江漢區(qū)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣保存條件分析

廖文魁

摘 要：本文收集近年來(lái)在本區(qū)投入的頁(yè)巖氣調(diào)查區(qū)評(píng)價(jià)項(xiàng)目相關(guān)資料和數(shù)據(jù)，分析了五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖保存條件：厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度較高，生氣條件較好，有機(jī)質(zhì)微孔隙較多，頂?shù)装迳w層封堵性較好，具備生氣、儲(chǔ)氣條件；但是由于本區(qū)巖石的裂縫發(fā)育，構(gòu)造變形十分強(qiáng)烈，構(gòu)造復(fù)雜，不利于頁(yè)巖氣的保存，這也是本區(qū)未見良好氣顯示的一個(gè)重要原因。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣；有機(jī)碳；礦物成分；空隙特征；微裂隙；構(gòu)造

中圖分類號(hào)：P618 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）13-0132-02

1 概況

本區(qū)頁(yè)巖氣工作區(qū)以京山斷裂為界，東北部屬于大洪山疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造帶，構(gòu)造單元為巴洪沖斷背斜中東段的大洪山臺(tái)褶束（Ⅱ11-2），為古生界組成的褶皺束，自北而南分三部分：大洪山復(fù)背斜、客店坡復(fù)向斜和楊集褶皺帶；西南部為鐘祥褶皺沖斷帶和京山?jīng)_斷褶皺滑脫帶，鐘祥褶皺沖斷帶（鄂中褶斷區(qū)）。

（Ⅱ12）位于樂(lè)鄉(xiāng)關(guān)-潛江復(fù)背斜的北部，構(gòu)造單元為鐘祥臺(tái)褶束（Ⅱ12-5），北北西向的中、新生代斷陷盆地將該區(qū)分割成二凸二凹的構(gòu)造格局，自西而東為：荊門地塹（斷凹）、樂(lè)關(guān)鄉(xiāng)斷凸、漢水?dāng)喟家杂缆『勇∑稹Ｄ喜繛槌梁恋靥脧?fù)向斜北端京山?jīng)_斷褶皺滑脫帶之京山褶皺群。見圖1構(gòu)造綱要圖。

區(qū)內(nèi)頁(yè)巖主要發(fā)育在上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組和中二疊統(tǒng)孤峰組。其中上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組主要含頁(yè)巖氣層段巖性為灰黑色碳質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖，富含豐富的筆石化石等生物，含有機(jī)質(zhì)豐度較高，頁(yè)巖厚度大，分布范圍廣。

2 頁(yè)巖氣生儲(chǔ)條件

2.1 有機(jī)質(zhì)碳含量

頁(yè)巖中的有機(jī)碳是頁(yè)巖氣的物質(zhì)來(lái)源，總有機(jī)碳含量是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣生成與賦存條件的重要指標(biāo)，眾多含頁(yè)巖氣研究實(shí)例表明頁(yè)巖氣的吸附能力與頁(yè)巖的有機(jī)碳含量之間存在著線性關(guān)系，因而有機(jī)碳含量是進(jìn)行頁(yè)巖氣生成潛力及含氣性評(píng)價(jià)的基本參數(shù)。

本區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組厚度介于87.60～142.48m，有機(jī)碳（TOC）含量范圍值為0.14～3.53%，平均值為1.72%，總體屬低-中頁(yè)巖氣層。

2.2 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征描述主要參數(shù)有孔隙度、滲透率、巖石密度、孔隙結(jié)構(gòu)、礦物成分等。各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要參考《頁(yè)巖含氣量測(cè)定方法》（SY/T 6940-2013）、《頁(yè)巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0254-2014）。見表1。

2.2.1 巖石礦物成分

上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組鉆孔礦物巖石X-衍射分析結(jié)果表明，上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組所含主要礦物為粘土礦物和石英，含有少量長(zhǎng)石（表2）。其中粘土礦物含量最小值28.4%，最大值52.2%，平均值42.46%；石英含量最小值27.9%，最大值55.4%，平均值37.99%；長(zhǎng)石含量最小值為4.4%，最大值12.9%，平均值8.8%；鈣芒硝+白云石最小值為零，最大值24.4%，平均值僅有9.61%；黃鐵礦等礦物含量最小值為1.4%，最大值7%，平均值為4.10%?？傮w表現(xiàn)為粘土礦物正常，脆性礦物偏多，利于頁(yè)巖氣的吸附聚集和壓裂改造。

2.2.2 巖石物性

頁(yè)巖具有低孔超低滲的特點(diǎn)，孔隙度一般不超過(guò)5%，滲透率一般為10-4～10-3mD。根據(jù)鉆孔實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組巖石物性特征表現(xiàn)為低孔-特低孔特低滲（表3）。

孔隙度范圍0.74～2.05%，集中段1.02～1.60%，平均值1.27%，其中小于2%（特低孔）的樣品占89%，大于2%小于5%（低孔）的樣品占11%，屬于特低孔儲(chǔ)層。

滲透率范圍0.00214～0.20525mD，集中段0.01097 ～0.05371mD，平均值0.005363mD，所有樣品值均遠(yuǎn)小于1mD，屬于特低滲儲(chǔ)層。

2.2.3 孔隙特征

如前所述，頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率極低，非均質(zhì)性極強(qiáng)，因而，頁(yè)巖氣藏中的游離氣主要儲(chǔ)集在頁(yè)巖基質(zhì)孔隙和裂縫等空間中。由于頁(yè)巖中礦物組成、富有機(jī)質(zhì)等獨(dú)特因素的存在，頁(yè)巖除基質(zhì)孔隙外，天然裂縫的發(fā)育、有機(jī)質(zhì)經(jīng)生烴演化后的消耗而增加的大量孔隙空間以及頁(yè)巖層中的粉、細(xì)砂巖夾層等，均可極大地增加頁(yè)巖的實(shí)際儲(chǔ)集空間，從而提高頁(yè)巖的儲(chǔ)氣能力。

頁(yè)巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)滲空間可分為基質(zhì)孔隙和裂縫，一般為nm級(jí)?；|(zhì)孔隙有殘余原生孔隙、有機(jī)質(zhì)生烴形成的微孔隙、黏土礦物伊利石化形成的微裂（孔）隙和不穩(wěn)定礦物（如長(zhǎng)石、方解石）溶蝕形成的溶蝕孔等。

（1）殘余原生孔隙。主要是分散于片狀黏土中的粉砂質(zhì)顆粒間的孔隙。這部分孔隙與常規(guī)儲(chǔ)層孔隙相似，隨埋藏深度增加而迅速減少?？紫洞笮∫话爿^小，普遍在1～10μm之間。

（2）有機(jī)質(zhì)孔隙。研究認(rèn)為，頁(yè)巖中的孔隙以有機(jī)質(zhì)生烴形成的孔隙為主。據(jù)Jarvie等人研究，有機(jī)質(zhì)含量為7%的頁(yè)巖在生烴演化過(guò)程中，消耗35%的有機(jī)碳可使頁(yè)巖孔隙度增加49%。有機(jī)微孔的直徑一般為0.01～1μm，形態(tài)一般為蜂窩狀、條帶狀、塊狀。

五峰組-龍馬溪組有機(jī)質(zhì)孔隙較發(fā)育，形態(tài)主要為蜂窩狀、塊狀、條帶狀。其中蜂窩狀有機(jī)質(zhì)孔隙大小一般為100～300nm；條帶狀有機(jī)質(zhì)孔隙一般較大，大小為1～5μm。

（3）次生溶蝕孔隙。次生溶蝕孔隙的孔徑多數(shù)在0.01～0.05mm，少數(shù)在0.05～0.6mm，孔隙一般為不規(guī)則狀，碳酸鹽含量較高時(shí)易形成溶蝕孔隙。該類次生孔隙是由于有機(jī)質(zhì)脫羧后產(chǎn)生的酸性水對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的碳酸鹽礦物強(qiáng)烈溶蝕形成的。

五峰組-龍馬溪組次生溶蝕孔隙較為發(fā)育，主要有石英粒內(nèi)粒間溶孔，方解石粒內(nèi)溶孔，鈉長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔等，孔隙大小μm級(jí)。

2.3 頂?shù)装宸舛聴l件

常規(guī)油氣勘探一般將蓋層分為兩類，即直接蓋層和間接蓋層。直接蓋層是指直接覆于烴源巖之上的巖層系；間接蓋層是指區(qū)域上連片分布的泥頁(yè)巖或膏鹽層系等，且厚度大。頁(yè)巖氣屬于非常規(guī)油氣藏，其富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖是典型的自身自儲(chǔ)式層系，上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組頂板為下志留統(tǒng)（新灘組、羅惹坪組、紗帽組）頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖、粉-細(xì)砂巖等，厚度1100～2500m，具有良好的封蓋性能；底板為奧陶系生物碎屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖等，厚度60～300m，其中寶塔組、廟坡組、牯牛潭組、大灣組、紅花園組、南津關(guān)組為較致密的瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、頁(yè)巖，具有一定的封堵性能。

雖然本區(qū)五峰組-龍馬溪組頂板巖性多為致密性巖層，但是結(jié)合實(shí)際鉆孔發(fā)現(xiàn)，本區(qū)下志留統(tǒng)各組段巖性多發(fā)育裂縫或石英脈體（方解石脈體）發(fā)育，裂縫的發(fā)育也對(duì)不利于本區(qū)頁(yè)巖氣的保存。

3 頁(yè)巖氣后期改造條件

3.1 裂縫

頁(yè)巖儲(chǔ)層中的裂縫多以微裂縫形式存在。其產(chǎn)生可能與斷層和褶皺等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相關(guān)，也可能與有機(jī)質(zhì)生烴時(shí)形成的輕微超壓而使頁(yè)巖儲(chǔ)層破裂有關(guān)。

微裂縫對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的影響是雙重的。一方面，微裂縫發(fā)育不但可以為頁(yè)巖氣的游離富集提供儲(chǔ)滲空間，增加頁(yè)巖氣游離態(tài)天然氣的含量；而且，微裂縫也有助于吸附態(tài)天然氣的解析，并成為頁(yè)巖氣運(yùn)移、開采的通道。另一方面，微裂縫發(fā)育如與大型斷裂連通，對(duì)于頁(yè)巖氣的保存條件極為不利；地層水也會(huì)通過(guò)裂縫進(jìn)入頁(yè)巖儲(chǔ)層，使氣井見水早，含水上升快，甚至可能暴性水淹。

從本工區(qū)的鉆孔清水試驗(yàn)來(lái)看，在五峰組-龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中，凡裂縫發(fā)育者（即使有方解石等充填），入水冒泡則有一定量顯示，頁(yè)巖氣顯示較活躍，反映了頁(yè)巖氣聚集較多，推測(cè)相應(yīng)頁(yè)巖氣藏愈富集。

上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組微裂縫主要見于粘土、鈉長(zhǎng)石和石英中，大小200nm。

3.2 構(gòu)造

五峰組-龍馬溪組含氣頁(yè)巖層段沉積后，工作區(qū)處于揚(yáng)子大陸邊緣盆地穩(wěn)定發(fā)展階段，在早泥盆世，海陸面貌發(fā)生了重大變化，秦嶺-大別-桐柏隆起成陸，揚(yáng)子板塊也受加里東運(yùn)動(dòng)的影響抬升成陸，完成了兩個(gè)板塊的對(duì)接，揚(yáng)子區(qū)普遍缺失這一地史時(shí)期的沉積。此后，海水再度入侵，繼續(xù)揚(yáng)子淺海盆地的發(fā)展，直至晚三疊世，受印支運(yùn)動(dòng)的影響，揚(yáng)子板塊與秦嶺板塊發(fā)生碰撞而隆起成陸，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)進(jìn)入燕山旋回。燕山運(yùn)動(dòng)對(duì)工作區(qū)含氣頁(yè)巖層段的改造甚劇，揚(yáng)子板塊向秦嶺板塊俯沖，區(qū)域上發(fā)育了一系列的逆沖推覆構(gòu)造，形成規(guī)模較大的斷裂，具代表性的為青寨子、京山、胡集、荊門等斷裂。根據(jù)收集的資料來(lái)看：本區(qū)印支期以來(lái)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)頁(yè)巖氣保存有利與不利并存，但是燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)頁(yè)巖氣保存破壞較大。

從平面上，京山斷裂以北，構(gòu)造變形十分強(qiáng)烈，對(duì)頁(yè)巖氣的保存十分不利。京山斷裂以南，構(gòu)造變形的影響相對(duì)較小，是含氣頁(yè)巖層段保存相對(duì)完好的地段，這一范圍是：永興鎮(zhèn)-京山-長(zhǎng)壽-客店-謳樂(lè)-雅口-豐樂(lè)-石龍等城鎮(zhèn)圍限的范圍。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）本區(qū)五峰組-龍馬溪組厚度大、分布面積廣，有機(jī)質(zhì)豐度較高，是頁(yè)巖氣的生氣層；（2）該組孔隙度范圍0.74～2.05%，平均值1.27%，屬于低孔-特低孔儲(chǔ)層；滲透率范圍0.00214～0.20525mD，平均值0.005363mD，所有樣品值均遠(yuǎn)小于1mD，屬于特低滲儲(chǔ)層；（3）該組殘余原生孔隙、次生溶蝕孔隙和裂縫均較發(fā)育，有機(jī)質(zhì)孔隙不發(fā)育。石英等脆性礦物含量高，石英含量范圍值27.9%～55.4%，平均值37.99%；屬較易壓裂開采類；（4）該組地層頂、底板具有一定的封堵性，但是裂隙、石英脈（方解石脈）的發(fā)育對(duì)頁(yè)巖氣的保存不利；（5）五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖微裂縫發(fā)育，本區(qū)微裂縫對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的影響是有利的；但是本區(qū)構(gòu)造變形十分強(qiáng)烈，不利于頁(yè)巖氣的保存。

參考文獻(xiàn)

[1]楊波，胡明毅，等.中揚(yáng)子地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層及含氣性特征[J].天然氣地球科學(xué)，2013，24（6）：1274-1283.

[2]張濤，尹宏偉，賈東，姚素平，胡文瑄，等.下?lián)P子區(qū)構(gòu)造變形特征與頁(yè)巖氣保存條件[J].煤炭學(xué)報(bào)，2013，38（5）：883-889.

[3]郭站峰，中國(guó)南方中-上揚(yáng)子區(qū)早志留世（龍馬溪期）盆地-沉積組合，2006.

[4]鄭和榮，高波，彭勇民，聶海寬，楊斐然，等.中上揚(yáng)子地區(qū)下志留統(tǒng)沉積演化與頁(yè)巖氣勘探方向[J].古地理學(xué)報(bào)，2013，15（5）：645-656.