梁學(xué)堂, 張祎然, 張海強

(湖北省地質(zhì)局 地球物理勘探大隊,湖北 武漢 430056)

隨著中國經(jīng)濟快速發(fā)展,對能源的需求急劇增大,在全球化石燃料總量減少及其開發(fā)利用給環(huán)境帶來惡化的情況下,勘探開發(fā)頁巖氣,是以中國地質(zhì)調(diào)查局為首的決策部門提出的戰(zhàn)略遠景規(guī)劃。近年來,在鄂西揚子陸塊區(qū)部署了大量的頁巖氣調(diào)查工作,目前已取得了“湖北宜昌震旦、寒武、志留系獲得多層頁巖氣重大發(fā)現(xiàn)”的成果。

頁巖氣,是指主體上以吸附和游離狀態(tài)存在于低孔隙度、特低滲透率、富有機質(zhì)的暗色泥頁巖或高碳泥頁巖層中的非常規(guī)天然氣。和其它能源相比,它更高效且清潔。2011年,國務(wù)院批準(zhǔn)頁巖氣為新的獨立礦種,為中國第172種礦產(chǎn)。但世界上勘探開發(fā)頁巖氣,卻始于80多年前的美國。經(jīng)過幾十年的不斷探索,美國已對包括密西根、印第安納等5個盆地的頁巖氣實現(xiàn)了大規(guī)模的商業(yè)性開采。目前,中國重慶涪陵礁石壩地區(qū)也成為全球北美地區(qū)以外第一個進行商業(yè)開采的大型頁巖氣田。而與重慶涪陵礁石壩地區(qū)同樣處于上揚子陸塊區(qū)的鄂西地區(qū),目前仍處于頁巖氣調(diào)查及勘探評價選區(qū)階段。因此,應(yīng)用鄂西地區(qū)頁巖氣調(diào)查伽瑪能譜測井資料,對頁巖儲層進行沉積環(huán)境分析,結(jié)合頁巖儲層的巖石物理模型,開展頁巖儲層綜合評價,對提升該區(qū)頁巖氣找礦效果具有重要的科研及現(xiàn)實意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

包括鄂西在內(nèi)的中揚子陸殼是在中太古代—古元古代微型陸核的基礎(chǔ)上,中新元古代經(jīng)過多期褶皺、變質(zhì)和巖漿活動等固結(jié)作用形成的。存在結(jié)晶基底和褶皺基底兩種類型的基底,以水月寺(巖)群、崆嶺(巖)群及TTG片麻巖巖套(古老深成侵入體)等剛性結(jié)晶基底為核心,局部周圍發(fā)育神農(nóng)架群、冷家溪群等褶皺基底[1]。

鄂西地區(qū)廣泛分布多套富有機質(zhì)泥頁巖層系,具有利的沉積相帶及巨厚的海相、過渡相及陸相沉積地層。初步分析表明,區(qū)內(nèi)包括下震旦統(tǒng)陡山沱組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)龍馬溪組、上二疊統(tǒng)大隆組等4套海相富有機質(zhì)泥頁巖地層,厚度較大,分布廣,具有形成頁巖氣良好的物質(zhì)基礎(chǔ)[2-4]。

該區(qū)地層出露齊全,沉積序列完整,構(gòu)造變形強弱不一,是尋找頁巖氣的理想地區(qū),2010年國土資源部把該地區(qū)列為國內(nèi)頁巖氣勘探的第一梯次先導(dǎo)試驗區(qū)。據(jù)湖北省地質(zhì)調(diào)查院2014年度實施的“秭地1井”的鉆探成果,首次在鄂西秭歸地區(qū)震旦系陡山沱組、寒武系牛蹄塘組發(fā)現(xiàn)頁巖氣顯示。2015年,中國地調(diào)局油氣調(diào)查中心與湖北省地質(zhì)調(diào)查院又在該區(qū)聯(lián)合部署了“秭地2井”,該井在寒武系牛蹄塘組和震旦系陡山沱組獲得重大頁巖氣發(fā)現(xiàn),其中牛蹄塘組最高含氣量達4.45 m3/t,是截至目前武陵山地區(qū)牛蹄塘組獲得的最高含氣量;陡山沱組最高含氣量為1.67 m3/t,陡山沱組是全球目前已發(fā)現(xiàn)的最古老的含頁巖氣層位[3-4]。各種跡象表明,處于揚子陸塊上的鄂西地區(qū)具有巨大的頁巖氣找礦潛力。

2 頁巖儲層沉積環(huán)境分析交會圖法

2.1 沉積環(huán)境影響有機質(zhì)保存的機理

頁巖氣聚集成藏需要豐富的氣源物質(zhì)基礎(chǔ),要求生烴有機質(zhì)含量達到一定標(biāo)準(zhǔn)。有機質(zhì)豐度高的黑色泥頁巖是頁巖氣成藏的最好源巖,它們的形成需要較快速的沉積條件和封閉性較好的還原環(huán)境。沉積速率較快可以使得富含有機質(zhì)頁巖在被氧化破壞之前能夠大量沉積下來,而水體缺氧可以抑制微生物的活動性,減小其對有機質(zhì)的破壞作用。在沉積埋藏后控制甲烷產(chǎn)量的因素是缺氧、缺硫酸鹽環(huán)境,低溫、富含有機物質(zhì)和具有充足的儲存氣體的空間。

泥頁巖是否具有頁巖氣的生氣潛力,與其形成環(huán)境有很大的關(guān)系。高能環(huán)境為淺水氧化環(huán)境,水體動蕩較大,多沉積粗粒沉積物;低能環(huán)境一般是深水還原環(huán)境,水體安靜,多沉積細粒沉積物或化學(xué)沉積物,而后者更有利于有機質(zhì)的沉積和保存。

一般情況下,高能環(huán)境下的釷含量比低能環(huán)境下高,低能環(huán)境下鈾和鉀含量較高。另外,鈾含量與氧化還原環(huán)境有關(guān),還原環(huán)境有機質(zhì)含量高、鈾含量高,氧化環(huán)境下釷含量比較高。釷、鉀含量還與粘土關(guān)系密切。

Th/K主要反映沉積能量大小,在高能環(huán)境下Th/K比值高,低能環(huán)境下Th/K比值低。比值在10以上為高能環(huán)境,10～6為亞高能環(huán)境,6～3為低能環(huán)境[5-7]。

Th/U主要反映化學(xué)相,氧化環(huán)境下Th/U比值高,還原環(huán)境下Th/U比值低。據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計,Th/U值>7時,主要為陸相泥巖和鋁土礦,屬風(fēng)化完全、有氧化和淋濾作用的陸相沉積;2～7一般為氧化—還原過渡帶的沉積環(huán)境;<2為強還原環(huán)境的海相沉積,巖性為海相暗色泥巖、石灰?guī)r及磷酸鹽巖。

良好頁巖氣儲層一般顯示為高放射性。導(dǎo)致頁巖氣儲層放射性元素增高的原因有二:其一是泥頁巖在形成過程中吸附了放射性元素,粘土顆粒吸附放射性物質(zhì)能力較強,最常見的為鈾、釷、鉀三種元素;其二是有機質(zhì)含量豐富,干酪根形成與鈾沉積環(huán)境有很好的正相關(guān)性,同為低能、強還原環(huán)境,鈾元素沒被氧化而被保存。

自然伽瑪能譜測井,可以測量出鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)等放射性元素各自不同能譜段的計數(shù)率,并通過換算系數(shù),求出地層中鈾(10-6)、釷(10-6)的濃度和鉀(%)的含量[8-9]。將測量的鈾、釷、鉀忽略各自的單位,計算比值Th/U、Th/K。研究表明,這些比值在研究沉積環(huán)境、識別高放射性儲層、計算儲層參數(shù)、評價生氣巖等方面具有重要意義。

2.2 交會圖分析方法簡介

測井交會圖是由兩種測井參數(shù)組成一個直角坐標(biāo)系,然后分別把各個巖性的測井值畫到該坐標(biāo)系里,對一些已進行巖性分層的測井統(tǒng)計值的觀測,可以看出不同巖性的點分布在不同的區(qū)域,根據(jù)不同巖性的物性分區(qū)特點就可以進一步進行儲層或巖性識別。

伽瑪能譜測井交會圖一般分為兩種,即Th、K交會圖,Th、U交會圖。

(1) 以Th含量為縱坐標(biāo),其單位為10-6,以K含量為橫坐標(biāo),其單位為%;以Th/K比值(直線斜率)為象限,分別以10、6、3為斜率來劃分區(qū)域;然后把各個儲層的測井值落點到該坐標(biāo)系里,分析落點在哪個區(qū)域,就可以分析儲層的沉積能量的大小。據(jù)此可以判別儲層是高能環(huán)境、亞高能環(huán)境,還是低能環(huán)境。

(2) 以Th含量為縱坐標(biāo),其單位為10-6,以U含量為橫坐標(biāo),其單位為10-6;以Th/U比值(直線斜率)為象限,分別以7、2為斜率劃分區(qū)域;然后分別把各個儲層的測井值落點到該坐標(biāo)系里,分析落點在哪個區(qū)域,就可以分析儲層的化學(xué)相。據(jù)此可以判別儲層是屬于風(fēng)化完全、有氧化和淋濾作用的陸相沉積,還是氧化—還原過渡帶的沉積環(huán)境,還是強還原環(huán)境的海相沉積。

舉例:圖1為Th、K交會圖,其為用于劃分巖性的參考圖,圖2為鄂西地區(qū)某測井頁巖儲層進行巖性劃分和沉積環(huán)境分析所做的交會圖。

圖1 釷/鉀用于劃分巖性的交會圖Fig.1 Thorium/potassium cross plot for lithology classification

從圖2可看出,某頁巖儲層Th、K含量值落點在Th/K比值3.5～12變化范圍內(nèi),參考圖1知道,該儲層粘土類型為蒙脫石,沉積能量為亞高能環(huán)境。Th、U含量值落點在Th/U比值<2的范圍內(nèi),表明該頁巖儲層化學(xué)相為強還原環(huán)境的海相沉積,巖性為黑色海相泥巖、石灰?guī)r及磷酸鹽巖。強還原環(huán)境有利于有機質(zhì)的保存,有較好的生氣潛力。

圖2 某頁巖儲層Th-K、Th-U交會圖Fig.2 Th-K and Th-U cross plot of a shale reservoir

3 鄂西頁巖儲層伽瑪能譜特征及沉積環(huán)境分析

本次研究共收集了5口有頁巖氣顯示、涵蓋鄂西四套頁巖儲層的伽瑪能譜測井資料(鉆井分布位置詳見圖3),其中大隆組1口、龍馬溪組與牛蹄塘組各2口、陡山沱組1口(見表1)。

根據(jù)伽瑪能譜特征與沉積環(huán)境關(guān)系,簡要分析如下:

3.1 陡山沱組(Z1d)頁巖儲層伽瑪能譜特征及沉積環(huán)境

圖3 測井位置分布略圖Fig.3 Map of well location distribution

表1 頁巖儲層伽瑪能譜特征分析表Table 1 Analysis of gamma spectrum characteristics of shale reservoirs

地層層位井號層位深度/mGR均值/APITh/10-6K/%U/10-6Th/KTh/U沉積環(huán)境大隆組D1700～7202337.9～12.8均值10.70.6～1.6均值1.011.0～18.0均值14.75.2～20.5均值11.20.6～1.1均值0.7高能還原環(huán)境龍馬溪組L1770～7802830.1～72.8均值22.20.3～9.9均值3.02.9～64.5均值17.70.1～20.2均值7.60.1～4.8均值1.5亞高能還原環(huán)境L2615～6252644.2～45.9均值19.32.3～5.2均值2.817.1～78.8均值19.31.8～10.0均值6.90.3～2.0均值1.3亞高能還原環(huán)境牛蹄塘組N11 775～1 7853004.1～42.4均值17.41.0～8.4均值4.22.2～20.7均值8.33.0～6.2均值4.21.0～3.2均值1.9低能還原環(huán)境Z1805～8154736.8～63.8均值33.61.4～9.2均值5.05.0～100.2均值37.42.4～10均值6.70.1～3.4均值1.9亞高能還原環(huán)境陡山沱組Z11 320～1 330110.1～4.8均值2.50.1～1.0均值0.60.11～1均值0.60.2～23.6均值5.20.3～9.7均值4.5亞高能過渡環(huán)境

圖4 Z1井頁巖儲層Th-K、Th-U交會圖Fig.4 Th-K and Th-U cross sections of shale reservoirs in well Z1

圖5 N1井頁巖儲層Th-K、Th-U交會圖Fig.5 Th-K and Th-U cross sections of shale reservoirs in well N1

圖6 Z1井(牛蹄塘組)頁巖儲層Th-K、Th-U交會圖Fig.6 Th-K and Th-U cross sections of shale reservoirs in Z1 well(Niutitang Formation)

Z1井1 320～1 330 m井段為陡山沱組泥頁巖,放射性元素含量及其比值詳見表1,該層厚為10 m,GR值很小,均值為11 API,幾乎無任何放射性異常,說明該井段Th、K、U放射性元素含量極少,有機質(zhì)含量低。從陡山沱組Th/K、Th/U交會圖(圖4)知道,Th、K含量值落點在Th/K比值<10范圍內(nèi),該儲層粘土類型為蒙脫石、伊利石混層,沉積能量為亞高能環(huán)境。Th、U含量值落點在Th/U比值為2～7范圍內(nèi),化學(xué)相為氧化—還原過渡帶的沉積環(huán)境。綜合分析認為,該層泥頁巖有機質(zhì)含量較低,沉積環(huán)境不甚有利,生烴潛力一般。

3.2 牛蹄塘組(∈1n)頁巖儲層伽瑪能譜特征及沉積環(huán)境

N1井1 775～1 785 m井段、Z1井805～815 m井段為牛蹄塘組泥頁巖,放射性元素含量及其比值詳見表1。該層厚為10 m,GR值很高,變化范圍為300～473 API,為四個頁巖氣儲層最高值,說明該儲層Th、K、U放射性元素含量極高,有機質(zhì)很豐富。從陡山沱組Th/K、Th/U交會圖(圖5、圖6)知道,N1井 Th、K含量值落點在Th/K比值為3～6范圍內(nèi),該儲層粘土類型為蒙脫石,沉積能量為低能環(huán)境;Z1井 Th、K含量值落點在Th/K比值為3～10范圍內(nèi),該儲層粘土類型以蒙脫石為主,伊利石少量,沉積能量為亞高能—低能環(huán)境。兩口井Th、U含量值落點在Th/U比值<2范圍內(nèi),化學(xué)相為強還原沉積環(huán)境。綜合分析認為,該層泥頁巖有機質(zhì)含量很高,沉積環(huán)境有利,有很好的生烴潛力。

3.3 龍馬溪組(O3S1l)頁巖儲層伽瑪能譜特征及沉積環(huán)境

L1井770～780 m井段、L2井615～625 m井段為龍馬溪組泥頁巖,放射性元素含量及其比值詳見表1。該層厚為10 m,GR值高,僅次于牛蹄塘組,變化范圍為264～283 API,說明該儲層Th、K、U放射性元素含量較高,有機質(zhì)較豐富。從龍馬溪組Th/K、Th/U交會圖(圖7、圖8)知道,兩口井 Th、K含量值落點大多在Th/K比值為2～10范圍內(nèi),該儲層粘土類型為蒙脫石、伊利石、云母混層,沉積能量為亞高能—低能環(huán)境。兩口井Th、U含量值落點大多在Th/U比值<2范圍內(nèi),L1井有少量落點在2～7范圍內(nèi),化學(xué)相綜合為還原沉積環(huán)境。綜合分析認為,該層泥頁巖有機質(zhì)含量較高,沉積環(huán)境有利,具有良好的生烴潛力。

圖7 L1井頁巖儲層Th-K、Th-U交會圖Fig.7 Th-K and Th-U cross sections of shale reservoirs in well L1

圖8 L2井頁巖儲層Th-K、Th-U交會圖Fig.8 Th-K and Th-U cross sections of shale reservoirs in well L2

圖9 D1井頁巖儲層Th-K、Th-U交會圖Fig.9 Th-K and Th-U cross sections of shale reservoirs in D1 well

3.4 大隆組(P3d)頁巖儲層伽瑪能譜特征及沉積環(huán)境

D1井700～720 m井段為大隆組泥頁巖,放射性元素含量及其比值詳見表1。該層厚為20 m,GR值較高,均值為233 API,說明該井段Th、K、U放射性元素含量較高,有機質(zhì)較豐富。從大隆組Th/K、Th/U交會圖(圖9)知道,Th、K含量值落點在Th/K比值為11.2,該儲層粘土類型為蒙脫石,沉積能量為高能環(huán)境。Th、U含量值落點在Th/U比值<2范圍內(nèi),化學(xué)相為強還原沉積環(huán)境。綜合分析認為,該層泥頁巖有機質(zhì)含量較高,沉積環(huán)境較有利,具有一定的生烴潛力。

4 鄂西頁巖儲層綜合評價

為了頁巖儲層綜合評價結(jié)果更符合客觀實際,并盡可能具有代表性,本文共收集、利用了2口陡山沱組、5口牛蹄塘組、4口龍馬溪組、2口大隆組共13口地球物理測井?dāng)?shù)據(jù),通過建立巖石物理模型,計算出儲層參數(shù),結(jié)合收集的鄂西地區(qū)有機地化特征等資料來開展綜合評價。

4.1 頁巖儲層綜合評價標(biāo)準(zhǔn)

評價泥頁巖儲層的關(guān)鍵地質(zhì)要素主要有儲層物性、儲層礦物成分、有機質(zhì)類型、有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)成熟度、儲層含氣性、頁巖力學(xué)性質(zhì)、頁巖氣層埋深、頁巖氣藏厚度等。美國作為頁巖氣勘探技術(shù)成熟國家,通常把富集、可采性的頁巖氣藏的基本標(biāo)準(zhǔn)定義為:有機質(zhì)豐度較高,成熟度較高,一般有機質(zhì)類型較好,脆性礦物含量較高。

在參考地區(qū)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上、結(jié)合掌握的實際材料,建立簡化的評價標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。

4.2 震旦系陡山沱組頁巖儲層綜合評價

陡山沱組含碳泥頁巖有機質(zhì)成熟度高,干酪根類型為Ⅰ型,裂隙發(fā)育、孔隙度大、滲透率高,是較好的頁巖氣儲層。雖然通過測井參數(shù)計算的有機碳(TOC)含量相對較低,但據(jù)相關(guān)研究,前古生界地層碳酸鹽巖有機碳含量下限>0.1%～0.2%,即可適于生成油氣[10-11]。

表2 鄂西上揚子陸塊區(qū)頁巖氣層分類評價參考表Table 2 Reference table for shale gas classification evaluation in Upper Yangtze block of Western Hubei Province

注:1) Ⅰ型干酪根—腐泥型來自藻類沉積物,或有機質(zhì)被細菌改造而成,生油潛能大;Ⅱ型干酪根—混合型來源于海相浮游生物和微生物,生油潛能中等;Ⅲ型干酪根—腐殖型來源于陸地高等植物,對生油不利,但可成為有利的生氣來源。

2) 根據(jù)常用的烴源巖有機質(zhì)豐度指標(biāo),按有機碳含量,泥質(zhì)烴源巖可分類為好烴源巖TOC>1.0%,較好烴源巖TOC 0.6%～1.0%,烴源巖下限TOC>0.4%。

3) 有機質(zhì)成烴演化階段中過成熟為深部高溫生氣階段,高成熟為熱裂解生凝析氣階段,成熟為熱催化生油氣階段,未成熟為生物化學(xué)生氣階段。

陡山沱組儲層泥質(zhì)成分含量低,說明吸附氣較少;但含氣飽和度、孔隙度均較高,說明頁巖氣以游離氣為主。經(jīng)綜合評價,陡山沱組頁巖儲層為Ⅲ類頁巖(表3)。

在鄂西地區(qū),陡山沱組炭質(zhì)頁巖廣泛分布,黑色頁巖厚度一般為20～55 m,天陽坪斷裂以北厚度達105 m。有機碳含量范圍值為0.5%～1.3%,平均值約為0.7%。鏡質(zhì)體反射率值(Ro)為2.8%～3.5%,總體處于過成熟階段,有機質(zhì)類型屬于Ⅰ型。但伽瑪能譜分析結(jié)果表明,該儲層泥頁巖沉積能量為亞高能,化學(xué)相為氧化—還原過渡帶的沉積環(huán)境,沉積環(huán)境不甚有利,且有機質(zhì)含量較低。綜合考慮其它儲層參數(shù),認為區(qū)內(nèi)天陽坪斷裂以北地區(qū)陡山沱組有一定的頁巖氣資源勘探潛力。

表3 陡山沱組頁巖儲層綜合評價表Table 3 Comprehensive evaluation table for shale reservoirs in Doushantuo Formation

4.3 寒武系牛蹄塘組頁巖儲層綜合評價

牛蹄塘組含碳泥頁巖有機質(zhì)成熟度高,干酪根類型為Ⅰ型,微裂隙相對發(fā)育,孔隙度較大,滲透率中等(小于陡山沱組),是良好的頁巖氣儲層。通過測井參數(shù)計算的有機碳含量高、泥質(zhì)含量高、含氣飽和度高、孔隙度高,說明頁巖氣以游離氣為主,但因泥質(zhì)含量高造成吸附氣與游離氣的比值要高于陡山沱組儲層。經(jīng)綜合評價,牛蹄塘組頁巖氣儲層為Ⅱ類頁巖(表4)。

表4 牛蹄塘組頁巖儲層綜合評價表Table 4 Comprehensive evaluation table for shale reservoir of Niutitang Formation

在鄂西地區(qū),牛蹄塘組炭質(zhì)頁巖廣泛分布,黑色頁巖厚度大、連續(xù)性好(秭地1井牛蹄塘組下部連續(xù)的優(yōu)質(zhì)黑色頁巖厚度近120 m),有機碳分布范圍主要集中在1.5%～6.5%之間,平均值3.5%;有機質(zhì)類型為Ⅰ型(腐泥型);Ro分布范圍主要集中在2.5%～3.5%之間,平均值2.8%,總體為過成熟[3-7]。伽瑪能譜分析結(jié)果表明,該儲層泥頁巖沉積能量為低能,化學(xué)相為強還原沉積環(huán)境,沉積環(huán)境很有利,且有機質(zhì)含量很高。因此,區(qū)內(nèi)牛蹄塘組具有很大的勘探潛力,是目前鄂西地區(qū)頁巖氣顯示最好層段。

4.4 志留系龍馬溪組頁巖儲層綜合評價

志留系下統(tǒng)龍馬溪組含碳泥頁巖主要為深水陸棚相,沉積環(huán)境優(yōu)越,孔隙度較大,滲透率較高,微孔隙相對發(fā)育,含氣頁巖厚度相對較大,是良好的頁巖氣儲層。干酪根類型好,有機質(zhì)成熟度高;通過測井參數(shù)計算的有機碳含量高、泥質(zhì)含量高、含氣飽和度高、孔隙度高,頁巖氣游離氣高于吸附氣。經(jīng)綜合評價,龍馬溪組頁巖儲層以Ⅲ類為主,部分為Ⅱ類頁巖氣(表5)。

表5 龍馬溪組頁巖儲層綜合評價表Table 5 Comprehensive evaluation of shale reservoirs in Longmaxi Formation

在鄂西地區(qū),龍馬溪組暗色頁巖分布較廣,黑色頁巖厚度中等、連續(xù)性好,有機碳分布范圍主要集中在1.8%～5.5%之間,平均值2.5%;有機質(zhì)類型為Ⅰ型(腐泥型),部分為Ⅱ1型(混合型);Ro分布范圍主要集中在2.5%～2.9%之間,平均值2.7%,總體處于高成熟—過成熟階段[10,12],處于有利生氣階段。伽瑪能譜分析結(jié)果表明,該儲層泥頁巖沉積能量為亞高能—低能環(huán)境,化學(xué)相為還原環(huán)境,沉積環(huán)境有利,有機質(zhì)含量很高,有良好的生氣潛力,鄂西地區(qū)龍馬溪組具有好的勘探潛力。

4.5 二疊系大隆組頁巖儲層綜合評價

從收集的兩口測井資料上來看,大隆組有機碳含量值分布范圍主要集中在4.8%～8.5%之間,平均值高達5.5%,和其它頁巖氣儲層相比高很多(但實測資料計算的結(jié)果與其它儲層相比是一個數(shù)量級,可能為測井?dāng)?shù)較少,不具備統(tǒng)計規(guī)律);有機質(zhì)類型主要為Ⅲ型(腐殖型),部分為Ⅱ1型(混合型);Ro分布范圍主要集中在1.5%～1.9%之間,平均值1.7%,總體處于高成熟階段。另外,從計算出的其它儲層參數(shù)上來看,相比較而言,區(qū)內(nèi)大隆組泥質(zhì)含量較低,不利于吸附氣的形成;含氣飽和度、孔隙度、滲透率等與其它儲層相比也較低,屬于低孔—特低孔、特低滲型儲層[7],這一方面說明儲藏條件相對較差,另一方面也說明游離氣較少?？傊?不論是有機質(zhì)類型、干酪根成熟度,還是頁巖氣生、儲、蓋條件,大隆組和其它三個頁巖氣儲層相比皆有一定的差距。但從目前的勘探結(jié)果來看,比如巴頁1井,鉆遇大隆組黑色頁巖厚度達60 m,現(xiàn)場解析頁巖氣顯示較好。因大隆組有機碳含量很高,富有機質(zhì)泥頁巖厚度較大,處于高成熟階段,熱演化程度適中,故在保存條件較好的地區(qū)仍具有較好的頁巖氣勘探潛力。另外,伽瑪能譜分析結(jié)果表明,該儲層粘土類型為蒙脫石,沉積能量為高能環(huán)境,化學(xué)相為強還原沉積環(huán)境。綜合分析認為,該層泥頁巖有機質(zhì)含量較高,化學(xué)相有利,有一定的生氣潛力,為Ⅲ類頁巖(表6)。

表6 大隆組頁巖儲層綜合評價表Table 6 Comprehensive evaluation table of shale reservoir in Dalong Formation

5 結(jié)語

綜上所述,湖北省鄂西地區(qū)四套頁巖儲層的沉積環(huán)境是不同的,生氣能力也有一定的差異。

(1) 陡山沱組總體為淺海臺地—盆地邊緣或臺凹(盆)環(huán)境沉積,為相對有利相帶。但該儲層放射性元素Th、U、K含量非常低,這一方面說明了在新元古代晚期,海洋生物(藻類)不甚發(fā)育,有機碳含量低,生氣烴源巖質(zhì)量差;另一方面,也說明了該儲層泥質(zhì)含量少,有別于鄂西地區(qū)其它三套泥頁巖儲層,實為致密碳酸鹽巖儲層[11],與美國鷹灘頁巖相似,仍屬典型的自生自儲非常規(guī)儲層,為廣義的頁巖儲層。

(2) 牛蹄塘組為淺水陸棚—深水陸棚邊緣相沉積,為有利相帶。該儲層放射性元素U、K含量非常高,且Th/K、Th/U比值低,這說明該層有機質(zhì)含量非常高,是寒武紀(jì)生物大暴發(fā)的具體表現(xiàn)。在鄂西四套頁巖氣儲層中,U含量最高,是放射性儲層,為典型的低能強還原環(huán)境,是鄂西頁巖氣最有找礦潛力的目標(biāo)地層。

(3) 龍馬溪組主體為較深水陸棚沉積,沉積相帶較為有利。該儲層放射性元素Th、U、K含量高,僅次于牛蹄塘組地層,但和牛蹄塘組地層相比,Th含量較高,說明該地層形成的環(huán)境為亞高能環(huán)境,為氧化—還原過渡帶的沉積環(huán)境,生氣潛力和牛蹄塘組地層相比略差。但這并非是絕對的,著名的重慶礁石壩頁巖氣田就是產(chǎn)于龍馬溪組地層,這可能與鄂西地區(qū)相隔齊岳山背斜,二者的沉積相不同或者是后期構(gòu)造環(huán)境不同造成的。另外,產(chǎn)氣能力評價是多因素的評價,并非沉積環(huán)境這樣一個因素所決定的。

(4) 大隆組為臺盆—臺地邊緣沉積,沉積環(huán)境總體相對有利。該儲層放射性元素Th、U含量高,有機質(zhì)含量高,Th/K比值>10、Th/U<1.5,為高能—強還原環(huán)境,生氣能力比牛蹄塘組、龍馬溪組要相對低些。

若要對鄂西地區(qū)頁巖儲層生氣能力進行排序的話,單純以伽瑪能譜分析結(jié)果來考量,大致是牛蹄塘組>龍馬溪組>大隆組>陡山沱組這樣的一個結(jié)果。這個結(jié)果從目前在鄂西地區(qū)開展的頁巖氣調(diào)查井見氣情況來看是基本吻合的。當(dāng)然,要實現(xiàn)商業(yè)性開采,需要考慮的關(guān)鍵地質(zhì)要素有很多,主要有儲層物性、儲層礦物成分、有機質(zhì)類型、有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)成熟度、儲層含氣性、頁巖力學(xué)性質(zhì)、頁巖氣層埋深、頁巖氣藏厚度等等。因此,這種排序只能具參考意義。

總之,利用伽瑪能譜測井技術(shù),通過對Th、U、K含量及其Th/K、Th/U比值大小的分析,可以了解頁巖儲層沉積環(huán)境。通過對頁巖儲層沉積環(huán)境的分析,判別出儲層是高能或是低能環(huán)境,是氧化或是還原環(huán)境,對頁巖氣綜合評價具有重要的參考意義。該方法廣泛應(yīng)用于石油勘探、常規(guī)天然氣勘探、煤層氣勘探,但應(yīng)用于鄂西頁巖氣調(diào)查中對儲層生氣能力進行概略分析,在湖北省尚屬首次,這是一種有益的探索和嘗試,同時,也可以為后期開展鄂西地區(qū)頁巖氣調(diào)查、勘探開發(fā)提供可靠的地球物理信息。

致謝:本文是在本人承擔(dān)的《綜合數(shù)字測井系統(tǒng)在鄂西地區(qū)頁巖氣調(diào)查中的應(yīng)用與研究》項目基礎(chǔ)上完成的,感謝湖北省地質(zhì)局物探隊物探所測井室提供的測井資料,感謝湖北省地質(zhì)局科技處對本項目的支持,感謝中國地質(zhì)大學(xué)地空學(xué)院潘和平、馬火林兩位教授的技術(shù)指導(dǎo),感謝武漢地質(zhì)調(diào)查中心王傳尚、湖北省地質(zhì)調(diào)查院劉早學(xué)、李雄偉等專家對頁巖氣地球物理測井工作的支持。