鄧 蘭 曾家瑤 石富倫

（1.貴州省煤層氣頁(yè)巖氣工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550008；2.貴州省煤田地質(zhì)局，貴州 貴陽(yáng) 550008）

0 引言

頁(yè)巖氣是以吸附、游離狀態(tài)殘留在頁(yè)巖中的一種非常規(guī)天然氣，近年來(lái)受到人們的廣泛關(guān)注。據(jù)國(guó)土資源部2011年公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)頁(yè)巖氣可采資源量達(dá)25×1012m3［1］。貴州省頁(yè)巖氣資源豐富，地質(zhì)資源量為13.54×1012m3，居全國(guó)第四［2］。貴州省共發(fā)育7套含氣頁(yè)巖層系，按時(shí)代從老到新依次是下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、變馬沖組，下志留統(tǒng)龍馬溪組、中泥盆統(tǒng)火烘組、下石炭統(tǒng)打屋壩組／舊司組、下二疊統(tǒng)梁山組、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M。貴州省內(nèi)7套含氣頁(yè)巖層系除上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M為海陸過(guò)渡相沉積外，其余6套為海相沉積。本次研究以貴州正安區(qū)塊下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖為研究重點(diǎn)，在對(duì)頁(yè)巖氣參數(shù)井安頁(yè)1井進(jìn)行樣品測(cè)試分析的基礎(chǔ)上，探討研究區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣的地質(zhì)特征，并進(jìn)一步分析該組頁(yè)巖氣的資源潛力。

1 地質(zhì)背景

正安區(qū)塊位于貴州省正安縣北部、務(wù)川縣西部和道真縣南部，面積約為695 km2。研究區(qū)所屬正安地區(qū)構(gòu)造上屬于上揚(yáng)子地臺(tái)川黔南北向構(gòu)造帶、北北東向構(gòu)造帶和北東向構(gòu)造帶的交匯地帶，區(qū)內(nèi)斷層、褶皺發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜。構(gòu)造演化過(guò)程經(jīng)歷了雪峰運(yùn)動(dòng)時(shí)期（Z）、早—中加里東時(shí)期（∈-O）、晚加里東時(shí)期（S）、海西期（D-C）、印支期（P-T）、燕山期（J-K）和喜山期（Q）。區(qū)內(nèi)地層歸屬于上揚(yáng)子川南—黔北地層分區(qū)，發(fā)育較完整，由新到老主要發(fā)育有第四系、三疊系中下統(tǒng)、二疊系、志留系下統(tǒng)、奧陶系和寒武系上統(tǒng)。下志留統(tǒng)自下而上包括龍馬溪組、石牛欄組和韓家店組，其中頁(yè)巖最為發(fā)育的是龍馬溪組。

2 龍馬溪組頁(yè)巖氣地質(zhì)特征

2.1 龍馬溪組頁(yè)巖分布特征

2.1.1 頁(yè)巖厚度

通過(guò)頁(yè)巖厚度及其分布范圍可判斷頁(yè)巖氣藏的邊界，頁(yè)巖厚度在一定程度上控制著頁(yè)巖氣藏的規(guī)模及經(jīng)濟(jì)效益［3］。區(qū)內(nèi)龍馬溪組地層厚度為140～384 m，以黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、灰色、灰綠色含鈣質(zhì)頁(yè)巖、含炭質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖為主，黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)富集。龍馬溪組頁(yè)巖厚0～40 m，其中優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚14～25 m，主要分布在安場(chǎng)向斜和斑竹向斜，具有由南向北厚度逐漸增加的趨勢(shì)（圖1）。

圖1 龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度及埋深預(yù)測(cè)等值線(xiàn)圖

2.1.2 頁(yè)巖埋深

埋深不是控制頁(yè)巖氣成藏的決定性因素，但其關(guān)系著頁(yè)巖氣藏勘探開(kāi)發(fā)的難度和經(jīng)濟(jì)效益［4］。區(qū)內(nèi)下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁(yè)巖埋深在0～3 500 m，其中安場(chǎng)向斜中心埋深最深，約為3 500 m，斑竹向斜中心埋深在2 000 m左右（圖1）。根據(jù)國(guó)土資源部油氣中心限定的有利頁(yè)巖氣發(fā)育的埋深界限（小于4 500 m）來(lái)看，區(qū)塊均處于可勘探范圍。

2.2 龍馬溪組頁(yè)巖地球化學(xué)特征

2.2.1 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

安頁(yè)1井龍馬溪組黑色頁(yè)巖樣品顯微組分主要為腐泥組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，缺乏殼質(zhì)組。其中腐泥組以分散狀礦物瀝青質(zhì)為主，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型指數(shù)在74～93，平均為85.5，干酪根類(lèi)型為Ⅰ型和Ⅱ1型（表1）。

表1 龍馬溪組頁(yè)巖干酪根顯微組分及類(lèi)型統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)碳（TOC）含量不僅在一定程度上控制著頁(yè)巖裂縫的發(fā)育程度，而且控制著頁(yè)巖的含氣量，TOC含量越高，頁(yè)巖吸附天然氣的能力越強(qiáng)［5］12。對(duì)安頁(yè)1井目的層段龍馬溪組頁(yè)巖地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析表明，TOC含量分布范圍在3.5%～5.4%，平均值為4.5%，變化幅度較小?？v向上，龍馬溪組下部TOC含量整體高于上部。通過(guò)對(duì)正安區(qū)塊及周邊地區(qū)49個(gè)野外露頭樣品和80個(gè)巖心樣品的TOC含量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，TOC含量大于2%的樣品比例超過(guò)70%，TOC含量大于5%的樣品比例也超過(guò)20%。區(qū)內(nèi)由南向北TOC值呈逐漸增加的趨勢(shì)，其中安場(chǎng)向斜范圍內(nèi)TOC含量大于3.5%，斑竹向斜范圍內(nèi)TOC含量在2.5%～3.5%（圖2）。由此可見(jiàn)，區(qū)塊內(nèi)龍馬溪組頁(yè)巖TOC含量較高且分布穩(wěn)定，為頁(yè)巖氣形成和富集提供了有利條件。

圖2 龍馬溪組黑色頁(yè)巖TOC含量及成熟度預(yù)測(cè)等值線(xiàn)圖

2.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度越高越有利于頁(yè)巖氣成藏。隨著有機(jī)質(zhì)成熟度的增高，頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)更多地轉(zhuǎn)化為烴類(lèi)，硅質(zhì)礦物含量相對(duì)上升，頁(yè)巖脆性也隨之增強(qiáng)，更易形成裂縫［5］12。通過(guò)對(duì)正安區(qū)塊及周邊地區(qū)34個(gè)樣品的鏡質(zhì)體反射率（Ro）統(tǒng)計(jì)得出，龍馬溪組黑色頁(yè)巖Ro分布范圍在1.924%～2.146%（表2）。其中安場(chǎng)向斜Ro在2.0%～2.1%，斑竹向斜Ro在1.9%～2.0%，Ro值從南向北逐步增加（圖2）。龍馬溪組黑色頁(yè)巖處于高—過(guò)成熟階段，生氣能力較強(qiáng)，具有較好的頁(yè)巖氣資源開(kāi)發(fā)前景。

表2 龍馬溪組頁(yè)巖Ro統(tǒng)計(jì)表

2.3 龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層物性特征

2.3.1 礦物成分

頁(yè)巖所含的脆性和硬性礦物對(duì)頁(yè)巖氣的開(kāi)采十分重要，脆性礦物含量較高，控制著頁(yè)巖造縫能力［6］。脆性大的巖石，裂縫更為發(fā)育且易于進(jìn)行水力壓裂，從而降低頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的難度并提高采收率［7］。通過(guò)X-衍射對(duì)安頁(yè)1井龍馬溪組頁(yè)巖進(jìn)行全巖檢測(cè)，結(jié)果顯示，龍馬溪組黑色頁(yè)巖脆性礦物以石英為主（含量為32%～65%），黏土礦物含量為22%～54%，其次為碳酸鹽巖，含量為2%～11%。部分樣品含少量黃鐵礦。區(qū)內(nèi)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖總體脆性礦物含量高，裂縫發(fā)育，有利于儲(chǔ)層改造。

2.3.2 孔滲特征

含氣頁(yè)巖通常較為致密，主要的孔隙類(lèi)型有微裂縫和粒間孔隙?？紫稙橛坞x氣的儲(chǔ)集場(chǎng)所，孔隙體積越大，游離氣含量越高。在安頁(yè)1井及周邊道頁(yè)1井的基礎(chǔ)上，利用脈沖法對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖孔—滲物性開(kāi)展分析測(cè)試。結(jié)果表明，正安區(qū)塊龍馬溪組頁(yè)巖孔隙度（?）介于0.84%～1.76%，平均為1.28%；滲透率（k）為0.000 1～0.028 3 mD，平均為0.009 7 mD（表3）。龍馬溪組巖心孔隙度和滲透率分布頻率見(jiàn)圖3，孔隙度以1%＜?≤1.5%為主要分布區(qū)間，累計(jì)可達(dá)總體的77.78%（圖3a）；滲透率以0＜k≤0.01 mD區(qū)間為主（圖3b），占總體的66.67%。結(jié)果顯示，龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層普遍具有超低孔、超低滲特征。據(jù)琚宜文等研究表明，盡管頁(yè)巖氣儲(chǔ)層低孔、超低滲，但仍具備一定的頁(yè)巖氣儲(chǔ)集條件［8］。龍馬溪組掃描電鏡測(cè)試樣品3個(gè)，孔隙類(lèi)型主要包括有機(jī)質(zhì)孔、礦物粒間微孔、晶間孔、次生溶蝕孔縫等，具良好的儲(chǔ)集空間（圖4）。

表3 龍馬溪組脈沖法測(cè)定孔—滲物性結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖3 龍馬溪組巖心孔隙度與滲透率分布直方圖

2.4 龍馬溪組頁(yè)巖含氣性特征

圖4 正安區(qū)塊下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖顯微結(jié)構(gòu)特征圖

頁(yè)巖含氣量是指每噸頁(yè)巖所含的天然氣總量。含氣量可分解為吸附、游離及較小的溶解含氣量，其大小直接影響著頁(yè)巖氣藏的經(jīng)濟(jì)可采價(jià)值。安頁(yè)1井鉆遇龍馬溪組高含氣碳質(zhì)頁(yè)巖累計(jì)厚19.50 m，全烴異常最高7.56%。巖心現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)，氣泡逸出劇烈，氣泡連續(xù)濃密，解析氣可燃，火焰呈淡藍(lán)色。采用與涪陵焦石壩頁(yè)巖氣田同樣的解析儀和方法對(duì)13塊巖心樣品進(jìn)行含氣量解析，現(xiàn)場(chǎng)解析氣量分布在2.177～6.227 m3／t（不含殘余氣）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出，區(qū)塊內(nèi)黑色頁(yè)巖具有良好的含氣性。龍馬溪組解析氣量普遍大于3.0 m3／t，最高大于6.0 m3／t，遠(yuǎn)超出最低的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的頁(yè)巖氣資源前景。

2.5 龍馬溪組頁(yè)巖蓋層特征

下志留統(tǒng)龍馬溪組的黑色碳質(zhì)頁(yè)巖為自生、自?xún)?chǔ)、自蓋的生儲(chǔ)蓋組合。龍馬溪組黑色碳質(zhì)頁(yè)巖厚度較大，有機(jī)質(zhì)豐度高，且進(jìn)入成熟生氣階段，巖心裂縫、微裂縫發(fā)育，氣測(cè)顯示較高，測(cè)井物性較好，是優(yōu)質(zhì)的烴源巖，也是良好的儲(chǔ)集層，而且頁(yè)巖自身獨(dú)特的成藏特點(diǎn)也使其不依賴(lài)蓋層，因此龍馬溪組黑色碳質(zhì)頁(yè)巖作為生氣層的同時(shí)，也是聚集和保存氣的儲(chǔ)層和蓋層。

3 龍馬溪組頁(yè)巖氣資源潛力分析

3.1 資源潛力

區(qū)塊內(nèi)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖TOC含量較高，有機(jī)質(zhì)成熟度適中，厚度較大，含氣量較高，頁(yè)巖氣資源潛力較大。選取《全國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力調(diào)查評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選》中的概率體積法對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖氣資源量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算參數(shù)主要包括有效頁(yè)巖分布面積、有效頁(yè)巖厚度、巖石密度和含氣量等。其中有效頁(yè)巖厚度主要根據(jù)面積概率取值，有效頁(yè)巖分布面積、頁(yè)巖的含氣量都采用與TOC含量的關(guān)系取值。評(píng)價(jià)參數(shù)條件概率賦值時(shí)，充分考慮實(shí)際地質(zhì)意義和合理性范圍，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行條件概率賦值。條件概率數(shù)值越小，表明把握程度（可信度）越低，其相應(yīng)的數(shù)據(jù)取值結(jié)果可能越大。計(jì)算結(jié)果顯示，龍馬溪組頁(yè)巖氣P50資源量為445.88×108m3。

3.2 有利區(qū)預(yù)測(cè)

根據(jù)正安區(qū)塊資料的實(shí)際情況，結(jié)合國(guó)外頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)［9］，針對(duì)頁(yè)巖層厚度、頁(yè)巖埋深、有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化程度、保存條件及地形條件等關(guān)鍵因素優(yōu)選出頁(yè)巖氣有利發(fā)育區(qū)。而有機(jī)質(zhì)類(lèi)型、礦物成分及含氣量等變化不大，因此在對(duì)有利區(qū)預(yù)測(cè)時(shí)未作考慮。正安區(qū)塊下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)劃分為兩個(gè)級(jí)別（圖5）。Ⅰ類(lèi)有利區(qū)為安場(chǎng)向斜，其優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖埋深小于3 500 m，厚度為18～25 m，TOC含量大于3.5%，Ro為2.0%～2.1%，面積為100 km2；Ⅱ類(lèi)有利區(qū)為斑竹向斜，其優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖埋深小于2 000 m，厚度為14～17 m，TOC含量為2.5%～3.5%，Ro為1.9%～2.0%，面積為94 km2。

圖5 正安區(qū)塊下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣有利發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)圖

4 結(jié)論

1）正安區(qū)塊下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖具有南薄北厚的分布特點(diǎn)，主要以黑色炭質(zhì)頁(yè)巖和灰色、灰綠色含鈣質(zhì)頁(yè)巖為主，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚14～25 m，埋深在0～3 500 m，相對(duì)較淺。有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，TOC含量普遍大于2.5%，且底部高于上部，屬于好—很好烴源巖，Ro介于1.924%～2.146%，處于高—過(guò)成熟階段，具有較高的生烴潛力。

2）正安區(qū)塊下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖總體脆性礦物含量高，以石英為主（32%～65%），超低孔、超低滲和多類(lèi)型微孔隙、微裂縫的儲(chǔ)層特征為頁(yè)巖氣提供了良好的儲(chǔ)集空間。龍馬溪組頁(yè)巖具有良好的含氣性，解析氣量普遍大于3.0 m3／t，最高大于6.0 m3／t，且作為生氣層的同時(shí)，也是聚集和保存氣的儲(chǔ)層和蓋層，具有良好的頁(yè)巖氣資源前景。

3）正安區(qū)塊下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣P50資源量為445.88×108m3，資源潛力較大。Ⅰ類(lèi)有利區(qū)安場(chǎng)向斜下志留統(tǒng)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，擁有優(yōu)越的地質(zhì)條件，且安頁(yè)1井錄井氣測(cè)顯示和試氣效果明顯，因此可作為下一步頁(yè)巖氣重點(diǎn)勘探開(kāi)發(fā)的目標(biāo)區(qū)域。