孟江輝，潘仁芳，陳　浩，唐小玲

(1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢　430100；2.長江大學(xué) 非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢　430100；3.中海石油(中國)有限公司上海分公司，上?！?00030)

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滇黔桂盆地泥盆系頁巖氣成藏條件及資源潛力分析

孟江輝1,2，潘仁芳1,2，陳浩3，唐小玲1,2

(1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430100；2.長江大學(xué) 非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢430100；3.中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海200030)

通過野外露頭觀察、剖面測量和樣品測試，分析了滇黔桂盆地泥盆系頁巖氣成藏條件。研究結(jié)果表明：滇黔桂盆地中、下泥盆統(tǒng)發(fā)育兩套臺(tái)盆相暗色泥頁巖沉積，泥頁巖單層厚度為10～55 m，累計(jì)厚度普遍在100～450 m之間；泥頁巖TOC一般為1.0%～2.5%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型-Ⅱ1型，處于高-過成熟熱演化階段；儲(chǔ)層物性接近于四川盆地威201井寒武系九老洞組頁巖，發(fā)育多種儲(chǔ)集空間類型，脆性礦物含量平均值為46%，具備儲(chǔ)集條件；黔南坳陷西南部和桂中坳陷中西部地區(qū)地層相對(duì)平緩，斷裂密度和剝蝕厚度小，且斷裂性質(zhì)以逆沖、壓扭為主，頁巖氣保存條件相對(duì)較好。綜合考慮暗色泥頁巖厚度、埋藏深度、有機(jī)碳含量、熱演化程度和保存條件等因素，預(yù)測滇黔桂盆地泥盆系頁巖氣有利層段為塘丁組和羅富組，有利區(qū)主要分布于天峨—南丹—河池一帶以及桂中坳陷中部的鹿寨—來賓—合山—大化地區(qū)。利用地質(zhì)資源豐度類比法計(jì)算出該區(qū)頁巖氣地質(zhì)資源量為0.66×1012～1.09×1012m3。

頁巖氣；資源潛力；泥盆系；滇黔桂盆地

0　引　言

頁巖氣是一種非常規(guī)氣藏，具有典型的自生自儲(chǔ)、近原地成藏富集的特點(diǎn)[1-3]。我國頁巖氣勘探開發(fā)研究起步較晚，在對(duì)美國頁巖氣勘探開發(fā)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)和借鑒的基礎(chǔ)上，開展了頁巖氣勘探前景、頁巖氣聚集機(jī)理和富集條件、頁巖氣評(píng)價(jià)指標(biāo)預(yù)測、頁巖氣資源量評(píng)價(jià)等方面的研究[4-8]。目前我國南方頁巖氣研究主要集中在四川盆地[9-10]，而滇黔桂盆地頁巖氣評(píng)價(jià)工作相當(dāng)薄弱。從盆地周邊的勘探情況來看，該區(qū)上古生界發(fā)育有多套暗色泥頁巖[11]，中、下泥盆統(tǒng)泥頁巖是其中分布最廣泛、有機(jī)質(zhì)豐度最高的兩套泥頁巖。從目前的鉆探情況來看，在柳1井、石深1井、理1井、車河1175井等多口井的泥頁巖層段見到了氣噴或氣顯示[12]，展示了良好的頁巖氣勘探前景。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

滇黔桂盆地橫跨貴州、廣西、云南三省，處于太平洋構(gòu)造域和特提斯構(gòu)造域共同作用的轉(zhuǎn)換地帶，是早古生代末期廣西運(yùn)動(dòng)使華南褶皺系回返形成的一個(gè)被動(dòng)大陸邊緣裂谷盆地，以“臺(tái)-盆-丘-槽”的古地理格局為特征，之后演變?yōu)槿B紀(jì)的統(tǒng)一濁積盆地，經(jīng)歷了一個(gè)極為復(fù)雜的地質(zhì)歷程。滇黔桂盆地區(qū)域構(gòu)造位于加里東期揚(yáng)子古板塊的南緣、華南巖漿造山帶的西北側(cè)。其北部以貴陽—鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂與武陵坳陷、黔中隆起為界，東北部與雪峰山隆起(江南古陸)毗鄰，東部以龍勝—永福斷裂和大瑤山斷裂與桂林坳陷及大瑤山隆起為界，西部與馬關(guān)隆起相接[13-14]。盆地內(nèi)部主要包括黔南、桂中和南盤江三個(gè)一級(jí)坳陷(圖1)。滇黔桂盆地在經(jīng)歷加里東期抬升剝蝕之后，自早泥盆世至中三疊世遭受海侵，在寒武系淺變質(zhì)基底之上發(fā)育了泥盆系、石炭系、二疊系和三疊系海相地層，印支運(yùn)動(dòng)后，在燕山期沉積了白堊系陸相碎屑巖地層[15]。

自早泥盆世開始，陸殼在拉張機(jī)制作用下，滇黔桂盆地開始逐步形成，此時(shí)盆地海域向西、向東及向北明顯擴(kuò)大，受北西、北東向同生斷裂影響，臺(tái)盆-臺(tái)地相間的古地理格局已經(jīng)顯露[11]，沉積相帶展布規(guī)律明顯，自古陸邊緣向海依次為局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地、臺(tái)盆和孤立臺(tái)地相，其中臺(tái)盆相主要發(fā)育于桂中坳陷周緣和南盤江坳陷周緣地區(qū)(圖1)。臺(tái)盆沉積厚度較大，一般為400～500 m，在巖性上，下部以灰?guī)r、白云巖、濁積砂巖為主，上部為泥頁巖、硅質(zhì)頁巖夾灰?guī)r沉積。中泥盆世，隨著拉張作用加劇，沉降作用增強(qiáng)，隆起區(qū)范圍不斷縮小，臺(tái)盆-臺(tái)地格局進(jìn)一步明顯，臺(tái)盆沉積主要由黑色、深灰色碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)泥巖和硅質(zhì)巖組成。

2　泥頁巖發(fā)育及生烴特征

2.1泥頁巖發(fā)育特征及非均質(zhì)性

泥盆系暗色泥頁巖在滇黔桂盆地廣泛發(fā)育，巖性主要為黑色或深灰色泥巖、頁巖、碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖，其分布受沉積相控制明顯，主要分布于臺(tái)盆和臺(tái)緣斜坡相區(qū)。泥頁巖在縱向上的發(fā)育具有顯著的非均質(zhì)性，主要發(fā)育于下泥盆統(tǒng)塘丁組(D1t)和中泥盆統(tǒng)羅富組(D2l)，分別對(duì)應(yīng)于臺(tái)地相區(qū)的郁江組(D1y)和東崗嶺組(D2d)，而在其它層位鮮有分布。即使在泥頁巖富集層段內(nèi)部，泥頁巖在縱向上的發(fā)育也存在一定的非均質(zhì)性。

圖1　滇黔桂盆地早泥盆世沉積相圖Fig.1　Map showing the deposition facies of Early Devonian in Dian-Qian-Gui Basin

圖2　廣西南丹羅富下泥盆統(tǒng)那高嶺組—塘丁組綜合柱狀圖Fig.2　Synthetic stratum histogram of Nagaoling Formation to Tangding Formation of Lower Devonian in Luofu, Nandan, Guangxi

下泥盆統(tǒng)塘丁組和郁江組泥頁巖發(fā)育的非均質(zhì)性較弱，如南丹羅富下泥盆統(tǒng)剖面所示，塘丁組泥頁巖巖性幾乎沒有變化，為深灰色-黑色泥巖，泥頁巖層系內(nèi)夾層不發(fā)育，僅見一層低質(zhì)褐鐵礦層和一層較薄的粉砂質(zhì)條帶(圖2)。象州熱水下泥盆統(tǒng)—中泥盆統(tǒng)剖面揭示郁江組泥頁巖巖性變化也不大，主要為黑色頁巖，偶見深灰色泥巖，泥頁巖層系內(nèi)灰?guī)r夾層發(fā)育較少，且單層厚度不超過0.5 m(圖3)?？傮w來看，下泥盆統(tǒng)暗色泥頁巖單層厚度一般為10～55 m，累計(jì)厚度一般在100～300 m之間，如象州熱水剖面下泥盆統(tǒng)暗色泥頁巖單層厚度為15～60 m，累計(jì)厚度達(dá)到了208 m。依據(jù)12個(gè)野外實(shí)測剖面點(diǎn)和2口井的頁巖累計(jì)厚度，結(jié)合沉積相分布特征，繪制了下泥盆統(tǒng)暗色泥頁巖厚度等值線圖(圖4)，揭示泥頁巖主要分布于桂中坳陷和南盤江坳陷，厚度高值區(qū)分布于桂中坳陷東部的鹿寨地區(qū)、桂中坳陷和南盤江坳陷交界的馬上—大化地區(qū)以及南丹地區(qū)，最厚可達(dá)500 m以上。

中泥盆統(tǒng)東崗嶺組泥頁巖發(fā)育的非均質(zhì)性相對(duì)較強(qiáng)，泥頁巖巖性變化較大，頁巖、碳質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖頻繁交替，且灰?guī)r和燧石灰?guī)r夾層大量發(fā)育，累計(jì)厚度接近東崗嶺組總厚度的40%(圖3)。但從平面分布上來看，中泥盆統(tǒng)暗色泥頁巖是研究區(qū)發(fā)育最廣泛的一套泥頁巖，在3個(gè)坳陷均有分布，單層厚度一般為10～45 m，累計(jì)厚度一般在150～450 m之間。如象州熱水剖面暗色泥頁巖單層厚度為10～40 m，累計(jì)厚度187 m。桂中坳陷柳1井揭示了中泥盆統(tǒng)暗色泥頁巖累計(jì)厚度為301.6 m，占中泥盆統(tǒng)地層厚度的36.7%[16]，并且在1 250～1 500 m井段見氣顯示5處。理苗構(gòu)造石深1井中泥盆統(tǒng)暗色泥頁巖累計(jì)厚度為176.5 m，于該層段見氣噴。泥頁巖厚度高值區(qū)分布于桂中坳陷東部和南部、黔南坳陷和南盤江坳陷交界的羅甸—南丹一帶，最厚可達(dá)550 m以上(圖5)。

圖3　廣西象州熱水下泥盆統(tǒng)郁江組—中泥盆統(tǒng)東崗嶺組綜合柱狀圖　　　Fig.3　Synthetic stratum histogram of Lower Devonian Yujiang Formation and Middle Devonian Donggangling Formation in Reshui, Xiangzhou, Guangxi

圖4　滇黔桂盆地下泥盆統(tǒng)暗色泥頁巖綜合評(píng)價(jià)圖Fig.4　Map showing the comprehensive evaluation of Lower Devonian shale in Dian-Qian-Gui Basin

2.2泥頁巖生烴特征

2.2.1有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度既是頁巖生氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，決定著頁巖的生烴強(qiáng)度，也是吸附氣的載體之一，控制著頁巖的吸附氣量，還是增加頁巖孔隙空間的重要因素之一，影響著頁巖游離氣賦存能力[17]，因此有機(jī)碳含量(TOC)是頁巖氣評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。

從南丹羅富剖面所采集的下泥盆統(tǒng)塘丁組泥頁巖樣品來看，其TOC值分布于0.65%～4.70%之間，平均1.85%，TOC大于1.0%的樣品占72%，大于2.0%的占40%，原始生烴潛量可達(dá)10 mg/g以上[11]。南丹大廠塘丁組黑色泥巖TOC平均值為3.10%。依據(jù)11個(gè)剖面點(diǎn)的TOC數(shù)據(jù)，結(jié)合沉積相特征，繪制了下泥盆統(tǒng)暗色泥頁巖TOC等值線圖(圖4)。如圖4所示，黔南坳陷下泥盆統(tǒng)泥頁巖TOC低于0.5%，桂中坳陷東部、南盤江坳陷東北緣和西北緣下泥盆統(tǒng)泥頁巖TOC在1.0%以上，局部地區(qū)可以達(dá)到2.0%以上。

由于強(qiáng)烈的裂陷活動(dòng)，中泥盆世臺(tái)盆范圍變大，盆內(nèi)海水變深，有利于有機(jī)質(zhì)的富集和保存，因此中泥盆統(tǒng)泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度較高。南丹大廠剖面泥頁巖TOC值為0.53%～4.74%，平均3.14%，TOC大于2.0%的占85.7%[11]。南丹羅富剖面22個(gè)中泥盆統(tǒng)泥頁巖樣品TOC值分布于0.20%～9.20%之間，平均3.30%，TOC大于2.0%的樣品占68%。前人通過生物標(biāo)志物特征研究，證明南丹大廠古油藏瀝青主要來源于南丹大廠羅富組暗色泥巖[18]。此外，生烴潛量恢復(fù)表明絕大多數(shù)泥頁巖樣品的原始生烴潛量大于6 mg/g，最大可達(dá)20 mg/g[19]。可見，中泥盆統(tǒng)暗色泥頁巖的生烴能力較強(qiáng)。從平面分布來看，桂中坳陷中泥盆統(tǒng)泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度最高，整個(gè)坳陷南部TOC均在1.0%以上，鹿寨地區(qū)和馬山—來賓地區(qū)為兩個(gè)高值區(qū)，TOC在2.5%以上；其次為南盤江坳陷東北緣，泥頁巖TOC為2.0%左右；黔南坳陷泥頁巖TOC基本在0.5%以下(圖5)。

2.2.2有機(jī)質(zhì)類型

滇黔桂盆地下泥盆統(tǒng)泥頁巖干酪根顯微組分中腐泥組和殼質(zhì)組相對(duì)含量之和為38.7%～89.7%，略大于鏡質(zhì)組的含量(10.3%～61.3%)，干酪根碳同位素值為-27.80‰～-26.84‰[11]，總體偏輕，有機(jī)質(zhì)類型表現(xiàn)為Ⅰ型-Ⅱ1型。

中泥盆統(tǒng)泥頁巖干酪根顯微組分以腐泥組和殼質(zhì)組為主，兩者含量占絕對(duì)優(yōu)勢，為59.3%～87.7%，鏡質(zhì)組含量為12.0%～40.7%，干酪根碳同位素值為-27.44‰～-24.84‰，同樣為Ⅰ型-Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)。

2.2.3有機(jī)質(zhì)熱演化程度

下泥盆統(tǒng)泥頁巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)具有由盆地西部向東部逐漸遞減的趨勢。如南丹羅富和南丹大廠下泥盆統(tǒng)塘丁組泥頁巖Ro值為3.44%～3.70%，處于過成熟熱演化階段；桂中1井下泥盆統(tǒng)Ro平均值為2.84%；桂中坳陷東部的象州地區(qū)下泥盆統(tǒng)Ro為1.12%～1.56%，處于成熟-高成熟熱演化階段。如圖4所示，南盤江坳陷主體部分下泥盆統(tǒng)泥頁巖Ro值大于3.0%，黔南、桂中坳陷主體部分下泥盆統(tǒng)Ro值處于2.0%～3.0%之間，僅桂中坳陷融水—鹿寨—象州—賓陽一線以東地區(qū)和黔南坳陷貴定—都勻以東地區(qū)Ro值低于2.0%。目前，國內(nèi)外在Ro值大于3.0%的地區(qū)鮮有頁巖氣勘探成功實(shí)例[20]，因此研究區(qū)頁巖氣勘探應(yīng)該聚焦在Ro值小于3.0%的地區(qū)。

中泥盆統(tǒng)泥頁巖Ro同樣表現(xiàn)為由西部向東部逐漸遞減的趨勢，南盤江冊(cè)亨地區(qū)Ro值最大達(dá)到4.77%，望謨東部降低為3.47%，南丹羅富為2.58%，桂中1井平均值為2.63%，黔南坳陷最東部的黔山1井僅為0.95%，象州大樂為0.97%。中泥盆統(tǒng)泥頁巖Ro平面分布特征與下泥盆統(tǒng)相差不大(圖5)。

3　泥頁巖儲(chǔ)集特征

3.1物性特征

滇黔桂盆地泥盆系泥頁巖儲(chǔ)層特征以桂中坳陷為代表，表現(xiàn)為超低孔、超低滲的物性特征。下泥盆統(tǒng)泥頁巖孔隙度為1.29%，滲透率為0.033 mD(1 mD= 1×10-3μm2)；中泥盆統(tǒng)泥頁巖孔隙度分布于1.15%～2.58%，平均值為1.71%，滲透率分布范圍為0.006～0.119 mD，平均值為0.063 mD(表1)。此外，本文統(tǒng)計(jì)了四川盆地焦頁1井志留系龍馬溪組(S1l)、威201井寒武系九老洞組(∈1j)和志留系龍馬溪組泥頁巖儲(chǔ)層物性。對(duì)比表明，滇黔桂盆地中、下泥盆統(tǒng)泥頁巖儲(chǔ)層物性接近于威201井九老洞組頁巖(孔隙度為1.71%，滲透率為0.058 mD)，鑒于威201井九老洞組已獲得工業(yè)氣流，所以滇黔桂盆地中、下泥盆統(tǒng)泥頁巖具備頁巖氣儲(chǔ)集條件。

3.2儲(chǔ)集空間類型

通過掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)滇黔桂盆地泥盆系泥頁巖中發(fā)育有豐富的儲(chǔ)集空間類型，包括裂縫、殘余原生孔隙(晶間孔隙)、次生溶蝕孔隙和粘土礦物伊利石化體積縮小形成的層間孔隙(圖6)。這些微孔隙和微裂縫構(gòu)成了復(fù)雜的多孔系統(tǒng)，為頁巖氣的賦存提供了儲(chǔ)集空間。對(duì)36個(gè)泥頁巖樣品的掃描電鏡結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在30個(gè)樣品中觀察到粘土礦物伊利石化體積縮小形成的層間孔隙，在19個(gè)樣品中觀察到次生溶蝕孔隙，在12個(gè)樣品中觀察到殘余原生孔隙，在7個(gè)樣品中觀察到裂縫。可見，粘土礦物伊利石化體積縮小形成的層間孔隙是研究區(qū)最主要的孔隙空間類型，其次為次生溶蝕孔隙，再次為原生孔隙和裂縫。此外，富有機(jī)質(zhì)頁巖中往往發(fā)育大量的有機(jī)質(zhì)孔隙[2,21]，本次研究沒有對(duì)掃描電鏡薄片進(jìn)行拋光，因此沒有觀察到此類微孔隙。

圖6　滇黔桂盆地泥盆系泥頁巖微孔隙和微裂縫(SEM)Fig.6　Micropores and microfractures ( SEM) of Devonian shale in Dian-Qian-Gui Basin

3.3礦物組成

脆性礦物含量是影響泥頁巖基質(zhì)孔隙度、微裂縫發(fā)育程度以及壓裂改造方式的重要因素[1,3,21]。石英和碳酸鹽巖等脆性礦物含量越高，其可壓裂性就越強(qiáng)，越有利于增產(chǎn)處理。具備商業(yè)開發(fā)條件的頁巖，其脆性礦物含量一般高于40%，粘土礦物含量小于50%[2, 22]。滇黔桂盆地泥盆系泥頁巖中石英、黃鐵礦和碳酸鹽巖等脆性礦物相對(duì)含量為30%～57%，平均值為46%，具備較好的可壓性(圖7)。

圖7　滇黔桂盆地泥盆系泥頁巖礦物組成三角圖Fig.7　Triangular plot of mineralogic composition of Devo-nian shale in Dian-Qian-Gui Basin

地區(qū)地點(diǎn)/井位層位孔隙度/%孔隙度平均值/%滲透率/mD滲透率平均值/mD桂中坳陷四川盆地象州熱水象州南沙象州熱水焦頁1井威201井D2d1.15D2d1.21D2d1.38D2d2.58D2d2.23D1y1.29S1l1.22～8.01∈1j1.27～2.47S1l1.27～6.681.711.294.601.713.630.0060.0130.0920.0870.1190.0330.002～5.7100.011～0.2730.005～0.0890.0630.0330.1600.0580.042

注：1 mD= 1×10-3μm2。

3.4吸附氣量

頁巖的吸附含氣量一般根據(jù)含氣頁巖樣品直接解吸得到，也可以根據(jù)等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合蘭格繆爾公式計(jì)算獲得。通過等溫吸附實(shí)驗(yàn)，首先獲得蘭格繆爾體積(GL)和蘭格繆爾壓力(PL)，再由蘭格繆爾公式(Ga=GL×PL/(P+PL))計(jì)算地層壓力條件(P)下頁巖吸附氣量(Ga)。

挑選了象州熱水剖面兩塊泥頁巖樣品進(jìn)行等溫吸附實(shí)驗(yàn)，獲得的GL分別為1.07 m3/t和1.72 m3/t，PL分別為1.27 MPa和2.21 MPa，其等溫吸附曲線如圖8所示。根據(jù)蘭格繆爾公式計(jì)算了兩個(gè)樣品在地層壓力條件下的吸附氣量，TOC為1.15%的樣品吸附氣量為0.99 m3/t，TOC為2.92%的樣品吸附氣量為1.50 m3/t，有機(jī)碳含量越高的頁巖能夠吸附的甲烷含量越高。

圖8　滇黔桂盆地泥盆系泥頁巖等溫吸附曲線Fig.8　Adsorption isothermal curve of Devonian shale in Dian-Qian-Gui Basin

4　頁巖氣保存條件

4.1泥頁巖封蓋條件

作為致密的細(xì)粒沉積巖，頁巖本身就可以作為自生自儲(chǔ)的頁巖氣藏的蓋層。由于頁巖氣特殊的賦存機(jī)理，以及頁巖本身具備烴濃度封閉特征，頁巖氣成藏所需的封蓋條件并不像常規(guī)氣藏要求的那么苛刻。物性封閉為最基本和最重要的蓋層微觀封閉機(jī)理，付廣等[23]指出可用孔喉半徑、孔隙度和滲透率、巖石比表面積、突破壓力等微觀物性參數(shù)評(píng)價(jià)蓋層的封蓋能力。

滇黔桂盆地大部分地區(qū)泥盆系泥頁巖Ro大于2.0%，伊利石結(jié)晶度為(0.26°～0.36°)Δ2θ，依據(jù)碎屑巖成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)[24]，屬于晚成巖階段。泥頁巖結(jié)構(gòu)致密，具超低孔、超低滲的物性特征，突破壓力高達(dá)13.6～30.0 MPa[25]，孔隙喉道極小，具有良好的封堵能力。

4.2斷裂活動(dòng)的影響

研究區(qū)晚古生代以來巖漿活動(dòng)不發(fā)育[25]，斷裂作用是該區(qū)頁巖氣藏破壞的主要外部因素。受晚古生代以來的印支、燕山和喜山運(yùn)動(dòng)影響，研究區(qū)發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，構(gòu)造作用對(duì)原生頁巖氣藏會(huì)起到明顯的調(diào)整作用，控制其成藏格局。以桂中坳陷柳江低凸起為例進(jìn)行構(gòu)造演化史分析，結(jié)果表明：印支期和喜山期以褶皺隆升為主，斷裂不發(fā)育，對(duì)頁巖氣藏破壞較??；燕山期為主要變形期，大量疊瓦狀逆沖斷裂和高角度逆沖斷層在此時(shí)發(fā)育，斷層斷穿泥盆系—三疊系，對(duì)現(xiàn)今殘存的頁巖氣藏分布格局起著決定性影響[26]。

桂中坳陷北部和東南部密集發(fā)育NNE—NE向深大斷裂，其中柳城斜坡、羅城低凸起、環(huán)江淺凹和宜山斷凹等4個(gè)圍繞雪峰山南緣的構(gòu)造單元，斷裂發(fā)育密度大于0.73×10-2條/km2[14]，且以走滑、高角度逆沖斷裂為主，斷層封閉性差，不利于頁巖氣保存。坳陷中西部柳江低凸起、紅渡淺凹、馬山斷凸長期處于構(gòu)造轉(zhuǎn)換地帶，受造山帶影響較少，斷裂發(fā)育密度小于0.44×10-2條/km2[14]，地層傾角低于19.0°，構(gòu)造變形較弱，且以逆沖、壓扭性斷裂為主，斷層封閉性較好，頁巖氣保存條件相對(duì)較好。

黔南坳陷西南部的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖覆蓋區(qū)，斷裂作用明顯減少，主要表現(xiàn)為以擠壓褶皺的塑性變形為特征，頁巖氣保存條件較好。南盤江坳陷經(jīng)歷的埋藏深度最大，遭受的構(gòu)造破壞最強(qiáng)烈，頁巖氣保存條件最差。

4.3抬升剝蝕作用的影響

滇黔桂盆地上泥盆統(tǒng)及以上地層在燕山和喜山運(yùn)動(dòng)期間經(jīng)歷了強(qiáng)烈的抬升剝蝕。對(duì)頁巖氣藏而言，抬升剝蝕會(huì)導(dǎo)致區(qū)域蓋層的破壞和斷層封閉性的降低。從利用Ro數(shù)據(jù)恢復(fù)的剝蝕厚度來看，黔南坳陷西南部至桂中坳陷中西部地區(qū)剝蝕厚度相對(duì)較小，為2 500～3 500 m，主要出露上石炭統(tǒng)—二疊系，泥盆系和下石炭統(tǒng)蓋層基本完整。由該地區(qū)往盆地東、西兩翼剝蝕厚度逐漸增大，黔東、桂東地區(qū)剝蝕厚度普遍在3 500 m以上，造成泥盆系—下石炭統(tǒng)泥巖蓋層普遍出露地表，南盤江坳陷剝蝕厚度在4 000 m以上，頁巖氣保存條件最差。燕山—喜山運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈剝蝕作用雖然導(dǎo)致了繼承性古隆起和盆地邊緣頁巖氣藏的破壞，但對(duì)于先期形成的目前仍深埋地腹的構(gòu)造，剝蝕作用對(duì)其影響可能有限，仍存在較好的保存條件，如黔南坳陷西南部、桂中坳陷中西部地區(qū)。

5　頁巖氣有利區(qū)及資源量預(yù)測

5.1有利區(qū)預(yù)測

國外學(xué)者普遍認(rèn)為北美產(chǎn)氣頁巖的TOC下限值為2.0%[27-30]。對(duì)于滇黔桂盆地泥盆系頁巖，本文將TOC下限定為1.5%，主要基于原始有機(jī)碳恢復(fù)法。處于高-過熱演化階段的海相Ⅰ型-Ⅱ型優(yōu)質(zhì)頁巖的原始有機(jī)碳損失較大，在評(píng)價(jià)其生烴能力時(shí)有必要進(jìn)行恢復(fù)[31]。秦建中等[32]研究表明，高-過成熟海相Ⅰ型-Ⅱ型優(yōu)質(zhì)頁巖的原始TOC恢復(fù)系數(shù)一般為1.32～1.68。當(dāng)殘余TOC為1.5%，恢復(fù)后的原始TOC能達(dá)到1.98%～2.52%，與北美含氣頁巖TOC下限值相當(dāng)。

形成工業(yè)性的頁巖氣藏，泥頁巖必須達(dá)到一定的厚度并連續(xù)分布，提供足夠的氣源和儲(chǔ)集空間。普遍認(rèn)為含氣頁巖的單層厚度下限應(yīng)該為30 m[33]，對(duì)于頁巖累計(jì)厚度下限，本文定為100 m，主要基于生氣強(qiáng)度法。富有機(jī)質(zhì)頁巖的生氣強(qiáng)度主要取決于頁巖厚度、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)類型和熱演化程度，單位面積頁巖生氣強(qiáng)度依據(jù)下列公式來計(jì)算：

Qa=Rp×TOC×K×ρ×H×106

(1)

根據(jù)頁巖的生氣強(qiáng)度和殘烴率可以計(jì)算單位面積頁巖氣資源豐度：

Qb=Qa×R=Rp×TOC×K×ρ×H×R×106

(2)

式(1)和式(2)中：Qa和Qb分別為單位面積頁巖氣生氣強(qiáng)度和單位面積資源豐度，m3/km2；Rp為單位質(zhì)量有機(jī)質(zhì)在地史過程中的生氣量，受母質(zhì)類型和熱演化程度雙因素控制，m3/t；K為原始TOC恢復(fù)系數(shù)，無量綱；ρ為源巖密度，t/m3；H為頁巖累計(jì)厚度，m；R為源巖中未排出的烴類占總生烴量的百分比，簡稱為殘烴率，無量綱。

通過計(jì)算得出，當(dāng)研究區(qū)頁巖累計(jì)厚度達(dá)100 m時(shí)，頁巖氣資源豐度為1.61×108m3/km2，與北美頁巖氣盆地的資源豐度平均值(1.5×108m3/km2)[22,29]接近。

依據(jù)北美頁巖氣勘探經(jīng)驗(yàn)，含氣頁巖Ro值最好介于1.0%～3.0%之間。頁巖埋深條件參考國土資源部油氣資源調(diào)查中心提出的“海相頁巖目標(biāo)區(qū)優(yōu)選參考標(biāo)準(zhǔn)”，即埋深應(yīng)該介于500～4 000 m之間。

根據(jù)以上的頁巖氣富集條件，結(jié)合不同次級(jí)構(gòu)造帶的頁巖氣保存特征，利用地質(zhì)多因素疊合法預(yù)測了滇黔桂盆地泥盆系頁巖氣有利分布區(qū)。下泥盆統(tǒng)頁巖氣有利區(qū)范圍較小，主要分布于天峨—南丹—ZK1井條帶狀地區(qū)、都安—大化—馬山地區(qū)以及鹿寨西部地區(qū)，總面積4 455 km2(圖4)。中泥盆統(tǒng)頁巖氣有利區(qū)范圍相對(duì)較廣，主要分布于天峨—南丹—河池一帶以及桂中坳陷中部的鹿寨—來賓—合山—大化地區(qū)，總面積16 953 km2(圖5)。

5.2資源量預(yù)測

由于滇黔桂盆地泥盆系和四川盆地下古生界具有較為相似的頁巖氣成藏地質(zhì)條件，并且四川盆地的頁巖氣勘探已經(jīng)取得了一定的成功，前人對(duì)其頁巖氣成藏條件取得了深入的認(rèn)識(shí)[10]。因此，本文以四川盆地下寒武統(tǒng)筇竹寺組和下志留統(tǒng)龍馬溪組作為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)，采用地質(zhì)資源豐度類比法計(jì)算研究區(qū)頁巖氣地質(zhì)資源量，其計(jì)算公式如下[34]：

(3)

式中：Q為預(yù)測區(qū)的頁巖氣總資源量，108m3；Si為預(yù)測區(qū)類比單元的面積，km2；Ki為頁巖氣儲(chǔ)量豐度，由標(biāo)準(zhǔn)區(qū)給出，108m3/km2；αi為預(yù)測區(qū)的類比相似系數(shù)，由預(yù)測區(qū)地質(zhì)類比總分除以標(biāo)準(zhǔn)區(qū)地質(zhì)類比總分求得，無量綱；i為預(yù)測區(qū)子區(qū)的個(gè)數(shù)。

在參數(shù)的取值上，類比單元面積采用頁巖氣有利區(qū)面積，標(biāo)準(zhǔn)區(qū)頁巖氣儲(chǔ)量豐度數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[34]。相似系數(shù)的求取方法如下：首先挑選生烴條件、儲(chǔ)集條件、綜合及配套條件等3大項(xiàng)14小項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)和評(píng)價(jià)區(qū)頁巖進(jìn)行地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分，通過取值打分得到標(biāo)準(zhǔn)區(qū)四川盆地筇竹寺組和龍馬溪組頁巖地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)得分為0.124和0.080，評(píng)價(jià)區(qū)滇黔桂盆地中、下泥盆統(tǒng)頁巖地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)得分為0.086和0.082，將評(píng)價(jià)區(qū)和標(biāo)準(zhǔn)區(qū)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)得分相除便得到相似系數(shù)。最終，根據(jù)上述參數(shù)由式(3)計(jì)算出滇黔桂盆地泥盆系頁巖氣地質(zhì)資源量為0.66×1012～1.09×1012m3(表2)。

表2滇黔桂盆地泥盆系頁巖氣地質(zhì)資源量類比法計(jì)算結(jié)果

Table 2Devonian shale gas resource of Dian-Qian-Gui Basin calculated by analogy method

標(biāo)準(zhǔn)區(qū)四川盆地筇竹寺組頁巖四川盆地龍馬溪組頁巖標(biāo)準(zhǔn)區(qū)儲(chǔ)量豐度/(108m3/km2)0.740.29 評(píng)價(jià)區(qū)下泥盆統(tǒng)中泥盆統(tǒng)下泥盆統(tǒng)中泥盆統(tǒng)有效頁巖面積/km2445516953445516953相似系數(shù)0.6610.6941.0251.075各層位資源量/108m32179.128706.381324.255285.10總資源量/1012m31.090.66

6　結(jié)　論

(1)滇黔桂盆地中、下泥盆統(tǒng)發(fā)育兩套臺(tái)盆相暗色泥頁巖沉積，泥頁巖單層厚度普遍為10～55 m，累計(jì)厚度一般在100～450 m之間，泥頁巖TOC一般為1.0%～2.5%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型-Ⅱ1型，處于高-過成熟熱演化階段，具備良好的生烴條件。

(2)泥盆系泥頁巖儲(chǔ)層物性接近于威201井九老洞組頁巖，且發(fā)育多種儲(chǔ)集空間類型，具備儲(chǔ)集條件。石英、黃鐵礦和碳酸鹽巖等脆性礦物含量平均值為46%，具備較好的可壓性，吸附氣量為0.99～1.50 m3/t。

(3)泥盆系泥頁巖處于晚成巖階段，突破壓力高達(dá)13.6～30.0 MPa，孔隙喉道極小，具良好的封堵能力。黔南坳陷西南部和桂中坳陷中西部地區(qū)地層相對(duì)平緩，斷裂密度和剝蝕厚度相對(duì)小，且斷裂性質(zhì)以逆沖、壓扭為主，頁巖氣保存條件相對(duì)較好。

(4)綜合考慮暗色泥頁巖厚度、埋藏深度、有機(jī)碳含量、熱演化程度和保存條件等因素，預(yù)測滇黔桂盆地泥盆系頁巖氣有利層段為塘丁組和羅富組，有利區(qū)主要分布于天峨—南丹—河池一帶以及桂中坳陷中部的鹿寨—來賓—合山—大化地區(qū)。利用地質(zhì)資源豐度類比法計(jì)算出頁巖氣地質(zhì)資源量為0.66×1012～1.09×1012m3。

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Shale Gas Accumulation Condition and Resource Potential Analysis of Devonian in Dian-Qian-Gui Basin

MENG Jiang-hui1,2, PAN Ren-fang1,2, CHEN Hao3, TANG Xiao-ling1,2

(1.KeyLaboratoryofOilandGasResourcesandExplorationTechnologyofMinistryofEducation,YangtzeUniversity,Wuhan，Hubei430100,China； 2.HubeiCooperativeInnovationCenterofUnconventionalOilandGas,YangtzeUniversity,Wuhan，Hubei430100,China;3.ShanghaiBranchofCNOOCLtd.,Shanghai200030,China)

Based on the outcrop observation, profile survey and sample analysis of Devonian dark shale, this paper studied the accumulation condition of Devonian shale gas in Dian-Qian-Gui Basin. The results show that two sets of dark shales of intraplatform depression facies were deposited in Dian-Qian-Gui Basin during the Early to Middle Devonian, and the single layer thickness of Devonian shale is 10-55 m; the accumulative thickness is generally between 100 m and 450 m. The TOC values are mainly in the range of 1.0% to 2.5%, and the organic matter type is Ⅰ-Ⅱ1, and the vitrinite reflectance values indicate high to over mature thermal evolution stages. As an effective reservoir, the porosity and permeability of Devonian shale in Dian-Qian-Gui Basin are similar to those of Jiulaodong Formation in well Wei-201, and various reservoir space types well developed in the shale, and the content of brittle minerals is averagely up to 67%. The gas preservation conditions of southwestern Qiannan Depression and middle-west Guizhong Depression are relatively better because of the relative flat strata, low fault density and erosion thickness, and thrusting and transpressional faults. Overall considering of the dark shale thickness, buried depth, organic matter content, thermal evolution degree and preservation condition, it can be predicted that the favorable intervals of Devonian shale gas are Tangding Formation and Luofu Formation, and the favorable areas mainly distribute in Tian’e-Nandan-Hechi area and Luzhai-Laibin-Heshan-Dahua area of middle Guizhong Depression. By using the analogy method of geological resource abundance, it can be calculated that the geological resources of Devonian shale gas is 0.66×1012m3to 1.09×1012m3.

shale gas; resource potential; Devonian; Dian-Qian-Gui Basin

2015-01-20；改回日期：2015-05-07；責(zé)任編輯：潘令枝。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“中揚(yáng)子區(qū)下古生界頁巖氣關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)限定值研究”(41402114)；中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目“我國西南古生界高-過熱演化條件下頁巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究”(2013M530342)。

孟江輝，男，博士，副教授，1983年出生，地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)，主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)研究。

Email: mjhyzu@163.com。

TE122.1

A

1000-8527(2016)01-0181-11