覃英倫 ，雷雨，蔣恕 ，張仁 ，張魯川 ，岑文攀，盧炳雄

1 廣西廣投能源集團有限公司，南寧 530000

2 廣西投資集團有限公司，南寧 530022

3 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074

4 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，武漢 430074

5 廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，南寧 530023

6 南寧師范大學(xué)，南寧 530001

0 引言

中國南方揚子、滇黔桂等地區(qū)廣泛發(fā)育富有機質(zhì)海相頁巖地層，面積可達170×104km2，中石油及中石化已在涪陵、威榮及川南等地區(qū)實現(xiàn)了頁巖氣的效益開發(fā)[1-3]。然而，我國頁巖氣的商業(yè)性開采僅局限于四川盆地及其周緣早古生代五峰-龍馬溪組地層[2-5]，廣大南方地區(qū)其它頁巖層系天然氣仍處于勘探起步階段[6]。晚古生代石炭系作為滇黔桂地區(qū)富有機質(zhì)頁巖發(fā)育的重要地層之一，具有沉積厚度大、有機質(zhì)豐度高、熱演化程度適中等特點，頁巖氣勘探前景廣闊[7-9]。受燕山-喜馬拉雅期劇烈構(gòu)造運動的影響，滇黔桂地區(qū)石炭系地層普遍剝蝕嚴(yán)重，僅在埡都-紫云-羅甸裂陷帶及周緣得到較好保存[10]。埡都-紫云-羅甸裂陷帶自西向東跨越滇黔北部坳陷、黔中滇東隆起、黔西南坳陷、羅甸斷坳、黔南坳陷、桂中坳陷6 個構(gòu)造單元，裂陷帶內(nèi)多口鉆探井揭示了下石炭統(tǒng)地層良好的頁巖氣顯示，進一步證實了下石炭統(tǒng)頁巖氣資源潛力[11-12]。然而，與四川盆地五峰-龍馬溪組深水陸棚相頁巖相比，滇黔桂地區(qū)下石炭統(tǒng)頁巖沉積時處于水體能量變化頻繁、物源多樣化的環(huán)境，具有富有機質(zhì)頁巖平面分布局限、縱向巖相變化迅速及單層厚度薄等特點[8，11，13]，頁巖氣資源潛力評價難度大。

近年來，中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心和廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院針對桂中坳陷北部下石炭統(tǒng)頁巖開展了基礎(chǔ)調(diào)查研究工作[8，14-15]。研究結(jié)果顯示，該區(qū)下石炭統(tǒng)鹿寨組一段沉積于淺海陸棚環(huán)境，整體上發(fā)育一套黑色炭質(zhì)頁巖及灰色泥質(zhì)灰?guī)r，有機質(zhì)含量較高，氣測顯示良好，是頁巖氣勘探的主要層位。然而，桂中坳陷北部下石炭統(tǒng)頁巖氣資源調(diào)查研究工作起步較晚，有利區(qū)分布及資源規(guī)模尚不清楚，制約了研究區(qū)頁巖氣的進一步勘探開發(fā)。為此，本文在系統(tǒng)分析研究區(qū)下石炭統(tǒng)鹿寨組一段頁巖氣成藏地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，評價了頁巖氣資源潛力，以期為桂中坳陷下石炭統(tǒng)頁巖氣勘探提供理論參考。

1 地質(zhì)背景

桂中坳陷為滇黔桂盆地東北部的二級構(gòu)造單元[16]，北臨雪峰山隆起，西部與黔南坳陷、羅甸坳陷相接，東部與桂林坳陷、大瑤山隆起為鄰，南部為大明山隆起(圖1 a)，是一個在加里東運動基礎(chǔ)上形成的晚古生代大型海相殘留坳陷[17]。桂中坳陷地處濱太平洋與特提斯-喜馬拉雅兩大構(gòu)造的復(fù)合部位[18]，其形成經(jīng)歷了4 個構(gòu)造演化階段[16，19]，包括(1)海西期：區(qū)域拉張下沉，海水由南往北入侵，裂陷盆地發(fā)育；(2)印支期：造山活動增強，結(jié)束海相沉積環(huán)境，發(fā)育前陸盆地；(3)燕山期：坳陷遭受擠壓隆升，發(fā)育大量褶皺和斷裂；(4)喜馬拉雅期：坳陷及周緣全面抬升，遭受嚴(yán)重剝蝕。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及桂融頁1 井綜合柱狀圖(a)研究區(qū)構(gòu)造地質(zhì)圖(據(jù)中華人民共和國廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)圖1:500 000 修改)(b)埡都-紫云-羅甸裂陷帶早石炭世沉積相圖(c)桂融頁1 井綜合柱狀圖[8]Fig. 1 Structural location of the study area and comprehensive histogram of well Guirongye 1.(a) Tectonic geological map of the study area(modified from 1:500 000 geological map of Guangxi Zhuang Autonomous Region， PRC); (b) Early Carboniferous sedimentary facies of Yadu-Ziyun-Luodian rift zone; (c) Comprehensive histogram of Guirongye 1 well[8]

研究區(qū)位于桂中坳陷北部三級構(gòu)造單元柳城斜坡，發(fā)育北北東向“雁列”式排列斷層，殘留向斜在平面上沿斷裂呈條帶狀展布(圖1 a)。殘留向斜核部主要出露上石炭統(tǒng)大埔組及二疊統(tǒng)棲霞組、茅口組地層，地層傾角較小，變形程度較弱；兩翼主要為下石炭統(tǒng)地層，左翼受深大斷裂影響，基本缺失，右翼地層相對較完整(圖1 a)。早石炭世時期，研究區(qū)繼承了滇黔桂地區(qū)“臺-盆”相間的古地理格局，目的層下石炭統(tǒng)鹿寨組一段在平面上沿東西向(河池-柳州)次級洼陷區(qū)域展布(圖1 b)。鉆探顯示，鹿寨組一段主要發(fā)育碳質(zhì)頁巖、灰質(zhì)泥巖和泥灰?guī)r互層，底部深黑色碳質(zhì)頁巖厚度達43 m，氣測顯示良好(圖1 c)。頁巖埋深適中，多淺于2800 m，有利于頁巖氣的聚集成藏。

2 頁巖氣成藏條件

已有勘探工作表明，埡都-紫云-羅甸裂陷帶多口井在下石炭統(tǒng)鉆遇良好的頁巖氣顯示[8-9，20]，具體見表1(各井位置見圖1 b)。通過與上述頁巖氣顯示井下石炭統(tǒng)地層地質(zhì)特征對比，分析評價研究區(qū)下石炭統(tǒng)鹿寨組一段頁巖氣成藏地質(zhì)條件。受滇黔桂地區(qū)早石炭世“臺-盆”相間古地理格局的影響，各構(gòu)造單元下石炭統(tǒng)地層命名差異較大[21]。依據(jù)廣西壯族自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志及貴州省區(qū)域地質(zhì)志地層劃分方案，各井下石炭統(tǒng)地層對應(yīng)關(guān)系如表1 所示。

表1 埡都-紫云-羅甸裂陷帶頁巖氣井顯示及下石炭統(tǒng)地層劃分對比表Table 1 Shale gas displays in the Yadu-Ziyun-Luodian Rift Zone and stratigraphic division of the Lower Carboniferous strata

2.1 頁巖有機地球化學(xué)特征

研究區(qū)鹿寨組一段74 塊樣品中，TOC含量主要介于1.0%～2.0%，平均為1.45%，底部黑色碳質(zhì)頁巖段TOC含量平均為1.86%(圖2 a)，屬中等有機質(zhì)豐度頁巖，且自下而上呈減小的趨勢。黔水地1 井打屋壩組二段頁巖TOC含量為0.31%～2.83%，平均為1.02%[7]。黔紫頁1 井打屋壩組頁巖TOC含量為0.54%～2.64%，平均1.09%[7]。與兩者相比，研究區(qū)鹿寨組一段TOC含量更高，頁巖氣生烴基礎(chǔ)更優(yōu)。

桂融頁1 井鹿寨組一段鏡質(zhì)體反射率(Ro)整體變化不大，主要分布在2.2%～2.9%，平均為2.6%(圖2 b)，處于過成熟階段，熱演化程度適中，開始大量生成干氣。黔水地1 井打屋壩組Ro值在1.8%～2.2%，平均為2.1%[9]。桂融頁1 井Ro值略高于黔水地1 井，這與后者沉積時期相對較晚，埋藏相對更淺有關(guān)。

圖2 桂融頁1 井鹿寨組一段(a)TOC含量和(b)Ro分布Fig. 2 Distributions of TOC content (a) and Ro (b) for the C1lz1 shale of well Guirongye 1

桂融頁1 井鹿寨組一段頁巖干酪根顯微組分以殼質(zhì)組和腐泥組為主，平均含量分別為41%和40%(圖3)。鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量較低，平均19%。干酪根類型指數(shù)介于35.8～52.0，平均44.4，有機質(zhì)類型以II1-II2型為主，表明鹿寨組一段頁巖有機質(zhì)母質(zhì)既有藻類低等水生生物又有高等植物。熱演化過程中，來自浮游和底棲藻類的干酪根在成熟階段以大量生油為主，到達高成熟-過成熟階段，早期生成的原油開始裂解成烴氣，產(chǎn)氣潛力巨大[22-23]。與威頁1 井和長頁1 井相比(圖3)，桂融頁1 井有機質(zhì)類型更優(yōu)。

圖3 桂融頁1 井鹿寨組一段頁巖干酪根顯微組分(底圖據(jù)楊鐿婷[22])Fig. 3 Kerogen macerals of the C1lz1 shale for well Guirongye 1(Base map was from Yang et al [22])

2.2 頁巖礦物組分特征

桂融頁1 井鹿寨組一段頁巖礦物組分以石英(平均34.6%)和碳酸鹽巖(平均34.4%)為主，其次為黏土礦物(平均為28.5%)(圖4)。據(jù)前人提出的脆性指數(shù)計算方法[24](脆性指數(shù)為石英、長石及碳酸鹽巖三者含量之和)，研究區(qū)頁巖脆性指數(shù)在51.0%～94.0%，平均為69.0%。長頁1 井礦物組分整體上與桂融頁1 井相似，石英、碳酸鹽巖及黏土含量基本相當(dāng)(圖4)，頁巖脆性指數(shù)在43.2%～81.7%，平均為66.6%。水頁1 井舊司組下段頁巖礦物組分以碳酸鹽巖(平均78.7%)為主，脆性指數(shù)在68.4%～95.8%，平均為88.1%。整體上看，桂融頁1 井、水頁1 井和長頁1 井有利頁巖段巖石脆性指數(shù)較高，有助于后期頁巖儲層壓裂改造，提高頁巖氣開采效率[25-26]。

圖4 桂融頁1 井、長頁1 井和水頁1 井有利頁巖段礦物組分Fig. 4 Mineral compositions of favorable shale intervals in wells Guirongye 1、 Changye 1 and shuiye 1

2.3 頁巖儲層物性特征

本文所研究的12 塊頁巖樣品取自桂融頁1 井(圖1)鹿寨組一段。頁巖樣品的采樣深度、總有機碳含量(TOC)、等效鏡質(zhì)體反射率和礦物含量均記錄在表2中。

表2 頁巖樣品參數(shù)Table 2 Parameters of the shale samples

(1)孔隙度和滲透率

研究區(qū)桂融頁1 井鹿寨組一段巖心樣品分析測試結(jié)果顯示，孔隙度介于3.12%～5.02%，平均為4.19%。滲透率介于(0.0005～0.1609)×10-3μm2，平均為0.0663×10-3μm2(表 3)。屬于低孔低滲儲層，需要大量采用人工造縫的方式來維持商業(yè)生產(chǎn)[27]。與其他區(qū)域下石炭統(tǒng)地層相比(表3)，桂融頁1 井孔滲條件都相對更優(yōu)，氣體儲集和滲流能力強，有利于頁巖氣的開采。

表3 埡都-紫云-羅甸裂陷帶裂陷帶下石炭統(tǒng)頁巖儲層物性及含氣性(長頁1 井、代頁1 井、威頁1 井?dāng)?shù)據(jù)分別來自陳捷[28]、盧樹藩[20]、梅玨[29])Table 3 Physical properties and gas-bearing contents of the lower Carboniferous shale reservoirs in the Yadu-Ziyun-Ludian Rift Zone (Data of wells Changye 1， Daiye 1 and Weiye 1 were from Chen et al.， 2018， Lu et al.， 2019， Mei et al.， 2021，respectively)

(2)孔隙類型

掃描電鏡圖像顯示，桂融頁1 井鹿寨組一段頁巖主要發(fā)育有機質(zhì)孔、溶蝕孔、殘余粒間孔及微裂縫。有機質(zhì)孔主要產(chǎn)自有機質(zhì)熱演化生烴過程[30]，多呈圓形、橢圓形，以及少量不規(guī)則多邊形，內(nèi)壁光滑，孔徑主要介于幾十到幾百個納米(圖5a和b)。其分布具有一定的非均質(zhì)性，在同一泥頁巖樣品中，不同有機質(zhì)顆粒中有的發(fā)育有機質(zhì)孔，而有的不發(fā)育。即使在同一顆粒內(nèi)，局部有機質(zhì)孔密集分布，而局部致密無孔。溶蝕孔多為長石、碳酸鹽巖等礦物的酸性溶蝕，孔隙形狀各異，邊緣不光滑，多分布于顆粒內(nèi)部，表現(xiàn)為孤立、半封閉-封閉型孔隙，連通性差，孔徑多為幾百納米(圖5e和f)。由于鹿寨組一段頁巖中碳酸鹽巖含量相對較高，因此，溶蝕孔對儲層物性的貢獻相對較大。同時，溶蝕作用可生成大量次生孔隙，改善儲層物性及微觀孔隙結(jié)構(gòu)。殘留粒間孔多由脆性礦物相互支撐而形成，多呈三角形、長條形和不規(guī)則狀，孔隙邊緣平直，尺寸較大，多大于幾百個納米(圖5c、d、f、g和h)。微裂縫主要發(fā)育在脆性礦物顆粒邊緣或黏土礦物顆粒內(nèi)，主要來源于礦物顆粒碎裂、黏土礦物脫水以及碳酸鹽填隙物被溶蝕等，具有較好的連通性，是頁巖氣最重要的運移通道，寬度一般為幾十納米，長度可達幾十到上百微米(圖5 c和i)。

鹿寨組一段頁巖樣品CO2吸附等溫吸附曲線呈“上凸”形(圖6 a)，屬于I型吸附等溫線[31]，表明樣品微孔(＜2 nm)發(fā)育，并且CO2吸附量隨TOC含量的增加呈增長趨勢，說明微孔主要來自于有機質(zhì)孔。頁巖樣品N2吸附等溫線呈“反S”型(圖6 b)，且出現(xiàn)H2與H3 型滯后回環(huán)，表明頁巖孔隙形態(tài)主要為平行板結(jié)構(gòu)的狹縫孔和“墨水瓶”形孔[32]。結(jié)合掃描電鏡圖像觀察，平行板結(jié)構(gòu)的狹縫孔多與微裂縫和黏土礦物間孔有關(guān)，而“墨水瓶”形孔多與有機質(zhì)孔隙和溶蝕孔隙相關(guān)[33]。

(3)孔徑分布

聯(lián)合N2和CO2等溫吸附優(yōu)勢孔徑表征范圍，揭示鹿寨組一段頁巖多尺度孔徑分布(圖7)。結(jié)果顯示，鹿寨組一段頁巖孔徑主要分布在0.3 nm～400 nm，呈多峰態(tài)，以介孔(2 nm～50 nm)和微孔為主，宏孔(＞50 nm)占比較低。聯(lián)合N2和CO2吸附表征的全尺寸孔隙體積(圖8a)以及N2吸附表征的BET比表面積(圖8b)的主要貢獻者均為微孔和介孔，并且介孔是孔體積的主要貢獻者，而比表面積的主要貢獻者是微孔，兩者分別為游離氣和吸附氣的富集提供充足的空間[34-35]。

圖7 桂融頁1 井下石炭統(tǒng)鹿寨組一段全孔徑分布曲線Fig. 7 Full pore size distribution curves of the C1lz1 shale from well Guirongye 1

(4)孔隙結(jié)構(gòu)成因

頁巖孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國內(nèi)外眾多學(xué)者都對其進行過深入的研究，魏祥峰等總結(jié)發(fā)現(xiàn)頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的主控因素是多方面的，主要包括TOC、有機熱演化程度、礦物組分、沉積成巖等[36-38]。

根據(jù)研究區(qū)鹿寨組一段頁巖孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與TOC和黏土礦物含量的相關(guān)性分析，BET比表面積與TOC和黏土礦物含量均有很好的正相關(guān)(圖9a和b)，判定系數(shù)R2分別為0.60 和0.55，而比表面積的主要貢獻者為微孔(圖8b)，表明TOC和黏土礦物含量為微孔結(jié)構(gòu)的主要控制因素，并且TOC控制作用更加明顯；全尺寸孔體積與黏土礦物含量呈現(xiàn)較強的相關(guān)性(圖10a)，判定系數(shù)R2為0.57，而全尺寸孔體積的主要貢獻者以介孔為主(圖8a)，表明黏土礦物對介孔同樣具有一定的控制作用，TOC與全尺寸孔體積相關(guān)系數(shù)R2僅僅為0.20(圖10b)，對介孔幾乎沒有控制作用。

圖8 桂融頁1 井下石炭統(tǒng)鹿寨組一段全尺寸孔隙體積(a)和BET比表面積(b)分布Fig. 8 Distributions of pore volume (a) and specific surface area (b) for the C1lz1 shale of well Guirongye 1

圖9 頁巖孔隙BET比表面積與黏土礦物含量(a)和TOC(b)的關(guān)系Fig. 9 Correlation between BET specific surface area and clay content (a)、TOC (b) of shale samples

圖10 頁巖孔隙體積與 黏土礦物含量(a)和TOC(b)的關(guān)系Fig. 10 Correlation between pore volume and clay content (a)、TOC (b) of shale samples

2.4 頁巖含氣性特征

桂融頁1 井鹿寨組一段現(xiàn)場解釋頁巖氣層97.50 m(6 層)，底部黑色碳質(zhì)頁巖段全烴0.54%～2.88%，平均1.16%，甲 烷0.51%～2.71%，平 均1.08% (圖1 c)。巖心浸水后氣泡顯示強烈，收集氣體可燃，火焰高約10 cm?，F(xiàn)場解析含氣量介于0.43～1.21 m3/t，平均0.83 m3/t，總含氣量(損失氣和解析氣) 0.9～2.62 m3/t，平均1.73 m3/t。整體上，鹿寨組一段頁巖總含氣量隨埋深增加呈增大的趨勢(圖11a)。氣體組分甲烷含量占比在93.5%～97.8%，平均95.2%，為高熱值干氣(圖11b)。

圖11 桂融頁1 井下石炭統(tǒng)鹿寨組一段現(xiàn)場總含氣含量(a)和氣體組分(b)Fig. 11 In-situ gas contents (a) and natural gas compositions (b) for the C1lz1 shale core samples of well Guirongye 1

研究區(qū)鹿寨組一段黑色碳質(zhì)頁巖甲烷等溫吸附(66 ℃，干燥基)曲線顯示(圖12a)，甲烷吸附量隨著平衡壓力的增大表現(xiàn)出先快速增大后緩慢減小的變化趨勢，這是因為實驗得到的是甲烷過剩吸附量，而不是絕對吸附量[39]。利用超臨界Langmuir模型對甲烷絕對吸附量進行恢復(fù)[40]，結(jié)果顯示(圖12b)，5 塊樣品蘭氏體積(甲烷絕對吸附量)為1.07～3.67 m3/t，平均2.10 m3/t。表明鹿寨組一段黑色碳質(zhì)頁巖具有較強的吸附能力，且隨著有機質(zhì)含量的增加，甲烷絕對吸附量呈增大趨勢(圖12b)。蘭氏體積和蘭氏壓力(甲烷吸附量達到絕對吸附量一半時對應(yīng)的平衡壓力，5 塊樣品平均值為3.08 MPa)均為下文頁巖氣資源潛力評價的關(guān)鍵參數(shù)。

圖12 桂融頁1 井鹿寨組一段黑色碳質(zhì)頁巖甲烷等溫吸附曲線 (a)過剩吸附量;(b)絕對吸附量Fig. 12 Methane isothermal adsorption curves of black carbonaceous shale samples from the C1lz1 for well Guirongye 1(a)Excess adsorption；(b)Absolute adsorption capacity

2.5 頁巖氣保存條件

頂、底板：桂融頁1 井鹿寨組一段頁巖氣藏頂板為鹿寨組二段和三段深灰色致密泥灰?guī)r、灰?guī)r，單層厚度達70 m，累計厚度達210 m。同時，鹿寨組上覆大塘階黃金組灰色灰?guī)r，厚度達720 m，也可作為頁巖氣藏良好的蓋層。鹿寨組下伏堯云嶺組深灰色致密泥灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖，厚度達490 m，構(gòu)成了鹿寨組一段頁巖氣藏底板?？偟膩碚f，桂中坳陷北部鹿寨組一段頂、底板厚度大，巖性致密，封閉性好，能有效阻擋頁巖氣的縱向散失[41-42]。

構(gòu)造作用：研究表明，燕山-喜馬拉雅運動對桂中坳陷油氣成藏和保存條件影響最大[19]。強烈的構(gòu)造擠壓作用使得研究區(qū)早期形成的張性正斷層轉(zhuǎn)變成逆沖斷層(如對柳城斜坡影響較大的四堡-福祿斷裂和壽城-瓢里斷裂)(圖1a)，這些逆沖斷層被證實具有良好封閉性[19]。此外，燕山-喜馬拉雅期劇烈的構(gòu)造運動使得桂中坳陷及周緣全面抬升遭受剝蝕，剝蝕厚度在2500～5000 m，由西往東(南)剝蝕強度逐漸增大，石炭系地層在桂中坳陷北部出露。盡管如此，下石炭統(tǒng)頁巖在殘留向斜核部得以較好保存，埋藏深度多在1000～3000 m，成為頁巖氣富集成藏的主要位置。

巖漿活動：巖漿活動同樣對油氣的保存起著至關(guān)重要的影響。一方面，高溫高壓的巖漿會使干酪根瀝青化及碳化；另一方面，巖漿上侵使得上部蓋層拉張，產(chǎn)生裂縫破壞蓋層完整性，失去封閉能力[19]。桂中坳陷巖漿活動相對較弱，巖漿巖體主要分布在坳陷西北部、西部和東南部，沿深大斷裂帶發(fā)育[41](圖13)。整體上看，研究區(qū)遠離巖漿巖帶，周邊僅有小塊巖漿巖體的分布，巖漿活動較弱，構(gòu)造相對較穩(wěn)定，頁巖氣得以有效保存。

圖13 桂中坳陷及周緣地區(qū)深層巖漿體分布(據(jù)廣西壯族自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志，2016)Fig. 13 Distribution of deep magmatic bodies in the Guizhong Depression and its adjacent areas (modified from Regional Geology of Guangxi Zhuang Autonomous Region， 2016)

水文地質(zhì)條件：地表溫泉分布及溫泉水循環(huán)深度可有效指示現(xiàn)今大氣水下滲深度及地層水文地質(zhì)開啟程度[42]。研究表明，桂中坳陷溫泉主要分布在東北部和東南部，以低溫溫泉(5～40 ℃)為主，研究區(qū)內(nèi)無溫泉分布[43]。據(jù)δD和δ13O同位素資料計算[42-44]，桂中地區(qū)溫泉水循環(huán)深度多在800～1000 m(圖14)?？傮w上看，研究區(qū)水文地質(zhì)開啟程度較低，地層封閉性較好，有利于頁巖氣的富集保存。

圖14 桂中坳陷及周緣現(xiàn)今溫泉水循環(huán)深度(樓章華等[17]；金愛民等[35])Fig. 14 Current circulation depth of hot spring water in the Guizhong Depression and its adjacent areas (modified from Lou et al.， 2011[17]; Jin et al.， 2011[35])

3 頁巖氣資源潛力評價

目前，研究區(qū)只有桂融頁1 井鉆遇并鉆穿了下石炭統(tǒng)鹿寨組地層，二維地震測線僅覆蓋研究區(qū)的沙坪復(fù)向斜(圖1a)，其它殘留向斜鹿寨組一段黑色碳質(zhì)頁巖厚度及埋深等信息無法確定。因此，綜合基礎(chǔ)地質(zhì)資料豐富程度及礦權(quán)等因素，本研究只對沙坪復(fù)向斜的下石炭統(tǒng)頁巖氣資源潛力進行評價。根據(jù)鄰區(qū)下石炭統(tǒng)巖關(guān)階頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)(據(jù)中國石油化工股份有限公司勘探分公司內(nèi)部資料)及桂融頁1 井鹿寨組一段頁巖氣測顯示情況，將1500～3500 m作為研究區(qū)下石炭統(tǒng)鹿寨組頁巖氣勘探的有利埋深。結(jié)合二維地震資料，沙坪復(fù)向斜內(nèi)鹿寨組一段底界埋深介于1500～3500 m的面積為85 km2。

根據(jù)《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0254-2014)，采用靜態(tài)法計算桂中坳陷北部沙坪復(fù)向斜鹿寨組一段頁巖氣地質(zhì)資源量。由于鹿寨組一段頁巖成熟度較高，幾乎不含液態(tài)烴類，以溶解態(tài)賦存的頁巖氣含量極低，可以忽略不計。因此，在計算頁巖氣資源量時，只需考慮吸附態(tài)和游離態(tài)頁巖氣[45]。

吸附氣地質(zhì)資源量(Qa，108m3)的計算公式如下：

式中，A-有利頁巖面積，km2；h-有效頁巖厚度，m；ρ-頁巖儲層視密度，t/m3；q吸-頁巖吸附能力，m3/t，可根據(jù)甲烷等溫吸附實驗及蘭氏方程[45]確定；Zi-天然氣壓縮因子，無量綱。

游離氣地質(zhì)資源量(Qf，108m3)的計算公式如下：

式中，Φg-頁巖儲層孔隙度，%；Sg-游離氣飽和度，%；Bgi-原始頁巖氣體積系數(shù)，無量綱。

利用測井、地震及實驗分析等手段，獲取相關(guān)計算參數(shù)(表4)，可得桂中坳陷北部沙坪復(fù)向斜下石炭統(tǒng)鹿寨組一段頁巖氣地質(zhì)資源量約為255.2×108m3。通過與四川盆地蜀南太陽頁巖氣田相關(guān)地質(zhì)參數(shù)對比[46]，結(jié)合研究區(qū)鹿寨組一段頁巖有機質(zhì)含量、含氣量、地層壓力系數(shù)及孔、滲等指標(biāo)偏低的特點，將頁巖氣技術(shù)采收率定為15%，可得頁巖氣技術(shù)可采資源量為38.3×108m3，技術(shù)可采資源豐度0.45×108m3/km2，技術(shù)可采資源豐度較高，頁巖氣勘探開發(fā)潛力較大。值得注意的是，研究區(qū)鹿寨組頁巖氣藏整體上埋深較淺，屬于中淺層-中深層氣藏，較淺的埋深可有效降低頁巖氣開發(fā)成本，進一步提升經(jīng)濟效益。

表4 桂中坳陷北部沙坪復(fù)向斜下石炭統(tǒng)鹿寨組一段頁巖氣地質(zhì)資源量參數(shù)賦值Table 4 Parameters used to calculate geological resources of the C1lz1 shale gas accumulations in the Shaping Synclinorium，northern Guizhong depression

4 結(jié)論

(1)桂中坳陷北部沙坪復(fù)向斜鹿寨組一段頁巖氣藏有利埋深為1500～3500 m，屬中淺層-中深層氣藏，總體表現(xiàn)為：底部黑色碳質(zhì)頁巖有機質(zhì)含量高、類型為II1～II2型、熱演化程度適中，生烴基礎(chǔ)優(yōu)越；儲層孔隙類型以有機質(zhì)孔和溶蝕孔為主，比表面積以微孔貢獻為主，孔體積則主要由微孔和介孔貢獻；TOC和黏土礦物是微孔主要的控制因素，黏土礦物是介孔的重要控制因素。

(2)從有機地球化學(xué)、巖石學(xué)、儲層物性及含氣性等頁巖基本地質(zhì)特征來看，研究區(qū)情況總體明顯優(yōu)于埡紫羅裂陷槽周緣其他同期地層，并且埋藏適中，有利面積達85 km2，地質(zhì)資源量為255.2×108m3，技術(shù)可采資源量為38.3×108m3，具有良好的頁巖氣勘探前景，有望成為中國南方頁巖氣下石炭統(tǒng)勘探的重點區(qū)域。