摘要：揚子地塊是中國南方進行油氣勘探研究較早的地區(qū)之一，在古生代，揚子地塊發(fā)育了以下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)、上二疊統(tǒng)和下二疊統(tǒng)為代表的8套黑色泥頁巖。近幾年，人們對下寒武統(tǒng)筇竹寺組和上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)五峰組-龍馬溪組海相泥頁巖做了較多的基礎(chǔ)性研究工作，而對上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M海陸交互相泥頁巖則尚缺乏評價。為此，根據(jù)前人的研究成果和野外地質(zhì)調(diào)查資料，分析了揚子地塊上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M泥頁巖的發(fā)育特征，探討了龍?zhí)督M頁巖氣的勘探開發(fā)前景。結(jié)論認(rèn)為：①龍?zhí)督M黑色頁巖具有有機碳含量較高、熱演化成熟度達高成熟度階段、石英含量達40％左右、厚度介于20～200 m、吸附能力強等有利條件，與美國圣胡安盆地Lewis頁巖很相似，具有較好的頁巖氣勘探開發(fā)潛力，但黏土含量高、非均質(zhì)性強、后期改造作用強烈等又會對其頁巖氣富集產(chǎn)生不利的影響；②龍?zhí)督M頁巖氣成藏條件縱向上：中、上段優(yōu)于下段，橫向上頁巖氣勘探的有利地區(qū)為上揚子川中、川東、渝西北和下?lián)P子蘇南地區(qū)。

關(guān)鍵詞：中國  揚子地塊  晚二疊世  海陸過渡相  泥頁巖  頁巖氣  勘探前景

近幾年來，我國對頁巖氣資源開展了基礎(chǔ)調(diào)查^[1-5]：在渝頁1井鉆探過程中，張金川等人在下志留統(tǒng)龍馬溪組暗色頁巖中見到了頁巖氣的良好顯示^[6]；蔣裕強、董大忠等人提出頁巖氣儲層評價的8大標(biāo)準(zhǔn)(有機質(zhì)豐度、熱演化成熟度、含氣性、頁巖厚度、儲層物性、礦物組成、脆性和力學(xué)性質(zhì))^[7]；鄒才能等人首次在四川盆地南部地區(qū)下古生界頁巖中發(fā)現(xiàn)納米級的孔隙^[8]。到目前為止，人們主要針對中國南方(主要是四川盆地)海相泥頁巖[下寒武統(tǒng)筇竹寺組(牛蹄塘組)、上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組]進行了較多的基礎(chǔ)性研究；而對揚子地區(qū)上二疊統(tǒng)海陸過渡相的龍?zhí)督M泥頁巖的關(guān)注則較少，本文旨在通過整理前人的研究成果并結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查資料，分析龍?zhí)督M泥頁巖的總有機碳含量(TOC)、熱演化成熟度、礦物組成、厚度和吸附性能等要素，對龍?zhí)督M頁巖氣的勘探前景作初步探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

揚子地塊主體包括從川滇東部到江浙沿海的長江中下游地區(qū)和南黃海(圖1)，西南以金沙江-紅河深斷裂與二三江褶皺系為界；西北以龍門山深斷裂與松潘-甘孜褶皺系為鄰；北以城口  房縣深斷裂和襄樊-廣濟深斷裂與秦嶺褶皺系相接，以郯城-廬江深斷裂和嘉山-響水深斷裂與華北地臺為界；東南以南盤江深斷裂、溆浦-四堡深斷裂、江山-紹興深斷裂與華南褶皺系相隔，總面積約l2.010 4×10⁴ km²。

揚子地區(qū)地層始自震旦系，整個地層可以分為下、中、上3個序列，下部從震旦系到志留系，中部從泥盆系到三疊系，這2個序列主要為海相，上部為侏羅系以后的地層，幾乎都是陸相盆地沉積。并且此后的印支運動和喜馬拉雅運動對前期的海相地層進行了較大改造。總的來說，揚子地區(qū)沉積巖經(jīng)歷地質(zhì)時代長、地質(zhì)背景復(fù)雜、構(gòu)造破壞嚴(yán)重、油氣保存條件較差，而頁巖氣由于其特殊的成藏機制，極有可能成為揚子地區(qū)區(qū)域性油氣勘探發(fā)現(xiàn)的重要突破口。  

2 頁巖的時空發(fā)育特征

晚二疊世吳家坪期是揚子地區(qū)二疊紀(jì)陸地而積最廣泛、臺地和深水盆地萎縮的時期，出現(xiàn)了古生界以來獨特的古地理面貌，其中川滇古陸、膠南古陸和華夏古陸成為沉積區(qū)內(nèi)陸源碎屑的供給區(qū)(圖1)，沉積了一套海陸過渡相地層，巖石類型多樣，主要為頁巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖夾煤層及石灰?guī)r。

在川東黔西地區(qū)，煤層多為2～10層，往東石灰?guī)r逐漸增多，向吳家坪組過渡，呈現(xiàn)出東西向分帶、南北向延伸的格局(圖1)。本區(qū)龍?zhí)督M厚度一般介于20～250 m^[10]，并由東南向西北逐漸變薄。江蘇、浙西地區(qū)巖性總體上與川黔地區(qū)相似，但一般只有2～3個主含煤層段，頂部普遍有石灰?guī)r夾層(稱壓煤灰?guī)r)且由東向西石灰?guī)r層數(shù)和厚度逐漸增加，向吳家坪組過渡，厚度變化較大，一般介于50～700 m。在中揚子地區(qū)，由于江南古陸抬升，龍?zhí)督M不太發(fā)育，厚度較薄，一般為20～50 m(圖1)。從龍?zhí)督M縱向發(fā)育來看，上部和中部以黑色泥巖、頁巖、粉砂質(zhì)泥巖和煤(煤線)為主，局部夾有薄層粉砂巖，厚度大(圖2-a)。下部以泥砂互層、泥質(zhì)粉砂巖、石灰?guī)r以及鈣質(zhì)砂巖為主(圖2-b)。龍?zhí)督M多形成于海灣澙湖和三角洲平原沼澤中，原始有機質(zhì)豐富，由于沉積水體中溶解氧含量較高，故大部分有機質(zhì)遭氧化破壞，但其中的閉流盆地是一種極低能環(huán)境，具備還原條件。吳家坪晚期至長興中期，為晚二疊世最大海侵期，海侵有助下有機質(zhì)的保存，使得上部層段有機質(zhì)含量較高^[10]。

3 頁巖的主要參數(shù)分析

美國在對頁巖氣進行研究時，總有機碳含量、熱演化成熟度、礦物組分、孔隙度、滲透率、地層厚度和含氣性常作為評價頁巖氣勘探前景的關(guān)鍵要素。在此，筆者對TOC、熱演化成熱度(R₀)、礦物組分、地層厚度和吸附性能等進行初步分析。

3.1有機碳含量

有機碳是控制頁巖對甲烷吸附能力的地質(zhì)主控因素。龍?zhí)督M泥頁巖形成于近海湖盆  沼澤和海灣澙湖相帶，氣候溫暖，灌木、水草大量繁殖，有機質(zhì)豐富，而且沉積水為海水或半咸水，富含硫酸鹽，被有機質(zhì)還原后很容易形成弱還原-還原環(huán)境。美國一般將有效頁巖TOC下限定為2％。在龍?zhí)督M剖面中TOC大于2％的巖層厚度占到50％～90％，平均為2％～5％，煤和碳質(zhì)泥巖的TOC甚至高達38％^[10]。

3.2 熱演化成熟度

美國頁巖氣的勘探開發(fā)經(jīng)驗表明，較高R₀有利于頁巖氣資源的形成，Barnett頁巖的R₀介于1.0％～2.1％，屬于高成熟度頁巖氣藏，其中“甜點”區(qū)都有較高的R₀。揚子地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖的R₀普遍介于0.8％～3.4％，四川盆地的R₀稍高，為1.3％～3.4％^[9-10](圖3)，下?lián)P子地區(qū)的R₀介于0.5％～3.0％，長頁1井實驗結(jié)果其R₀介于0.8％～l.3 6％。龍?zhí)督M泥頁巖基本已達高成熟過成熟階段，有利于頁巖氣的形成。

3.3 礦物組分

Hill和Nelson對Barnett頁巖進行了礦物學(xué)分析^[13]，其中石英含量介于45％～55％，碳酸鹽巖含量介于l5％～25％，黏土礦物含量介于20％～35％，黃鐵礦含量介于2％～6％；Lewis頁巖是濱岸沉積富含石英的泥巖，石英含量介于50％～75％^[1]。張金川等人研究認(rèn)為^[14]，具有粉砂夾層的頁巖可能更具有開發(fā)價值。龍?zhí)督M頁巖含有較多的薄層粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、薄層石灰?guī)r、石灰?guī)r透鏡體(圖2-a、b)。這些薄層自身具有較好的儲集空間，在成巖過程中由于壓實、縮水等作用可形成裂縫，增大儲集空間。粉砂含量高的泥頁巖脆性較強，容易在外力作用下形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫(圖2-b)，有利于天然氣滲流。野外測試結(jié)果顯示，石英含量達到40％，黏土礦物的含量普遍達到50％，以伊利石、伊／蒙混層和高嶺石為主，較美國的頁巖氣藏的黏土礦物含量要高。

3.4 地層厚度

根據(jù)美國的勘探經(jīng)驗，一般將頁巖層的最小厚度限定為9 m，而且厚度下限值可隨總有機質(zhì)含量的增大和成熟度的提高而降低。上揚子地區(qū)龍?zhí)督M分南北兩個分區(qū)：北區(qū)為NW向海灣渴湖相，龍?zhí)督M厚度達170 m，其中云安19井厚l70 m、普光5井厚l70 m、河壩1井厚90 m；南區(qū)大面積為近海湖盆沼澤環(huán)境，含煤層較多，龍?zhí)督M厚度介于20～120 m，其中黔西北習(xí)水良村淺3井厚約90 m(含有7層煤)、淺2井厚度介于20～30 m。下?lián)P子地區(qū)龍?zhí)督M屬堡島-三角洲體系，發(fā)育開口向北的蘇皖海灣，沉積中心為浙江煤山，龍?zhí)督M厚度介于50～200 m，局部可達700 m，蘇北黃橋N9井龍?zhí)督M厚度為200 m^[10]。

3.5 頁巖吸附性能

筆者對所采集的龍?zhí)督M黑色粉砂質(zhì)泥巖樣品進行了等溫吸附實驗，其中最大吸附量超過2 m³／t，說明龍?zhí)督M頁巖具有較強的吸附能力，這可能與較高的有機碳含量和黏土含量密切相關(guān)。

3.6 龍?zhí)督M頁巖與Lewis頁巖特征對比

揚子地區(qū)龍?zhí)督M頁巖與美國San Juan盆地Lewis頁巖的沉積環(huán)境十分相似，故將各類參數(shù)進行對比總結(jié)(表1)。

從表l中可以看出，龍?zhí)督M頁巖的TOC、R₀、厚度以及地層的頂?shù)钻P(guān)系都較Lewis頁巖有更好的頁巖氣前景，而且從地層的頂?shù)钻P(guān)系來看(表1)，與美國Barnett頁巖所處的地層格局(圖2-c)有很大的相似性，有利于頁巖氣的后期保存。

頁巖氣的富集及保存定會產(chǎn)生很大影響。

4存在的問題   

在對揚子地區(qū)龍?zhí)督M黑色頁巖進行初步研究后，發(fā)現(xiàn)了以下一些對龍?zhí)督M頁巖氣的評價和富集有較大影響的因素。

1)與下古生界泥頁巖相比，龍?zhí)督M的非均質(zhì)性較強，橫向上并不是全區(qū)域廣泛的展布，縱向上厚度變化大，常夾有鈣質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、白云巖等，給頁巖氣的綜合評價帶來了一定的困難。

2)揚子地區(qū)經(jīng)歷了后期多期次的構(gòu)造改造，地層產(chǎn)狀變化大，斷層和節(jié)理都很發(fā)育，低角度滑脫面是泥頁巖中較常見的構(gòu)造性裂縫，這些宏觀的構(gòu)造改造對

5 結(jié)論

1)龍?zhí)督M黑色頁巖具有TOC較高、R₀達高成熟度階段、石英含量達40％左右、厚度介于20～200 m、吸附能力強等有利條件，與San Juan盆地Lewis頁巖很相似，具有較好的頁巖氣潛力；但黏土含量高、非均質(zhì)性強、后期改造強烈等對頁巖氣富集又會產(chǎn)生不利影響。

2)綜合分析以上要素后認(rèn)為，龍?zhí)督M頁巖氣成藏條件縱向上看：中、上段優(yōu)于下段，橫向上頁巖氣的有利地區(qū)為上揚子川中、川東、渝西北和下?lián)P子蘇南地區(qū)。

參考文獻

[1] CURTIS J B. Fractured shale-gas systems[J].AAPG Bulletin，2002，86(11)：1921-1938.

[2] 張金川，汪宗余，聶海寬，等.頁巖氣及其勘探研究意義[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2008，22(4)：640-645.

[3] EIA·Annual Energy Outlook 2012 Early Release Over view(AEO2012)，U.S.Energy Information Administration[R／OL].[2012-06-25]http：//www.eia.doe.gov/fore casts／aeo／.

[4] 張金川，姜生玲，唐玄，等.我國頁巖氣富集類型及資源特點[J].天然氣工業(yè)，2009，29(12)：109-114.

[5] 張金川，徐波，聶海寬，等.中國頁巖氣資源勘探潛力[J].天然氣工業(yè)，2008，28(6)：136-140.

[6] 張金川，李玉喜，聶海寬，等.渝頁l井地質(zhì)背景及鉆探效果[J].天然氣工業(yè)，2010，30(12)：114-118.

[7] 蔣裕強，董大忠，漆麟，等.頁巖氣儲層的基本特征及其評價[J].天然氣工業(yè)，2010，30(10)：7-12.

[8] 鄒才能，朱如凱，白斌，等.中國油氣儲層中納米孔首次發(fā)現(xiàn)及其科學(xué)價值[J].巖石學(xué)報，2011，27(6)：1857-1864.

[9] 馬力，陳煥疆，甘克文，等.中國南方大地構(gòu)造和海相油氣[M].北京：地質(zhì)出版社，2004：259-275.

[IO] 梁狄剛，郭彤樓，陳建平，等.中國南方海相生烴成藏研究的若干新進展(一)：南方四套區(qū)域性海相烴源巖的分布[J].海相油氣地質(zhì)，2008，13(2)：1-16.

[11] 劉寶瑤，許效松.中國南方巖相古地理圖集(震旦紀(jì)三疊紀(jì))[M].北京：科學(xué)出版社，l994：138-141.

[12] LOUCKS R G，RUPPEL S C. Mississippian Barnett Shale：lithofacies and depositional setting of a deep water shale-gas succession in the Fort Worth Basin，Texas[J].AAPG Bulletin，2007，91(4)：579-601.

[13] HILL D G，NELSON C R.Gas productive fractured shales：an overview and update[J].Gas Tips of Gas Research Institute，2000，6(2)：4-13.

[14] 張金川，唐玄，姜生玲，等.碎屑巖盆地天然氣成藏及分布序列[J].天然氣工業(yè)，2008，28(1 2)：11-17.

[15] AYERS W B Jr.Coalbed gas systems，resources，and production and a review of contrasting cases from the San Juan and Powder River basins[J].AAPG Bulletin，2002，86(11)：1853-1890.

本文作者：周東升 許林峰 潘繼平 黃曉偉

作者單位：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院 國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心