào)查研究。對(duì)舊司組和龍?zhí)督M的研究比較多，火烘組和梁山組的研究相對(duì)較少，本次主要針對(duì)梁山組進(jìn)行頁(yè)巖氣成藏條件研究，初步優(yōu)選出頁(yè)巖氣富集成藏有利區(qū)。

1　地質(zhì)概況

黔西南地處云貴高原東部，位于紫云—水城斷裂的西南側(cè)，屬揚(yáng)子板塊的西南部。晚石炭世馬平期末發(fā)生了黔桂運(yùn)動(dòng)，巖石圈張裂陷不均導(dǎo)致部分地塊間歇性上升。除水城—盤縣、紫云—羅甸等地帶為斷陷盆地外，其余地區(qū)均上升處于剝蝕狀態(tài)。黔桂運(yùn)動(dòng)仍然造就了北高南低的地勢(shì)和北西向的構(gòu)造格架。早二疊世初，海侵由南向北超覆，貴州出現(xiàn)了高等植物的第二次繁盛期，該時(shí)期形成了大量的沉積有機(jī)質(zhì)。梁山組的巖性主要為石英砂巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤層。在納雍、赫章等地，梁山組為海陸交互相碎屑巖沉積，其余地方以碳酸鹽臺(tái)地沉積為主［2］。

2　頁(yè)巖氣成藏條件

頁(yè)巖是一種滲透率極其低的沉積巖，頁(yè)巖氣的成藏條件主要受頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度、孔隙度與滲透率及含氣性等多種因素控制［3］。故本次對(duì)黔西南地區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組頁(yè)巖氣成藏條件進(jìn)行研究。

2.1頁(yè)巖厚度

頁(yè)巖氣的生成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，首先必須要有生成頁(yè)巖氣的物質(zhì)基礎(chǔ)即含有較多有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖厚度，同時(shí)也必須有利于頁(yè)巖氣的保存。隨著頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)的進(jìn)步，具有商業(yè)價(jià)值的頁(yè)巖氣藏的有效頁(yè)巖厚度可能降低到10 m。

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究認(rèn)為，研究區(qū)梁山組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度分布主要受中二疊世棲霞期巖相古地理類型的控制，早二疊世海水由南向北超覆，隨著海侵加強(qiáng)，演變?yōu)闉I?！獪\海環(huán)境，在威寧、水城一帶為濱海相泥頁(yè)巖夾灰?guī)r沉積，在盤縣、六枝一帶為淺海相砂泥頁(yè)巖沉積，在南部紫云、興義、望謨一帶為淺海相灰?guī)r、泥巖沉積。富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積有利區(qū)位于晴隆、紫云一帶。沉積厚度大于30 m的區(qū)域，位于東部晴隆、紫云一帶，頁(yè)巖沉積厚度為30～152 m。水頁(yè)2井揭示有效厚度約為90 m。晴頁(yè)1井揭示有效厚度約為25 m。因此，從兩口調(diào)查井可以看出頁(yè)巖有效厚度較大，為頁(yè)巖氣的儲(chǔ)層富集提供了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2有機(jī)質(zhì)類型

干酪根類型指數(shù)法（KTI）是劃分烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的主要指標(biāo)之一。研究區(qū)露頭和調(diào)查井巖心樣品測(cè)試的顯微特征及熒光特性顯示：水頁(yè)2井梁山組黑色頁(yè)巖樣品顯微組分分析測(cè)試表明以殼質(zhì)組為主，其次為腐泥組和鏡質(zhì)組，惰質(zhì)組較少（圖1）；下二疊統(tǒng)梁山組KTI值為-32～47，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，并出現(xiàn)Ⅱ2型和Ⅱ1型。

圖1　黔西南區(qū)梁山組黑色頁(yè)巖干酪根顯微組分三角圖

2.3有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)碳含量（TOC）是反映頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度的指標(biāo)，是頁(yè)巖氣聚集最重要的控制因素之一［4］。Ross［5］等在對(duì)加拿大頁(yè)巖地層的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有機(jī)碳與甲烷的吸附能力存在一定的關(guān)系。隨著頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)的進(jìn)步，認(rèn)為具有工業(yè)價(jià)值的頁(yè)巖氣藏TOC應(yīng)大于1％［6］。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)46塊露頭樣品和晴頁(yè)1井及水頁(yè)1井的106塊巖心樣品的TOC進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，TOC為0.14％～17.61％，平均為1.07％，主體分布在0.60％～1.50％，有44.08％的樣品TOC 為0.50％～1.00％，有29.61％的樣品TOC為1.00％～2.00％。由于露頭樣品容易氧化致測(cè)試的TOC偏低，在縱向上，研究區(qū)46塊露頭樣品測(cè)試數(shù)據(jù)顯示：下二疊統(tǒng)梁山組上段TOC為0.91％～2.36％，平均為1.48％；中段TOC為0.75％～2.27％，平均為1.58％；下段TOC為0.14％～17.61％，平均為1.90％。可見(jiàn)，下二疊統(tǒng)梁山組由上至下TOC逐漸增高。

對(duì)巖心樣品進(jìn)行TOC測(cè)試，數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，晴頁(yè)1井有機(jī)碳最大值為1.61％，最小值為0.30％，平均值為0.74％；全井TOC較低，隨深度沒(méi)有明顯的變化規(guī)律，在井深38～160 m、725～745 m、875～890 m處TOC較高，TOC大于1.00％。水頁(yè)2井有機(jī)碳最大值為1.94％，最小值為0.37％，平均值為0.93％，TOC隨井深增加呈減少趨勢(shì)（圖2）。從兩口調(diào)查井可看出梁山組有機(jī)質(zhì)豐度一般。

圖2　黔西南區(qū)梁山組調(diào)查井頁(yè)巖樣品有機(jī)碳含量及深度變化圖

2.4有機(jī)質(zhì)成熟度

不同類型的有機(jī)質(zhì)在不同演化階段其生烴生氣量不同，作為頁(yè)巖儲(chǔ)層系統(tǒng)有機(jī)成因氣研究的重要指標(biāo)，鏡質(zhì)組反射率（Ro）是目前應(yīng)用最為廣泛、最有權(quán)威的有機(jī)質(zhì)成熟度標(biāo)志。劃分標(biāo)準(zhǔn)為：Ro低于0.5％為未成熟，0.5％～1.3％為成熟，1.3％～2.0％為高成熟，2.0％～3.0％為過(guò)成熟早期階段，3.0％～4.0％為過(guò)成熟晚期階段。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)14塊露頭樣品和7塊巖心樣品進(jìn)行測(cè)試，下二疊統(tǒng)梁山組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的演化程度總體較高，有機(jī)質(zhì)成熟度為0.95％～4.17％，平均為2.22％，有33.33％的樣品成熟度為0.50％～1.30％，有51.86％的樣品成熟度大于2.00％。表明黔西南區(qū)梁山組頁(yè)巖熱演化程度總體較高，多處于成熟—過(guò)成熟階段。在縱向上，晴頁(yè)1井7塊巖心樣品成熟度測(cè)試數(shù)據(jù)顯示成熟度隨深度增加呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。

2.5頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

頁(yè)巖氣是天然氣在頁(yè)巖儲(chǔ)層中的富集，頁(yè)巖氣藏中的游離氣主要儲(chǔ)集在頁(yè)巖基質(zhì)孔隙和裂縫等空間中，孔隙和裂縫是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的兩個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)鉆井揭示，研究區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組孔隙度隨深度增加呈減小趨勢(shì)，滲透率隨深度增加亦呈減小趨勢(shì)。晴頁(yè)1井巖心樣品測(cè)試資料顯示孔隙度為1.98％～3.89％，平均為2.83％，孔隙度低；滲透率為0.003 7～0.013 0 mD，平均為0.008 4 mD，滲透率特低。Jarvie等（2007）的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)含量為7％的頁(yè)巖生烴演化過(guò)程中消耗35％的有機(jī)碳可使頁(yè)巖孔隙度增加4.9％。因此，TOC越高，頁(yè)巖基質(zhì)中的超微孔隙就越多，頁(yè)巖氣藏豐度也越高，與常規(guī)油氣藏相似，頁(yè)巖氣藏中孔隙與微裂縫愈發(fā)育，氣藏的富集程度就愈高。同時(shí)對(duì)巖心樣品核磁共振實(shí)驗(yàn)表明，頁(yè)巖段孔隙度和裂縫較發(fā)育，有利于壓裂改造?？紫抖葹?.99％，以納米級(jí)孔隙為主，少量微米級(jí)孔隙。

裂縫作為輸導(dǎo)系統(tǒng)能夠促進(jìn)頁(yè)巖氣的運(yùn)移，對(duì)頁(yè)巖氣的聚集和開(kāi)采都有利。通過(guò)對(duì)晴頁(yè)1井巖心進(jìn)行拋光掃描電鏡實(shí)驗(yàn)，揭示下二疊統(tǒng)梁山組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖微裂縫也較發(fā)育，微裂縫多呈明顯鋸齒狀，并且延伸較好（圖3）。從上可知下二疊統(tǒng)梁山組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖具有孔隙度低、滲透率特低的特征。

圖3　下二疊統(tǒng)梁山組頁(yè)巖微裂隙發(fā)育特征圖

巖石礦物特征表明，碎屑礦物含量梁山組上、中段較高，自生脆性礦物含量下段含量較高，黏土礦物含量中段較低。脆性礦物總體含量大于50％，具有較好的破裂潛力。在平面上，碎屑礦物含量高值區(qū)分布在水城地區(qū)，黏土礦物含量低值區(qū)與碎屑礦物含量高值區(qū)分布相似。

下二疊統(tǒng)梁山組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖具有孔隙度低、滲透率特低的特征，孔隙類型以粒間孔、粒內(nèi)孔、溶蝕孔為主，孔隙體積為中孔體積。

綜合富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的礦物學(xué)、儲(chǔ)集物性及巖石力學(xué)等特征來(lái)看，水城地區(qū)可以作為下二疊統(tǒng)梁山組頁(yè)巖的儲(chǔ)層有利區(qū)。

2.6頁(yè)巖含氣性

頁(yè)巖層系中的含氣層位、含氣量大小及縱向分布規(guī)律，為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖后續(xù)壓裂層段的選擇提供了資料。一般認(rèn)為具有經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值的頁(yè)巖氣藏頁(yè)巖含氣量下限為1.1 m3/t。

通過(guò)對(duì)晴頁(yè)1井29塊樣品現(xiàn)場(chǎng)解吸實(shí)驗(yàn)得出，隨著深度的增加，解吸氣量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）總體呈逐漸增加的趨勢(shì)，到井深852.48 m時(shí)達(dá)到峰值3 689 mL，解吸氣量較高的集中段為井深668.63～871.78 m，到井深877.78 m以后解吸氣量逐漸減少。含氣量范圍為1.5～4.0 m3/t，平均為1.9 m3/t，符合工業(yè)開(kāi)采標(biāo)準(zhǔn)。含頁(yè)巖氣有利層段位于下二疊統(tǒng)梁山組下段中下部。對(duì)水頁(yè)2井11件樣品現(xiàn)場(chǎng)解吸實(shí)驗(yàn)得出隨著深度的增加，解吸氣量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）總體趨勢(shì)逐漸增加，到井深469.38 m時(shí)達(dá)到峰值155 mL，以后解吸氣量逐漸減少，含氣量為0.3～0.6 m3/t，平均為0.4 m3/t，尚未達(dá)到工業(yè)開(kāi)采標(biāo)準(zhǔn)，含頁(yè)巖氣有利層段位于下二疊統(tǒng)梁山組中上部。

3　有利區(qū)優(yōu)選

有利區(qū)優(yōu)選應(yīng)考慮以下主要條件：①泥頁(yè)巖厚度穩(wěn)定，海相單層厚度大于等于9 m，連續(xù)厚度大于等于30 m，連續(xù)分布面積大于等于200 km2；②TOC平均大于等于1.0％；③總含氣量大于等于1.1 m3/t；④埋深為300～4 500 m；⑤Ro大于等于1.0％；⑥交通條件較好，地震勘探和鉆探工程相對(duì)便利［7-8］。

根據(jù)以上條件綜合分析黔西南地區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度、TOC、Ro、孔隙度及滲透率等指標(biāo)，并與美國(guó)主要頁(yè)巖氣盆地進(jìn)行類比研究，在下二疊統(tǒng)梁山組優(yōu)選出兩個(gè)頁(yè)巖氣發(fā)育的有利區(qū)即威寧鹽倉(cāng)—猴場(chǎng)有利區(qū)塊Ⅰ、晴隆雞場(chǎng)—關(guān)嶺永寧有利區(qū)塊Ⅱ，兩個(gè)有利區(qū)面積為3 355 km2，具有較好的頁(yè)巖氣勘探前景。

4　結(jié)論

1）黔西南區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組發(fā)育一套展布穩(wěn)定、單層厚度較大的黑色頁(yè)巖，其有機(jī)質(zhì)類型多以Ⅲ型為主，并出現(xiàn)Ⅱ2型和Ⅱ1型；TOC為0.14％～17.61％。隨著深度的增加TOC逐漸增高；是進(jìn)一步勘探的有利目的層段；頁(yè)巖的熱演化程度多處于成熟—過(guò)成熟階段；頁(yè)巖孔隙度和裂縫低，碎屑礦物含量高，均大于50％，具有較好的破裂潛力；頁(yè)巖的含氣量在晴隆一帶高，氣測(cè)顯示明顯，具有形成大規(guī)模頁(yè)巖氣藏的良好地質(zhì)條件。

2）綜合頁(yè)巖的厚度、TOC、Ro等指標(biāo)，采用疊合法，初步優(yōu)選出威寧鹽倉(cāng)—猴場(chǎng)、晴隆雞場(chǎng)—關(guān)嶺永寧為黔西南區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組頁(yè)巖氣富集成藏的兩個(gè)有利區(qū)塊。

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（編輯：盧櫟羽）

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-1132（2016）02-0013-03

doi：10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 02. 004

基金項(xiàng)目：貴州省頁(yè)巖氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)；黔西南地區(qū)頁(yè)巖氣資源調(diào)查子項(xiàng)目的部分研究成果（2012GYYQ-04）。

作者簡(jiǎn)介：秦琴（1983-），女，碩士，工程師，從事煤炭地質(zhì)勘查和頁(yè)巖氣勘查工作。E-mail：363106113@qq.com。