滇東筇竹寺組頁巖氣富集條件及成礦預測

張宗羲，楊 楠，陳志柱

(云南省煤炭地質勘查院，云南 昆明 650218)

近年來隨著中國頁巖氣勘探取得重大進展，勘探開發投入、鉆井數量、產氣量逐年遞增，2018年全國頁巖氣勘探開發投入135.3億元；完鉆探井40口，開發井285口；新增頁巖氣探明地質儲量1246.78億立方米；全國頁巖氣產量108.81億立方米，顯示了巨大的勘探潛力。同時中石油在云南省的昭通地區五峰龍馬溪組開展了頁巖氣的勘探開發工作，預計頁巖氣資源量1.4萬億立方米，其中威信縣紫金壩區塊投產5口頁巖氣井，已售氣5000多萬方，顯示了云南省有較好的頁巖氣勘探潛力。然而對于地處揚子地臺西南緣的滇東地區下寒武統筇竹寺組海相頁巖氣的勘探與研究工作較為滯后。因此本文利用鉆孔資料和露頭樣品測試分析數據，從下寒武統筇竹寺組優質頁巖的空間分布、有機地球化學指標、儲集性參數、含氣性特征等進行分析研究并預測有利區域，為該區下一步頁巖氣勘探開發提供重要地質數據。

1 地質構造背景

滇東地區地處揚子地臺西南緣，上揚子古陸華南陸塊拼合部位，即環太平洋構造區域與特提斯構造域的交接復合帶。整體位于小江斷裂東北、彌勒斷裂北西的云南省東北部地區，大地構造位置為揚子準地臺(Ⅰ級)之滇東臺褶帶(Ⅱ級)[1]。全區基本上表現為以牛頭山隆起為核心的向北東傾伏的復式背斜構造。蓋層構造的特點是褶皺、斷裂同等發育，構造線方向以NE向為主，局部出現NW向或近EW向褶皺和斷裂，曲靖附近局部尚有弧形構造。褶皺組合多見背斜窄、向斜寬的特點，但不具典型隔擋式或隔槽式的組合形式。

2 頁巖沉積展布

滇東下寒武統筇竹寺組廣泛出露在東經102°～104°之間的云南省境內，北起永善，南至華寧[2]，面積約5萬Km2。寒武紀初期，滇東地區延續了燈影期來自東南方向的海侵，水體逐漸加深，揚子地臺沉積相帶大致呈北東向展布，處于淺水陸棚相沉積環境。在滯留缺氧的環境下，陸源碎屑較為充沛的情況下，筇竹寺組底部沉積了一套較厚的黑色粉砂質頁巖、泥質頁巖、泥質粉砂巖、粉砂巖夾薄層狀的黑色碳質頁巖；筇竹寺組沉積后 期受海平面的影響，水體變淺，上中部巖性為灰色粉砂巖、粉砂質頁巖，含三葉蟲化石。筇竹寺組厚度一般為 67m～405m，黑色泥頁巖厚度一般為30m～110m，平均約為60m，最大值分布在曲靖市馬龍、沾益一帶(圖1)，厚度區間約為80m～110m，平均約90m；最小值分布在昆明市尋甸縣一帶，厚度區間約為30～60m，平均約40m。

圖1 滇東地區黑色頁巖采樣及有利區分布圖

3 頁巖氣富集條件

3.1 頁巖有機地球化學指標

滇東下寒武統筇竹寺組選取露頭取樣37個點(圖1)，有機碳含量(TOC)分布范圍0.52%～7.23%，平均2.40%；有機成熟度(Ro)為1.24%～4.38%，平均2.67%，熱演化程度達成熟-干氣階段。馬頁1井筇竹寺組黑色頁巖干酪根顯微組分主要為腐泥組，含量較高，占78.3%～86.3%，平均為82.4%，其余為鏡質組，含量為9.3%～13.7%，平均為11.7%，類型為Ⅱ1型(腐植腐泥型)，所以其生烴潛量很高的腐泥組含量較高；馬頁1井(圖1)黑色頁巖厚度累厚96m采集了95件樣品進行了有機碳含量(TOC)的測試，含量分布在0.33%～9.23%，平均為2.43%，含量大于2%的樣品約占全部樣品的57.89%(表1、圖2)；采集了5件樣品的瀝青質反射率為2.27～3.28%，換算為等效鏡質體反射率為1.83～2.49%，平均為2.09%。

表1 滇東筇竹寺組露頭及鉆孔黑色泥頁巖地球化學統計

3.2 優質頁巖儲集性參數

脆性礦物含量是影響基質孔隙度和微裂縫發育程度、含氣性及壓裂改造方式的重要因素。滇東下寒武統筇竹寺組共采集露頭樣21件樣品作全巖分析，脆性礦物總含量為63%～91%，主要為石英、斜長石、白云石、方解石等；黏土礦物含量在9%～37%之間，主要為伊利石、高嶺石、綠泥石等。馬頁1井共采集了35件樣品進行了全巖、黏土礦物定量分析，結果為：脆性礦物含量在40.3%～69.4%之間，平均為59.2%，其中石英含量在25.1%～42.7%，平均為32.7%，鉀長石含量1.1%～5.8%，平均4.2%，斜長石含量4.2%～24.4%，平均為15.9%；黏土礦物含量為26.6%～57.1%，平均為37.0%，其中伊利石含量為28.0～57.0%，平均含量為44.2%，伊蒙混層含量為12.0%～52.0%，平均為26.7%，綠泥石為9.0%～39.0%，平均含量為23.9%，高嶺石含量為4.0%～16.0%，平均為7.1%(圖3)。從露頭及鉆孔數據來看，露頭樣受風化影響，脆性礦物較高，粘土含量較低，總的來看滇東筇竹寺組脆性礦物的含量較高，有利于頁巖氣的壓裂造縫。

與常規儲層相比，泥頁巖儲層儲集空間主要為微孔隙和微裂縫。滇東下寒武統筇竹寺組黑色頁巖選取了21件露頭巖心樣品進行了常規的孔隙度和滲透率測定，有效孔隙度介于2.1% ～ 19.0%，平均為10.76%，滲透率介于0.0087 ～ 1.75 mD，平均為0.219 mD 。馬頁1井共采集了20件樣品進行了常規的孔隙度和滲透率檢測，檢測結果顯示孔隙度為1.28%～4.89%，平均為3.08%；滲透率為0.00220.0086 mD，平均為0.0052 mD。采集了7件樣品進行了脈沖孔隙度和滲透率檢測，檢測結果孔隙度為0.8838%～1.5442%，平均為1.1688%；滲透率為0.0001056～0.0001679mD，平均值為0.0001394mD。屬低孔隙度—特低滲透率儲層，且有效孔隙度與滲透率無相關性，滲透率僅與微裂縫的發育有關。液氮吸附分析結果顯示馬頁1井的筇竹寺組泥頁巖微觀孔隙多為微孔，對孔容的貢獻主要是2nm～10nm之間的微孔。據此認為馬頁1井的儲集空間較大，儲集性能較好。

圖3 滇東筇竹寺組黑色頁巖礦物組成分布圖

3.3 保存條件及含氣性

頁巖氣藏是集氣源巖、儲氣層、蓋層于頁巖自身的“自生自儲型”巖性氣藏，頁巖氣的含氣量及氣體組分直接受保存條件控制，具體體現在“三大因素”：①具有良好的頂底板封蓋層保護；②頁巖氣藏不能有“通天斷層”；③淺層在整體上擁有封閉保存體系[3]。滇東下寒武統筇竹寺組有效封蓋層主要其本有砂泥巖互層的碎屑巖作為蓋層，上覆巖層為滄浪鋪組的粉砂質頁巖、泥質頁巖作為頂板，下覆巖層為漁戶村組的含磷硅質巖、硅質巖作為底板，整體封蓋性能較好。斷層較發育，正斷層較少，主要為北東向的逆斷層，夾向斜、背斜構造。因此滇東筇竹寺組頁巖氣保存條件較好。

目前，滇東下寒武統筇竹寺組頁巖氣僅施工了埋深小于1500m的調查井，馬頁1井約1220m，氣測錄井共發現油氣顯示29.50m/17層，其中雙龍潭組4.00m/2層，龍王廟組2.00m/2層，筇竹寺組23.50m/13層。其中筇竹寺組弱含氣層12層，氣層1層。共采集了10件樣品進行了等溫吸附測試，最大吸附氣含量1.53cm3/g～6.26cm3/g，平均為2.46cm3/g，理論上具有很強的吸附能力。共采集了17件樣品進行了含氣量測試，總含氣量為0.01～0.33m3/t，平均為0.05 m3/t，氣組分主要是氮氣，其次為甲烷。分析氣含量低的原因可能因為埋深較淺，距離露頭較近，甲烷大部逸散，氮氣含量高，甲烷濃度低。

4 成礦有利區預測

目前國內開展了針對頁巖儲層特征及資源評價的相關研究工作，并已形成頁巖氣選區評價標準。本文依據國內外頁巖氣儲層評價工作的基礎上，借鑒美國頁巖氣勘探開發的成功經驗，綜合云南省頁巖氣資源的實際情況，從優質頁巖厚度、底界埋藏深度、有機碳含量、有機質熱演化程度、生烴強度、脆性礦物含量、保存條件、頁巖含氣性、地表條件、工程條件等多個要素，對區內下寒武統筇竹寺組頁巖氣分布有利區進行預測(表2)。

表2 云南省滇東筇竹寺組頁巖氣有利區優選評價的主要參數標準

依據上述有利區優選指標，根據馬頁1井儲層參數數據分析認為滇東下寒武統筇竹寺組有利區在馬龍、沾益至會澤一帶(圖1)，具備頁巖氣勘探前景。

5 結論

(1)滇東下寒武統筇竹寺組淺水陸棚相沉積環境控制了優質頁巖的厚度與分布，沉積物以泥頁巖為主，且砂質含量隨水體變淺逐漸增多，優質黑色頁巖共有三段，厚度 60 m 控制了潛在頁巖氣藏的規模，具有較好的生氣潛力。

(2)區內下寒武統筇竹寺組優質頁巖具有三高特征：有機碳含量高、熱演化程度高、脆性礦物含量高的特征。孔隙多為2nm～10nm的微孔，儲集空間較大，儲集性能較好。該區1500m以淺含氣量低，需要鉆井證實2000m～4000m含氣量，判斷滇東筇竹寺組的勘探開發前景。

(3)綜合優質頁巖厚度、埋深、有機地化指標、儲集性參數、含氣性特征、交通、地表條件等因素，認為滇東筇竹寺組有利區在馬龍、沾益至會澤一帶具備頁巖氣勘探前景。