任東超，王曉飛，劉冬冬 ，宋達(dá)林，何身焱，梁 強(qiáng)，張 帥.

(1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東濟(jì)南 250013；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；3.中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東東營(yíng) 257000)

威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及有利勘探區(qū)預(yù)測(cè)

任東超1，王曉飛2，劉冬冬2，宋達(dá)林2，何身焱2，梁 強(qiáng)2，張 帥3.

(1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東濟(jì)南 250013；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；3.中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東東營(yíng) 257000)

為確定威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖氣的富集地質(zhì)條件及選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)筇竹寺組黑色頁(yè)巖露頭及巖心樣品進(jìn)行研究，分析其沉積及有機(jī)地球化學(xué)特征，總結(jié)出頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并優(yōu)選出有利勘探區(qū)。結(jié)果表明：研究區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖沉積穩(wěn)定，單層厚度較大，為250～350 m；有機(jī)碳含量高，平均為2.15%，成熟度較高，達(dá)到過(guò)成熟階段；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主，Ⅱ1型為輔；頁(yè)巖中石英、長(zhǎng)石等脆性礦物含量較高，有利于頁(yè)巖的壓裂開發(fā)。綜合分析頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件，總結(jié)出頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)達(dá)到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具有商業(yè)開發(fā)價(jià)值。采用信息疊合法初選出面積約為1500 km2的頁(yè)巖氣有利勘探區(qū)。

威遠(yuǎn)地區(qū)；筇竹寺組；頁(yè)巖氣；評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；有利探區(qū)

現(xiàn)今油氣勘探開發(fā)主要有3個(gè)方向：一是隱蔽圈閉油氣藏，二是煤層氣、頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣，三是盆地深部勘探。我國(guó)非常規(guī)油氣資源豐富，尤其是頁(yè)巖氣資源，據(jù)國(guó)土資源部2010年對(duì)全國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力的調(diào)查評(píng)價(jià)，中國(guó)陸域頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量為134.42×1012m3，可采資源量為25.08×1012m3(不含青藏區(qū))，超過(guò)了目前全球第一大頁(yè)巖氣生產(chǎn)國(guó)——美國(guó)的資源量。

四川盆地海相頁(yè)巖氣資源豐富，涪陵焦石壩頁(yè)巖氣井——焦頁(yè)1HF井為我國(guó)第一口商業(yè)化開采的頁(yè)巖氣井。近期長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)大型頁(yè)巖氣田[1]，可采資源量高達(dá)(68000～84000)×108m3[1-2]。研究顯示，長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組發(fā)育優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖，具有較好的圈閉條件，利于頁(yè)巖氣的形成、保存，前景較好[3-5]。但前人對(duì)海相頁(yè)巖氣的研究多集中在成藏條件、賦存機(jī)理及開發(fā)方法上[3-7]，對(duì)選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究較少，本文基于有機(jī)地球化學(xué)、沉積學(xué)等理論方法對(duì)威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖氣成藏特征進(jìn)行分析，選擇頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此優(yōu)選頁(yè)巖氣勘探的有利區(qū)塊，預(yù)測(cè)資源量。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

威遠(yuǎn)地處四川盆地中南部，西自彭山—樂(lè)山，東達(dá)榮昌—大足，北以成都—遂寧為界，南抵筠連—綏江，面積約1.2×104km2。構(gòu)造上主要位于加里東古隆起(樂(lè)山—龍女寺古隆起)東南部，包括川南古坳中隆低陡構(gòu)造區(qū)帶、川西南中古斜坡低陡構(gòu)造區(qū)帶及川中川南過(guò)渡帶、川西南部及川東部分地區(qū)[6-7]。威遠(yuǎn)地區(qū)古構(gòu)造演化與樂(lè)山—龍女寺古隆起關(guān)系密切。研究區(qū)先后經(jīng)歷了加里東期、印支期—燕山中期長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕，普遍缺失中侏羅統(tǒng)沙溪廟組及以上地層。區(qū)內(nèi)寒武系筇竹寺組現(xiàn)今埋深在2500～3000 m之間。下古生界海相黑色頁(yè)巖主要發(fā)育于下志留統(tǒng)龍馬溪組、下奧陶統(tǒng)五峰組和大灣組，以及下寒武統(tǒng)筇竹寺組4套地層中，其中筇竹寺組黑色頁(yè)巖厚度大、分布穩(wěn)定，勘探潛力較好[7-8]。

2 頁(yè)巖沉積特征

早寒武世筇竹寺組沉積期發(fā)生了寒武紀(jì)最大規(guī)模的海侵，海侵的方向?yàn)闁|部及東南方向，西部的康滇古陸提供了豐富的物源，沉積物主要為細(xì)粒陸源碎屑。筇竹寺組沉積環(huán)境整體為安靜的還原環(huán)境，形成了一套巨厚的淺海陸棚相泥質(zhì)烴源巖，該套烴源巖廣泛分布于揚(yáng)子、南秦嶺和滇黔北部地區(qū)的次深?！詈^(qū)。筇竹寺期整體為陸棚相環(huán)境，在川東北—鄂西為深水陸棚，盆地內(nèi)部除了川南威遠(yuǎn)、內(nèi)江、宜賓等一帶為深水陸棚外，總體上為淺水陸棚相[9](圖1)。威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組屬于深海陸棚沉積，沉積水體較深、還原性較強(qiáng)，水動(dòng)力較弱，有利于有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的沉積保存。

圖1 上揚(yáng)子板塊早寒武世筇竹寺期沉積相圖 (據(jù)李延鈞等，有改動(dòng))[9]Fig.1 Sedimentary facies diagram of Qiongzhusi in early Cambrian on Yangtze plate[9]

3 成藏地質(zhì)條件

頁(yè)巖氣分布主要受頁(yè)巖展布控制，具有大面積連續(xù)成藏的特征。頁(yè)巖氣富集成藏是頁(yè)巖生烴、儲(chǔ)集及保存等多種地質(zhì)因素共同作用的結(jié)果。對(duì)頁(yè)巖氣勘探選區(qū)而言，頁(yè)巖厚度、有機(jī)碳含量(TOC)、有機(jī)質(zhì)成熟度、頁(yè)巖儲(chǔ)集性能及頁(yè)巖氣區(qū)塊蓋層、斷裂發(fā)育情況等是評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)。

3.1 頁(yè)巖厚度

頁(yè)巖氣藏是自生自儲(chǔ)的內(nèi)源型氣藏，含氣頁(yè)巖厚度影響較大，同時(shí)厚度大也是保障可觀地質(zhì)儲(chǔ)量的先決條件。綜合國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)實(shí)際情況，將頁(yè)巖厚度劃分為薄層(<15 m)、中層(15～30 m)、中—厚層(30～60 m)、厚層(>60 m)[10]。剖面實(shí)測(cè)和鉆井資料表明，威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖單層厚度在250～350 m之間，對(duì)生氣起重要作用的有效頁(yè)巖(TOC>2%的單層頁(yè)巖)厚度分布在40～80 m范圍內(nèi)，表明威遠(yuǎn)地區(qū)具有生成頁(yè)巖氣的基礎(chǔ)。

3.2 頁(yè)巖脆性礦物含量

頁(yè)巖氣是典型的致密氣藏，頁(yè)巖氣的規(guī)模化開采主要依靠人工壓裂改造頁(yè)巖的滲流條件[10]，頁(yè)巖人工壓裂形成的裂縫發(fā)育程度與頁(yè)巖力學(xué)性質(zhì)關(guān)系密切。頁(yè)巖中石英、長(zhǎng)石及方解石等脆性礦物含量越高，人工壓裂的裂縫越發(fā)育。

用X射線衍射儀對(duì)研究區(qū)頁(yè)巖樣品的礦物成分進(jìn)行鑒定，結(jié)果顯示硅質(zhì)礦物(石英+長(zhǎng)石)含量較高，石英含量為29%～40%，平均為33.1%；長(zhǎng)石含量為20%～42%，平均為32.3%；碳酸鹽礦物含量很低，為2%～13%，平均為5.8%；縱向上黏土礦物含量較穩(wěn)定，為14%～28%，平均為20.9%；黃鐵礦平均為5%左右。根據(jù)國(guó)外頁(yè)巖氣開發(fā)數(shù)據(jù)，脆性礦物含量最好不低于40%，最差也必須超過(guò)25%?？傮w上筇竹寺組頁(yè)巖石英和長(zhǎng)石含量為65.4%，脆性礦物含量較高，有利于天然裂縫的形成及后期頁(yè)巖的壓裂開發(fā)。

3.3 有機(jī)碳含量(TOC)

有機(jī)碳含量控制生烴能力，決定著頁(yè)巖單位體積生烴量的多少；且有機(jī)碳含量與頁(yè)巖孔隙度呈正相關(guān)，有機(jī)碳含量愈高，含氣量愈大。前人研究表明，黃鐵礦與頁(yè)巖TOC、含氣性均具有較好的正相關(guān)性，頁(yè)巖中黃鐵礦含量一定程度上可預(yù)測(cè)TOC的變化[11]。此外，頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)對(duì)甲烷具有明顯吸附作用，有機(jī)質(zhì)含量越高吸附作用越明顯[12]。據(jù)威遠(yuǎn)地區(qū)3口井108個(gè)巖心樣品分析結(jié)果，筇竹寺組TOC分布在0.31%～4.89%之間，平均含量為1.32%，達(dá)到了有效頁(yè)巖有機(jī)碳豐度下限[13](圖2)。

圖2 威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖TOC統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.2 Shale TOC statistic histogram of Qiongzhushi formation in Weiyuan area

3.4 有機(jī)質(zhì)類型

泥頁(yè)巖生氣能力和含氣量很大程度上取決于有機(jī)質(zhì)的類型，有機(jī)質(zhì)類型也是評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖生氣質(zhì)量的重要指標(biāo)[14]。研究區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖樣品干酪根鏡檢顯示，干酪根組分以腐泥組為主(腐泥組含量平均大于85%)，為典型的Ⅰ型干酪根(表1)。

3.5 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是影響有機(jī)質(zhì)表面吸附氣含量的重要因素，是頁(yè)巖氣生氣能力評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[15]。威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖鏡質(zhì)組反射率平均為3.4%，達(dá)到了過(guò)成熟階段(表2)。

表1 威遠(yuǎn)地區(qū)威201井頁(yè)巖干酪根鏡檢分析表Table 1 Microscopic analysis of shale kerogen in W201, Weiyuan area

表2 威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖鏡質(zhì)組反射率Table 2 Reflectivity of shale vitrinite in Weiyuan area

3.6 頁(yè)巖孔隙及含氣性

頁(yè)巖孔隙是頁(yè)巖氣游離賦存的主要場(chǎng)所，頁(yè)巖含氣量隨頁(yè)巖孔隙度升高而增加。筇竹寺組頁(yè)巖主要發(fā)育粒間雜基微孔(圖3a)、泥質(zhì)碎片間微孔(圖3b)、黏土礦物片理微縫(圖3c)、煤球狀黃鐵礦晶間微孔(圖3d)。長(zhǎng)石礦物溶蝕微孔較少見(圖3e)，微裂縫局部發(fā)育，且多數(shù)被有機(jī)質(zhì)充填(圖3g)，有機(jī)質(zhì)孔較少且呈孤立分布，孔徑主要為50～150 nm，為納米級(jí)孔隙(圖3f)。上述微孔隙主要為納米級(jí)—微米級(jí)，孔徑以0.2～2.0 μm為主。

威201井筇竹寺組日產(chǎn)氣量較高的頁(yè)巖段平均孔隙度在4%以上。威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組400余個(gè)頁(yè)巖巖心實(shí)測(cè)孔隙度數(shù)據(jù)表明，孔隙度大多分布在1%～2%之間，平均值為1.7%；滲透率主要集中在0.01～0.10 mD之間。四川盆地南部筇竹寺組頁(yè)巖埋藏深度大、熱演化程度高，頁(yè)巖儲(chǔ)層表現(xiàn)為低孔、低滲，主要為微米—納米級(jí)孔隙。

頁(yè)巖含氣量是衡量頁(yè)巖氣是否具經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值和評(píng)估資源潛力的關(guān)鍵指標(biāo)。綜合國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果，將頁(yè)巖含氣量由低到高劃分為4個(gè)等級(jí)：低含氣量小于1.0 m3/t，較低含氣量為1.0～2.0 m3/t，中等含氣量為 2.0～4.0 m3/t，高含氣量大于4.0 m3/t[16-17]。威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖產(chǎn)氣層段含氣量平均值為2.0～4.0 m3/t，達(dá)到中等含氣量水平，具備較好的頁(yè)巖氣富集條件。

圖3 掃描電鏡下筇竹寺組頁(yè)巖孔隙類型Fig.3 Shale porosity type of Qiongzhusi formation under scanning electron microscopea.粒間雜基微孔;b.泥質(zhì)碎片間微孔;c.黏土礦物片理微縫;d.煤球狀黃鐵礦晶間微孔； e.長(zhǎng)石礦物溶蝕微孔;f.有機(jī)質(zhì)微孔;g.有機(jī)質(zhì)充填微裂縫

3.7 頁(yè)巖氣保存條件

盆地中南部筇竹寺組頁(yè)巖現(xiàn)今埋深在2000～3000 m之間，頁(yè)巖厚度大、分布穩(wěn)定，除在西北部受樂(lè)山—龍女寺加里東古隆起影響外，在其余地區(qū)筇竹寺下段的黑色頁(yè)巖(TOC>2%)厚度多為50～70 m；向上是幾十米至上百米的黑色或暗色頁(yè)巖(TOC逐漸降低)，屬于中等偏差烴源巖，不僅對(duì)頁(yè)巖氣形成毛細(xì)管封閉，且在一定程度上具有濃度封閉作用。

區(qū)域性構(gòu)造活動(dòng)，尤其是斷裂活動(dòng)及其伴生的裂縫不僅破壞常規(guī)油氣藏，對(duì)頁(yè)巖氣藏的保存也產(chǎn)生顯著影響[18]。四川盆地在演化形成過(guò)程中經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，尤其燕山期、喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，使盆地范圍內(nèi)三疊系、侏羅系及白堊系地層遭受不同程度的剝蝕，在川東地區(qū)形成一系列的高陡構(gòu)造帶；但盆地中南部地層變形程度相對(duì)較弱，局部地區(qū)發(fā)育大中型斷裂，對(duì)頁(yè)巖氣藏的保存產(chǎn)生不利影響，如盆地西南邊緣的周公1井、老龍1井、窩深1井和宮深1井由于大型斷裂活動(dòng)，大氣淡水滲入到震旦系儲(chǔ)層，寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖氣一定程度上遭到破壞。總體而言，盆地中南部筇竹寺組頁(yè)巖氣局部地區(qū)受斷裂活動(dòng)影響較大，保存條件較差；而在距大中型斷裂帶較遠(yuǎn)的地區(qū)，當(dāng)致密頂板和底板巖層發(fā)育時(shí)，頁(yè)巖氣往往具有較好的保存條件。

4 選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及有利勘探區(qū)預(yù)測(cè)

針對(duì)四川盆地南部筇竹寺組頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)特征，結(jié)合前人成果，從頁(yè)巖生氣、儲(chǔ)氣、保存及開發(fā)條件(不包括地面工程條件，如交通、水源、地貌以及管網(wǎng)等)，形成頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表4)。Ⅰ級(jí)指標(biāo)主要對(duì)應(yīng)于頁(yè)巖氣勘探開發(fā)有利區(qū)，即核心區(qū)，是頁(yè)巖氣高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)區(qū)，商業(yè)開發(fā)價(jià)值高；Ⅱ級(jí)指標(biāo)主要為頁(yè)巖氣較有利區(qū)，具商業(yè)開發(fā)價(jià)值；Ⅲ級(jí)指標(biāo)為潛在區(qū)，商業(yè)開發(fā)價(jià)值較低；Ⅳ級(jí)指標(biāo)為頁(yè)巖氣不利區(qū)，缺乏商業(yè)開發(fā)價(jià)值。

表3 四川盆地南部海相頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Evaluation index and evaluation criteria of marine shale gas selectivity in south of Sichuan basin

依據(jù)威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖TOC等值線、Ro等值線、頁(yè)巖有效厚度等值線，以及頁(yè)巖頂界埋藏深度，通過(guò)綜合信息疊合法預(yù)測(cè)出筇竹寺組頁(yè)巖氣有利區(qū)位于威遠(yuǎn)地區(qū)中部，西自簡(jiǎn)陽(yáng)—井研，東達(dá)樂(lè)至—自貢，簡(jiǎn)陽(yáng)—樂(lè)至以南，威遠(yuǎn)市區(qū)以北，面積約為1500 km2(圖4)。有利區(qū)內(nèi)的頁(yè)巖有效厚度達(dá)40～50 m，分布穩(wěn)定[19]；TOC較高(2.5%～3.0%)，為較好頁(yè)巖儲(chǔ)層；Ro大部分為2.6%，為高—過(guò)成熟階段。有利區(qū)頁(yè)巖埋深相對(duì)較淺，絕大部分集中在2500～3000 m之間，保存條件較好，達(dá)到Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具有商業(yè)開發(fā)價(jià)值。

5 結(jié)論

(1)四川盆地中南部威遠(yuǎn)地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色頁(yè)巖分布廣泛，厚度大(250～350 m)，主要為深海陸棚沉積環(huán)境，沉積水體較深，水動(dòng)力較弱，水體還原性較強(qiáng)，有利于有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的富集和保存。

(2)筇竹寺組頁(yè)巖有機(jī)碳含量高，有機(jī)質(zhì)成熟度較高，處于過(guò)成熟階段，干酪根類型主要為Ⅰ型。礦物組成以石英、長(zhǎng)石等脆性礦物為主，含有少量黃鐵礦，脆性較高，具有較好的壓裂潛力。

(2)優(yōu)選了頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，建立了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。研究選區(qū)達(dá)到Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具有商業(yè)開發(fā)價(jià)值。采用信息疊合法，優(yōu)選出頁(yè)巖氣有利勘探區(qū)，面積約為1500 km2。

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圖4 威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)預(yù)測(cè)Fig.4 Prediction of shale gas exploration favorable block in Qiongzhusi formation, Weiyuan area

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EvaluationCriterionandFavorableExplorationBlockForecastinQiongzhusiFormationofWeiyuanArea

Ren Dongchao1, Wang Xiaofei2, Liu Dongdong2, Song Dalin2, He Shenyan2, Liang Qiang2, Zhang Shuai3

(1.ShandongGeologicalProspectingInstituteofChinaChemicalGeologyandMineBureau,Jinan,Shandong250013,China; 2.CollegeofEnergyResources,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 3.PetroleumEngineeringDesignCo.,Ltd.,Sinopec,Dongying,Shandong257000,China)

According to the measured profile of dark shale and the laboratory test results of rock samples, this paper has studied the characteristics of shale gas forming conditions to reveal the evaluation criteria for shale gas and the favorable exploration area of Lower Cambrian Qiongzhusi formation of Weiyuan area. Results showed that the shale stability of Qiongzhusi formation in study area is stable, and the thickness of the single layer is 250～350 m. Organic matter abundance of shale is high, the average is 2.15%, and the maturity is also higher, reaching high mature stage. The organic matter types of shale is given priority to type Ⅰ, and the brittle content of minerals in shale is high, dominated by quartz and feldspar, which is in favor of the shale fracture development. The geological conditions of shale gas accumulation are comprehensively analyzed, then has summarized the criteria for evaluating shale gas selection. According to the criteria and study area met the secondary standard, showing that the study area had good potential of shale gas resources. Information superposition method was adopted and the area that about 1500 km2was initially selected as favorable area for shale gas exploration.

Weiyuan area; Qiongzhusi formation; shale gas; evaluation criterion; favorable exploration block

TE122

A

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“南方海相頁(yè)巖氣開采試驗(yàn)”(2011ZX05018-006-07)資助。

任東超(1991—)，男，工程師，研究方向?yàn)轫?yè)巖氣成藏與選區(qū)評(píng)價(jià)研究。郵箱：rdc1991@qq.com.