中國南方3套海相頁巖氣成藏條件分析

何貴松，何希鵬，高玉巧，張培先，萬靜雅，黃小貞

（中國石化華東油氣分公司勘探開發研究院，南京 210011）

0 引言

中國南方廣泛發育下寒武統九門沖組、上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組和上二疊統大隆組等3套區域性海相富有機質頁巖層系［1-6］，這3套層系均具有良好的生烴能力，但其頁巖氣勘探效果存在巨大差異［6］。王淑芳等［3］依據巖石結構、構造、顏色、粒度分布和礦物組分等將四川盆地海相頁巖劃分為硅質頁巖、鈣質頁巖、黏土質頁巖和混合頁巖等4種類型，并從地球化學特征、儲層特征、脆性、含氣性、地層壓力等方面與北美頁巖進行了對比。趙文智等［6］以四川盆地及周緣地區為重點，研究了中國南方五峰組—龍馬溪組和筇竹寺組頁巖特征，并分析探討了二者成藏條件的差異性及產生差異的原因，從而預測了有利分布區。上述研究對中國南方海相頁巖類型進行了劃分，并對成藏條件進行了對比，揭示出不同類型頁巖的成藏條件和勘探潛力的差異性。

本文在開展大量實驗分析的基礎上，結合近年來勘探開發實踐，從先期建造階段的物質基礎（包括沉積環境、地球化學、巖性組合、礦物成分等）到后期改造的聚氣條件（包括儲層物性、含氣性、保存條件、壓力系數等），對中國南方3套海相頁巖的頁巖氣成藏條件進行分析與對比，并對產生差異的主控因素和對頁巖氣富集的影響進行探討，提出針對不同類型頁巖進行選區評價的技術方法，指出有利勘探方向，以期進一步明確3套海相頁巖的勘探潛力，為中國南方海相頁巖氣勘探開發提供借鑒和參考。

1 頁巖氣成藏條件對比

頁巖氣藏的形成與演化經歷先期建造和后期改造2個階段［7］。其中，先期建造階段是指從頁巖沉積開始到生烴結束，控制了沉積環境、巖性組合特征、地球化學、礦物組成等頁巖氣成藏的物質基礎；后期改造階段是指從生烴結束到現今，控制了頁巖儲層物性的優劣、保存條件的好壞、含氣量的高低和地層能量強弱等。

因泥頁巖先期建造和后期改造的差異，南方3套頁巖在泥頁巖類型、古生物群面貌、有機地化、礦物成分、儲層物性、保存條件和含氣性等方面也存在較大的不同，表現出不同類型的泥頁巖，其成藏條件、富集規律和勘探潛力也不盡相同。黔南地區A井、武隆地區B井、湘中地區C井分別針對九門沖組、五峰組—龍馬溪組、大隆組泥頁巖開展了系統取心，累計獲取巖心231 m，針對這些巖心開展了TOC、干酪根碳同位素、Ro、氬離子拋光掃描電鏡、比表面積及孔徑、氦氣法孔隙度、GRI法孔隙度、薄片鑒定、X射線衍射全巖礦物含量分析、X射線衍射黏土礦物相對含量分析、等溫吸附和現場含氣量測試等21類2 625項次實驗分析。利用3口井的錄井資料、測井資料和巖心實驗分析資料，結合試氣成果，分別從先期建造和后期改造等方面對3套海相頁巖的成藏條件開展對比研究。

1.1 先期建造對比與分析

1.1.1 沉積相及泥頁巖類型

中國南方經歷了加里東期—喜山期的多期構造運動，多期構造運動通過對沉積旋回的控制孕育了多套泥頁巖層系［1，8］。總體上，晚震旦世—早奧陶世，研究區為被動大陸邊緣盆地；中奧陶世—志留紀，演變為臺內坳陷盆地；泥盆紀—中三疊世，又轉化為裂陷盆地。3種盆地類型控制了南方九門沖組（又名：牛蹄塘組、筇竹寺組、水井沱組、荷塘組）、五峰組—龍馬溪組和大隆組等3套區域性海相富有機質泥頁巖的發育與分布。

根據巖心描述、薄片鑒定、古生物鑒定等資料，結合沉積相研究，中國南方這3套海相泥頁巖沉積環境和巖石類型有較大差異。根據頁巖沉積建造特征，可將黔南坳陷九門沖組、渝東南地區五峰組—龍馬溪組和湘中地區大隆組泥頁巖劃分為被動大陸邊緣深水陸棚相粉砂質頁巖-硅質頁巖互層型、臺內坳陷深水陸棚相硅質頁巖型和裂陷盆地深水臺凹泥巖-灰質泥巖互層型等3種類型（表1）。

表1 中國南方海相頁巖類型對比Table1 Comparison of marineshaletypesin southern China

黔南地區九門沖組頁巖類型為被動大陸邊緣深水陸棚相粉砂質頁巖-硅質頁巖互層型。黔南地區在早寒武世早期，基本繼承了晚震旦世西高東低的古地理格局，為被動大陸邊緣深水陸棚相［9-10］，沉積了一套灰黑色—黑色硅質頁巖和粉砂質泥巖，累計厚度100～200 m。黔南地區A井九門沖組泥頁巖可以分為兩部分［圖1（a）］：下部為幸運階，厚16 m，假整合于上震旦統燈影組白云巖之上，巖性為灰黑色硅質巖，屬于熱液深水陸棚沉積，鄰區麻江露頭發育以海綿、須腕動物和高肌蟲為代表的熱水生物群［1］；上部為第二階，厚 112 m，巖性為灰黑色硅質頁巖與粉砂質頁巖互層［圖2（a）］，均為中—薄層狀，黃鐵礦發育［圖2（b）］，水平層理和頁理較發育，薄片下見石英和長石碎屑呈棱角—次棱角狀，為貧氧、弱水動力的深水陸棚沉積，常見海綿骨針［圖2（c）］。

渝東南地區五峰組—龍馬溪組泥頁巖類型為臺內坳陷深水陸棚相硅質頁巖型。在奧陶紀末五峰組沉積時期，主要發育深水陸棚相沉積［11-13］，以一套穩定分布的富有機質、富筆石、含放射蟲硅質頁巖為主；奧陶紀末，受全球冰川活動影響，海平面迅速下降，沉積了觀音橋段生屑灰巖、泥質灰巖和灰質泥巖地層；龍馬溪組沉積早期再次發生較長時期海侵，研究區處于欠補償臺內坳陷的半深水—深水陸棚相沉積環境，發育了一套以灰黑色—黑色硅質頁巖和頁巖為主的細粒沉積；龍馬溪組沉積中晚期，發生緩慢持續海退，由半深水陸棚逐步過渡為淺水陸棚相沉積。黑色富有機質頁巖主要發育于五峰組—龍馬溪組下部，頁巖厚90～130 m。渝東南地區B井鉆遇的凱迪階灰黑色硅質頁巖厚4.83 m［圖 1（b）、圖 2（d）］，筆石化石豐富［圖 2（e）］，發育WF2—WF3 帶筆石［11-13］，薄片下可見大量的放射蟲［圖2（f）］；赫南特階發育0.37 m厚觀音橋段深灰色含介殼灰質泥巖，表明水體逐漸變淺。魯丹期再次發生海侵，B井鉆遇的魯丹階灰黑色硅質頁巖厚31.8 m，發育LM1—LM5帶筆石；魯丹階灰黑色硅質頁巖的質地較純，內部含少量夾層，頁理發育，薄片下硅質與泥質、有機質多呈均勻分布，局部呈紋層狀分布。埃隆期開始緩慢海退，為半深水—淺水陸棚沉積環境，B井鉆遇的埃隆階灰黑色泥頁巖厚63.5 m，薄片下可見礦物顆粒變粗、陸源碎屑硅增多、水平層理發育。

湘中地區大隆組泥頁巖類型為裂陷盆地深水臺凹泥巖—灰質泥巖互層型，巖性為泥巖、灰質泥巖夾灰巖，暗色泥巖厚100～150 m。湘中地區C井大隆組為深水臺凹相沉積［圖1（c）］，與上揚子地區長興組為同時異相，巖性為含灰泥巖、含灰硅質頁巖、灰質泥巖夾薄層泥灰巖［圖2（g），（h）］，厚116 m，縱向上巖性變化較大，非均質性較強，灰質組分含量高；生物相為放射蟲、紅藻、線葉植物微相，含褐藻及疑源類，薄片下放射蟲和海綿骨針多被碳酸鹽巖化［圖 2（i）］。

圖1 中國南方3套海相頁巖綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensivestratigraphic column of threesetsof marineshalein southern China

圖2 中國南方不同類型頁巖典型巖心及薄片照片（a）粉砂質頁巖-硅質頁巖，黔南地區，A井，九門沖組，2 370.45～2 370.69 m；（b）黃鐵礦發育，呈結核狀，黔南地區，A井，九門沖組，2 404.90 m；（c）含海綿骨針，黔南地區，A井，九門沖組，2 404.90 m；（d）硅質頁巖，頁理發育，渝東南地區，B井，五峰組—龍馬溪組，2 811.91～2 812.06 m；（e）筆石化石豐富，渝東南地區，B井，五峰組—龍馬溪組，2 812.06 m；（f）含放射蟲，渝東南地區，B井，五峰組—龍馬溪組，2 832.25 m；（g）灰質泥巖，方解石脈發育，湘中地區，C井，大隆組，609.12～617.50 m；（h）炭質泥巖摩擦鏡面，湘中地區，C井，大隆組，617.50 m；（i）放射蟲和海綿骨針碳酸鹽化，湘中地區，C井，大隆組，620.10 m Fig.2 Photos of typical core and thin slices of different types of shale in southern China

1.1.2 有機地化特征

黔南地區A井九門沖組幸運階硅質巖TOC質量分數為1.39%～5.10%，平均為3.10%；第二階硅質頁巖與粉砂質頁巖TOC質量分數為4.8%～11.0%，平均為6.93%。Ro為2.67%～3.29%，平均為3.26%，為過成熟演化階段，在3套頁巖中最高。鄰區鉆井揭示有機質熱演化程度更高，其中龍里地區Ro為4.2%～5.5%，黔西地區Ro為5.0%～5.5%，湘鄂西地區Ro為4.2%～4.7%。何希鵬等［11］通過研究認為，當Ro大于3.5%時，高熱演化頁巖在上覆地層壓力和構造應力作用下大孔大幅減少，小孔和微孔增加，孔隙度明顯減小，將不利于頁巖氣儲集和保存。黔南地區九門沖組有機顯微組分中，腐泥質組分含量為87%～92%，為典型的腐泥型干酪根。

渝東南地區B井五峰組—龍馬溪組黑色頁巖TOC質量分數為1.18%～6.21%，平均為2.64%，其中TOC質量分數大于2%的優質頁巖分布在凱迪階及魯丹階，厚32 m，TOC質量分數平均為4.36%。Ro為2.3%～2.8%，平均為2.54%。干酪根碳同位素主體為-30.83‰～-23.74‰，表明有機質類型以腐泥型為主，少量為腐殖—腐泥型。

湘中地區C井大隆組TOC質量分數為0.45%～10.47%，平均為3.91%。Ro為1.63%～1.72%，處于生濕氣階段，熱演化程度在3套頁巖中最低。10件泥頁巖樣品熒光干酪根顯微組分及類型測試結果表明，干酪根顯微組分以惰質組為主，平均體積分數為91.2%，腐泥組、殼質組和鏡質組3者體積分數不足10.0%，因此干酪根類型為腐殖型，具有較大的生氣潛力。

1.1.3 礦物組成

黔南地區A井九門沖組巖石中的礦物以石英為主，平均質量分數為52.3%，黏土礦物平均質量分數為20.2%，長石平均質量分數為12.6%，碳酸鹽質量分數一般小于10%（圖3）。渝東南地區B井凱迪階—魯丹階泥頁巖礦物組成與九門沖組具有一定的相似性，石英平均質量分數為54.2%，黏土礦物平均質量分數為24.7%，長石平均質量分數為10%，碳酸鹽礦物的質量分數均小于7%。埃隆階泥頁巖的礦物組成明顯不同，以黏土礦物為主，平均質量分數46.1%，石英平均質量分數降低至33.8%，碳酸鹽質量分數增大至9%。湘中地區C井大隆組的碳酸鹽礦物含量明顯高于九門沖組和五峰組—龍馬溪組，平均質量分數為34.2%，最高可達58.9%，石英平均質量分數為35.1%，黏土礦物平均質量分數為22.4%，長石平均質量分數為4.5%。

圖3 中國南方3套頁巖礦物組成圖Fig.3 Mineral composition of three sets of shale in southern China

3套頁巖在礦物組成上具有一定的差異性，反映了其沉積環境和母巖性質略有不同，但整體上具有脆性礦物含量高的特征，有利于壓裂改造。九門沖組石英含量普遍較高，尤其是底部發育硅質巖，其石英質量分數最高可達93%，為熱水成因類型；五峰組—龍馬溪組自上而下的硅質礦物含量逐漸增大，黏土礦物含量逐漸減小，與TOC分布規律一致，巖心上可見大量筆石，薄片下可見大量放射蟲，反映了硅質礦物主要為生物成因；大隆組泥頁巖碳酸鹽含量較高，表明沉積水體較淺，同時薄片觀察可見石英顆粒粒徑較大，棱角狀為主，以陸源碎屑石英為主，該套頁巖在被壓裂改造時，可適當加大酸液用量以提高儲層改造效果。

1.2 后期改造對比與分析

中國南方3套海相頁巖先后經歷了不同期次和規模的構造運動改造，構造演化及變形特征、地層抬升剝蝕程度、孔隙的保存與破壞、頁巖氣聚集與逸散等均有顯著差異，造成了儲層的物性、含氣性和地層壓力均有明顯不同。

1.2.1 儲層物性

利用氬離子拋光-掃描電鏡、原子力顯微鏡和納米CT等分析技術，結合巖心觀察和薄片鑒定，可以發現中國南方3套頁巖的孔隙類型基本一致，主要儲集空間為納米—微米級有機質孔隙，亦發育粒間孔、晶間孔、粒內孔、溶蝕孔和微裂縫等［14-17］，不同孔隙類型的發育程度、連通性、孔徑有較大差異。黔南地區A井九門沖組泥頁巖樣品經氬離子拋光后放置到掃描電鏡下觀察，可見有機質孔較發育，但連通性差，孔徑較小，以小孔（孔徑介于2～10 nm）、微孔（孔徑小于 2 nm）為主［圖 4（a）］，與低溫氮氣吸附法測得的孔徑分布基本一致，小孔占比高達60.4%，微孔占比21.6%，中大孔（孔徑大于10 nm）占比較少，合計為18%（表2）；渝東南地區B井五峰組—龍馬溪組氬離子拋光-掃描電鏡揭示有機質孔非常發育，孔徑較大，部分孔徑可達20～200 nm［圖4（b）］，低溫氮氣吸附法測得小孔占比為42%，微孔占比為29.2%，中大孔占比為29%。湘中地區C井大隆組泥頁巖樣品低溫氮氣吸附法測得的孔徑整體較大，其中中孔（孔徑介于10～50 nm）占比40.3%，大孔（孔徑大于50 nm）占比39.6%，小孔和微孔較少，合計20.2%。

3套頁巖的比表面積和孔隙度也存在較大差異。九門沖組比表面積較大，平均為26.9 m2/g，與有機質豐度高和孔徑小有關；氦氣法測得孔隙度為1.70%～3.68%，平均為2.65%（表2）。五峰組—龍馬溪組比表面積中等，平均為23.0 m2/g；氦氣法孔隙度為2.9%～5.9%，平均為4.95%。大隆組比表面積平均為17.6 m2/g，孔隙度為2.12%～6.20%，平均為4.52%。由此可見，九門沖組頁巖有機質孔隙發育程度低，以小孔和微孔為主，孔隙度低，物性較差，表明受后期改造作用大，先期建造過程中形成的大量孔隙在成巖過程中被壓實和充填，物性變差。五峰組—龍馬溪組和大隆組的孔徑較大，孔隙度為3%～6%，物性相對較好，表明后期改造相對較弱，先期建造過程中形成的孔隙得到一定程度地保存。

圖4 九門沖組及五峰組—龍馬溪組頁巖掃描電鏡圖像對比Fig.4 Comparison of SEM between Jiumenchong Formation and Wufeng-Longmaxi Formation

表2 中國南方3套頁巖儲層物性參數對比Table2 Comparison of reservoir property parametersof threesetsof shalein southern China

1.2.2 保存條件及含氣性

四川盆地及周緣地區頁巖氣鉆井表明，保存條件是決定頁巖氣能否富集成藏的關鍵因素［18-20］，保存條件越好，地層壓力系數越高，越有利于頁巖氣的高產和穩產。

受雪峰構造帶的北西向擠壓和遞進發展的影響，川中—湘中地區構造具有分區性，自南東向北西可以劃分為湘中坳陷、雪峰隆起、湘鄂西斷褶帶、川東斷褶帶和川中平緩褶皺帶等5個構造區，自雪峰隆起西緣到川中地區，具有南東“隔槽式”和北西“隔擋式”的結構特征［21］，構造變形時間具有“東早西晚”特征，抬升幅度呈現“東高西低”，變形強度“東強西弱”，核部出露地層“東老西新”，頁巖層系后期改造作用造成的氣體散失時間變短。湘鄂西斷褶帶的東南部，印支期開始褶皺變形，背斜呈寬闊的箱狀，核部主要出露寒武系—奧陶系；向斜狹窄、呈線狀，核部主要由上古生界及中生界組成，背斜和向斜相間組成“隔槽式”結構。五峰組—龍馬溪組和大隆組殘留于緊閉向斜內，頁巖氣保存條件差，九門沖組在背斜區，埋深適中，具有一定的勘探潛力。湘鄂西斷褶帶的西北部靠近四川盆地，燕山早期開始褶皺變形，復向斜和復背斜相間分布，構成了槽擋轉換帶，整體相對寬緩，復背斜帶多為應力集中區，斷裂相對發育，抬升幅度高，復向斜帶構造抬升幅度小，剝蝕程度低，核部發育有侏羅系—三疊系地層，斷裂不發育，構造穩定。九門沖組在復背斜帶埋深適中，具有一定的勘探潛力。五峰組—龍馬溪組和大隆組殘留于復向斜中，構造穩定，有利于頁巖氣富集。川東斷褶帶與湘鄂西斷褶帶的分界線為齊岳山斷裂，自燕山晚期—喜山期開始褶皺變形。背斜緊閉，地層陡傾，核部出露二疊系—三疊系，內部伴生逆斷層，結構復雜；向斜寬闊，核部出露侏羅系，地層相對平緩，呈屜狀，內部構造相對簡單。緊閉的背斜與開闊平緩的向斜相間排列，以志留系等主要滑脫層組成“隔擋式”結構。在向斜區，3套頁巖保存條件好，但埋深普遍過大，在目前工程工藝技術條件下實現規模開采的難度大；高陡背斜及其翼部埋深適中，裂縫發育，頁巖氣保存程度較好，同時有利于五峰組—龍馬溪組和大隆組壓裂。川中平緩褶皺帶構造寬緩，變形程度弱，地層齊全，受雪峰造山運動影響小，結構簡單，總體上有利于3套頁巖氣的保存。湘中坳陷主要為中泥盆世—早三疊世的海相沉積，經歷了印支、燕山及喜山3個構造變形期，形成了現今向西凸起的弧形構造，構造變形強烈，殘留向斜相對有利于大隆組頁巖氣的保存。

九門沖組泥頁巖形成于早寒武世，時代老，經歷的熱演化時間長，構造運動期次多，改造強度大，宏觀上，其保存條件不如五峰組—龍馬溪組和大隆組。四川盆地內，九門沖組頁巖褶皺程度和地層剝蝕強度弱，斷裂發育少，保存條件相對較好，但大部分地區埋深大于4 500 m，威遠—井研、長寧地區埋深適中，為2 500～4 500 m，其中W201井直井壓裂后獲日產氣1.08萬m3，JS1井直井壓裂后獲日產氣2.78萬m3，JY1 HF井壓裂后獲日產氣約4萬m3。四川盆地外的九門沖組頁巖的構造變形強度大，通天斷層發育，保存條件變差。黔南地區A井處于“隔槽式”褶皺帶的背斜區，構造相對復雜，斷裂發育，離斷層的距離小于500 m，九門沖組埋深2 437 m。氣測異常顯示集中在地層中部的2 325～2 390 m，泥漿相對密度1.09，全烴一般為1.0%～4.4%，C1一般為0.8%～2.8%，靠近頂板和底板的層段氣測顯示較差，全烴一般為0.2%～0.6%；測井解釋含氣質量體積平均為2.21 m3/t，以吸附氣為主，占比為81%；直井壓裂后測試最高日產氣418 m3，返排率達到137.7%，返排液的氫、氧同位素分析表明，A井壓裂溝通了斷層，淺層地表水順斷層進入壓裂層段，導致該井低產。同時，九門沖組底板為震旦系燈影組白云巖風化殼，封蓋性能較差。A井取心結果表明，燈影組白云巖較為破碎，網狀裂縫發育，見方解石脈溶蝕現象。黔中隆起及周緣地區FS1井和D1井在燈影組產水，最高日產水3 300 m3，因此，燈影組封蓋條件較差。九門沖組頁巖氣易向下逸散，同時壓裂易溝通燈影組水層，規避燈影組頂部含水層是壓裂成功的關鍵。

五峰組—龍馬溪組泥頁巖沉積時間晚于九門沖組，構造改造強度較九門沖組低，頂板為龍馬溪組龍二段—龍三段發育150～200 m厚致密泥巖和粉砂質泥巖，底板為臨湘組—寶塔組致密灰巖，溶孔溶洞不發育，頂底板封隔條件較好。渝東南地區處于“槽—擋”過渡帶，構造寬緩，殘留面積大，地層保存完整、發育齊全，保存條件相對較好，B井位于渝東南地區靠近四川盆地的第一排向斜，五峰組埋深2 837 m，五峰組—龍馬溪組連續氣測異常厚度達95 m，泥漿相對密度1.35，全烴一般為3.0%～9.0%，最高為12.4%，C1一般為2.0%～8.0%，最高為11.8%；測井解釋含氣質量體積平均為6.2 m3/t，其中游離氣占61%；地層壓力系數為1.08，測試初期穩定日產氣4.6萬m3。四川盆地的盆緣區發育背斜、斜坡和向斜等構造類型，埋深適中，約為2 000～4 000 m，地層壓力系數為1.2～1.6，焦石壩構造的地層壓力系數為1.50～1.55，單井測試產量高；平橋背斜地層壓力系數為1.3，單井測試日產量為18.4～89.5萬m3。盆地內部保存條件更好，壓力系數為1.2～2.0，但埋深普遍較大，約為 3 800～6 500 m，為典型深層頁巖氣，目前僅少數井（Z202-H1井）獲得了高產工業氣流，深層壓裂改造工藝尚處于探索階段。

大隆組泥頁巖沉積時間晚，目前尚處于生氣窗，是二疊系—三疊系海相氣田和部分陸相氣田的主要烴源巖。大隆組頂板為飛仙關組碳酸鹽巖儲層，頂板條件相比五峰組—龍馬溪組較差，錄井資料和氣測異常顯示主要集中于地層中部，亦說明氣體向頂板發生了運移。該套頁巖分布范圍相對較小，主要分布于川東北、桂中、湘中、下揚子等地區，其中四川盆地內構造變形程度較弱，保存條件較好，大量鉆井揭示含氣性較好，埋深跨度大，盆緣埋深約為1 000～3 500 m，盆內埋深約為3 000～5 500 m；四川盆地外，構造改造強度大，背斜區已剝蝕殆盡，殘留于部分向斜中，埋深為300～2 000 m；湘中地區C井大隆組埋深僅676 m，氣測異常顯示共6處，累計厚度為46 m，泥漿相對密度1.05～1.11，全烴一般為0.9%～2.0%，最高為2.3%，C1一般為0.5%～1.5%，最高為1.8%；測井解釋含氣質量體積平均為0.81 m3/t，游離氣占比48.8%；對 600～620 m進行直井大型加砂壓裂，最高日產氣1 252 m3，地層壓力以常壓為主。

與北美主要頁巖氣盆地和焦石壩頁巖氣田相比，這3套頁巖具有一定相似性和差異性（圖5）。黔南地區A井九門沖組有利條件包括深水陸棚沉積、泥頁巖厚度大、有機質豐度高、黏土含量適中和埋深適中等，不利條件包括熱成熟度過高、沉積年代早、經歷的構造運動期次多和地層壓力系數低等。渝東南地區B井五峰組—龍馬溪組有利條件包括深水陸棚沉積、泥頁巖厚度大、有機質豐度高、熱成熟度適中、黏土含量低和埋深適中等，不利條件為沉積年代早、經歷的構造運動期次較多和地層壓力系數略低等。湘中地區C井大隆組有利條件包括深水臺凹相沉積、泥頁巖厚度大、有機質豐度中高、熱成熟度適中、黏土含量適中、沉積年代適中和經歷的構造運動期次較少等，不利條件包括埋深淺和地層壓力系數低等。

圖5 中國南方3套頁巖主要參數與北美主要頁巖氣藏參數對比Fig.5 Comparison of main parametersbetween three setsof shalein southern China and major shale gasreservoirsin North America

2 有利勘探方向

通過成藏條件對比研究，結合近年勘探開發實踐，逐步明確了中國南方3套頁巖受先期建造和后期改造的雙重控制，其中五峰組—龍馬溪組頁巖成藏條件最優，九門沖組次之，大隆組最差，且不同頁巖成藏主控因素和選區評價的參數指標明顯不同。五峰組—龍馬溪組為臺內坳陷深水陸棚相硅質頁巖型，巖性較均質、夾層少，泥頁巖連續厚度大，有機質豐度高、類型好、熱成熟度適中，孔隙以有機孔為主，生物成因硅質含量高，黏土含量適中，埋深適中，頂底板封閉性能好，勘探潛力大，為最有利的勘探開發層系，目前已進入大規模商業開發階段。優質頁巖的厚度、頁巖氣保存條件和可壓性均是該套層系頁巖氣選區評價的重點。九門沖組泥頁巖為被動大陸邊緣深水陸棚相粉砂質泥頁巖和硅質泥頁巖互層型，泥頁巖厚度大，有機質豐度高，以Ⅰ型為主，硅質含量高，黏土含量適中，生烴潛力大；但頁巖沉積年代早，經歷的構造運動期次多、熱成熟度高、埋深較大，同時底板為震旦系燈影組白云巖風化殼，常含水，頁巖氣易向下逸散，壓裂易溝通水層，目前尚處于勘探初始階段，是下一步頁巖氣勘探開發的重要接替層系。熱演化程度、構造穩定性和埋深是寒武系頁巖氣選區評價的重點。大隆組泥頁巖為裂陷盆地深水臺凹泥頁巖和灰質泥頁巖互層型，泥頁巖累計厚度大，有機碳含量高，熱成熟度和埋深均適中，但分布范圍有限，粉砂巖或灰巖夾層多，且在地層厚度中占比大，碳酸鹽礦物含量高，脆性礦物含量相對較低，頂底板封蓋條件差，目前鉆至該組的鉆井較少，勘探潛力有待進一步落實，為潛在有利層系；有利相帶、富有機質頁巖連續厚度和可壓性均是該套層系頁巖選區評價的重點。

2.1 九門沖組頁巖氣有利勘探方向

四川盆地中部威遠—井研地區、黔南坳陷黃平—岑鞏地區、黃陵隆起南緣宜昌地區［20］均處于深水陸棚相帶，優質頁巖厚度為60～200 m，熱演化程度為2.6%～3.4%，構造相對穩定，地層產狀較平緩，埋深2 300～4 000 m，為寒武系頁巖氣勘探有利區（圖6）。其中威遠—井研地區單井測試日產氣1～4萬m3，黃陵隆起南緣EYY1井距離出露區10.2 km，含氣質量體積為3～4 m3/t，測試日產氣6萬m3，這2個地區可以作為下一步重點攻關目標區。黔南坳陷黃平地區A井直井測試獲得日產氣418 m3，岑鞏地區CY1井氣測顯示較好，直井壓裂測試，火焰高度2～5 m，表明該區具有一定的頁巖氣勘探潛力。

2.2 五峰組—龍馬溪組頁巖氣有利勘探方向

四川盆地中部的威遠—榮縣—富順—永川—大足—重慶地區、川南的長寧—昭通地區、川東南的涪陵—南川—綦江地區，四川盆地外的桐梓—道真—武隆—彭水一帶均處于深水陸棚有利相帶，優質頁巖的厚度為20～40 m，地層壓力系數為1.0～2.0，可壓性好（脆性礦物含量高，巖石力學參數和地應力環境利于壓裂形成復雜網縫），為五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探開發有利區（圖6）。四川盆地總體具有良好的頁巖氣富集條件，但埋深普遍超過3 800 m，壓裂形成復雜縫網的難度較大，盆內的背斜區、盆緣的背斜及斜坡區頁巖埋深2 500～3 800 m，天然縫發育、地應力適中均有利于壓裂改造和獲得高產穩產[22-23]。四川盆地外的頁巖氣勘探以向斜為主，向斜核部埋深大、離剝蝕邊界遠、裂縫發育程度和開啟程度低，保存條件優于翼部，更利于頁巖氣富集。渝東南地區以武隆向斜為典型代表，為寬緩的殘留向斜，面積1 260 km2，地層殘留較齊全，斷裂不發育，五峰組—龍馬溪組頁巖埋深為1 500～4 500 m，B井位于向斜翼部，距離剝蝕邊界9.9 km，埋深為2 837 m，水平井壓裂測試日產氣4.6萬m3，表明該區頁巖氣勘探潛力較大。

圖6 中國南方3套頁巖的有利勘探區分布圖Fig.6 Favorable exploration areas for three sets of shale in southern China

2.3 大隆組頁巖氣有利勘探方向

湘中漣源地區的大隆組處于深水臺凹沉積，泥頁巖連續厚度為90～120 m，TOC為3%～5%，脆性礦物含量高，為大隆組頁巖氣勘探較有利區（圖6）。該區C井鉆探結果顯示大隆組埋深僅676 m，直井壓裂測試獲得日產氣 1 252 m3，推測如果優選埋深更大的目標，單井產量會進一步增高。

3 結論

（1）受泥頁巖先期建造和后期改造的控制，中國南方古生界3套海相頁巖氣成藏條件具有顯著差異：①五峰組—龍馬溪組頁巖氣成藏條件最優，九門沖組次之，大隆組相對最差。②五峰組—龍馬溪組泥頁巖類型為臺內坳陷深水陸棚相硅質頁巖型，具有有機碳含量高、熱成熟度適中、有機質孔隙發育、物性好、頂底板條件好和含氣量較高等特征，地層壓力由雪峰西緣向四川盆地逐漸增高，盆外以常壓為主，盆內以超壓為主，為最有利勘探開發層系。③九門沖組頁巖類型為被動大陸邊緣深水陸棚相粉砂質頁巖—硅質頁巖互層型，生烴潛力大，但頁巖沉積年代早，經歷的構造運動期次多，熱成熟度高，有機質孔隙欠發育，物性較差，底板封隔條件差，含氣量較低，以常壓為主，埋深較大，為重要接替層系。④大隆組泥頁巖類型為裂陷盆地深水臺凹泥頁巖—灰質泥頁巖互層型，具有泥頁巖累計厚度大、有機碳含量高、熱成熟度和埋深均適中等特征，但分布范圍有限，粉砂巖或灰巖夾層多，“泥地比”較小，黏土礦物含量高，頂底板封蓋性差，含氣量較低，以常壓為主，為潛在有利層系。

（2）依據中國南方3套頁巖成藏條件的對比，分別明確了不同頁巖選區評價的重點，優選了有利區。①熱演化程度、構造穩定性和埋深均是寒武系頁巖氣選區評價的重點。四川盆地中部威遠—井研地區、黔南坳陷黃平—岑鞏地區、黃陵隆起南緣宜昌地區等3個地區為寒武系頁巖氣勘探有利區。②優質頁巖厚度、頁巖氣保存條件和可壓性是五峰組—龍馬溪組頁巖氣選區評價的重點。四川盆地中部的威遠—榮縣—富順—永川—大足—重慶地區、川南的長寧—昭通地區、川東南的涪陵—南川—綦江地區，四川盆地外的桐梓—道真—武隆—彭水一帶均為五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探開發有利區；四川盆地內的背斜區、盆緣的背斜及斜坡區更利于壓裂改造和獲得高產穩產；盆外向斜核部比翼部均更利于頁巖氣富集。③有利相帶、富有機質頁巖連續厚度和可壓性均是大隆組頁巖氣選區評價的重點。湘中漣源地區為大隆組頁巖氣勘探有利區。