李 蕭,郭少斌

(1.中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營(yíng) 257000;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院,北京 100083)

2017-07-15

李 蕭(1987—),女,山東東營(yíng)人,中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院助教,碩士,主要從事非常規(guī)油氣研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2017.03.002

渝東南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件

李 蕭1,郭少斌2

(1.中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營(yíng) 257000;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院,北京 100083)

以W1井巖心資料為基礎(chǔ),從生烴條件及物性特征入手,對(duì)渝東南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組成藏地質(zhì)條件進(jìn)行研究。結(jié)果表明,研究區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖厚度大、TOC含量普遍較高、熱演化程度較高、脆性礦物含量較高、埋深較淺,有利于頁(yè)巖氣的富集。綜合信息疊加分析得出,武隆—彭水地區(qū)為頁(yè)巖氣勘探的有利區(qū)域。

渝東南地區(qū);頁(yè)巖氣;龍馬溪組;成藏地質(zhì)條件

頁(yè)巖氣屬于非常規(guī)天然氣,具有自生自儲(chǔ)自蓋的特點(diǎn)[1-2]。中國(guó)南方頁(yè)巖地質(zhì)條件優(yōu)越,尤其是上揚(yáng)子地區(qū)古生界海相地層。上揚(yáng)子地區(qū)與北美頁(yè)巖氣產(chǎn)出盆地具有很多的可比性[2]。美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐證明,中國(guó)南方頁(yè)巖氣具有一定的勘探前景。渝東南地區(qū)隸屬于上揚(yáng)子板塊,近年來(lái),中國(guó)對(duì)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展迅速,但對(duì)頁(yè)巖氣研究起步較晚,缺乏大量的測(cè)井、鉆井資料,對(duì)其成藏條件研究未成體系。筆者以渝東南地區(qū)W1井巖心分析資料為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)渝東南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣形成的基礎(chǔ)地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查和研究,評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣資源潛力和分布,優(yōu)選出有利區(qū)塊,以期為渝東南地區(qū)的油氣勘探提供新方向,也可為中國(guó)其他類似盆地的頁(yè)巖氣勘探提供一定參考。

1 研究區(qū)概況

渝東南地區(qū)位于四川盆地東南部邊界,滇黔桂湘鄂西褶皺帶,隸屬中上揚(yáng)子板塊[3](圖1)。揚(yáng)子地臺(tái)的演化過(guò)程經(jīng)歷了雪峰運(yùn)動(dòng)時(shí)期、早—中加里東時(shí)期、晚加里東時(shí)期、海西期、印支期、燕山期和喜山期。多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加,形成了上揚(yáng)子地臺(tái)復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài)。該區(qū)域NE向構(gòu)造主要受燕山運(yùn)動(dòng)先期形成的隔擋式褶皺,而后又經(jīng)受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的褶皺作用改造,形成城垛式褶皺或隔擋式褶皺、隔槽式褶皺[4]。從巖性上看,志留紀(jì)早期,渝東南地區(qū)龍馬溪組主要為深水陸棚相沉積的黑色、深灰色炭質(zhì)泥頁(yè)巖和粉砂質(zhì)泥頁(yè)巖夾薄砂巖,全區(qū)分布穩(wěn)定,是烴源巖發(fā)育的主要層系。

圖1 區(qū)域構(gòu)造位置(據(jù)肖軍等修改,2009)[3]

2 生烴條件

2.1 含氣頁(yè)巖厚度展布特征

美國(guó)頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指出,富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度達(dá)到一定規(guī)模區(qū)域上連續(xù)分布,頁(yè)巖氣才能富集。中上揚(yáng)子地區(qū)下古生界地層由老到新依次發(fā)育有寒武系、奧陶系、志留系。龍馬溪期,由于地層抬升較大,地層剝蝕較為嚴(yán)重,川東大部分地區(qū)志留系剝蝕殆盡,最大埋深均位于向斜構(gòu)造的中心位置?？傮w上,龍馬溪組黑色頁(yè)巖在渝東南地區(qū)由南西向北東方向逐漸變厚的趨勢(shì)。在彭水—南川地帶靠近沉降中心,有限厚度均大于70 m,靠近黔中古隆起地區(qū),下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁(yè)巖呈狹長(zhǎng)條帶狀近平行分布。

2.2 有機(jī)質(zhì)含量及類型

結(jié)合研究區(qū)下古生界黑色頁(yè)巖的樣品顯微特征及熒光特性得出,有機(jī)質(zhì)類型多為Ⅱ型,顯微組分主要表現(xiàn)為腐泥無(wú)定型體,其次為惰質(zhì)組。在藍(lán)光激發(fā)下,腐泥無(wú)定型體發(fā)黃色熒光,表明研究區(qū)龍馬溪組具有較好的生烴潛能。

源巖中有機(jī)質(zhì)含量是影響泥頁(yè)巖含氣量的關(guān)鍵因素,同時(shí),富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)含量也直接影響泥頁(yè)巖的孔隙大小和孔隙性能,從而影響泥頁(yè)巖的含氣量,最終決定泥頁(yè)巖中總含氣量。如圖2所示,渝東南地區(qū)龍馬溪組吸附含氣量的變化趨勢(shì)與TOC變化趨勢(shì)吻合較好。對(duì)W1井10塊取心測(cè)試樣品分析表明,W1井泥巖實(shí)測(cè)TOC中等偏好,一般為1%～3%,平均為1.84%,其中,TOC大于2%的占36%,介于1%～2%的將近37%;總體埋深越大,TOC含量越大。

圖2 不同TOC頁(yè)巖與含氣量關(guān)系

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

W1井有機(jī)質(zhì)熱演化成熟度較高,Ro主要分布在2.5%～4.4%,參考前人的有機(jī)質(zhì)成熟階段劃分標(biāo)準(zhǔn):Ro低于0.6%為未成熟,0.6%～1.3%為成熟,1.3%～2.0%為高成熟,2%～3%為過(guò)成熟早期階段,3%～4%為過(guò)成熟晚期階段[5]。研究區(qū)有機(jī)質(zhì)成熟度屬于過(guò)成熟階段,此時(shí)已處于熱裂解生氣階段,以生成熱成因氣為主。因此,研究區(qū)大部已處于熱裂解生氣階段,與美國(guó)頁(yè)巖氣盆地成烴條件相似。

3 物性特征

3. 1 巖石礦物學(xué)特征

對(duì)研究區(qū)W1井樣品進(jìn)行全巖測(cè)試及黏土礦物X衍射試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),其礦物成分以脆性礦物為主,占全巖的66%。其脆性礦物成分主要為石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、方解石和白云石,其中石英平均含量占全巖的47.6%,占脆性礦物總量的70%;其次為長(zhǎng)石、碳酸鹽礦物,長(zhǎng)石平均含量占全巖的12%,碳酸鹽礦物平均含量占全巖的9%。石英含量較高與頁(yè)巖層系中泥質(zhì)含量低、硅質(zhì)含量高有關(guān),有利于有機(jī)碳富集,從而增加了含氣量。

黏土礦物占全巖的14%～45%,平均為28.5%,黏土礦物主要為伊利石、伊蒙混層、綠泥石,其含量從高到低依次為伊利石65.1%、伊蒙混層21.2%、綠泥石13.7%。其中,伊利石含量高低直接影響泥頁(yè)巖的吸附能力,其與吸附氣含量呈一定正相關(guān),伊利石含量越高,一定程度上能夠提高泥頁(yè)巖的含氣量。

美國(guó)Barnett硅質(zhì)泥頁(yè)巖礦物組分中石英和長(zhǎng)石含量占40%～80%,黏土礦物占10%～40%,碳酸鹽礦物占5%～20%。同W1井龍馬溪組頁(yè)巖比較發(fā)現(xiàn),研究區(qū)泥頁(yè)巖與美國(guó)Barnett硅質(zhì)泥頁(yè)巖礦物組分非常接近。

3.2 儲(chǔ)集空間特征

泥頁(yè)巖作為非常規(guī)儲(chǔ)集層,有別于砂巖儲(chǔ)層,主要表現(xiàn)為微米、納米級(jí)孔隙。其中,存在的微孔隙是游離氣的主要賦存場(chǎng)所,而納米級(jí)孔是吸附氣的重要儲(chǔ)集空間。

掃描電鏡觀察結(jié)果顯示,W1井微米級(jí)孔隙較為發(fā)育,分布在20 nm～4.5 μm。泥頁(yè)巖微孔裂隙類型豐富,如溶蝕孔、碎屑粒間微孔、碎屑粒內(nèi)微孔、黏土礦物晶間微孔、微裂縫、解理縫等。

研究區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度處于高—過(guò)成熟階段,有機(jī)質(zhì)熱演化過(guò)程中有機(jī)質(zhì)不斷裂解生成氣體后[6],產(chǎn)生大量的納米級(jí)孔隙。氬離子拋光掃描電鏡中發(fā)現(xiàn),W1井泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)納米級(jí)孔隙較為發(fā)育,且形態(tài)類型豐富,主要有不規(guī)則多邊形孔、圓形橢圓形孔、復(fù)雜網(wǎng)脈狀孔和線狀串珠狀孔等。

3.3 含氣性特征

頁(yè)巖含氣量是確定研究區(qū)是否具有經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值的重要指標(biāo),北美地區(qū)商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖含氣量為0.44～9.91 m3/t,一般認(rèn)為,商業(yè)性頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖含氣量下限為2.0 m3/t[7]。為了及時(shí)、準(zhǔn)確地獲得目的層泥頁(yè)巖的含氣量,收集到W1井泥頁(yè)巖含氣量現(xiàn)場(chǎng)解析實(shí)驗(yàn)樣品26個(gè),為其確定研究區(qū)頁(yè)巖氣重要參數(shù),精確評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣資源工作奠定了基礎(chǔ)。統(tǒng)計(jì)分析W1井龍馬溪組頁(yè)巖總解吸氣量為0.19～2.46 m3/t,平均含氣量為1.15 m3/t,與北美相比整體偏低,但總的含氣量基本達(dá)到了北美商業(yè)開(kāi)采頁(yè)巖氣的下限。

4 有利區(qū)預(yù)測(cè)

張金川等基于美國(guó)海相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn),依據(jù)頁(yè)巖TOC、Ro值,綜合考慮埋深、含氣量、頁(yè)巖面積、厚度、地表?xiàng)l件、保存條件、可壓裂性等因素,由于研究區(qū)有機(jī)質(zhì)干酪根類型都基本是Ⅱ型,為較為有利參數(shù),同時(shí)研究區(qū)頁(yè)巖層一般都達(dá)到成熟—過(guò)成熟階段,符合形成頁(yè)巖氣的有利條件(表1)[8],含氣量與TOC擬合度較好,因此兩者參考TOC含量值,對(duì)這3個(gè)參數(shù)未作太多的研究。

表1 預(yù)測(cè)頁(yè)巖氣有利區(qū)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)[8]

渝東南地區(qū)有利區(qū)位于彭水—武隆及大有鎮(zhèn)地區(qū),有利區(qū)總有機(jī)碳含量為1.5%～5.0%,泥巖厚度在10～120 m,脆性礦物含量較高、埋深較淺小于3 000 m,生氣量大。總體上,屬于勘探較為有利區(qū)塊。

5 結(jié) 論

(1)渝東南下志留統(tǒng)龍馬溪組經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),有效厚度大,TOC含量普遍較高,主要分布在2%～5%,熱演化程度較高,Ro都超過(guò)2%,主要分布在2.5%～8.0%;干酪根類型主要為Ⅱ型,具有良好的生烴條件。

(2)渝東南下志留統(tǒng)龍馬溪組以脆性礦物為主;微米級(jí)孔隙和納米級(jí)孔隙較為發(fā)育,有利于賦存氣體;含氣量基本已達(dá)到了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),是頁(yè)巖氣勘探的主力層位。

(3)渝東南下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利區(qū)位于彭水—武隆及大有鎮(zhèn)地區(qū)。下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖厚度大、TOC含量普遍較高、熱演化程度較高、脆性礦物含量較高、埋深較淺,有利于頁(yè)巖氣的富集。

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1673-5935(2017)03- 0007- 03

[責(zé)任編輯]胡秋媛