張志平，程禮軍 ，曾春林

（1 重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院； 2 國(guó)土資源部頁(yè)巖氣資源與勘查技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

（3 重慶市頁(yè)巖氣資源與勘查工程技術(shù)研究中心； 4 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重慶頁(yè)巖氣研究中心）

1 引 言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣勘探技術(shù)的不斷提高，國(guó)內(nèi)一些曾被長(zhǎng)久忽視的具有頁(yè)巖氣潛力的區(qū)域被再次重視和勘查。 貴州綏陽(yáng)地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色碳質(zhì)頁(yè)巖具有較好的頁(yè)巖氣資源條件。 國(guó)內(nèi)已有學(xué)者對(duì)綏陽(yáng)寒武系頁(yè)巖所處的上揚(yáng)子區(qū)下古生界巖相古地理環(huán)境、氣源巖的地質(zhì)背景、成藏條件和勘探遠(yuǎn)景作了大量研究［1-5］，并對(duì)貴州地區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖的地質(zhì)特征及氣潛力進(jìn)行了一些調(diào)查研究［4-7］，明確了牛蹄塘組為頁(yè)巖氣資源潛力層系。

本次研究在對(duì)綏陽(yáng)地區(qū)4條寒武系實(shí)測(cè)剖面（萬(wàn)壽場(chǎng)、扁桶山、永樂(lè)、團(tuán)澤剖面）和2口寒武系頁(yè)巖氣參數(shù)井（綏1井和鳳1井）（位置見(jiàn)圖1）樣品測(cè)試分析的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的主要頁(yè)巖氣目的層位——下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖，進(jìn)行了有機(jī)地化特征、含氣性以及儲(chǔ)層物性和保存條件的細(xì)化研究，評(píng)價(jià)和提出了研究區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖氣的資源潛力和勘探方向。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

綏陽(yáng)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖分布于貴州省北部綏陽(yáng)一帶，分布面積約1143 km2。 該分布區(qū)構(gòu)造上屬 于上揚(yáng)子地臺(tái)川黔南北向構(gòu)造帶的鳳崗北北東向構(gòu)造變形區(qū)，區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂非常發(fā)育［1］（圖1）。

圖1 綏陽(yáng)研究區(qū)地理位置與構(gòu)造分布示意圖

區(qū)內(nèi)地層歸屬于上揚(yáng)子地層分區(qū)的黔北地層小區(qū)［1］，區(qū)域的沉積演化與揚(yáng)子地臺(tái)的構(gòu)造演化具有一致性，在中元古代晚期—中古生代志留紀(jì)經(jīng)歷了陸緣大洋地殼向大陸地殼轉(zhuǎn)變的地質(zhì)時(shí)期［1］。 其中，早寒武世，隨著海平面的上升，在中上揚(yáng)子區(qū)形成缺氧環(huán)境，在外陸的滇北地區(qū)沉積了一套海相含碳質(zhì)頁(yè)巖。 深埋的下寒武統(tǒng)是區(qū)內(nèi)主要的油氣生儲(chǔ)蓋組合層系［1-2，6］（圖2）。

圖2 綏陽(yáng)地區(qū)地層綜合柱狀圖

3 頁(yè)巖發(fā)育特征

區(qū)內(nèi)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組主要由黑色碳質(zhì)頁(yè)巖組成，夾少量粉砂巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖，底部為黑色含磷硅質(zhì)巖、硅質(zhì)巖和磷塊巖，產(chǎn)三葉蟲(chóng)和掘足類(lèi)化石，厚度約24～55m。 由于牛蹄塘組區(qū)域沉積中心位于研究區(qū)東南部，因而地層厚度由東南向西北方向逐漸減薄。在綏陽(yáng)—湄潭一帶，牛蹄塘組厚度主要在40～50m之間，是較好的頁(yè)巖烴源巖富集區(qū)（圖3）。

牛蹄塘組底界的埋藏深度，整體上呈由東南向西北呈增大的趨勢(shì)，最大埋深3 000 m，埋藏深度明顯受褶皺分布的控制（圖3）。在向斜區(qū)多出露三疊紀(jì)地層，同時(shí)向斜區(qū)地層傾角較大，所以埋深大；相反，在背斜區(qū)埋深則小。

圖3 綏陽(yáng)地區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖埋深與厚度分布圖

4 頁(yè)巖有機(jī)地化特征

區(qū)內(nèi)牛蹄塘組黑色頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)顆粒有多種形態(tài)，如不規(guī)則細(xì)粒狀、長(zhǎng)條狀和塵點(diǎn)狀，有時(shí)有機(jī)質(zhì)顆粒中可見(jiàn)許多極小的黃鐵礦散布。

牛蹄塘組頁(yè)巖氣樣品中的有機(jī)碳含量（TOC）為1.5%～3.0%（圖4）。 受沉積特征影響，頁(yè)巖的TOC由北向南有增高的趨勢(shì)，在綏陽(yáng)—湄潭一帶TOC均在2%以上，只有少部分地區(qū)TOC低于1.5%（圖4）。 有機(jī)質(zhì)成熟度在區(qū)內(nèi)總體上反映了演化程度較高，瀝青質(zhì)反射率(Ro)值在1.2%～2.0%之間，綏陽(yáng)—湄潭一帶Ro為1.5%～2.0%（處于高成熟階段［2］），其余地區(qū)Ro普遍低于1.5%（圖4）。

牛蹄塘組頁(yè)巖的干酪根碳同位素（δ13C）值分布在-34.7‰～-29.6‰之間，此值較小，反映了牛蹄塘組干酪根類(lèi)型主要為腐泥型（Ⅰ型）［8］。 通過(guò)對(duì)頁(yè)巖巖石學(xué)特征的分析，其生源組合主要以腐泥組+藻類(lèi)組占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，腐泥組+藻泥組的相對(duì)含量較高；巖石內(nèi)含一定量的碳瀝青，含量一般在10%～20%。

圖4 綏陽(yáng)地區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖成熟度分布特征與有利探區(qū)預(yù)測(cè)

5 儲(chǔ)層物性和含氣性

區(qū)內(nèi)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖的孔滲性測(cè)定（表1）表明： 孔隙度在1.3%～5.6%之間，平均為2.24%，孔隙度中等。 滲透率分布在（0.0022～0.0172）×10-3μm2之間，平均為0.0083×10-3μm2，滲透率極低。 頁(yè)巖孔隙以中孔隙為主，中孔的體積占到孔隙總體積的85.23%。

表1 綏陽(yáng)地區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖孔滲性參數(shù)表

牛蹄塘組黑色頁(yè)巖的礦物成分主要為碎屑礦物和黏土礦物，以及少量的黃鐵礦和重晶石。 其中，碎屑礦物含量44%～87%，平均為67.3%，成分主要為石英等脆性礦物，具有較好的可壓性。黏土礦物主要為伊利石(平均含量58.4%)和伊蒙混層礦物(平均含量25.9%)，以及少量的綠泥石和高嶺石。伊蒙混層礦物中，蒙脫石平均占到19.4%。 結(jié)合黏土礦物成分來(lái)看，區(qū)內(nèi)頁(yè)巖已到晚成巖階段［9］。

據(jù)區(qū)域周邊的岑頁(yè)1井資料顯示，貴州北部區(qū)域最大水平主應(yīng)力方向?yàn)榻鼥|西向，區(qū)域地層壓力系數(shù)為0.97，處于正常壓力范圍； 地層壓力梯度在0.026 5～0.027 5 MPa/m。

通過(guò)對(duì)區(qū)域周邊的岑頁(yè)1 井（位于綏陽(yáng)東南160 km的岑鞏縣羊橋鄉(xiāng)）和烏羅錳礦的鉆孔408 （位于綏陽(yáng)以東150 km 的松桃縣烏羅）等進(jìn)行的牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖鉆井巖心的含氣量現(xiàn)場(chǎng)解吸（表2）可知，岑頁(yè)1 井頁(yè)巖現(xiàn)場(chǎng)解吸的含氣量較高，最高可達(dá)1.165 m3/t，鉆孔408 共解吸了7 個(gè)樣品，含氣量最高為0.254 m3/t。

表2 綏陽(yáng)周邊鉆井(孔) 牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖含氣量解吸記錄表

總體看來(lái)，綏陽(yáng)地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段應(yīng)具有一定的含氣量，根據(jù)綏陽(yáng)及周邊已實(shí)施鉆井的解吸數(shù)據(jù)推算，含氣量在0.3～1.2 m3/t。

另外，根據(jù)美國(guó)的頁(yè)巖氣的勘探經(jīng)驗(yàn)［10］，牛蹄塘組頁(yè)巖層在綏陽(yáng)勘查區(qū)應(yīng)具有一定的勘探開(kāi)發(fā)潛力。

6 保存條件

保存條件一直是困擾中國(guó)南方常規(guī)油氣勘探的主要問(wèn)題之一［11］。 由于頁(yè)巖氣富集的特殊的巖性特征以及成藏機(jī)理，故其對(duì)保存條件的要求較常規(guī)油氣的要低。 但在綏陽(yáng)勘查區(qū)，由于早古生代地層的裸露程度較高，因此, 對(duì)保存條件的分析就顯得尤為重要。

6.1 封蓋層分布特征的影響

黔北地區(qū)牛蹄塘組的上部覆蓋有中—上寒武統(tǒng)甚至整個(gè)古生代的地層。 受構(gòu)造抬升和風(fēng)化剝蝕作用影響，綏陽(yáng)地區(qū)以下寒武統(tǒng)明心寺組泥頁(yè)巖和金頂山組泥頁(yè)巖等區(qū)域性殘留層為主要蓋層，分布面積廣（達(dá)528.32 km2），厚度大，封蓋能力強(qiáng)。

6.2 構(gòu)造演化的影響

自古生代地層沉積以來(lái)，本區(qū)域內(nèi)歷經(jīng)了多期次構(gòu)造活動(dòng)，對(duì)區(qū)內(nèi)頁(yè)巖地層的保存條件產(chǎn)生了重大影響。

加里東運(yùn)動(dòng) 該運(yùn)動(dòng)期對(duì)研究區(qū)頁(yè)巖氣的保存影響較小。 由于下伏的牛蹄塘組烴源巖尚處于成熟階段，區(qū)域性的構(gòu)造抬升導(dǎo)致烴源巖的生烴延遲，并為二次生烴創(chuàng)造了條件。

海西—印支運(yùn)動(dòng) 海西運(yùn)動(dòng)期，地殼沉降幅度小，未形成大的油氣聚集與油藏破壞。 印支運(yùn)動(dòng)早期，發(fā)生區(qū)域性海侵和地殼沉降，三疊系快速沉積，牛蹄塘組埋深增大，達(dá)到生烴門(mén)限。 印支運(yùn)動(dòng)后期，地殼抬升，海水由西南方向退出，區(qū)域上結(jié)束了海相沉積歷史。 該期運(yùn)動(dòng)對(duì)牛蹄塘組的二次生烴起到了至關(guān)重要的作用，但對(duì)早古生代頁(yè)巖的保存影響較小。

燕山—喜馬拉雅運(yùn)動(dòng) 是影響頁(yè)巖氣保存的重要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。 構(gòu)造褶皺致使晚古生代之后的地層大面積剝蝕，僅在蝦子場(chǎng)復(fù)向斜中保留了三疊系及其以下地層。 考慮到頁(yè)巖氣的吸附性特點(diǎn)，針對(duì)不同的目的層，那些褶皺構(gòu)造寬緩、斷裂相對(duì)不發(fā)育的地區(qū)仍具有較好的保存條件； 而對(duì)于褶皺緊密、斷裂發(fā)育的地區(qū)，保存條件無(wú)疑較差，因而勘探風(fēng)險(xiǎn)較大。

6.3 水文地質(zhì)條件的影響

水文地質(zhì)條件是油氣保存條件的綜合反映［12］。據(jù)區(qū)域周邊鉆井的地層水化學(xué)資料（涉及的地層達(dá)震旦系），方深1井（位于綏陽(yáng)西南的畢節(jié)地區(qū)大方縣）2 410 m處上震旦統(tǒng)燈影組地層水的礦化度很低，為3.981 g/L，Cl-含量也很低，只有0.26 g/L，水型為NaHCO3型，均表明為水文開(kāi)啟環(huán)境，保存條件差。 綏陽(yáng)地區(qū)綏1井婁山關(guān)組地層水礦化度在0.2～1.79 g/L，水型為Na2SO4型 （為水文開(kāi)啟—過(guò)渡環(huán)境），保存條件也較差。 根據(jù)已有的地層水類(lèi)型特征，勘查區(qū)內(nèi)局部處于一個(gè)自由交替帶范圍，對(duì)頁(yè)巖氣的保存有一定影響。

7 有利探區(qū)預(yù)測(cè)

綜合分析，貴州綏陽(yáng)地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖具有以下有利條件：

（1）勘查區(qū)處于深水陸棚頁(yè)巖微相帶，整個(gè)綏陽(yáng)地區(qū)均為下寒武統(tǒng)，其中牛蹄塘組頁(yè)巖的有效厚度在30～50 m，埋深小于3 000 m，連續(xù)分布的有效面積大于30 km2，達(dá)到一定的分布規(guī)模。

（2）有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為腐泥型（Ⅰ型），TOC值普遍大于1.0%，局部地區(qū)超過(guò)3.0%，且TOC＞2.0%的高有機(jī)質(zhì)豐度的烴源巖分布范圍較大。 Ro為1.0%～3.5%，未見(jiàn)小于1%的區(qū)域。

（3）牛蹄塘組頁(yè)巖的含氣量推測(cè)為0.3～1.2m3/t。 另?yè)?jù)國(guó)土資源部油氣戰(zhàn)略研究中心《頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)與有利區(qū)優(yōu)選方法》，采用概率體積法［13］計(jì)算，牛蹄塘組頁(yè)巖氣的地質(zhì)資源量為639.52×108m3，可采資源量為125.47×108m3，資源潛力較大。

（4）勘查區(qū)的東北部為寬緩隆起區(qū)，具有較好的區(qū)域性封蓋層，有利蓋層面積約達(dá)528 km2，范圍較大，保存條件好。

由此認(rèn)為，整個(gè)綏陽(yáng)地區(qū)均為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖氣勘查的有利區(qū)域（圖4），其中勘查區(qū)的東北部應(yīng)是頁(yè)巖氣下一步的重點(diǎn)勘探方向。

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