湖北及周緣五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣資源潛力

石 創(chuàng)，徐思煌，拜文華，吳 娟，4

(1.構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074；2.中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東 廣州 510240；3.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007；4.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

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湖北及周緣五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣資源潛力

石 創(chuàng)1，2，徐思煌1，拜文華3，吳 娟1，4

(1.構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074；2.中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東 廣州 510240；3.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007；4.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

奧陶世五峰期—志留世龍馬溪期湖北地區(qū)處于淺海陸棚環(huán)境中，以泥頁(yè)巖沉積為主。類比分析認(rèn)為，該套泥頁(yè)巖層與北美頁(yè)巖氣高產(chǎn)層具有相似的構(gòu)造演化和地質(zhì)條件，具備形成頁(yè)巖氣聚集的有利條件。分析研究區(qū)頁(yè)巖氣成藏條件，提出頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)的優(yōu)選原則，結(jié)合TOC、鏡質(zhì)體反射率、有效厚度與埋深等值線圖交集結(jié)果以及沉積相平面展布，優(yōu)選勘探有利區(qū)塊。采用體積豐度類比法計(jì)算有利區(qū)資源量，初步估算五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣資源量為2.48×1012m3，顯示出該區(qū)巨大的資源潛力。

頁(yè)巖氣；成藏條件；資源潛力；五峰組—龍馬溪組；湖北及其周緣

0 引 言

頁(yè)巖氣具有賦存狀態(tài)和成因類型多樣化、自生自儲(chǔ)、原地成藏的特點(diǎn)[1]。中國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地層十分發(fā)育，特別是中揚(yáng)子區(qū)古生界海相地層。中揚(yáng)子區(qū)與北美頁(yè)巖氣產(chǎn)出盆地具有很多地質(zhì)相似性，二者均是古生代海相沉積背景下發(fā)育的富有機(jī)碳頁(yè)巖，后期均經(jīng)大幅度構(gòu)造抬升和強(qiáng)烈地質(zhì)改造，分析認(rèn)為中揚(yáng)子區(qū)具備頁(yè)巖氣勘探條件[2-3]，為此，重點(diǎn)研究湖北及其周緣五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件，分析其資源潛力。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

在大地構(gòu)造位置上，湖北大部位于中揚(yáng)子區(qū)(圖1)。

圖1 湖北及周緣奧陶世五峰期—志留世龍馬溪期沉積相

奧陶世五峰期—志留世龍馬溪期湖北省全部處于陸棚環(huán)境中。奧陶世五峰期，由于秦嶺—淮陽(yáng)區(qū)和江南區(qū)基底斷塊上升，省內(nèi)大部分地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)闇\海滯留盆地環(huán)境，發(fā)育了一套黑灰色，風(fēng)化后為黃綠色、淺紫色的薄層狀黏土巖。志留世龍馬溪初期，大部分地區(qū)繼承了五峰期的淺海滯留盆地環(huán)境，巖性以黑色風(fēng)化后呈紫灰、灰白色炭質(zhì)頁(yè)巖，硅質(zhì)頁(yè)巖為主。龍馬溪中晚期，大量陸源細(xì)碎屑物質(zhì)快速向盆地傾注，使大部分地區(qū)發(fā)育陸源碎屑為主的淺海陸棚環(huán)境，發(fā)育了黃綠、藍(lán)灰色粉砂質(zhì)頁(yè)巖、水云母頁(yè)巖[4]。

2 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣成藏條件及探區(qū)優(yōu)選

2.1 頁(yè)巖氣成藏條件

頁(yè)巖氣的成藏受多種因素的影響，通過(guò)對(duì)美國(guó)頁(yè)巖氣盆地的地質(zhì)特征和含氣頁(yè)巖成藏條件分析認(rèn)為，泥頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類型、成熟度、巖石礦物組成、儲(chǔ)集空間類型與特征、厚度、埋深等影響到頁(yè)巖氣的形成、富集及勘探開發(fā)前景[1]。

2.1.1 有機(jī)質(zhì)豐度

研究區(qū)五峰組—龍馬溪組以優(yōu)質(zhì)氣源巖為主[5-7](表1)。

表1 湖北及周緣五峰組—龍馬溪組總有機(jī)碳含量、鏡質(zhì)體反射率統(tǒng)計(jì)

除江漢平原區(qū)外，鄂西渝東區(qū)、湘鄂西區(qū)、甚至鄂東南區(qū)，TOC基本大于2.0%。比較而言，鄂西渝東區(qū)TOC最高，為3.0%～4.0%。有機(jī)質(zhì)豐度是評(píng)價(jià)油氣生成能力的關(guān)鍵指標(biāo)，目前多認(rèn)為TOC等于1.0%或2.0%為頁(yè)巖氣氣源巖下限，考慮到研究區(qū)后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，不利于游離氣的保存，而TOC與吸附氣含量存在密切的正相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)豐度高，吸附性強(qiáng)，有利于頁(yè)巖氣的賦存；同時(shí)，受限于目前中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)技術(shù)的制約，將TOC=2.0%作為此次研究下限值。

2.1.2 有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)美國(guó)主要頁(yè)巖氣盆地的資料，產(chǎn)氣頁(yè)巖中的干酪根主要以Ⅰ型與Ⅱ1型為主，也有部分為Ⅲ型。根據(jù)前人研究成果，研究區(qū)五峰組—龍馬溪組泥頁(yè)巖干酪根類型好，屬易于生油氣的腐泥型(Ⅰ)和腐殖—腐泥型(Ⅱ1)。

2.1.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

不同類型干酪根主生氣期對(duì)應(yīng)的鏡質(zhì)體反射率不同，I型干酪根Ro為1.2%～2.3%，Ⅱ1型干酪根Ro為1.1%～2.6%，Ⅲ型干酪根Ro為0.7%～2.0%，海相石油Ro為1.5%～3.5%。根據(jù)北美頁(yè)巖氣勘探開發(fā)結(jié)果，形成頁(yè)巖氣的泥頁(yè)巖Ro為0.4%～3.0%，甚至更高?？紤]到研究區(qū)泥頁(yè)巖干酪根類型及海相沉積背景，將頁(yè)巖氣有利發(fā)育區(qū)的含氣頁(yè)巖Ro確定為1.5%～3.0%。資料顯示，研究區(qū)五峰組—龍馬溪組泥頁(yè)巖成熟度有利于頁(yè)巖氣勘探(表1)。

2.1.4 儲(chǔ)層巖石礦物組成

黏土礦物有利于頁(yè)巖氣的吸附，脆性礦物是決定頁(yè)巖儲(chǔ)層特性的重要因素。北美含氣頁(yè)巖脆性礦物含量高達(dá)30%～70%，最好的Barnett頁(yè)巖產(chǎn)層石英含量為45%，黏土含量?jī)H為27%[8]。研究區(qū)五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖的脆性礦物和黏土礦物含量與Barnett頁(yè)巖相似(圖2)，目的層方解石含量極低，分析認(rèn)為樣品為露頭樣品，方解石等碳酸鹽巖礦物多被分解。參考國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，有利區(qū)頁(yè)巖的黏土礦物含量上限為30%，脆性礦物含量下限為40%。

圖2 研究區(qū)目的層泥頁(yè)巖與美國(guó)Barnett頁(yè)巖礦物含量對(duì)比

2.1.5 儲(chǔ)集空間類型

泥頁(yè)巖中的微孔隙、微裂縫發(fā)育程度直接關(guān)系到頁(yè)巖氣的儲(chǔ)量大小和勘探開發(fā)價(jià)值。泥頁(yè)巖樣品掃描電鏡結(jié)果顯示，研究區(qū)大部分樣品中微孔隙和微裂縫均較發(fā)育。由于構(gòu)造變形強(qiáng)烈地區(qū)斷層活化不利于游離氣的保存，同時(shí)造成孔隙系統(tǒng)的壓力降低，降低吸附氣含量。因此，變形弱、距離斷裂帶遠(yuǎn)且微孔、縫較發(fā)育地區(qū)為有利區(qū)塊。

2.1.6 厚度和埋深

一定的頁(yè)巖厚度和埋深是形成頁(yè)巖氣富集區(qū)的基本條件，是影響頁(yè)巖氣產(chǎn)能、保存和開采的重要因素。研究區(qū)五峰組—龍馬溪組厚度較大，有效厚度(TOC>2.0%)普遍為20～80 m。在江漢平原區(qū)埋藏較深，多大于5 000 m，鄂西渝東區(qū)和湘鄂西區(qū)埋深較淺，多小于3 000 m。根據(jù)湖北地區(qū)的實(shí)際情況，確定有利區(qū)的有效泥頁(yè)巖厚度下限為30 m，埋深范圍為500～3 500 m。

2.2 探區(qū)優(yōu)選

綜合以上分析提出頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)優(yōu)選原則，即：TOC>2.0%；干酪根類型主要為Ⅰ和Ⅱ1型；Ro為1.5%～3.0%；脆性礦物含量大于40%；黏土礦物含量小于30%；變形弱、距離斷裂帶遠(yuǎn)且微孔、縫較發(fā)育；有效厚度下限為30～50 m；埋深為500～3 500 m；構(gòu)造運(yùn)動(dòng)早于生排烴時(shí)期或二者同時(shí)。通過(guò)等值線圖多參數(shù)交集，結(jié)合沉積相平面展布，依據(jù)優(yōu)選原則對(duì)五峰組—龍馬溪組進(jìn)行有利區(qū)優(yōu)選(圖3)。共優(yōu)選5個(gè)有利區(qū)，分別為利川區(qū)塊(A1)、咸豐—恩施—宣恩區(qū)塊(A2)、來(lái)鳳區(qū)塊(A3)、遠(yuǎn)安區(qū)塊(A4)和鐘祥區(qū)塊(A5)。

圖3 湖北及周緣五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)

3 資源量計(jì)算

研究區(qū)目前處于頁(yè)巖氣勘探開發(fā)初期，普遍缺乏基礎(chǔ)地質(zhì)資料，類比法成為該區(qū)資源量估算最為合理和有效的方法。有效泥頁(yè)巖厚度是影響頁(yè)巖氣成藏的重要因素之一，為了消除有效泥頁(yè)巖厚度對(duì)類比法估算評(píng)價(jià)區(qū)資源量的影響，采用體積豐度類比法進(jìn)行資源量估算：

Q=aqV

(1)

式中：Q為評(píng)價(jià)區(qū)資源量，108m3；a為類比系數(shù)，等于評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)類比總分與刻度區(qū)地質(zhì)類比總分之比；q為刻度區(qū)資源豐度，108m3/km3；V為評(píng)價(jià)區(qū)有效泥頁(yè)巖體積，km3。

3.1 刻度區(qū)優(yōu)擇

五峰組—龍馬溪組泥頁(yè)巖地質(zhì)特征(表2)與美國(guó)五大頁(yè)巖氣系統(tǒng)特征對(duì)比分析得到，Appalachian盆地Ohio頁(yè)巖與研究區(qū)具有相似的地質(zhì)背景和沉積環(huán)境。二者皆為前陸撓曲形成滯留沉積環(huán)境，有利于還原環(huán)境的形成，且目的層位形成時(shí)代最為接近，勘探程度高，因此，選擇Appalachian盆地Ohio頁(yè)巖作為類比刻度區(qū)。

表2 湖北及周緣五峰組—龍馬溪組和Ohio頁(yè)巖各類參數(shù)特征

3.2 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)擬定

以頁(yè)巖氣探區(qū)優(yōu)選參數(shù)為依據(jù)，參考前人頁(yè)巖氣資源量預(yù)測(cè)類比參數(shù)得分標(biāo)準(zhǔn)[9-10]，擬定較為合適的頁(yè)巖氣資源量預(yù)測(cè)類比參數(shù)得分標(biāo)準(zhǔn)(表3)。美國(guó)主要頁(yè)巖氣盆地產(chǎn)氣泥頁(yè)巖中不同干酪根類型的泥頁(yè)巖均生成了大量的氣，說(shuō)明干酪根類型對(duì)于頁(yè)巖氣成藏的影響相對(duì)較小，因此干酪根類型不作為湖北及周緣五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣資源潛力類比評(píng)分參數(shù)。

表3 頁(yè)巖氣資源量預(yù)測(cè)類比參數(shù)得分標(biāo)準(zhǔn)

3.3 類比系數(shù)求取及資源量計(jì)算

按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)湖北及周緣五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣各單項(xiàng)條件進(jìn)行打分(表4)。對(duì)各參數(shù)得分進(jìn)行極大值標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除不同數(shù)量級(jí)和觀測(cè)量綱造成的影響。對(duì)處理后的參數(shù)得分進(jìn)行主因子分析，提取公共因子，得到初始特征值和因子載荷矩陣(表5)。

表4 頁(yè)巖氣資源量評(píng)價(jià)區(qū)類比參數(shù)得分

表5 類比參數(shù)因子分析矩陣及因子得分系數(shù)矩陣

為更好地找出公共因子的意義，運(yùn)用加入Kaiser常態(tài)化的方差最大旋轉(zhuǎn)法，得到3個(gè)公共因子。這3個(gè)因子的方差貢獻(xiàn)率分別為36.658%、32.734%、24.635%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為94.028%，基本可反映這8個(gè)參數(shù)的信息。因子1包括TOC、Ro和孔、縫發(fā)育程度，反映生烴條件和儲(chǔ)集物性；因子2涵蓋了黏土礦物含量、有效厚度、匹配關(guān)系，反映儲(chǔ)層有效性；因子3由脆性礦物含量和有效泥頁(yè)巖埋深組成，主要反映開采條件。

根據(jù)因子得分系數(shù)矩陣建立各公共因子與類比參數(shù)得分的計(jì)算公式，分別求取公共因子F1、F2、F3。在得出公共因子的基礎(chǔ)上，結(jié)合各公共因子的方差貢獻(xiàn)率，得到刻度區(qū)和評(píng)價(jià)區(qū)綜合得分F的計(jì)算公式，即F=(36.658F1+32.734F2+24.635F3)/94.028。

綜合得分涵蓋了頁(yè)巖氣藏的多種影響因素，可用來(lái)評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣成藏條件，綜合得分越高，勘探潛力越大。用評(píng)價(jià)區(qū)綜合得分除以刻度區(qū)綜合得分，得到相似系數(shù)。利用刻度區(qū)和評(píng)價(jià)區(qū)頁(yè)巖氣特征參數(shù)，結(jié)合式(1)，計(jì)算得出評(píng)價(jià)區(qū)頁(yè)巖氣資源量?？潭葏^(qū)頁(yè)巖氣含量為1.7～2.8 m3/t，評(píng)價(jià)區(qū)泥頁(yè)巖密度取值為2.47 t/m3[11]，計(jì)算結(jié)果求取均值，得到研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探開發(fā)有利區(qū)資源量排序?yàn)锳1(8 529.0×108m3)、A2(7 172.3×108m3)、A5(3 873.7×108m3)、A3(3 533.8×108m3)、A4(1 644.9×108m3)，總資源量估值為2.48×1012m3。

4 結(jié) 論

(1) 湖北及周緣五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖與北美高產(chǎn)頁(yè)巖氣頁(yè)巖在頁(yè)巖氣形成條件上具有諸多相似性，具備形成頁(yè)巖氣聚集的有利地質(zhì)條件。

(2) 分析對(duì)比國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣成藏條件，提出頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)塊優(yōu)選原則。針對(duì)研究區(qū)目的層優(yōu)選出利川區(qū)塊、咸豐—恩施—宣恩區(qū)塊、來(lái)鳳區(qū)塊、遠(yuǎn)安區(qū)塊和鐘祥區(qū)塊。

(3) 采用體積豐度類比法計(jì)算有利區(qū)資源量，利用因子分析求取類比系數(shù)，初步估算五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣資源量為2.48×1012m3，顯示出該區(qū)巨大的頁(yè)巖氣資源潛力。

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編輯 姜 嶺

20150515；改回日期：20151107

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“頁(yè)巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05018)

石創(chuàng)(1988-)，男，助理工程師，2011年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源勘查專業(yè)，2014年畢業(yè)于該校礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事資源評(píng)價(jià)、油氣成藏研究工作

徐思煌(1964-)，男，教授，1985年畢業(yè)于長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查專業(yè)，2000年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)古生物與地層學(xué)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事石油及天然氣地質(zhì)學(xué)研究與教學(xué)工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.014

TE122.2

A

1006-6535(2015)06-0065-05