保山地區下仁和橋組頁巖氣成藏條件分析
2014-08-03 01:19:50陳志柱張宗羲
云南地質 2014年2期
陳志柱，張宗羲，楊 楠，白 鵬
(云南省煤炭地質勘查院，云南 昆明 650218)
根據區域地質資料及野外調查結果，云南省滇西保山地區下志留統下仁和橋組發育一套灰黑一黑色泥頁巖，其區域展布穩定，分布區域廣，單層厚度大，有機質豐度高，是滇西頁巖氣勘探評價的重要層位。
1 區域地質背景
1.1 構造特征
滇西保山地塊位于云南省西部的滇西地區，大地構造上位于藏—滇—泰—馬中間板塊中段，西以怒江—瑞麗斷裂為界，東以瀾滄江—柯街—南汀河斷裂為界(圖1)，地殼相對穩定。區內褶皺較為發育，主要是保山—施甸復背斜。與之相對的主要向斜構造有雙角林向斜、瓦馬—石瓢復向斜、東山—瓦渡—平林子復向斜等。全區次級褶皺較為發育，多為一系列緊密線狀褶皺，一般向斜完整，背斜保存較差，背斜緊閉、向斜開闊(云南省地質礦產局，1990)。
1.2 沉積演化特征
晚寒武世，滇西保山地塊為淺海陸棚相的穩定沉積，此后，海水逐漸后退形成一套進積型沉積，使下奧陶統平行不整合于寒武系之上。奧陶世始至早石炭世主要為一套潮坪一淺海一臺盆一淺海—臺地相沉積，由于早奧陶世始至下石炭世以來沉積比較穩定，志留紀末的晚加里東運動在在保山反映也不明顯，使得下志留世沉積得以完整保存，僅后期的褶皺作用及差異性升降運動產生褶皺、斷層。從整體上來看，保山地塊地層層序較完整，地塊相對穩定有利于頁巖氣的生成。
圖1 保山地塊地理、構造及研究區位置圖(據姚金昌，2004，修改)
2 下仁和橋組特征
根據1∶20萬保山幅區域地質調查資料，下志留統下仁和橋組上部為灰色、灰紫色粘土質頁巖夾硅質粉砂巖，中部為一套黑至黑灰色頁巖、粉砂質頁巖，含筆石化石，底部夾硅質頁巖。早志留世，本區與思茅地區介于高黎貢山與川滇古陸之間，發生廣泛的海侵，西部保山一帶為淺海較深水寧靜的還原環境，主要發育黑色筆石頁巖，屬于準地臺型沉積(云南省地質礦產局，1990)。
下仁和橋組(S1r)黑色頁巖在保山地塊分布廣泛，以施甸縣向南北逐漸增厚，南部至里巴拉地區可達212m左右，北至保山瓦房街厚約137m，東至昌寧青木林一帶變薄厚約40m左右。總體看下仁和橋組出露厚可達49m～457m，其中黑色頁巖43m～212m(圖2)。全區出露較多，在響水凹、老麥鄉、老尖山、里巴拉、仁和橋、沙河廠等地均可見較好黑色頁巖露頭，與上部奧陶系整合接觸。區域內大范圍厚層的富含有機質的黑色頁巖，是形成頁巖氣藏得物質基礎。
圖2 下仁和橋組(S1r)剖面黑色頁巖柱狀對比圖
3 有機地球化學特征
富含有機質頁巖的生氣能力和儲集能力與其自身的地球化學特征密切相關。生成頁巖氣的能力和數量主要取決于以下三個因素：1.不同類型有機物質成因的聯系和原始生成天然氣的能力，即有機質類型；2.有機物質在巖石中原始沉積的數量，即頁巖有機碳含量；3.有機物質轉化成烴類天然氣的程度，即有機質熱演化程度。前兩個因素主要由沉積環境決定，最后一個因素主要取決于沉積的熱演化強度和持續時間。
3.1 有機質類型
有機質類型，從一定程度上決定著有機質的生烴潛力。北美典型頁巖氣藏的干酪根主要為Ⅱ型或Ⅰ型干酪根，少量為Ⅲ型干酪根(楊振恒，2010)。對福特沃斯盆地Barett 頁巖干酪根進行目測評價發現無定型有機質占95%～100%(Jarvie etal，2007)偶爾能見到塔斯馬尼亞孢屬藻類。從化驗分析結果顯示，保山地區下仁和橋組有機質頁巖中有機質顯微組分腐泥組含量較高，約為55～66%，基本為藻類—無定形組，惰質組占32～45%，鏡質組極少或基本沒有。干酪根類型屬于Ⅱ2型，具有較強的生烴潛力。
3.2 有機質豐度
研究表明，黑色頁巖中有機碳含量不僅控制著頁巖的物理化學性質，包括顏色、密度、抗風化能力、放射性和硫含量，也在一定程度上控制著頁巖裂縫的發育程度，更重要的是控制著頁巖的含氣量(聶海寬，2009)，其他條件相同時，有機質豐度越高，源巖生氣潛力就越大。
通過野外采樣測試，結果顯示保山地區下仁和橋組黑色頁巖TOC含量較高，為0.24%～10.60%。其中該層中部3個頁巖樣品有機碳含量為0.24%～0.60%，平均0.41%；中下部2個頁巖有機碳含量為2.85%～3.15%，平均為3.0%；下部2個頁巖有機碳含量為9.81%～10.60%，平均為10.20%；最大值在老麥鄉附近采取的新鮮露頭樣達到10.60%(圖3)。自上而下，頁巖頁理逐漸發育，有機質含量逐漸增加，顏色由深灰色變為黑色。至底部，由于有機質富集而形成黑色的“碳質頁巖”，有時伴生黃鐵礦、菱鐵礦結核及錳礦等，表明下仁和橋組具有很強的生烴潛力。
圖3 滇西保山下仁和橋組綜合柱狀圖
3.3 有機質成熟度
成熟度是確定有機質生油、生氣或有機質向烴類轉化程度的關鍵指標。對于熱成因型氣藏，隨著鏡質體反射率(Ro)的增高，含氣量會逐漸增大。當Ro>1.1%后，頁巖油開始裂解生氣，但是當Ro>3%后，有機質進入過成熟期，生氣量明顯減少(DOW，1977)，所以一般認為1.1%
4 礦物學特征
脆性礦物含量是影響頁巖基空隙和微裂隙發育程度、含氣性及壓裂改造的重要因素。頁巖中粘土礦物含量越低，石英、方解石等脆性礦物含量越高，巖石脆性越強，在外力作用下越易形成天然裂縫和誘導裂縫，形成樹狀或網狀結構縫，有利于頁巖氣開采，一般其脆性礦物含量要高于40%，黏土礦物含量小于30%(陳更生，2009)。
保山地區下仁和橋組共采黑色頁巖樣7個進行X射線衍射實驗，結果顯示，該區域礦物成分較復雜，普遍含有伊利石、高嶺石等粘土礦物以及石英，部分層位含黃鐵礦(見表1)。脆性礦物含量比較高，均超過50%以上，石英含量為55%～70%，部分樣品含方解石；粘土礦物總含量大概為30%～40%，主要為伊利石及伊/混層及少量的高嶺石。根據泥質巖黏土礦物演化與成巖階段劃分指標，說明研究區已進入中成巖作用B期階段，與前文所述的有機質成熟度在1.27%～1.70%，處于成熟—過成熟階段相對應。
5 頁巖儲層特征
5.1 頁巖物性特征
在常規儲層分析中，孔隙度和滲透率是儲層特征研究中最重要的兩個參數，這對于頁巖氣藏同樣適用。美國五大含氣頁巖的孔隙度分布范圍3%～14%，國內一般認為有利區頁巖儲層的孔隙度要大于4%。滲透率是判斷頁巖氣藏是否具有開發經濟價值的重要參數，頁巖的基質滲透率非常低，但隨裂縫的發育而大幅度提高。由于頁巖具有低的滲透率，因此就需要產生大量的裂縫(人工壓裂)來維持商業生產。保山地區下仁和橋組(S1r)所采的7個樣品中黑色頁巖有效孔隙度為5.20%～16.90%，平均值為11.03%，滲透率為0.0090～0.2305×10-3μm2，平均為0.052×10-3μm2。據此推斷，下仁和橋組頁巖儲層具備良好的頁巖氣儲集能力。
表1 保山地區下仁和橋組暗色泥頁巖礦物成分X射線衍射分析統計表
5.2 孔隙空間特征
頁巖基質及有機質中發育大量微米—納米級孔隙，在提高頁巖的儲集性能上具有重要作用。
從掃描電鏡上可以看出下仁和橋組黑色頁巖中孔隙和微孔隙發育，孔徑多在1～20μm，部分22～33μm，個別大于40μm(見圖4)，表明下仁和橋組暗色泥頁巖孔隙系統較為發育。
圖4 保山下仁和橋組頁巖樣品掃描電鏡圖(樣品號：1)
6 結 論
綜上所述，保山地區下仁和橋組從宏觀到微觀具有以下地質特征：
(1)下仁和橋組黑色頁巖發育，厚度穩定，有機質豐度高，具有較好的頁巖氣形成條件。
(2)下仁和橋組黑色頁巖有機質主要為腐泥組，類型為Ⅱ2型，最大鏡質體反射率(Ro)值1.79%，最小Ro值為1.27%，平均1.61%，屬成熟—過成熟階段，有機質的大量轉化，有利于形成充足的天然氣供給。
(3)下仁和橋組黑色頁巖脆性礦物含量比較高，均超過50%以上，石英含量為55%～70%；粘土礦物總含量為30%～40%，巖石脆性越強，在外力作用下易形成天然裂縫和誘導裂縫，為頁巖氣開發提供條件。
(4)下仁和橋組(S1r)黑色頁巖有效孔隙度為5.20%～16.90%，平均值為11.03%，掃描電鏡結果顯示孔隙和微孔隙發育，具備良好的儲集空間。
因此，保山地區下仁和橋組具備了頁巖氣的形成、聚集成藏條件，很可能成為滇西頁巖氣勘查評價的一個重要層位。
參 考 文 獻
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