黔西北地區海相與海陸過渡相頁巖氣發育條件對比研究

鄧恩德　石富倫

摘 要

為研究海相與海陸過渡相頁巖氣發育地質條件特征的差異性，以黔西北地區海相龍馬溪組和海陸過渡相龍潭組為研究對象，基于鉆井巖心樣品、野外露頭樣品資料及測試結果，從巖性組合、礦物組成、有機地球化學、儲集物性等方面開展對比研究。研究結果表明：龍潭組石英的含量平均為44.6%，黏土礦物含量平均為44.5%，龍潭組黏土礦物含量平均為56.6%，石英礦物含量平均為30.2%，黏土礦物含量高;龍馬溪組機質類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型，有機碳含量較高，均處于過成熟早期階段，龍潭組富有機質類型主要為Ⅲ型，有機碳含量高，處于高成熟-過成熟早期階段;龍馬溪組和龍潭組孔隙度和滲透率均非常低，龍馬溪組發育有大量的有機質氣泡孔，及溶蝕孔和黏土礦物粒間孔;龍潭組發育有粒間孔、晶間孔和少量的有機質氣泡孔。

關鍵詞

黔西北;海相龍馬溪組;海陸過渡相龍潭組;頁巖氣;發育條件

中圖分類號： P618.13 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 98

頁巖氣作為一種典型的非常規天然氣，具有自生自儲的特點，烴類氣體賦存狀態主要為吸附態和游離態，及少量的溶解態氣體[1]。自2004年中國開展頁巖氣勘探開發研究工作以來，正如火如荼地發展，在海相龍馬溪地層取得重大突破，成功實現商業化開采[2-3];但海陸過渡相尚未獲得工業突破，主要開展了一些理論研究[4]。本文以黔西北地區海相龍馬溪組和海陸過渡相龍潭組為研究對象，從巖礦物成分、有機地化、孔隙度滲透率、微觀孔隙類型等方面開展頁巖氣發育地質條件對比研究，以期豐富該地區頁巖氣發育地質理論。

1 地質背景

黔西北地區主體位于黔中隆起區和滇黔北部坳陷區，大地構造位置上屬揚子板塊，構造上主要發育北北東向、北東向褶皺[5]。區域上在上奧陶世-下志留世時期廣泛沉積了一套海相龍馬溪組地層，地層厚度變化較大，巖性主要為炭質頁巖、泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖等，底部層段為富有機質頁巖層段，為深水陸棚相沉積;在上二疊世廣泛沉積了一套海陸過渡相龍潭組地層，地層厚度大，地層巖性變化頻繁，砂、泥、煤交替出現，具有良好的頁巖氣發育條件。

2 礦物組成

礦物組成通過全巖及黏土X射線衍射分析獲取，黔西北地區龍馬溪組泥頁巖樣品的礦物成分主要為石英和黏土礦物，部分碳酸鹽礦物和少量的長石、黃鐵礦，其中石英的含量在17.2%～64.5%，平均44.6%，黏土礦物含量在31.2%～55.1%之間，平均為44.5%，碳酸鹽礦物5.5%～16.7%之間，平均為8，7%（圖1）;黏土礦物成分以伊利石和伊/蒙混層礦物為主，及少量的高嶺石和綠泥石。龍潭組礦物成分主要為黏土礦物和石英，黏土礦物含量高，及少量的長石、方解石、黃鐵礦、菱鐵礦，黏土礦物含量介于35.1%～66.2%之間，平均為56.6%，石英礦物含量介于27.2%～55.6%之間，平均為30.2%，黏土礦物成分主要為伊/蒙混層礦物，一定量的伊利石及少量的綠泥石，相較于海相龍馬溪組最典型的特點是黏土礦物含量高、石英含量低。

3 有機地球化學

3.1 有機質類型

富有機質頁巖有機質類型的不同會影響到干酪根的生烴潛力，相較于Ⅰ型和Ⅱ型干酪根，Ⅲ干酪根表現出典型的富碳貧氫的特征，有機質主要來源于陸生生物，盡管有機碳含量高，但生烴潛力相對較低[6]。實驗測試分析結果顯示，龍馬溪組有機質類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型，干酪根顯微組分主要為腐泥組;龍潭組有機質類型主要為Ⅲ型，干酪根顯微組分主要為鏡質組和惰質組。

3.2 有機碳含量

有機碳含量在一定程度上可以反映有機質的生烴潛力，通過樣品測試結果可知，龍馬溪組富有機質泥頁巖有機碳含量變化范圍較大，介于0.56%-6.73%之間，主體上處于1.00%-3.00%之間，平均為1.56%（圖2），整體上有機碳含量較高，且結合有機質類型為Ⅰ型和Ⅱ1型可看出龍馬溪組生烴能力較強;龍潭組富有機質泥頁巖有機碳含量相較于龍馬溪組要高，最高可達16.60%，主體介于1.00%-10.00%之間，平均為5.20%（圖2），但由于龍潭組為Ⅲ型干酪根，生烴潛力較弱，高有機碳含量亦較難生成大量的烴類氣體。

3.3 有機質成熟度

有機質成熟度能反映干酪根處于生烴階段和生烴類型，通過鏡質體反射率（Ro）來判斷有機質成熟程度，富有機質泥頁巖樣品實驗測試結果顯示：龍馬溪組Ro介于2.46%-2.91%之間，平均2.66%，均處于過成熟早期階段，大量生成烴類氣體;龍潭組富有機質泥巖Ro介于1.56%-2.67%之間，平均2.38%，處于高成熟-過成熟早期階段。

4 儲集物性特征

4.1 孔滲性

泥頁巖孔隙能夠為烴類氣體提供大量的存儲空間，氣體形態主要為游離氣。孔隙度、滲透率對儲層的含氣性有著重要的影響作用。通過覆壓孔滲實驗可以測試富有機質泥頁巖樣品的孔滲特性，實驗結果顯示：龍馬溪組的孔隙度介于0.5%～6.1%之間，平均為2.5%，孔隙度非常的低，滲透率介于0.00625×10-3μm2～0.01761×10-3μm2之間，平均為0.02011×10-3μm2，滲透率也極低;龍潭組的孔隙度介于0.2%～9.6%之間，平均為2.6%，隙度非常的低，滲透率介于0.00014×10-3μm2～0.011620×10-3μm2之間，平均為0.012×10-3μm2，滲透率也非常的低，特別低的孔隙度、滲透率一定程度上有利于氣體的保存。

4.2 孔隙類型

泥頁巖微觀孔隙極其發育、類型多樣，通過對黔西北地區采集的富有機質泥頁巖樣品進行氬離子拋光掃描電鏡實驗來觀察微觀孔隙類型，通過鏡下觀察到的結果顯示：龍馬溪組發育有大量的有機質氣泡孔、礦物溶蝕形成的溶蝕孔和黏土礦物粒間孔;龍潭組發育有大量的粒間孔，有黏土礦物間粒間孔、草莓狀黃鐵礦晶簇形成的晶間孔，及少量的有機質氣泡孔，可能由于Ⅲ干酪根顯微組分以鏡質組為主，使得有機質孔發育相對較少。

5 結論

（1）黔西北地區海相龍馬溪組富有機質泥頁巖礦物成分主要為石英和黏土礦物，石英的含量平均為44.6%，黏土礦物含量平均為44.5%;海陸過渡相龍潭組富有機質泥頁巖礦物成分主要為黏土礦物和石英，黏土礦物含量平均為56.6%，石英礦物含量平均為30.2%，黏土礦物含量高。

（2）龍馬溪組富有機質泥頁巖有機質類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型，有機碳含量較高，主體上處于1.00%-3.00%之間，平均為1.56%，有機質均處于過成熟早期階段;龍潭組富有機質泥頁巖有機質類型主要為Ⅲ型，有機碳含量高，主體介于1.00%-10.00%之間，平均為5.20%，有機質處于高成熟-過成熟早期階段。

（3）龍馬溪組和龍潭組富有機質泥頁巖的孔隙度和滲透率均非常低，龍馬溪組發育有大量的有機質氣泡孔，及溶蝕孔和黏土礦物粒間孔;龍潭組發育有粒間孔、晶間孔和少量的有機質氣泡孔。

參考文獻

[1]張金川，金之鈞，袁明生.頁巖氣成藏機理和分布[J].天然氣工業，2004，（07）：15-18.

[2]鄒才能，董大忠，王社教，等.中國頁巖氣形成機理、地質特征及資源潛力.石油勘探與開發，2010，（06）：641-653.

[3]馬永生，蔡勛育，趙培榮.中國頁巖氣勘探開發理論認識與實踐[J].石油勘探與開發，2018，45（04）：561-574.

[4]王中鵬，張金川，孫睿，劉昌為，杜曉瑞，盧亞亞.西頁1井龍潭組海陸過渡相頁巖含氣性分析[J].地學前緣，2015，22（02）：243-250.

[5]貴州省地礦局.貴州省區域地質志[M].北京：地質出版社，1987.

[6]侯讀杰，馮子輝.油氣地球化學[M].北京：石油工業出版社，2011.