張子亞 ，石砥石，蘭志勤，張聰，覃英倫，陳榕，康海霞

1 中國石油大學(北京)非常規(guī)油氣科學技術研究院，北京 102249

2 中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100083

3 山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，濟南 250104

0 引言

寧蒗—鹽源盆地位于松潘—甘孜褶皺系與揚子準地臺西緣的銜接部位，屬上揚子地塊西緣鹽源—麗江臺褶帶的組成部分，西部與三江構造帶相鄰，東部與康滇古陸毗連(圖1)。寧蒗—鹽源盆地整體勘探程度很低，1:20 萬區(qū)調(diào)報告曾指出在云南寧蒗與四川鹽邊交界地區(qū)發(fā)育泥盆系油頁巖[1]，而后又在盆地的東北、東南及東部泥盆系地層內(nèi)發(fā)現(xiàn)有瀝青及油苗分布，展現(xiàn)出泥盆系具有良好的油氣勘探前景[2-5]。但前期工作以野外地表調(diào)查、重磁電及二維地震勘探為主，鉆井工作很少，且研究重點關注志留系[6-7]，對泥盆系研究十分薄弱，導致對寧蒗—鹽源盆地泥盆系油氣基礎地質(zhì)條件和資源潛力認識不清。因此，在前人研究的基礎上，收集分析了泥盆系區(qū)域地質(zhì)資料，通過野外剖面實測、有機地化測試以及鄰區(qū)鉆井對比等研究方法，優(yōu)選出寧蒗—鹽源盆地中泥盆統(tǒng)沉積有利區(qū)。結合該區(qū)部署的二維地震資料，選擇構造保存有利部位(李子河背斜)部署實施一口地質(zhì)調(diào)查井云寧地1 井，鉆獲了泥盆系穩(wěn)定天然氣流[8]。本文以云寧地1 井單井評價為出發(fā)點，開展了泥盆系目的層系烴源巖地化特征、儲層物性特征以及保存成藏等方面研究，取得了第一手較為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資料，分析了寧蒗—鹽源盆地泥盆系油氣地質(zhì)條件，成果對于四川盆地外復雜構造區(qū)天然氣勘查提供了重要啟示。

1 地質(zhì)背景

寧蒗—鹽源盆地大地構造位置屬于上揚子地塊西南緣的一部分，主要由金河—箐河斷裂、小金河斷裂、麥架坪斷裂、稗子地—永勝斷裂所圍陷[9]。區(qū)域研究表明，寧蒗—鹽源盆地是古生代的原型盆地[10-13]。加里東期為裂谷—穩(wěn)定被動大陸邊緣盆地，以升降運動為主，未見強烈的褶皺運動；海西期為被動大陸邊緣間歇拉張階段，以拉張、斷陷作用為主；晚三疊世的印支運動使盆地進入前陸盆地階段，擠壓作用導致分割寧蒗—鹽源盆地的國寶山—巖風斷裂開始活動；古近紀開始褶皺造山，喜馬拉雅運動中期階段(始新世晚期)是盆地定型期，強烈的擠壓造山運動形成了山間拗拉盆地—寧蒗—鹽源盆地。區(qū)域地層對構造活動有明顯的沉積響應特征，表現(xiàn)為盆地基底為元古界地層，在該基底之上，沉積了震旦系—下寒武統(tǒng)、下奧陶統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)、古近系沉積地層，缺失中上寒武統(tǒng)和侏羅系中統(tǒng)—白堊系和新近系，沉積地層厚5000～10000 余米。

早泥盆世，在盆地西部麗江阿冷初一帶發(fā)育以灰?guī)r、生物灰?guī)r為主的碳酸鹽巖臺地相沉積。中泥盆世，海侵繼續(xù)擴大，使寒武紀—早泥盆世都處于隆起的東部華坪凸起也接受了沉積，原有的碳酸鹽巖臺地隨海進而向東推移。晚泥盆世末，盆地逐步抬升，在盆地東側出現(xiàn)臺地邊緣淺灘相鮞狀灰?guī)r沉積。研究區(qū)泥盆紀受北西—南東方向海侵影響，逐步形成了臺地邊緣礁灘相與深水陸棚相烴源巖側向相接組合(圖2)，是油氣勘查重要目標，下文主要針對中泥盆統(tǒng)石油地質(zhì)特征開展論述。

圖1 寧蒗—鹽源盆地大地構造位置和云寧地1 井位置圖Fig. 1 Tectonic location of Ninglang-Yanyuan Basin and Well Yunningdi 1

2 寧蒗—鹽源盆地泥盆系油氣地質(zhì)條件

2.1 云寧地1 井鉆遇地層

云寧地1 井完鉆井深1500.68 m，開鉆層位為上泥盆統(tǒng)爛泥箐組，完鉆層位為下泥盆統(tǒng)大瓜坪組。依次鉆遇第四系(50 m)、上泥盆統(tǒng)爛泥箐組(570 m)、中泥盆統(tǒng)碳山坪組(480 m)、中泥盆統(tǒng)大槽子組(350 m)、下泥盆統(tǒng)大瓜坪組(50.68 m未穿)。

碳山坪組巖性大致可分為兩段：上段為白云質(zhì)灰?guī)r、致密灰?guī)r(620～830 m)，向下生物逐漸增多；下段為生物礁灰?guī)r夾薄層泥灰?guī)r(830～1100 m)。大槽子組巖性大致可分為三段：上段以黑色生物碎屑泥巖為主，夾少量灰黑色、深灰色泥灰?guī)r(1100～1222 m)，向下泥質(zhì)減少，灰質(zhì)增多；中段以灰黑色灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、粉砂巖為主(1222～1313 m)，向下灰質(zhì)減少，砂質(zhì)增多；下段為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖薄互層(1313～1450 m)。該井氣測顯示豐富，目的層中泥盆統(tǒng)碳山坪組和大槽子組(1007～1380 m)氣測值整體較高，錄井全烴異常值1.5%～11.95%，其中甲烷異常值1.27%～10.96%，現(xiàn)場解析氣可達3.25 m3/t(圖3)。

2.2 頁巖地球化學特征

2.2.1 有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型是評價烴源巖生烴潛力的重要參數(shù)之一，評價干酪根母質(zhì)類型有兩種方法：有機地球化學與有機巖石學方法，此次選取的是有機巖石學方法。

云寧地1 井碳山坪組5 件巖心樣品干酪根顯微組分鑒定檢測結果表明顯微組分中以腐泥組為主，含量40%～55%，平均48.8%；殼質(zhì)組含量26%～44%，平均35%；鏡質(zhì)組含量10%～16%，平均14%；惰性組1%～3%，平均2%。干酪根類型指數(shù)(TI)49.8～58.8，平均為54.1，干酪根類型均為II1型。大槽子組25 件巖心樣品干酪根顯微組分鑒定檢測結果表明，顯微組分中以腐泥組為主，含量43%～62%，平均53%；殼質(zhì)組含量21%～41%，平均29.12%；鏡質(zhì)組含量10%～20%，平均15.04%；惰性組1%～5%，平均3%。干酪根類型指數(shù)(TI)44～64，平均為53.5，干酪根類型均為II1型。

圖2 研究區(qū)泥盆系綜合地層柱狀圖[5](據(jù)1:20 萬麗江幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of devonian in Ninglang-Yanyuan Basin[5]

2.2.2 有機碳含量

一般采用有機碳含量(TOC)定量評價烴源巖優(yōu)劣，國內(nèi)外大多數(shù)學者認為有效的烴源巖有機碳含量下限為0.3%～0.5%，對于海相烴源巖，評價重點應該是泥巖和泥灰?guī)r[14]。

云寧地1 井碳山坪組下段16 件泥灰?guī)r樣品TOC在0.10%～2.41%， 平均為0.99%， 主 體 在0.62%～1.43%，達到好的烴源巖標準[15]。大槽子組87件泥巖TOC在0.37%～3.77%，平均為1.18%，主體在0.69%～1.94%，達到中等-好的烴源巖標準[16]?？傮w來看，大槽子組上段生屑泥巖和碳山坪組下段泥灰?guī)rTOC值較高，具備良好的生烴潛力。云寧地1 井的巖心測試結果與前期野外露頭樣品測試結果在區(qū)域分布上相吻合[17]。

2.2.3 有機質(zhì)成熟度

有機質(zhì)成熟度是衡量有機質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化程度的參數(shù)，烴源巖的有機質(zhì)成熟度直接關系到烴源巖的實際生烴能力，是評價某個地區(qū)或某一烴源巖系生烴量及資源前景的重要依據(jù)，是判斷有效油氣源巖的基本參數(shù)之一。云寧地1 井大槽子組共71 件樣品鏡質(zhì)體反射率RO值分布在1.88%～2.62%，平均為2.24%；RO值隨埋深整體上是逐漸增大的趨勢。結合前期區(qū)域調(diào)查成果[17]，總體來看，研究區(qū)有機質(zhì)熱演化程度整體較高，反映出過成熟的特征，處于生干氣階段。

圖3 云寧地1 井(620～1500 m)鉆井綜合柱狀圖Fig. 3 Comprehensive column and gas logging of Well Yunningdi 1(620～1500 m)

2.3 儲層物性特征

2.3.1 碳山坪組碳酸鹽巖儲層特征

(1)儲集空間類型

碳酸鹽巖儲集空間類型豐富多樣，研究區(qū)主要為成巖作用形成的次生孔隙和由成巖、構造控制的裂縫和孔洞。云寧地1 井碳山坪組碳酸鹽巖儲集空間類型可分為孔、洞、縫三大類，按照控制因素的不同將其進一步劃分成原生孔隙、晶間溶孔、溶洞以及微裂縫四種類型。碳山坪組下段主要發(fā)育原生孔隙、溶蝕孔和縫合線，其中原生孔隙主要是由層孔蟲和珊瑚等構成的生物格架孔(圖4)。

圖4 云寧地1 井碳山坪組下段典型巖心特征Fig. 4 Core characteristics of the Tanshanping lower section,Well Yunningdi 1

(2)物性特征

孔隙度和滲透率是評價儲層物性的兩個重要參數(shù)。云寧地1 井碳山坪組礁灰?guī)r段的孔隙度可達4.91%，滲透率可達13.99 mD，儲層物性較好；非礁灰?guī)r段的孔隙度和滲透率低，儲層物性較差，整體為致密儲層。

對48 件樣品實測數(shù)據(jù)分析表明，碳山坪組碳酸鹽巖儲層孔隙度在0.47%～4.91%，平均1.56%，為低孔儲層。其中孔隙度大于2%的樣品為9 個，占比為15.52%；孔隙度在1%～2%的樣品為26 個，占比為44.83%；孔隙度小于1%的樣品為13 個，占比為22.41%。對42 件樣品實測數(shù)據(jù)分析表明，碳山坪組碳酸鹽巖儲層滲透率在0.000 58～13.99 mD，平均0.0094 mD，為致密儲層。其中滲透率大于0.01 mD的樣品為7 個，占比為16.67%；滲透率在0.001～0.01 mD的樣品為23 個，占比54.76%；滲透率小于0.001 mD的樣品數(shù)為12 個，占比為28.57%。

圖5 云寧地1 井大槽子組上段礦物組成三角圖Fig. 5 Mineral composition of the Dacaozi upper segment,Well Yunningdi 1

2.3.2 大槽子組泥頁巖儲層特征

(1)頁巖巖石礦物學特征

云寧地1 井大槽子組泥頁巖礦物以石英與黏土礦物為主，此外還包括方解石、白云石等碳酸鹽礦物，以及長石、黃鐵礦和石膏等。39 件樣品X衍射全巖分析結果顯示，石英礦物含量分布在7%～81%，平均51.25%；長石含量較低，分布在0%～12%，平均4%，以斜長石為主；碳酸鹽礦物含量變化較大，分布在0%～62%，平均9%；黃鐵礦含量0%～14%，平均4%；黏土礦物含量6%～73%，平均33%。

大槽子組上段泥頁巖礦物成分以長英質(zhì)礦物為主，黏土礦物次之，含少量碳酸鹽礦物(圖5)。脆性礦物平均值為63.1%，黏土礦物的平均值32.59%，脆性礦物值高，有利于儲層改造。黏土礦物成分以伊利石為主，含綠泥石、伊/蒙混層、高嶺石(圖6)。伊利石含量在80%～94%，平均88%；綠泥石含量在2%～11%，平均6%；伊/蒙混層含量在0%～9%，平均6%，有利于頁巖氣富集[18]。

(2)頁巖物性特征

目前商業(yè)開發(fā)的頁巖儲層要滿足一定的物性條件，美國頁巖儲層孔隙度一般在2%～9%，高者介于10%～14%，國內(nèi)威遠—長寧地區(qū)孔隙度大多在3.3%～8.4%[19-21]。云寧地1 井大槽子組16 件樣品孔隙度、滲透率測定結果表明：孔隙度在0.66%～3.33%，平 均1.85%； 滲透率在0.0042～0.0336 mD， 平均0.0108 mD，為低孔特低滲儲層。進一步對孔隙度和滲透率的分析得出，兩者之間呈較強的正相關性，孔隙度越高，滲透率越大。

(3)儲集空間類型

泥頁巖中發(fā)育的微觀孔隙主要分為有機孔隙和無機孔隙。微觀孔隙是頁巖氣吸附儲集的重要空間，對頁巖氣的富集具有重要的意義，也是目前頁巖氣儲層研究的熱點[22-27]。通過對大槽子組上段頁巖進行氬離子拋光和掃描電鏡試驗觀察表明，大槽子組泥頁巖發(fā)育有機質(zhì)孔、溶蝕孔、粒間孔、晶間孔、層間孔和微裂縫等多種類型(圖7)，可見微米-納米級孔隙，具備良好的頁巖氣賦存儲集空間。

圖6 云寧地1 井大槽子組上段X衍射黏土礦物分析Fig. 6 Clay minerals of the Dacaozi upper segment measured by X-ray diffraction,Well Yunningdi 1

2.4 保存條件

2.4.1 天然氣組分分析

云寧地1 井經(jīng)簡易測試點火成功，火焰高0.6～1 m，現(xiàn)場折算為2000 m3/d的穩(wěn)定天然氣流。根據(jù)井口收集氣樣的化驗分析數(shù)據(jù)(表1)，得到以下結論：①天然氣組分特征顯示，甲烷含量高于99.3%，為超干氣，與烴源巖RO實測值進入生干氣階段認識一致；②根據(jù)碳同位素特征，利用天然氣中甲烷-乙烷同位素交互圖分析，為Ⅱa-高成熟油型氣[28]，與干酪根類型Ⅱ1型相匹配；③代入油型甲烷回歸方程[29]δ13C1(‰)≈15.80lgRO-42.201，計算出天然氣熱成熟度在2.23%左右，與實測烴源巖RO平均值2.24%相吻合。綜合上述分析，筆者認為氣體來源是中泥盆統(tǒng)大槽子組烴源巖。

2.4.2 蓋層分析

天然氣保存成藏研究是一個“實踐-理論-再實踐”的系統(tǒng)性過程，需要大量的油氣鉆井資料支撐。目前研究區(qū)勘查認識程度很低，根據(jù)現(xiàn)有資料筆者認為云寧地1 井的天然氣具有頁巖氣和致密氣的特點，為近源成藏的巖性油氣藏。該井揭示了烴源巖與儲層在空間上緊密相鄰，有利于油氣運移和保存，且同期沉積環(huán)境中所伴生的泥頁巖或致密灰?guī)r可封閉礁體[30]。

排替壓力是指蓋層最大連通孔隙具有的毛細管力，是評價蓋層封閉能力最重要的參數(shù)，排替壓力與蓋層封閉能力成正比[31]。此外，孔隙度、滲透率等評價參數(shù)也是蓋層封閉能力最直接的反映[32]。選取碳山坪組上段781 m和816 m兩個致密灰?guī)r樣品進行測試，得到孔隙度分別為0.35%和0.75%，滲透率分別為0.0021 mD和0.0011 mD，排替壓力值分別為5.72 MPa和5.38 MPa，證實了致密灰?guī)r具有良好的封蓋能力。

圖7 云寧地1 井大槽子組上段泥頁巖孔隙發(fā)育特征Fig. 7 Pore development characteristics of the shale in Dacaozi upper segment,Well Yunningdi 1

表1 云寧地1 井井口氣樣分析化驗數(shù)據(jù)Table 1 Laboratory data of the gas from the drilling mouth of Well Yunningdi 1

3 寧蒗—鹽源盆地油氣勘查方向

寧蒗—鹽源盆地與四川盆地和黔桂地區(qū)不同，具有獨特的沉積建造和構造演化特征。四川盆地由于加里東構造運動使得盆地內(nèi)大部分區(qū)域隆升剝蝕，泥盆系僅在川西地區(qū)沿龍門山造山帶有少量殘留[33]；而黔桂地區(qū)受海西期拉張影響發(fā)育北西和北東向兩組斷裂，同時由于海侵規(guī)模擴張，泥盆系演變?yōu)榕_盆相間的沉積格局[34-35]。單井綜合分析表明云寧地1 井大槽子組所在沉積相整體是近岸的淺水環(huán)境，這與前人對臨近大槽子剖面的研究結論一致[36-37]。結合區(qū)域研究成果，筆者認為大槽子組沉積符合威爾遜沉積相模式，其深水區(qū)沿古海侵方向向北西擴展，具體相帶分布有待進一步深入研究。

云寧地1 井在泥盆系鉆獲穩(wěn)定的天然氣流，揭示了康滇古陸西緣寧蒗—鹽源盆地良好的勘探潛力。電磁勘探資料解釋泥盆系在區(qū)域上穩(wěn)定連續(xù)沉積，且具有一定的厚度(1000～3000 m)和分布面積(大于10 000 km2)。過井二維地震資料顯示，黃色體為生物礁反射，橙色體為生物丘反射，TD1大致代表大槽子組底界線，TD3大致代表碳山坪組頂界線，TD1和TD3之間綠色拉平線為二者地層分界線，中泥盆統(tǒng)廣泛發(fā)育了大槽子組陸棚相烴源巖和碳山坪組臺地邊緣礁灘相組合(圖8)。根據(jù)寧蒗—鹽源盆地區(qū)域油氣地質(zhì)特征，結合云寧地1 井單井評價認識，研究區(qū)泥盆系具備形成常規(guī)天然氣藏與頁巖氣藏的油氣地質(zhì)條件。建議優(yōu)選成藏保存有利區(qū)，向盆地內(nèi)部(西北方向)甩開進行常規(guī)和非常規(guī)兼探，部署實施油氣參數(shù)井和含氣性測試工程，力爭實現(xiàn)油氣勘查重大突破。

圖8 過云寧地1 井二維地震解釋剖面Fig. 8 Two-dimensional seismic interpretation section with Well Yunningdi 1

4 結論

(1)泥盆系大槽子組上段富有機質(zhì)頁巖厚度大，總體表現(xiàn)為：有機質(zhì)含量和成熟度較高，類型偏腐泥型；巖石脆性礦物含量高，物性一般，含氣量較高，具備良好的頁巖氣富集基礎。從巖石學、有機地球化學、儲層物性及含氣性等頁巖基本特征來看，與志留系龍馬溪組差異較大，亟待開展進一步深入研究。

(2)云寧地1 井首次在寧蒗—鹽源盆地發(fā)現(xiàn)泥盆系大槽子組頁巖氣，拓展了我國南方海相頁巖氣調(diào)查新區(qū)新層系。上覆碳山坪組廣泛發(fā)育礁灘相沉積，和大槽子組泥頁巖構成良好的生儲蓋組合。優(yōu)選成藏保存有利區(qū)，進行常規(guī)和非常規(guī)天然氣兼探，是該區(qū)下一步勘查重點方向。