楊遠(yuǎn)萍

淺析川東北達(dá)州地區(qū)自流井組頁巖氣成藏條件

楊遠(yuǎn)萍

（四川省煤田地質(zhì)局一三七隊，四川 達(dá)州 635000）

本文通過野外調(diào)查、采樣、實驗測試及搜集大量資料等工作手段，獲取關(guān)鍵的地球化學(xué)、物性參數(shù)等，對川東北達(dá)州地區(qū)中下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨斷和東岳廟段頁巖氣的成藏條件進(jìn)行了綜合分析研究。結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)頁巖氣的富集主要受泥頁巖的有機碳含量、有機質(zhì)熱成熟度、生烴潛量及地層壓力等因素控制，區(qū)內(nèi)該組鏡質(zhì)體反射率Ro平均為1.005%、有機碳含量TOC平均為0.68%、生烴潛量平均為1.80mg/g，整體表現(xiàn)出研究區(qū)地化條件一般，但局部地區(qū)偏好，具備頁巖氣形成的有利條件；沉積相控制了頁巖的物性特征及礦物組分特征，具備頁巖氣勘探開發(fā)及儲層改造的必要條件。

川東北；達(dá)州；自流井組；頁巖；儲層

達(dá)州地區(qū)位于四川盆地川東北部，行政區(qū)屬達(dá)州市（圖1），近年來該區(qū)內(nèi)中層、深層常規(guī)天然氣獲得重大突破，但對淺層的天然氣研究較少，但是在常規(guī)天然氣井鉆遇淺層的錄井、測井資料顯示，自流井組大安寨段和東岳廟段有一定的油氣顯示，本文針對淺層中下侏羅統(tǒng)自流井組頁巖氣成藏條件進(jìn)行分析研究，探索達(dá)州地區(qū)淺層頁巖氣資源潛力。

圖1 研究區(qū)位置

1 區(qū)域地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造

達(dá)州地區(qū)位于上揚子陸塊四川陸內(nèi)盆地，跨南大巴山蓋層逆沖帶、川北壓陷盆地、川中陸內(nèi)拗陷盆地和華鎣山滑坡褶皺帶四個四級構(gòu)造單元。南大巴山蓋層逆沖帶發(fā)育一系列弧形構(gòu)造形跡主要有石塘壩-添子城復(fù)背斜、井溪壩向斜、紅花-龍洞背斜等；川北壓陷盆地構(gòu)造和斷裂均發(fā)育規(guī)模小，不明顯；川中陸內(nèi)坳陷盆地構(gòu)造簡單，發(fā)育開闊低緩的背、向斜構(gòu)造形跡，如稅家槽背斜、豐樂場向斜、鐵頭埡背斜及太平寨背斜、渠縣向斜等；華鎣山滑脫褶皺帶構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育華鎣山復(fù)式背斜、渡市向斜、鐵山背斜、黃金口背斜、鐵山—大竹向斜、銅鑼峽背斜、亭子鋪向斜、七里峽背斜、溫泉井背斜、涼風(fēng)埡背斜、明月峽背斜等多條背、向斜構(gòu)造，斷裂也發(fā)育較多，屬達(dá)州地區(qū)重要成礦區(qū)帶。

1.2 泥頁巖分布特征

根據(jù)達(dá)州地區(qū)中下侏羅系自流井組野外露頭及以往鉆井顯示，本次研究的自流井組兩套暗色泥頁巖在區(qū)內(nèi)分布范圍較廣、連續(xù)穩(wěn)定，中下侏羅統(tǒng)地層在研究區(qū)的北部南大巴山蓋層逆沖帶以北地區(qū)被剝蝕。研究區(qū)內(nèi)自流井組兩套暗色泥頁巖厚度較大，其中東岳廟段暗色泥頁巖厚度在0~40m之間，主體埋藏深度范圍在1 200～2 800m，厚度大于30m的區(qū)域主要位于研究區(qū)南部和西部，分布范圍較少，大安寨段暗色泥頁巖厚度在0~90m之間，平均36.5m，主體埋藏深度范圍在800～1600m之間，沉積中心位于宣漢以北區(qū)域，最大厚度達(dá)到90m左右，次沉積中心位于研究區(qū)南部—大竹東南部，最大厚度達(dá)40m左右，西南部偏中部地區(qū)厚度也達(dá)到40m左右。

1.3 沉積特征

在中下侏羅統(tǒng)東岳廟時期，受印支運動晚幕影響，川東北地區(qū)快速抬升之后構(gòu)造活動相對穩(wěn)定，研究區(qū)東北部發(fā)育了濱湖、淺湖沉積，主要表現(xiàn)為濱湖沉積；在馬鞍山期的沉積水體逐步加深，大面積發(fā)育了濱淺湖亞相沉積，在平昌—羅江以西南向發(fā)育半深湖亞相沉積；大安寨時期基本繼承了馬鞍山時期的沉積格局，研究區(qū)竹峪—固軍一線發(fā)育三角洲前緣沉積，向盆地內(nèi)部過渡為前三角洲—淺湖—半深湖沉積，在淺湖的相對低能水動力帶局部發(fā)育了淺湖泥灰沉積，在淺湖—半深湖區(qū)則主要發(fā)育大套泥頁巖夾泥灰?guī)r，在淺湖過渡帶附近局部出現(xiàn)深灰色的薄介殼灰?guī)r與薄層泥灰?guī)r互層。該時期東北部物源供給加大，主要是受到南秦嶺擠壓推覆作用而影響米倉山—大巴山的緩慢抬升，使得該期大量沉積物從東北緣搬運至盆內(nèi)。

2 有機地球化學(xué)特征

2.1 有機質(zhì)類型

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)不同地區(qū)中下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨段、東岳廟段樣品的鏡下顯微組分及組成特征分析，結(jié)果表明兩套暗色泥頁巖的有機質(zhì)類型主要為Ⅱ2型和Ⅲ型干酪根。

2.2 有機碳含量（TOC）

研究區(qū)內(nèi)中下侏羅統(tǒng)自流井組不同地區(qū)黑色頁巖樣品的有機碳分析測試表明，頁巖有機碳含量小于1%的樣品數(shù)占分析總數(shù)的77%，有機碳含量大于1%的樣品數(shù)量占分析總數(shù)的23%，其中有機碳含量大于2%的樣品數(shù)僅占分析總數(shù)的8%（圖2），這表明研究區(qū)該套頁巖有機碳含量大于1%的分布較少，反映其原始生烴潛力較弱，且變化范圍較大，一般為0.13%~2.62%，平均為0.62%。

圖2 達(dá)州地區(qū)中下侏羅統(tǒng)樣頁巖有機碳含量分布直方圖

2.3 熱演化程度（Ro）

區(qū)內(nèi)中下侏羅統(tǒng)自流井組不同地區(qū)黑色頁巖樣品有機質(zhì)成熟度分析測試表明，成熟度一般為0.81%～1. 31%，平均為1.04%（圖3），測試樣品中Ro介于0.6%~1.0%之間的占46%，介于1.0%~2.0%之間的占54%。這表明整個研究區(qū)內(nèi)兩套暗色泥頁巖熱演化程度處于成熟—高成熟階段，頁巖處于生氣高峰期。

圖3 達(dá)州地區(qū)中下侏羅統(tǒng)自流井組各地區(qū)頁巖樣品成熟度分布直方圖

2.4 生烴潛量

巖石熱解參數(shù)分析的目的是定量檢測巖石中的含烴量。其中總烴含量指S0、S1、S2的總和，S0為氣態(tài)烴含量，代表C1-C7的輕烴含量；S1為游離烴含量，代表了已生成但未運移走的液態(tài)烴（C7以后）殘留量；S2為干酪根可裂解生成的烴含量；S1+S2代表生烴潛量，可反映源巖的生烴能力。自流井組兩套不同地區(qū)的有機質(zhì)頁巖樣品巖石熱解實驗分析測試表明，其頁巖生烴潛量一般為0.04~10.94 mg/g，平均為1.56mg/g，其中大于2 mg/g之間的占15%。表明這兩套頁巖的生烴潛量一般，局部稍好。

3 儲層特征

3.1 泥頁巖儲層物性特征

研究區(qū)自流井組兩套泥頁巖儲層物性較好，據(jù)不同區(qū)域野外樣品測試結(jié)果顯示兩套暗色泥頁巖孔隙度在3.51%~20.3%之間，平均為10.6%；從所有樣品的分布頻率上看，孔隙度分布在5%~10%之間的占全部樣品的40%，分布在大于10%的則占全部樣品的50%。滲透率主要分布在0.001 9~0.013md之間，平均0.007 9md，大部分樣品的滲透率小于0.01md。樣品中滲透率小于0.005md的占30%，分布在0.005~0.01md區(qū)間的占30%，分布在0.01~0.02md區(qū)間的占40%，沒有大于0.02md的樣品。

3.2 礦物成分

區(qū)內(nèi)兩套暗色泥頁巖礦物成分主要以石英、碳酸鹽和粘土礦物為主，長石次之，其中石英含量平均在27.1%、碳酸鹽含量平均為13%、粘土礦物含量平均為48.8%，長石和黃鐵礦等礦物含量所占比例較小。粘土礦物主要包括伊利石、高嶺石、綠泥石和伊蒙混層等。

3.3 儲集空間類型

區(qū)內(nèi)泥頁巖主要發(fā)育微、納米級的孔隙，這是與常規(guī)儲層的重要區(qū)別之一，同時也是制約頁巖氣有效勘探開發(fā)關(guān)鍵的因素。通過對該區(qū)頁巖樣品進(jìn)行了高分辨率電鏡掃描分析、薄片觀察和礦物成分鑒定等實驗，結(jié)合頁巖剖面觀察，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)中生界頁巖儲層的儲集空間類型主要包括孔隙和裂縫兩大類，并按孔隙在頁巖內(nèi)的發(fā)育及其分布特征，將孔隙分為粒間孔、粒內(nèi)孔和溶蝕孔3大類（圖4）。

圖4 達(dá)州地區(qū)自流井組兩套暗色泥頁巖孔隙特征

4 含氣性特征

由于區(qū)內(nèi)此前未做有頁巖氣工作，通過搜集常規(guī)天然氣井資料分析表明，在鉆遇自流井組兩套泥頁巖層段均有天然氣顯示，所以本次研究的油氣顯示特征主要是通過兩套目的層段泥頁巖樣品的等溫吸附實驗展示。

為探討達(dá)州地區(qū)中生界頁巖的吸附性能，本文采用類似煤的高壓等溫吸附實驗方法，使用美國的TER-TEK ISO-300型自動等溫吸附儀，參照GB/T 19560-2004標(biāo)準(zhǔn)，在近似地層溫度的條件下，對研究區(qū)中生界泥頁巖樣品進(jìn)行等溫吸附實驗，建立吸附氣量與壓力、溫度的關(guān)系模型。根據(jù)蘭格繆爾等溫吸附公式理論計算出表征泥頁巖對試驗氣體的吸附特性的各項參數(shù)，并描繪出等溫吸附曲線。

圖5 達(dá)州地區(qū)中生界頁巖等溫吸附曲線

根據(jù)蘭格繆爾等溫吸附公式，在近似地層溫度（30℃）和壓力（10Mpa）條件下，自流井組頁巖吸附氣量（最大吸附能力）在0.17～1.74m3/t之間，平均為0.96 m3/t（圖5）。表明這兩套頁巖的吸附能力一般，飽和吸附量達(dá)到1.74 m3/t。這與美國福特沃斯盆地Barnett頁巖相比，吸附能力稍弱。

5 結(jié)論

1）研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造條件復(fù)雜，在北部和東北部地層剝蝕嚴(yán)重，自流井組兩套暗色泥頁巖主要出露于研究區(qū)內(nèi)背斜兩翼區(qū)域，累計厚度約在30～120m之間，埋深最深達(dá)到2800m左右，均在4500m以淺，滿足工業(yè)開采深度條件。

2）兩套目次層有機質(zhì)類型基本為干酪根Ⅱ2和少量Ⅲ型；有機碳含量局部含量>1.5%，基本沿沉積中心分布，熱演化程度適中，處于成熟-高成熟期，生烴能力較強，礦物成分主要石英等脆性礦物含量平均達(dá)到45%以上，粘土礦物含量較高；泥頁巖顆粒細(xì)小、致密，孔比表面積較大，均具有大孔發(fā)育較少、微孔發(fā)育較多，低孔隙度、低滲透率、喉道細(xì)、連通性差的特征。

3）區(qū)內(nèi)自流井組兩套目的層泥頁巖段局部氣顯示活躍，儲層物性較好，具有原來的儲層特征，初步評價頁巖氣層局部發(fā)育較好的頁巖氣層，具備較好的勘探潛力。

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Simple Analysis of Shale Gas Formation Conditions in the Ziliujing Formation in Dazhou, Northeast Sichuan

YANG Yuan-ping

(No. 137 Geological Team, Sichuan Bureau of Coal Geology, Dazhou, Sichuan 635000)

Geochemical and geophysical data indicate that concentration of shale gas in the Ziliujing Formation in Dazhou was controlled by organic carbon content, maturity of organic matter, hydrocarbon potential of the argillutite and formation pressure. Reflectance of vitrinite (Ro) is 1.005%, organic carbon content is 0.68% and hydrocarbon potential is 1.8 mg/g. Sedimentary facies got the physical property and mineral composition of the shale under control. Therefore, the Ziliujing Formation in Dazhou hasthe necessary conditions for shale gas exploration and development and reservoir reformation.

northeast Sichuan; Dazhou; Ziliujing Formation; shale gas; reservoir

2018-09-25

楊遠(yuǎn)萍（1986-），女，四川江油人，工程師，主要從事固體礦產(chǎn)及油氣地質(zhì)工作

P618.130.2

A

1006-0995（2019）03-0407-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.03.012