張本杰　秦　琴　劉　甲，2　張　偉，2　羅　沙

（1.貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州　貴陽　550081；2.貴州能礦織金磷化工有限公司，貴州　貴陽　550003）

黔西南晴頁2井舊司組頁巖特征及勘探意義

張本杰1秦琴1劉甲1，2張偉1，2羅沙1

（1.貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州貴陽550081；2.貴州能礦織金磷化工有限公司，貴州貴陽550003）

通過晴頁2井舊司組頁巖巖心樣品測試，結(jié)合地質(zhì)錄井資料，對頁巖氣儲層特征及開采有利的重要因素進(jìn)行了分析研究。揭示了舊司組頁巖具有效厚度較大、泥地比高（81.43%）、有機(jī)質(zhì)含量較高、脆性礦物含量高（平均為48.69%）、納米孔及微裂縫較發(fā)育、生烴能力較強(qiáng)等特點(diǎn)；隨深度增加，有機(jī)碳含量、含氣量具增大趨勢，含氣性與有機(jī)碳含量呈正相關(guān)性；據(jù)頁巖氣賦存及環(huán)境條件優(yōu)選出有利區(qū)預(yù)測地質(zhì)資源量為7 885×108m3，可采資源量為1 419.3×108m3，勘探開發(fā)前景廣闊。分析認(rèn)為：海相頁巖是頁巖氣勘探開發(fā)的重要層系，富含脆性礦物的有機(jī)質(zhì)頁巖是良好的勘探開發(fā)目標(biāo)。

頁巖脆性礦物納米孔和微裂縫勘探意義舊司組

0　引言

中國頁巖氣研究和勘探開發(fā)工作起步晚，近年，中國石化、中國石油在重慶、四川龍馬溪組頁巖氣勘探開發(fā)取得重大突破并獲工業(yè)氣流，上揚(yáng)子地區(qū)下古生界海相頁巖層系成為研究的焦點(diǎn)，而上古生界含氣頁巖層系研究甚少，部分學(xué)者［1-3］對華南及中、上揚(yáng)子地區(qū)上古生界有機(jī)質(zhì)頁巖分布、有機(jī)地球化學(xué)、礦物成分、沉積環(huán)境、含氣性、保存條件、資源及其勘探潛力、有利區(qū)優(yōu)選等進(jìn)行了初步研究工作，對頁巖氣成藏條件取得了初步認(rèn)識，對頁巖氣儲層變化規(guī)律及特征、開采有利的重要因素等系統(tǒng)研究尚存不足。

貴州省頁巖氣資源豐富，頁巖有機(jī)質(zhì)含量較高，目前對舊司組等頁巖氣儲層研究不夠，影響頁巖氣勘探開發(fā)進(jìn)展。通過對晴頁2井舊司組頁巖巖心采樣并測試，結(jié)合地質(zhì)錄井資料分析和總結(jié)，研究儲層特征及其變化規(guī)律，旨在揭示舊司組海相頁巖氣成藏特征及儲層有利因素，為勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1　地質(zhì)背景

泥盆紀(jì)末期，貴州發(fā)生了紫云運(yùn)動，除黔南、黔西、黔西南地域仍保持深水盆地連續(xù)沉積外，其余地區(qū)均呈現(xiàn)不同程度的隆升并遭受剝蝕，進(jìn)入石炭紀(jì)，貴州仍處在不均衡的拉張沉陷環(huán)境，海侵方向由南東向北西。晴隆地區(qū)石炭紀(jì)早期出現(xiàn)了拉張裂陷作用形成硅質(zhì)巖、灰?guī)r沉積，此后，張裂沉陷作用持續(xù)發(fā)展，海侵范圍逐漸擴(kuò)大，石炭紀(jì)晚期海侵規(guī)模達(dá)到最大，而中二疊世梁山期深水環(huán)境則開始不同程度的海退。

晴頁2井位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺黔北臺隆六盤水?dāng)嘞萜瞻残?gòu)造變形區(qū)中營向斜南東翼南段。區(qū)域構(gòu)造發(fā)育北東向斷裂及褶皺為主，次為北西向。井區(qū)地層主要呈NE—SW走向，傾向NW，傾角一般10～20°，井位2 km范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷距大于20 m的斷層（圖1）。晴頁2井開鉆層位為下二疊統(tǒng)龍吟組（P1l），完鉆層位為下石炭統(tǒng)湯粑溝組（C1t），主要目的層為舊司組（C1j），鉆遇地層剖面、巖性及采樣位置如圖2所示。

2　頁巖特征

2.1厚度特征

舊司組（C1j）近底部為黑色頁巖與薄層硅質(zhì)灰?guī)r互層，中上部夾0.33 m泥質(zhì)灰?guī)r，其余為黑色頁巖，黑色頁巖連續(xù)厚度為60.01 m，總有效厚度為67.9 m，組厚83.38 m，泥地比為81.43%，富有機(jī)質(zhì)頁巖泥地比高。晴頁2井區(qū)域PM1—PM4剖面舊司組頁巖有效厚度為38.9～82 m，平均為62.7 m，頁巖有效厚度較大。平面上，晴隆—關(guān)嶺區(qū)域舊司組頁巖總體呈北西厚、北東逐漸變薄的趨勢。2.2有機(jī)質(zhì)特征

圖1　晴隆地區(qū)構(gòu)造綱要及鉆井位置圖

圖2　鉆遇地層剖面柱狀及采樣位置圖

有機(jī)質(zhì)含量高低決定頁巖生烴能力、孔隙空間大小及吸附能力，對富有機(jī)質(zhì)頁巖含氣量起決定性作用［4］。49件樣品測試結(jié)果顯示：有機(jī)碳（TOC）含量為0.60%～5.76%，一般為1.45%～3.22%，平均為1.79%；TOC含量大于或等于4%的占3.4%，TOC含量大于或等于2%的占30.6%，TOC含量大于或等于1%的占79.6%；在677～693 m、711～743 m共兩個層段頁巖有機(jī)質(zhì)含量較其他層段高，TOC含量總體較高，隨深度增加TOC含量具增高趨勢。有機(jī)質(zhì)成熟度Ro含量為4.02%～4.87%，平均為4.43%，熱演化程度高。隨深度增加，Ro值略具增大趨勢。頁巖埋深增加，壓力增大，溫度升高，隨著熱演化時間增長，有機(jī)質(zhì)成熟度高。7件樣品測試有機(jī)質(zhì)類型有6件為Ⅱ1型，僅1件為Ⅰ型，以腐泥型為主。頁巖具較強(qiáng)的生烴能力，處于過成熟生干氣階段。鉆井區(qū)域采3件（CY1—CY3）地表樣經(jīng)測試，TOC為2.19%～2.74%，Ro含量為2.01%～3.50%。頁巖有機(jī)質(zhì)含量較高，有機(jī)質(zhì)類型以腐泥型為主，具備頁巖氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)［5］，熱演化程度越高越有利于頁巖氣富集［6］。

2.3脆性礦物特征

9件頁巖樣品脆性礦物石英含量為15.53%～49%，平均為29.96%，長石含量為6%～27.72%，平均為12.69%，碳酸鹽巖含量為1.0%～27.08%，平均為6.04%，脆性礦物總含量為32%～65.70%，平均為48.69%，總量大于50%的占56%，脆性指數(shù)為32.65%～67.73%，平均為51.85%，脆性礦物含量高，其中石英含量最高，石英含量越高，儲層物性越好［7］，脆性礦物含量越高，頁巖脆性越強(qiáng)，儲層天然裂縫就越發(fā)育，在水力壓裂外力作用下越易形成誘導(dǎo)裂縫網(wǎng)絡(luò)，利于頁巖氣開采［8］。從圖3可以看出，TOC與脆性礦物含量略具正相關(guān)性。

2.4物性特征

10件頁巖樣品的孔隙度為1.67%～3.76%，平均為2.66%，孔隙度大于2%的占90%，孔隙度大于2.4%占50%，孔隙度大于3%的占30%；10件樣品的滲透率為0.004 5～0.028 8 mD，平均為0.009 1 mD，滲透率大于0.007 mD的占50%，大于0.01 mD的占20%。TOC含量與孔隙度、滲透率略具正相關(guān)性。隨深度增加，滲透率略具增大趨勢。

圖3　頁巖TOC含量與脆性礦物關(guān)系圖

2.5儲滲空間特征

孔隙特征。氬離子拋光分析，有機(jī)孔較發(fā)育，以納米孔為主，孔徑一般為10～48.6 nm，QY2-44樣還見晶內(nèi)孔，孔徑為1 μm左右。頁巖以有機(jī)納米孔為主，TOC含量高，質(zhì)優(yōu)［9］。

裂縫特征。頁巖微裂縫較發(fā)育，微裂縫長一般為10～40 μm、寬0.4～1.6 μm，微裂縫略顯張性。微裂縫為頁巖氣運(yùn)移和儲集提供了良好的空間［10］。

孔喉特征。經(jīng)QY2-41樣核磁共振分析，孔喉半徑為30～125 nm的納米孔分布頻率占10%～15%，孔喉半徑為1～15 nm的納米孔分布頻率為1%～10%，孔喉半徑為1～10 μm的微米孔分布頻率僅為0.2%～1%，表明頁巖孔隙以納米孔為主，納米孔對頁巖氣儲存起主要貢獻(xiàn)作用，微米孔次之。

有機(jī)質(zhì)納米孔是頁巖氣的重要儲集空間，納米孔對頁巖氣吸附能力極強(qiáng)，增加頁巖氣的存儲量［11］，石英等脆性礦物含量高并具較高脆度，是頁巖微裂縫形成的內(nèi)因［12］，微裂縫對頁巖氣滲流具重要作用，是連接微觀孔隙和宏觀孔隙的橋梁，微裂縫可改善儲層的滲流能力［13］。

2.6含氣性特征

頁巖含氣量為1.38～2.35 m3/t，平均為1.81 m3/t，主體在1.6～2 m3/t，12件樣品含氣量大于1.6 m3/t的占83%，大于1.8 m3/t的占58%，大于2 m3/t的占25%，含氣性與TOC含量具良好的正相關(guān)關(guān)系（圖4），總體上頁巖含氣性較好，能滿足頁巖氣商業(yè)開發(fā)的要求，具資源開發(fā)潛力。在恒溫30℃，對頁巖QY2-41樣作等溫吸附實(shí)驗(yàn)，隨壓力增大吸附量增加，當(dāng)壓力增加到12 MPa時，吸附量達(dá)1.52 m3/t，該樣解析氣量為1.57 m3/t，解析氣量與等溫吸附值相近，表明頁巖吸附天然氣的能力較強(qiáng)。隨深度增加，頁巖含氣量具增大趨勢。

圖4　頁巖含氣性與TOC關(guān)系圖

3　勘探開發(fā)意義

3.1成功經(jīng)驗(yàn)借鑒

北美頁巖氣勘探開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)對中國南方海相頁巖的啟示：頁巖TOC一般大于2%、Ro普遍大于1.1%、石英含量為27%～52%，脆性礦物含量一般大于30%，微裂縫較發(fā)育，構(gòu)造較簡單，具良好封蓋層保存條件，地形有利，水源充足［14］。美國頁巖儲層屬海相沉積，層位深度在76～2 440 m，厚度通常大于30 m［15］。我國南方古生界海相頁巖分布廣、厚度大，屬頁巖氣勘探前景最好的區(qū)域［16］。重慶涪陵地區(qū)焦頁1井等龍馬溪組頁巖TOC為0.55%～6.89%，平均為2.62%，孔隙度為1.17%～8.61%，滲透率為0.001 1～0.1 mD，納米孔及裂縫較發(fā)育，納米孔孔徑以23～43 nm為主，裂縫寬0.02～1 μm，脆性礦物總含量為33.9%～80.3%，優(yōu)質(zhì)頁巖層總含氣量（直線法）為0.29～5.34 m3/t，焦頁1井等4口井截至2015年3月累計(jì)產(chǎn)量超過1.6×108m3［17］?？碧介_發(fā)頁巖氣，其產(chǎn)量高低與泥頁巖內(nèi)部天然微裂縫有關(guān)，發(fā)育微裂縫將提高水力壓裂的有效性［18］。裂縫與脆性礦物具相關(guān)性，頁巖越含脆性礦物，脆性就越強(qiáng)，天然裂縫越易發(fā)育，因此，富含脆性礦物的有機(jī)質(zhì)頁巖是良好的勘探開發(fā)目標(biāo)。

3.2舊司組勘探開發(fā)意義

1）儲層及其環(huán)境意義。晴頁2井地區(qū)舊司組埋深一般為200～3 000 m，以低中山為主，山間平壩有分布，蓋層為下石炭統(tǒng)上司組（C1s）—中石炭統(tǒng)馬平組（C2m）碳酸鹽巖夾砂泥巖、龍吟組（P1l）頁巖及砂泥巖。晴隆—關(guān)嶺一帶舊司組有利區(qū)位于中營向斜和郎岱向斜，大斷裂不發(fā)育，構(gòu)造活動相對較弱，保存條件較好。良好的封蓋層可減少構(gòu)造運(yùn)動過程中頁巖氣向外滲流運(yùn)移及擴(kuò)散散失，保持較高的地層壓力，維持最大的吸附量［19］。該有利區(qū)鎮(zhèn)（鎮(zhèn)寧）勝（勝境關(guān)）高速公路（G60）橫穿全區(qū)，北盤江自北西向南東流經(jīng)有利區(qū)，交通及用水便利。井區(qū)舊司組頁巖具厚度較大、脆性礦物含量高、含氣性較好等特點(diǎn)，頁巖氣成藏、賦存環(huán)境條件較好，儲層特征與北美及涪陵地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)儲層相似，具備較好的勘探開發(fā)條件，具有勘探開發(fā)意義。

2）資源潛在意義。據(jù)晴頁2井及所在區(qū)舊司組頁巖有效厚度、有機(jī)質(zhì)含量、含氣性、構(gòu)造等條件進(jìn)行有利區(qū)優(yōu)選，優(yōu)選出晴隆有利區(qū)（埋深為500～3 500 m）面積2 970 km2（圖1），P50概率條件下預(yù)測有利區(qū)頁巖氣地質(zhì)資源量為7 885×108m3，可采資源量為1 419.3×108m3，地質(zhì)資源豐度為2.65×108m3/ km2，頁巖氣資源豐富，勘探開發(fā)前景廣闊，具有重大意義。

3）能源需求意義。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，我國天然氣消費(fèi)量逐年上升，2015年全國消費(fèi)量為2 310× 108m3，預(yù)測到2020年全國消費(fèi)量將增至4 850× 108m3［20］。天然氣能源將處于供不應(yīng)求局面。目前天然氣價(jià)格已上漲，這有助于提高頁巖氣開發(fā)的利潤率［21］。頁巖氣是清潔環(huán)保和新型的氣體能源，勘探開發(fā)頁巖氣對解決能源供求矛盾具有重要戰(zhàn)略意義。

4　結(jié)論

1）晴頁2井舊司組屬海相沉積，富有機(jī)質(zhì)頁巖泥地比高（81.43%），有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，TOC含量較高，隨深度增加，TOC、含氣性具增大趨勢，TOC與含氣性呈正相關(guān)性，頁巖具較強(qiáng)的生烴能力。

2）頁巖納米孔較發(fā)育，納米孔是頁巖氣的重要儲存及滲流空間，是頁巖吸附氣量的主要因素。

3）舊司組頁巖脆性強(qiáng)，微裂縫較發(fā)育，易壓裂改造，有利于商業(yè)開采，是良好的頁巖氣勘探開發(fā)層系。晴頁2井所在有利區(qū)頁巖氣資源豐富，具廣闊的勘探開發(fā)前景?？碧介_發(fā)頁巖氣對解決能源供求矛盾具有重要戰(zhàn)略意義。

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（編輯：盧櫟羽）

B

2095-1132（2016）04-0019-04

10.3969/j.issn.2095-1132.2016.04.005

修訂回稿日期：2016-07-08

貴州省地勘基金重大專項(xiàng)“貴州省頁巖氣資源調(diào)查評價(jià)（2012GYYQ）”項(xiàng)目之子項(xiàng)目“黔西南地區(qū)頁巖氣資源調(diào)查評價(jià)（2012GYYQ-04）”資助。

張本杰（1965-），工程師，從事頁巖氣評價(jià)及油氣協(xié)管工作。E-mail：1435876631@qq.com。