金溪地區(qū)的頁巖氣地質(zhì)特征及勘探方向研究

張志平 曾春林 張 燁 方光建 汪生秀 焦偉偉 向新濤 曾祥亮

(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院， 重慶 400042)

重慶市黔江區(qū)金溪鎮(zhèn)及其周邊區(qū)域地層中，上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組具有較好的頁巖氣地質(zhì)條件。已經(jīng)有許多研究者對金溪區(qū)域所處的五峰組-龍馬溪組頁巖的沉積地質(zhì)背景、構(gòu)造特征、成藏條件和勘探遠景進行了研究，明確了五峰組-龍馬溪組為該區(qū)域頁巖氣勘探的主力層系及資源潛力區(qū)[1-5]。本次研究，將綜合3條野外剖面和2口頁巖氣井的巖心測試情況，分析五峰組-龍馬溪組頁巖的沉積環(huán)境、有機地化特征、儲層物性及含氣性和保存條件，評價五峰組-龍馬溪組的頁巖氣資源潛力，并預(yù)測重點勘探方向。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

金溪地區(qū)的五峰組-龍馬溪組頁巖分布于金溪西北部及東南面一帶，分布面積約1 034 km2。在區(qū)域構(gòu)造上，它屬于揚子準(zhǔn)地臺的上揚子臺內(nèi)坳陷黔江凹褶束，區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂較發(fā)育[1]。

區(qū)域地層歸屬于揚子地層區(qū)的黔北渝南地層分區(qū)酉陽地層小區(qū)[1]，區(qū)域沉積演化與揚子地臺的區(qū)域構(gòu)造演化具有一致性。其中，晚奧陶世-早志留世在加里東運動以后，沉積了范圍廣、厚度大的黑色筆石頁巖。區(qū)域的上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)是區(qū)內(nèi)的主要油氣生儲蓋組合[1-6](見圖1)。

2 區(qū)內(nèi)頁巖特征

2.1 頁巖發(fā)育特征

區(qū)內(nèi)五峰組-龍馬溪組主要由黑色碳質(zhì)、粉砂質(zhì)頁巖組成，夾少量粉砂巖及泥質(zhì)、鈣質(zhì)頁巖的黑色巖系，底部為黑色粉砂質(zhì)碳質(zhì)頁巖、炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖，產(chǎn)筆石類化石，厚度約65～90 m。五峰組-龍馬溪組區(qū)域沉積中心位于金溪地區(qū)西北部，地層厚度由西北向東南方向逐漸減薄。在金溪 — 工農(nóng)一帶，五峰組-龍馬溪組地層厚度主要為70～80 m，是較有利的頁巖氣地層發(fā)育區(qū)(見圖2)。

受構(gòu)造運動影響，五峰組-龍馬溪組底界埋深整體上呈北西向南東增大的趨勢，最大埋深4 000 m。受褶皺控制，向斜核部埋深較大。區(qū)域西北部向斜較為平緩，多出露志留紀(jì)地層，埋深相對較淺，大多小于3 500 m。區(qū)域東南部多出露三疊紀(jì)地層，同時該區(qū)域地層傾角較大，埋深相對較大。

2.2 頁巖有機地化特征

五峰組-龍馬溪組黑色碳質(zhì)頁巖總體含量較高，頁巖樣品的總有機碳(TOC)主體為1.5%～2.5%。受沉積環(huán)境影響，頁巖的有機碳含量在縱向上由下往上逐漸降低，在平面上由南東向北西逐漸增高。在工農(nóng)附近區(qū)域，頁巖的TOC大多在2.0%以上，只有少部分地區(qū)頁巖的TOC低于1.5%。區(qū)內(nèi)頁巖有機質(zhì)成熟度總體較高，主體在2.5%以上，處于過成熟階段[7](見圖3)。

五峰組-龍馬溪組頁巖的干酪根碳同位素(δ13C)分布為(-31.5～-26.8)‰，平均-29.2‰。干酪根碳同位素值較小，表明五峰組-龍馬溪組干酪根類型主要為腐泥型[8]。干酪根顯微鏡檢結(jié)果顯示，其主要組分為腐泥組，含少量的鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組。

圖1 金溪地區(qū)地層綜合柱狀圖

五峰組-龍馬溪組頁巖的孔滲性測定表明，孔隙度在1.1%～5.4%，平均2.17%，為中等孔隙。滲透率分布為(0.001 2～0.018 2)×10-3μm2，平均0.008 7×10-3μm2，滲透率極低。頁巖孔隙以中孔隙為主，中孔體積占到總孔體積的81.36%。

五峰組-龍馬溪組黑色頁巖的礦物成分主要為碎屑礦物和黏土礦物[9]，有少量的碳酸鹽、黃鐵礦(見表1)。其中，碎屑礦物含量在32%～89%，平均占65.3%，其成分主要為石英，含少量長石，顯示具有較好可壓性。黏土礦物主要為伊利石(平均含量56.2%)和伊蒙混層(平均含量27.8%)，以及少量的綠泥石。

表1 五峰組-龍馬溪組頁巖的礦物組分

區(qū)內(nèi)的黔頁1井及附近的濯頁1井的資料顯示，金溪地區(qū)地層最大水平主應(yīng)力方向為近東西向[10]，區(qū)域地層壓力系數(shù)為0.9～1.1，屬于低壓 — 常壓范圍。

圖2 五峰組-龍馬溪組頁巖埋深與厚度分布

圖3 五峰組-龍馬溪組頁巖TOC分布及有利探區(qū)

2.4 頁巖含氣性

據(jù)對區(qū)內(nèi)QQ1、ZY1等井的鉆井巖心進行的含氣量現(xiàn)場解吸結(jié)果，區(qū)內(nèi)頁巖的含氣量較高。從鉆井深度范圍來看，中底部段頁巖的含氣性最好，上部段次之，中部段較差。例如QQ1井的鉆井巖心含氣量，在784 — 796 m深度段為0.64～1.63 m3/t，平均1.13 m3/t；在741 — 784 m深度段為0.03～0.47 m3/t，平均0.15 m3/t；在722 — 741 m深度段為 0.05～0.33 m3/t，平均0.19 m3/t。QQ1井的有機質(zhì)頁巖含氣量平均為0.60 m3/t，最高達1.63 m3/t。這說明，五峰組-龍馬溪組有機質(zhì)頁巖具有較好的勘探開發(fā)潛力。

3 保存條件

3.1 蓋層分布

金溪地區(qū)出露地層主要為侏羅系、中下三疊統(tǒng)、二疊系及中下志留統(tǒng)。五峰組-龍馬溪組上覆地層新灘組和小河壩組，主要沉積粉砂質(zhì)泥巖、泥巖和灰砂泥巖互層，巖性致密，厚度超過300 m，是良好的區(qū)域蓋層，對區(qū)內(nèi)頁巖氣具有較好封蓋作用。

3.2 構(gòu)造特點

金溪地區(qū)背斜構(gòu)造核部多出露寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)地層，向斜構(gòu)造核部以侏羅紀(jì)和三疊紀(jì)地層為主。構(gòu)造形態(tài)在平面上整體呈北北東向，構(gòu)造樣式以過渡式及隔擋式為主[11]。向斜地層發(fā)育較完整，地層較平緩；背斜地層較陡。向斜地層底部及平緩的翼部，有利于頁巖氣保存。

3.3 水文地質(zhì)

根據(jù)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)資料，區(qū)內(nèi)的寒武系-三疊系碳酸鹽巖多為裂隙溶洞中等水量區(qū)，志留系碎屑巖多為貧水層。志留系地層基本為不含水層，在區(qū)域上形成不含水隔水層，具有較好封蓋性。區(qū)內(nèi)向斜構(gòu)造多為復(fù)雜自流盆地地下水封閉區(qū)。地下水循環(huán)條件較差地區(qū)，亦有利于頁巖氣保存。

4 有利探區(qū)預(yù)測

綜上所述，金溪地區(qū)五峰組-龍馬溪組作為頁巖氣勘探主要目的層位，具備以下有利條件。

(1) 頁巖分布規(guī)模較大。研究區(qū)處于深水陸棚頁巖沉積相帶，五峰組-龍馬溪組頁巖的有效厚度在65～90 m，主體埋深小于3 500 m，連續(xù)分布的有效面積大于50 km2。

(2) 頁巖有機碳含量較高。區(qū)內(nèi)的有機質(zhì)類型主要為腐泥型(Ⅰ型)。TOC普遍大于1.5%，局部地區(qū)超過3.0%，且TOC大于2.0%的高有機質(zhì)豐度的烴源巖分布范圍較大。Ro在2.5%～3.0%，未見Ro小于2.0%的區(qū)域。

(3) 頁巖的含氣量較高。區(qū)內(nèi)五峰組-龍馬溪組頁巖的總含氣量在0.05～1.63 m3/t。采用概率體積法[12]計算，五峰組-龍馬溪組頁巖氣的地質(zhì)資源量約763.53×108m3，可采資源量在104.53×108m3以上。

(4) 蓋層有利于頁巖氣保存。研究區(qū)具有較好的區(qū)域性封蓋層，中部為寬緩向斜揚起端區(qū)；東南部為濯河壩向斜核部，地層平緩。區(qū)域封蓋層總面積約553 km2，保存條件好。

綜合分析認(rèn)為，金溪地區(qū)中部桑柘坪向斜揚起端及東南部濯河壩向斜核部地區(qū)的頁巖氣地質(zhì)條件較優(yōu)越，是該區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖氣勘探有利區(qū)域。其中，區(qū)內(nèi)西南部187 km2的范圍是頁巖氣重點勘探方向(見圖3)。