上揚(yáng)子區(qū)志留系頁(yè)巖氣成藏條件

摘 要

摘要：廣泛分布于中國(guó)南方上揚(yáng)子地區(qū)的志留系為一套靜水、缺氧環(huán)境下沉積的良好烴源巖，尤以四川盆地的下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色筆石頁(yè)巖最為發(fā)育。從該套地層的有機(jī)地化參數(shù)、四川
摘要：廣泛分布于中國(guó)南方上揚(yáng)子地區(qū)的志留系為一套靜水、缺氧環(huán)境下沉積的良好烴源巖，尤以四川盆地的下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色筆石頁(yè)巖最為發(fā)育。從該套地層的有機(jī)地化參數(shù)、四川盆地南部長(zhǎng)寧構(gòu)造新完鉆的頁(yè)巖氣淺井的分析測(cè)試數(shù)據(jù)看，龍馬溪組有機(jī)質(zhì)豐度高、成熟度較高、微裂縫發(fā)育、埋深適中，具有形成頁(yè)巖氣藏的優(yōu)越條件。川東石柱-鄂西利川、川南瀘州和川北鎮(zhèn)巴地區(qū)的頁(yè)巖有機(jī)碳含量大于2%，平均厚40～80m；瀘州-宜賓-自貢地區(qū)，黔中麻江-甕安、川東南的秀山、松桃及湘西吉首地區(qū)，頁(yè)巖的成熟度多小于3%；陽(yáng)深2、陽(yáng)63、陽(yáng)9、付深1、隆32、太15等探井，在鉆遇志留系頁(yè)巖層段時(shí)均見(jiàn)到氣測(cè)異常，、氣侵、井涌現(xiàn)象，長(zhǎng)芯1井也證實(shí)了淺層志留系頁(yè)巖氣的存在，頁(yè)巖氣含量平均為0.15m3/t；野外和巖心觀察該套頁(yè)巖微裂縫發(fā)育，巖礦組成顯示石英和方解石含量較高，表明該區(qū)頁(yè)巖脆性的特征；采用體積法初步估算的四川I盆地及鄰區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣資源量為4.0×1012～12.4×1012m3，顯示了該區(qū)頁(yè)巖氣巨大的勘探潛力。
關(guān)鍵詞：中國(guó)；上揚(yáng)子地區(qū)；四川盆地；志留紀(jì)；頁(yè)巖氣；成藏條件
0 引言
    近年來(lái)，頁(yè)巖氣成為我國(guó)非常規(guī)油氣資源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，究其原因，一是我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展階段，包括常規(guī)與非常規(guī)天然氣如煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣引起了廣泛重視；二是美國(guó)已成功進(jìn)行了頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)[1]；三是頁(yè)巖氣資源量巨大，我國(guó)頁(yè)巖氣資源預(yù)計(jì)可達(dá)100×1012m3，勘探潛力巨大。但直至現(xiàn)在，我國(guó)仍未全面開(kāi)展頁(yè)巖氣的基礎(chǔ)研究，更談不上頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的研發(fā)和開(kāi)發(fā)試驗(yàn)。基于目前的現(xiàn)狀，眾多學(xué)者撰文呼吁重視頁(yè)巖氣新領(lǐng)域，加強(qiáng)頁(yè)巖氣的基礎(chǔ)研究，加快頁(yè)巖氣的勘探和開(kāi)發(fā)步伐。
    依據(jù)前期國(guó)外頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)、四川盆地及鄰區(qū)志留系頁(yè)巖的研究和中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院資源規(guī)劃所于2008年11月在四川盆地長(zhǎng)寧構(gòu)造鉆探的第1口頁(yè)巖氣井淺井——長(zhǎng)芯1井樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，著重探討上揚(yáng)子地區(qū)志留系頁(yè)巖氣的成藏條件，分析該區(qū)志留系頁(yè)巖氣的勘探潛力。
1 上揚(yáng)子地區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征
1.1 沉積與地層分布
    上揚(yáng)子地區(qū)志留系發(fā)育有下志留統(tǒng)龍馬溪組(S1l)、石牛欄組(S1s)和中志留統(tǒng)韓家店組(S2)，其中最為發(fā)育的是下志留統(tǒng)龍馬溪組。因此，筆者將重點(diǎn)圍繞下志留統(tǒng)龍馬溪組進(jìn)行頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件的分析。
    上揚(yáng)子地區(qū)的志留系頁(yè)巖，主要發(fā)育在四川盆地，出露于盆地邊部的川東南、大巴山、米倉(cāng)山、龍門(mén)山及康滇古陸東側(cè)。盆地內(nèi)部?jī)H在華鎣山有出露，威遠(yuǎn)、瀘州和達(dá)州地區(qū)少數(shù)深井揭穿志留系，一般埋深2000～4000m。樂(lè)山、成都及川中龍女寺一帶因后期抬升遭受剝蝕而大范圍缺失志留系。四川盆地龍馬溪組存在2個(gè)生烴中心：一是以萬(wàn)縣-石柱為中心的川東生烴凹陷；另一生烴中心則分布于自貢-瀘州-宜賓一帶，即川南生烴中心。
    志留系雖然全區(qū)分布穩(wěn)定，但由于受區(qū)域構(gòu)造變化和沉積環(huán)境的影響，局部地區(qū)的志留系的分布仍有一定的差異。威遠(yuǎn)地區(qū)的威2井-威4井-自深1井-陽(yáng)深1井-長(zhǎng)寧雙河(地面剖面)，志留系由北向南呈增厚的趨勢(shì)。威遠(yuǎn)地區(qū)由于樂(lè)山-龍女寺古隆起抬升，致使志留系大部分遭受剝蝕，如威2井僅殘存龍馬溪組黑色頁(yè)巖25m，其上直接覆蓋下二疊統(tǒng)；威4井龍馬溪組殘厚不足200m，其上亦直接覆蓋下二疊統(tǒng)；到自深1井，雖然龍馬溪組保存完整，但中志留統(tǒng)韓家店組殘厚不足100m，且直接與下二疊統(tǒng)接觸；到陽(yáng)高寺構(gòu)造帶的陽(yáng)深1井，志留系除韓家店組受一定程度剝蝕之外，龍馬溪組及石牛欄組保存完整，尤其龍馬溪組厚超500m，50%以上地層為黑色筆石頁(yè)巖及碳質(zhì)頁(yè)巖，是形成頁(yè)巖氣藏的有利層位；到川南直接與黔北接壤的長(zhǎng)寧構(gòu)造，志留系更是十分發(fā)育，且保留亦較完整，總厚超1200m，其中韓家店組600m，石牛欄組300m，頁(yè)巖最為發(fā)育的龍馬溪組200m，黑色頁(yè)巖及碳質(zhì)頁(yè)巖十分發(fā)育(見(jiàn)圖1)。該照片攝于長(zhǎng)寧構(gòu)造西部雙河高點(diǎn)的葡萄泉志留系剖面，較完整地展示了本區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖發(fā)育狀況及其分布的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
 

    綜上所述，上揚(yáng)子地區(qū)志留系為一套深水還原環(huán)境沉積的地層，分布廣泛，尤以四川盆地最為發(fā)育。在四川盆地，志留系主要出露于盆地邊部，且相對(duì)穩(wěn)定，川南長(zhǎng)寧、川東涪陵地區(qū)發(fā)育最為完整。盆地腹部，樂(lè)山-龍女寺一線(xiàn)以西北，由于后期構(gòu)造抬升剝蝕而缺失。全盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組一般厚200～600m，屬筆石頁(yè)巖相沉積，且富含黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)，是一套頁(yè)巖氣藏形成的最有利層位。
1.2 埋深
    川南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頂界埋深等值線(xiàn)分布于2000～4000m之間，其中，威遠(yuǎn)以西的局部范圍內(nèi)，龍馬溪組頂界埋深淺于2000m；內(nèi)江-隆昌-瀘縣-長(zhǎng)寧以北西區(qū)塊及璧山-陽(yáng)63井區(qū)-合江-江津所轄區(qū)塊埋深3000m以淺；合川-銅梁-榮昌-內(nèi)江-安岳所轄區(qū)塊及江安-合江-赤水所轄區(qū)塊埋深3000～4000m。
    由于該區(qū)龍馬溪組厚一般為300～500m，且該組黑色頁(yè)巖主要分布于下部，并與上奧陶統(tǒng)五峰頁(yè)巖連續(xù)過(guò)渡。因此，該區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣藏的開(kāi)發(fā)鉆井深度應(yīng)在2500～4500m之間。雖然威遠(yuǎn)以西局部地區(qū)埋深2000m以淺，但由于受古隆起抬升剝蝕的影響，龍馬溪組頁(yè)巖厚度也部分受到影響。因此，該區(qū)龍馬溪頁(yè)巖最經(jīng)濟(jì)有利的探區(qū)應(yīng)是內(nèi)江-隆昌-瀘縣-長(zhǎng)寧以北西區(qū)塊及璧山-陽(yáng)63井區(qū)-合江-江津所轄區(qū)塊。該區(qū)塊龍馬溪組頂界埋深3000m以淺，勘探該組下部黑色頁(yè)巖氣藏深度一般在3000～3500m之間。
2 志留系有機(jī)地球化學(xué)特征
2.1 烴源巖厚度與分布
    志留系優(yōu)質(zhì)烴源巖主要發(fā)育于下志留統(tǒng)龍馬溪組[2]，該組一般厚200～400m，川東石柱最厚656m。該剖面下部筆石頁(yè)巖尤為發(fā)育，TOC含量為2%～6.7%，其中，TOC＞2.0%的黑色頁(yè)巖厚達(dá)115m；TOC＞3.0%的黑色頁(yè)巖厚30m。這是四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁(yè)巖最為發(fā)育的地區(qū)。

    圖2是四川盆地及其鄰區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組TOC＞2.0%的黑色頁(yè)巖累計(jì)厚度分布圖。由圖2可見(jiàn)，龍馬溪組TOC＞2.0%高值區(qū)分布于川東石柱-鄂西利川，黑色頁(yè)巖厚達(dá)100m，川北鎮(zhèn)巴黑色頁(yè)巖厚20m，川南瀘州一帶厚60～80m。3個(gè)高值區(qū)的分布在地質(zhì)上和川東-鄂西深水陸棚沉積相帶、川北深水陸棚沉積相帶以及川南深水陸棚沉積相帶分布相吻合。
    基于TOC含量是頁(yè)巖氣藏形成最基本的地質(zhì)要素觀點(diǎn)，編制的TOC＞2.0%的黑色頁(yè)巖累計(jì)厚度等值圖說(shuō)明了以下幾點(diǎn)：①川東石柱-鄂西利川、川南瀘州和川北鎮(zhèn)巴地帶是四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組海相頁(yè)巖最發(fā)育，也是頁(yè)巖氣藏形成最有利分布區(qū)；②四川盆地及其鄰區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組海相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度分布高值區(qū)(即優(yōu)質(zhì)源巖發(fā)育區(qū))明顯受控于海灣深水陸棚沉積相體系，表明有利沉積相帶控制優(yōu)質(zhì)烴源巖韻發(fā)育。
2.2 有機(jī)質(zhì)豐度
    有機(jī)質(zhì)的豐度是判識(shí)烴源巖好壞最基本的參數(shù)，對(duì)頁(yè)巖氣藏來(lái)講，有機(jī)質(zhì)豐度更為關(guān)鍵。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，頁(yè)巖氣含量與有機(jī)質(zhì)豐度成正相關(guān)，即豐度越高，含氣量越大(Charles Boyer等，2006)。統(tǒng)計(jì)的美國(guó)5大頁(yè)巖氣盆地有機(jī)質(zhì)與含氣量的關(guān)系也說(shuō)明頁(yè)巖中的TOC含量是頁(yè)巖氣成藏最基本的要素。但有機(jī)質(zhì)豐度達(dá)到多少才能形成商業(yè)性頁(yè)巖氣藏，這個(gè)參數(shù)至關(guān)重要。目前，依據(jù)斯倫貝謝公司Charles Boyer等(2006)及Devon能源公司在頁(yè)巖氣藏的勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐，在確定有效頁(yè)巖厚度時(shí)，將頁(yè)巖的TOC＞2.0%確定為下限值，這一選值實(shí)際上相當(dāng)于石油地球化學(xué)家在評(píng)定源巖等級(jí)時(shí)所確定的“好生油巖”標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，這一標(biāo)準(zhǔn)雖然在今后的大量頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，以及技術(shù)進(jìn)步的前提下，可能還會(huì)有所變化，但從實(shí)際出發(fā)，在頁(yè)巖氣成藏條件研究或在確定有效頁(yè)巖(純頁(yè)巖)厚度時(shí)，把TOC下限值選定為2.0%較為合理。
對(duì)上揚(yáng)子地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組有機(jī)碳含量統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)下志留統(tǒng)龍馬溪組有機(jī)碳含量變化大，分布在0.1%～8.65%之間，多數(shù)大于1%。長(zhǎng)寧-珙縣地區(qū)鉆探的長(zhǎng)芯1井，通過(guò)對(duì)龍馬溪組下部黑色頁(yè)巖153m連續(xù)取心的有機(jī)碳含量分析(圖3)同樣反映出這種變化特征。在110m以淺，TOC含量處在1%～3%之間，平均為2%，110～153m井段(龍馬溪組最底部)TOC均大于2%，平均值可達(dá)到6%。全井段統(tǒng)計(jì)，TOC＞2.0%的累計(jì)厚度可達(dá)80m，主要分布于龍馬溪組下段(包括上奧陶統(tǒng)約10m的五峰組碳質(zhì)頁(yè)巖)，這將是形成頁(yè)巖氣藏最有利層段。
 

2.3 成熟度及生烴演化史
    對(duì)于熱成因的頁(yè)巖氣藏，進(jìn)入生氣窗是頁(yè)巖氣成藏的必要條件。當(dāng)沉積物經(jīng)過(guò)埋藏進(jìn)入成巖作用階段、深成熱解作用、后成作用階段，成熟度升高，并在溫度、壓力條件下轉(zhuǎn)化生成油氣。按照Tissot生油理論，Ro＜0.7%，生油巖處于未成熟或低成熟作用階段；0.7%＜Ro＜1.3%進(jìn)入生油和生烴高峰階段；1.3%＜Ro＜2.0%為濕氣和凝析油帶；Ro＞2%為干氣帶。當(dāng)然，對(duì)于不同干酪根類(lèi)型烴源巖進(jìn)入濕氣階段的界限會(huì)有差異，一般處于Ro為1.2%～1.4%范圍內(nèi)?？碧綄?shí)踐以及研究結(jié)果顯示，目前美國(guó)已發(fā)現(xiàn)的具有商業(yè)價(jià)值的、熱成因的頁(yè)巖氣藏，大多分布在頁(yè)巖成熟度(Ro)1.1%～3%的范圍內(nèi)，理論上成熟度大于3%通常被認(rèn)為是頁(yè)巖氣的死亡線(xiàn)。
    據(jù)黃先平、王世謙等人(2002)研究，上揚(yáng)子地區(qū)志留系頁(yè)巖Ro平均已在2.5%以上，最為發(fā)育的川南瀘州-宜賓-自貢地區(qū)，Ro值接近于1.8%，川東的涪陵-石柱，Ro值3.2%～3.8%，川東北的達(dá)川-萬(wàn)縣地區(qū)已近4%。唯川北廣元、旺蒼-鄂西鎮(zhèn)巴一帶，志留系頁(yè)巖Ro值尚小于2.5%，黔中麻江-甕安、川東南的秀山、松桃及湘西吉首一帶志留系頁(yè)巖Ro值也小于2.5%，最低1.4%(革東)。
    最近鉆井揭示的長(zhǎng)芯1井志留系頁(yè)巖成熟度顯示，該區(qū)龍馬溪組成熟度較高，Ro均在3.0%以上，平均已達(dá)3.21%，進(jìn)入了過(guò)成熟演化階段。
    下志留統(tǒng)頁(yè)巖的沉積埋藏史和成烴史表明(王蘭生等，2000)，志留系主要經(jīng)歷了3次大的構(gòu)造抬升，即泥盆紀(jì)未、中侏羅世末和白堊紀(jì)末，尤其白堊紀(jì)末期構(gòu)造抬升最大，導(dǎo)致目前志留系頁(yè)巖的成熟度仍保持在白堊紀(jì)末期時(shí)的成熟狀態(tài)。早二疊世末期，下志留統(tǒng)頁(yè)巖處于低成熟階段，Ro為0.5%～0.7%；三疊紀(jì)末，有機(jī)質(zhì)進(jìn)入成熟階段，Ro為0.9%～1.1%，有機(jī)質(zhì)達(dá)生烴高峰；早侏羅世末，頁(yè)巖Ro值達(dá)1.3%，干酪根進(jìn)入濕氣-凝析油階段；現(xiàn)今，頁(yè)巖有演化進(jìn)入過(guò)成熟晚期，液態(tài)烴已全部裂解為于氣。
    從頁(yè)巖氣成藏的角度分析，四川盆地南部的瀘州-宜賓-自貢地區(qū)，黔中麻江-甕安、川東南的秀山、松桃及湘西吉首一帶志留系成熟度低于3%，是頁(yè)巖氣藏形成較為有利的地帶。從頁(yè)巖成熟度總體進(jìn)入高成熟演化的特征預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)未來(lái)在志留系頁(yè)巖中發(fā)現(xiàn)的頁(yè)巖氣，不但是熱成因型，而且將是成熟度很高的頁(yè)巖氣。
3 志留系儲(chǔ)層特征
    頁(yè)巖作為一種特殊的儲(chǔ)集巖，一般呈現(xiàn)低孔、特低滲的物性特征，只有處于斷裂帶或裂縫發(fā)育帶的頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率有部分增加。富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖天然氣裂縫類(lèi)型多樣，主要與生烴過(guò)程、地層孔隙壓力、各向異性的水平壓力、斷層作用、褶皺作用等密切相關(guān)，裂縫發(fā)育程度對(duì)頁(yè)巖氣藏有效開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。頁(yè)巖產(chǎn)生裂縫的能力，主要取決于頁(yè)巖類(lèi)型和礦物學(xué)特征。當(dāng)頁(yè)巖含有較少的膨脹性黏土礦物，較多的硅質(zhì)等礦物時(shí)(一般30%～80%，如Fort Worth盆地Barnett頁(yè)巖為40%～60%)，巖石脆性增強(qiáng)，產(chǎn)生裂縫的能力提高，裂縫網(wǎng)絡(luò)比較容易產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)頁(yè)巖礦物含量組成中，硅質(zhì)含量平均40%～50%，甚至最高可達(dá)80%，正是由于這些高比例的有機(jī)硅，導(dǎo)致頁(yè)巖表現(xiàn)為易于破碎和產(chǎn)生裂縫，并易于壓裂改造的儲(chǔ)層特征。
    上揚(yáng)子地區(qū)除四川盆地外，其余地區(qū)勘探程度非常低，且無(wú)論是四川盆地還是四川盆地以外的探區(qū)，已往的油氣勘探實(shí)踐中，都沒(méi)有把頁(yè)巖地層當(dāng)做有效目的儲(chǔ)層對(duì)待。因此，開(kāi)展頁(yè)巖儲(chǔ)層的研究甚少[3～4]。四川盆地長(zhǎng)寧構(gòu)造所鉆的長(zhǎng)芯1井8個(gè)志留系頁(yè)巖樣品的巖礦組成分析結(jié)果見(jiàn)表1。長(zhǎng)寧構(gòu)造龍馬溪組頁(yè)巖巖礦組成中，黏土最多，含量為26.5%～59.5%，平均48.25%，其次是石英，含量為20.5%～29.7%，平均25.3%，方解石含量為4.1%～26.9%，平均12.4%。與美國(guó)已知含氣頁(yè)巖相比，該井硅質(zhì)(石英)含量偏少，而黏土(伊利石為主)含量偏高，根據(jù)美國(guó)經(jīng)驗(yàn)，這似乎對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的脆性有影響。但仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，該井的方解石總量較高，石英和方解石總量達(dá)37%，表明該套頁(yè)巖具有脆性巖石組分。野外剖面可見(jiàn)風(fēng)化破碎的龍馬溪組筆石頁(yè)巖，且在露頭和長(zhǎng)芯1井巖心上均可發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖高角度縫和微裂縫十分發(fā)育(圖4)，揭示了該區(qū)頁(yè)巖具有良好的脆性特征。
表1 四川盆地長(zhǎng)芯1井志留系巖礦組成表
井段(m)
石英(%)
鉀長(zhǎng)石(%)
斜長(zhǎng)石(%)
方解石(%)
白云石(%)
黃鐵礦(%)
黏土礦物總量(%)
20
21.4
3.2
4.0
11.0
6.8
2.0
51.6
40
20.5
0.2
3.7
17.4
7.9
2.5
47.8
60
26.2
0.3
3.6
6.0
2.9
1.5
59.5
80
29.7
0.4
5.7
9.5
4.0
2.0
48.7
100
29.8
1.1
8.6
8.0
3.5
1.2
47.8
120
24.8
1.6
6.6
4.1
4.8
4.2
53.9
140
28.7
0
6.5
26.9
7.5
3.9
26.5
150
21.2
0.5
2.7
16.2
8.6
0.6
50.2
平均值
25.2875
0.9125
5.175
12.3875
5.75
2.2375
48.25
 

4 頁(yè)巖氣特征
4.1 頁(yè)巖氣顯示
    已往的鉆探證實(shí)，上揚(yáng)子地區(qū)的四川盆地曾見(jiàn)到非常豐富的頁(yè)巖氣顯示，如川南地區(qū)的陽(yáng)高寺及九奎山高陡構(gòu)造區(qū)以及五通場(chǎng)、太和鎮(zhèn)、付家廟、大塔場(chǎng)、隆昌等地區(qū)，當(dāng)鉆遇裂隙較發(fā)育的龍馬溪組黑色頁(yè)巖層段時(shí)，普遍見(jiàn)氣測(cè)異常、氣侵、井涌和井噴。陽(yáng)63井，在3505～3518.5m龍馬溪組黑色頁(yè)巖井段后效井噴，噴高25m，測(cè)試獲日產(chǎn)氣3500m3；隆32井的3164.2～3175.2m龍馬溪組黑色碳質(zhì)頁(yè)巖段，中途測(cè)試獲日產(chǎn)氣1948m3。川南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組具有氣顯示井段的巖性，通常以黑色頁(yè)巖及碳質(zhì)頁(yè)巖為主，間夾灰?guī)r條帶，巖屑中常見(jiàn)1%～7%的自形晶方解石和石英，推測(cè)其裂縫較為發(fā)育。另從頁(yè)巖氣顯示井的分布看，除陽(yáng)深2、陽(yáng)63和陽(yáng)9等3口井位于陽(yáng)高寺和九奎山構(gòu)造帶以?xún)?nèi)，其余付深1、隆32、太15等3口井均屬于川南地區(qū)的區(qū)域探井，分布范圍大，表明頁(yè)巖氣顯示的范圍比較廣泛。
4.2 頁(yè)巖氣含量
    頁(yè)巖氣的勘探生產(chǎn)價(jià)值取決于其中游離氣和吸附氣的含量，游離氣的含量高低與其構(gòu)造保存條件密切相關(guān)，而吸附氣含量受溫度、壓力等環(huán)境因素影響，在相同情況下，吸附氣量高低與有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)。上揚(yáng)子地區(qū)志留系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，預(yù)計(jì)將會(huì)在構(gòu)造保存條件差異較大的地區(qū)分別形成不同含氣量及含氣特點(diǎn)的頁(yè)巖氣聚集。在四川盆地，除已發(fā)現(xiàn)過(guò)去的老井在鉆探志留系頁(yè)巖段時(shí)具有豐富的氣顯示之外，目前完鉆的長(zhǎng)芯1井初步分析結(jié)果顯示，在埋深淺于150 122龍馬溪組頁(yè)巖層段內(nèi)，同樣發(fā)現(xiàn)了頁(yè)巖氣存在的證據(jù)(表2)。8個(gè)頁(yè)巖巖心的含氣量實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示(解析溫度70℃)，每噸巖石含氣量為0.08～0.25m3，平均為0.15m3/t。另從110m和120m巖樣的甲烷碳同位素分別為-40.2‰和-52.3‰來(lái)看，頁(yè)巖氣應(yīng)為熱成因的天然氣。有機(jī)質(zhì)豐度與含氣量的關(guān)系則顯示(圖5)，同美國(guó)頁(yè)巖一樣，同樣具有有機(jī)碳含量與含氣量呈正相關(guān)的關(guān)系，即有機(jī)質(zhì)豐度越高，含氣量越大。
表2 四川盆地長(zhǎng)芯1井志留系頁(yè)巖含氣量表
序號(hào)
深度(m)
TOC(%)
含氣量(m3/t)
甲烷碳同位素值(‰)
1
20
1.34
0.08
 
2
30
2.61
0.18
 
3
50
1.96
0.13
 
4
70
2.09
0.10
 
5
80
1.8
0.16
 
6
100
2.38
0.11
 
7
110
4.64
0.25
-40.2
8
120
5.9
0.20
-52.3
 

4.3 等溫吸附曲線(xiàn)特征
    圖6為長(zhǎng)芯1井120m處所取巖心的等溫吸附曲線(xiàn)(70℃等溫)，該樣品為志留系龍馬溪組黑色頁(yè)巖，有機(jī)碳含量為5.9%，成熟度為3.26%。在70℃等溫條件下，隨著壓力增高，頁(yè)巖吸附甲烷的能力(V)逐漸增大，在壓力達(dá)到8.5MPa時(shí)，頁(yè)巖的甲烷吸附能力達(dá)到1m3/t。通過(guò)與美國(guó)5大頁(yè)巖氣盆地的頁(yè)巖等溫吸附曲線(xiàn)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)芯1井志留系頁(yè)巖的吸附能力除與圣胡安盆地白堊系Lewis頁(yè)巖相近外，均低于其他盆地的頁(yè)巖。究其原因，筆者認(rèn)為很可能與成熟度有關(guān)。目前發(fā)現(xiàn)的進(jìn)行商業(yè)開(kāi)發(fā)的美國(guó)5大頁(yè)巖氣盆地的頁(yè)巖，成熟度普遍不高，介于0.4%～1.9%之間。而熱成因的頁(yè)巖氣藏，頁(yè)巖成熟度較高，大多在1.1%以上，最高不超過(guò)3%。四川盆地長(zhǎng)芯1井志留系頁(yè)巖的成熟度過(guò)高，Ro達(dá)到了3.26%，已進(jìn)入過(guò)成熟階段，這可能是導(dǎo)致其吸附能力較低的主要原因。另仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，美國(guó)5大頁(yè)巖氣盆地中圣胡安盆地白堊系Lewis頁(yè)巖的成熟度最高，為1.6%～1.88%，其頁(yè)巖的吸附能力則最小。
 

    利用上述長(zhǎng)芯1井等溫吸附曲線(xiàn)和所測(cè)頁(yè)巖氣含量，以及四川盆地及鄰區(qū)志留系龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)碳含量大于2%的厚度和分布則可以對(duì)其頁(yè)巖氣資源進(jìn)行估算，計(jì)算結(jié)果顯示，志留系龍馬溪組頁(yè)巖氣資源量為4.0×1012～12.4×1012m3。
5 結(jié)論
    遍布我國(guó)南方靜水還原環(huán)境沉積的志留紀(jì)地層，在上揚(yáng)子地區(qū)扮演著重要的角色。志留系尤其是下統(tǒng)的龍馬溪組筆石頁(yè)巖，在上揚(yáng)子地區(qū)十分發(fā)育，這套頁(yè)巖層不但是四川盆地非常重要的油氣源巖[5～6]，而且具備形成頁(yè)巖氣藏優(yōu)越的物質(zhì)基礎(chǔ)和地質(zhì)條件，在下步頁(yè)巖氣勘探中應(yīng)加倍關(guān)注和重視。
    1) 上揚(yáng)子地區(qū)志留系具有良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。志留系不但分布范圍廣，厚度大，而且有機(jī)質(zhì)十分豐富。發(fā)育在靜水缺氧環(huán)境中的志留系頁(yè)巖，厚50～500m。其中有機(jī)碳含量大于2%的頁(yè)巖，平均厚40～80m，主要分布在川東石柱-鄂西利川、川南瀘州和川北鎮(zhèn)巴地帶，受控于海灣深水陸棚沉積相沉積體系。
    2) 上揚(yáng)子地區(qū)志留系頁(yè)巖成熟度較高，埋深不大(3000～3500m)，是現(xiàn)實(shí)的勘探目的層。盡管志留系頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)熱成熟度(Ro)平均已達(dá)2.5%以上，但上揚(yáng)子地區(qū)東南部的黔中麻江-甕安、川東南的秀山、松桃及湘西吉首一帶Ro值仍小于2.5%，從頁(yè)巖氣成藏的角度分析，四川盆地南部的瀘州-宜賓-自貢地區(qū)，黔中麻江-甕安、川東南的秀山、松桃及湘西吉首一帶志留系成熟度低于3%，是頁(yè)巖氣藏形成較有利的地帶。
    3) 頁(yè)巖氣顯示普遍。已鉆探井證實(shí)，在志留系頁(yè)巖井段見(jiàn)到非常好的氣顯示，陽(yáng)深2、陽(yáng)63、陽(yáng)9、付深1、隆32、太15等井，在鉆遇志留系頁(yè)巖層段時(shí)，均見(jiàn)到氣測(cè)異常、氣侵、井涌或井噴現(xiàn)象。新完鉆的長(zhǎng)芯1井，也證實(shí)了淺層志留系頁(yè)巖氣的存在。
    4) 頁(yè)巖氣資源大，具有廣闊的勘探前景。初步估算，上揚(yáng)子地區(qū)的四川盆地及鄰區(qū)志留系龍馬溪組頁(yè)巖氣資源量為4.0×1012～12.4×1012m3，勘探潛力巨大。
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(本文作者：王社教1 王蘭生2 黃金亮1 李新景1 李登華1 1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院)