中國西南鎮雄-赫章地區筇竹寺組高演化頁巖氣勘探方向

王鵬萬, 張　磊, 鄒　辰,宋海強,陳子炓,王高成, 李君軍, 李慶飛

(1.中國石油 杭州地質研究院，杭州 310023；2.中國石油 浙江油田公司，杭州 310023；

3.陜西延長石油國際勘探開發工程有限公司，西安 710075)

中國西南鎮雄-赫章地區筇竹寺組高演化頁巖氣勘探方向

王鵬萬1, 張磊2, 鄒辰2,宋海強3,陳子炓1,王高成2, 李君軍2, 李慶飛2

(1.中國石油 杭州地質研究院，杭州 310023；2.中國石油 浙江油田公司，杭州 310023；

3.陜西延長石油國際勘探開發工程有限公司，西安 710075)

[摘要]勘探實踐表明中國西南的鎮雄-赫章地區下寒武統筇竹寺組頁巖氣成藏條件優越，受強改造與高演化制約，筇竹寺組頁巖氣勘探尚未獲得突破。為尋找熱演化程度相對較低的有利保存區，基于鉆井、露頭、地震資料，通過編制關鍵期次巖相古地理圖及古地質圖，結合各沉積-剝蝕分區典型埋藏史分析，精細刻畫鎮雄-赫章地區沉積-剝蝕分區特征。結果表明：鎮雄-赫章地區發育加里東期-海西期古隆起，控制二疊紀前沉積充填過程，沉積-剝蝕差異性明顯。其中Ⅰ區及Ⅱ區缺失層系較多，且熱演化間斷時間長，熱演化程度相對較低，為筇竹寺組頁巖氣有利勘探區。古隆起及周緣地區為海相高演化頁巖氣勘探的有利指向。

[關鍵詞]鎮雄-赫章地區;高演化;筇竹寺組;頁巖氣;勘探方向

Exploration direction of highly mature shale gas from Qiongzhusi

Formation in Zhenxiong-Hezhang area of Southwest China

WANG Peng-wan1, ZHANG Lei2, ZOU Chen2, SONG Hai-qiang3, CHEN Zi-liao1

WANG Gao-cheng2， LI Jun-jun2, LI Qing-fei2

經過近5年的探索，中國石化率先在四川盆地東南緣焦石壩下志留統龍馬溪組取得頁巖氣勘探重大突破，探明首個大型整裝頁巖氣田[1-3]；中國石油和延長石油相繼在四川盆地及周緣的長寧、威遠、昭通以及鄂爾多斯盆地延長等地取得突破。2014年中國頁巖氣產量約為1.3×109m3，2015年有望達到6.5×109m3的規劃目標[4]。中國南方海相發育下寒武統筇竹寺組及上奧陶統五峰組-下志留統龍馬溪組2套優質烴源巖，是頁巖氣勘探主要目的層系[5,6]。在儲層特征、成藏與富集規律、資源評價方法及選區與勘探評價等方面取得了諸多進展[7-12]。筇竹寺組相對龍馬溪組，熱演化程度更高。就勘探成效而言，中國南方海相頁巖氣產能建設主要針對龍馬溪組[3]，而四川盆地周緣地區筇竹寺組受限于熱演化程度過高及保存條件相對變差等因素制約，頁巖氣勘探尚未取得重大突破。

中國南方海相鉆遇筇竹寺組頁巖氣評價井十余口，主要分布在川中古隆起、黔中古隆起及江南雪峰古隆起及其周緣。僅四川盆地內鉆探的金石1井、威5井及威201井筇竹寺組獲得工業氣流[13,14]，卻極大增強了在四川盆地周緣地區取得筇竹寺組頁巖氣勘探突破的信心[15]。勘探實踐表明古隆起控制常規與非常規油氣聚集成藏。中國南方強改造與高演化區發育的古隆起及周緣地區缺失層系較多、熱演化間斷時間長且演化程度相對較低，是高演化筇竹寺組頁巖氣勘探有利指向。本文針對云貴川三省交界處的鎮雄-赫章地區筇竹寺組高演化特征，以古隆起區沉積-剝蝕演化為主線，優選缺失層系相對較多即熱演化程度相對較低的古隆起及周緣有利勘探區，為后期有利鉆探靶區綜合評價提供地質依據。

1地質條件

1.1　地質概況

鎮雄-赫章地區屬于昭通頁巖氣示范區南部，地處四川、云南及貴川三省交界處，大地構造位置屬于上揚子陸塊西南緣滇黔北拗陷[16,17]，由西向東可劃分為：彝良向斜帶、鹽源背斜帶、花妮向斜帶、芒部背斜帶及六曲河向斜帶5個次級構造帶(圖1)，勘探面積約8 000 km2，總體表現為隔槽式變形特點[17]。芒部背斜及鹽源背斜核部A井及B井實鉆表明，鎮雄-赫章地區背斜帶筇竹寺組下部含氣量平均為1.0 m3/t；預測向斜槽部及保存條件相對較好的區域含氣量會更高，筇竹寺組頁巖氣勘探潛力較大。

1.2　頁巖氣基本地質條件

鎮雄-赫章地區筇竹寺組含氣頁巖分布穩定，且向斜頁巖埋深適中。暗色泥頁巖厚度平面上從西到東、由北至南總體具有薄-厚-薄的變化趨勢，厚度一般為100~200 m，其沉積厚度中心在A井-芒1井區(圖1)。筇竹寺組由西至東有機碳含量增加，YQ2井-赫章一線以東地區筇竹寺組下段有機碳的質量分數(w)整體為2%~3%，大灣-畢節一線以東地區有機碳的質量分數為3%~4%(圖1)；干酪根顯微組分主要為腐泥無定形和腐殖無定形，其干酪根碳同位素值δ13C為-34.7‰～-27.6‰，主要為Ⅰ型和Ⅱ1型；A井、B井及鎮雄鹽源剖面筇竹寺組14個樣品折算的鏡質體反射率(Ro)為2.25%~3.96%，熱演化程度差異較大，平均值為3.32%，均處于過成熟階段。筇竹寺組礦物組成以脆性礦物及黏土礦物為主，脆性較高，與北美Barnett頁巖相似，利于后期儲層壓裂改造(圖2)。

圖1　鎮雄-赫章地區構造區劃圖Fig.1　Division of tectonic units and isopach of the Qiongzhusi Formation shale in the Zhenxiong-Hezhang area

圖2　鎮雄-赫章地區筇竹寺組礦物含量三角圖Fig.2　Triangular diagram chart of the mineral content in the Zhenxiong-Hezhang area

綜上所述，鎮雄-赫章地區筇竹寺組除熱演化程度差異較大外，頁巖氣其他基本地質條件良好且差異較小，故尋找熱演化程度相對較低區塊是該區筇竹寺組選區評價方向。

2加里東-海西期古隆起沉積-剝蝕分區

2.1　古隆起控制沉積充填過程

關鍵期次巖相古地理圖的修編證實，鎮雄-赫章地區發育加里東-海西期古隆起，控制該區二疊紀前的沉積充填-剝蝕過程。

2.1.1加里東期古隆起形成與演化

早寒武世早期在大規模海侵背景下，鎮雄-赫章地區為相對缺氧、靜水的深水陸棚環境(圖3-A)，筇竹寺組下段主要為一套暗色泥頁巖及深灰色粉砂質泥巖等[16-18]，向上顏色變淺，灰質、砂質含量增加[19]；中晚寒武世，隨著碳酸鹽巖臺地范圍不斷擴大，鎮雄-赫章地區主體轉化為局限-開闊臺地碳酸鹽巖建造。

早奧陶世早期，鎮雄-赫章地區繼承寒武紀末沉積格局；至中奧陶世，隨著揚子與華夏陸塊間匯聚作用增強，華夏西北緣與揚子東南緣、西南緣發生了廣泛的褶皺造山活動，即加里東期都勻運動[20]。在南北雙向擠壓力作用下，黔中隆起形成，與黔北拗陷北側川中隆起相呼應。晚奧陶世，黔中隆起向北擴展至彝良-C井-芒1井一線，往北緊鄰沉積一套五峰組黑色泥頁巖，鎮雄-赫章地區則缺失五峰組。

早志留世早期，海水由北東向南西方向侵入，黔中隆起范圍退縮到B井-芒1井一線以南，鎮雄-赫章大部分地區缺失龍馬溪組黑色頁巖沉積(圖3-B)。中晚志留世，海水逐漸向西、西北方向退出，黔中隆起持續往南發展，B井-芒1井一線以南大部分缺失中下志留統，B井-芒1井一線以北地區接受中晚志留世沉積。志留紀末廣西運動，使黔中隆起成為上揚子古隆起一部分。

2.1.2海西期古隆起形成與演化

泥盆紀-中三疊世，滇黔北地區大致經歷了泥盆紀-早石炭世“北擠南張”、晚石炭世-早二疊世“南消北裂”及晚二疊世-中三疊世“南碰北張”3個構造演化階段[21]。自泥盆紀開始，南盤江-右江地區沿NW向斷裂發生裂陷，爾后海侵至赫章-B井-彝良一線。其西側接受陸棚相及前濱-近濱相碎屑巖沉積；而東側則為上揚子隆起一部分，缺失下泥盆統相關層系，并持續剝蝕該地區先前中晚志留世沉積的相關地層(圖3-C)。

圖3　鎮雄-赫章及周緣關鍵期次巖相古地理圖Fig.3　The lithofacies-palaeogeographic map of the key stages in the Zhenxiong-Hezhang area and its adjacent areas(A)早寒武世早期; (B)早志留世早期; (C)早泥盆世晚期; (D)早泥盆世晚期

早泥盆世末-晚泥盆世晚期，昭通-六盤水一帶由碎屑巖沉積轉化為局限-開闊臺地相的碳酸鹽巖沉積。早石炭世，滇黔北地區基本繼承泥盆紀沉積格局；至早石炭世中晚期，海西期上揚子古隆起邊界在赫章-B井-彝良一線呈東西向擺動(圖3-D)。晚石炭世中晚期，海侵至畢節-鎮雄-彝良一線以南地區，堆積一套局限-開闊臺地相碳酸鹽巖建造，而A井-B井區缺失相關地層。

早二疊世，華南總體處在拉張、裂陷環境，晚古生代的最大海泛期淹沒了整個華南地區[22]，形成統一的揚子克拉通盆地。至中二疊世，鎮雄-赫章地區海西期古隆起消亡。晚二疊世-中三疊世，鎮雄-赫章地區處于上揚子克拉通盆地，沉積一套潮坪-局限臺地相的碳酸鹽巖。

2.1.3晚三疊世-現今演化過程

鎮雄-赫章地區晚三疊世以來，經歷陸內改造變形過程，主要分為4個階段：印支期(T3-J2)陸內與陸緣前陸交互相盆地發育世代；早燕山期(J3-K1)陸內斷陷與陸緣裂陷陸相盆地發育世代；晚燕山-早喜馬拉雅期(K2-E)陸內走滑拉分與陸緣走滑伸展陸相盆地發育世代；晚喜馬拉雅期(N-Q)陸內走滑隆升斷陷與陸緣拗陷陸相盆地發育世代[21]。二疊紀后，鎮雄-赫章地區沉積-埋藏演化過程趨同；而二疊紀前沉積分異明顯，即加里東期-海西期古隆起控制了該區前二疊紀地層沉積及剝蝕過程，其演化導致了筇竹寺組沉積-埋藏史的差異性。

2.2　古隆起及周緣沉積-剝蝕分區明顯

2.2.1古地質圖證據

通過疊加鎮雄-赫章及周緣震旦紀-石炭紀各期沉積的最大范圍，編制該區前泥盆紀、前石炭紀及前二疊紀古地質圖(圖4、圖5、圖6)。加里東期-海西期古隆起持續控制鎮雄-赫章地區地層沉積與剝蝕，地層分布分區差異明顯，其中黔中古隆起西北緣缺失層系較多，持續處于埋藏相對較淺部位。

前泥盆紀，受加里東期黔中古隆起控制，芒1井-B井一線以南為中下奧陶統，缺失志留系(圖4)；前石炭紀，赫章-B井-鹽津一線以西發育泥盆系，其東側繼承志留紀沉積格局(圖5)；海西期上揚子古隆起導致鎮雄-赫章地區沉積分異明顯：鹽津-B井-鎮雄-畢節一線以南地區，沉積石炭系。B井-芒1井一線與B井-鎮雄-畢節一線所夾持的東西向條帶殘存中下奧陶統。B井-芒1井一線以北沉積的志留系則持續剝蝕(圖6)。

圖4　鎮雄-赫章及周緣前泥盆紀古地質圖Fig.4　The palaeogeologic map of the Pre-Devonian in the Zhenxiong-Hezhang area and its adjacent areas

圖5鎮雄-赫章及周緣前石炭紀古地質圖Fig.5　The palaeogeologic map of the Pre-Carboniferous in the Zhenxiong-Hezhang area and its adjacent areas

圖6　鎮雄-赫章及周緣前二疊紀古地質圖Fig.6　The palaeogeologic map of the Pre-Permian in the Zhenxiong-Hezhang area and its adjacent areas

通過古地質圖分析，明確各期地層大致分布范圍，即各期地層沉積或剝蝕缺失線的大致位置。明確黔中古隆起的西北緣，即A井-B井-赫章-畢節一線所圈定的區域，其筇竹寺組上覆前二疊紀地層相對較少，埋深相對較淺。

2.2.2地震資料證據

二維地震剖面證實鎮雄-赫章地區地層分區明顯，如DQB2012-114測線解釋剖面所示(圖7)，由北至南可劃分為5個沉積-剝蝕區，分別為D-C缺失區、O-S-D-C缺失區、D-C缺失區、S-D-C缺失區及S-D-C缺失區。通過二維地震剖面解釋，摸清了相關地層發育及展布范圍，大致厘定相關地層尖滅位置，為精細刻畫鎮雄-赫章地區沉積-剝蝕分區的界線提供相關依據。

圖7　鎮雄-赫章地區DQB2012-114測線地震剖面Fig.7　The seismic profile of Line DQB2012-114 in the Zhenxiong-Hezhang area

2.3　加里東-海西期古隆起沉積-剝蝕分區刻畫

在巖相古地理圖及古地質圖基礎上，結合露頭、鉆井、地震資料，精細刻畫鎮雄-赫章地區奧陶系、志留系、泥盆系及石炭系沉積或剝蝕缺失線，厘定區域上缺失層系的分布規律。鎮雄-赫章地區可分為6個沉積-剝蝕區(圖8)：Ⅰ區.O3-S-D-C缺失區、Ⅱ區.O2(剝蝕)-O3-S-D-C1缺失區、Ⅲ區.S2+3(剝蝕)-D-C缺失區、Ⅳ區.O3-S缺失區、Ⅴ區.O3-S1缺失區、Ⅵ區.O-S-D-C1缺失區。

圖8　鎮雄-赫章地區沉積-剝蝕分區圖Fig.8　The deposition and immersion of the Zhenxiong-Hezhang area

由志留系沉積缺失線(黃色)、泥盆系沉積缺失線(棕色)及石炭系沉積缺失線(綠色)圈定的Ⅰ區中，洗白及法丈溝露頭點均為二疊系梁山組與下伏奧陶系不整合接觸，證實缺失O3-S-D-C相關層系(圖8)；由泥盆系沉積缺失線、石炭系沉積缺失線及奧陶系剝蝕缺失線(青色)圈定的Ⅱ區中，海子壩、野角、大橋、奢威等露頭點均為石炭系黃龍組與下伏下奧陶統大箐組或紅花園組不整合接觸，證實確實缺失O2(剝蝕)-O3-S-D-C1相關層系(圖8)。

鎮雄-赫章地區沉積-剝蝕分區圖展示加里東期-海西期古隆起對該區地層的差異控制，整體上靠近黔中古隆起西北緣，即Ⅰ區與Ⅱ區相對缺失層系較多(圖8)。

3筇竹寺組有利勘探區優選

鎮雄-赫章地區筇竹寺組現今均處于過成熟演化階段，Ⅰ區—Ⅴ區的埋藏史圖表明：二疊紀后整體表現為快速深埋、白堊紀開始快速抬升的特征基本一致，而前二疊紀沉積埋藏史差異較大(圖9)。

圖9　鎮雄-赫章地區分區埋藏史圖Fig.9　The buried history of the visions in the Zhenxiong-Hezhang area

Ⅰ區以鎮雄以古鎮為例，寒武紀-中奧陶世表現為緩慢埋藏，中奧陶世至石炭紀末則快速抬升，熱演化間斷時間長達200 Ma；Ⅱ區以赫章古基鎮為例，寒武紀-中奧陶世表現持續埋藏，至晚石炭世持續抬升剝蝕，熱演化間斷時間長達150 Ma；Ⅲ區以大灣鎮為例，寒武紀-泥盆紀表現持續快速埋藏，至晚石炭世持續抬升剝蝕，熱演化間斷時間長達100 Ma；而Ⅳ區與Ⅴ區前二疊紀表現為持續埋藏，相對Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區熱演化程度較高(圖9)。鎮雄-赫章地區古隆起及周緣的Ⅰ區、Ⅱ區二疊紀前表現為早期持續抬升，地層缺失相對較多，熱演化時間間斷長，其熱演化程度相對Ⅲ區、Ⅳ區及Ⅴ區而言相對較低，且與發育優質頁巖范圍重合(圖1)。故由Ⅰ區及Ⅱ區邊界與向斜邊界所圍限的區塊(圖8中黃色區域)，為鎮雄-赫章地區筇竹寺組頁巖氣勘探的有利區。后期可結合保存及地表施工條件等指標，綜合評價優選有利鉆探靶區。

4結 論

a.鉆探證實鎮雄-赫章地區筇竹寺組頁巖氣成藏條件優越，尋找熱演化程度相對較低的有效保存區塊是該區筇竹寺組勘探的核心問題。

b.鎮雄-赫章地區發育加里東-海西期古隆起，控制該區沉積-埋藏史，沉積-剝蝕分區明顯。古隆起及周緣地區的Ⅰ區及Ⅱ區缺失層系多、熱演化間斷時間長、處于埋藏相對較淺部位，為筇竹寺組頁巖氣有利勘探區。

c.結合保存及地表施工條件等評價因素，可在Ⅰ區及Ⅱ區中的向斜部位優選有利鉆探靶區，推動該區筇竹寺組頁巖氣勘探突破。

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[第一作者] 周立宏(1968-),男,博士,教授級高級工程師,從事油氣勘探開發科研與管理工作, E-mail：zhoulh@petrochina.com.cn。

1.HangzhouInstituteofPetroleumGeology,PetroChinaExplorationandDevelopmentResearchInstitute,

Hangzhou310023,China；

2.PetroChinaZhejiangOilfieldCompany,Hangzhou310023,China;

3.ShaanxiYanchangPetroleumInternationalExplorationandDevelopmentEngineeringCo.,Ltd.,

Xi’an710075,China

Abstract:The exploration practice shows that the shale gas accumulation condition of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Zhenxiong-Hezhang area is superior. Being limited in the strong transformation and high maturity, the shale gas exploration in Qiongzhusi Formation has not been won a breakthrough. In order to search out the favorable preservation areas with relatively low thermal evolution degree, based on the drilling, outcrop and seismic data, through plotting the lithofacies-paleogeographic map and ancient geological map of the key periods, and combined with the analysis of the typical buried history of every deposition-denudation division, this paper describes the characteristics of the sedimentary-denudation divisions in the Zhenxiong-Hezhang area. The results show that there develops the Caledonian-Hercynian ancient uplift in this area, which controls the sedimentary process before Permian and that the deposition-denudation difference is obvious. In District Ⅰ and District Ⅱ, there is lack of more strata, the thermal evolution intermittent time is long, and the Permian thermal evolution degree is relatively low, so District Ⅰ and District Ⅱ are the favorable exploration areas of the shale gas in Qiongzhusi Formation. The ancient uplift and peripheral regions are the favorable targets for the explorating the highly mature shale gas.

Key words:Zhenxiong-Hezhang area; high maturity; Qiongzhusi Formation; shale gas; exploration direction

[收稿日期]2014-03-27。

[文章編號]1671-9727(2015)05-0539-07

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2015.05.04

[文獻標志碼][分類號] TE132.2 A