四川盆地下志留统页岩气成藏条件分析

四川盆地下志留统页岩气成藏条件分析

岩流是相对较轻的石油和天然气资源。这是通过“自生自储”方法获得的。页岩既是源岩,也是储层,属于“连续型”天然气成藏组合。页岩气主要以吸附状态存在于干酪根和黏土颗粒表面,其次以游离方式存在于页岩层的天然裂缝和孔隙中,甚至以溶解状态存在于干酪根和沥青质中。页岩气包含生物成因气、热成因气以及二者的混合气。页岩的有机质丰度、类型和演化程度是影响生气量的主要因素,有机碳含量和地层压力是影响页岩吸附气量的主要因素,而天然裂缝往往是提高储集性能和产率的重要因素。由于页岩特殊的吸附机理,使得它可以在大范围内被天然气所饱和,其抗构造破坏能力强,能够在一般常规气藏难以形成或保存的地区形成工业规模聚集。页岩气由于具有特殊的赋存机理,以及含气面积广泛、资源量大、开采周期长等优点,已引起我国油气地质家与勘探家们的重视。四川盆地是一个大型的含油气叠合盆地,发育大面积分布且富含有机质的页岩,成为国内页岩气研究及勘探的重要领域。四川石油管理局川南矿区研究所曾对川南地区志留系的含油气远景进行过分析,中国石油勘探开发研究院油气资源规划所也组织专家开展过页岩气资源调查研究,均认为四川盆地志留系页岩气具有很好的勘探前景。为了更好地揭示四川盆地页岩气的成藏条件并预测有利勘探区域,笔者结合前人研究成果,在对四川盆地周缘地区实地勘察及采样分析的基础上,对该地区下志留统龙马溪组页岩气的成藏要素进行了系统分析,并初步圈定了有利勘探区带。1生烃条件1.1龙溪期35年盆地岩性发育模式在四川盆地周缘地区,龙马溪组主要出露为灰黑—黑色碳质泥页岩、粉砂质泥页岩,页理发育,碳质含量较高(表1),含丰富的笔石化石,风化后常呈片状构造(图1)。早志留世龙马溪期,四川盆地主体为受限的深水陆棚环境,形成了分布范围广、厚度较大的黑色页岩,构成了区域范围的烃源岩系。龙马溪组在盆地内分布稳定,分布面积约12.82×104km2,除盆地西部地区因剥蚀而地层缺失外,其他地区沉积厚度约为300～500m。1.2有机质碳含量高天然气可以吸附在页岩的岩石颗粒及有机物质表面,因此有机质含量不仅是影响页岩生烃量的主要因素,也是影响其吸附气量的重要因素。高的有机碳含量意味着更高的生烃潜力及对页岩气更强的吸附能力,在有机碳含量高的地区,页岩气的产量通常要比有机碳含量低的地区高。美国页岩气盆地产气页岩的总有机碳含量的下限为0.5%,因此一般将0.5%作为页岩生成页岩气的有机碳含量下限条件。四川盆地龙马溪组页岩的有机碳含量高,页岩露头的颜色大致为灰黑—黑色,在风化剥蚀严重的地区可氧化为灰绿色。对地面样品的实验分析表明,虽然在漫长的地质历史时期经历了多期的构造运动及风化淋滤等破坏作用,龙马溪组页岩仍表现出了高的有机碳含量,为1.64%～3.79%(表1)。在整个盆地内其有机碳含量约为2.0～4.0%,均达到了页岩气生成的条件。1.3透射光—有机质类型根据美国页岩气盆地的勘探经验,Ⅰ型与Ⅱ型干酪根为页岩气生成的主要有机质类型。对四川盆地边缘地区页岩采集样品进行的透射光—荧光干酪根显微组分鉴定分析表明,页岩有机质类型以Ⅰ型干酪根为主(表1)。显微组分以腐泥组为主,镜质组和惰质组含量低,不含壳质组。干酪根的碳同位素也显示出同样的类型,志留系龙马溪组干酪根碳同位素值为-32.04‰～-28.78‰,平均为-30.23‰,具有Ⅰ—Ⅱ1型干酪根的特点。1.4岩石品质是增加岩气成矿的重要条件下生成页岩气无论是Ⅰ型、Ⅱ型干酪根还是Ⅲ型干酪根,在热演化程度较高时,都可以生成大量天然气,只是不同类型干酪根的化学组成和结构特征不同,因而不同阶段产气率会有较大变化。即页岩气可以在不同有机质类型的源岩中产出,有机物质只要达到足够的热演化程度就可以生成页岩气。在室温24℃、湿度40%的实验条件下,测得龙马溪组页岩地面样品的Ro值约为2.3%～3.4%(表1),在区域上Ro值为2.0%～3.5%,均达到了成熟—过成熟阶段。四川盆地龙马溪组页岩的演化程度要比美国页岩气盆地的0.4%～2.0%高出很多。高的热演化程度有利于页岩气的大量生成,但是过高的热演化程度是否有利于气体的富集保存,需待进一步研究。烃源岩的H/C值随演化程度增高而变小,但当演化程度较高时,其比值很小,无法进行进一步的划分,只能给出一个总体成熟度较高的结论。龙马溪组页岩样品的H/C值较低(表1),大多为0.23～0.59,表明其达到了较高的演化程度。2储备室2.1岩相色积与岩石内表面积孔隙是页岩气的重要储集空间,页岩中同时存在原生孔隙和次生孔隙,其中以原生孔隙为主。页岩原生孔隙系统的渗透率相当低,但原生孔隙内表面积大,拥有许多潜在的吸附空间,可以储存大量气体。在吸附实验中,可用比表面积(即外表面积与裂缝、空洞内表面积之和)来表征岩石的内表面积,比表面积越大其内表面积越大。页岩地面样品的实测分析结果表明(表2),该地区页岩的比表面积较大,约为2.59～9.60m2/g,平均为4.75m2/g,可为页岩气的吸附提供充足空间。孔隙度是确定游离气含量和评价页岩渗透性的主要参数,页岩原生孔隙常显示出较低的孔隙度(<10%)。页岩样品测试结果显示(表2),龙马溪组页岩的孔隙度为0.84%～7.37%,与美国主要页岩气盆地的页岩孔隙度大体相当,可以达到工业聚集的条件。2.2主刑地层裂缝发育的页岩气储层裂缝和不整合面既可为页岩气提供聚集空间,也可为页岩气的生产提供运移通道。页岩气生产与裂缝密切相关,由于页岩极低的渗透率,开启的或相互连通的多套天然裂缝能增加页岩气储层的产量。从国外页岩气开采情况来看,只有少数天然裂缝十分发育的页岩无需采取增产措施便可进行天然气商业性生产,而在大多数情况下,商业性的页岩气井需要进行水力压裂。燕山期末发生的大规模构造运动,在下志留统地层中产生大量构造裂缝,下志留统裂缝中大量存在的含气包裹体就是重要的证据。龙马溪组页岩野外露头可观测到X解理[图1(c),这些裂缝可作为页岩气赋存的有利储集空间。此外沉积间断面[图1(d)形成的缝隙也可作为页岩气储集空间。2.3多气体吸附实验常规页岩裂缝性气藏中的天然气主要以游离状态赋存于页岩裂缝中,与此不同,页岩气在储层中主要以吸附状态存在。页岩的吸附能力通常与页岩的总有机碳含量、有机质热演化程度、储层温度、地层压力、页岩原始含水量和天然气组分等因素有关,其中有机碳含量和地层压力是最主要的影响因素。吸附气量与有机碳含量和地层压力成正比,页岩中的有机碳含量及地层压力越大,其吸附能力越强。鉴于压力在页岩气吸附中的作用要远大于温度,因此,可利用页岩地面样品的等温压力吸附实验来模拟不同压力阶段页岩的吸附气量。在温度为40℃、湿度为1.68%～2.25%、甲烷浓度为99.999%的实验条件下进行的等温吸附实验表明,龙马溪组页岩具有较强的吸附气体的能力。龙马溪组页岩的压力系数可达1.4～1.89,埋深大致为0～3000m,选定8.28MPa作为地层平均压力,在8.28MPa下页岩的吸附气含量为1.12～1.74m3/t,平均为1.28m3/t。将实测数据拟合后发现,页岩中吸附气含量与压力和有机碳含量呈正相关关系(图2)。3构造运动和岩页岩的致密性使得页岩气难以从页岩层中逸出,因此其自身就可作为页岩气藏的盖层。页岩气边形成边赋存聚集,不需要构造背景,为隐蔽圈闭气藏,页岩可以在大面积内为天然气所饱和。由于致密页岩具有超低的孔隙度和渗透率,因此页岩体本身可以形成一个封闭不渗漏的储集体将页岩气封存在页岩层中,相当于常规油气藏中的圈闭。构造运动能够直接影响泥页岩的沉积作用和成岩作用,进而对泥页岩的生烃过程和储集性能产生影响;构造运动可造成泥页岩层的抬升和下降,从而控制页岩气的成藏过程;构造运动还可以产生裂缝,有效改善泥页岩的储集性能。因此,某些情况下构造对页岩气的形成可能具有积极作用。由于页岩气主要以吸附方式存在,而页岩作为源岩又具有最优先的聚集和保存条件。因此页岩气藏具有较强的抗构造破坏能力。多期次构造运动的建造与改造是南方含油气盆地的一大特色,四川盆地海相层系虽经后期改造,但总体面貌未受明显破坏,为页岩气的保存提供了有利条件。4龙溪组气测异常情况川南高陡构造(阳高寺和九奎山等)和川南区域上(五通场太和镇、付家庙、大塔场和隆昌等)的一些古生界探井,在钻至龙马溪组页岩时普遍见到气显示(气浸、井漏、井涌、井喷),阳深2井、宫深1井、付深1井、阳63井、阳9井、太15井和隆32井在下志留统龙马溪组发现气测异常20处,厚度为0.5～51.25m,累计厚度为167.88m。其中,九奎山阳63井龙马溪组3505～3518.5m井深黑色页岩酸化后,产气量为3500m3/d;隆昌隆32井龙马溪组3164.2～3175.2m井深黑色碳质页岩初期产气量为1948m3/d。根据页岩气成藏的主控因素及目前资料现状,采用综合信息叠合法,利用地层厚度、有机碳含量、有机质热演化程度和生烃强度等指标对四川盆地龙马溪组页岩气有利区域进行了初步预测,认为以下两个区域可作为今后勘探工作的重点(图3)。(1)高ro的生长其下志留统页岩有机碳含量较高,达0.5%～1.6%;热演化程度高,Ro为4.5%～5.5%;生烃强度大,为(75～125)×108m3/km2,有利于天然气大量生成。并且该区龙马溪组页岩的厚度为150～550m,沉积厚度大,可以作为良好的储集层和盖层。(2)页岩气大量生成的地质条件其下志留统页岩有机碳含量高,约为0.8%～2.4%;热演化程度高,Ro可达2.5%～4%;生烃强度大,为(75～275)×108m3/km2,具备页岩气大量生成的地质条件。同时,该区龙马溪组页岩的厚度为250～550m,沉积厚度大,不仅可以作为良好的储集层,而且也可以作为有效盖层。5页岩气藏成藏条件研究(1)四川盆地下志留统龙马溪组页岩分布广泛,厚度大,有机质含量高,有机质类型优越,热演化程度高(Ro>1.5%),生烃潜力大,具备形成页岩气藏的气