浙西北地區(qū)臨安區(qū)塊頁巖氣勘探前景評價

王俊濤，周存亭，許衛(wèi)，劉章平，王松，張景

（1.安徽省地質調查院，合肥230001；2.安徽省地質礦產勘查局，合肥230001；3.安徽省地質礦產勘查局332地質隊，合肥230001；4.中國地質調查局南京地質調查中心，南京210016）

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浙西北地區(qū)臨安區(qū)塊頁巖氣勘探前景評價

王俊濤1，周存亭1，許衛(wèi)2，劉章平3，王松1，張景4

（1.安徽省地質調查院，合肥230001；2.安徽省地質礦產勘查局，合肥230001；
3.安徽省地質礦產勘查局332地質隊，合肥230001；4.中國地質調查局南京地質調查中心，南京210016）

摘要：對浙西北地區(qū)臨安區(qū)塊及周緣早寒武世荷塘組頁巖進行了露頭及野外路線地質調查、樣品測試與鄰井資料分析認為：臨安區(qū)塊荷塘組黑色頁巖厚度大（150～300 m），有機碳含量高（0.22%～13.56%），干酪根類型好（以Ⅰ型為主，含少量Ⅱ1），熱演化適中，脆性礦物含量高（大于50%），頁巖含氣量高，具有形成頁巖氣藏的潛力。綜合考慮目的層位、地表出露地層及產狀、構造形態(tài)、斷裂發(fā)育情況、頁巖有效厚度及埋藏深度、地形地貌等因素，優(yōu)選出臨安區(qū)塊3個勘查有利區(qū)，并預測了下一步勘探方向。

關健詞：臨安區(qū)塊；頁巖氣；荷塘組；勘探前景

近年來，由于美國頁巖氣藏的成功開發(fā)，引發(fā)了全球對頁巖氣勘探的重視和熱潮［1］。加快頁巖氣資源勘探開發(fā)，已成為世界主要頁巖氣資源大國的共同發(fā)展目標［2］。近年來，中國在上揚子地區(qū)的四川盆地及周緣地區(qū)頁巖氣勘探獲得突破［3］，而對下?lián)P子區(qū)頁巖氣形成地質條件研究較少［4-5］，尤其是浙西北下?lián)P子地區(qū)頁巖氣的研究程度較低。基于常規(guī)油氣的勘探，“六五”、“七五”計劃以來，國土資源部、中石化、中海油等相關單位圍繞海相烴源巖相繼做了大量工作。2011年，啟動了“全國頁巖氣資源潛力調查評價及有利區(qū)優(yōu)選”項目。通過上述工作系統(tǒng)總結了下?lián)P子地區(qū)海相富有機質頁巖類型、分布規(guī)律及頁巖氣富集特征，確定了頁巖氣調查主要領域及評價重點層系，探索了頁巖氣資源潛力評價方法和有利區(qū)優(yōu)選標準［6］。

浙西北地區(qū)在構造上屬于下?lián)P子地塊［7］，區(qū)內的早寒武系荷塘組發(fā)育厚層的黑色頁巖，被認為是最具頁巖氣資源潛力的層位之一，可與上揚子地區(qū)的牛蹄塘組對比。前期的地質綜合評價初步優(yōu)選臨安區(qū)塊為最有利的頁巖氣勘查區(qū)。筆者主要通過臨安區(qū)塊及周緣露頭點的地質路線調查和鉆探資料的分析，查明了臨安區(qū)塊頁巖品質、發(fā)育規(guī)律及地表施工條件，評價了該區(qū)頁巖氣勘探潛力，優(yōu)選出有利勘探區(qū)帶，以期為頁巖氣勘探工作提供幫助。

1　地質背景

臨安頁巖氣區(qū)塊主體位于浙江省臨安市，勘探面積580.09 km2。區(qū)塊位于揚子板塊下?lián)P子陸塊的東南部，江南造山帶的北東端，夾持于寧國墩斷裂帶與富春江斷裂帶之間，區(qū)域上南東側以江（山）-紹（興）斷裂帶與華南板塊相鄰，具構造過渡帶特征。自元古宙以來，該區(qū)經(jīng)歷了多期構造活動，地質構造復雜，表現(xiàn)出明顯的加里東運動、印支運動和燕山運動構造行跡，并伴隨有沉積、巖漿、變質、成礦等各種地質作用，以強烈的巖漿活動和大規(guī)模逆沖推覆、伸展滑脫、斷陷斷裂活動為特色，總體構造樣式表現(xiàn)為北東-南西向條塊構造，形成了研究區(qū)現(xiàn)今復雜的構造景觀（圖1）。

晚震旦世至早奧陶世時，浙西北昌化-安吉一帶為殘留海盆，該地區(qū)存在一次完整的海侵-海退沉積旋回，海侵方向為南西向北東，由盆地相硅泥質碎屑巖沉積向深水陸棚-臺地相碳酸鹽巖過渡，對應沉積了一套陸棚-盆地相的硅質泥巖-硅質巖建造（皮園村組上段）、碳質頁巖建造（荷塘組）以及碳酸鹽陸棚相的泥質灰?guī)r（大陳嶺組、楊柳崗組）。中晚奧陶世，江山-臨安為淺海陸棚區(qū)，沉積了黑色筆石頁巖夾硅質巖，地層特征及生物差異較大，地層單元隨各自盆地或水系而異。

2　臨安區(qū)塊頁巖氣成藏條件

根據(jù)前人研究，頁巖氣成藏應具備十大要素［8-9］，即頁巖厚度大（＞30 m）、有機質豐度高（總有機碳TOC＞%）、熱成熟度適中（鏡質體反射率Ro介于2.0%～.0%）、含氣量較高（＞0.4 m3/t）、硅質含量高（＞30%）、埋深適中（2 000～4 000 m）、巖石力學性質較好（低泊松比、高楊氏彈性模量）、地層壓力系數(shù)較高（＞1.25）、頁巖物性較好（滲透率高K＞10-7μm2、孔隙度φ＞4%以及含水飽和率Sw＜45%）以及保存條件良好等［10-13］。

2.1頁巖厚度及展布

浙西北地區(qū)早寒武世荷塘組主要形成于深水陸棚環(huán)境，巖性主要由黑色碳質硅質泥頁巖組成，局部地區(qū)夾少量石煤、硅質泥巖、粉砂巖、灰?guī)r等。黑色巖系的顏色隨著成分的變化、特別是碳質、硅質、鈣質成分的變化而呈深灰色、淺灰色、灰白色等。硅質含量較低時，硬度變小，均質性變差。

總體上看，在早寒武世該區(qū)北西高，南東低，部分地區(qū)甚至出露地表，剝蝕殆盡。工區(qū)西北部，構造線走向呈北東方向，巖層整體呈向南東傾斜的斜坡。研究區(qū)內斷裂構造發(fā)育，構造變形劇烈，發(fā)育眾多疊加褶皺，多數(shù)地層產狀陡峭，局部地層傾角超過60°。

依據(jù)實測剖面數(shù)據(jù)，區(qū)塊北西一帶荷塘組厚約50 m，西部厚約120 m，南部厚度大于200 m，從沉積環(huán)境來看，區(qū)塊中部應為沉積中心，向北西和南東變淺，故從厚度上看（圖2），荷塘組總體上呈現(xiàn)中部厚、兩邊薄的頂厚向斜構造，北西部和南東部兩翼的厚度普遍在150～200 m，在中部沉積中心厚度推測超過300 m。

2.2頁巖地球化學特征

.2.1有機碳含量

本次研究樣品采自臨安區(qū)塊外圍露天剖面，樣品涵蓋了所測剖面及部分露頭中暗色巖系，采樣重點是剖面中的黑色頁巖。根據(jù)分析測試結果表明，野外露頭荷塘組黑色頁巖有機碳含量較高，TOC值約為0.22%～13.56%（圖3）。區(qū)塊內北部島石一帶，樣品TOC值多集中在0.21%～4.47%區(qū)間內，平均值為0.97%，其中有機碳含量大于1%以上的樣品占到了55%以上；區(qū)塊以西浙基田剖面所采集樣品的有機碳含量高達13.56%，致使本區(qū)平均含量為3.73%，其中有機碳含量大于2%的樣品占到了68.8%，所有荷塘組的泥頁巖是優(yōu)質烴源巖；區(qū)塊內南部塘里一帶，荷塘組樣品TOC集中在0.15%～11.7%，平均含量為3.56%，其中有機碳含量大于2%的樣品占到了70%。區(qū)域上采集散點樣品平均值均大于2%。

綜上所述，單從有機碳含量上分析可知臨安地區(qū)早寒武世荷塘組頁巖TOC平均值為2.87%，整體上為好的含氣頁巖。但由于采樣及送樣過程中均挑選了巖性較為有利的頁巖樣品進行實驗分析，由此獲得的TOC測試結果較高，故對該區(qū)有機碳含量的分析結果產生了一定程度的影響。

在平面上，研究區(qū)外有機碳含量高值區(qū)位于區(qū)塊以西浙基田和區(qū)塊以南塘里等地（圖3），TOC平均含量除島石地區(qū)外，均大于2.5%，特別浙基田和塘里等剖面，具有較好的生氣基礎，區(qū)內因無荷塘組出露，故有機碳含量從周緣樣品推測，從巖相古地理的方面分析，區(qū)塊中心一帶為沉積中心，應為有機碳的高值中心，TOC在5.0～6.0之間，往北西和南東分別減??；低值區(qū)位于研究區(qū)島石以北一帶，TOC平均含量小于2.5%，相對研究區(qū)其他地方，頁巖有機質豐度相對較低。

2.2.2干酪根類型

通過對干酪根顯微組分分析，早寒武世荷塘組干酪根顯微組分中以腐泥組為主，含量為88.5%～97%，平均為94.68%（圖4），主要為腐植無定型和少量礦物。這可能是由于早寒武世荷塘組富有機質頁巖形成于深水盆地的沉積環(huán)境，沉積有機質主要以藻類為主的低等水生生物。在還原環(huán)境下，低等水生生物的遺體由于微生物的介入并腐泥化作用而形成的生烴量很高的腐泥組分。鏡質組含量為3.5%～5%，平均為4.32%，通過實驗檢測鏡質體以白色碎屑為主。惰質組僅一個樣品含有少量。腐泥組中主要成分為腐泥無定型體和腐泥碎屑體，不含藻類體，說明荷塘組頁巖中的有機質主要來源為以藻類為主的低等水生生物，少量為高等植物。通過類型指數(shù)的計算，可知本區(qū)荷塘組有機質（干酪根）類型以Ⅰ型為主，含少量Ⅱ1型，荷塘組暗色泥巖具有良好的生烴能力。

2.2.3熱演化程度

臨安地區(qū)荷塘組富有機質頁巖熱演化程度總體已達到過成熟階段。Ro值在1.27%～5.2%之間（圖5），島石一帶荷塘組烴源巖干酪根鏡檢反射率為1.27%～3.28%，顯示整體為成熟-過成熟階段，其它地區(qū)皆顯示過成熟階段。

從平面上看，大部分地區(qū)Ro值均大于2%，以島石一帶為低值中心，向中部逐漸增高，高值區(qū)位于火山巖覆蓋區(qū)，Ro值大于4%（圖5）。整體看來，研究區(qū)早寒武世荷塘組頁巖處于過成熟階段。

圖1　浙西北地區(qū)臨安區(qū)塊構造綱要圖Fig.1 Tectonics outline map of the Lin’an block in northwest Zhejiang province

圖2　浙江臨安區(qū)塊早寒武世荷塘組等厚圖Fig.2 Strata isopach map of the early Cambrian Hetan g formation in Zhejiang Lin’an shale gas block

圖3　臨安地區(qū)早寒武世荷塘組TOC平面分布圖Fig.3 Plane distribution of the early Cambrian Hetang formation in Zhejiang Lin’an shale gas block

2.3礦物組成

根據(jù)全巖X射線衍射分析結果顯示，臨安地區(qū)早寒武世荷塘組暗色泥頁巖的主要礦物為石英（5.5%～92.8%，平均64.62%）、粘土礦物（1%～49%，平均23.58%）、長石（0～8.9%，平均1.63%），其中鉀長石0～8.9%，平均2.23%，斜長石0～3.4%，平均1.02%、碳酸鹽（0～17.6%），其中方解石0～51.8%，平均3.95%，白云石0～38.6%，次生礦物主要為黃鐵礦（0～8.2%，平均1.3%）、菱鐵礦（0～1.8%，平均0.23%）等。其中，石英的含量是最高的。

研究區(qū)荷塘組脆性礦物平均含量超過80%，其中大部分為石英，整體上具有良好的脆性和可壓性。

圖4　荷塘組顯微組分三角圖Fig.4 Micro component triangle chart of the Hetang formation

圖5　臨安地區(qū)早寒武世荷塘組Ro平面分布圖Fig.5 The map of thermal evolution degree contour of the Hetang formation in the Lin’an area

圖6　荷塘組黑色頁巖等溫吸附曲線Fig.6 Sorption isotherm curve of the black shale in the Hetang formation

2.4泥頁巖吸附能力

本次研究僅對區(qū)塊荷塘組露頭樣品進行了等溫吸附模擬實驗，并收集了區(qū)外荷塘組10個巖芯樣品的吸附數(shù)據(jù)。

對研究區(qū)荷塘組野外露頭的黑色頁巖進行等溫吸附實驗，結果顯示，在30℃下，黑色頁巖的吸附氣含量較高，為0.88～4.97 m3/t，平均為3.05 m3/t，平衡水含水率為1.85%～2.01%，最大吸附氣含量對應的測試壓力為8.68～11.01 MPa.同一層位，有機質豐度不同的頁巖吸附氣含量不同，整體上為有機質豐度越大，吸附氣含量越高（圖6）。同時通過資料收集，浙西北地區(qū)淳頁1井可吸附氣含量的平均為1.89 m3/t，野外露頭樣品的平均值為3.95 m3/t［14］。與本區(qū)測試結果基本一致，說明本區(qū)荷塘組頁巖吸附氣含氣量數(shù)據(jù)較為可靠，但整體來看，野外露頭荷塘組吸附能力強，具體要根據(jù)鉆井中巖層的現(xiàn)場含氣量判定。

2.5泥頁巖埋深

本區(qū)經(jīng)過多次構造運動，富有機質暗色泥巖的埋深變化比較大。從區(qū)內的實際情況分析，荷塘組暗色泥巖的埋深對勘探開發(fā)造成一定的影響。結合現(xiàn)有資料分析，研究區(qū)荷塘組埋深在1 500～4 500 m之間（圖7），西北部埋深淺，東南部埋深大。埋藏深度受褶皺、斷裂分布的影響，在東南昌化向斜部位埋深較大，大致在3 500～4 500 m之間；中部火山巖覆蓋區(qū)埋藏深度一般在3 000～4 000 m左右，而靠近火山巖邊部埋深一般約2 500 m左右；而在研究區(qū)北西部，寒武地層出露，加之地層傾角小，斷裂活動較少，目的層埋藏深度大致在1 500～2 500 m左右。

2.6保存條件

由于頁巖氣具有自生自儲的特點，故其成藏所需的保存條件較為寬松。與常規(guī)油氣藏相比，頁巖本身即是烴源巖，同時也是蓋層，此外，與頁巖地層上下相鄰的致密巖層也會起到一定的封蓋作用。浙西北地區(qū)早寒武世荷塘組具有較好的封蓋情況。荷塘組主要巖性為硅質巖、含碳硅質頁巖、碳質頁巖等，巖性致密，厚度在140 m左右。其下伏地層為晚震旦世皮園村組，巖性主要為致密硅質巖；其上覆地層為早寒武世大陳嶺組，巖性主要為含白云質灰?guī)r。

構造作用對于頁巖氣的保存影響巨大，對比國內外頁巖氣形成的地質條件及地球化學特征可以看出，臨安區(qū)塊具備了形成頁巖氣的有利沉積環(huán)境，但頁巖氣能否富集和保存的最關鍵因素是后期構造的影響。

研究區(qū)自元古宙起，經(jīng)歷了多期次的構造運動。對古生界頁巖氣保存主要的影響有兩期構造，即加里東-印支期的擠壓構造以及燕山期的逆沖構造，前者從北西、南東向臨安地區(qū)以逆沖推覆形式傳播，在臨安地區(qū)可能只表現(xiàn)褶皺構造，對古生界地層及頁巖氣的保存破壞程度較小。燕山期的構造活動呈現(xiàn)繼承和發(fā)展印支期構造活動的特征，兼具先壓后張性的特征，其拉張作用較強，昌化地區(qū)大型張性斷層比西北部的島石地區(qū)發(fā)育的構造差異性也印證了這一點，而張性斷層的發(fā)育對頁巖氣的保存顯然是不利的。

因此，后期構造對臨安區(qū)塊頁巖氣保存影響最大的可能是燕山期的伸展構造作用，而不是印支期的擠壓推覆構造，這在該地區(qū)頁巖氣勘探中應引起重視。

圖7　臨安地區(qū)早寒武世荷塘組底界埋深圖Fig.7 The top of the buried depth of the Hetang formation in the Lin’an area

3　臨安頁巖氣有利區(qū)帶優(yōu)選

臨安區(qū)塊具備頁巖氣成藏的基本條件，通過野外地質調查，綜合考慮目的層位、地表出露地層及產狀、構造形態(tài)、斷裂發(fā)育情況、頁巖有效厚度及埋藏深度、地形地貌等因素，根據(jù)海相頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選與分類評價標準，采用綜合信息疊合法對研究區(qū)富含有機質泥頁巖的各項參數(shù)指標進行疊加分析，認為臨安區(qū)塊較為有利的勘查目標區(qū)有以下3個（圖8）。

圖8　臨安地區(qū)頁巖氣勘探有利區(qū)劃分Fig.8 The distribution of the shale gas favorable exploration of the Lin’an block

（1）島石有利區(qū)

島石有利區(qū)地表海拔500～600 m；地面開闊，構造簡單（向斜），斷層不發(fā)育。暗色泥頁巖埋深適中，埋深在1 500～2 500 m，厚度大，有機地化條件較好，儲層條件好，總得分為75.5分，具有較好的勘探潛力。

下一步的勘探方向：在島石有利區(qū)內充分考慮構造、有機地化以及巖漿作用的影響，將圍繞兩套暗色層系，在斷裂發(fā)育程度小、寬緩的向斜部位開展頁巖氣的勘探及驗證，初步選定在島石區(qū)塊東南部位作為重點區(qū)，此處位于向斜部位，構造較弱，且埋深適中，處于TOC相對高值區(qū)，適合進一步勘探。

（2）株柳有利區(qū)

綜合分析，株柳有利區(qū)地表海拔500～600 m，屬低山地貌，構造簡單（向斜），斷層不發(fā)育。暗色泥頁巖埋深較大，埋深在2 500～3 000 m，但厚度大，有機地化條件較好，儲層條件好，綜合得分為75分，具有好的勘探潛力。

下一步的勘探方向：圍繞兩套暗色層系，在避開火山巖影響、高陡背向斜的條件下開展頁巖氣的條件分析。初步選定在區(qū)塊以北火山巖邊緣部位，南部因為處于背向斜，地層多重復，故避開高陡背向斜，北部重點區(qū)雖然埋深較大，但處于TOC高值中心，且位于寬緩向斜部位，對頁巖氣勘探較為有利。

（3）昌化有利區(qū)

綜合分析，昌化區(qū)塊地表海拔200 m左右，構造復雜，大斷裂發(fā)育，但地勢較開闊；寒武系暗色泥頁巖有機地化條件好，但埋深較大，埋深大于4 000 m，不利于頁巖氣勘探。

下一步勘探針對寒武系暗色泥頁巖的勘探將選擇埋深較淺的地方展開研究。初步選定昌化以北和東南角構造相對較弱的地方作為重點區(qū)。

通過以上分析，北部島石區(qū)塊，埋深適中，儲層厚度大，儲層條件優(yōu)越，地表情況也較為理想，是最有利的勘探區(qū)，整體評價為Ⅱ類有利區(qū)；南部株柳區(qū)塊，埋深適中，儲層條件好，但地表情況復雜，且靠近火山巖，埋深情況復雜，且位于復式背、向斜區(qū)，整體評價為Ⅱ類有利區(qū)；東部昌化區(qū)塊埋深較大，但儲層條件較好，地面開闊，也是需要考慮的勘探有利區(qū)。

4　結論

（1）臨安區(qū)塊荷塘組泥頁巖沉積厚度大，有機質豐度高、類型好，且處于高-過成熟階段；頁巖脆性礦物含量高，含氣量中等；目的層埋深適中，具備形成頁巖氣藏的條件。

（2）綜合考慮目的層位、地表露頭地層及產狀、構造形態(tài)、斷裂發(fā)育情況、頁巖厚度及埋藏深度、地形地貌等因素，結合實鉆資料，優(yōu)選臨安區(qū)塊3個較為有利的勘查區(qū)帶，其中島石地區(qū)是最有利的勘探目標，但要避開巖漿作用的影響。

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資助項目：中國地質調查局地質調查項目“安徽合肥盆地頁巖氣基礎地質調查和資源潛力評價（12120114019801）”；安徽省地質礦產勘查局科技項目“皖南地區(qū)頁巖氣成藏地質背景和評價方法研究（KJ2012-01）”

中圖分類號：P618.13

文獻標識碼：A

文章編號：1672-4135（2016）02-0123-07

收稿日期：2016-03-14

作者簡介：王俊濤（1983-），男，湖北天門人，工程師，畢業(yè)于中國地質科學院，現(xiàn)從事頁巖氣地質調查和研究方面工作，Email：303497926@qq.com。

Shale gas exploration prospect evaluation in Lin’an block of the Northwest Zhejiang province

WANG Jun-tao1，ZHOU Cun-ting1，XU Wei2，LIU Zhang-ping3，WANG Song1，ZHANG Jing4
（1.Institute of geological survey ofAnhui province，Hefei 230001，China；2.Bureau of geology and mineral exploration ofAnhui province，Hefei 230001，China；3.No.332 unit of bureau of geology and mineral exploration ofAnhui province，HuangshanAnhui 245000，China；4.Nanjing center of geological survey，China geological survey，Nanjing 210016，China）

Abstract：This paper focuses on the early Cambrian Hetang formation in Lin’an block of the northwest Zhejiang province.The methods applied in this study include shale outcrops investigation，sampling，laboratory analysis，and comparison with the drilling data from adjacent areas.Studies show that the Hetang formation have great potentiality to form shale gas reservoir，which has thick black shale（150～300 m），excessive organic carbon content（0.22%～13.56%），good kerogen type（Ⅰ，Ⅱ1），high degree of thermal evolution，high brittleness mineral content（＞50%），and high shale gas content.Considering the objective strata，the surface outcropping formation and occurrence，structural morphology，the fracture development situation，the effective thickness of shale and buried depth，topography，and the other factors，3 shale gas are optimized as potential exploration areas，and we also predict the next exploration direction.

Key words：Lin’an block；shale gas；Hetang formation；exportion prospect