皖南地區(qū)古生界富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育特征及勘探前景

（安徽省地質(zhì)調(diào)查院安徽合肥230001）

（安徽省地質(zhì)調(diào)查院安徽合肥230001）

通過對皖南地區(qū)古生界富有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育的構(gòu)造背景、沉積環(huán)境、空間展布、地球化學(xué)參數(shù)等的分析，認(rèn)為皖南地區(qū)暗色泥頁巖具備頁巖氣富集的基本條件，提出了3套泥頁巖發(fā)育層位及其有利勘探區(qū)。

下?lián)P子古生界頁巖氣有利勘探區(qū)

近年來，由于美國頁巖氣藏的成功開發(fā)，引發(fā)了全球?qū)搸r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(biāo)[2]。我國頁巖氣資源量豐富，據(jù)美國能源信息署（EIA）2011年發(fā)布的全球32個國家頁巖氣資源的初步評估，中國的頁巖氣技術(shù)可采資源量居世界首位[3]。我國廣泛分布富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，分布范圍涵蓋上揚(yáng)子及滇黔桂區(qū)、中下?lián)P子及東南區(qū)、華北及東北區(qū)、西北區(qū)和青藏區(qū)等5大區(qū)[4]，其中南方古生界被認(rèn)為是我國最具頁巖氣勘探潛力的地層[5-8]。近年來，中國在上揚(yáng)子地區(qū)的四川盆地及周緣地區(qū)頁巖氣勘探獲得突破[9]，而對下?lián)P子區(qū)頁巖氣形成地質(zhì)條件研究較少[10-11]，尤其是皖南下?lián)P子地區(qū)頁巖氣的研究程度較低。為此，筆者重點(diǎn)研究了皖南下?lián)P子區(qū)古生界富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖的分布、厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度等地球化學(xué)條件和巖石學(xué)特征的研究，分析皖南地區(qū)頁巖氣地質(zhì)條件。探討頁巖氣勘探潛力，以指導(dǎo)該區(qū)古生界頁巖氣的富集成藏研究和勘探開發(fā)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

皖南地區(qū)系指郯廬斷裂以東的安徽南部廣大地區(qū)，西以宿松-廬江為界，北到巢縣-江浦縣亭子山，南、東以安徽省界分別與江西、浙江、江蘇接壤。構(gòu)造上位處揚(yáng)子板塊東北緣，其構(gòu)造演化受控于下?lián)P子板塊構(gòu)造演化[12]。

1.1 構(gòu)造演化

下?lián)P子皖南地區(qū)古生界經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動的演化，海相地層變形非常復(fù)雜。晉寧運(yùn)動碰撞造山，強(qiáng)烈褶皺變形變質(zhì)使基底固結(jié)。南華紀(jì)開始，全區(qū)轉(zhuǎn)入穩(wěn)定-次穩(wěn)定型海相蓋層發(fā)育階段，沉積了巨厚的大陸邊緣海相地層，其中頁巖在多個層系中發(fā)育。南華紀(jì)至早古生代由于地殼活動性較大，隆坳起伏，出現(xiàn)較多的次穩(wěn)定型或非穩(wěn)定型沉積。自晚寒武世起即為臺地斜坡相沉積，出現(xiàn)揚(yáng)子型碳酸鹽臺地、過渡帶型直至深水相沉積的交替變化。皖南褶斷帶是揚(yáng)子陸塊中拗陷最深的一個構(gòu)造單元，南華系至志留系中部均屬次穩(wěn)定型－非穩(wěn)定型建造類型，磨拉式、雜陸屑、硅質(zhì)頁巖、遠(yuǎn)陸源硅泥質(zhì)碳酸鹽、復(fù)理式等建造較為典型，尤其是上奧陶統(tǒng)至下志留統(tǒng)出現(xiàn)了非穩(wěn)定型沉積，震旦系及下古生界累計(jì)厚度已達(dá)12000m以上，反映了坳陷的活動性質(zhì)。加里東期全區(qū)大幅度隆升，印支期成為揚(yáng)子陸塊縮短帶，褶皺組合為同等發(fā)育的緊閉相間復(fù)背、向斜構(gòu)造。燕山期全區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，如高坦斷裂帶、江南斷裂帶、績溪斷裂帶、祁門斷裂帶、周王深斷裂帶等多期活動控制了全區(qū)構(gòu)造格局。以江南斷裂帶為界，北東– 北北東走向斷層構(gòu)成區(qū)域上下?lián)P子前陸帶與皖南褶斷帶雙向?qū)_推覆構(gòu)造，且在泥頁巖層間常發(fā)育走滑斷層或推覆、滑覆斷層。燕山-喜馬拉雅運(yùn)動期的拉張改造進(jìn)一步加劇了中-古生界構(gòu)造變形[13]。這些都增大了頁巖氣的勘探開發(fā)難度。

1.2 地層與沉積特征

皖南地區(qū)地層區(qū)劃隸屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)和江南地層分區(qū)，古地理環(huán)境為臺地相-臺坡過渡帶-盆地相。區(qū)內(nèi)南華紀(jì)—三疊紀(jì)沉積蓋層發(fā)育齊全。以江南斷裂帶為界，出現(xiàn)兩個不同的沉積相帶，其北西為碳酸鹽局限臺地－開闊臺地，南東為硅泥質(zhì)陸棚－淺海盆地，中間沿江南斷裂帶出現(xiàn)沉積相變帶(斜坡相沉積)。皖南坳陷地殼活動較強(qiáng)，晚奧陶世出現(xiàn)陸源碎屑環(huán)境的砂質(zhì)復(fù)理式濁流沉積建造。泥盆紀(jì)-三疊紀(jì)沉積物多平行不整合或角度不整合于早古生界地層之上，形成“裙邊構(gòu)造”或以殘余盆地孤立分布在區(qū)內(nèi)。

2 暗色泥頁巖發(fā)育層位

皖南地區(qū)古生界主要發(fā)育3套富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖層系，自下而上分別為早寒武世荷塘組，中奧陶世胡樂組-寧國組，二疊紀(jì)孤峰組+龍?zhí)督M+大隆組，為頁巖氣的生成奠定了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。

根據(jù)浙、蘇、皖三地有關(guān)的區(qū)域地質(zhì)報(bào)告和野外調(diào)查[10]，荷塘組露頭主要分布于皖南安慶、屯溪、臨安一帶，厚為27～733m，一般厚230～560m。胡樂組主要分布于皖南胡樂一帶，厚97～109m。龍?zhí)督M主要分布于皖南宣城、廣德和浙西長興一帶，厚為56～463m，整體呈東厚西薄之勢。大隆組主要分布于皖南宣城、安慶一帶，厚為11～79m。為進(jìn)一步了解下?lián)P子地區(qū)幾套富有機(jī)質(zhì)頁巖的橫縱向展布，頁巖所在層位的厚度和各層位頁巖累計(jì)厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

3 泥頁巖有機(jī)地化特征

有機(jī)質(zhì)豐度是評價(jià)烴源巖的最基礎(chǔ)指標(biāo)。烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度常以總有機(jī)碳（TOC）、氯仿瀝青“A”和總烴（HC）含量來表達(dá)。其中，總有機(jī)碳含量是控制后兩者的關(guān)鍵因素，也是油氣資源評價(jià)的基本參數(shù)[14-17]。頁巖氣評價(jià)中也以總有機(jī)碳含量作為重要評價(jià)指標(biāo)。

3.1 寒武系

下?lián)P子地區(qū)寒武系暗色泥頁巖主要發(fā)育在下寒武統(tǒng)，在浙西、皖南地區(qū)為荷塘組，在蘇南、蘇北地區(qū)為幕府山組。

皖南-浙西北地區(qū)下寒武統(tǒng)荷塘組泥質(zhì)巖極其發(fā)育，不僅厚度大，而且有機(jī)質(zhì)豐度高。總有機(jī)碳（TOC）含量最低為0.84%，最高為17.1%，平均值為5.81%。有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型，為腐泥腐殖型，以生油為主。下寒武統(tǒng)整體上熱演化程度均較高，皖南石臺—休寧—浙西一帶Ro均大于2.1%，個別達(dá)到5.45%，屬于高成熟階段。

3.2 奧陶系

奧陶系胡樂組主要分布在寧國胡樂及浙西一帶，巖性基本上以泥巖、含硅質(zhì)泥巖、硅質(zhì)巖為主。TOC含量在0.73%～1.34%之間，平均值較低，僅為1.12%,。此外，這些泥頁巖的原始熱解生烴潛量也不高，屬于中等生烴潛力的烴源巖。有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型，為腐殖腐泥型，以生氣為主。

表1 皖南地區(qū)主要烴源巖有機(jī)地化分析結(jié)果表

該套泥頁巖熱演化程度整體較高，Ro值一般在1.62-3.28之間，皖南地區(qū)Ro實(shí)測值都大于1.5%，屬高-過成熟階段。

3.3 二疊系

二疊系暗色泥頁巖主要分布在中二疊統(tǒng)的孤峰組和上二疊統(tǒng)的龍?zhí)督M、大隆組中。孤峰組主要以泥巖、硅質(zhì)巖為主，該套地層泥巖有機(jī)質(zhì)豐度高，廣泛分布于下?lián)P子地區(qū)，但厚度相對較薄，一般在10~40m之間。句參1井、新蘇泰159井、N4井等10多口探井和剖面樣品分析顯示，孤峰組泥巖有機(jī)碳的含量很高，平均有機(jī)碳含量基本在4%以上。有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型。

龍?zhí)督M是一套含煤沉積地層，以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖沉積為主，夾炭質(zhì)泥巖、少量煤層及灰?guī)r，因此烴源巖的類型比較多，而且龍?zhí)督M在下?lián)P子地區(qū)分布廣泛，頁巖厚度在30～40m之間，有些地方變化比較大。有機(jī)碳含量較高，TOC平均值為2.45%，主要集中在0.5% ~6.75%之間。該組主要分布于涇縣—宣城—寧國—廣德—長興一線以北，長興地區(qū)以及南陵地區(qū)為當(dāng)時的沉積中心，沉積了一套以泥巖為主的煤系地層，TOC含量較高。向西巢湖一帶相變?yōu)橐陨皫r、粉砂巖為主，僅局部夾含泥頁巖及煤層，TOC含量降低。

二疊系暗色泥頁巖Ro在1.22%~1.64%之間，屬過成熟區(qū)。

4 頁巖氣有利勘探區(qū)

皖南地區(qū)殘留盆地/地塊的海相地層層序及其烴源巖殘存狀況差別較大，頁巖氣賦存能力亦不同[10]。從頁巖氣形成的基本條件和勘探因素出發(fā)，認(rèn)為目前較有利于頁巖氣勘探的目的層位有3個，一個是皖南下寒武統(tǒng)荷塘組，一個是中奧陶統(tǒng)胡樂組，另外一個層位是二疊系孤峰-大隆。

皖南下寒武統(tǒng)荷塘組TOC含量較高，有機(jī)質(zhì)類型好，埋深適中，一般在1000-4000m，具有頁巖氣形成及勘探的基本條件。印支運(yùn)動以來，皖南受構(gòu)造運(yùn)動改造較強(qiáng)烈，石臺—黃山—旌德以南，下寒武統(tǒng)抬升較高，地層剝蝕強(qiáng)度較大，頁巖氣保存條件受到破壞。但該線以北抬升幅度相對較小，保存條件相對較好，具備頁巖氣成藏的可能性[10]。

區(qū)域上，中-上二疊統(tǒng)孤峰組-大隆組屬于?！戇^渡相沉積，沉積了以泥、頁巖為主，砂巖、粉砂巖次之的一套煤系地層。沉積中心位于安徽廣德—浙江長興—江蘇張渚一帶，TOC較高，平均含量大于2.0%。從20世紀(jì)70年代浙江長興煤山地區(qū)煤井鉆探的情況來看，該區(qū)在C煤層之上和之下均沉積了較厚的泥頁巖，特別是C煤層之下，泥巖單層厚度達(dá)30m左右，且與砂巖/粉砂巖互層，脆性礦物含量較豐富，TOC含量高，熱演化程度在1.5%～2.0%之間，與美國工業(yè)開采的頁巖氣熱演化程度大致相當(dāng)，應(yīng)是較有利的勘探地區(qū)[10]。荻港—巢湖一帶水體較深，巖性主要為粉、細(xì)砂巖夾泥頁巖及煤層，但由于泥頁巖厚度較薄，頁巖的生烴量受到限制，與廣德—長興一帶相比，資源潛力大大降低。

皖南地區(qū)盡管暗色泥頁巖分布較廣，有機(jī)碳含量高，埋深適中，但不容忽視的一個問題是，與上揚(yáng)子和周邊地區(qū)相比，自印支期以來下?lián)P子地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動十分強(qiáng)烈，地層重復(fù)、倒轉(zhuǎn)、褶皺現(xiàn)象十分普遍。因此，在勘探過程中，應(yīng)該在構(gòu)造改造強(qiáng)烈的背景下，尋找構(gòu)造活動相對較弱的區(qū)域進(jìn)行勘探。

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皖南地區(qū)古生界富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育特征及勘探前景

■王俊濤 周存亭 耿曉光

P2 [文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-73-2

王俊濤（1983～），男，博士。

安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局科技項(xiàng)目（KJ2012-01）