川西－川北地區(qū)千佛崖組頁巖氣勘探潛力與方向

馬旭杰，周 文，陳洪德，龔 灝，鄧虎成，林良彪，宋榮彩

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059；2.中國石化國際勘探開發(fā)公司，北京100086）

目前國內(nèi)陸相頁巖氣勘探在鄂爾多斯盆地中生界三疊系延長組長7、長9油層組獲得了突破［1，2］，而在四川盆地目前主要在海相下寒武統(tǒng)牛蹄塘組和下志留統(tǒng)龍馬溪組取得了較大進(jìn)展［3－5］。但四川盆地陸相地層，如三疊系須家河組、侏羅系自流井組、千佛崖組等也廣泛分布著良好的富有機(jī)質(zhì)頁巖段，這些頁巖段在鉆井錄井、氣測以及新鉆井現(xiàn)場取樣解析中都表現(xiàn)了一定的含氣量［6］；因此四川盆地陸相頁巖氣也具有一定的勘探潛力。川西—川北地區(qū)侏羅系千佛崖組油氣地質(zhì)的研究目前還主要集中于常規(guī)油氣領(lǐng)域，針對(duì)頁巖氣的研究還很薄弱，地質(zhì)認(rèn)識(shí)及相關(guān)資料欠缺，因此加強(qiáng)頁巖氣勘探工作，特別是將千佛崖組頁巖氣與常規(guī)油氣一起開展綜合勘探，有望促進(jìn)該段頁巖氣勘探開發(fā)的突破。

本文通過對(duì)老井復(fù)查過程中發(fā)現(xiàn)千佛崖組頁巖段往往見有氣測異常，如普光地區(qū)普光3井在3 171～3 189.35m深度鉆遇千佛崖組的灰黑色泥巖段時(shí)具有良好的氣顯示，氣測全烴值為4.8259%～35.8114%，槽面無色針孔狀密集型氣泡占槽面20%～30%；另外，在元壩地區(qū)元陸4井鉆探過程中對(duì)千佛崖組頁巖段取樣進(jìn)行現(xiàn)場解析獲得平均含氣量1.365m3／t：表明該套頁巖具有一定的頁巖氣勘探潛力。

1 沉積環(huán)境及地質(zhì)背景

川西—川北地區(qū)侏羅系千佛崖組頂部砂巖有介殼層斷續(xù)岀露，可作為與上覆下沙溪廟組的分層標(biāo)志之一［7］；底部普遍存在石英砂巖、含礫砂巖或礫巖，與下伏自流井組呈整合或沖刷接觸［8］（圖1）。川西－川北地區(qū)千佛崖組自頂向底可劃分為上雜色段、中黑色段、下雜色段（圖1）。千佛崖組主要分布在龍門山前緣的彭州、江油、廣元一線及米倉山—大巴山前緣的萬源一帶；地層厚度為30～350m，總體表現(xiàn)為東厚西薄的特點(diǎn)。

圖1 千佛崖組巖性柱狀圖Fig.1 Lithological column of Qianfoya Formation

中侏羅世早期（相當(dāng)于千佛崖組／新田溝組沉積時(shí)期）大體上繼承了早侏羅世的沉積格局，沉積和沉降中心仍在北部廣元—巴中—萬縣一帶，呈近東西向展布。由于受到燕山運(yùn)動(dòng)的影響，四川盆地東部湖盆基底普遍抬升，有一次明顯的水退過程，使湖底一度普遍露出水面、遭受侵蝕；隨后湖盆相對(duì)下降，廣大地區(qū)處于淺湖—濱湖或?yàn)I湖沼澤環(huán)境。千佛崖組沉積時(shí)期，研究區(qū)西部龍門山前緣地區(qū)自西向東依次發(fā)育沖積扇—沖積平原、三角洲平原—三角洲前緣—前三角洲、濱淺湖沉積；沖積扇沉積主要發(fā)育在龍門山前緣的安縣地區(qū)；沖積平原、三角洲平原沉積主要發(fā)育在沿龍門山前緣較窄的帶狀范圍內(nèi)，該范圍以龍門山南段邛崍火井至龍門山中段川鴨92井、龍門山北段的江油地區(qū)、廣元工農(nóng)鎮(zhèn)地區(qū)為界；三角洲前緣沉積以發(fā)育水下分流河道微相為主，延伸相對(duì)較遠(yuǎn)，自北向南依次為劍門101井、關(guān)基井、川泉171井及金堂、龍泉地區(qū)；三角洲前緣朵體之間以發(fā)育濱淺湖沉積為主。研究區(qū)北部—東北部主要發(fā)育3個(gè)三角洲前緣朵體，三角洲前緣朵體之間以發(fā)育濱淺湖沉積為主，由西向東延伸至元壩1井、川巴88井、川岳83井、天池1井及營山、渠縣等地區(qū)。研究區(qū)南部的三角洲前緣朵體延伸至南充、岳池等地區(qū)。千佛崖組的半深湖—深湖沉積相對(duì)不發(fā)育，大部分地區(qū)主要以濱淺湖沉積為主，相對(duì)自流井組第四段沉積時(shí)期的濱淺湖沉積有所萎縮［9］。

2 富有機(jī)質(zhì)頁巖電性特征及分布

千佛崖組頁巖以TOC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wTOC）＞1.5%作為富有機(jī)質(zhì)頁巖段，其測井曲線特征與砂巖相比表現(xiàn)為“三高一低”，即高自然伽馬、高聲波、高電阻、低密度。頁巖自然伽馬一般為60～160API，隨砂質(zhì)（或硅質(zhì)膠結(jié)物）含量增加而降低；電阻率一般為20～150Ω·m，且隨著泥質(zhì)含量的增多而降低；聲波時(shí)差為高幅值，多在210～320μs／m之間，并且隨泥質(zhì)含量增多而增大，少數(shù)可高達(dá)350μs／m以上；富有機(jī)質(zhì)頁巖段密度測井表現(xiàn)為相對(duì)低值（圖2）。

根據(jù)wTOC＞1.5%的富有機(jī)質(zhì)頁巖段的電性響應(yīng)特征，對(duì)單井富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。千佛崖組富有機(jī)質(zhì)頁巖在川西—川北地區(qū)分布相對(duì)穩(wěn)定，厚度一般為70m；厚度較大區(qū)域分布在宣漢、達(dá)州北部區(qū)域，其中七里21井區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度達(dá)到361m，達(dá)州地區(qū)龍會(huì)4井區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度達(dá)到422m（圖3）。頁巖厚度分布明顯受該時(shí)期沉積環(huán)境的控制。

根據(jù)川西—川北鉆遇千佛崖組頁巖鉆井統(tǒng)計(jì)來看，該套頁巖埋深1.0～3.4km，總體上由南向北埋藏加深，廣安、遂寧、達(dá)州、德陽南等埋深＜1.5km，綿陽、閬中以北埋深＞3km；但參照目前國內(nèi)頁巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1），該套頁巖從埋藏深度來看在多數(shù)地區(qū)基本上都達(dá)到了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 川西—川北地區(qū)千佛崖組頁巖氣潛力評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard of the shale gas potential evaluation parameters of Qianfoya Formation in western and northern Sichuan Basin

圖2 充深2井千佛巖組富有機(jī)質(zhì)頁巖地質(zhì)綜合剖面圖Fig.2 Organic－rich shales Comprehensive profile of the shale rich in organic mass in Qianfoya Formation in Well Chongshen 2

圖3 千佛崖組富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度分布圖Fig.3 Thickness map of the shale rich in organic mass in Qianfoya Formation

3 富有機(jī)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層地球化學(xué)特征

3.1 有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)千佛崖組富有機(jī)質(zhì)泥頁巖干酪根同位素的分析表明，其δ13C值平均為－23.3‰，有機(jī)質(zhì)類型絕大多數(shù)為Ⅲ型和Ⅱ2型，局部地區(qū)存在Ⅰ型干酪根［10，11］。其中Ⅰ型干酪根主要分布在鹽亭至西充地區(qū)（即圖4中金1井、角13井區(qū)周圍）；Ⅱ型主要沿成都—閬中—巴中—達(dá)州地區(qū)以及云和2井—天東12井—門南1井呈北東—南西向分布；其他地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖干酪根類型主要為Ⅲ型［12］（圖4）。

3.2 TOC分布

千佛崖組wTOC主要為0.1%～2.1%；wTOC變化特征是由盆地中西部向邊部逐漸降低。千佛崖組頁巖段有機(jī)碳含量總體偏低，相對(duì)高值區(qū)集中在閬中、南充、成都之間的區(qū)域和大竹至梁平區(qū)域的天西2井區(qū)，這2個(gè)分布區(qū)wTOC均超過1.5%；而川西地區(qū)的德陽至綿陽、江油、劍閣、廣元以及川東北部巴中、達(dá)州以東地區(qū)wTOC多在0.6%以下（圖5、圖6）。

圖4 千佛崖組富有機(jī)質(zhì)頁巖有機(jī)質(zhì)類型分布圖Fig.4 Distribution of shale type rich in organic mass of Qianfoya Formation

圖5 千佛崖組頁巖段wTOC統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.5 wTOChistogram of the shale in Qianfoya Formation

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度及演化

千佛崖組頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）主要為0.46%～1.52%，區(qū)域上呈現(xiàn)北高南低的變化特征，德陽至綿陽、梓潼、旺蒼、儀隴、平昌、通江的頁巖有機(jī)質(zhì)演化程度相對(duì)高，Ro值一般達(dá)到1.0%以上，特別是元壩地區(qū)達(dá)到了1.5%；而研究區(qū)南部的南充、廣安以及開江至梁平地區(qū)頁巖有機(jī)質(zhì)演化程度低，Ro值多數(shù)小于0.6%（圖7）［11］。

4 勘探潛力及方向

在對(duì)千佛崖組富有機(jī)質(zhì)頁巖的分布特征、地化指標(biāo)特征研究的基礎(chǔ)上，對(duì)其頁巖氣勘探潛力分析是參照國土資源部油氣中心《2013年全國頁巖氣潛力調(diào)查及有利區(qū)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行（表1）。主要選取了面積、厚度、埋深、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)演化程度及地表?xiàng)l件6項(xiàng)指標(biāo)。其中有利區(qū)面積＞100km2；連續(xù)厚度≥30m；wTOC平均≥1.5%；根據(jù)干酪根類型，對(duì)應(yīng)Ⅰ型干酪根Ro＞1.2%、Ⅱ型干酪根Ro＞0.7%、Ⅲ型干酪根Ro＞0.5%；地形應(yīng)選擇高差較小的區(qū)域。

圖6 千佛崖組頁巖段TOC平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布圖Fig.6 Average mass fraction of TOC distribution of the shale in Qianfoya Formation

圖7 千佛崖組頁巖氣勘探潛力區(qū)分布圖Fig.7 Shale gas exploration potential areas in Qianfoya Formation

按照上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，千佛崖組頁巖由于wTOC總體偏小，按照wTOC＞1.5%的標(biāo)準(zhǔn)，僅在研究區(qū)中部及東南部區(qū)域可以達(dá)到；再綜合考慮有機(jī)質(zhì)的演化、厚度及地形情況，可選出的千佛崖組頁巖氣勘探潛力區(qū)及方向主要集中在綿陽—閬中—巴中—南充之間呈“L”形展布區(qū)域以及德陽至遂寧之間的西充地區(qū)。其中西充地區(qū)勘探有利區(qū)的面積偏小，因此，綿陽—閬中—巴中—南充之間呈“L”形的有利區(qū)是千佛崖組頁巖氣勘探最有利區(qū)域（圖7）。

5 結(jié)論

a.對(duì)照千佛崖組頁巖段有機(jī)質(zhì)豐度和測井響應(yīng)特征，分析并獲得了富有機(jī)質(zhì)頁巖段的測井響應(yīng)特征，為單井富有機(jī)質(zhì)頁巖段的識(shí)別、劃分和厚度統(tǒng)計(jì)提供了基礎(chǔ)；在此基礎(chǔ)上編制了富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度分布圖，認(rèn)識(shí)到該套頁巖具有一定的厚度，且分布穩(wěn)定，埋藏相對(duì)較淺。

b.從該套頁巖的有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化程度方面對(duì)頁巖品質(zhì)進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，認(rèn)為該套頁巖主要以Ⅱ型、Ⅲ型干酪根為主，局部存在Ⅰ型干酪根；有機(jī)質(zhì)豐度整體偏低，但在研究區(qū)中部及東南部有機(jī)質(zhì)豐度＞2%，為較好的富有機(jī)質(zhì)頁巖分布區(qū)；熱演化程度北高南低，北部Ro普遍 為 0.8% ～1.2%，南 部 一 般 為 0.6% ～0.8%。因此，研究區(qū)千佛崖組頁巖地球化學(xué)品質(zhì)具有較大差異性，主要體現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)豐度和熱演化程度上，這2個(gè)條件應(yīng)該是該套頁巖氣勘探開發(fā)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。

c.參照國土資源部油氣中心《2013年全國頁巖氣潛力調(diào)查及有利區(qū)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)》，綜合千佛崖組頁巖的分布、埋深、地球化學(xué)品質(zhì)，認(rèn)為綿陽—閬中—巴中—南充之間呈“L”形的區(qū)域?yàn)榍Х鹧陆M頁巖氣勘探的最有利區(qū)域。

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