渝東北志留系下統龍馬溪組頁巖氣成藏地質條件研究

張志平，程禮軍，曾春林，汪生秀，王巧麗

(重慶地質礦產研究院，重慶 400042)

渝東北志留系下統龍馬溪組頁巖氣成藏地質條件研究

張志平，程禮軍，曾春林，汪生秀，王巧麗

(重慶地質礦產研究院，重慶 400042)

頁巖氣是重要的非常規特種油氣資源。根據重慶渝東北地區志留系下統龍馬溪組發育的黑色頁巖的地質背景、有機地化特征、物性參數等指標綜合研究認為，該區具備發育頁巖氣藏的地質條件。應用國內外評價標準，結合渝東北地區實際情況，優選出該區志留下統龍馬溪組頁巖氣資源潛力區，并運用類比法、體積法、特爾菲法等計算研究區有利區頁巖氣資源量。關鍵詞:成藏條件;資源量;頁巖氣;龍馬溪組;志留系;渝東北地區

1 區域地質概況

1.1 區域地層

渝東北地區地層發育較好，出露地層齊全，層序清楚，接觸關系明顯，層位比較穩定，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，區域性斷層伴隨發育，地層普遍受到構造改造。區內地層均為沉積巖，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 區域構造

研究區大部分位于北大巴山冒地槽和南大巴山凹褶束2個構造單元內，在漫長的構造演化史中，主要經歷了中元古代—新元古代早期揚子準地臺褶皺基底形成、南華紀—三疊紀槽臺分化和侏羅紀—第四紀陸內改造3個階段，具有多旋回的特點。區內斷裂褶皺發育，具有東西向密集、大體平行、不對稱的背、向斜構造。巫溪一帶構造線呈近東西向，向西至城口構造線逐漸向北發生偏轉，由南西向北東褶皺的強度和密度都顯示出由強變弱、由密到疏的特點。區域巖層由于構造作用，小型斷層、褶皺以及大角度傾斜巖層較常見。

1.3 區域沉積

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

2 地層發育特征

研究區烴源巖富含有機質層段厚度適中，普遍為20～68 m，渝東北地區北部咸水—咸宜一帶和南部奉節一帶為厚度高值區 (圖1)，咸水厚度近50 m，向東西兩側變薄，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豐富，推測其為當時的沉積中心。研究區頁巖自上而下顏色逐漸加深，砂質含量逐漸減少，頁巖中上部普遍含砂質、粉砂質，下部多含硅質及見黃鐵礦富集層，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、骨針等硅質生物碎屑。

圖1 渝東北志留系下統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境控制［5］。研究區志留系下統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，高有機碳含量區主要集中在開縣滿月鄉、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 渝東北地區志留系下統龍馬溪組有機碳含量等值線

3.2 成熟度

研究區烴源巖總體演化程度較高，未見成熟度Ro小于1%的區域，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，有機質成熟度Ro均大于1.5%，進入高成熟階段?？傮w上說，有機質成熟度往南逐漸增高(圖3)。根據美國經驗在成熟度較高的區域依然有不少頁巖氣的產出，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育聚集［6］。

圖3 渝東北地區志留系下統龍馬溪組有機質成熟度等值線

3.3 有機質類型

渝東北志留系下統的頁巖樣品中有機顯微組分以V(鏡質組)為主，MB(腐泥質)、E(殼質組)、I (惰質組)基本未出現，鏡質組形狀有塊狀、脈狀、碎屑狀，呈灰白色。依據有機質類型指數(TI)值［7］判斷出渝東北地區志留系下統龍馬溪組頁巖有機質類型均為Ⅲ型(表1)。早志留世時，在上揚子板塊內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育的晚奧陶紀［8］。研究地區緊鄰古陸，古陸上的風化剝蝕作用將大量陸生植物碎屑帶入靠近古陸的緩坡環境中沉積下來，形成現今部分的Ⅲ型干酪根。

表1 富有機質顯微組分定量統計結果

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。從地表采集樣品分析結果來看，研究區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?？紫抖纫话闩c滲透率存在正相關關系，但由于采集的野外樣品受風化作用的影響，孔隙度與滲透率相關關系不是很明顯。

研究區經歷過多期次構造運動，區內節理(裂縫)較發育，野外露頭的節理發育程度達到6～7條/m，鏡下可觀測到微裂縫、解理等，裂縫和節理可以為頁巖里面的游離氣提供儲集空間，但同時由于構造作用，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，對儲層產生不利影響。由此可以看出，渝東北地區的儲層比較容易受到傷害。

5 有利區及資源量

5.1 有利區

依照國內外標準［8］，結合渝東北地區實際情況，主要選取有機碳含量、有機質成熟度、厚度及含氣量等指標(表2)，采用綜合信息疊合法對研究地區頁巖氣發育有利區進行預測。

表2 渝東北主要頁巖層系頁巖氣聚集預測關鍵參數指標

研究區龍臺—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，地層傾角為45°左右，地形條件較開闊，有利于工程施工。

5.2 有利區資源量

渝東北地區研究程度相對很低，選擇面積豐度類比法和體積法預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龍馬溪組頁巖氣資源量為0.063×1012～0.432×1012m3。由于研究區研究程度低，評價方法使用條件具有差異性，因此，采用特爾菲法進行加權平均，得出渝東北地區志留系下統龍馬溪組頁巖氣資源量最終為0.077 3×1012～0.369 0×1012m3。

圖4 渝東北地區志留系下統龍馬溪組頁巖氣有利區

6 結 論

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

(2)渝東北地區志留系下統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，節理發育程度達到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)初步優選出龍臺—咸水—文峰一帶為渝東北地區的頁巖氣發育有利區，估算該區頁巖氣資源量為0.077×1012～0.369×1012m3。

［1］李世臻.世界頁巖氣勘探開發現狀及對中國的啟示［J］.地質通報，2010，29(6):31－32.

［2］羅躍.四川省興文縣志留系龍馬溪組頁巖有機質特征［J］.黑龍江科技學院學報，2010，20(1):30－31.

［3］蒲泊伶，蔣有錄，王毅，等.四川盆地志留系下統龍馬溪組頁巖氣成藏條件及有利地區分析［J］.石油學報，2010，31(2):225－230.

［4］四川油氣區石油地質志編寫組.中國石油地質志(卷十)四川油氣區［M］.北京:石油工業出版社，1989: 103－107.

［5］張金川.四川盆地頁巖氣成藏地質條件［J］.天然氣工業，2008，28(2):33－39.

［6］成海燕.陸相烴源巖評價參數淺析［J］.海洋地質動態，2008，24(2):6－10.

［7］張金川.頁巖氣及其成藏機理［J］.現代地質，2003，17(4):5.

［8］聶海寬，包書景.頁巖氣成藏控制因素及中國南方頁巖氣發育有利區預測［J］.石油學報，2009，30(4):8.

［9］李艷麗.頁巖氣儲量計算方法探討［J］.天然氣地球科學，2009，20(3):14－15.

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“渝東北地區頁巖氣戰略選區研究”(2009GYXQ15)

張志平(1983－)，男，工程師，2010年畢業于長江大學礦產普查與勘探專業，現從事非常規油氣資源勘探研究工作。