四川盆地下古生界頁巖氣藏形成條件與勘探前景

摘 要

摘要：下古生界筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖已被證實為四川盆地石炭系、震旦系等大中型氣田或氣藏的重要烴源巖，同時有跡象表明自身也具有形成頁巖氣藏的潛力。初步研究結(jié)果表明
摘要：下古生界筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖已被證實為四川盆地石炭系、震旦系等大中型氣田或氣藏的重要烴源巖，同時有跡象表明自身也具有形成頁巖氣藏的潛力。初步研究結(jié)果表明，筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖均具有厚度大、區(qū)域分布廣、富砂質(zhì)、硅質(zhì)和有機質(zhì)的特征，且已見到大量油氣顯示和小規(guī)模油氣流，具備形成頁巖氣藏的有利地質(zhì)條件。四川盆地南部地區(qū)下古生界頁巖氣資源豐富，其中威遠和自貢-瀘州-永川2個區(qū)塊可作為近期開展頁巖氣勘探開發(fā)的有利目標(biāo)區(qū)，通過老井復(fù)查和加砂壓裂測試，有望取得勘探突破。
關(guān)鍵詞：四川盆地；早古生代；頁巖氣；氣藏形成；勘探；評價
    在美國成功開采頁巖氣并取得巨大商業(yè)利潤的示范下[1～8]，目前世界上許多國家相繼開展了頁巖氣的研究工作，如加拿大已開始生產(chǎn)頁巖氣。初步研究表明，四川盆地下古生界發(fā)育的筇竹寺組和龍馬溪組兩套海相黑色頁巖也具備頁巖氣藏形成的基本地質(zhì)條件，具有勘探頁巖氣的巨大潛力，有望成為四川盆地未來天然氣勘探的一個新領(lǐng)域。
1 下古生界頁巖區(qū)域分布特征
1.1 區(qū)域地質(zhì)概況
始于志留紀(jì)末并一直延續(xù)到二疊紀(jì)前的加里東運動，在四川盆地內(nèi)形成了一個巨型古隆起——樂山-龍女寺古隆起(圖1)，使二疊系以下地層均遭受了不同程度的剝蝕或缺失。該隆起的核部在四川盆地西南部，最老的地層已剝蝕至震旦系燈影組頂部，由核部向外，依次剝蝕至寒武系、奧陶系和志留系，川東地區(qū)殘留有中石炭統(tǒng)，泥盆系僅分布在龍門山區(qū)和川東局部地區(qū)。以志留系缺失區(qū)計算，由雅安、樂山、南充3個高點控制的樂山-龍女寺古隆起范圍約為6.12×104km2。自1964年威基井鉆探發(fā)現(xiàn)威遠氣田震旦系氣藏以來，樂山-龍女寺古隆起上震旦系和下古生界的油氣勘探幾經(jīng)波折。由于下古生界及震旦系目的層埋深較大，鉆井成本較高，加之對古隆起油氣成藏規(guī)律及其勘探潛力的認識仍不明確，勘探程度很低，至今未能取得大的突破。
 

    下古生界黑色頁巖集中分布在下寒武統(tǒng)筇竹寺組、下奧陶統(tǒng)大灣組和五峰組及下志留統(tǒng)龍馬溪組等4個層段中。大灣組(或大乘寺組)黑色頁巖在盆地西南部較發(fā)育，其厚度一般在45～140m，特別是在威遠地區(qū)分布穩(wěn)定，也是未來下古生界頁巖氣勘探值得重視的一套目的層。五峰組黑色頁巖雖分布穩(wěn)定，但厚度較薄，一般只有幾米，且與龍馬溪組整合接觸，特征類似。限于資料，筆者僅針對筇竹寺組和龍馬溪組兩套黑色頁巖開展分析與討論。
1.2 下寒武統(tǒng)筇竹寺組沉積分布特征
筇竹寺組主要為一套淺海陸棚相沉積，由深灰色-黑色碳質(zhì)(富有機質(zhì))頁巖、粉砂質(zhì)頁巖和粉砂巖組成，向上顏色變淺，砂質(zhì)增多，偶夾碳酸鹽巖。筇竹寺組除在盆地西南部邊緣的雅安-天泉-大邑一帶因剝蝕而缺失外，其余地區(qū)發(fā)育較全(圖2)。
 

    該組厚度一般分布在300～500m，由古隆起軸部向南北兩側(cè)增厚，厚者在750(強1、曾1井)～950m(寧2井)。威遠-資陽地區(qū)的筇竹寺組厚度一般在300～500m之間。筇竹寺組頂界埋深一般在4～5km，僅威遠地區(qū)小于3km，而川東地區(qū)埋深較大，一般大于5km。
    筇竹寺組頁巖自上而下隨有機質(zhì)含量的增加，顏色由深灰色變?yōu)楹谏?，頁理逐漸發(fā)育，至底部有機質(zhì)富集而成黑色“碳質(zhì)頁巖”，而且底部有時含黃鐵礦、菱鐵礦結(jié)核及磷質(zhì)結(jié)核。該套頁巖普遍含砂質(zhì)，石英粉砂重者多成砂質(zhì)頁巖(圖2)。在一些黑色頁巖層段中，甚至可見油裂解成氣后殘留的瀝青物，如資1井中普遍見含瀝青砂質(zhì)頁巖(圖2)。研究結(jié)果表明，筇竹寺組黑色頁巖為下伏震旦系氣藏及上寒武統(tǒng)洗象池組氣藏的主要氣源巖。
1.3 下志留統(tǒng)龍馬溪組沉積分布特征
龍馬溪組主要為一套淺水-深水陸棚相沉積，由深灰-黑色粉砂質(zhì)頁巖、富有機質(zhì)(碳質(zhì))頁巖、硅質(zhì)頁巖夾泥質(zhì)粉砂巖等組成。龍馬溪組在樂山-龍女寺古隆起區(qū)已被剝蝕殆盡(圖1)，古隆起區(qū)之外的東部和南部發(fā)育較全，分布穩(wěn)定(圖3)，厚度一般在100～500m，厚者近700m。龍馬溪組頂界埋深一般在2～3km，威遠地區(qū)較淺(小于2km)，而川東地區(qū)較深(大于4km)。
 

    與筇竹寺組頁巖相類似，龍馬溪組頁巖也具有自上而下顏色逐漸加深、砂質(zhì)減少、有機質(zhì)含量增高的特征。頁巖中也普遍含砂質(zhì)，粉砂石英局部富集，底部多含硅質(zhì)(硅質(zhì)頁巖)，粉末狀黃鐵礦富集成層，并以產(chǎn)浮游生物筆石為特征，可富集成黑色筆石頁巖。局部見放射蟲、骨針等硅質(zhì)生屑，在川東地區(qū)的池7和五科1井中，其含量在0.1%～3.5%。進入下伏的上奧陶統(tǒng)五峰組黑色頁巖，硅質(zhì)和有機質(zhì)含量進一步增加，有機質(zhì)含量可高達50(如座3井)。該套頁巖已證實為四川盆地主力氣田——石炭系氣田的主要氣源巖。
2 頁巖氣藏形成的有利地質(zhì)條件
    根據(jù)美國頁巖氣勘探取得的成功經(jīng)驗[5、8]，頁巖氣藏形成的有利地質(zhì)條件主要包括：①頁巖富含有機質(zhì)，有機碳含量一般大于2%，最好在2.5%～3.0%，甚至可以高達25%，有機質(zhì)含量往往與頁巖的生氣率和吸附氣量成正比。②富有機質(zhì)頁巖在區(qū)域上連續(xù)穩(wěn)定分布(一般大于30m)，且具有一定的有效厚度(多在10m以上)。③頁巖已成熟，多處在熱成因氣窗范圍之內(nèi)(Ro為0.4%～2.0%)。④賈巖儲層具有一定的物性條件，總孔隙度一般在3%～5%，高者可達15%。頁巖氣的產(chǎn)出一般是儲集在基質(zhì)孔隙和裂縫中的游離氣優(yōu)先被采出，其后才是吸附氣。⑤頁巖儲層的基質(zhì)滲透率很低，巖性致密，需要發(fā)育天然裂縫，才能最終形成工業(yè)產(chǎn)能。而且頁巖本身應(yīng)該具有一定的硬度和脆性(如硅質(zhì)碎屑物、海綿骨針、放射蟲等硅質(zhì)含量豐富)，從而在外力作用下，容易產(chǎn)生裂縫，有利于天然氣的滲流。一般情況下，裂縫發(fā)育帶內(nèi)的頁巖氣勘探成功率高，氣產(chǎn)量也高。
    對四川盆地下古生界頁巖的初步研究表明，筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖均具有厚度大、區(qū)域分布廣、富砂質(zhì)、硅質(zhì)和有機質(zhì)的特征，而且有機質(zhì)已達過成熟裂解成氣階段。更重要的是，盡管目前鉆入下古生界的鉆井?dāng)?shù)量尚不多，但在一些鉆井的這兩套黑色頁巖中已經(jīng)見到了大量的油氣顯示，并且有幾口井經(jīng)初步測試還產(chǎn)出了工業(yè)氣流。因此，可以認為筇竹寺組和龍馬溪組這兩套黑色頁巖均具有形成頁巖氣藏的有利地質(zhì)條件，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。
2.1 黑色頁巖厚度大且分布穩(wěn)定
    高伽馬值(大于100API)、富有機質(zhì)的黑色頁巖一般分布在筇竹寺組和龍馬溪組的下部(圖2、3)，而且越靠近底部，伽馬值越高，可大于200API。
    根據(jù)現(xiàn)有鉆井資料，筆者繪制了筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖在四川盆地中南部的厚度分布圖。從圖4、5可以看出，除龍馬溪組黑色頁巖在古隆起頂部被剝蝕殆盡外，這兩套黑色頁巖在大部分區(qū)域內(nèi)均穩(wěn)定分布，厚度一般都在200m以上，而且均有向南或東南方向逐漸增厚的趨勢。
 

    筇竹寺組黑色頁巖總厚度在資陽-威遠一帶一般在200～300m，向西和向東靠近古隆起頂部黑色頁巖厚度減薄，而向南則逐漸增厚，至川南長寧構(gòu)造約600m(寧2井)。龍馬溪組黑色頁巖則圍繞古隆起剝蝕區(qū)逐漸向南和東南方向逐漸增厚?？拷鼊兾g區(qū)的黑色頁巖厚度一般小于50m，威遠構(gòu)造的東部厚度在100～150m，南部大部分區(qū)域內(nèi)黑色頁巖的厚度在200～300m之間。
2.2 黑色頁巖富含有機質(zhì)且已過成熟裂解成氣
    盡管過去鉆入下古生界的鉆井基本未針對筇竹寺組和龍馬溪組取心，但是從少量已分析的巖屑、巖心及露頭樣品資料(表1)，基本可以了解這兩套頁巖層作為烴源巖的生油氣特征。從表1所列統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，這兩套黑色頁巖的有機質(zhì)豐度和成熟度均較高。筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖的有機質(zhì)含量分別分布在0.4%～11.07%和0.51%～4.88%之間，其平均值大多在1.5%以上，在一些地區(qū)甚至在3.0%以上，其Ro一般分布在2.5%～3.2%之間，熱演化程度最低的地區(qū)Ro也接近或大于2.0%，表明這兩套黑色頁巖均富含有機質(zhì)，且已進入了過成熟演化階段。
表1 四川盆地筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖有機質(zhì)豐度與成熟度統(tǒng)計數(shù)據(jù)表
地區(qū)/構(gòu)造
層位
TOC(%)
Ro(%)
樣品數(shù)(個)
區(qū)間值
平均值
川西南
隆昌
龍馬溪組
2
1.68～2.12
1.90
—
威遠
37
0.51～4.24
1.86
1.95～2.24
川南
長寧1)
153
0.45～8.75
2.93
2.81～3.11
東山
4
1.37～2.30
1.78
—
陽高寺
10
0.63～4.45
2.01
—
川東
石柱2)
4
1.79～3.33
2.34
3.01～3.16
五百梯
4
2.52～2.77
2.65
—
川北
廣元2)
筇竹寺組
7
0.53～8.G3
3.05
—
南江2)
12
0.51～4.74
2.20
3.11～3.15
川中
高石梯
19
0.40～4.43
1.69
2.61～2.85
龍女寺
4
0.45～0.71
0.54
3.2
川西南
資陽
3
1.48～6.83
3.62
2.5～3.08
威遠
22
0.67～7.99
2.10
2.56～3.14
天宮堂
4
0.91～2.06
1.34
2.01～2.11
川東
城口
14
1.22～11.07
3.45
—
    注：1)為中國石油勘探開發(fā)研究院最新淺井分析成果；2)為露頭剖面資料。
    如前所述，隨深度的增加，筇竹寺組和龍馬溪組頁巖的顏色均具有自上而下逐漸加深的特點，而其自然伽馬值和有機質(zhì)豐度也隨之逐漸增高(圖6)。威001-2是威遠構(gòu)造上的一口新井，筇竹寺組的伽馬值在3175m以下明顯增加，一般都大于150API，而無論是根據(jù)測井曲線△㏒R(Passey，1989)計算的還是采用巖屑實測的TOC值，均顯示在該深度段以下一般都大于1.0%且逐漸增加的特征(圖6)。長寧構(gòu)造上最近由中石油北京勘探開發(fā)研究院鉆探的1口淺井也顯示出龍馬溪組頁巖所具有的上述特征。該口淺井鉆遇了龍馬溪組中下部黑色頁巖層，110m深度段以上的TOC值一般在1.5%～2.5%之間，該深度以下TOC值劇增，均大于3%，最高約9%。
 

    由此可見，盡管筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖的總厚度很大(即使與美國目前開采的5套頁巖[5]相比，也顯示出一定的優(yōu)勢)，但富有機質(zhì)的黑色頁巖主要分布在兩套頁巖層的下部。由于缺乏黑色頁巖的含氣性分析和測試資料，尚無法確定這兩套黑色頁巖的有效厚度，但根據(jù)北美地區(qū)頁巖氣已有的勘探開發(fā)經(jīng)驗[8]，頁巖氣勘探的最佳目標(biāo)應(yīng)該是TOC＞2%且富含硅質(zhì)而有利于產(chǎn)生裂縫的成熟頁巖分布區(qū)[9]。頁巖氣吸附實驗也證明，富有機質(zhì)的頁巖較貧有機質(zhì)的頁巖具有更多的微孔隙空間，從而吸附的天然氣量更多，即頁巖的甲烷吸附量隨TOC而增加[10～11]。因此，若將TOC＞2%作為頁巖氣有效厚度的標(biāo)準(zhǔn)，那么從現(xiàn)有資料分析，這兩套黑色頁巖的有效厚度大致在20～50m，也可與美國著名的5套頁巖(有效厚度大多在15～60m[5])相媲美。
2.3 頁巖儲層低孔低滲，但仍具備一定的儲滲條件
    眾所周知，泥頁巖本身的孔滲性超低而致密，故一般在油氣藏的形成中起封蓋作用。但是，在四川盆地多套含油氣層系中，泥頁巖與同層的碳酸鹽巖儲層相比，其物性條件相差無幾(表2)。特別是在有裂縫存在的條件下，泥頁巖往往也具有較高的滲透能力，可形成·種非常規(guī)油氣層——泥頁巖裂縫性油氣層(例如侏羅系大安寨和涼高山油氣層)。在四川盆地今后的非常規(guī)油氣勘探中，理應(yīng)重視這種特殊類型的泥頁巖儲集層。
從資2井筇竹寺組底部所取的幾塊黑色粉砂質(zhì)頁巖樣品的物性分析結(jié)果來看，其孔隙度在1%～2.5%之間，明顯高于緊伏其下的震旦系燈四段的白云巖，其平均值也高于資3井燈三段白云巖層(表2)。威001-2井的測井解釋結(jié)果也表明，筇竹寺組2982.75m以下頁巖段的孔隙度在0.69%～3.08%，平均值為1.64%，滲透率在0.001×10-3～0.11×10-3μm2，平均值為0.019×10-3μm2。因此，盡管頁巖儲層超低孔、致密，但仍具備一定的儲集條件。
 
    實際上，廣義的頁巖氣還應(yīng)該包括儲存在黑色頁巖所夾的薄層泥質(zhì)粉砂巖和各種砂巖中的天然氣。這些泥質(zhì)粉砂巖和砂巖相對純頁巖而言有較多的孔隙，因此儲存于其中的天然氣多為游離氣，可隨頁巖中的吸附氣一并采出。四川盆地這兩套黑色頁巖普遍含砂質(zhì)，淺色石英粉砂微細紋層與暗色泥質(zhì)層交互沉積而顯水平紋理，石英分布不均，局部富集而成泥質(zhì)粉砂巖。此外，頁巖中還微含鈣質(zhì)，底部多含硅質(zhì)，黃鐵礦也較豐富，多呈星散狀分布。對長寧構(gòu)造龍馬溪組黑色頁巖巖心樣品的礦物成分分析結(jié)果也表明，石英含量在20%～30%之間，方解石和白云石含量多在10%～25%，高者可達35%，黃鐵礦含量在1%～4%之間(圖7)。由于黑色頁巖砂質(zhì)和鈣質(zhì)較重，因此其性較脆、硬，在加砂壓裂中容易產(chǎn)生裂縫，這對于頁巖氣的開采極為有利。
 

    頁巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)主要受所含礦物成分、有機質(zhì)以及熱成熟度的影響。對此，尚需針對這兩套黑色頁巖儲層取樣分析，開展進一步的研究。北美地區(qū)泥盆系-石炭系頁巖儲層中生物成因(如放射蟲)的有機硅含量較高，石英含量可高達80%，而且富含有機質(zhì)(平均TOC為5%)，具有孔隙度高(一般3%～5%)、含氣量高(一般1～3m3/t)以及易于壓裂的特征，從而具備優(yōu)越的頁巖氣成藏地質(zhì)條件[5～11]。筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖層的底部也普遍含硅質(zhì)，含量高者成硅質(zhì)巖，并且在龍馬溪組頁巖中局部見放射蟲、海綿骨針等硅質(zhì)生屑，而且底部的伽馬值高，有機碳含量高，應(yīng)是形成頁巖氣藏的有利層段。
    基質(zhì)滲透率極低(毫微達西級)的頁巖儲層中，由于孔隙極其微細(直徑一般小于2nm)而且連通性極差，儲存在基質(zhì)孔隙中的天然氣很難排出，因此天然裂縫的發(fā)育程度至關(guān)重要。北美頁巖氣開采的成功經(jīng)驗表明，氣產(chǎn)量最大的一些頁巖氣井中往往都發(fā)育大范圍分布的裂縫網(wǎng)絡(luò)。由于取心太少且無成像測井等資料，無法對筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖的裂縫發(fā)育情況作整體了解，但是從鉆井巖屑錄井資料可以看出，無論是頁巖本身還是所夾的粉砂巖中都存在裂縫，而且在一些構(gòu)造上較為發(fā)育，如威遠、陽高寺和太和場等。雖然這兩套黑色頁巖中的裂縫(多為微細縫)基本被方解石、白云石和石英等次生礦物晶體充填而呈閉合狀，但這些因膠結(jié)作用而閉合的裂縫也是受力薄弱帶，在加砂壓裂時往往會重新開啟，并沿多個方向裂開、擴展，從而提高了加砂壓裂的有效性，有利于頁巖氣的商業(yè)性采出[12]。對美國同時也是世界上目前最大的頁巖氣田——Fort Worth盆地Barnett頁巖氣田的研究也表明，Barnett頁巖氣之所以能取得勘探開發(fā)上的巨大成功，除了Barnett頁巖本身具有含氣量高(8.5～9.91m3/t)且主要為游離氣(吸附氣含量僅占20%)等有利條件外[5]，更重要的是Barnett頁巖雖不屬裂縫性的頁巖(即不存在開啟的天然裂縫)，卻屬一種容易被壓裂的頁巖[12]。頁巖中天然發(fā)育的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無疑可以極大地增加其基質(zhì)滲透率，使頁巖氣基質(zhì)孔隙中及黏土和有機質(zhì)顆粒表面吸附的天然氣盡可能多地排出，最終獲得商業(yè)性開采(如美國Antrim頁巖氣和Marcellus頁巖氣[5、13])。即使頁巖中天然裂縫不發(fā)育，只要頁巖本身具有一定的脆性或存在受力薄弱帶，也可在加砂壓裂時易于產(chǎn)生大量的裂縫，從而實現(xiàn)對頁巖氣的商業(yè)開采(如美國Woodford頁巖氣和Barnett頁巖氣[12])。
2.4 頁巖中油氣顯示頻繁且有油氣產(chǎn)出
    長期以來，四川盆地下古生界油氣勘探主要是以筇竹寺組和龍馬溪組上下的碳酸鹽巖為目的層，從而未對這兩套頁巖層中實際存在的大量油氣顯示給予重視，除對少數(shù)幾口發(fā)生井噴的井作了測試外，大部分頁巖氣層都未作測試。許多頁巖油氣顯示都與裂縫的發(fā)育密切相關(guān)。鉆穿筇竹寺組頁巖層的鉆井主要集中在威遠構(gòu)造上。統(tǒng)計結(jié)果表明，大約有21口鉆井的黑色頁巖、砂質(zhì)頁巖和碳質(zhì)頁巖及所夾的粉砂巖中見氣侵、井涌和井噴等直接油氣顯示，而且往往在1口鉆井的多個層段中見油氣顯示。其中，威5井在鉆至井深2797.4～2797.6m黑色碳質(zhì)頁巖層時，放空0.2m，鉆進中發(fā)生輕微漏失，并發(fā)生強烈井噴，噴高15～22m。1966年8月原鉆機裸眼測試，獲日產(chǎn)天然氣2.46×104m3，經(jīng)酸化后獲天然氣1.345×104m3/d。這應(yīng)該是四川盆地第1口頁巖氣井。
    龍馬溪組頁巖氣顯示主要集中在陽高寺-九奎山構(gòu)造帶以及隆32、付深1和太15等一些井中。陽9、63和陽深2及隆32井在鉆入龍馬溪組頁巖段時，均發(fā)生過井噴。其中，陽63井完井后射孔酸化產(chǎn)氣0.35×104m3/d，隆32井中測產(chǎn)氣0.195×104m3/d。取氣樣分析，甲烷含量96.4%～98.45%，且不含硫化氫。陽9井則由于放噴造成井壁垮塌，完井后射孔酸化僅產(chǎn)微氣。
    此外，20世紀(jì)60年代的野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，在龍門山推覆構(gòu)造帶北段的碾子壩、礦山梁、天井山等背斜構(gòu)造上，分布有瀝青點100余個，并見大量瀝青脈，主要集中在下寒武統(tǒng)筇竹寺組中。碾子壩構(gòu)造上鉆探的田壩1淺井(井深776.39m)在筇竹寺組深灰色、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖中見大量黑色瀝青，并在鉆進中隨循環(huán)流出原油和天然氣。這說明深埋地腹的筇竹寺組頁巖氣曾經(jīng)歷過油裂解成氣的過程。
    由此可見，筇竹寺組和龍馬溪組頁巖層中油氣顯示頻繁，已有油氣流產(chǎn)出，并且在未作加砂壓裂處理的情況下獲得了少量工業(yè)產(chǎn)能。這些深井鉆探中業(yè)已獲得的豐富油氣顯示以及小規(guī)模的油氣產(chǎn)能，揭示了四川盆地下古生界具有頁巖氣勘探的巨大潛力。Barnett頁巖氣勘探的歷史經(jīng)驗也表明[14]，正是過去那些以生物礁和白云巖為目的層的深井在Barnett頁巖中經(jīng)常鉆遇的大量油氣顯示，引發(fā)了Mitchell能源公司對當(dāng)時被稱為無商業(yè)開采價值的“頁巖氣”勘探的極大興趣，最終導(dǎo)致了美國天然氣儲量第三(7414.6×108m3)、產(chǎn)量第二(0.566×108m3/d)的Newark East頁巖氣田的發(fā)現(xiàn)，并取得了巨大的商業(yè)成功。
3 頁巖氣勘探開發(fā)前景展望
3.1 頁巖氣勘探資源前景
    頁巖氣是含油氣盆地中天然氣聚集的非常規(guī)類型之一，通常與盆央氣(basin-centered gas)、致密氣、煤層氣以及常規(guī)構(gòu)造圈閉氣藏等共生共處，Curtis(2002)將這些非常規(guī)類型的氣藏歸類為“連續(xù)型”天然氣聚集[5]。因此，其他類型氣藏的發(fā)現(xiàn)可以在不同程度上反映頁巖氣的存在與勘探潛力，在業(yè)已發(fā)現(xiàn)氣藏的地區(qū)勘探頁巖氣應(yīng)該具有較高的成功率。目前，在筇竹寺組和龍馬溪組作為烴源層的上下碳酸鹽巖地層中均發(fā)現(xiàn)了各種類型的天然氣聚集，特別是分布眾多大中型氣藏的川東石炭系氣田和威遠震旦系氣藏，這也從一個側(cè)面證明這兩套頁巖氣所具有的資源勘探潛力。
    中國石油勘探開發(fā)研究院對采自威遠構(gòu)造的筇竹寺組黑色頁巖進行了等溫吸附實驗，測定了頁巖的吸附氣量，并根據(jù)黑色頁巖的有效分布，估算出四川盆地下古生界筇竹寺組和龍馬溪組頁巖氣資源量大致為8×1012m3(取保守值)，這遠高于四川盆地可供探明的“常規(guī)”天然氣資源量[15]，四川盆地頁巖氣資源的豐富程度可見一斑。但要取得最終可供勘探的頁巖氣地質(zhì)資源量，還需要針對頁巖儲層采集足夠多的頁巖樣品，開展礦物組成、有機質(zhì)與含氣性等方面的深入分析與研究，并通過測井、測試等資料取準(zhǔn)頁巖氣層的有效厚度及其分布面積。這也是今后四川盆地頁巖氣研究工作中亟待研究與解決的問題。
    上述初步研究表明，四川盆地筇竹寺組和龍馬溪組黑色頁巖具有形成頁巖氣藏的諸多有利地質(zhì)條件，而且資源量極為豐富，具有巨大的勘探潛力，但與此同時也存在一些問題，特別是與美國5大頁巖氣區(qū)相比，大致表現(xiàn)在以下幾個方面：①頁巖中生物成因的有機硅含量不高，這可能影響頁巖中微裂縫的發(fā)育程度以及在加砂壓裂時產(chǎn)生裂縫的能力，從而影響到頁巖氣的大量采出；②黑色頁巖總厚度大，但有機質(zhì)富集程度不高，TOC平均值小于2.0%，這將影響頁巖儲層的孔隙體積和含氣量，最終影響可供勘探的頁巖氣層有效厚度；③頁巖成熟度高而含氣率較低，大多數(shù)頁巖的Ro值超過了2.5%，而美國5套頁巖的成熟度一般低于2.0%。與美國一般1～3m3/t的頁巖含氣率相比，筇竹寺組頁巖0.27～1.03m3/t的含氣率明顯偏低；④頁巖普遍埋深大，除威遠地區(qū)等少數(shù)地區(qū)外，大部分地區(qū)的頁巖埋深一般都超過了3000m，而美國頁巖氣的埋深一般小于2000m。埋深大意味著頁巖氣勘探的風(fēng)險大，成本
高。上述問題對四川盆地下古生界頁巖氣的勘探與開發(fā)具體有多大影響，尚需做進一步的研究與評估。
3.2 頁巖氣勘探開發(fā)有利區(qū)選擇
    頁巖氣勘探開發(fā)有利區(qū)的選擇應(yīng)在綜合考慮地質(zhì)(如頁巖含氣量、含氣范圍、目的層深度等)、工程(如氣層壓力、滲透率、裂縫分布、氣體組成、含氣飽和度等)和經(jīng)濟(如地面設(shè)施、天然氣管道、氣價、接近天然氣市場的程度、投資費用、環(huán)境費用等)等各種因素的基礎(chǔ)上開展。如前所述，在已有氣田或氣藏發(fā)現(xiàn)、并且在頁巖中已見大量油氣顯示的地區(qū)開展頁巖氣勘探具有較高的成功率，而且這些地區(qū)已有的地面設(shè)施和天然氣管網(wǎng)可為頁巖氣的勘探開發(fā)提供便利。
    綜合上述因素，可以將威遠地區(qū)和自貢-瀘州-永川地區(qū)分別作為近期開展筇竹寺組頁巖氣和龍馬溪組頁巖氣勘探的有利區(qū)帶。這兩個頁巖氣區(qū)塊均具有黑色頁巖厚度大，TOC值較高，埋深適中，以及黑色頁巖中已見大量油氣顯示等有利條件。建議在這兩個區(qū)塊開展老井復(fù)查，對已見油氣流或油氣顯示頻繁的黑色頁巖層段采用加砂壓裂測試，有望獲得工業(yè)產(chǎn)能，實現(xiàn)頁巖氣勘探突破。這不僅可以為蜀南老區(qū)的天然氣勘探開辟新的領(lǐng)域，更可以帶動整個盆地的頁巖氣勘探，逐步發(fā)展成為四川盆地一個重要的天然氣勘探區(qū)帶。
    需要指出的是，對頁巖氣的勘探開發(fā)更多面臨的是開采技術(shù)問題。20世紀(jì)90年代以來，美國對頁巖氣實施了大規(guī)模的開發(fā)，頁巖氣產(chǎn)量逐年增長，這不僅得益于天然氣市場價格的逐年攀升和國家對頁巖氣稅收政策的扶持，更得益于各種先進的水平井鉆完井技術(shù)、壓裂技術(shù)(如低水阻壓裂、多段壓裂、重復(fù)壓裂)和壓裂實時監(jiān)測技術(shù)(如微地震技術(shù))的大量應(yīng)用與各種鉆采技術(shù)的不斷更新，以及采用了“工廠式”的批量生產(chǎn)作業(yè)方式，從而使頁巖氣的單井產(chǎn)能和生產(chǎn)潛力大大提高，并且大大降低了頁巖氣的勘探開發(fā)成本。如何將四川盆地下古生界豐富的頁巖氣資源經(jīng)濟、有效地開采出來，這將是未來頁巖氣勘探與開發(fā)面臨的一大挑戰(zhàn)。
4 結(jié)論
    四川盆地下古生界筇竹寺組和龍馬溪組均發(fā)育大套的黑色頁巖，其沉積厚度大(一般大于200m)，區(qū)域分布廣，富含砂質(zhì)、硅質(zhì)和有機質(zhì)。富有機質(zhì)的黑色頁巖主要分布在兩套頁巖層的底部，有機質(zhì)含量較高(TOC平均大于1.5%)，且已進入過成熟階段(Ro大于2.0%)。黑色頁巖儲層雖超低孔滲，但石英和鈣質(zhì)含量較高，巖性較脆、硬，有利于產(chǎn)生微裂縫，具有一定的儲滲條件。這兩套黑色頁巖層段中油氣顯示頻繁，且有小產(chǎn)量的油氣流產(chǎn)出，其上下碳酸鹽巖層段又均有氣田或氣藏發(fā)現(xiàn)，預(yù)示其有形成頁巖氣藏的巨大潛力。盡管與北美頁巖氣相比，兩者之間存在一些差異，但這兩套黑色頁巖無疑均具有形成頁巖氣藏的有利地質(zhì)條件，頁巖氣資源豐富，值得進一步深入研究，盡快優(yōu)選有利區(qū)帶進行勘探開發(fā)，可望取得頁巖氣新領(lǐng)域的突破。
    筆者對四川盆地下古生界頁巖氣的研究還僅只是一個初步的成果。只有對頁巖儲層地質(zhì)特征、頁巖儲氣能力和產(chǎn)能大小、頁巖氣藏模擬以及頁巖氣經(jīng)濟性評價等諸多方面的問題開展深入分析與研究之后，才能全面、準(zhǔn)確地對頁巖氣勘探開發(fā)的潛力作出更為符合實際的評價。
文中圖件由張紅梅女士清繪，特致謝忱！
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(本文作者：王世謙1 陳更生2 董大忠3 楊光1 呂宗剛4 徐云浩1 黃永斌4 1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院；2.中國石油西南油氣田公司；3.中國石油勘探開發(fā)研究院；4.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦)