鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁巖氣勘探潛力研究

梁榜，何生，陳學輝，李晨溪，劉莉，張夢吟

（1.中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢 430223；2.中國地質(zhì)大學資源學院，湖北 武漢 430074；3.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249）

鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁巖氣勘探潛力研究

梁榜1，2，何生2，陳學輝1，李晨溪3，劉莉1，張夢吟1

（1.中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢 430223；2.中國地質(zhì)大學資源學院，湖北 武漢 430074；3.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249）

鄂西渝東地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段發(fā)育厚層灰黑色頁巖，鉆井揭示氣顯示良好。文中利用露頭、鉆井、測井、分析化驗、測試等資料，從頁巖沉積特征、有機地化特征、儲集條件及含氣性等方面對東岳廟段頁巖進行了系統(tǒng)研究。結果表明：該段以淺湖—半深湖沉積為主，富有機質(zhì)頁巖發(fā)育，有機質(zhì)豐度高，熱演化程度適中，含氣性較好，具備頁巖氣形成的有利地質(zhì)條件；頁巖氣富集主要受有機質(zhì)豐度、熱演化程度、儲集物性及裂縫發(fā)育程度等關鍵因素控制。據(jù)此，初步建立了適合本區(qū)陸相頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選標準，并根據(jù)標準優(yōu)選區(qū)內(nèi)西北部樂福店—臨溪場為東岳廟段陸相頁巖氣勘探有利區(qū)。

陸相頁巖氣；地質(zhì)條件；富集控制因素；東岳廟段；鄂西渝東地區(qū)

鄂西渝東地區(qū)位于四川盆地東緣，構造位于揚子準地臺川東褶皺帶方斗山復背斜以東，夾于齊岳山復背斜和方斗山復背斜之間。通過對老井——J111井井深660 m東岳廟段頁巖進行試氣，獲日產(chǎn)3 131 m3工業(yè)氣流，實現(xiàn)該區(qū)頁巖氣勘探的突破。在此基礎上，部署鉆探的水平井JYHF-1井測試獲1.2×104m3/d工業(yè)氣流，證實了該區(qū)東岳廟段陸相頁巖氣具有較好的勘探開發(fā)前景。本文以鄂西渝東地區(qū)野外剖面地質(zhì)調(diào)查資料、最新鉆探的井下資料分析結果為基礎，對下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段頁巖氣形成地質(zhì)條件進行了分析，初步明確了研究區(qū)東岳廟段頁巖氣富集的關鍵控制因素主要是有機質(zhì)豐度、熱演化程度、儲集物性及裂縫發(fā)育程度等，優(yōu)選了區(qū)內(nèi)西北部樂福店—臨溪場為東岳廟段陸相頁巖氣勘探有利區(qū)。

1 頁巖氣基本地質(zhì)條件

1.1 頁巖發(fā)育特征

晚三疊末期，地殼發(fā)生差異升降運動，隨著凹陷低洼地填平補齊和南、北緣隆升活動，湖水向四川盆地中部收縮［1-2］。早侏羅世東岳廟沉積時期，鄂西渝東地區(qū)東岳廟段為淺湖—半深湖沉積環(huán)境，沉積以黑色、黑灰色頁巖為主，夾薄層深灰色粉砂巖及含介殼灰?guī)r，平面上主要分布于石柱復向斜，面積近4 000 km2（見圖1）。

圖1 鄂西渝東地區(qū)地理位置

區(qū)內(nèi)東岳廟段地層分布穩(wěn)定，中、上部以灰色、深灰色泥巖為主，夾薄層黑灰色介殼灰?guī)r。中下部為一套富含有機質(zhì)頁巖，以灰黑色頁巖、含介殼頁巖為主，夾薄層淺灰色介殼灰?guī)r、灰色粉砂巖［3］；頁巖單層厚度5.0～20.0 m，累計厚度40.0～80.0 m不等，平均厚度54.5 m，是該區(qū)陸相頁巖氣勘探的主要目的層；產(chǎn)較豐富的雙殼類化石，電性特征為自然伽馬高值；與下伏珍珠沖段為整合接觸。

1.2 頁巖有機地化特征

1.2.1 有機碳質(zhì)量分數(shù)

頁巖有機碳質(zhì)量分數(shù)（TOC）是評價頁巖氣是否具有開采價值的重要指標之一［4-6］。通過YJHF-1井、J111井及利川謀道等剖面樣品分析測試，證實東岳廟段為主力烴源巖層系之一（見圖2）。

縱向上，富含有機質(zhì)頁巖段主要分布在東岳廟段下部。其中：YJHF-1井下部85塊樣品TOC為1.16%～3.22%，平均2.06%，TOC大于2%的樣品占45%；上部44塊樣品TOC為0.23%～1.61%，平均0.99%。平面上，TOC分布在1.00%～1.80%。研究區(qū)東部謀道野外露頭剖面，平均TOC為1.12%，往西至LF1井平均TOC為 1.42%（見表1），具有自東向西TOC增大的特征［7］。

圖2 鄂西渝東地區(qū)東岳廟段露頭及TOC等值線分布

表1 研究區(qū)東岳廟段露頭及鉆井樣品TOC，Ro統(tǒng)計

1.2.2 有機質(zhì)類型及熱演化程度

有機質(zhì)類型不僅影響頁巖生氣能力，同樣也影響頁巖的含氣量。鄂西渝東地區(qū)東岳廟段泥頁巖中腐泥無定形組分質(zhì)量分數(shù)較高，而鏡質(zhì)體反射率（Ro）較低。按類型指數(shù)TI計算結果分類，其有機質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，少量Ⅱ2型。干酪根鏡質(zhì)體反射率大多分布在0.82%～1.45%（見表1），平均為1.29%，有機質(zhì)處于高成熟生氣階段。綜合有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)類型及熱演化程度等地化特征評價認為，鄂西渝東地區(qū)東岳廟段具有較好的有機地化條件。

1.3 頁巖儲集性能

1.3.1 礦物組成

脆性礦物體積分數(shù)是泥頁巖層可壓性評價的一項重要的指標。北美具備商業(yè)開發(fā)條件的頁巖氣藏，石英體積分數(shù)一般大于40.0%，黏土礦物中伊蒙混層體積分數(shù)平均為24.0%～44.5%［8-11］。

JYHF-1井東岳廟泥巖段巖石全巖分析結果表明，主要脆性礦物為石英、長石、方解石等。其中：石英平均體積分數(shù)為45.39%，長石為3.32%，方解石為16.80%；脆性礦物普遍大于50.00%，黏土為33.32%，其他礦物少量。黏土礦物中以伊蒙混層及伊利石為主，伊蒙混層體積分數(shù)占21.03%～41.26%，伊利石占10.33%～26.5%，含少量高嶺石及綠泥石，不含蒙脫石。測試結果表明，東岳廟段頁巖脆性礦物體積分數(shù)高，黏土礦物中不含蒙脫石，具有較好的可壓性，有利于儲層壓裂改造。

1.3.2 物性特征及儲集空間類型

泥頁巖儲集空間主要為孔隙及裂縫［12-13］。JYHF-1井125塊東岳廟段頁巖物性樣品分析結果顯示：孔隙度0.09%～6.85%，平均 2.31%；滲透率 0～4.18×10-3μm2，平均0.44×10-3μm2。根據(jù)掃描電鏡、鑄體薄片資料分析，頁巖發(fā)育大量有機質(zhì)孔，無機孔主要發(fā)育黏土礦物粒間溶孔、晶間孔。

針對鄂西渝東地區(qū)JYHF-1井下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段泥頁巖，利用IB-09010CP型離子截面拋光儀拋光，對564.0～643.0 m井段12塊樣品進行掃描電鏡觀測發(fā)現(xiàn)，泥頁巖發(fā)育多種類型納米級孔隙（孔隙直徑小于0.75 μm），不少孔隙小于100 nm（見圖3）。

圖3 JYHF-1井納米級孔隙、裂隙氬離子拋光掃描電鏡照片

納米級孔隙呈平面上圓形、橢圓形及不規(guī)則形狀，空間上形成管柱狀、洞穴狀等復雜內(nèi)部結構（見圖3a，3b，3d，3e，3f，3h），管狀孔隙吼道連接納米級孔隙（見圖3d，g）。泥頁巖比表面積大，結構復雜。豐富的內(nèi)表面積可通過吸附方式儲存大量氣體，是吸附態(tài)賦存的天然氣主要儲集空間；這類孔隙以有機質(zhì)生烴形成的有機質(zhì)顆粒中的粒內(nèi)納米級孔隙為主（見圖3a，3b，3c）。東岳廟段富有機質(zhì)泥頁巖中發(fā)育有較大非有機質(zhì)顆粒（如黃鐵礦微球粒等），這些顆粒邊緣和內(nèi)部包含納米級孔隙（見圖3e，3f，3g，3h）；同時，極細粒非有機質(zhì)基質(zhì)也有納米級孔隙分布，這些孔隙可能是受某些顆粒邊緣限制的粒間納米級孔隙。

1.3.3 裂縫發(fā)育特征

裂縫按發(fā)育規(guī)?？煞譃楹暧^裂縫和微觀裂縫，按成因可分為構造裂縫、成巖裂縫、異常高壓裂縫等。本區(qū)裂縫主要為構造裂縫，發(fā)育在建南構造高點部位，并且沿構造長軸分布。從J111井偶極聲波測井上可看出，裂縫較集中發(fā)育在東岳廟段下部618～629 m。JYHF-1井取心段上部頁巖以構造裂縫為主，多是半充填—未充填的斜交或垂直細縫，縫寬一般大于1 mm；中下部見充填網(wǎng)狀全—半充填中型裂縫，縫寬為2～8 mm。成像測井分析表明，裂縫主要發(fā)育在東岳廟段中下部。

1.4 頁巖含氣性特征

1.4.1 鉆井氣測顯示

統(tǒng)計研究區(qū)內(nèi)鉆穿侏羅系的老井發(fā)現(xiàn)，鉆遇東岳廟段黑色頁巖的共42口，均見到不同程度氣測顯示，且表現(xiàn)為氣測異常高值，常見氣侵、井涌、井噴等不同級別。其中：JYHF-1井在東岳廟段下部取心鉆進中，見良好氣顯示58.45 m/1層；巖心出筒及浸水試驗普遍見氣泡逸出，多為針孔串珠狀，氣顯示點平均為每米15～55處，顯示主要集中在介殼富集成層的層面縫及頁巖層理縫中。東岳廟段氣測異常集中位于下部60～80 m，且顯示段連續(xù)，表明該段下部在整個區(qū)域普遍含氣。

1.4.2 頁巖含氣量

本文利用 JYHF-1等溫吸附實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)Langmuir方程換算為對應的壓力和溫度條件下吸附氣含氣量（見表2）：

式中：Vx，VL分別為吸附氣體積和地層溫度條件下的Langmuir體積，m3/t；p，pL分別為地層壓力和地層溫度條件下的Langmuir壓力，MPa。

表2 JYHF-1井東岳廟段等溫吸附實驗計算含氣量

總含氣量（Vz=Vx+Vy）為0.895 0～2.768 2 m3/t，平均為1.628 0 m3/t（見表2），說明研究區(qū)該段泥頁巖具有較好的含氣性，具備形成頁巖氣的地質(zhì)條件。

2 富集主控因素分析

通過對研究區(qū)東岳廟段頁巖氣富集主控因素進行探討，發(fā)現(xiàn)東岳廟段頁巖氣富集與有機碳質(zhì)量分數(shù)、熱演化程度、儲集物性及裂縫發(fā)育程度密切相關［14］。

2.1 有機碳質(zhì)量分數(shù)與含氣性呈正相關關系

有機碳質(zhì)量分數(shù)是頁巖氣富集成藏最重要的控制因素之一，不僅控制著頁巖的物理化學性質(zhì),也在一定程度上控制著頁巖裂縫的發(fā)育程度,更重要的是控制著頁巖的含氣量［15］。以JYHF-1井取心井段為例來分析有機碳質(zhì)量分數(shù)對頁巖氣富集的影響（見圖4）。

圖4中，根據(jù)TOC值將層位分為3段：井深562.73～591.23m為A段，共分析58塊樣品，TOC最高0.66%,最低0.18%，平均為0.37%，TOC相對較低；井深591.73～626.23 m為B段，共分析70塊樣品，TOC最高3.22%，最低0.68%，平均為1.46%，TOC相對較高；井深626.23～643.00 m為C段，共分析33塊樣品，TOC最高1.92%，最低0.49%，平均為1.17%，TOC中等。從JYHF-1井氣測顯示、含氣量測定結果與TOC關系看（見圖5、圖6），TOC與頁巖氣的富集具有良好的正相關關系。

圖4 JYHF-1井有機碳質(zhì)量分數(shù)影響頁巖氣富集分析

圖5 JYHF-1井氣測全烴與有機碳質(zhì)量分數(shù)的關系

圖6 JYHF-1井現(xiàn)場實測含氣量與有機碳質(zhì)量分數(shù)的關系

2.2 熱演化程度是頁巖氣富集關鍵因素

烴源巖熱演化程度（Ro）不僅決定天然氣的生成方式，還決定氣體組分構成。北美地區(qū)沃斯堡盆地Barnett典型頁巖氣主要以Ⅱ型干酪根為主，頁巖氣主體成于烴源巖熱演化程度大于1.10%生氣窗范圍內(nèi)，主要生氣期的Ro值為1.10%～2.60%，且只有在烴源巖熱演化程度較高的區(qū)域才有頁巖氣產(chǎn)出。由此可見，頁巖的高熱演化程度是制約頁巖氣富集的主要因素，熱演化程度越高越有利于頁巖氣富集。與之對比，鄂西渝東地區(qū)JYHF-1井下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段取樣分析顯示，熱演化程度為1.29%，大于Ⅱ型有機質(zhì)類型生氣窗1.10%，演化階段為干氣階段，主要產(chǎn)出天然氣。研究結果表明：區(qū)內(nèi)東岳廟段烴源巖烴源巖熱演化程度在0.90%～1.40%（見表3），屬高成熟生氣階段；自南東往北西方向，烴源巖Ro值有變大趨勢。

表3 研究區(qū)露頭及鉆井東岳廟段熱演化程度Ro值統(tǒng)計

3 資源前景分析及有利區(qū)優(yōu)選

3.1 頁巖氣資源前景

在黑色頁巖厚度、有機碳質(zhì)量分數(shù)、烴源巖熱演化程度和含氣量等指標綜合分析基礎上，采用體積法計算鄂西渝東地區(qū)東岳廟段埋藏深度在3 500 m以淺區(qū)域頁巖氣總資源量（Q）：

式中：Q為頁巖氣總資源量，108m3；S為評價單元面積，km2；H為含氣泥頁巖段厚度，m；ρ為泥頁巖密度，t/m3。

計算單元面積2 425.89 km2，含氣泥頁巖段厚度58.45 m，泥頁巖密度2.6 t/m3，含氣量1.628 m3/t，則頁巖氣總資源量為5 771.0×108m3，具有較大的頁巖氣勘探前景。

3.2 勘探有利區(qū)優(yōu)選

綜合考慮東岳廟段頁巖氣形成的地質(zhì)條件，結合富集控制因素及資源量計算結果，并參考國外含氣頁巖熱演化特征，建立了鄂西渝東地區(qū)東岳廟段陸相頁巖氣分類評價標準（見表4）。

表4 研究區(qū)東岳廟陸相頁巖氣選區(qū)評價標準

參照已經(jīng)建立的評價標準，對鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁巖氣的勘探有利區(qū)進行優(yōu)選：Ⅰ類有利區(qū)主要分布于樂福店-臨溪場西北部地區(qū)，平均有機碳質(zhì)量分數(shù)大于1.2%、烴源巖熱演化程度大于1.1%的“雙高”區(qū)域，埋深介于1 000～3 000 m；Ⅱ類有利區(qū)平均有機碳質(zhì)量分數(shù)在0.80%～1.20%，烴源巖熱演化程度小于1.10%，埋深介于1 000～3 000 m；Ⅲ類有利區(qū)分布于靠近剝蝕線埋藏較淺或者埋深大于3 000 m區(qū)域，平均有機碳質(zhì)量分數(shù)小于0.80%，烴源巖熱演化程度小于1.10%（見圖7）。

4 結論

1）鄂西渝東地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段以淺湖—半深湖沉積為主，發(fā)育厚層富有機質(zhì)頁巖，有機碳質(zhì)量分數(shù)高，熱演化程度適中，氣顯示特征明顯，具備頁巖氣形成的良好地質(zhì)條件。

圖7 鄂西渝東地區(qū)東岳廟段陸相頁巖氣有利區(qū)綜合評價

2）東岳廟段陸相頁巖氣富集主要受有機碳質(zhì)量分數(shù)、熱演化程度及儲集物性等重要因素控制，有機碳質(zhì)量分數(shù)與含氣性呈良好的正相關關系，熱演化程度是頁巖氣富集的關鍵因素。

3）鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁巖氣資源豐富，利用等溫吸附實驗含氣量數(shù)據(jù)，計算原始資源量為5 771.0× 108m3，具有較好的頁巖氣勘探開發(fā)前景。

4）鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁巖氣有利區(qū)主要分布于平均有機碳質(zhì)量分數(shù)大于1.20%、烴源巖熱演化程度大于1.10%、埋深介于1 000～3 000 m的樂福店-臨溪場西北部地區(qū)。

［1］魏國齊，劉德來，張林，等.四川盆地天然氣分布規(guī)律與有利勘探領域［J］.天然氣地球科學，2005，16（4）：4-16.

［2］朱光有，張水昌，梁英波，等.四川盆地天然氣特征及氣源［J］.地學前緣，2006，13（2）：3-21.

［3］朱彤，包書景，王烽，等.四川盆地陸相頁巖氣形成條件及勘探開發(fā)前景［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（9）：16-21.

［4］張杰，金之鈞，張金川，等.中國非常規(guī)油氣資源潛力及分布［J］.當代石油石化，2004，12（10）：10-12.

［5］武瑾，王紅巖，拜文華，等.渝東南龍馬溪組頁巖儲層特征及吸附影響因素分析［J］.斷塊油氣田，2013，20（6）：713-718.

［6］陳建渝，唐大卿，楊楚鵬，等.非常規(guī)含氣系統(tǒng)的研究和勘探進展［J］.地質(zhì)科技情報，2003，22（4）：55-59.

［7］郭彤樓，李宇平，魏志紅，等.四川盆地元壩地區(qū)自流井組頁巖氣成藏條件［J］.天然氣地球科學，2011，22（1）：1-7.

［8］王慶波，劉若冰，李春燕，等.四川盆地及周緣五峰-龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)條件研究［J］.重慶科技學院學報：自然科學版，2012，14（5）：17-21.

［9］余川，程禮軍，曾春林，等.渝東北地區(qū)下古生界頁巖含氣性主控因素分析［J］.斷塊油氣田，2014，21（3）：296-300.

［10］李新景，胡素云，程克明，等.北美裂縫性頁巖氣勘探開發(fā)的啟示［J］.石油勘探與開發(fā)，2007，34（4）：392-400.

［11］楊振恒，李志明，騰格爾，等.北美典型頁巖氣藏巖石學特征、沉積環(huán)境和沉積模式及啟示［J］.地質(zhì)科技情報，2010，29（6）：59-65.

［12］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）：1-6.

［13］周德華，焦方正.頁巖氣“甜點”評價與預測：以四川盆地建南地區(qū)侏羅系為例［J］.石油實驗地質(zhì)，2012，34（2）：109-114.

［14］范昌育，王震亮.頁巖氣富集與高產(chǎn)的地質(zhì)因素和過程［J］.石油實驗地質(zhì)，2010，32（5）：465-469.

［15］張金川，金之鈞，袁明生，等.頁巖氣成藏機理和分布［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（7）：7-10.

（編輯 李宗華）

Exploration potential of Dongyuemiao Member shale gas in western Hubei-eastern Chongqing area

Liang Bang1，2,He Sheng2,Chen Xuehui1,Li Chenxi3,Liu Li1,Zhang Mengyin1
(1.Research Institute of Exploration and Development,Jianghan Oilfield Company,Wuhan 430223,China;2.College of Resources,China University of Geosciences,Wuhan,430074,China;3.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

Dongyuemiao Member of Lower Jurassic Ziliujing Formation in western Hubei-eastern Chongqing area deposits thick dark shales which expose good gas shows.Using the data of outcrop,drilling,logging,analysis and assay,and testing,Dongyuemiao Member shales are studied comprehensively in terms of sedimentation,geochemistry,reservoir condition and gas-bearing properties. Results show that Dongyuemiao Member is dominated by organic-rich shallow lake-semi deep lake facies shales with high organic matter abundance,moderate thermal evolution degree and good gas-bearing properties,and the geological conditions are favorable for shale gas accumulation.The shale gas enrichment is mainly controlled by organic matter abundance,thermal evolution degree, reservoir physical properties and the development degree of fracture.Based on this,the preliminary criteria for favorable continental shale gas zone selection are established.Lefudian-Linxichang in northwestern area is selected as the favorable exploration zone of Dongyuemiao Member continental shale gas according to the criteria.

continental facies shale gas;geologic conditions;controlling factor of enrichment;Dongyuemiao Member;western Hubei-eastern Chongqing area

國土資源部油氣專項課題“中揚子地區(qū)頁巖氣資源調(diào)查評價與選區(qū)”（2009GYXQ15-06-04）

TE132.2

：A

10.6056/dkyqt201501008

2014-08-16；改回日期：2014-11-26。

梁榜，男，1983年生，工程師，2007年畢業(yè)于中國海洋大學地質(zhì)學專業(yè)，現(xiàn)主要從事非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)。E-mail：lb_jhyjy@163.com。

梁榜，何生，陳學輝，等.鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁巖氣勘探潛力研究［J］.斷塊油氣田，2015，22（1）：36-41.

Liang Bang，He Sheng，Chen Xuehui，et al.Exploration potential of Dongyuemiao Member shale gas in western Hubei-eastern Chongqing area［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：36-41.