秦　琴龍成雄張本杰

（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.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊，貴州　貴陽　550008）

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黔西南區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組頁巖氣成藏條件研究

秦琴1龍成雄2張本杰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.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊，貴州貴陽550008）

摘要根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、鉆井及巖心樣品分析等資料的綜合研究，黔西南地區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組發(fā)育一套展布穩(wěn)定及單層厚度較大的黑色頁巖，有機質(zhì)類型多以Ⅲ型為主，有機質(zhì)豐度一般、成熟度中等、儲層條件中等、含氣量較高，具有良好的頁巖氣成藏條件，初步優(yōu)選出威寧鹽倉—猴場、晴隆雞場—關嶺永寧為黔西南區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組頁巖氣富集成藏的兩個有利區(qū)塊。

關鍵詞梁山組成藏條件頁巖氣黔西南區(qū)

修訂回稿日期：2016-03-01

0　引言

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人類利用能源經(jīng)歷了高碳、中碳到低碳的過程，并將發(fā)展到無碳的時代。煤炭和石油已經(jīng)無法滿足當代人的需求，天然氣的利用是實現(xiàn)低碳的最佳選擇。頁巖氣作為一種非常規(guī)天然氣，是油氣勘探的一個新領域，越來越得到世界各國的重視［1］。我國頁巖氣的開發(fā)還處于探索階段。據(jù)2011年全國頁巖氣資源潛力評價結果表明，貴州省頁巖氣地質(zhì)資源量達10.48×1012m3，列全國第四位，頁巖氣資源巨大。為了改善能源結構，改變貴州省“無油少氣”的局面，貴州省國土資源廳開展了貴州省頁巖氣資源調(diào)查評價工作。將全省劃分為黔北、黔西北、黔南、黔西南4個評價單元，共實施了26口調(diào)查井，其中在黔西南地區(qū)實施了7口調(diào)查井，對4套目的層系（火烘組、舊司組、梁山組、龍?zhí)督M）進行調(diào)查研究。對舊司組和龍?zhí)督M的研究比較多，火烘組和梁山組的研究相對較少，本次主要針對梁山組進行頁巖氣成藏條件研究，初步優(yōu)選出頁巖氣富集成藏有利區(qū)。

1　地質(zhì)概況

黔西南地處云貴高原東部，位于紫云—水城斷裂的西南側(cè)，屬揚子板塊的西南部。晚石炭世馬平期末發(fā)生了黔桂運動，巖石圈張裂陷不均導致部分地塊間歇性上升。除水城—盤縣、紫云—羅甸等地帶為斷陷盆地外，其余地區(qū)均上升處于剝蝕狀態(tài)。黔桂運動仍然造就了北高南低的地勢和北西向的構造格架。早二疊世初，海侵由南向北超覆，貴州出現(xiàn)了高等植物的第二次繁盛期，該時期形成了大量的沉積有機質(zhì)。梁山組的巖性主要為石英砂巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤層。在納雍、赫章等地，梁山組為海陸交互相碎屑巖沉積，其余地方以碳酸鹽臺地沉積為主［2］。

2　頁巖氣成藏條件

頁巖是一種滲透率極其低的沉積巖，頁巖氣的成藏條件主要受頁巖厚度、有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)成熟度、孔隙度與滲透率及含氣性等多種因素控制［3］。故本次對黔西南地區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組頁巖氣成藏條件進行研究。

2.1頁巖厚度

頁巖氣的生成是一個復雜的過程，首先必須要有生成頁巖氣的物質(zhì)基礎即含有較多有機質(zhì)的頁巖厚度，同時也必須有利于頁巖氣的保存。隨著頁巖氣開采技術的進步，具有商業(yè)價值的頁巖氣藏的有效頁巖厚度可能降低到10 m。

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究認為，研究區(qū)梁山組富有機質(zhì)頁巖厚度分布主要受中二疊世棲霞期巖相古地理類型的控制，早二疊世海水由南向北超覆，隨著海侵加強，演變?yōu)闉I?！獪\海環(huán)境，在威寧、水城一帶為濱海相泥頁巖夾灰?guī)r沉積，在盤縣、六枝一帶為淺海相砂泥頁巖沉積，在南部紫云、興義、望謨一帶為淺海相灰?guī)r、泥巖沉積。富有機質(zhì)頁巖沉積有利區(qū)位于晴隆、紫云一帶。沉積厚度大于30 m的區(qū)域，位于東部晴隆、紫云一帶，頁巖沉積厚度為30～152 m。水頁2井揭示有效厚度約為90 m。晴頁1井揭示有效厚度約為25 m。因此，從兩口調(diào)查井可以看出頁巖有效厚度較大，為頁巖氣的儲層富集提供了一定的物質(zhì)基礎。

2.2有機質(zhì)類型

干酪根類型指數(shù)法（KTI）是劃分烴源巖有機質(zhì)類型的主要指標之一。研究區(qū)露頭和調(diào)查井巖心樣品測試的顯微特征及熒光特性顯示：水頁2井梁山組黑色頁巖樣品顯微組分分析測試表明以殼質(zhì)組為主，其次為腐泥組和鏡質(zhì)組，惰質(zhì)組較少（圖1）；下二疊統(tǒng)梁山組KTI值為-32～47，有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主，并出現(xiàn)Ⅱ2型和Ⅱ1型。

圖1　黔西南區(qū)梁山組黑色頁巖干酪根顯微組分三角圖

2.3有機質(zhì)豐度

有機碳含量（TOC）是反映頁巖有機質(zhì)豐度的指標，是頁巖氣聚集最重要的控制因素之一［4］。Ross［5］等在對加拿大頁巖地層的研究過程中發(fā)現(xiàn)，有機碳與甲烷的吸附能力存在一定的關系。隨著頁巖氣開采技術的進步，認為具有工業(yè)價值的頁巖氣藏TOC應大于1％［6］。

通過對研究區(qū)46塊露頭樣品和晴頁1井及水頁1井的106塊巖心樣品的TOC進行測試，測試數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，TOC為0.14％～17.61％，平均為1.07％，主體分布在0.60％～1.50％，有44.08％的樣品TOC 為0.50％～1.00％，有29.61％的樣品TOC為1.00％～2.00％。由于露頭樣品容易氧化致測試的TOC偏低，在縱向上，研究區(qū)46塊露頭樣品測試數(shù)據(jù)顯示：下二疊統(tǒng)梁山組上段TOC為0.91％～2.36％，平均為1.48％；中段TOC為0.75％～2.27％，平均為1.58％；下段TOC為0.14％～17.61％，平均為1.90％?？梢?，下二疊統(tǒng)梁山組由上至下TOC逐漸增高。

對巖心樣品進行TOC測試，數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，晴頁1井有機碳最大值為1.61％，最小值為0.30％，平均值為0.74％；全井TOC較低，隨深度沒有明顯的變化規(guī)律，在井深38～160 m、725～745 m、875～890 m處TOC較高，TOC大于1.00％。水頁2井有機碳最大值為1.94％，最小值為0.37％，平均值為0.93％，TOC隨井深增加呈減少趨勢（圖2）。從兩口調(diào)查井可看出梁山組有機質(zhì)豐度一般。

圖2　黔西南區(qū)梁山組調(diào)查井頁巖樣品有機碳含量及深度變化圖

2.4有機質(zhì)成熟度

不同類型的有機質(zhì)在不同演化階段其生烴生氣量不同，作為頁巖儲層系統(tǒng)有機成因氣研究的重要指標，鏡質(zhì)組反射率（Ro）是目前應用最為廣泛、最有權威的有機質(zhì)成熟度標志。劃分標準為：Ro低于0.5％為未成熟，0.5％～1.3％為成熟，1.3％～2.0％為高成熟，2.0％～3.0％為過成熟早期階段，3.0％～4.0％為過成熟晚期階段。

通過對研究區(qū)14塊露頭樣品和7塊巖心樣品進行測試，下二疊統(tǒng)梁山組富有機質(zhì)頁巖的演化程度總體較高，有機質(zhì)成熟度為0.95％～4.17％，平均為2.22％，有33.33％的樣品成熟度為0.50％～1.30％，有51.86％的樣品成熟度大于2.00％。表明黔西南區(qū)梁山組頁巖熱演化程度總體較高，多處于成熟—過成熟階段。在縱向上，晴頁1井7塊巖心樣品成熟度測試數(shù)據(jù)顯示成熟度隨深度增加呈現(xiàn)升高的趨勢。

2.5頁巖儲層特征

頁巖氣是天然氣在頁巖儲層中的富集，頁巖氣藏中的游離氣主要儲集在頁巖基質(zhì)孔隙和裂縫等空間中，孔隙和裂縫是頁巖氣儲層評價的兩個重要參數(shù)。根據(jù)鉆井揭示，研究區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組孔隙度隨深度增加呈減小趨勢，滲透率隨深度增加亦呈減小趨勢。晴頁1井巖心樣品測試資料顯示孔隙度為1.98％～3.89％，平均為2.83％，孔隙度低；滲透率為0.003 7～0.013 0 mD，平均為0.008 4 mD，滲透率特低。Jarvie等（2007）的實驗分析結果表明，有機質(zhì)含量為7％的頁巖生烴演化過程中消耗35％的有機碳可使頁巖孔隙度增加4.9％。因此，TOC越高，頁巖基質(zhì)中的超微孔隙就越多，頁巖氣藏豐度也越高，與常規(guī)油氣藏相似，頁巖氣藏中孔隙與微裂縫愈發(fā)育，氣藏的富集程度就愈高。同時對巖心樣品核磁共振實驗表明，頁巖段孔隙度和裂縫較發(fā)育，有利于壓裂改造。孔隙度為5.99％，以納米級孔隙為主，少量微米級孔隙。

裂縫作為輸導系統(tǒng)能夠促進頁巖氣的運移，對頁巖氣的聚集和開采都有利。通過對晴頁1井巖心進行拋光掃描電鏡實驗，揭示下二疊統(tǒng)梁山組富有機質(zhì)頁巖微裂縫也較發(fā)育，微裂縫多呈明顯鋸齒狀，并且延伸較好（圖3）。從上可知下二疊統(tǒng)梁山組富有機質(zhì)頁巖具有孔隙度低、滲透率特低的特征。

圖3　下二疊統(tǒng)梁山組頁巖微裂隙發(fā)育特征圖

巖石礦物特征表明，碎屑礦物含量梁山組上、中段較高，自生脆性礦物含量下段含量較高，黏土礦物含量中段較低。脆性礦物總體含量大于50％，具有較好的破裂潛力。在平面上，碎屑礦物含量高值區(qū)分布在水城地區(qū)，黏土礦物含量低值區(qū)與碎屑礦物含量高值區(qū)分布相似。

下二疊統(tǒng)梁山組富有機質(zhì)頁巖具有孔隙度低、滲透率特低的特征，孔隙類型以粒間孔、粒內(nèi)孔、溶蝕孔為主，孔隙體積為中孔體積。

綜合富有機質(zhì)頁巖的礦物學、儲集物性及巖石力學等特征來看，水城地區(qū)可以作為下二疊統(tǒng)梁山組頁巖的儲層有利區(qū)。

2.6頁巖含氣性

頁巖層系中的含氣層位、含氣量大小及縱向分布規(guī)律，為富有機質(zhì)頁巖后續(xù)壓裂層段的選擇提供了資料。一般認為具有經(jīng)濟開采價值的頁巖氣藏頁巖含氣量下限為1.1 m3/t。

通過對晴頁1井29塊樣品現(xiàn)場解吸實驗得出，隨著深度的增加，解吸氣量（標準狀態(tài)下）總體呈逐漸增加的趨勢，到井深852.48 m時達到峰值3 689 mL，解吸氣量較高的集中段為井深668.63～871.78 m，到井深877.78 m以后解吸氣量逐漸減少。含氣量范圍為1.5～4.0 m3/t，平均為1.9 m3/t，符合工業(yè)開采標準。含頁巖氣有利層段位于下二疊統(tǒng)梁山組下段中下部。對水頁2井11件樣品現(xiàn)場解吸實驗得出隨著深度的增加，解吸氣量（標準狀態(tài)下）總體趨勢逐漸增加，到井深469.38 m時達到峰值155 mL，以后解吸氣量逐漸減少，含氣量為0.3～0.6 m3/t，平均為0.4 m3/t，尚未達到工業(yè)開采標準，含頁巖氣有利層段位于下二疊統(tǒng)梁山組中上部。

3　有利區(qū)優(yōu)選

有利區(qū)優(yōu)選應考慮以下主要條件：①泥頁巖厚度穩(wěn)定，海相單層厚度大于等于9 m，連續(xù)厚度大于等于30 m，連續(xù)分布面積大于等于200 km2；②TOC平均大于等于1.0％；③總含氣量大于等于1.1 m3/t；④埋深為300～4 500 m；⑤Ro大于等于1.0％；⑥交通條件較好，地震勘探和鉆探工程相對便利［7-8］。

根據(jù)以上條件綜合分析黔西南地區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組有機質(zhì)頁巖厚度、TOC、Ro、孔隙度及滲透率等指標，并與美國主要頁巖氣盆地進行類比研究，在下二疊統(tǒng)梁山組優(yōu)選出兩個頁巖氣發(fā)育的有利區(qū)即威寧鹽倉—猴場有利區(qū)塊Ⅰ、晴隆雞場—關嶺永寧有利區(qū)塊Ⅱ，兩個有利區(qū)面積為3 355 km2，具有較好的頁巖氣勘探前景。

4　結論

1）黔西南區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組發(fā)育一套展布穩(wěn)定、單層厚度較大的黑色頁巖，其有機質(zhì)類型多以Ⅲ型為主，并出現(xiàn)Ⅱ2型和Ⅱ1型；TOC為0.14％～17.61％。隨著深度的增加TOC逐漸增高；是進一步勘探的有利目的層段；頁巖的熱演化程度多處于成熟—過成熟階段；頁巖孔隙度和裂縫低，碎屑礦物含量高，均大于50％，具有較好的破裂潛力；頁巖的含氣量在晴隆一帶高，氣測顯示明顯，具有形成大規(guī)模頁巖氣藏的良好地質(zhì)條件。

2）綜合頁巖的厚度、TOC、Ro等指標，采用疊合法，初步優(yōu)選出威寧鹽倉—猴場、晴隆雞場—關嶺永寧為黔西南區(qū)下二疊統(tǒng)梁山組頁巖氣富集成藏的兩個有利區(qū)塊。

參考文獻

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（編輯：盧櫟羽）

文獻標識碼：B

文章編號：2095-1132（2016）02-0013-03

doi：10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 02. 004

基金項目：貴州省頁巖氣資源調(diào)查評價；黔西南地區(qū)頁巖氣資源調(diào)查子項目的部分研究成果（2012GYYQ-04）。

作者簡介：秦琴（1983-），女，碩士，工程師，從事煤炭地質(zhì)勘查和頁巖氣勘查工作。E-mail：363106113@qq.com。