邱艷生, 楊 星, 魏 巍, 王 登, 楊青雄,李 博, 張 新, 肖朝暉, 胡正祥,

(1.湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034; 2.湖北省頁巖氣開發(fā)有限公司,湖北 武漢 430071; 3.中國華電集團 清潔能源有限公司,北京 100035)

從“來地1井”巖心看來鳳早志留世沉積環(huán)境

(1.湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034; 2.湖北省頁巖氣開發(fā)有限公司,湖北 武漢 430071; 3.中國華電集團 清潔能源有限公司,北京 100035)

湖北省來鳳咸豐頁巖氣勘查區(qū)塊“來地1井”為頁巖氣參數井,開孔層位為第四紀砂礫層,往下依次為早志留世羅惹坪組灰綠色泥巖、粉砂質泥巖,新灘組灰白色(粉)細砂巖、深灰色含粉砂泥巖,早志留世龍馬溪組上部灰黑色頁巖夾少量粉砂巖、下部黑色含碳硅質巖、炭質頁巖,晚奧陶世寶塔組灰綠色中厚層瘤狀灰?guī)r。從巖心錄井入手,判斷其沉積環(huán)境自下而上為淺水陸棚、滯留盆地、深水陸棚至淺水陸棚;早志留世時龍馬溪組頁巖氣形成于華南揚子陸表海滯留盆地。

來地1井;頁巖氣;巖心錄井;龍馬溪組;沉積環(huán)境

頁巖氣是一種非常規(guī)天然氣,賦存于富有機質泥頁巖及其夾層中,以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式,溶解氣很少。其成分以甲烷為主,是一種清潔、高效的能源,具有典型的“自生自儲”特點。在保護環(huán)境的前提下,勘探、開發(fā)頁巖氣有利于大力緩解能源壓力,減少二氧化碳排放,因此受到世界各國的高度重視[1-8]。2012年,國土資源部組織完成了全國頁巖氣資源潛力評價。其中,湖北省地質資源量估算為9.48×1012m3[8],顯示了巨大的資源潛力。

湖北來鳳咸豐頁巖氣勘查區(qū)塊是中國華電集團與湖北省地質調查院合作、在國土資源部第二輪頁巖氣探礦權出讓中中標的區(qū)塊之一。其中“來地1井”是其合作在湖北省布下的第一口頁巖氣參數井。

“來地1井”位于湖北省恩施土家族苗族自治州來鳳縣大河鎮(zhèn)兩河口村。該區(qū)缺乏鉆探資料,根據野外地質調查與二維地震資料,設計井深955 m,鉆進至上奧陶統(tǒng)寶塔組20 m后完鉆。自2014年6月5日開鉆至7月27日完鉆,歷時53 d,井深970.17 m(后來加深50 m)。2014年7月20日,在鉆進至900 m左右志留系龍馬溪組灰黑色頁巖時成功見氣,中國地質大學(北京)解吸團隊現場解吸含氣量可觀,井口收集到的頁巖氣到遠離井口的辦公室旁邊點火成功。這一成果代表湖北省頁巖氣勘查開發(fā)取得重要突破。

筆者根據巖心錄井,分析來鳳早志留世巖相,恢復其沉積環(huán)境,以期作為今后湖北省頁巖氣勘探開發(fā)的參考。

1 區(qū)域地質背景

本區(qū)大地構造屬揚子板塊中部,屬鄂湘西褶沖帶一部分。根據褶皺組合樣式可進一步劃分為宜都—鶴峰復背斜帶、花果坪復向斜帶、中央復背斜帶、利川復向斜帶等次級構造單元,其中區(qū)塊主要跨及宜都—鶴峰復背斜帶、花果坪復向斜帶等兩個構造帶[9]。

咸豐斷裂帶呈北東向斜貫來鳳咸豐頁巖氣區(qū)塊西北部,北東向展布的一背(咸豐背斜)一向(兩河口向斜)褶皺奠定了本區(qū)基本構造格局(圖1)?！皝淼?井”正好位于兩河口向斜北部揚起端的軸部,該處對頁巖氣的保存非常有利。

兩河口向斜沿來鳳咸豐頁巖氣區(qū)塊東南部來鳳縣國營林場、兩河口、杉木塘一線呈北東向展布,軸向20°～30°,南西端延出區(qū)外,北東端揚起,區(qū)內長約9 km,寬3～8 km。核部由二疊系梁山組、棲霞組及茅口組組成,兩翼分別由泥盆系、志留系和奧陶系組成。北西翼產狀110°～130°∠17°～40°,南東翼產狀290°～330°∠10°～25°。該向斜為斜歪中等褶皺。

圖1 來鳳咸豐頁巖氣區(qū)塊構造綱要圖Fig.1 The structural outline map of Laifeng-Xianfeng shale gas block

本井位于兩河口向斜轉折端,鉆探中沒有遇到斷層,只是有一些小的節(jié)理和裂隙。

2 地層

地層采用《湖北省巖石地層》命名[10]?！皝淼?井”自上而下鉆遇地層為第四系(砂礫層),志留系羅惹坪組、新灘組、龍馬溪組,奧陶系寶塔組、廟坡組和牯牛潭組。

2.1 第四系(Q)

開孔層位為第四系,位于井段0～2.66 m,厚度為2.66 m。

上部主要為灰黃色粘土和砂礫,松散狀,粘土級—礫石級均有,具有下粗上細的二元結構。其中,礫石約占40%,砂約占30%,粘土占30%。礫石呈灰黃色,成分以粘土巖為主,次為硅質巖,次圓狀,分選較差,后者大小在5～65 mm不等。下部為下伏地層灰綠色泥巖的半風化產物。

縱向上自上而下,從松散粘土過渡到砂礫層、再到灰綠色泥巖半風化產物。其中,松散粘土厚度為0.39 m,砂礫層厚度為1.87 m,灰綠色泥巖半風化產物厚度為0.40 m。與下伏地層志留系羅惹坪組為不整合接觸。

2.2 羅惹坪組(S1lr)

第四系松散砂礫層位于井段0～2.66 m,其下為志留系羅惹坪組,位于井段2.66～723.60 m,厚度為720.94 m。本組巖石自上而下可以大致劃分為三段。

上段(2.66～180.66 m) 有灰綠色泥巖、灰綠色含粉砂泥巖、灰綠色粉砂質泥巖、淺灰綠色含粉砂泥巖、淺灰綠色粉砂質泥巖。含粉砂(粉砂質)泥巖巖石呈灰綠色或者淺灰綠色,成分以粘土礦物為主,粉砂含量次之,含粉砂(粉砂質)泥質結構,塊狀構造或者透鏡狀層理,發(fā)育脈狀層理。粉砂含量少時呈團塊狀分散在粘土巖中,手摸以滑膩感為主,少有粗糙感,粉砂增多后呈條紋狀分布于泥巖中,粗糙感增強。斷口以貝殼狀為主,少見粗糙狀。伴隨粉砂質增加,斷口粗糙增強。裂縫不發(fā)育,局部見裂縫。如第34回次,見長30 cm左右、寬0.5～1 mm裂縫縱貫巖心;再如第70回次第5塊下部發(fā)育裂縫,裂縫斜交軸線,長約12 cm,寬1 mm,充填方解石細脈。

中段(180.66～288.28 m) 為灰白色含泥質條帶粉(細)砂巖與淺灰綠色粉砂質泥巖、灰色含粉砂(粉砂質)泥巖不等厚互層。細砂巖呈灰白色,以石英為主,粘土次之,具含泥細砂結構;夾淺灰綠色條紋狀泥巖,條紋寬0.5～3 mm不等,略起伏。見脈狀層理。局部發(fā)育裂縫。含粉砂(粉砂質)泥巖中粉砂含量在5%～35%,粉砂含量增多時可見透鏡狀層理,普遍發(fā)育脈狀層理(照片1)。

照片1 粉砂質泥巖中的脈狀層理Photo 1 Flaser bedding in silty mudstone

除255～260 m處有地下水溢流顯示外(裂縫也發(fā)育),本段其他層位無油氣水顯示。

下段(288.28～723.60 m) 為綠灰色含粉砂(粉砂質)泥巖、綠灰色(含粉砂)泥巖、灰色(含粉砂)泥巖、黑灰色含粉砂條帶泥巖,上部夾數米(327.73～333.80 m)灰白色含泥粉砂巖。含粉砂(粉砂質)泥巖呈綠灰色為主,粘土約占75%～95%,粉砂約占5%～25%。而含泥粉砂巖中粉砂約占80%,泥質約占20%。粉砂巖中發(fā)育裂縫,局部充填方解石。局部見水平層理,發(fā)育透鏡狀層理和脈狀層理。未見明顯油氣水顯示。

近底部(715.68～723.60 m)黑灰色含粉砂條帶泥巖含較多筆石(照片2),具有一定的生氣能力。

縱向上自上而下大致呈現出泥巖段、粉砂巖與泥巖互層段、泥巖段的變化,厚度各占25%、15%和60%。

與下伏地層志留系新灘組整合接觸。

2.3 新灘組(S1x)

志留系羅惹坪組之下為志留系新灘組,位于井段723.60～898.16 m,厚度為174.56 m。

照片2 羅惹坪組近底部的筆石Photo 2 Graptolite near the bottom of the Luoreping Fm

本組巖石自上而下大致分為上部(粉)細砂巖段和下部(含粉砂)泥巖段。

上部(粉)細砂巖段(723.60～796.49 m) 為灰白色含泥質(條帶)粉砂巖、灰白色(粉)細砂巖夾黑灰色(含粉砂)泥巖。(粉)細砂巖呈灰白色,石英約占73%～97%,泥質約占2%～25%,炭質2%～3%,方解石1%～2%,具含泥粉細砂結構,塊狀構造?？v貫巖心的裂縫最發(fā)育,長5～80 cm,寬0.5～1 mm,充填方解石。

下部(含粉砂)泥巖段(796.49～898.16 m) 為灰黑色含粉砂條帶筆石泥巖、深灰色含粉砂條帶泥巖。巖石以泥質為主,約占75%～90%,石英約占5%～25%,炭質約占5%?？v貫巖心的裂縫較發(fā)育。

本次鉆探在新灘組發(fā)現有比較豐富的筆石和直角石,說明角石沒有在奧陶紀絕滅,延續(xù)至早志留世早期。

現場解吸9個樣品(1個砂巖8個泥巖),見砂巖和其下的泥巖有氣顯示,從幾毫升至幾十毫升不等。

縱向上自上而下大致呈現出(粉)砂巖夾泥巖段、泥巖段的變化,厚度各占42%和58%。

與下伏地層志留系龍馬溪組整合接觸。

2.4 龍馬溪組(S1l)

志留系新灘組之下為志留系龍馬溪組,位于井段898.16～949.10 m,厚度約為51 m。含豐富筆石與頁巖氣,25個現場解吸結果相當可觀。

本組自上而下大致分為三段。

上段(898.16～913.31 m) 主要為灰黑色含碳粘土頁巖。巖石以泥質為主,約占75%～95%,粉砂5%～20%,炭質約占3%～5%,含碳泥質結構,塊狀構造,風化后可以呈現頁理。含黃鐵礦條帶,寬0.5～6 mm,單個黃鐵礦顆粒大小可以達到2 mm×2 mm。見水平層理,紋層厚0.3～0.5 mm。筆石較豐富,順層面分布,長10～53 mm,寬0.6～2 mm。鉆進至901 m左右,發(fā)現龍馬溪組黑色頁巖巖心直冒頁巖氣(照片3),遂進行現場解吸。

照片3 龍馬溪組黑色頁巖巖心直冒頁巖氣Photo 3 Shale gas(white)puffing from the core(black)sample of the Longmaxi Fm

中段(913.31～919.30 m) 為深灰色塊狀泥質粉砂巖。巖石呈深灰色,粉砂為主,約占55%,泥質約占42%,炭質約占3%。見黃鐵礦晶簇順層分布,大小在0.3 mm×0.3 mm。

下段(919.30～949.10 m) 為灰黑色含碳粘土頁巖、深灰色含粉砂粘土頁巖、黑色含碳粘土頁巖、黑色含碳硅質頁巖與灰黑色含碳粘土頁巖互層。筆石豐富,順層面分布,長10～53 mm,寬1～2 mm。發(fā)育水平層理(照片4),紋層厚0.2～0.5 mm。見黃鐵礦晶簇順層分布,寬1～6 mm。見裂縫長約26～40 cm,寬0.6～0.8 mm,充填方解石。

附近的龍馬溪組巖層中發(fā)現有遺跡化石覓食跡。

照片4 龍馬溪組巖心上的水平層理(比例尺下方)與薄板狀黃鐵礦(比例尺左側)Photo 4 Horizontal bedding and thin-layered pyrite in the core of the Longmaxi Fm

縱向上自上而下呈現出含碳粘土頁巖、泥質粉砂巖、含碳粘土頁巖(或含碳硅質頁巖)的變化,厚度分別約為30%、12%和58%。

與下伏地層奧陶系寶塔組整合接觸。

2.5 寶塔組(O3b)

志留系龍馬溪組之下為奧陶系寶塔組,位于井段949.10～980.11 m,厚度約為31 m。

自上而下巖性為灰色薄層瘤狀灰?guī)r夾薄層泥巖、灰色中厚層含泥質條帶瘤狀灰?guī)r、灰色中厚層瘤狀灰?guī)r。巖石呈灰色,成分以方解石為主,約占95%～98%,炭質2%。粘土巖層見黃鐵礦晶簇順層分布,大小0.2 mm×0.2 mm～0.5 mm×0.5 mm。910 m左右見1條裂縫縱貫巖心,長約90 cm,寬0.3 mm,未見充填。巖層中發(fā)育縫合線,為成巖過程中壓溶作用造成。瘤狀構造多見。產頭足類化石,以發(fā)育大型角石為特征。總體屬局限臺地環(huán)境沉積。

縱向上自上而下幾乎沒有變化。與下伏地層廟坡組整合接觸。

2.6 廟坡組(O2m)

奧陶系寶塔組之下為奧陶系廟坡組,位于井段980.11～985.21 m,厚度為5.10 m。

自上而下為淺灰綠色薄層含生屑灰質泥巖。本組主要含三葉蟲、腕足類、頭足類和牙形石等。

縱向上自上而下幾乎沒有變化。與下伏地層志留系牯牛潭組整合接觸。

2.7 牯牛潭組(O2g)

奧陶系廟坡組之下為奧陶系牯牛潭組,位于井段985.21～1 020.17 m,厚度>34.96 m,未鉆穿。自上而下為灰綠色中厚層含生物屑瘤狀灰?guī)r。產頭足類、三葉蟲及震旦角石等化石。

牯牛潭組巖心位于井段985.21～1 020.17 m(未鉆穿),厚度>34.96 m,共一段?？v向上自上而下幾乎沒有變化。未鉆穿本組。

3 沉積環(huán)境淺析

野外地質調查得知,龍馬溪組下部主要巖性為黑色—灰黑色頁巖、炭質頁巖、硅質巖和硅質頁巖。水平層理發(fā)育,近底部硅質(頁)巖含豐富的次深水放射蟲,含筆石Dicellograptus szechuanensis等。上部巖性為深灰色或灰黑色炭質頁巖、含碳泥質粉砂巖。全組發(fā)育低能環(huán)境下的水平層理與缺氧還原沉積環(huán)境下的簇狀黃鐵礦或薄板狀黃鐵礦(照片4),富含深水浮游筆石。鄰區(qū)宣恩龍馬溪組巖層中發(fā)現有生物潛穴覓食跡,反映較深水的安靜閉塞環(huán)境。重慶東部石柱龍馬溪組厚度約百米,來鳳咸豐附近龍馬溪組平均厚度超過50 m。鄰區(qū)鶴峰龍馬溪組厚度約為25 m。根據本區(qū)巖性、顏色、結構、沉積構造和生物化石,結合鄰區(qū)資料,推測龍馬溪組沉積在川中隆起、上揚子北緣隆起、雪峰隆起和黔中隆起帶所包圍的、相對局限的深水陸棚滯留盆地環(huán)境(圖2)[11],水體往西南變深。早志留世起,本區(qū)處于向上變淺的海退序列,處于淺水陸棚環(huán)境,只是有機碳往上逐漸下降,巖石生烴能力減小。

圖2 上揚子地區(qū)早志留世早期古地理圖[3](引自鄧慶杰和胡明毅,2014,略改)Fig.2 Paleographic map of upper Yangtze region in early age of the early Silurian

4 結論

(1) “來地1井”為頁巖氣參數井,開孔層位為第四系,往下依次為早志留世羅惹坪組、新灘組、龍馬溪組,晚奧陶世寶塔組。頁巖氣目的層位是龍馬溪組黑色巖層。

(2) 從巖心錄井判斷其沉積環(huán)境自下而上為淺水陸棚碳酸鹽開闊臺地、深水陸棚滯留盆地、深水陸棚—淺水陸棚。龍馬溪組頁巖氣形成于華南陸表海深水陸棚滯留盆地。

致謝:中國華電集團清潔能源有限公司彭傳圣、魏國慶、洪克巖、蔣禮宏、周慶華、李保中、戶東勇、蘇復義、許江橋、楊學立、曹偉堂等(教授級)高級工程師,湖北省頁巖氣開發(fā)有限公司臧亞偉、郭光旭、王文樂、萬杰、陳堯等高級工程師(工程師)在野外工作中給予幫助與指導;湖北省地質調查院劉早學教授級高級工程師,張焱林、吳龍、余江浩和宋漢工程師在野外與室內工作中給予幫助與指導,特此一并致謝！

[1] Curtis J B. Fractured shale-gas systems[J]. AAPG Bulletin,2002,86(11):1921-1938.

[2] Jarvie D M,Hill R J,Ruble T E,et al. Unconventional shale gas systems:The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale gas assessment [J]. AAPG Bulletin,2007,91(4):475-499.

[3] Mavor Matt. Barnett Shale gas-in-place volume including sorbed and free gas volume:AAPG Southwest Section Meeting[C].Fort Worth:Texas,2003.

[4] Montgomery S L,Jarvie D M,Bowker K A,et al. Mississippian Barnett Shale,Fort Worth Basin,north-central Texas:Gas shale play with multitrillion cubic foot potential[J]. AAPG Bulletin,2005,89(2):155-175.

[5] 王祥,劉玉華,張敏,等.頁巖氣形成條件及成藏影響因素[J].天然氣地球科學,2010,21(2):350-356.

[6] 張大偉,李玉喜,張金川,等.全國頁巖氣資源潛力調查評價[M].北京:地質出版社,2012.

[7] 張金川,薛會,張德明,等.頁巖氣及其成藏機理[J].現代地質,2003,17(4):466.

[8] 趙靖舟.非常規(guī)油氣有關概念、分類及資源潛力[J].天然氣地球科學,2012,23(3):393-406.

[9] 周慶華,宋寧,王成章,等. 湖南花垣頁巖氣區(qū)塊地質評價與勘探展望[J].天然氣地球科學,2014,25(1):130-140.

[10] 陳公信,金經煒,吳細松,等.湖北省巖石地層[M].武漢:中國地質大學出版社,1996.

[11] 鄧慶杰,胡明毅.上揚子地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣成藏條件及有利區(qū)預測[J].科學技術與工程,2014,14(17):41-47.

(責任編輯：陳姣霞)

A Preliminary Study on Sedimentary Environment of Laifeng Area in theEarly Silurian from Core Logging for the Well LD1

QIU Yansheng1, YANG Xing2, WEI Wei2, WANG Deng1, YANG Qingxiong1,LI Bo3, ZHANG Xin2, XIAO Zhaohui2, HU Zhengxiang1, ZHOU Shiqing1

(1.HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034; 2.HubeiShaleGasDevelopmentCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430071;3.CleanEnergyCo.,Ltd.,ChinaHuadianGroup,Beijing100035)

The well LD1 is a parameter well for the possible exploration and development of shale gas in Laifeng-Xiangfeng block,Hubei Province. Its initial drilling stratum is sand-gravel layers in the Quaternary. There are,from top to bottom,grayish green mudstones and silty mudstones of the Luoreping Formation in the Lower Silurian,the grayish white silty-fine sandstones and deep grayish silt-bearing mudstones of the Xintan Formation in the Lower Silurian,grayish black shale intercalated with minor siltstones at the upper part of the Longmaxi Formation and black carbon-bearing siliceous shale and carbonaceous shale at the lower part of the Longmaxi Formation in the Lower Silurian,and grayish green medium-thick nodular limestone of the Baota Formation in the Upper Ordovician. The authors judge that their sedimentary environments are from shallow shelf,anoxic basin in deep shelf,and deep shelf to shallow shelf by analysis of the core logging data. They propose that shale gas of the Longmaxi Formation in the early Silurian formed in a deep,anoxic basin in an epeiric sea in the Yangtze region,South China.

Well LD1; shale gas; core logging; Longmaxi Formation; sedimentary environment

2015-05-23;改回日期:2015-12-31

邱艷生(1964-),男,正高職高級工程師,碩士研究生,地質礦產勘查專業(yè),從事沉積學、頁巖氣地質學、前寒武紀地質學研究。E-mail:aq246@163.com

P618.13

A

1671-1211(2016)04-0598-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.011

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1449.024.html 數字出版日期:2016-07-07 14:49