川东南地区下志留统页岩气成藏条件分析_余川.pdf

收稿日期 基金项目 全国油气资源战略选区调查与评价国家专项 作者简介 余川 男 年大学毕业 硕士生 现主要从事非常规天然气地质研究工作 川东南地区下志留统页岩气成藏条件分析 余 川 西南石油大学资源与环境学院 四川 成都 重庆地质矿产研究院页岩气研究所 重庆 包书景 中石化石油勘探开发研究院 北京 秦启荣 西南石油大学资源与环境学院 四川 成都 聂海宽 中石化石油勘探开发研究院 北京 朱 浩 中石化河南油田分公司石油勘探开发研究院 河南 南阳 邵晓州 西南石油大学资源与环境学院 四川 成都 摘要 川东南地区下志留统龙马溪组黑色页岩为一套优质的海相烃源岩 通过对野外露头及井下样品的 试验分析 获得了控制页岩气成藏的关键地质参数 并类比美国主要产气页岩发育特征 认为研究区下 志留统龙马溪组页岩具备页岩气发育的物质基础 综合研究表明 沿着该区 个深水沉积中心黑色页岩 沉积厚度大 有机碳含量较高 成熟度高 生烃强度大 储气能力强 埋深适中 采用综合信息叠合法 预测研究 认为綦江南部地区和武隆 彭水地区是研究区页岩气发育有利区 并采用体积法初步估算了两 个有利区的资源量 分别为 和 显示出该区巨大的页岩气资源勘探潜力 关键词 资源量 成藏条件 有利区 页岩气 下志留统 川东南 中图分类号 文献标识码 文章编号 页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源 美国是进行页岩气商业开采最早的国家 并步入了页岩 气开发快速发展阶段 美国页岩气勘探取得的巨大成功 使得页岩气资源在全世界受到了广泛的重 视 中国对页岩气的研究与勘探开发还处于探索阶段 国内已有众多专家和学者对页岩气成藏机理 成藏条件 有利区预测和资源评价等进行了研究 并提出了中国页岩气的勘探前景 如张金川 等 聂海宽等 分析了中国南方的页岩气成藏条件 认为下寒武统和下志留统是南方海相地层页岩气 发育最有利的层系 王社教等 蒲泊伶等 对整个四川盆地下志留统页岩气成藏条件进行了探讨 均认为下志留统具有良好的页岩气勘探前景 川东南地区主体位于四川盆地东南部拗褶区 横跨川东高 陡构造带和川南中低缓构造带 构造演化复杂 页岩气成藏控制因素还有待进一步落实 笔者通过野外 露头观测 井下岩心观察和样品试验分析等方法 并类比美国主要页岩气藏特征 从沉积背景 页岩地 质特征 页岩有机地化参数 物性等方面对川东南地区下志留统页岩气成藏条件进行了研究 预测了页 岩气发育有利区 并估算了资源量 页岩气成藏条件分析 沉积相 晚奥陶世 早志留世期间 川东南地区发生了洋陆转换 陆陆碰撞 即华南洋向江绍一带俯冲 消 减形成江南 雪峰山造山带 与牛首山 黔中古隆起相连 研究区由大陆边缘转为前陆体系 在造山带前 缘形成前陆盆地 包括牛首山 黔中古隆起前缘的上扬子浅海 滨海前陆盆地 武陵山 雪峰山造山带前陆 盆地和江南浅海前陆盆地 形成川南和鄂西 渝东两个深水陆棚区 图 从西向东分别为自贡 泸洲和 石油天然气学报 年 月 第 卷 第 期 图 川东南地区下志留统黑色页岩厚度等值线图 南川 道 真 武 隆 两 个 黑 色 页 岩 沉 积 中 心 下志留统龙马溪组沉积期 扬子大 部分地区处于闭塞 半闭塞滞流海盆环 境 高海平面 生烃母质生物的高生产 率和高埋藏率等因素的正向叠加 使得 上扬子地区龙马溪组发育了一套富含微 粒黄铁矿和笔石化石 有机质丰富的黑 色泥 页 岩 龙马溪组黑色页岩 有机质来源于低等水生浮游生物和藻类 等 有机质类型好 多为腐泥型 型 是一套优质的烃源岩 从沉积环 境方面讲 以上两个深水沉积中心更有 利于形成富含有机质的泥页岩 黑色页 岩最为发育 厚度和埋深 通过对川东南地区下志留统地层的 野外地质调查 并结合区域地层调研资 料 掌握了下志留统龙马溪组地层的发 育特征及展布规律 研究区下志留统龙 马溪组黑色页岩主要发育在牛首山 黔中 隆起至江南 雪峰山隆起以北较深水的非 补偿性缺氧环境中 受黔中古隆起的影 响 在南部靠近古隆起边缘的地区 富含有机质黑色页岩厚度较薄 往北厚度增大 处于沉积中心附近的 则厚度最大 研究区黑色页岩位于龙马溪组下部 厚度主要在 范围内 图 如贵州习水吼滩 剖面实测黑色页岩有效厚度为 重庆綦江观音桥剖面实测黑色页岩厚度为 图 有效厚度大 于 的区域基本上位于大足 重庆 涪陵一线以南和叙永 习水 桐梓一线以北的广大地区 由于研究区构 造抬升幅度大 挤压强烈 导致下志留统龙马溪组地层埋深整体上由东南向西北增加 在大致沿七岳山断 裂带以东 以南出露剥蚀严重 图 断裂以西 埋深逐渐增加 在 之间 总体来看 研究 区下志留统龙马溪组黑色页岩具有分布面积广 厚度大 埋深适中的特点 图 川东南地区下志留统龙马溪组黑色页岩野外露头照片 有机质丰度和成熟度 研究区龙马溪组黑色页岩干酪根的 为 平均值为 说 明该套烃源岩母质以 型干酪根为主 混有少量的 型干酪根 平面上 高含有机碳页岩主要发育在黑 色页岩的沉积中心 围绕川中古隆起 牛首山 黔中古隆起和雪峰山古隆起形成川南 黔北和鄂西 渝东两 石油天然气学报 石油天然气地质 年 月 图 川东南地区下志留统黑色页岩有机碳 等值线图 个有机碳含量 高值 区 图 在兴文 叙永一带 为 川 南 黔 北 高 值 区 普遍大于 局部地区超 过 在鄂西 渝东的武隆 道真 彭水一带也为有机碳的 高值区 普 遍 大 于 在 武隆 彭水一带超过 总 体上 研究区下志留统黑色 页岩 普 遍 较 高 生 烃 潜力大 其中东北部和西南 部是 个高含有机碳页岩的 发育区 研究区经历了多次隆升 剥蚀及再埋藏 的构 造 演 化 下志留统黑色页岩热演化程 度较高 平面上 大部分地 区页岩有机质镜质体反射率 大于 处 在高 成 熟和过成熟阶段 尚具备一 定的生气能力 高值区主要 分布在泸洲 赤水 习水一带 图 习水吼滩剖面下志留统龙马溪组黑色页岩矿物组成纵向分布 最大值超过 图 从目前勘探开发情况讲 对 于热成因的页岩气藏 高成 熟度不是制约聚集的主要因 素 如圣胡安盆地 页 岩气藏和福特沃斯盆地 页岩气藏为高成熟度的 页岩气藏 页岩气主要来源 于热成熟作用产物 从这个 角度分析 下志留统较高成 熟度的页岩能发育热成因的 页岩气藏 储集物性和吸附性 在常规储层研究中 物 性指标是评价储层特征的主要参数 这对于页岩气藏同样适用 一方面孔隙和裂缝可作为游离态天然气 的储集空间 另一方面 在页岩气排采过程中 有助于吸附态气体的解析作用 页岩作为一种特殊的储 集岩 一般呈现微孔低渗的特征 但页岩中裂缝的发育会改善页岩的孔渗性能 因此 页岩的孔缝特征 对于页岩气藏的形成与有效开发至关重要 矿物组成 页岩的矿物组成 在一定程度上决定了页岩产生裂缝的能力 当页岩含有较少量的 膨胀性粘土矿物和较多量的脆性硅质矿物时 页岩脆性增强 易于产生裂缝 有利于后期的压裂改 造 通过 射线衍射分析 研究区下志留统黑色页岩的矿物组成主要为石英和粘土矿物 长石次之 含少量的方解石 白云石 黄铁矿等 石英含量在 之间 粘土矿物含量在 之间 第 卷第 期余川等 川东南地区下志留统页岩气成藏条件分析 剖面上如图 所示 石英和粘土矿物含量变化较大 在龙马溪组下部 石英含量大于粘土含量 普遍大 于 向上 石英含量减小 粘土含量增加 据统计 美国福特沃斯盆地 页岩的石英含量在 之间 这表明龙马溪组下部黑色页岩是易于产生裂缝的 有利于后期的压裂改造 孔渗特征 在显微镜和扫描电镜下 可以观察到不同大小的孔隙 喉道 晶洞和微裂缝组成的 图 川东南地区下志留统黑色页岩孔缝特征 复杂多孔系统 并具有网状连通的特征 图 在页岩气藏中 这些孔缝是主要的储集空间 赋存了 大量的游离态天然气 孔隙度大小直接控制着游离态天然气的含量 根据物性试验 研究区下志留统黑 色页岩孔隙度分布在 之间 渗透率在 之间 孔喉半径分 布在 之间 总体上 下志留统黑色页岩具有大孔发育少 微孔发育多 喉道细 孔隙 度大 渗透率小的特点 图 习水吼滩剖面下志留统龙马溪组页岩等温吸附模拟结果 吸附能力 不同于常规天然气 藏 页岩气具有游离态 吸附态或溶解 态等多种赋存方式 页岩对天然气的吸 附能力在很大程度上控制着页岩的含气 量 通过等温吸附试验 表明在一定温 度压 力 下 页 岩 的 吸 附 能 力 与 压 力 具有很好的正相关性 图 研 究区下志留统黑色页岩样品等温吸附测 试 显 示 在 试 验 温 度 压 力 下 页岩的吸附气量在 之间 平均 这和美 国福特沃斯盆地 页岩的吸附能 力具有一定的可比性 有利于吸附态天然气的聚集 下志留统页岩气发育有利区预测 综上所述 研究区下志留统龙马溪组黑色页岩具有分布广 厚度大 埋深适中 有机碳含量高 储 气能力强 处在高成熟和过成熟阶段等特点 通过与美国主要产气页岩发育特征对比分析 认为该套页 岩具备形成页岩气藏的物质基础 美国页岩气的成功勘探开发表明 页岩气产出最好的地区必须是有机 碳含量高 厚度大 孔隙度和渗透率高以及适当的热成熟度 埋深 裂缝发育 湿度 温度和压力等条 件匹配良好的区域 因此 笔者根据页岩气发育的关键参数指标 采用综合信息叠合法对研究区页岩气 发育有利区进行预测 图 认为綦江南部地区和武隆 彭水地区是研究区页岩气发育有利区 面积分 别为 和 利用有利区下志留统黑色页岩发育厚度 面积 密度以及含气能力等参数 石油天然气学报 石油天然气地质 年 月 图 川东南地区下志留统页岩气发育有利区预测 采用体积法初步估算了这两 个有利区的资源量 分别为 和 结 论 川 东 南 地 区 早 志 留 世沉积期 沿川南和鄂西 渝 东两个深水陆棚区形成了下 志留统两个黑色页岩发育中 心 黑色页岩厚度大 埋深 适中 有机碳含量高 生烃 强度大 储气能力强 处在 高成熟和过成熟阶段 通过 与美国主要产气页岩发育特 征对比分析 认为该套页岩 具备形成页岩气藏的物质基 础 剖 面 上 龙 马 溪 组 下部页岩气发育条件更为优 越 平面上 綦江南部地区 和武隆 彭水地区是研究区下 志留统页岩气发育有利区 初步估算了两个有利区的资 源量分别为 和 显示出巨大的页岩气资源勘探潜力 参考文献 闫存章 黄玉珍 葛春梅 等 页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源 天然气工业 张金川 金之钧 袁明生 页岩气成藏机理和分布 天然气工业 吴礼明 丁文龙 张金川 等 渝东南地区下志留统龙马溪组富有机质页岩储层裂缝分布预测 石油天然气学报 潘仁芳 陈亮 刘朋丞 页岩气资源量分类评价方法探讨 石油天然气学报 张大伟 加速我国页岩气资源调查和勘探开发战略构想 石油与天然气地质 张金川 汪宗余