川南地區(qū)下古生界筇竹寺組與龍馬溪組頁巖氣縱向?qū)Ρ燃霸u價

李曉萌，潘仁芳，武文競，鄢杰，陸益祥

（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100）

川南地區(qū)下古生界筇竹寺組與龍馬溪組頁巖氣縱向?qū)Ρ燃霸u價

李曉萌，潘仁芳，武文競，鄢杰，陸益祥

（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100）

據(jù)現(xiàn)今資料表明，川南地區(qū)筇竹寺組與龍馬溪組均有工業(yè)性氣流的產(chǎn)出。但是在勘探初期，對優(yōu)選層位以及優(yōu)選區(qū)塊的研究結(jié)果并不統(tǒng)一。筆者將從有機化學(xué)要素和巖石物理對比等方面，對川南地區(qū)筇竹寺組與龍馬溪組頁巖進行評價，綜合各項評價指標(biāo)進行優(yōu)選分析。研究區(qū)內(nèi)筇竹寺組TOC的值是0.23%～3.2%，平均為1.7%。龍馬溪組TOC的值為0.28%～4.5%，平均為2.2%。筇竹寺組與龍馬溪組有機質(zhì)類型都為腐泥型。筇竹寺組鏡質(zhì)體反射率Ro高于龍馬溪組，都高于2.0%，屬于過成熟階段。在巖石物理方面，筇竹寺組脆性礦物含量高于龍馬溪組，后期具有更大的開采潛力。在孔滲性以及含氣性方面，龍馬溪組孔滲性較好，有利于頁巖氣的吸附，含氣量也較好。綜合各項評價指標(biāo)，得出龍馬溪組具有優(yōu)先開采潛力，但筇竹寺組也具有巨大的開采價值。

筇竹寺組；龍馬溪組；有機化學(xué)要素；巖石物性參數(shù)

頁巖氣近年來成為熱門的非常規(guī)能源，一方面在于它未來巨大的勘探潛力，另一方面在于美國和加拿大等地區(qū)已取得的顯著成果。中國泥頁巖大致可以分為三種相，一種為海相，一種為陸相，另外一種為海陸交互相1-3］。四川盆地古生界筇竹寺組和龍馬溪組是典型的海相地層，并且有良好的生氣潛力。李賢慶等［4］對川東南進行相關(guān)研究，認為川東南龍馬溪組頁巖為海相沉積環(huán)境，展布廣泛，有效厚度大，有機質(zhì)演化達到過成熟階段，具有良好的生氣和儲層的潛力。在勘探開發(fā)的初期，在對四川盆地南部地區(qū)的龍馬溪組和筇竹寺組進行評價時，對優(yōu)選區(qū)塊和優(yōu)選層位的研究結(jié)果并不統(tǒng)一。對于不同地區(qū)、不同層位的含氣頁巖，影響其成藏和開發(fā)的主導(dǎo)因素可能會有所差異，但其基本的要素不會改變［5］，筆者將從有機化學(xué)要素對比及巖石物性對比兩個方面，綜合各項評價指標(biāo)，優(yōu)選具有更大勘探開發(fā)潛力的層位。

1　地質(zhì)背景

四川盆地位于中國西南區(qū)，受特提斯構(gòu)造域及太平洋構(gòu)造域的影響，經(jīng)歷了克拉通和前陸盆地兩個階段［6］，形成了揚子地臺中較大的沉積盆地，沉積了從古生代-中三疊沉積的厚度為3 500 m～6 000 m的海相碳酸鹽巖和上三疊統(tǒng)-第三系沉積的2 500 m～6 000 m的陸相碎屑巖。

由于四川盆地分布廣泛，下寒武統(tǒng)的頁巖在整個揚子地臺巖性基本一致但命名略有區(qū)別，在川南地區(qū)稱為筇竹寺組［7］。志留系龍馬溪組為一套淺海相有機質(zhì)含量高的碎屑巖，主要為深色頁巖夾炭質(zhì)和硅質(zhì)［8］。由于受樂山-龍女寺古隆的影響，厚度分布不均，一般分布在0 m～200 m，向威遠的東南方向變厚。筇竹寺組為一套淺海-深海陸棚相的高有機質(zhì)含量的海相地層，主要為深色含泥質(zhì)和粉砂質(zhì)的頁巖，厚400 m～600 m，在地層下部出現(xiàn)一套典型的硅磷層的標(biāo)志層。目的層位分布范圍廣泛，有效厚度大，具有很強的生氣潛力。

圖1　龍馬溪組巖心分析TOC統(tǒng)計圖Fig.1 TOC statistics of Longmaxi core analysis

2　頁巖氣潛力對比及評價

2.1有機化學(xué)要素對比

2.1.1總有機碳總有機碳含量對頁巖的生氣潛力有很大的影響［9］。有機碳含量越高，一方面使頁巖具有更大的生烴潛力；另一方面能有效的吸附更多的頁巖氣［7］。根據(jù)美國開采頁巖氣的含氣的有機碳含量都以0.5%為下限的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗，對研究區(qū)龍馬溪組和筇竹寺組的頁巖樣本進行了分析，兩組都達到了美國開采頁巖氣的下限標(biāo)準(zhǔn)，對龍馬溪組頁巖樣本分析得出總有機碳含量為0.28%～4.5%，TOC的值主要分布于1%～5%，平均為2.2%（見圖1）。對筇竹寺組頁巖樣品進行分析得其總有機碳含量為0.23%～3.2%，TOC值主要分布于1.0%～4.0%，平均為1.7%（見圖2）。對研究區(qū)威201井的烴源巖進行評價（見表1），龍馬溪組總有機碳含量高于筇竹寺組的總有機碳含量。就總有機碳這一因素來說，龍馬溪組具有更大潛力。

圖2　筇竹寺組巖心分析TOC統(tǒng)計圖Fig.2 TOC statistics of Qiongzhusi core analysis

表1　威201井有機碳分析化驗評價Tab.1 Analysis and evaluation of organic carbon in wei 201 well

2.1.2有機質(zhì)類型有機質(zhì)類型決定了生氣潛力［10］，Ⅲ型干酪根主要生氣。通過巖石物理分析，研究區(qū)的筇竹寺組和龍馬溪組的樣品中都以腐泥型為主，主要包括無定形體和藻類體，其中主要是來源于低等水生物徹底分解的產(chǎn)物。其中筇竹寺組樣品中黑色頁巖顯微組分腐泥型占95%，干酪根δ13C值為-32.92‰～-29.82‰，平均為-30.88‰。龍馬溪組干酪根碳同位素δ13C值為-32.85‰～-26.8‰，平均為-30.08‰。有機質(zhì)類型為Ⅰ型和Ⅱ1型。從有機質(zhì)類型方面分析，筇竹寺組與龍馬溪組有機質(zhì)類型大致相當(dāng)，均具有較大的生氣潛力。

2.1.3有機質(zhì)成熟度有機質(zhì)成熟度是有機質(zhì)在一定的地質(zhì)條件下進行熱演化的程度。評價有機質(zhì)成熟度最常用的方法就是分析鏡質(zhì)體反射率Ro，Ro與成巖作用關(guān)系密切，深度越深，溫度越高，熱變質(zhì)作用越強，Ro越大。據(jù)Tossit有機質(zhì)演化階段的劃分方案：Ro＜0.5%為成巖作用階段；Ro在0.5%～0.7%為未成熟一低成熟作用段；Ro介于0.7%～1.3%為熱降解生油氣階段；Ro介于1.3%～2.0%為熱降解生濕氣和凝析油階段，烴源巖生成的液態(tài)烴量減少，氣態(tài)烴量增大；Ro＞2.0%為變質(zhì)作用階段，此時已生成的液態(tài)烴和重質(zhì)氣態(tài)烴強烈裂解，生成烴類以甲烷氣態(tài)烴為主，處于干氣帶［11］。

筇竹寺組頁巖樣品分析得出鏡質(zhì)體反射率Ro基本高于2.8%，平均為3.27%。龍馬溪組頁巖樣品分析鏡質(zhì)體反射率Ro大部分高于2.2%，平均為2.5%。筇竹寺組與龍馬溪組均已達到過成熟的演化階段。通過川南地區(qū)Ro與油氣總產(chǎn)率指數(shù)（TPI）的分析（見圖3），由圖3可以看出，下古生界頁巖氣的有力Ro范圍為2.0%～3.3%。從有機質(zhì)成熟度Ro進行分析，筇竹寺組頁巖鏡質(zhì)體反射率明顯高于龍馬溪組，生氣潛力高于龍馬溪組。

圖3　川南地區(qū)Ro與油氣總產(chǎn)率指數(shù)（TPI）關(guān)系Fig.3 Relationship between Ro and total production index of oil and gas（TPI）

2.2巖石物性對比

2.2.1礦物組成頁巖是一種主要由黏土、石英以及方解石和斜長石組成的一種復(fù)雜的巖石。黏土含量占主要成分，主要由伊利石、蒙脫石和高嶺石組成［12］。研究區(qū)內(nèi)礦物組分含量（見圖4），筇竹寺組樣品分析出石英平均含量為41.2%，黏土礦物含量居次平均為26.2%，斜長石含量稍低為23.4%。相比較之下，龍馬溪組樣品分析石英含量較低為33.1%，黏土礦物含量較高為36.9%。對其黏土礦物含量也進行分析（見表2）。根據(jù)美國開采經(jīng)驗，石英含量越高，后期壓裂形成網(wǎng)狀裂縫，有利于油氣的開采［13］。總的來說，川南地區(qū)筇竹寺組和龍馬溪組礦物組分大致相同，但其含量存在一定的差異性，就礦物組成這一因素分析，龍馬溪組后期更具有開采潛力。

表2　川南地區(qū)龍馬溪組和筇竹寺組頁巖黏土含量表Tab.2 Southern Sichuan Longmaxi and Qiongzhusi shale clay content

圖4　川南地區(qū)龍馬溪組與筇竹寺組礦物組成Fig.4 Southern Sichuan Longmaxi and Qiongzhusi mineral composition

2.2.2孔隙度及滲透率頁巖氣主要以游離和吸附的狀態(tài)存在于泥頁巖中，烴源巖生油能力越強，孔隙空間越大，泥頁巖儲層的存留油氣量就越充足。頁巖氣主要以游離氣的狀態(tài)存在于較大的孔隙介質(zhì)中，以吸附氣的狀態(tài)賦存于較小的孔隙中［7］。所以，孔隙度與頁巖氣的含氣量有一定的相關(guān)性。

對研究區(qū)筇竹寺組和龍馬溪組樣品的總孔隙度、含氣孔隙度和滲透率進行了分析統(tǒng)計（見圖5～圖7），龍馬溪組的總孔隙度為2%～10%，平均孔隙度為5%。滲透率為2.19×10-3nD～1 250 nD，平均為82 nD；筇竹寺組的總孔隙度為1%～5%，平均為2%。滲透率為3.79×10-4nD～955 nD，平均63 nD。

研究區(qū)內(nèi)兩個目的層段的孔隙度及滲透率都很低，但也有較大的差別。龍馬溪組孔隙度更高，更加有利于頁巖氣的聚集。

2.2.3含氣性頁巖氣游離態(tài)與吸附態(tài)的影響因素有很多。游離氣主要與溫度、壓力、孔隙度以及含水飽和度有關(guān)。吸附氣則主要吸附于干酪根和礦物顆粒的表面，所以有機質(zhì)類型和總有機碳含量是其主要的影響因素［14］。

圖5　龍馬溪組與筇竹寺組總孔隙度分析圖Fig.5 Longmaxi and Qiongzhusi porosity analysis diagram

圖6　龍馬溪組與筇竹寺組含氣孔隙度分析圖Fig.6 Longmaxi and Qiongzhusi formation gas porosity analysis diagram

圖7　龍馬溪組與筇竹寺組滲透率分析圖Fig.7 Longmaxi and Qiongzhusi permeability analysis diagram

圖8　川南地區(qū)龍馬溪組與筇竹寺組等溫吸附圖Fig.8 Southern Sichuan Longmaxi and Qiongzhusi isotherm diagram

總有機碳含量是控制頁巖氣吸附能力的一個很重要的因素，高有機碳含量能增強頁巖氣的吸附能力，原因是在于頁巖中有機碳含量與孔隙度成正比，即有機碳含量越高，孔隙度越高?？紫对桨l(fā)育，頁巖氣吸附的比表面積就越大，進而吸附氣的含量增加［15，16］。從壓力的角度出發(fā)，對研究區(qū)的樣品進行了等溫吸附實驗（見圖8），從圖8中可以看出，在溫度一定的條件下，頁巖吸附氣含量隨壓力的升高而增加，呈現(xiàn)出一種正相關(guān)的關(guān)系且相關(guān)性較好［17］。龍馬溪組原地吸附能力明顯強于筇竹寺組。

對川南地區(qū)的龍馬溪組與筇竹寺組頁巖樣品進行了實測含氣量研究（見圖9），從圖9可以看出，龍馬溪組頁巖樣品實測總含氣量為1.0 m3/t～3.0 m3/t，平均為1.843 m3/t。筇竹寺組頁巖樣品實測總含氣量為0 m3/t～2.0 m3/t，平均1.025 m3/t。相較之下，龍馬溪組含氣量更高。

圖9　龍馬溪組與筇竹寺組總含氣量分析Fig.9 Total gas content of Longmaxi and Qiongzhusi formation

3　總結(jié)

（1）川南地區(qū)龍馬溪組頁巖TOC為0.28%～4.5%，平均為2.2%。筇竹寺組頁巖TOC為0.23%～3.2%，平均為1.7%。龍馬溪組的總孔隙度為2%～10%，平均孔隙度為5%。滲透率為2.19×10-3nD～1 250 nD，平均為82 nD；筇竹寺組的總孔隙度為1%～5%，平均為2%。滲透率為3.79×10-4nD～955 nD，平均63 nD。龍馬溪組頁巖實測含氣量介于0.356 m3/t～15.0 m3/t，平均為1.843 m3/t，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，總含氣量主要為1.0 m3/t～3.0 m3/t。筇竹寺組頁巖氣實測含氣量介于0 m3/t～2.096 m3/t，平均為1.025 m3/t，總含氣量主要為0 m3/t～2.0 m3/t。相比較這三個評價標(biāo)準(zhǔn)，龍馬溪組較筇竹寺組具有更大的開采潛力。

（2）川南地區(qū)筇竹寺組頁巖鏡質(zhì)體反射率Ro基本大于2.8%，平均為3.27%。龍馬溪組頁巖鏡質(zhì)體反射率Ro基本大于2.0%，平均為2.5%。筇竹寺組石英平均含量為41.2%，黏土平均含量為26.2%，其次斜長石平均含量為23.4%，方解石含量4%，黃鐵礦含量3.6%。龍馬溪組石英平均含量為33.1%，斜長石平均含量為5.53%，方解石和白云石平均含量為13.95%和6.4%。黃鐵礦平均含量與筇竹寺組含量為3.29%，黏土含量為36.9%。相比較這兩個評價指標(biāo)，筇竹寺組鏡質(zhì)體反射率和脆性礦物含量均高于龍馬溪組，前期具有更大的生烴潛力，也利于后期壓力開采。

（3）綜合了本文研究的6個評價指標(biāo)，川南地區(qū)龍馬溪組和筇竹寺組均具有較大的生氣潛力，但是龍馬溪組更應(yīng)該作為優(yōu)選層位。

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Shale gas comparision and evaluation of Longmaxi formation and Qiongzhusi formation of lower Palaeozoic in the area of southern Sichuan

LI Xiaomeng，PAN Renfang，WU Wenjing，YAN Jie，LU Yixiang
（College of Earth Sciences，Yangtze University，Wuhan Hubei 430100，China）

According to the present results，Qiongzhusi formation and Longmaxi formation both have industrial gas outputting in the southern Sichuan.In the early stage of exploration，the results are not uniform.The author will evaluate the shale from organic chemical elements and comparison of petrophysical parameters，then select the preference formation.The TOC value of Qiongzhusi is 0.23%～3.2%，the average is 1.7%.The TOC value of Longmaxi is 0.28%～4.5%，the average is 2.2%.The organic type of Qiongzhusi and Longmaxi is sapropel type.The vitrinite reflectance Ro of Qiongzhusi is higher than that of Longmaxi，the Ro are both higher than 2%which belong to the mature stage.In the rock physics，Qiongzhusi brittle mineral content is higher than Longmaxi，which has greater potential forexploitation.The porosity and permeability of Longmaxi formation is much better，which is helpful to the adsorption of shale gas.The comprehensive evaluation index，the Longmaxi group has the priority exploitation potential，but Qiongzhusi formation，also has great value of exploration.

Qiongzhusi formation；Longmaxi formation；organic chemical elements；petrophysical parameter

TE122.1

A

1673-5285（2016）10-0087-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.021

2016－08-28

國家自然科學(xué)基金項目“頁巖油、氣甜點構(gòu)成要素比較研究”，項目編號：41472123。

李曉萌，女（1991-），長江大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向為儲層預(yù)測，郵箱：1048129141@qq.com。