苑 坤方欣欣林 拓

（1中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心；2中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所）

三水盆地頁巖氣成藏條件分析

苑 坤1方欣欣2林 拓1

（1中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心；2中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所）

三水盆地常規(guī)油氣研究程度較高，但針對(duì)非常規(guī)油氣，特別是頁巖氣研究不足。為研究三水盆地古近系

三水盆地；頁巖氣； 心組；成藏條件；發(fā)展前景

北美頁巖氣的快速發(fā)展改變了全球能源供給的格局，頁巖氣迅速成為重要的天然氣勘探開發(fā)新目標(biāo)[1]。截至2015年，中國(guó)已在暗色頁巖特征、頁巖氣形成與富集條件、頁巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)帶優(yōu)選等基礎(chǔ)地質(zhì)理論與認(rèn)識(shí)上取得了重要進(jìn)展[2-4]。四川盆地古生界、鄂爾多斯盆地三疊系等多個(gè)地區(qū)和多個(gè)時(shí)代的海相、海陸交互相、陸相沉積取得頁巖氣重要突破和發(fā)現(xiàn)[5-8]。

總體而言，中國(guó)已發(fā)現(xiàn)的暗色頁巖形成環(huán)境分為5類[9-10]：①克拉通邊緣半深水—深水陸棚相；②克拉通邊緣沼澤相；③前陸盆地湖泊—沼澤相；④裂谷盆地?cái)?坳)陷半深湖—深湖相；⑤大型陸內(nèi)坳陷盆地深湖相。三水盆地 心組形成環(huán)境以深湖、半深湖為主，普遍發(fā)育頁巖、碳質(zhì)頁巖和泥灰?guī)r，其中 心組二段為湖平面最高時(shí)期沉積，主要發(fā)育暗色頁巖夾碳酸鹽巖[11]，生烴能力強(qiáng)，具備發(fā)育暗色頁巖的沉積背景。

1 地質(zhì)背景

三水盆地地處華南陸緣，是粵中地區(qū)最大的盆地。晚白堊世至中新世時(shí)期，由于太平洋板塊、印度—澳大利亞板塊與歐亞板塊的接觸碰撞，導(dǎo)致華南陸緣的伸展、破裂，形成了一系列斷陷盆地；受華夏板塊北緣南西—北東向走滑斷裂的控制，三水盆地為北西—南東向展布，呈不規(guī)則菱形，盆地內(nèi)發(fā)育寶月凹陷、大欖凸起等一系列次級(jí)構(gòu)造單元[12]（圖1）。

圖1 三水盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D

三水盆地主要沉積了白鶴洞組、三水組、大朗山組、 心組、西 組及華涌組6個(gè)地層單元(表1）[13]。

心組沉積時(shí)期為盆地發(fā)育的鼎盛時(shí)期，沉降幅度大，水平面最高，發(fā)育大套暗色頁巖，沉積厚度達(dá)到300～700m，平均為520m，沉積中心主要在寶月一帶。

表1 三水盆地白堊系—古近系地層劃分表

心組一段下部主要為深灰色和褐灰色的頁巖夾薄層含灰粉砂巖；上部為灰黑色頁巖，局部夾少量薄層含灰粉砂巖、硅質(zhì)巖、凝灰?guī)r。暗色頁巖自下而上逐漸增多，平面上由西北向東南減薄，部分區(qū)域缺失。

心組二段沉積時(shí)期，湖盆擴(kuò)展，是盆地主要暗色頁巖沉積期，上部巖性組合為暗色頁巖夾少量薄層含鈣粉—細(xì)砂巖，普遍含石膏，暗色頁巖堅(jiān)硬、致密，砂巖不發(fā)育，常見3～4個(gè)單砂層，以盆地西北部較為典型；下部為灰色中—粗砂巖、深灰色頁巖與石灰?guī)r互層，頁巖中普遍含鈣質(zhì)，常見鈣質(zhì)團(tuán)塊、石灰?guī)r小透鏡體。 心組三段沉積早期繼承了 心組二段的沉積格局，僅沉積中心有所遷移，厚度由西向東逐漸減??；巖性主要為深灰色鈣質(zhì)頁巖夾棕色、淺灰色鈣質(zhì)粉—細(xì)砂巖、鹽巖，底部為凝灰?guī)r，局部見細(xì)礫巖；暗色頁巖厚度為30～60m。 心組與西 組、大朗山組整合接觸。

三水盆地自古近紀(jì)共經(jīng)歷了4個(gè)構(gòu)造演化階段，分別為斷裂階段、沉降階段、抬升階段和萎縮階段。斷裂階段主要發(fā)生在 心組一段沉積時(shí)期，盆地受拉張應(yīng)力影響，形成地塹式斷陷結(jié)構(gòu)接受沉積； 心組二段沉積時(shí)期，湖盆裂陷幅度變大，斷裂活動(dòng)減弱，盆地持續(xù)沉降； 心組三段至西 組沉積早期，湖盆收縮變淺，河流入侵；西 組沉積末期至華涌組沉積早期，湖盆整體進(jìn)入抬升階段，發(fā)育河流及沖積平原相沉積，斷裂活動(dòng)減弱，但湖盆內(nèi)火山、巖漿侵入活動(dòng)頻繁；華涌組沉積后期，盆地萎縮，整體抬升遭受剝蝕，形成了現(xiàn)今的構(gòu)造格局[14]。

2 頁巖分布特征

三水盆地湖相頁巖在 心組最為發(fā)育。 心組沉積時(shí)期，潮濕、炎熱的氣候有利于生物的繁殖，大量的有機(jī)質(zhì)在還原條件下與黏土一同沉積、保存并向油氣演化，形成三水盆地主力暗色頁巖。 心組各段暗色頁巖的演化情況如下。

心組一段：湖盆開始形成，早期沉積紅色頁巖，中、晚期發(fā)育暗色頁巖。頁巖主要分布于盆地西北部小塘—寶月一帶，厚度約50～100m；盆地中部小塘—華木一帶次之，厚度約25～50m；寶月凹陷中部，頁巖呈北東向分布，由沉積中心向四周逐漸減薄，最厚部位可達(dá)103.85m。

《愛如茉莉》是蘇教版語文五年級(jí)下冊(cè)第五單元主題“親情依依”的開篇。課文用平凡生活的片斷來詮釋愛的真諦，使愛能看得見、聽得見，讓人能真切地感受到。真愛是這篇文章的主旨，茉莉是文章的線索。本文注重細(xì)節(jié)描寫，語言質(zhì)樸卻句句撥動(dòng)讀者的情感之弦。對(duì)于五年級(jí)學(xué)生來說，讀懂這些文字并不困難，但由于年齡限制，他們很容易對(duì)生活細(xì)節(jié)熟視無睹，不懂真正用心去體會(huì)文字背后深刻的內(nèi)涵。因此，本課教學(xué)要借助教材文本增強(qiáng)學(xué)生對(duì)生活的敏感性，擦亮學(xué)生的眼睛，讓他們善于去發(fā)現(xiàn)感悟生活之美，并學(xué)習(xí)借助一定的線索來表達(dá)自己的所見所思所想。

心組二段：湖泊相最為發(fā)育，且與海水有一定的連通，巖性主要為暗色頁巖夾碳酸鹽巖。頁巖多為深灰色—灰黑色，在盆地內(nèi)分布廣泛，單層厚度較大，盆地中北部華涌—寶月地區(qū)頁巖厚度約100～200m，最厚可達(dá)245m；南部官山一帶頁巖厚約50～150m。

心組三段：湖盆收縮變淺，河流入侵，以水退型沉積為主，巖性為深灰色—灰黑色硅質(zhì)頁巖。頁巖厚度約50～225m，以中北部華涌—寶月地區(qū)最為發(fā)育，最厚可達(dá)276m；南部官山一帶厚約50～100m。由于湖盆萎縮， 心組三段沉積的暗色頁巖有機(jī)質(zhì)豐度較一、二段變差。

總體看來， 心組在三水盆地西部的寶月—華涌—華木一線沉積較厚，以發(fā)育大套暗色頁巖為特征。沉積中心暗色頁巖厚度約50～70m，平均為58m，近南北向條帶狀展布，向周緣厚度逐漸減?。▓D2）。另外， 心組頂面埋深約500～3000m，盆地中心深，向東西兩翼變淺（圖3）。

3 有機(jī)地球化學(xué)特征

針對(duì)三水盆地 心組各段在不同地區(qū)野外露頭采集樣品，對(duì)暗色頁巖的有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)成熟度等地球化學(xué)特征進(jìn)行分析測(cè)試。

心組一段：暗色頁巖主要分布在寶月凹陷及大欖凸起所處的深凹邊緣地帶，TOC為0.2%～0.7%，最高可達(dá)1.0%。

心組二段：暗色頁巖主要分布于寶月— 心及華涌東部一帶，呈耳廓狀或馬蹄狀，TOC一般大于1.0%，最高可達(dá)2.25%，平均為1.25%；盆地中部小塘凹陷則為TOC低值區(qū)，約為0.5%～1.0%（圖4）。

心組三段：暗色頁巖分布范圍與 心組二段大體一致，有較好的繼承性，TOC為0.5%～1.0%。由于 心組三段在西部斜坡帶發(fā)育三角洲、水下沖積扇及河口壩等粗碎屑沉積，受其影響，這一時(shí)期沉積的暗色頁巖有機(jī)質(zhì)豐度降低，原 心組二段的有機(jī)質(zhì)高值區(qū)消失。

三水盆地主生氣帶在800～1200m左右，1400m以下有機(jī)質(zhì)生烴趨于結(jié)束。 心組二段及 心組三段頁巖的Ro值約在0.9%～1.5%之間，平均為1.31%，暗色頁巖熱解色譜最高熱解溫度達(dá)428～431℃，表明其有機(jī)質(zhì)處在正常成熟生烴范圍[15]。 心組二段頁巖大部分進(jìn)入Ro大于1.2%的階段，處于大量生氣期（圖5）。另外，根據(jù)該區(qū)寶月、竹山崗兩個(gè)油田產(chǎn)出原油的飽和烴氣相色譜分析結(jié)果，反應(yīng)成熟度的OEP值（1.08～1.20）均在成熟的液態(tài)窗范圍，表明心組二段頁巖處于成熟的油氣生成階段[15-17]。

圖2 三水盆地 心組暗色頁巖厚度等值線圖

圖3 三水盆地 心組頂面埋深圖

圖4 三水盆地 心組二段暗色頁巖TOC等值線圖

圖5 三水盆地 心組暗色頁巖Ro等值線圖

通過對(duì)選取的75塊樣品進(jìn)行元素測(cè)試分析（圖6）, 心組一段干酪根H/C比最低為0.4，最高為1.25，大部分分布于0.5～1.0，O/C比最低為0.05，最高可達(dá)0.26，大部分分布于0.05～0.16，干酪根類型主要為Ⅱ型、Ⅲ型，演化程度高，大部分處于成熟—高成熟、甚至過成熟階段； 心組二段H/C比最低為0.25，最高為1.7，大部分分布于0.55～1.25，O/C比最低為0.05，最高可達(dá)0.24，普遍分布于0.05～0.15，干酪根類型以Ⅲ型為主，少部分為Ⅱ型； 心組三段干酪根類型為Ⅲ型。

通過熱解參數(shù)分析（圖7）， 心組一段氫指數(shù)為6.0～420.7mg/g，平均為134.29mg/g，生烴潛量平均僅0.477kg/t，屬差烴源巖； 心組二段氫指數(shù)為1～550.2mg/g，平均為281.64mg/g，生烴潛量平均為3.719kg/t； 心組三段氫指數(shù)為1.5～603mg/g，平均為205.6mg/g，生烴潛量平均為0.924kg/t。

圖6 三水盆地 心組有機(jī)質(zhì)類型分區(qū)圖

圖7 三水盆地 心組氫指數(shù)、氧指數(shù)關(guān)系圖

上述參數(shù)是反應(yīng) 心組各段暗色頁巖質(zhì)量的指標(biāo)，但由于三水盆地暗色頁巖熱演化程度高，部分樣品已處于高成熟或過成熟狀態(tài)，致使已形成的石油裂解為氣體散失，所以采用熱解色譜方法判別母質(zhì)類型誤差較大，故與元素分析結(jié)果相差較多。

結(jié)合三水盆地 心組暗色頁巖厚度、埋深情況及有機(jī)地球化學(xué)特征，認(rèn)為寶月凹陷暗色頁巖發(fā)育部位和頁巖沉積中心基本一致， 心組二段殼質(zhì)組和腐泥組含量較高（大于60%），這與 心組沉積時(shí)期該地區(qū)處于深湖—淺湖環(huán)境有關(guān)[18]，湖盆相的發(fā)育更有利于生物繁殖和有機(jī)質(zhì)的保存。小塘凹陷區(qū)雖為淺湖—深湖環(huán)境、暗色頁巖厚，但殼質(zhì)組和腐泥組含量較低，有機(jī)質(zhì)豐度較低[19]。

綜合以上分析，三水盆地 心組暗色頁巖在平面上分布受物源和沉積環(huán)境的控制。 心組二段含氣量測(cè)試結(jié)果表明，在0.55MPa壓力時(shí)，最大吸附含氣量為1.64m3/t，優(yōu)于一段、三段，說明 心組二段頁巖更具勘探潛力。

4 頁巖儲(chǔ)集性能

三水盆地 心組頁巖中石英等脆性礦物含量較低，而黏土礦物和碳酸鹽礦物含量較高，不利于后期儲(chǔ)層壓裂造縫；但黏土礦物中伊利石化形成的微裂（孔）隙和不穩(wěn)定礦物（如長(zhǎng)石、方解石）溶蝕形成的孔洞較多，普遍發(fā)育的微裂隙增大了吸附性頁巖氣的儲(chǔ)集空間。

通過樣品掃描電鏡觀察， 心組暗色頁巖微孔隙發(fā)育，以自生黏土礦物（伊/蒙混層）中的微孔隙為主（圖8），總孔隙空間發(fā)育，但孔喉半徑小，微孔隙孔喉半徑以1～8μm居多，少量為8～15μm，樣品中孔隙度為0.9%～8.2%，平均為2.31%。當(dāng)頁巖中的孔隙度為1%～6%、滲透率大于0.001mD時(shí)，可以認(rèn)為是有效的頁巖氣儲(chǔ)集層位[16]，三水盆地心組頁巖有利于頁巖氣的儲(chǔ)存。

圖8 心組孔隙結(jié)構(gòu)特征

5 結(jié)語

從目前的勘探程度和石油地質(zhì)條件分析認(rèn)為，三水盆地 心組頁巖的厚度及各項(xiàng)有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)均達(dá)到頁巖氣成藏標(biāo)準(zhǔn)，頁巖氣資源潛力較大。盆地北部寶月凹陷作為 心組沉積時(shí)期盆地的沉積中心，其暗色頁巖厚度、有機(jī)碳含量和熱演化程度均優(yōu)于其他區(qū)域，具有優(yōu)越的頁巖氣生成和保存條件；其中心組二段暗色頁巖的地球化學(xué)指標(biāo)和儲(chǔ)集物性最為有利，可作為三水盆地頁巖氣勘探開發(fā)的主要目的層系。

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Analysis on accumulation conditions of shale gas in Sanshui Basin

Yuan Kun1, Fang Xinxin2, Lin Tuo1

(1 Oil & Gas Survey Center of China Geological Survey; 2 Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Science)

Many studies have been conducted on conventional oil and gas in the Sanshui Basin, but insuffcient efforts have been made on unconventional oil and gas, especially shale gas. In this paper, based on the structural and regional sedimentary settings, and using multiple techniques such as outcrops observation, samples testing, and scanning electron microscope (SEM), the distribution, organic geochemical features and reservoir properties of the Palaeogene Buxin Formation dark shale were investigated to identify the accumulation conditions in this area. It is shown that the Buxin Formation shale was developed under the control of lacustrine sedimentary environment during the formation of the lake basin, with consistent depocenter and subsidence center, shale thickness of about 50-70 m (58 m on average), and burial depth of about 500-3000 m, which are favorable for preservation of organic matters. Dominated by Type II-III kerogens, the Buxin Formation shale is in the maturity stage, with TOC of 0.56%-3.29% (1.25% on average) and Ro of 0.71%-1.94% (1.31% on average), indicating that it is basically qualifed for gas accumulation. Microscopically, micropores in authigene clay minerals are dominant, with the pore-throat radius of 1-8 μm, and total pore space is developed, providing effective reservoir space for shale gas. The Buxin Formation can be divided into three members from the bottom to the top. The 2ndMember composed of deep lacustrine sediments was deposited during the period when dark shale in the basin was formed and has the most favorable organic geochemistry parameters, relatively good reservoir properties, and greatest hydrocarbon generation potentials. In contrast, the 3rdMember and 1stMember have inferior properties in a descending order.

Sanshui Basin, shale gas, Buxin Formation, accumulation conditions, development prospects

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“滇黔桂上古生界頁巖氣戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查”（DD20160196）。

苑坤，(1985-）男，河北石家莊人，碩士，2010年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），工程師，主要從事頁巖氣資源評(píng)價(jià)工作。地址：北京市朝陽區(qū)安外小關(guān)東里10號(hào)院東小樓，郵政編碼：100029，E-mail：cheerlist@qq.com

2016-01-07；修改日期：2016-11-14

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.02.010

TE112

A

心組頁巖的成藏條件，結(jié)合構(gòu)造和區(qū)域沉積背景，通過野外露頭觀察、樣品測(cè)試、掃描電鏡等多種技術(shù)手段，對(duì)暗色頁巖分布情況、有機(jī)地球化學(xué)特征及頁巖儲(chǔ)集性能進(jìn)行研究。研究表明，三水盆地 心組發(fā)育時(shí)期為湖盆的主要形成時(shí)期，湖相沉積環(huán)境控制了暗色頁巖的發(fā)育，盆地沉積中心與沉降中心一致，暗色頁巖厚度為50～70m，平均為58m，埋藏深度為500～3000m，有利于有機(jī)質(zhì)保存。 心組頁巖干酪根類型為Ⅱ—Ⅲ型，TOC分布在0.56%～3.29%，平均為1.25%，Ro分布在0.71%～1.94%，平均為1.31%，處于成熟階段，具備頁巖氣成藏的基本條件。鏡下觀察顯示，孔隙類型以自生黏土礦物中的微孔隙為主，孔喉半徑多為1～8μm，總孔隙空間發(fā)育，可提供有效的頁巖氣儲(chǔ)集空間。

心組由下到上可劃分為一段、二段和三段，其中 心組二段為深湖相沉積，其沉積期是盆地主要暗色頁巖形成期，各項(xiàng)有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)最為有利，儲(chǔ)集性能相對(duì)較好，最具有生烴潛力， 心組三段次之，一段最差。