張宗羲，楊 楠，陳志柱

(云南省煤炭地質(zhì)勘查院，云南 昆明 650218)

近年來(lái)隨著中國(guó)頁(yè)巖氣勘探取得重大進(jìn)展，勘探開(kāi)發(fā)投入、鉆井?dāng)?shù)量、產(chǎn)氣量逐年遞增，2018年全國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)投入135.3億元；完鉆探井40口，開(kāi)發(fā)井285口；新增頁(yè)巖氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量1246.78億立方米；全國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量108.81億立方米，顯示了巨大的勘探潛力。同時(shí)中石油在云南省的昭通地區(qū)五峰龍馬溪組開(kāi)展了頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)工作，預(yù)計(jì)頁(yè)巖氣資源量1.4萬(wàn)億立方米，其中威信縣紫金壩區(qū)塊投產(chǎn)5口頁(yè)巖氣井，已售氣5000多萬(wàn)方，顯示了云南省有較好的頁(yè)巖氣勘探潛力。然而對(duì)于地處揚(yáng)子地臺(tái)西南緣的滇東地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組海相頁(yè)巖氣的勘探與研究工作較為滯后。因此本文利用鉆孔資料和露頭樣品測(cè)試分析數(shù)據(jù)，從下寒武統(tǒng)筇竹寺組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的空間分布、有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)、儲(chǔ)集性參數(shù)、含氣性特征等進(jìn)行分析研究并預(yù)測(cè)有利區(qū)域，為該區(qū)下一步頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供重要地質(zhì)數(shù)據(jù)。

1 地質(zhì)構(gòu)造背景

滇東地區(qū)地處揚(yáng)子地臺(tái)西南緣，上揚(yáng)子古陸華南陸塊拼合部位，即環(huán)太平洋構(gòu)造區(qū)域與特提斯構(gòu)造域的交接復(fù)合帶。整體位于小江斷裂東北、彌勒斷裂北西的云南省東北部地區(qū)，大地構(gòu)造位置為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ級(jí))之滇東臺(tái)褶帶(Ⅱ級(jí))[1]。全區(qū)基本上表現(xiàn)為以牛頭山隆起為核心的向北東傾伏的復(fù)式背斜構(gòu)造。蓋層構(gòu)造的特點(diǎn)是褶皺、斷裂同等發(fā)育，構(gòu)造線方向以NE向?yàn)橹鳎植砍霈F(xiàn)NW向或近EW向褶皺和斷裂，曲靖附近局部尚有弧形構(gòu)造。褶皺組合多見(jiàn)背斜窄、向斜寬的特點(diǎn)，但不具典型隔擋式或隔槽式的組合形式。

2 頁(yè)巖沉積展布

滇東下寒武統(tǒng)筇竹寺組廣泛出露在東經(jīng)102°～104°之間的云南省境內(nèi)，北起永善，南至華寧[2]，面積約5萬(wàn)Km2。寒武紀(jì)初期，滇東地區(qū)延續(xù)了燈影期來(lái)自東南方向的海侵，水體逐漸加深，揚(yáng)子地臺(tái)沉積相帶大致呈北東向展布，處于淺水陸棚相沉積環(huán)境。在滯留缺氧的環(huán)境下，陸源碎屑較為充沛的情況下，筇竹寺組底部沉積了一套較厚的黑色粉砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖夾薄層狀的黑色碳質(zhì)頁(yè)巖；筇竹寺組沉積后 期受海平面的影響，水體變淺，上中部巖性為灰色粉砂巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖，含三葉蟲(chóng)化石。筇竹寺組厚度一般為 67m～405m，黑色泥頁(yè)巖厚度一般為30m～110m，平均約為60m，最大值分布在曲靖市馬龍、沾益一帶(圖1)，厚度區(qū)間約為80m～110m，平均約90m；最小值分布在昆明市尋甸縣一帶，厚度區(qū)間約為30～60m，平均約40m。

圖1 滇東地區(qū)黑色頁(yè)巖采樣及有利區(qū)分布圖

3 頁(yè)巖氣富集條件

3.1 頁(yè)巖有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)

滇東下寒武統(tǒng)筇竹寺組選取露頭取樣37個(gè)點(diǎn)(圖1)，有機(jī)碳含量(TOC)分布范圍0.52%～7.23%，平均2.40%；有機(jī)成熟度(Ro)為1.24%～4.38%，平均2.67%，熱演化程度達(dá)成熟-干氣階段。馬頁(yè)1井筇竹寺組黑色頁(yè)巖干酪根顯微組分主要為腐泥組，含量較高，占78.3%～86.3%，平均為82.4%，其余為鏡質(zhì)組，含量為9.3%～13.7%，平均為11.7%，類型為Ⅱ1型(腐植腐泥型)，所以其生烴潛量很高的腐泥組含量較高；馬頁(yè)1井(圖1)黑色頁(yè)巖厚度累厚96m采集了95件樣品進(jìn)行了有機(jī)碳含量(TOC)的測(cè)試，含量分布在0.33%～9.23%，平均為2.43%，含量大于2%的樣品約占全部樣品的57.89%(表1、圖2)；采集了5件樣品的瀝青質(zhì)反射率為2.27～3.28%，換算為等效鏡質(zhì)體反射率為1.83～2.49%，平均為2.09%。

表1 滇東筇竹寺組露頭及鉆孔黑色泥頁(yè)巖地球化學(xué)統(tǒng)計(jì)

3.2 優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集性參數(shù)

脆性礦物含量是影響基質(zhì)孔隙度和微裂縫發(fā)育程度、含氣性及壓裂改造方式的重要因素。滇東下寒武統(tǒng)筇竹寺組共采集露頭樣21件樣品作全巖分析，脆性礦物總含量為63%～91%，主要為石英、斜長(zhǎng)石、白云石、方解石等；黏土礦物含量在9%～37%之間，主要為伊利石、高嶺石、綠泥石等。馬頁(yè)1井共采集了35件樣品進(jìn)行了全巖、黏土礦物定量分析，結(jié)果為：脆性礦物含量在40.3%～69.4%之間，平均為59.2%，其中石英含量在25.1%～42.7%，平均為32.7%，鉀長(zhǎng)石含量1.1%～5.8%，平均4.2%，斜長(zhǎng)石含量4.2%～24.4%，平均為15.9%；黏土礦物含量為26.6%～57.1%，平均為37.0%，其中伊利石含量為28.0～57.0%，平均含量為44.2%，伊蒙混層含量為12.0%～52.0%，平均為26.7%，綠泥石為9.0%～39.0%，平均含量為23.9%，高嶺石含量為4.0%～16.0%，平均為7.1%(圖3)。從露頭及鉆孔數(shù)據(jù)來(lái)看，露頭樣受風(fēng)化影響，脆性礦物較高，粘土含量較低，總的來(lái)看滇東筇竹寺組脆性礦物的含量較高，有利于頁(yè)巖氣的壓裂造縫。

與常規(guī)儲(chǔ)層相比，泥頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要為微孔隙和微裂縫。滇東下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色頁(yè)巖選取了21件露頭巖心樣品進(jìn)行了常規(guī)的孔隙度和滲透率測(cè)定，有效孔隙度介于2.1% ～ 19.0%，平均為10.76%，滲透率介于0.0087 ～ 1.75 mD，平均為0.219 mD 。馬頁(yè)1井共采集了20件樣品進(jìn)行了常規(guī)的孔隙度和滲透率檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示孔隙度為1.28%～4.89%，平均為3.08%；滲透率為0.00220.0086 mD，平均為0.0052 mD。采集了7件樣品進(jìn)行了脈沖孔隙度和滲透率檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果孔隙度為0.8838%～1.5442%，平均為1.1688%；滲透率為0.0001056～0.0001679mD，平均值為0.0001394mD。屬低孔隙度—特低滲透率儲(chǔ)層，且有效孔隙度與滲透率無(wú)相關(guān)性，滲透率僅與微裂縫的發(fā)育有關(guān)。液氮吸附分析結(jié)果顯示馬頁(yè)1井的筇竹寺組泥頁(yè)巖微觀孔隙多為微孔，對(duì)孔容的貢獻(xiàn)主要是2nm～10nm之間的微孔。據(jù)此認(rèn)為馬頁(yè)1井的儲(chǔ)集空間較大，儲(chǔ)集性能較好。

圖3 滇東筇竹寺組黑色頁(yè)巖礦物組成分布圖

3.3 保存條件及含氣性

頁(yè)巖氣藏是集氣源巖、儲(chǔ)氣層、蓋層于頁(yè)巖自身的“自生自儲(chǔ)型”巖性氣藏，頁(yè)巖氣的含氣量及氣體組分直接受保存條件控制，具體體現(xiàn)在“三大因素”：①具有良好的頂?shù)装宸馍w層保護(hù)；②頁(yè)巖氣藏不能有“通天斷層”；③淺層在整體上擁有封閉保存體系[3]。滇東下寒武統(tǒng)筇竹寺組有效封蓋層主要其本有砂泥巖互層的碎屑巖作為蓋層，上覆巖層為滄浪鋪組的粉砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖作為頂板，下覆巖層為漁戶村組的含磷硅質(zhì)巖、硅質(zhì)巖作為底板，整體封蓋性能較好。斷層較發(fā)育，正斷層較少，主要為北東向的逆斷層，夾向斜、背斜構(gòu)造。因此滇東筇竹寺組頁(yè)巖氣保存條件較好。

目前，滇東下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖氣僅施工了埋深小于1500m的調(diào)查井，馬頁(yè)1井約1220m，氣測(cè)錄井共發(fā)現(xiàn)油氣顯示29.50m/17層，其中雙龍?zhí)督M4.00m/2層，龍王廟組2.00m/2層，筇竹寺組23.50m/13層。其中筇竹寺組弱含氣層12層，氣層1層。共采集了10件樣品進(jìn)行了等溫吸附測(cè)試，最大吸附氣含量1.53cm3/g～6.26cm3/g，平均為2.46cm3/g，理論上具有很強(qiáng)的吸附能力。共采集了17件樣品進(jìn)行了含氣量測(cè)試，總含氣量為0.01～0.33m3/t，平均為0.05 m3/t，氣組分主要是氮?dú)?，其次為甲烷。分析氣含量低的原因可能因?yàn)槁裆钶^淺，距離露頭較近，甲烷大部逸散，氮?dú)夂扛?，甲烷濃度低?/p>

4 成礦有利區(qū)預(yù)測(cè)

目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展了針對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層特征及資源評(píng)價(jià)的相關(guān)研究工作，并已形成頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本文依據(jù)國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)上，借鑒美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，綜合云南省頁(yè)巖氣資源的實(shí)際情況，從優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度、底界埋藏深度、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)熱演化程度、生烴強(qiáng)度、脆性礦物含量、保存條件、頁(yè)巖含氣性、地表?xiàng)l件、工程條件等多個(gè)要素，對(duì)區(qū)內(nèi)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖氣分布有利區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)(表2)。

表2 云南省滇東筇竹寺組頁(yè)巖氣有利區(qū)優(yōu)選評(píng)價(jià)的主要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)上述有利區(qū)優(yōu)選指標(biāo)，根據(jù)馬頁(yè)1井儲(chǔ)層參數(shù)數(shù)據(jù)分析認(rèn)為滇東下寒武統(tǒng)筇竹寺組有利區(qū)在馬龍、沾益至?xí)梢粠?圖1)，具備頁(yè)巖氣勘探前景。

5 結(jié)論

(1)滇東下寒武統(tǒng)筇竹寺組淺水陸棚相沉積環(huán)境控制了優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的厚度與分布，沉積物以泥頁(yè)巖為主，且砂質(zhì)含量隨水體變淺逐漸增多，優(yōu)質(zhì)黑色頁(yè)巖共有三段，厚度 60 m 控制了潛在頁(yè)巖氣藏的規(guī)模，具有較好的生氣潛力。

(2)區(qū)內(nèi)下寒武統(tǒng)筇竹寺組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖具有三高特征：有機(jī)碳含量高、熱演化程度高、脆性礦物含量高的特征。孔隙多為2nm～10nm的微孔，儲(chǔ)集空間較大，儲(chǔ)集性能較好。該區(qū)1500m以淺含氣量低，需要鉆井證實(shí)2000m～4000m含氣量，判斷滇東筇竹寺組的勘探開(kāi)發(fā)前景。

(3)綜合優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度、埋深、有機(jī)地化指標(biāo)、儲(chǔ)集性參數(shù)、含氣性特征、交通、地表?xiàng)l件等因素，認(rèn)為滇東筇竹寺組有利區(qū)在馬龍、沾益至?xí)梢粠Ь邆漤?yè)巖氣勘探前景。