湖南保靖區(qū)塊龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)特征及有利區(qū)優(yōu)選

王軍鵬，魯東升，陳宏亮，于 鵬，李 鵬，于 濤.

(神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京 100011)

湖南保靖區(qū)塊龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)特征及有利區(qū)優(yōu)選

王軍鵬，魯東升，陳宏亮，于 鵬，李 鵬，于 濤.

(神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京 100011)

保靖區(qū)塊龍馬溪組中下部普遍發(fā)育一套深水沉積的暗色泥巖，是頁巖氣勘探的優(yōu)質(zhì)儲層。通過對儲層厚度、埋深、有機(jī)碳、成熟度、干酪根類型等地化指標(biāo)，孔隙度、滲透率等物性參數(shù)，以及礦物組分、含氣性、保存條件等進(jìn)行綜合分析，顯示本區(qū)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)儲層具有一定的勘探潛力。參考國內(nèi)外頁巖氣有利區(qū)塊評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本區(qū)實(shí)際，對龍馬溪組進(jìn)行了有利區(qū)優(yōu)選，并采用體積法對資源量進(jìn)行了估算。

湖南保靖區(qū)；龍馬溪組；頁巖氣；有利區(qū)

湖南保靖區(qū)塊位于湖南省湘西土家族苗族自治州西北部，面積1189 km2，是國土資源部第二輪頁巖氣探礦權(quán)出讓招標(biāo)的區(qū)塊之一。

保靖區(qū)塊區(qū)域構(gòu)造位于江南隆起北緣，揚(yáng)子臺地內(nèi)的湘鄂西斷褶帶南部邊緣[1]，區(qū)內(nèi)發(fā)育下志留統(tǒng)龍馬溪組和下寒武統(tǒng)牛蹄塘組兩套富有機(jī)質(zhì)暗色頁巖，其中龍馬溪組是本區(qū)頁巖氣勘探的主要層系。

自2013年以來，保靖區(qū)塊先后針對龍馬溪組施工了7口探井，結(jié)合地表地質(zhì)調(diào)查、二維地震、含氣量測試、分析化驗(yàn)等資料，獲取了龍馬溪組厚度、含氣量、TOC、Ro、礦物組分、孔滲條件等關(guān)鍵參數(shù)，為區(qū)內(nèi)龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)條件評價和有利區(qū)優(yōu)選提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地層

保靖區(qū)塊區(qū)域地層屬于揚(yáng)子地層區(qū)之湘鄂西分區(qū)的永順—酉陽小區(qū)[2]，區(qū)內(nèi)由老至新出露下古生界寒武系、奧陶系、志留系、上古生界泥盆系、二疊系、中生界三疊系及第四系，泥盆系下統(tǒng)和石炭系缺失。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

保靖區(qū)塊位于揚(yáng)子-華南板塊的揚(yáng)子陸塊東南緣，以保靖—慈利斷裂帶為界，橫跨湘北斷褶帶和雪峰構(gòu)造帶。自下寒武統(tǒng)沉積以來經(jīng)歷了加里東運(yùn)動、華力西運(yùn)動、印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動及喜馬拉雅運(yùn)動等多期構(gòu)造運(yùn)動，對區(qū)內(nèi)構(gòu)造格局形成和演化產(chǎn)生重大影響。

區(qū)塊位于典型的隔槽式褶皺帶中，地質(zhì)構(gòu)造條件十分復(fù)雜，區(qū)內(nèi)由西向東分別由八面山向斜、隆頭鎮(zhèn)背斜、馬蹄寨—野竹坪向斜組成，在東南部發(fā)育保靖—慈利斷裂帶(圖1)。主要斷裂呈北西向，傾向南東，走向與褶皺軸線基本一致，為北北東—北東向。

圖1 保靖區(qū)塊構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structure outline map of Baojing block

2 龍馬溪組儲層地質(zhì)特征

2.1 儲層發(fā)育特征

為便于與周邊區(qū)塊進(jìn)行地層對比，將龍馬溪組地層劃分為3段，自下而上分別為龍一段、龍二段和龍三段。通過地層對比發(fā)現(xiàn)(圖2)，保靖區(qū)塊與焦石壩地區(qū)的龍一段地層巖性差異不大，均反映的是一套以深水沉積的暗色泥巖為主的地層。但龍二段和龍三段差異較大，焦石壩地區(qū)龍二段和龍三段地層巖性整體以黑色泥巖為主，反映了深水沉積環(huán)境的特征；而保靖區(qū)塊的龍二段和龍三段地層則以淺水沉積環(huán)境下的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖為主。因此保靖區(qū)塊龍馬溪組的優(yōu)質(zhì)頁巖儲層主要為龍一段的中下部。

受構(gòu)造和沉積相影響，保靖區(qū)塊龍馬溪組在區(qū)域上主要分布在馬蹄寨—野竹坪向斜核部及兩翼，埋深在0～3500 m之間，東南部和西北部均被剝蝕殆盡。根據(jù)探井揭示，龍馬溪組地層厚度在18.0～41.5 m之間，從東北到西南逐漸增大(圖3)，優(yōu)質(zhì)頁巖段厚度在6～16 m之間，厚度自東南向西北逐漸減薄。地層浮游生物以筆石為主[3]，可富集成暗色筆石頁巖，局部見放射蟲、骨針等硅質(zhì)生物碎屑。

2.2 儲層地化特征

2.2.1 干酪根類型

通過對兩口探井龍馬溪組底部頁巖巖心樣品進(jìn)行的有機(jī)顯微組分分析，保靖區(qū)塊龍馬溪組頁巖有機(jī)顯微組分以腐泥組為主，整體大于90%(圖4)，少量殼質(zhì)組、樹脂體及鏡質(zhì)組，不含惰性組；干酪根類型指數(shù)為81.63～99.5，平均為95.9，為I型干酪根，屬于以海洋菌藻類為主的生源組合，具較高生烴潛力。

2.2.2 總有機(jī)碳(TOC)

通過對區(qū)內(nèi)5口探井的巖心分析統(tǒng)計(jì)可以看出，龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖段TOC含量均大于2.00%(表1)，最高可達(dá)2.69%，平均為2.46%，表明保靖區(qū)塊龍馬溪組底部頁巖段屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖。

圖2 保靖區(qū)塊—焦石壩地區(qū)龍馬溪組地層對比圖Fig.2 Comparative map of Longmaxi formation between Baojing block and Jiaoshiba area

圖3 保靖區(qū)塊龍馬溪組厚度分布圖Fig.3 Thickness profile map of Longmaxi formation in Baojing block

圖4 保靖區(qū)塊有機(jī)質(zhì)顯微組分測試分布圖Fig.4 Organic maceral profile map of Longmaxi formation in Baojing block

表1 保靖區(qū)塊各探井龍馬溪組TOC統(tǒng)計(jì)表Table 1 TOC statistical table in Baojing block

2.2.3 鏡質(zhì)體反射率(Ro)

區(qū)內(nèi)5口探井的巖心分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示(表2)，龍馬溪組底部優(yōu)質(zhì)頁巖成熟度較高，平均值大于2.50%，最高值可達(dá)3.28%，處于過成熟階段，已過了生烴期。

表2 保靖區(qū)塊各探井龍馬溪組Ro統(tǒng)計(jì)表Table 2 Ro statistical table in Baojing block

龍馬溪組頁巖自晚二疊世進(jìn)入排烴期后，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，造成不同地區(qū)龍馬溪組底部頁巖的埋藏史和熱演化史存在差異，體現(xiàn)為不同構(gòu)造部位的龍馬溪組底部頁巖始終存在著埋藏深度差和有機(jī)質(zhì)成熟度差。尤其是燕山運(yùn)動和喜山運(yùn)動造成野竹坪向斜兩翼的地層持續(xù)抬起、剝蝕，使得兩翼龍馬溪組底部頁巖段在后期抬升停止熱演化，而向斜核部的龍馬溪組底部頁巖埋深持續(xù)加大而繼續(xù)熱演化，最終形成現(xiàn)今向斜核部的龍馬溪組底部頁巖層有機(jī)質(zhì)成熟度明顯大于向斜翼部。

從龍馬溪組底部頁巖Ro與埋深的對比可以看出，龍馬溪組底部優(yōu)質(zhì)頁巖熱演化程度與埋深呈正相關(guān)關(guān)系，熱演化程度隨著埋深的增加而增大，這也證明了龍馬溪組的構(gòu)造格局是繼承性的。

2.3 儲層物性特征

2.3.1 儲層孔滲特征

根據(jù)區(qū)內(nèi)探井巖心分析資料，保靖區(qū)塊龍馬溪組頁巖儲層具有特低孔、超低滲的物性特征，孔隙度

在0.66%～2.54%之間，滲透率在2.6～32 nD之間(表3)，滲透性較差。

表3 保靖區(qū)塊龍馬溪組孔隙度和滲透率統(tǒng)計(jì)表Table 3 Porosity and permeability statisticalTable in Baojing block

2.3.2 儲層儲集空間特征

區(qū)內(nèi)龍馬溪組底部優(yōu)質(zhì)頁巖的孔隙孔徑以納米級為主，按其成因類型劃分為基質(zhì)無機(jī)孔、有機(jī)孔、微裂縫3大類。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，頁巖儲層的儲滲空間可分為巖石基質(zhì)孔隙和裂縫，其中基質(zhì)孔隙按薛冰、張金川[4]等人提出的劃分方案可劃分為粒間孔、粒內(nèi)孔、晶間孔、化石孔和有機(jī)質(zhì)孔，在保靖區(qū)內(nèi)均有發(fā)現(xiàn)，裂縫多以微裂縫形式存在，寬度在幾十納米到幾百納米不等(圖5)。

圖5 保靖區(qū)塊龍馬溪組微裂縫觀測Fig.5 Microfracture observation of Longmaxi formation in Baojing block

2.4 儲層巖石學(xué)特征

頁巖脆性隨石英、碳酸鹽礦物含量增加而提高[5]，根據(jù)行業(yè)壓裂標(biāo)準(zhǔn)，脆性礦物含量≥30%時有利于壓裂改造，提高產(chǎn)量。

通過對保靖區(qū)塊龍馬溪組儲層巖心的X光衍射分析可以看出，本區(qū)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖段礦物含量以碎屑礦物和黏土礦物為主，還有少量的碳酸鹽礦物和黃鐵礦(圖6)。碎屑礦物中，石英含量為38.9%～44.9%、鉀長石含量為1.9%～4.6%、斜長石含量為7.14%～9.80%，碳酸鹽礦物含量較低，方解石含量為0.68%～6.70%、白云石含量為0.74%～5.70%，與焦石壩地區(qū)頁巖礦物組分基本一致?？傮w而言，龍馬溪組頁巖段的脆性礦物含量在55%以上，遠(yuǎn)高于行業(yè)壓裂標(biāo)準(zhǔn)，利于壓裂改造。

圖6 保靖區(qū)塊龍馬溪組礦物組分分布直方圖Fig.6 Mineral composition distribution histograph of Longmaxi formation in Baojing block

本區(qū)龍馬溪組頁巖段黏土礦物含量在32.8%～45.02%之間，平均38.91%。黏土礦物主要以伊蒙混層(I/S)、伊利石(I)和綠泥石(C)為主，幾乎不高嶺土及蒙脫石類(圖7)，地層水敏性低，有利于壓裂改造。

圖7 保靖區(qū)塊龍馬溪組黏土礦物組分分布直方圖Fig.7 Clay mineral composition distribution histograph of Longmaxi formation in Baojing block

2.5 儲層含氣性特征

通過對保靖區(qū)塊4口探井龍馬溪組巖心的含氣性解析(表4)，本區(qū)龍馬溪組含氣量在0.04～4.51 m3/t之間，甲烷含量在41.50%～88.29%之間。從區(qū)域上來看，除4井外，其余各井含氣量均在1 m3/t以上，向斜西翼尤其是西北翼含氣性要顯著優(yōu)于東翼。

表4 保靖區(qū)塊各探井龍馬溪組含氣量統(tǒng)計(jì)表Table 4 Gas content statistical table in Baojing block

2.6 保存條件

頁巖氣屬于原生性油氣藏[6]，保存條件對頁巖氣的成藏富集具有重要意義。本區(qū)內(nèi)龍馬溪組主要分布在呈北東向展布的馬蹄寨—野竹坪向斜核部及兩翼，上部除溶溪組泥頁巖作為有效蓋層外，二疊系和三疊系灰?guī)r地層均具有較好的封蓋作用。龍馬溪組及其頂部均為致密泥頁巖隔水層，對地層及地表水具有較強(qiáng)的阻擋作用，能有效阻隔目的層與巖溶地層之間的溝通，具備較好的保存條件。

2.7 儲層勘探潛力評價

通過對保靖區(qū)塊龍馬溪組的綜合評價，認(rèn)為保靖區(qū)塊龍馬溪組與焦石壩地區(qū)具有較好的可比性，其中龍馬溪組中下部即龍一段為一套以深水沉積的暗色泥巖為主的地層，是本區(qū)龍馬溪組的優(yōu)質(zhì)頁巖儲層。

通過對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行對比分析，保靖區(qū)塊龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖段具有厚度小(6～16 m)、TOC含量高(>2%)、成熟度高(Ro>2.5%)、脆性礦物含量高、特低孔超低滲、含氣性及保存條件較好等特點(diǎn)，具備一定的勘探潛力。

受多期次復(fù)雜構(gòu)造影響，龍馬溪組優(yōu)質(zhì)儲層厚度及含氣性在區(qū)域上差異較大。通過與鄰區(qū)焦石壩地區(qū)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造是影響本區(qū)龍馬溪組成藏的主控因素，通過對以往勘探資料的對比研究，尋找埋深相對較小、具有一定構(gòu)造背景的區(qū)域，可以形成相對較富集的頁巖氣藏，在一定程度上彌補(bǔ)儲層厚度的不足，為本區(qū)龍馬溪組有利區(qū)優(yōu)選和下一步勘探工作指明方向。

3 有利區(qū)優(yōu)選

本區(qū)龍馬溪組主要分布在向斜核部及兩翼地區(qū)，其中向斜西翼是龍馬溪組勘探的重點(diǎn)區(qū)域。參考國內(nèi)外頁巖氣有利區(qū)塊評價標(biāo)準(zhǔn)[7]，結(jié)合本區(qū)實(shí)際，將含氣量大于2 m3/t、埋深在800～3500 m的區(qū)域作為Ⅰ類區(qū)，含氣量在1～2 m3/t、埋深在500～3500 m的區(qū)域作為Ⅱ類區(qū)，其余為Ⅲ類區(qū)，據(jù)此將本區(qū)龍馬溪組劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類區(qū)(圖8)。

圖8 保靖區(qū)塊龍馬溪組有利區(qū)分布圖Fig.8 Favorable area distribution of Longmaxi formation in Baojing block

根據(jù)《頁巖氣資源/儲量計(jì)算與評價技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0254—2014)，采用體積法估算出龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)資源量：Ⅰ類區(qū)資源量為128.6×108m3、Ⅱ類區(qū)資源量為132.7×108m3、Ⅲ類區(qū)資源量為120×108m3。

4 結(jié)論

(1)龍馬溪組是保靖區(qū)塊頁巖氣勘探的重要層系，主要分布在馬蹄寨—野竹坪向斜核部及兩翼地區(qū)，埋深在0～3500 m之間，厚度在18.0～41.5 m之間。

(2)通過與鄰區(qū)對比發(fā)現(xiàn)，保靖區(qū)塊龍馬溪組與焦石壩地區(qū)具有較好的可比性，其中龍馬溪組中下部即龍一段為一套以深水沉積的暗色泥巖為主的地層，是本區(qū)龍馬溪組的優(yōu)質(zhì)頁巖儲層。

(3)保靖區(qū)塊龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖段為I型干酪根，厚度在6～16 m之間，TOC>2%，Ro>2.5%，含氣量一般大于1 m3/t，脆性礦物含量在55%以上，水敏性低、保存條件好，具有一定的勘探潛力；但孔滲條件較差，是頁巖氣勘探開發(fā)的制約因素。

(4)保靖區(qū)塊經(jīng)歷多期復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，龍馬溪組優(yōu)質(zhì)儲層厚度及含氣性在區(qū)域上差異較大，構(gòu)造是影響本區(qū)龍馬溪組成藏的主控因素。參考國內(nèi)外頁巖氣有利區(qū)塊評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本區(qū)實(shí)際，對龍馬溪組進(jìn)行了有利區(qū)優(yōu)選，其中向斜西翼是龍馬溪組勘探的重點(diǎn)區(qū)域，估算資源量在128.6×108m3左右。

[1] 馬力,陳煥疆,甘克文,等.中國南方大地構(gòu)造和海相油氣地質(zhì)(上冊)[M].北京:地質(zhì)出版社,2004:4-5.

[2] 張志平,程禮軍,劉俊峰,等.湖南保靖下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣成藏地質(zhì)條件評價[J].天然氣勘探與開發(fā),2013,36(3):4-26.

[3] 關(guān)德師,牛嘉玉,郭麗娜,等.中國非常規(guī)油氣地質(zhì)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1995:17-18.

[4] 薛冰,張金川,唐玄,等.黔西北龍馬溪組頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)及儲氣特征[J].石油學(xué)報(bào),2015,36(2):138-149.

[5] 張金川,薛會,卞昌蓉,等.中國非常規(guī)天然氣勘探雛議[J].天然氣工業(yè),2006,26(12):53.

[6] 張金川,金之鈞,袁明生.頁巖氣成藏機(jī)理和分布[J].天然氣工業(yè),2004,24(7):15-18.

[7] 陳波.中上揚(yáng)子地區(qū)志留系龍馬溪組頁巖氣資源潛力評價[J].中國石油勘探,2009,14(3):27-28.

GeologicalCharacteristicsofShaleGasandFavorableAreaOptimizationinLongmaxiFormation，BaojingBlock，HunanProvince

Wang Junpeng, Lu Dongsheng, Chen Hongliang, Yu Peng, Li Peng, Yu Tao

(ShenhuaGeologicalExplorationCo.,Ltd.,Beijing100011,China)

A set of deep-water deposition dark shale are widely developed in lower Longmaxi formation in Baojing block of Hunan province, which are the high-quality reservoirs for shale gas exploration. The features were analyzed, including organic geochemical indicators such as thickness, burial depth, organic carbon, maturity and organic-matter type, and physical properties such as porosity and permeability, as well as mineralogical composition, gas-bearing and preservation conditions. Results showed that the high-quality reservoirs in Longmaxi formation have a certain exploration potential. Some favorable areas were optimized referring to national and foreign evaluation standards and based on their own characteristics. In addition, resource were estimated using volume method.

Baojing block of Hunan province; Longmaxi formation; shale gas; favorable area

P618.11

A

王軍鵬(1985—)，男，碩士，工程師，主要從事煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)油氣研究工作。郵箱：wang_junpeng@126.com.