張志平，程禮軍，曾春林，汪生秀，王巧麗

(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042)

渝東北志留系下統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣成藏地質(zhì)條件研究

張志平，程禮軍，曾春林，汪生秀，王巧麗

(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042)

頁巖氣是重要的非常規(guī)特種油氣資源。根據(jù)重慶渝東北地區(qū)志留系下統(tǒng)龍馬溪組發(fā)育的黑色頁巖的地質(zhì)背景、有機地化特征、物性參數(shù)等指標(biāo)綜合研究認(rèn)為，該區(qū)具備發(fā)育頁巖氣藏的地質(zhì)條件。應(yīng)用國內(nèi)外評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合渝東北地區(qū)實際情況，優(yōu)選出該區(qū)志留下統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣資源潛力區(qū)，并運用類比法、體積法、特爾菲法等計算研究區(qū)有利區(qū)頁巖氣資源量。關(guān)鍵詞:成藏條件;資源量;頁巖氣;龍馬溪組;志留系;渝東北地區(qū)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地層

渝東北地區(qū)地層發(fā)育較好，出露地層齊全，層序清楚，接觸關(guān)系明顯，層位比較穩(wěn)定，化石豐富，特別是早古生代地層分布廣泛［1－2］。褶皺和斷裂主體走向為東西向，以長軸褶皺為主，區(qū)域性斷層伴隨發(fā)育，地層普遍受到構(gòu)造改造。區(qū)內(nèi)地層均為沉積巖，除泥盆系、石炭系和第三系缺失外，從上元古界南沱組至第四系均有出露［3］。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

研究區(qū)大部分位于北大巴山冒地槽和南大巴山凹褶束2個構(gòu)造單元內(nèi)，在漫長的構(gòu)造演化史中，主要經(jīng)歷了中元古代—新元古代早期揚子準(zhǔn)地臺褶皺基底形成、南華紀(jì)—三疊紀(jì)槽臺分化和侏羅紀(jì)—第四紀(jì)陸內(nèi)改造3個階段，具有多旋回的特點。區(qū)內(nèi)斷裂褶皺發(fā)育，具有東西向密集、大體平行、不對稱的背、向斜構(gòu)造。巫溪一帶構(gòu)造線呈近東西向，向西至城口構(gòu)造線逐漸向北發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由南西向北東褶皺的強度和密度都顯示出由強變?nèi)酢⒂擅艿绞璧奶攸c。區(qū)域巖層由于構(gòu)造作用，小型斷層、褶皺以及大角度傾斜巖層較常見。

1.3 區(qū)域沉積

渝東北地區(qū)從早志留世開始，海水由南向北侵進(jìn)，呈海灣狀，海水深而不暢，沉積滯流相黑色頁巖和硅質(zhì)巖，筆石大量聚集，隨著海盆擴大，處于潮下—淺海陸棚環(huán)境，沉積了頁巖、粉砂巖、泥灰?guī)r等組合;中志留世，沉積區(qū)水深加大，多沉積淺水陸棚相黃灰色、灰綠色粉砂質(zhì)泥質(zhì)巖;晚志留世，大部分地區(qū)上升為陸，成為剝蝕區(qū)［4］。

2 地層發(fā)育特征

研究區(qū)烴源巖富含有機質(zhì)層段厚度適中，普遍為20～68 m，渝東北地區(qū)北部咸水—咸宜一帶和南部奉節(jié)一帶為厚度高值區(qū) (圖1)，咸水厚度近50 m，向東西兩側(cè)變薄，海平面降低。在高樓和中岡一帶較厚，均超過50 m，反映沉積時物源供應(yīng)豐富，推測其為當(dāng)時的沉積中心。研究區(qū)頁巖自上而下顏色逐漸加深，砂質(zhì)含量逐漸減少，頁巖中上部普遍含砂質(zhì)、粉砂質(zhì)，下部多含硅質(zhì)及見黃鐵礦富集層，地層以浮游生物、筆石為主要特征，黑色筆石頁巖較常見，局部見放射蟲、骨針等硅質(zhì)生物碎屑。

圖1 渝東北志留系下統(tǒng)龍馬溪組埋深等值線

3 有機地化特征

3.1 有機碳

有機碳含量主要受物源及沉積環(huán)境控制［5］。研究區(qū)志留系下統(tǒng)龍馬溪組的頁巖中有機碳含量為0.57%～4.96%，樣品平均值為2.86%，主體上主要分布在2%～4%之間。平面上，高有機碳含量區(qū)主要集中在開縣滿月鄉(xiāng)、巫溪縣寨包、巫溪龍臺一帶，有機碳含量為3.03% ～5.01%，平均為3.47%。有機碳含量整體上有向北減小的變化趨勢(圖2)。在剖面上，由于向上缺氧環(huán)境遭到破壞，造成巖性變化，有機碳含量逐漸減小。如在白鹿龍馬溪組黑色頁巖剖面中，隨著剖面向上，有機碳含量降低，底部的最大有機碳含量為3.1%，向上減小至0.7%，全段平均為2.3%。

圖2 渝東北地區(qū)志留系下統(tǒng)龍馬溪組有機碳含量等值線

3.2 成熟度

研究區(qū)烴源巖總體演化程度較高，未見成熟度Ro小于1%的區(qū)域，Ro值范圍為1.21% ～ 1.74%，平均為1.43%。平面上，形成開縣滿月到三合、巫溪高樓到咸水、蘭英到汾河3個高值區(qū)，有機質(zhì)成熟度Ro均大于1.5%，進(jìn)入高成熟階段?？傮w上說，有機質(zhì)成熟度往南逐漸增高(圖3)。根據(jù)美國經(jīng)驗在成熟度較高的區(qū)域依然有不少頁巖氣的產(chǎn)出，因此高成熟度不是制約頁巖氣聚集的主要因素，相反，高成熟度下頁巖氣亦能發(fā)育聚集［6］。

圖3 渝東北地區(qū)志留系下統(tǒng)龍馬溪組有機質(zhì)成熟度等值線

3.3 有機質(zhì)類型

渝東北志留系下統(tǒng)的頁巖樣品中有機顯微組分以V(鏡質(zhì)組)為主，MB(腐泥質(zhì))、E(殼質(zhì)組)、I (惰質(zhì)組)基本未出現(xiàn)，鏡質(zhì)組形狀有塊狀、脈狀、碎屑狀，呈灰白色。依據(jù)有機質(zhì)類型指數(shù)(TI)值［7］判斷出渝東北地區(qū)志留系下統(tǒng)龍馬溪組頁巖有機質(zhì)類型均為Ⅲ型(表1)。早志留世時，在上揚子板塊內(nèi)的古陸上就已有較為高等的陸生植物存在，而植物存在的時間還可追溯到古陸開始發(fā)育的晚奧陶紀(jì)［8］。研究地區(qū)緊鄰古陸，古陸上的風(fēng)化剝蝕作用將大量陸生植物碎屑帶入靠近古陸的緩坡環(huán)境中沉積下來，形成現(xiàn)今部分的Ⅲ型干酪根。

表1 富有機質(zhì)顯微組分定量統(tǒng)計結(jié)果

4 物性特征

4.1 孔隙度、滲透率及裂縫

孔隙度、滲透率及裂縫是評價頁巖儲層的主要物性指標(biāo)。從地表采集樣品分析結(jié)果來看，研究區(qū)頁巖均具有較高的孔隙度，大致為 4.93% ～7.25%，平均為5.74%。而滲透率相對較低，為0.014 5×10－3～1.173 3×10－3μm2，平均為0.294 25 ×10－3μm2。孔隙度一般與滲透率存在正相關(guān)關(guān)系，但由于采集的野外樣品受風(fēng)化作用的影響，孔隙度與滲透率相關(guān)關(guān)系不是很明顯。

研究區(qū)經(jīng)歷過多期次構(gòu)造運動，區(qū)內(nèi)節(jié)理(裂縫)較發(fā)育，野外露頭的節(jié)理發(fā)育程度達(dá)到6～7條/m，鏡下可觀測到微裂縫、解理等，裂縫和節(jié)理可以為頁巖里面的游離氣提供儲集空間，但同時由于構(gòu)造作用，頁巖氣的保存會受到較大的影響。

4.2 巖石礦物

通過巖樣薄片鏡下分析，志留系下統(tǒng)龍馬溪組巖石中石英、長石、巖屑等陸源碎屑平均含量為40.3%，雜基、膠結(jié)物等填隙物平均含量為59.7%，填隙物含量較高。而黏土礦物含量為12%～44%，主要為伊利石、伊蒙間層、綠泥石等。其中伊利石、伊蒙間層含量相對較高，志留系下統(tǒng)龍馬溪組伊利石含量為42%～53%，平均為47%;伊蒙間層含量為32%～50%，平均為42.6%。伊利石、伊蒙間層遇水后容易堵塞孔隙和吼道，降低孔隙度和滲透率，對儲層產(chǎn)生不利影響。由此可以看出，渝東北地區(qū)的儲層比較容易受到傷害。

5 有利區(qū)及資源量

5.1 有利區(qū)

依照國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)［8］，結(jié)合渝東北地區(qū)實際情況，主要選取有機碳含量、有機質(zhì)成熟度、厚度及含氣量等指標(biāo)(表2)，采用綜合信息疊合法對研究地區(qū)頁巖氣發(fā)育有利區(qū)進(jìn)行預(yù)測。

表2 渝東北主要頁巖層系頁巖氣聚集預(yù)測關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)

研究區(qū)龍臺—咸水—文峰一帶目的層的有效厚度為40～68 m，TOC為2.5% ～5.0%，Ro值為1.50%～1.65%(圖4)。構(gòu)造相對簡單，理論吸附氣量為0.6～0.9 m3/t。尤其是咸水地區(qū)，地層傾角為45°左右，地形條件較開闊，有利于工程施工。

5.2 有利區(qū)資源量

渝東北地區(qū)研究程度相對很低，選擇面積豐度類比法和體積法預(yù)測目的層頁巖氣的資源量［9］。其中，面積豐度類比法計算得出志留系下統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣資源量為0.099×1012～0.269 ×1012m3;體積法計算得出志留系下統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣資源量為0.063×1012～0.432×1012m3。由于研究區(qū)研究程度低，評價方法使用條件具有差異性，因此，采用特爾菲法進(jìn)行加權(quán)平均，得出渝東北地區(qū)志留系下統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣資源量最終為0.077 3×1012～0.369 0×1012m3。

圖4 渝東北地區(qū)志留系下統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣有利區(qū)

6 結(jié) 論

(1)渝東北地區(qū)志留系下統(tǒng)龍馬溪組的頁巖厚度適中，且廣泛發(fā)育，有機碳含量為0.57% ～4.96%，有機質(zhì)成熟度Ro為1.21% ～1.74%，有機質(zhì)類型均為Ⅲ型，具有頁巖氣成藏有利的有機地化特征。

(2)渝東北地區(qū)志留系下統(tǒng)龍馬溪組頁巖的孔隙度為4.93% ～7.25%，滲透率為0.014 5×10－3～1.173 3×10－3μm2，節(jié)理發(fā)育程度達(dá)到6～7條/m，石英、長石、巖屑等陸源碎屑平均含量為40.3%，巖石脆性高，具有頁巖氣成藏有利的物性特征。

(4)初步優(yōu)選出龍臺—咸水—文峰一帶為渝東北地區(qū)的頁巖氣發(fā)育有利區(qū)，估算該區(qū)頁巖氣資源量為0.077×1012～0.369×1012m3。

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編輯 黃華彪

TE122.3

A

1006－6535(2012)04－0025－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.04.007

20111123;改回日期:20120112

國土資源部重點項目“渝東北地區(qū)頁巖氣戰(zhàn)略選區(qū)研究”(2009GYXQ15)

張志平(1983－)，男，工程師，2010年畢業(yè)于長江大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，現(xiàn)從事非常規(guī)油氣資源勘探研究工作。