川东南-鄂西-渝东地区下寒武统页岩气成藏条件。
(中国石油勘探开发研究院，北京100083)
通过对贵州省乐山市湄潭县、遵义市、湖北省鹤峰县五里镇岩湾桥、贵州省永和县下寒武统露头剖面的观察、测量和取样分析，以及对防深1井、仙2井等老井的回顾和对黄野1井钻井效果的分析，研究了川东南、鄂西、渝东地区下寒武统黑色页岩的沉积相和沉积微相。根据国土资源部油气资源战略研究中心发布的《页岩气资源潜力评价及有利区优选方法》，预测下寒武统页岩气藏的有利开发区主要位于研究区的西南部和东北部。前者位于叙永-谷林-习水-丁山1一线以南，主要包括黔北仁怀地块和綦江南地块，后者主要指正安-道真-彭水-利川一线东南部，主要包括湖南。有利区地质资源量为(1.06 ~ 6.47)×1012 m3(中位数为3.09×1012m3)，可采资源量为(0.13 ~ 0.78) × 6544。
页岩气成藏条件，有利资源潜力区，川东南、鄂西、渝东地区下寒武统
川东南、鄂西、渝东下寒武统页岩气成藏条件
聂海宽，包，边，，俞川(中国石化勘探开发研究院，北京100083)
通过对川东南、鄂西、渝东地区黑色页岩露头和钻井的观察、取样和实验室分析，研究了下寒武统黑色页岩的沉积相、有机质类型和含量及其成熟度、分布、孔隙度和含气量等页岩气成藏条件。与美国主要产气页岩相比，川东南、鄂西、渝东地区的下寒武统页岩厚度大、有机碳含量高、成熟度高、含气量高，具有良好的页岩气储层开发地质条件。根据国土资源部油气资源战略研究中心发布的《页岩气资源潜力评价及有利区优选方法》，采用综合信息叠加方法，认为下寒武统页岩中页岩气聚集的最有利区为研究区的西南部和东北部。根据实测含气量，采用容积法计算出下寒武统页岩气地质资源量为(1.06 ~ 6.47)×1012 m3(中值为3.09×1012 m3)，可采资源量为(0.13 ~ 0.78)×1065433
关键词下寒武统；页岩气；积累条件；资源潜力；页岩气有利区；川东南，湖北以西，重庆以东
基金项目:国家专项“全国油气资源战略选择调查与评价”、“全国页岩气资源潜力调查与评价及有利区优选”(编号:2009 GYXQ-15)。
四川盆地及其周边下古生界地质条件独特，可与美国东部盆地相媲美，是中国南方页岩气勘探的重点地区[1-3]。四川盆地及周边地区下寒武统黑色页岩具有厚度大、有机碳含量高、成熟度高等特点，具有良好的页岩气开发条件。不同的学者在这方面做了一些研究[1 ~ 7]。笔者认为四川盆地及周边地区下寒武统页岩气藏最有利的发育区位于川南-黔北-黔中、鄂西-渝东和川东北[8]。本次研究在前期的基础上，按照预测有利区由大到小，逐渐缩小的原则，研究了川东南-鄂西和渝东两个页岩气开发有利区的组合，以达到更准确预测页岩气开发有利区的目的，为勘探提供参考建议。
1页岩发育特征
1.1页岩分布
下寒武统黑色页岩主要发育在梅树村期和千株寺期，对应最大洪泛面对应的低能环境，包括川南九老洞组、川北千株寺组、贵州-湘西牛蹄塘组、鄂西水井沱组、湘西天柱山组等。，分布稳定，岩性主要为黑色页岩、碳质页岩、碳质页岩、结核状磷块岩和粉砂。
垂直方向上1.1.1的页岩发育特征
岩性在垂向上变化较大，自下而上硅质页岩和碳质页岩厚度减小，灰黑色页岩和粉砂质页岩厚度增加，直至完全转化为灰色粉砂质页岩和灰色页岩。贵州省湄潭县梅子湾剖面，厚27.9米(图1)，底部为硅质岩，向上过渡为碳质页岩和粉砂质页岩。在贵州金沙青口剖面，黑色页岩的实测厚度为65m。贵州省瓮安县永和牛蹄塘组剖面，底部为硅质岩，上部过渡为碳质页岩和粉砂质页岩，实测厚度为15438+07.5438+0m；湖北省鹤峰县五里镇岩湾桥下寒武统水井沱组剖面实测厚度为87.6米(图2)。
1)贵州省湄潭县梅子湾下寒武统牛蹄塘组黑色页岩剖面如下:
油气成藏理论与勘探开发技术:中国石化石油勘探开发研究院博士后学术论坛论文集2011 . 4
图1贵州省湄潭县梅子湾下寒武统牛蹄塘组黑色页岩剖面(实测厚度27.9米)
2)湖北省鹤峰县五里镇岩湾桥下寒武统水井坨组剖面如下:
油气成藏理论与勘探开发技术:中国石化石油勘探开发研究院博士后学术论坛论文集2011 . 4
1.1.2平面分布特征
平面上，页岩主要发育在川南-黔北-黔中和湘鄂西-渝东等地区。该套黑色页岩在四川中古生代隆起区不发育，在其他地区广泛分布，厚度一般在20-120m之间，大部分地区大于100m(图3)。川南-黔北的自贡-宜宾-泸州-威信地区厚度在40 ~ 100 m之间，厚度中心在珙县-威信地区，黔中隆起附近厚度在40 ~ 120 m之间。如贵州瓮安县永和牛蹄塘组黑色页岩段实测厚度为16544。鄂西-渝东的恩施-秀山-桑植地区厚度超过100米..具体到研究区，下寒武统黑色页岩主要发育在研究区的西南部和东北部，即谷林-毕节-仁怀地区，厚度大于60m，恩施-黔江地区厚度大于80m。总的来说，研究区下寒武统黑色页岩具有厚度大、分布广的特点。
图2湖北省鹤峰县五里镇岩湾桥下寒武统水井坨组黑色页岩剖面(实测厚度87.6米)。
1.2有机物的种类和含量
实验结果表明，IH和H/C值分别小于50和0.5，这给准确标定不同母质的干酪根带来困难。干酪根δ13C能够反映原始生物母质的特征，次生同位素分馏效应不会严重掩盖原始生物母质的同位素印记，一般认为是划分高-过成熟烃源岩有机质类型的有效指标[9 ~ 11]。根据22个样品的同位素分析，下寒武统黑色页岩的δ13C为-35.9 ‰ ~-29.5 ‰，平均值为-32.6‰。根据干酪根碳同位素小于-28‰为腐泥型(ⅰ型)的标准，下寒武统黑色页岩有机质类型为腐泥型(ⅰ型)。
在平面上，由于沉积环境是控制有机碳含量的主要因素，有机碳含量最高的区域通常是页岩的沉积中心，形成两个有机碳值较高的区域:川南-黔北-黔中和湘鄂西。川南-黔北-黔中的威信-毕节-贵阳地区为高值区，部分地区最大有机碳含量超过5%。如贵州省金沙县箐口村黑色页岩实测有机碳含量为5.35%。湘鄂西的宜昌-五峰-鹤峰-咸丰-龙山-酉阳-德江一带为高值区，部分地区有机碳含量可达5%以上。例如，贵州松桃石场和贵州江口英涛黑色页岩的实测有机碳含量分别高达8.55%和6.37%(图4)。
图3川东南、鄂西、渝东下寒武统黑色页岩等厚性图。
图4川东南、鄂西、渝东下寒武统黑色页岩有机碳含量等值线图。
1.3成熟度和热演化史
下寒武统黑色页岩的演化程度普遍较高。在平面上，成熟度形成两个高值区，即渝黔交界的丁山1井区附近和大方县方山1井区附近，成熟度超过4%，部分地区成熟度超过5%。其他大部分地区成熟度在3%以上，处于过成熟后期(图5)，达到变质阶段，失去生气能力。但根据美国页岩气勘探经验，在高成熟度条件下也可以开发页岩气藏，但其成藏条件复杂，需要根据页岩的构造演化史和生排烃史进行研究。
图5川东南、鄂西、渝东下寒武统黑色页岩成熟度等值线图。
研究区可划分为四个构造单元，即川东高陡褶皱区、川南中低构造带、黔中隆起和仁怀斜坡、湘鄂西褶皱带。不同构造单元页岩埋藏史差异较大。页岩的演化史要根据不同构造单元的具体问题来分析。鉴于仁怀斜坡资料的缺乏，页岩的演化历史应参照黔中隆起来确定。湘鄂西褶皱带的利川向斜、中央向斜、花果坪向斜、宜都-鹤峰向斜和桑植-石门向斜在演化历史上相似，故归为一类进行研究。
1.3.1川东高陡褶皱区
该区井多，以该区北部大池干井构造的池7井为例。上奥陶统-下志留统黑色页岩从沉积到晚二叠世热演化非常缓慢，处于未成熟-低成熟阶段(RO < 0.5%)。中二叠世埋深使其进入液态烃生成阶段。中侏罗世以后，志留系处于快速埋藏状态，成熟度(Ro)值从1.3%快速演化到2.2%，有机质演化到高成熟度，处于水分转化阶段。白垩纪以来，大部分地区志留系页岩成熟度(Ro)超过3% [12]，处于过成熟晚期，主要产出干气(图6)。属于长期浅埋-快速埋藏-长期深埋-快速隆升型，类似于目前美国页岩气产量最大的沃思堡盆地巴奈特页岩的演化历史。
图6川东大池干井构造池7井志留系埋藏史[12]
1.3.2川南中低缓构造带。
该区页岩属于早期长期浅埋-中早期长期隆升-中期深埋-晚期快速隆升的类型，即下寒武统页岩在志留纪末达到最大埋深，但深度基本小于2000m，成熟度低，生排烃能力有限。然后经历隆升，在早三叠世长时间停止生烃。中三叠世以后经历了第二次埋藏，达到生气阶段。白垩纪中期以后开始快速上升，生烃停止。中前期长期浅埋和长期隆升有利于有机质的保存，中期快速埋藏有利于天然气的生成，后期快速隆升不利于天然气的排出和页岩气的聚集。如志留系末期，川南卫2井寒武系底界埋深达到2000m，Ro值达到0.8%，产生少量原油。然后由于地层整体隆升，生烃过程停止，印支期以来又迅速被掩埋。三叠纪为二次生烃阶段，至中白垩世，寒武系底界埋深超过6000 m，Ro值超过2%，进入过成熟早期，中白垩世后开始快速上升。该类型的埋藏史和热演化史与美国沃思堡盆地的巴尼特页岩气藏相似。下志留统黑色页岩和下石炭统Barnett页岩都具有早期生烃(甚至不生烃)-晚期生烃-长期深埋-快速隆升的特征。前者在中三叠世开始生烃，达到最大成熟度，然后一直持续到中白垩世，之后生烃停止，但抬升幅度有限。后者在晚石炭世开始生烃，在二叠纪、三叠纪和侏罗纪达到生烃高峰，一直持续到白垩纪末期，然后隆升，生烃停止，隆升幅度有限。考虑到Barnett页岩气藏勘探的巨大成功，需要特别关注研究区具有这种埋藏史和热演化史的页岩。与盆地相比，盆地边缘的丁山1井埋藏史和热演化史具有前期生烃量大、后期隆升幅度大的特点，总体评价和保存条件比威远气田和盆地其他地区差。
图7川南卫2井埋藏史[13]
1.3.3黔中隆起和仁怀斜坡
黔中隆起和仁怀斜坡下古生界的埋藏史和热演化史具有早期生烃—中期多次生排烃—晚期快速隆升(早于四川盆地隆升)的特征。下寒武统黑色页岩在早奥陶世开始进入生烃期(RO > 0.5%)，在志留纪末达到最大埋深(RO > 1%)，出现生油高峰。晚三叠世达到生气阶段，三叠纪末遭受抬升剥蚀。晚侏罗世-早白垩世进一步沉降，达到干气生成阶段。白垩纪中期以后上升，生烃停止(图8)。总的来说，该类型页岩的埋藏史和热演化史比四川盆地差，主要表现为生烃时间早、生烃量大，中期反复生排烃，后期早期大幅度隆升等不利因素。
1.3.4湘鄂西褶皱带
该区页岩埋藏史属于长期连续埋藏-快速抬升型。下寒武统页岩在寒武纪末期达到生油高峰期，中侏罗世成熟度达到过熟阶段，燕山期以来迅速上升，生烃停止(图9)。与前两种类型相比，该类型的埋藏史和热演化史具有长期连续生烃、隆升时间早(侏罗纪)、隆升幅度大的特点。由于隆升剥蚀改造持续时间长，以褶皱隆升为特征，下古生界出露。在恩施-彭水中央复背斜带和宜都-鹤峰复背斜带，岩心出露的最老地层为震旦系，下寒武统黑色页岩遭受了不同程度的剥蚀，出露严重，保存条件差，不利于页岩气成藏，开发条件差。花果坪向斜带和桑植-石门向斜带北部，下寒武统黑色页岩分布连续性较好，是该区页岩气勘探潜力较大的地区。
对比这三类埋藏史曲线，不难发现以四川盆地威远气田为代表的地区具有以下特点。标志:(1)加里东之前基本没有生烃，其他两个地区有大量油气生成；(2)具有后期气峰特征。对于常规油气藏，气田气源岩气峰以古近系为主，白垩系和新近系次之，气源岩气峰越老，气田比例越小[16，17]。笔者认为页岩气也不例外。根据美国页岩气勘探开发经验，气峰越晚越好。如美国页岩气勘探开发最成功的沃思堡盆地巴尼特页岩气藏，威远气田页岩气产量高峰在中白垩世，而黔中隆起和湘鄂西地区页岩气产量高峰分别在早白垩世(三叠纪还有一次产气高峰)和中侏罗世；(3)具有隆升时间晚的特点，中白垩世以后上升，其他两个地区在早白垩世和中侏罗世上升。这三个特征表明，从页岩埋藏史和热演化史来看，四川盆地下寒武统具有良好的页岩气成藏条件。？
图8黔中隆起区地层埋藏史[14]
图9鄂西仙2井埋藏史[15]
1.4深度
研究区构造复杂，地层埋深变化大，研究程度低，资料基础薄弱。下寒武统黑色页岩埋深总体变化清晰，但埋深等值线难以准确预测和绘制。我们可以根据露头和地层厚度推断出大概的埋深范围。本次研究根据露头估算页岩埋深，在有钻井资料和地震资料的重点区块详细描述页岩埋深。综合分析南川幅、綦江幅、桐梓幅、遵义幅、涪陵幅、忠县幅等1:20万地质图，利用桐梓幅地层厚度可以初步预测页岩埋深。计算表明，三叠系覆盖区寒武系底界埋深在3759 ~ 5375米之间，而侏罗系覆盖区最小埋深超过。
总的来说，下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的埋深主要有以下特点:
1)总体由东南向西北增大，最大埋深7500米。在研究区东南部，沿齐岳山断裂以东以南地区出露，即沿贵州金沙岩洞-遵义松林、习水土河场-润南、重庆石柱太原坝、重庆秀山-松桃县、湖北鹤峰县五里镇-走马镇、湖北长阳县两河口。在鄂西渝东石柱向斜腹部，1井钻探揭示石柱向斜下寒武统页岩顶面埋深达6500米，李1井钻探揭示利川向斜下寒武统页岩顶面埋深在3500米至3600米之间。 但背斜地区下寒武统页岩埋深在200m ~ 2500m[6500m]之间，往四川盆地方向，寒武系黑色页岩埋深增加，浠水县和綦江县丁山1井附近埋深2000 ~ 5000 m，黔北(仁怀地块)埋深1000 ~ 4500 m(图10)。
2)埋深明显受褶皱分布控制，在背斜中被剥蚀；在向斜区，由于上覆地层的存在，埋藏深度较大。平面上由东南向西北加深，研究区西北部埋深较大，东南部埋深较小。
3)断层的发育对目的层的埋深有明显影响，在断层的下降盘埋深变大。如齐岳山断层两侧，断层东侧上升板块内地层出露并被剥蚀，而西侧下降板块内埋深较大，离断层越远埋深越大。
1.5岩性-地球化学-物性-含气综合剖面
通过野外观察、剖面测量和实验分析，建立了研究区下寒武统页岩的岩性-岩矿-地球化学-物性-含气性综合剖面。从剖面底部到顶部，随着缺氧环境的破坏，岩性-岩矿-地球化学-物性-含气性等指标在剖面上有规律的变化。如贵州湄潭县梅子湾下寒武统牛蹄塘组剖面，应时含量以52% ~ 69%为主，平均为62.3%；粘土矿物含量主要为31% ~ 46%，平均为36.23%；有机碳含量在2.1% ~ 6.2%之间，平均为4.08%；两个样本的成熟度分别为4.78‰和5.52‰。自下而上，随着缺氧环境的破坏，岩性变化较大，硅质页岩和碳质页岩厚度较小，灰黑色/灰色页岩和粉砂质页岩厚度增加，相应的有机碳含量降低，直至完全转化为灰色粉砂质页岩、砂质页岩或泥质粉砂岩。由于缺氧环境的破坏，海水变浅，导致剖面上应时含量减少，粘土矿物含量增加，成熟度、孔隙度、渗透率发生变化。美国主要的产气页岩也有这个特点，即产气页岩段主要发育在页岩下部[19，20]。结合研究区页岩气成藏控制因素综合分析、钻井气测录井显示和岩性-地球化学-物理-含气综合剖面，认为下寒武统页岩段下部具有良好的页岩气开发条件，是页岩气藏开发的有利部位。
图10川东南鄂西渝东下寒武统牛蹄塘组黑色页岩露头及埋深示意图。
2优选有利区和计算资源量
2.1选区依据和方法
有利区优选和资源量计算的主要依据是国土资源部油气资源战略研究中心发布的《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选项目——页岩气资源潜力评价及有利区优选方法》。
图11贵州省湄潭县梅子湾下寒武统牛蹄塘组页岩岩性-岩矿-地球化学-物性-含气综合剖面图。
选择依据:在地质条件调查、地震资料、钻井(带参数的浅井)和实验测试的基础上，在掌握页岩沉积相、构造模型、页岩地球化学指标和储层特征等参数的基础上，根据页岩发育规律、空间分布、含气量等关键参数，在远景区进一步优选有利区。
选择方法:在页岩分布、地球化学特征及含气性研究的基础上，采用多因素叠加、综合地质评价、地质类比等多种方法，优选页岩气有利区，评价资源量(表1)。
表1海相页岩气有利区优选参考指标
2.2有利地区和资源
综合分析有机碳含量、成熟度、埋深、地表和演化史，认为研究区下寒武统页岩气储层发育的有利区域主要位于西南部和东北部。前者位于叙永-谷林-习水-丁山1井线以南，主要包括黔北仁怀区块和綦江南区块，后者主要指安-道真-彭水-利川线东南部。
图12川东南、鄂西、渝东下寒武统页岩气开发有利区。
通过对研究区下寒武统页岩气开发有利区资源潜力评价单元的计算，页岩气开发有利区地质资源量为1.06×1012 ~ 6.47×1012m 3(中位数为3.09× 1012m)。可采资源量为0.13×1012 ~ 0.78×1012 m3(中位数为0.37×1012m3)(表2)。
表2容积法计算研究区下寒武统页岩有利区地质资源量
继续的
3结论理论
1)研究区下寒武统页岩气藏的有利发育区主要位于西南部和东北部。前者位于叙永-谷林-习水-丁山1井线以南，后者主要指安道真-彭水-利川线东南部。
2)采用容积法计算出研究区下寒武统页岩气有利区地质资源量为(1.06 ~ 6.47)×1012 m3(中位数为3.09×1012m3)，可采资源量为(0.12m3)。
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