四川盆地及周緣地區五峰—龍馬溪組頁巖氣概況及前景評價

萬洪程 孫 瑋 劉樹根 冉 波葉玥豪 王世玉 羅 超 田夢娜

（油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學），成都610059）

四川盆地及周緣地區下古生界最有利的頁巖層位即上奧陶統—下志留統五峰－龍馬溪組頁巖，曾祥亮等（2011）將該層位與Barnett頁巖做了對比，認為沉積環境相似，但其中龍馬溪組巖性更為復雜一些[1]。威201井和寧201井龍馬溪組的勘探成功，對該層位的未來勘探有著重要的意義。且志留系在四川盆地多處見顯示，如太13井、陽63井、陽9井、五科1井、建深1井等，都說明龍馬溪組烴源所起的作用。本文綜合前人的研究成果[2－7]，結合近年來對四川盆地下古生界頁巖氣的最新研究工作，對該層位的平面分布特征進行分析，并對四川盆地及周緣地區的頁巖基本特征進行總結，以期為四川盆地及周緣地區頁巖氣的勘探、研究提供思路。

1 平面展布特征

五峰－龍馬溪組由于埋藏相對較淺，四川盆地內鉆達的探井較多，因此平面分布特征較為清晰。

1.1 厚度與有效厚度平面分布特征

受加里東運動的影響，志留紀末期發生大規模構造隆升剝蝕作用，在中上揚子地區形成大型古隆起 樂山—龍女寺古隆起和黔中古隆起，頂部志留系被剝蝕掉，如威遠地區龍馬溪組殘厚0～187m。龍馬溪組環古隆起分布，由樂山—龍女寺古隆起向鄂西地區、川南地區和川北地區逐漸變厚，黔中古隆起向北變厚。五峰—龍馬溪組頁巖分布面積較下寒武統筇竹寺組要小，但厚度要比之大得多，如自深1井的龍馬溪組和五峰組厚度可達571m和25m。從厚度分布來看，位于2個古隆起之間的川南為一沉降厚度中心，向東至鄂西渝東地區厚度逐漸加大，形成另一個沉降厚度中心（圖1）。

圖1 四川盆地及周緣五峰－龍馬溪組厚度等值線圖Fig.1 Isopach map of the Lower Cambrian Wufeng－Longmaxi Formation in Sichuan Basin and surrounding areas

五峰—龍馬溪組的有效黑色頁巖厚度，一般指有機碳質量分數（wTOC）＞0.5%的厚度，主要集中于該組的下段，一般厚度在20～80m，主要也是環2個加里東古隆起逐漸增厚（圖2）。厚度較大的區域主要分布在2個地區，一個在川南瀘州一帶，一個分布在鄂西—渝東南。米倉山—大巴山地區包括川北地區限于數據，僅是推測而來。從整體上看，都是遠離古隆起逐漸變厚，最厚的瀘州地區可達123m（陽深2井）。

龍馬溪組的厚度與有效黑色頁巖段厚度具有一致性，即組厚大的地方有效厚度也較大。而且都是環古隆起變厚，說明加里東運動形成的古隆起對于該套黑色頁巖沉積有一定的影響。

1.2 有機地球化學特征

五峰－龍馬溪組的有機質豐度非常高。四川盆地內這套地層的有機碳質量分數在0.1%～4.88%間，平均為1.1%（93個樣），平面展布基本上都在0.5%之上；豐度最高的是大巴山前、川南、川渝鄂黔一帶[8]，如圖2所示。有機碳的質量分數，威遠地區為3.2%，川南長寧地區為＞2.5%；大巴山城口明中剖面最大值可達4.56%，平均為1.99%（17個樣品）；川東南綦江該段最大值可達7.28%，平均為2.57%（21個樣品）。

圖2 四川盆地及周緣五峰－龍馬溪組有效厚度與TOC等值線圖Fig.2 Effective shale thickness and TOC isoline map of the Lower Cambrian Wufeng－Longmaxi Formation in Sichuan Basin and surrounding areas

有機質類型為腐泥型，有機質類型好，干酪根碳同位素值δ13C＝－30.71‰ （9個樣品），屬I型。據劉樹根等（2011）對該層位鏡質體反射率作圖[9]可知，有機質成熟度高，Ro一般都是＞2%，為高成熟晚期—過成熟。龍門山北段及大巴山地區成熟度相對較低；川南和川東地區成熟度高，多為過成熟[8]。生烴能力強，生烴強度一般為＞1.5×106t／km2。

從盆地內合12井和盆地邊緣的丁山1井該層位測井曲線上分析（圖3），合12井和丁山1井在GR曲線上具有一致性，即五峰組和龍馬溪組底部的值非常高，向上逐漸變小。由于這2口井都未發現頁巖氣，深淺雙側向曲線也無太大的變化；因此可以看出，雖然這2口井所處的構造位置不同，但是巖性變化比較一致。

通過分析組厚與有效厚度圖可知，五峰—龍馬溪組的有效頁巖段的厚度與組厚的分布空間具有一致性，即組厚大的地區一般有效厚度也較大。這與筇竹寺組的變化趨勢是不一樣的。TOC的高值區也與有效厚度的分布一致，而且明顯地具有環樂山—龍女寺和黔中2個加里東古隆起的特征。如位于2個古隆起之間的瀘州地區組厚與有效頁巖的厚度都很大，且TOC值高；向2個古隆起部位減薄和減小。由此可以看出，加里東期的構造活動對于該套頁巖的發育有著明顯的控制作用。

圖3 合12井與丁山1井五峰－龍馬溪組測井柱狀對比圖Fig.3 Logging columnar contrast figure of Wufeng－Longmaxi Formation in Well He－12and Well Dingshan－1

2 加里東古隆起格局與頁巖發育的關系

四川盆地早期接受震旦紀和早古生代的沉積之后，在志留紀末發生了加里東造陸運動，四川盆地整體抬升為陸地。在華鎣山以西的盆地西部抬升最劇烈，形成了樂山—龍女寺加里東古隆起。樂山—龍女寺古隆起范圍非常大，以奧陶系為界圈閉面積達3.8×104km2。古隆起的高部位原本沉積了寒武—志留系，后被剝蝕。根據巖相分析，被剝蝕的地層厚度在1.2～1.5km之間。它的形狀如同一個頭西尾東的飛鳥，最高部位在成都、都江堰、大邑、雅安、樂山之間，最高處被剝蝕至燈影組，其余地區存留下寒武統下部九老洞組黑色頁巖，志留、奧陶系以及中上寒武統全部被剝蝕（這已被漢1井、油1井鉆探所證實）。由都江堰向北東方向，由樂山向東南宜賓方向各有一鼻狀構造，如同飛鳥的兩翅。向東也有一北東東向鼻狀構造與龍女寺高點相接[8]。

另一個具有重要意義的加里東古隆起即黔中古隆起。該古隆起以遵義為中心，呈東西走向，向東一直延伸至雪峰推覆帶，向西延伸至昭通一帶，南北為黔南拗陷和滇黔北部拗陷。該地區在地史上形成過很多古油藏，如凱里奧陶系—志留系殘余油藏、麻江奧陶系古油藏，均與志留系黑色頁巖有著重要的聯系[10]。

這2個加里東古隆起控制了當時四川盆地及周緣古地理、古構造格局，進而控制著這段時期地層的垂直發育序列和橫向展布情況。

龍馬溪組巖性以深灰色、黑灰色頁巖為主，夾灰色的細砂巖，部分地區現今硅化嚴重。從整體上來講，龍馬溪組可以分為上、下兩段，下段主要是黑色頁巖，也是有利的勘探目標段；但上段的巖性復雜，砂質含量增大。下段位于高水位體系域，主要為海侵最大時期的產物；而上段則向海退體系域變遷，沉積相方面從廣海陸棚中的洋盆亞相向廣海陸棚亞相過渡。據貴州地區對于該套黑色頁巖地球化學研究表明，該區黑色頁巖形成于深海—半深海的封閉環境[11]。

3 四川盆地及周緣頁巖氣有利選區評價

四川盆地及周緣的川北拗陷帶、大巴山前緣推覆構造帶、川西前陸盆地、川中低隆帶、川南復合構造帶、川東隔檔式構造帶、川東－鄂西過渡帶、鄂西渝東隔槽式構造帶至雪峰推覆帶，頁巖氣的評價主要利用總有機碳含量、成熟度（Ro）、干酪根類型、生烴率、總含氣量和埋深這6個參數。由于四川盆地及周緣該套頁巖的有機質干酪根類型是腐泥型，屬于有利參數，符合形成頁巖氣的有利條件，因此該參數未做太多的研究。

由于加里東古隆起的影響，四川盆地西部缺失該套地層，因此勘探條件不利。總結上述構造帶的頁巖氣主要特征如表1所示，按頁巖氣評價的標準：wTOC＞2%，埋深＜4km，厚度＞30m（張金川等，2003，2004）[12，13]，對這些地區綜合分析。

埋深對于龍馬溪組來講，既是有利條件又是不利條件，盆地范圍內由于保存條件比較好，因此龍馬溪組埋藏較淺對于勘探和開發就比較有利，如川南地區（圖4）。可是，在一些保存條件比較差的地區，如鄂西渝東地區，雖然埋藏較淺，為0.5～2km；但是該區斷層發育，地下水活躍，對于頁巖氣的保藏就有一定的影響；而且龍馬溪組大面積抬升剝蝕，在邊緣地區較難形成大面積的有利區，勘探較為不利。川北地區由于埋深較大，河壩1井鉆達7 001m，僅鉆至志留系的頂，因此，從開發成本的角度看在目前經濟技術條件下屬于不利的區帶。所以，埋深條件最有利的即是四川盆地南部和東部的高陡構造，以及盆地向造山帶過渡的盆緣地帶，其次就是鄂西渝東過渡帶及鄂西渝東地區，這些地方的埋深適中，比較有利于頁巖氣勘探開發。

圖4 四川盆地及周緣龍馬溪組埋深圖Fig.4 The buried depth of Longmaxi Formation in Sichuan Basin and surrounding areas

表1 四川盆地及周緣地區五峰—龍馬溪組頁巖基本特征Basic characteristics of the Wufeng－Longmaxi Formation shale in Sichuan Basin and surrounding areas

龍馬溪組wTOC值平均為1.1%，且分布面積大，因此是一個有利的參數條件。從厚度上看，龍馬溪組的組厚比較大，有效黑色頁巖段的厚度也很大，特別是在川南和鄂西渝東區為有效黑色頁巖段厚度最大區，因此也是一個有利的參數條件。綜上分析得出以下認識：

a.最為有利的地區依然是川南復合構造帶。盆地內由于喜馬拉雅期構造隆升作用的影響，埋深適中，龍馬溪組埋深1.5～3.5km，加之封閉條件好，除威遠地區外，地表殘留侏羅系，三疊系膏鹽巖層未被剝蝕，因此是龍馬溪組頁巖氣勘探首選區域。

b.其次有利的地區是川東—鄂西過渡帶。該區的向斜構造帶下志留統埋深較適中（2.5～4.5km），封閉保存條件好。

c.再次是鄂西—渝東南地區。該區的最大優勢在于埋藏較淺，下志留統埋深0.5～2.5km，有機碳含量高，有效厚度也合適；但該區不利的因素是剝蝕區太多，水動力條件強，屬于自由水交替區，構造復雜，斷裂發育，對于頁巖氣的保存有一定破壞作用；而且主要是山地，勘探開發難度較大：因此需要加強進一步的研究和論證。

d.大巴山前緣地區是一個潛在的遠景有利區，該區TOC、埋深和有效厚度都符合有利區的條件；但該區構造復雜，斷裂作用的影響不清楚，因此需要進一步研究。

e.川東地區由于龍馬溪組一般埋深2～4.5 km，各項條件都達到了有利區的標準，因此也是遠景有利區之一。

f.川北地區由于埋藏過深，超過6km，雖然其他條件都比較合適，但埋深就制約了頁巖氣的勘探、開發。

4 結論

a.四川盆地及周緣龍馬溪組黑色頁巖主要環樂山—龍女寺古隆起和黔中古隆起發育，厚度較大的區域集中在川南和鄂西渝東地區，一般為60～80m。該層埋藏較淺，有機碳含量高，一般為成熟—過成熟，因此屬于有利的頁巖氣勘探層位。

b.四川盆地及周緣龍馬溪組黑色頁巖最有利的地區是川南復合構造帶，其次是川東—鄂西過渡帶，再次是鄂西渝東構造帶。大巴山前緣、川東地區都是潛在的有利區。

c.川西地區由于古隆起剝蝕而缺少該套地層，川北地區由于埋深超過6km，因此都不是勘探開發的選擇區。

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