四川盆地古生界頁巖氣潛在勘探區(qū)預(yù)測(cè)

李 芳

（成都理工大學(xué)，成都 610059）

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四川盆地古生界頁巖氣潛在勘探區(qū)預(yù)測(cè)

李 芳

（成都理工大學(xué)，成都 610059）

摘要：四川盆地古生界主要發(fā)育三套海相烴源巖，分別是下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥頁巖，下志留統(tǒng)龍馬溪組泥頁巖和上二疊系龍?zhí)督M泥頁巖。通過收集分析前人對(duì)于四川盆地這三套烴源巖的厚度、有機(jī)質(zhì)含量（TOC）、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度（R o）的綜合對(duì)比研究，得出下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣的有利勘探區(qū)域?yàn)闃飞?威遠(yuǎn)-資陽一線；下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣的有利勘探區(qū)域?yàn)樽虢?自貢一帶；上二疊系龍?zhí)督M的有利勘探區(qū)域?yàn)榇|南的纂江-宜賓-自貢一帶和川東北的萬縣-達(dá)州一帶。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；古生界; 勘探區(qū)；四川盆地

頁巖氣作為十分重要的非常規(guī)能源在近幾十年內(nèi)異軍突起。2006～2010年美國(guó)頁巖氣產(chǎn)量已從1萬億立方英尺升至4.8萬億立方英尺，占其天然氣總量的23%。據(jù)BP數(shù)據(jù)顯示因?yàn)轫搸r氣的大發(fā)展，使美國(guó)在2009年已經(jīng)超越俄羅斯，成為全球第一大天然氣生產(chǎn)國(guó)[1]。頁巖氣在未來能源領(lǐng)域具有的廣闊前景，加強(qiáng)頁巖氣的研究與開發(fā)已經(jīng)成為我國(guó)石油地質(zhì)工作者的重要工作。

頁巖氣概念是從美國(guó)引入我國(guó)。我國(guó)在早期也曾發(fā)現(xiàn)泥頁巖中可豐富的油氣資源，但多用“泥質(zhì)巖類油氣藏”[2]、“裂縫型油氣藏”[3]、“泥巖裂縫型油氣藏”等術(shù)語來描述，認(rèn)為這一類型油氣藏主要以游離態(tài)聚集在泥頁巖發(fā)育的微裂縫中，與近年來國(guó)內(nèi)外所說的頁巖氣在概念上有很大的差別。目前，通用的頁巖概念主要有以下的幾點(diǎn)來厘定：①儲(chǔ)存介質(zhì)主要為富含有機(jī)質(zhì)的黑色或者灰黑色頁巖或者頁巖與薄層粉砂巖互層；②孔隙度、滲透率極低，具有致密物性，氣流阻力大，因此不同于裂縫型油氣藏，有低產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、回收率低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)[4]；③頁巖既是烴源巖，又是儲(chǔ)集層，也是封蓋層，三位一體；④頁巖有機(jī)碳含量一般在1.5%～20%，Ro>0.4%[5]；⑤天然氣以游離態(tài)和吸附態(tài)同時(shí)存在，約各占50%，其余極小部分以溶解態(tài)存在[6]，游離態(tài)氣體主要存在于頁巖微裂縫中，吸附態(tài)氣體主要吸附在干酪根及粘土礦物顆粒表面[7]；⑥成因以生物化學(xué)作用氣與熱裂解作用氣為主或者二者混合；⑦在成藏后運(yùn)移距離短[8]。

近年來，通過國(guó)內(nèi)有關(guān)專家學(xué)者的研究表明我國(guó)也具有極其豐富的頁巖氣資源，其中四川盆地的頁巖氣儲(chǔ)量非常可觀，四川南部地區(qū)下古生界海相頁巖氣資源豐富,初步估算寒武系筇竹寺組和志留系龍馬溪組頁巖氣資源量在4×1012m3以上。另據(jù)徐波、李敬含等人（2011）采用特爾菲綜合法對(duì)四川盆地頁巖氣資源量經(jīng)過計(jì)算得到其約為7.7 ×1012m3，成因法計(jì)算約為21.4× 1012m3，極具開發(fā)價(jià)值。

圖1　四川盆地大地構(gòu)造位置（據(jù)四川石油志修改）

1　區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地四面環(huán)山，分別由西北部的龍門山，東北部的米倉山、大巴山，南部的大涼山、婁山所界定，面積約26×104km2。盆地似一菱形，因此也有學(xué)者將其稱為信封盆地。

四川盆地位于太平洋構(gòu)造體系域與特提斯構(gòu)造體系域交匯處的揚(yáng)子地塊西緣，整體上是由克拉通盆地和邊緣前陸盆地演化階段構(gòu)成（王華等，1999）。四川盆地具有明顯多旋回特點(diǎn)，經(jīng)歷了前震旦紀(jì)基底形成、震旦至中三疊紀(jì)克拉通盆地階段、上三疊前陸盆地階段、侏羅紀(jì)-中新世坳陷盆地階段及第四紀(jì)盆地定型階段的構(gòu)造演化[16]。盆地克拉通階段，也是海相碳酸鹽巖臺(tái)地發(fā)展的階段，形成了分布廣泛、厚度巨大的碳酸鹽巖，厚4 000～7 000m，中間夾有部分陸源碎屑沉積物。震旦世晚期受桐灣運(yùn)動(dòng)影響四川盆地開始拉張，至早寒武世海水從東南方向大規(guī)模入侵，使盆地處于廣海陸棚沉積，形成黑色頁巖、碳酸鹽及硅質(zhì)巖。四川盆地中重要的烴源巖下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖就是在這次海侵過程中形成。

晚三疊世聯(lián)合大陸開始裂解，揚(yáng)子板塊內(nèi)克拉通盆地也隨之變形和分解，四川盆地西緣由于受青藏地區(qū)影響微板塊及板塊相繼拼合,形成擠壓構(gòu)造特征,發(fā)育成復(fù)合前陸盆地（鄭榮才等，2008）。此時(shí)盆地大部分地區(qū)上升為陸地，海盆轉(zhuǎn)變?yōu)楹琛３练e物的縱向相序以淺海碳酸鹽巖和泥質(zhì)巖（馬鞍塘組）開始，經(jīng)海陸過渡相（小塘子組）至粗碎屑巖的陸相（須家河組）[17]。晚白堊世盆地開始萎縮，喜山運(yùn)動(dòng)使前陸盆地周緣造山帶進(jìn)一步隆升，龍門山鏈中基底雜巖體大規(guī)模推覆上隆，構(gòu)造格局基本形成，四川盆地最終定型。

圖2　四川盆地下寒武統(tǒng)烴源巖厚度、成熟度（Ro）、有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）等值線圖（據(jù)程克明，2007；洪峰，2001修改）

2　四川盆地古生界主要烴源巖層頁巖氣勘探潛力分述

2.1下寒武統(tǒng)筇竹寺組

四川盆地下寒武統(tǒng)發(fā)育有筇竹寺組、滄浪鋪組和龍王廟組3套含頁巖地層，其中筇竹寺組為重要的烴源巖，除在雅安-天全-大邑一帶缺失外，在整個(gè)盆地分布廣泛，但埋深一般在4～5km，川東地區(qū)可達(dá)5km以上[9]。層厚在川南、川北、川東北地區(qū)較大，厚40～140m，在川西成都至廣元一線厚小于20m[19]，在纂江、宜賓、自貢一帶最厚，可達(dá)360～400m，厚度變化在區(qū)域顯示從川東向川西南不斷增加趨勢(shì)。其上覆地層為下寒武統(tǒng)滄浪鋪組石英砂巖、砂質(zhì)頁巖，下伏地層為震旦系燈影組白云巖。四川盆地筇竹寺組大的沉積環(huán)境為廣海陸棚，巖性具有明顯的三分性，底部為一套含磷硅質(zhì)條帶白云巖、磷塊巖、砂質(zhì)白云巖及碳質(zhì)頁巖。中下部為黑色頁巖及碳質(zhì)頁巖并見球狀泥灰?guī)r結(jié)核。中部為深灰-灰黑色砂質(zhì)或粉砂質(zhì)頁巖為主,偶夾鈣質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖及白云巖。上部為灰-灰黑色砂巖、云質(zhì)粉砂質(zhì)并夾綠-紫紅色粉砂巖、細(xì)砂巖、紫紅色白云巖[20]。筇竹寺組頁巖的有機(jī)碳含量在區(qū)域上基本穩(wěn)定大致在0.36%～5.2%之間，主要以大于2%為主，具有明顯的高有機(jī)質(zhì)特征，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型干酪根為主，其次為Ⅱ1型[7]；Ro值在2%～6%，在區(qū)域上表現(xiàn)出從樂山-威遠(yuǎn)-資陽一帶向外成熟度（Ro）逐漸升高，盆地內(nèi)大多數(shù)地區(qū)有機(jī)質(zhì)成熟度過高，不利于頁巖氣的成藏。

眾多學(xué)者和專家對(duì)于四川盆地內(nèi)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖厚度、TOC、Ro數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和研究表明這一層位頁巖氣有潛力開發(fā)的區(qū)域應(yīng)當(dāng)為樂山-威遠(yuǎn)-資陽一帶。首先，這一區(qū)域具有頁巖厚度大的優(yōu)勢(shì)，平均厚度在300m左右；其次，這一區(qū)域有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）較高，平均約為1%～2.5%，滿足TOC>0.5%即為有潛力的頁巖氣源巖；最后，在這一區(qū)域上成熟度（Ro）相對(duì)于其他區(qū)域較低，平均為1%～3%，未達(dá)到世界公認(rèn)的3%的頁巖氣死亡線。而其他區(qū)域如纂江-宜賓-自貢一帶雖然頁巖厚度大，部分地區(qū)可達(dá)到400m以上，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）也較高，在0.5%～1.5%之間，但是其成熟度（Ro）過高，達(dá)到4%～6%，進(jìn)入了過成熟期，不利于頁巖氣的生成。基于以上理由，我們今后在對(duì)四川盆地下寒武統(tǒng)筇竹寺組的頁巖氣進(jìn)行勘探時(shí)，重點(diǎn)的區(qū)域應(yīng)當(dāng)放在樂山-威遠(yuǎn)-資陽一線。

2.2上奧陶系五峰組

上奧陶系五峰組主要為一套局限盆地相的沉積物，該組在四川分布廣泛，層位穩(wěn)定，一般多見硅質(zhì)頁巖，富產(chǎn)筆石。其厚度不大，在南川、華鎣一帶厚1～13m， 酉陽、秀山一帶厚2～14m，城口、巫溪一帶厚8m，石柱一帶厚0.2～2.2m；有機(jī)質(zhì)含量較高，一般在2%～3%之間，在川南可達(dá)5%；有機(jī)質(zhì)成熟度適中，約為1.5%～2.0%，屬于高成熟期，但未達(dá)到過成熟期。

圖3　四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組烴源巖厚度、成熟度（Ro）、有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）等值線圖（據(jù)周燕，付海龍等修改，2005）

通過以上數(shù)據(jù)分析，我們認(rèn)為雖然五峰組黑色碳質(zhì)頁巖厚度較薄，平均只有10m左右，但是其上覆地層下志留系龍馬溪組也為一套黑色含炭質(zhì)泥頁巖且其厚度巨大，一般可達(dá)數(shù)百名米以上，可以將他們看做是一套有效的頁巖氣儲(chǔ)層，而且五峰組有機(jī)質(zhì)含量較高，有機(jī)質(zhì)類型較好，以Ⅰ型有機(jī)質(zhì)為主，其次為Ⅱ1型，具有十分巨大的生烴潛力。

因此我們通過有關(guān)鉆井資料研究得出，纂江-宜賓-自貢一帶將是上奧陶系五峰組頁巖氣的有利的勘探開發(fā)區(qū)域。

2.3下志留統(tǒng)龍馬溪組

下志留統(tǒng)龍馬溪組主要為一套深水陸棚相沉積，主要巖性為灰黑色炭質(zhì)頁巖、黑色硅質(zhì)頁巖夾條帶狀粉砂巖，該組在華鎣山一帶砂泥質(zhì)增多，在二郎山、雷波本組以黑色炭質(zhì)頁巖為主，夾深灰色泥灰?guī)r，多產(chǎn)筆石化石[21]。龍馬溪組在盆地內(nèi)樂山-龍女寺古隆起處被剝蝕殆盡，在古隆起區(qū)以外廣泛發(fā)育，分布穩(wěn)定[10]，且厚度巨大，在古隆起南部纂江-宜賓-自貢一帶龍馬溪組厚度可達(dá)350～500m以上，形成了四川盆地內(nèi)繼下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖之后又一重要的烴源巖。龍馬溪組在盆地內(nèi)有兩個(gè)沉積中心，一個(gè)即為川西南的宜賓-自貢之間，沉積了厚度達(dá)500m以上的黑色富有機(jī)質(zhì)的頁巖，另外一個(gè)位于川東萬縣-石柱之間，沉積了厚達(dá)500m以上的含筆石黑色頁巖，從這兩個(gè)沉積中心向四周龍馬溪組厚度逐漸減小。

圖4　四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組烴源巖厚度、成熟度（Ro）、有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）等值線圖（據(jù)洪峰，2001修改）

龍馬溪組頁巖的有機(jī)碳含量較的高，一般在0.2%～6.7%之間（劉樹根等，2011），有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型干酪根為主。其在區(qū)域上分布較規(guī)律，具有在川西南地區(qū)有機(jī)碳含量（TOC）高，纂江-宜賓一帶可達(dá)2.8%以上，而向川東有逐漸減小的趨勢(shì)。龍馬溪組頁巖有機(jī)質(zhì)的成熟度（Ro）較高，大部分區(qū)域有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）大于3%，屬于過成熟期，不利于頁巖氣的生成。在盆地內(nèi)其變化規(guī)律較為明顯，自樂山-龍女寺古隆起向南有機(jī)質(zhì)的成熟度不斷升高，至重慶-涪陵-石柱一帶Ro可達(dá)5%以上。

通過以上分析，我們大致可以確定四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣有勘探潛力的地區(qū)主要位于纂江-自貢一帶，因?yàn)檫@一地區(qū)具有頁巖厚度巨大（可達(dá)500m以上），有機(jī)碳含量高（2.0%

2.4上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M

上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M為一套海陸交互相的含煤地層，巖性在都江堰-蘆山一帶下部為紫灰色鐵鋁質(zhì)粘土巖夾透鏡狀、似層狀鋁土礦，局部夾薄的煤層，上部灰色粘土質(zhì)頁巖；威遠(yuǎn)地區(qū)為灰綠色凝灰質(zhì)砂巖和黑色頁巖互層；重慶-敘永一帶以深灰色砂質(zhì)粘土巖為主。龍?zhí)督M在盆地內(nèi)分布廣泛，厚度較大，最大厚度可達(dá)120m以上，該地層在盆地邊緣較薄只有20m左右。從區(qū)域上看，上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M有三個(gè)沉積中心，分別為資陽、自貢和萬縣，這三個(gè)區(qū)域中的龍?zhí)督M地層厚度較大，向四周厚度逐漸減小。

龍?zhí)督M的有機(jī)質(zhì)含量（TOC）較高，峰值可達(dá)到6%，而具有頁巖氣生成潛力的頁巖的有機(jī)質(zhì)含量只需大于0.5%，這大大超出了其最低限度，十分有利于龍?zhí)督M頁巖氣的生成。其中川中和川東北地區(qū)龍?zhí)督M有機(jī)質(zhì)含量最高，約為3%～6%，其余地區(qū)較低。干酪根主要為Ⅲ型[22]。

對(duì)于整個(gè)盆地內(nèi)龍?zhí)督M有機(jī)質(zhì)成熟度的研究資料較少，主要研究區(qū)域集中在川東北和川東南。就整個(gè)盆地而言，龍?zhí)督M頁巖中有機(jī)質(zhì)成熟度約為1.5%～3.5%，屬于高成熟期-過成熟期，但在川東南地區(qū)相對(duì)較低，只有2%左右（劉樹根等，2011），在川東北達(dá)州-宣漢一帶Ro值約為1.9%～2.79%，沒有達(dá)到3%的生氣死亡線。

綜合前人的資料，我們認(rèn)為四川盆地上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M頁巖氣潛力巨大，有勘探開發(fā)潛力的區(qū)域主要為川東南的纂江-宜賓-自貢一帶和川東北的萬縣-達(dá)州一帶。

圖5　四川盆地上二疊系龍?zhí)督M烴源巖厚度、成熟度（Ro）、有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）等值線圖（據(jù)陳宗清，2011修改）

3　結(jié)論

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外不同學(xué)者對(duì)于頁巖氣的研究和認(rèn)識(shí)，收集和整理了前人有關(guān)四川盆地頁巖氣的研究資料，主要得出以下結(jié)論：

1）頁巖氣是賦存于泥頁巖微孔隙和微裂縫中的一種非常規(guī)天然氣，其以游離態(tài)和吸附態(tài)同時(shí)存在，各個(gè)部分約占50%，其余極小部分以溶解態(tài)存在，它具有自生、自儲(chǔ)的特點(diǎn)。

2）國(guó)內(nèi)外較為公認(rèn)的頁巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為：具有頁巖氣勘探開發(fā)潛力的頁巖應(yīng)具有平面展布大于30m2，連續(xù)厚度大于10m；有機(jī)質(zhì)含量（TOC）最低要大于0.5%，有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）小于3%。

3）四川盆地古生界是重要的頁巖氣勘探開發(fā)層位，其中下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣的有利勘探區(qū)域?yàn)闃飞?威遠(yuǎn)-資陽一線；下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣的有利勘探區(qū)域?yàn)樽虢?自貢一帶；上二疊系龍?zhí)督M的有利勘探區(qū)域?yàn)榇|南的纂江-宜賓-自貢一帶和川東北的萬縣-達(dá)州一帶。

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Potential Exploration Areas of Paleozoic Shale Gas in Sichuan Basin

LI Fang
(Chengdu University of Technology,Chengdu 610059)

Abstract:Three Paleozoic marine source rocks such as shales of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation and the Lower Silurian Longmaxi Formation and argillutite of the Upper Permian Longtan Formation were developed in the Sichuan Basin.Comprehensive study of the 3 source rocks gives such potential shale gas exploration areas as Leshan-Weiyuan-Ziyang belt for the Qiongzhusi Formation,Qijiang-Zigong belt for the Longmaxi Formation and Qijiang-Yibin-Zigong belt and Wanxian-Dazhou belt for the Longtan Formation.

Key words:Paleozoic; shale gas; potential exploration area; Sichuan basin

作者簡(jiǎn)介：李芳（1986-），女，寧夏固原人，研究生在讀，主要研究方向?yàn)榈V床學(xué)

收稿日期：2015-3-16

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.016

中圖分類號(hào)：P618.130

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0995（2016）01-0071-05