四川盆地東部海相頁巖分布及綜合評價

徐 姣 孫慶莉 段 杰 樂錦波 龔 立

（中國石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司西南物探研究院，四川 成都 610213）

0 引言

中國頁巖氣資源十分豐富，主要分布在松遼盆地、渤海灣盆地、江漢盆地、四川盆地、揚子準(zhǔn)地臺、華南褶皺帶和南秦嶺褶皺帶等，其勘探開發(fā)潛力巨大。四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)取得重要突破，大量研究工作和鉆探實踐表明，四川盆地下古生界龍馬溪組、五峰組海相黑色頁巖具備頁巖氣成藏的地質(zhì)條件，當(dāng)鉆遇裂縫較發(fā)育的龍馬溪組黑色頁巖層段時，普遍見氣測異常、井涌、氣浸和井噴，勘探開發(fā)潛力巨大。近年來，蜀南威遠(yuǎn)、長寧以及川東中國石化涪陵焦石壩等地區(qū)頁巖氣大量投產(chǎn)，取得突破性成績，N201 井區(qū)、W202 井區(qū)、W204 井區(qū)均獲得高產(chǎn)氣流。中國石化在焦石壩地區(qū)頁巖氣獲得重大突破，JY1HF 井最高日產(chǎn)氣量達(dá)20.3 × 104m3，JY2、JY3、JY4 三口井分別試獲日產(chǎn)33.69 × 104m3、11.55 × 104m3、25.83 × 104m3中高產(chǎn)工業(yè)氣流。中國石油在四川盆地東部的海相頁巖氣勘探也取得一定的進展，鉆探WK1 井氣侵顯示，在志留系獲氣1.09 × 104m3／d；TH1 井在志留系龍馬溪組— 奧陶系五峰組顯示較好，地質(zhì)錄井顯示為 “氣測異?！?，后在龍馬溪組側(cè)鉆水平井，測試產(chǎn)量為6 600 m3／d；C7井、Z3井未在志留系獲氣，但是在底部都含有深灰色— 黑色頁巖，且具有一定的物性條件。這些井的鉆探情況表明，四川盆地東部頁巖氣資源較為豐富，開展區(qū)域性特征分析和認(rèn)識，探索頁巖氣富集規(guī)律有可能使川東成為非常規(guī)油氣勘探的又一重要領(lǐng)域。

1 川東志留系優(yōu)質(zhì)頁巖分布研究

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

早志留世龍馬溪組沉積期，盆地西側(cè)的康滇古陸稍有抬升，同時江南隆起也逐漸露出水面形成古陸剝蝕區(qū)，伴隨古陸的抬升，隆起范圍不斷擴大，揚子南緣的黔中隆起、武陵隆起、雪峰隆起、苗嶺隆起基本相連形成滇黔桂隆起帶。四川盆地東部從東到西處于坳陷中心逐漸向古陸過渡區(qū)域，沉積環(huán)境表現(xiàn)為海水相對寧靜的半封閉滯留海還原沉積環(huán)境，水體動蕩，間歇性受海流影響的高能沉積，主要為深水陸棚和淺水陸棚沉積大規(guī)模海侵［1-2］。

在龍馬溪組沉積早期，大規(guī)模海侵、構(gòu)造調(diào)整和局部沉降的綜合作用造成局部為深水陸棚沉積，在底部沉積富有機質(zhì)的黑色頁巖。早志留世晚期到中晚志留世，古陸不斷抬升、擴大，海盆不斷變淺，直到最終全部露出水面，地層廣遭剝蝕［3-4］。川東上志留統(tǒng)回星哨組基本上已經(jīng)被剝蝕殆盡，中志留統(tǒng)韓家店組也遭到了不同程度的剝蝕。所以，川東地區(qū)志留系龍馬溪組的巖性一般可分為上、下兩段，上段以深灰色帶黑色頁巖為主，夾薄層泥質(zhì)粉砂巖、生屑灰?guī)r，頁理發(fā)育，含灰質(zhì)不均勻；下段以黑色高含碳頁巖為主，夾薄層灰黑色泥巖，頁理及筆石化石發(fā)育，且局部含黃鐵礦。其中，下部黑色— 灰黑色頁巖及五峰組黑色頁巖為主要烴源巖，與下伏上奧陶統(tǒng)呈假整合接觸［5-6］。

1.2 頁巖氣地球物理響應(yīng)特征

川東TH1 井是中國石油在2012 年鉆探的一口預(yù)探井，具有較完整的鉆、測井解釋成果，在志留系龍馬溪組— 奧陶系五峰組巖性為黑色碳質(zhì)頁巖，測井解釋在3 502.5～3 532.8 m 為頁巖氣層，即優(yōu)質(zhì)頁巖段，儲層段成像測井見多條低角度裂縫，陣列聲波能量衰減不明顯，有機碳含量（TOC）較高，基本大于2%，孔隙度較發(fā)育，總含氣量大于1.5 m3／t，地質(zhì)錄井顯示為 “氣測異?！?，后在龍馬溪組側(cè)鉆水平井，測試產(chǎn)量為6 600 m3／d。龍馬溪組上部主要巖性為泥頁巖間夾薄層砂巖、生物灰?guī)r，巖性較單一，速度變化不大，自然伽馬值相對較低，底部黑色碳質(zhì)頁巖發(fā)育，具有相對高自然伽馬值、低密度的特征（圖1）［7-8］。龍馬溪組中下部至寶塔組上部（深度3 450～3 560 m，采樣率0.125 m）的測井?dāng)?shù)據(jù)交匯圖見圖2，從圖2 可以看出，自然伽馬值為140 API基本上能區(qū)分優(yōu)質(zhì)頁巖與非優(yōu)質(zhì)頁巖段。優(yōu)質(zhì)頁巖速度介于3 650～4 300 m／s，波阻抗值介于9 300～10 600（g／cm3）×（m／s），而電阻率并不能有效區(qū)分優(yōu)質(zhì)頁巖與非優(yōu)質(zhì)頁巖［9］。

通過TH1 井合成記錄與井旁道對比以及過井地震剖面分析認(rèn)為，五峰組底界對應(yīng)強反射，該同相軸為五峰組底部的硅質(zhì)頁巖與下伏臨湘組和寶塔組灰?guī)r、泥灰?guī)r形成的強阻抗界面，故優(yōu)質(zhì)頁巖即包括龍馬溪組底部至五峰組底界的范圍。優(yōu)質(zhì)頁巖的地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為五峰組底界強波峰向上的強波谷，由于此特征在地震剖面上較難識別及區(qū)分，因此通過地震反演進行預(yù)測（圖3）。

圖1 TH1井頁巖氣優(yōu)化處理成果圖

1.3 地震反演及儲層預(yù)測

根據(jù)分析可知，龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖與一般的泥頁巖相比自然伽馬值相對較高，普遍大于140 API。因此可通過波阻抗、自然伽馬反演來尋找相對高自然伽馬條帶，從而達(dá)到預(yù)測優(yōu)質(zhì)頁巖的目的。C7 井是川東地區(qū)的直井，雖未在志留系獲氣，但龍馬溪組地層較厚，大于600 m，巖性以深灰、黑灰、灰黑色頁巖為主，底部為黑色碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖，物性條件較好。TH1井在龍馬溪組下部測井解釋頁巖差氣層49 m 和頁巖氣層30 m，物性條件好。過C7 井和TH1 井波阻抗和自然伽馬反演剖面見圖4，從圖4 可知，五峰組底界均為一低波阻抗的藍(lán)色條帶和較厚的紅色高自然伽馬條帶，不同的是TH1 井的波阻抗值更低，頁巖厚度更大，自然伽馬值相對也更高，局部高于170 API，可見TH1井五峰組底界的頁巖物性優(yōu)于C7 井?？傮w上反演的井旁道與測井曲線之間高低關(guān)系吻合，反演效果較好，與地質(zhì)情況相吻合。通過反演成果計算優(yōu)質(zhì)頁巖累計厚度，主要在0～50 m 之間變化，有3 塊較厚區(qū)域，第一塊在研究區(qū)南部（Ⅰ），優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大于等于20 m 的區(qū)域約5 894 km2，呈團塊狀分布；第二塊在研究區(qū)東部（Ⅱ），呈北北東向展布，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大于等于20 m的區(qū)域約4 800 km2；第三塊在研究區(qū)東北部（Ⅲ），呈東西向展布，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大于等于20 m 的區(qū)域約2 742 km2（圖5）。

圖3 TH1井井震標(biāo)定及過井時間偏移剖面圖

圖4 過C7井和TH1井波阻抗和自然伽馬反演剖面圖

圖5 四川盆地東部勘探區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖厚度區(qū)分布預(yù)測圖

2 綜合評價

2.1 頁巖氣成藏主控因素分析

控制頁巖氣富集程度的關(guān)鍵因素主要包括優(yōu)質(zhì)頁巖厚度、有機質(zhì)含量、熱成熟度和頁巖儲集空間（孔隙、裂縫）等。優(yōu)質(zhì)頁巖厚度越大，氣藏富集程度越高。在有效厚度大于15 m，TOC 大于2%以及處于生氣窗演化階段等頁巖氣形成基本條件的限定下，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度越大，頁巖氣的豐度就越高。TOC越高，頁巖氣的生成量就越多［10］。一般認(rèn)為TOC 大于等于2%時頁巖氣勘探開發(fā)才具有商業(yè)價值?？紫逗臀⒘芽p的發(fā)育程度對頁巖氣富集也有較大的影響，另外大型斷裂附近的頁巖氣存在逸散的問題，這個在勘探中也值得注意。由于頁巖儲層致密且非均質(zhì)性強，孔隙度和滲透率均非常低，因此孔隙和微裂縫成為儲集頁巖氣的主要空間。現(xiàn)階段，四川盆地的海相頁巖氣勘探主要是針對1 500～4 000 m范圍內(nèi)的中淺層來實施［11-12］。筆者重點闡述斷裂、埋深及優(yōu)質(zhì)頁巖厚度對頁巖氣藏的控制作用：①斷裂。斷裂對頁巖氣具有雙重作用，大斷裂附近對頁巖氣富集具有破壞作用，而微裂縫發(fā)育帶對頁巖氣富集及后期改造具有積極作用。大斷裂由于構(gòu)造應(yīng)力較強，造成斷裂附近的巖石破碎，無論是頁巖氣的游離氣還是吸附氣，大斷裂更多的是為頁巖氣的運移散失提供了通道，不利于頁巖氣的富集。但是，當(dāng)距離大斷裂一段區(qū)域后，大斷裂不再對頁巖氣的賦存產(chǎn)生破壞作用。對殼牌公司在富順— 永川地區(qū)部署的6口直探井進行統(tǒng)計可以看出，部署的探井距離大斷裂為1.3～1.7 km，在這些探井中均獲得了工業(yè)氣流。由此可以說明，當(dāng)鉆井距離大斷裂大于等于1.3 km 時，大斷裂對頁巖氣的保存已不產(chǎn)生破壞作用。此外，相關(guān)的勘探成果表明，大斷裂附近的水平井在實施壓裂時往往會造成貫穿（溝通）斷裂的現(xiàn)象，從而致使壓裂失敗?？傊瑪嗔褜搸r氣勘探區(qū)的主要影響為，如勘探區(qū)內(nèi)被多條斷裂所切割，構(gòu)造形態(tài)相對復(fù)雜則不利于頁巖氣勘探；反之，則有利于頁巖氣勘探［13］。②埋深。頁巖層的埋深也是頁巖氣藏規(guī)模開發(fā)的主要控制因素之一，埋深越深，對開發(fā)成本和技術(shù)均會提出更高的要求。四川盆地南部頁巖氣層埋深在2 000～3 500 m。殼牌公司在富順— 永川地區(qū)部署的幾口探井埋藏深度約3 500 m，并且Y101 井、Y101-H2 井分別獲得了6 ×104m3／d、43 × 104m3／d 的高產(chǎn)氣量。這些數(shù)據(jù)進一步表明，頁巖層埋深小于4 000 m應(yīng)在頁巖氣商業(yè)開發(fā)的埋深范圍之內(nèi)［14-15］。③優(yōu)質(zhì)頁巖厚度。根據(jù)研究表明，優(yōu)質(zhì)頁巖的判斷指標(biāo)為：TOC大于2%，含氣量高（大于1.5 m3／t），孔隙度大于2%，厚度大于30 m。優(yōu)質(zhì)頁巖厚度越大，對于頁巖氣的規(guī)模效益開發(fā)更為有利［16］。

2.2 有利勘探區(qū)域優(yōu)選

頁巖氣勘探不受構(gòu)造圈閉控制，與斷裂關(guān)系密切，但是距離大斷裂多遠(yuǎn)能保存頁巖氣需要在以后的勘探開發(fā)實踐中總結(jié)。川東地區(qū)構(gòu)造相對復(fù)雜、斷裂發(fā)育、斷塊多，仍認(rèn)為遠(yuǎn)離大斷裂1.3 km 以外，大斷裂對頁巖氣不再產(chǎn)生破壞作用，可以作為有利勘探區(qū)域。埋深是頁巖氣商業(yè)開發(fā)的重要參數(shù)，一般要求埋深小于4 000 m，經(jīng)實際勘探開發(fā)分析后，四川盆地東部的埋深普遍大于南部，部分區(qū)域埋深大于4 500 m，可定4 500 m為川東頁巖氣商業(yè)開發(fā)的埋深上限。優(yōu)質(zhì)頁巖厚度也是頁巖氣商業(yè)開發(fā)的重要依據(jù)，目前暫定優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大于等于20 m為頁巖氣商業(yè)開發(fā)的下限厚度。因此，有利勘探區(qū)域選擇條件可總結(jié)為構(gòu)造圖+埋深圖（1 500～4 500 m）+優(yōu)質(zhì)頁巖厚度圖（大于等于20 m）［17-19］。綜合本次研究成果認(rèn)為，A 區(qū)、D 區(qū)主要位于包鸞— 太和場區(qū)域，構(gòu)造相對簡單，斷裂復(fù)雜程度相對較低，埋深適中，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度相對較厚，為頁巖氣的有利勘探區(qū)帶；B 區(qū)、C 區(qū)主要位于馬槽壩— 巫溪區(qū)域，構(gòu)造較復(fù)雜，斷塊多，斷裂系統(tǒng)較發(fā)育，埋深較淺，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度相對較厚，為頁巖氣較有利的勘探區(qū)帶（圖6）。

圖6 四川盆地東部頁巖氣有利勘探區(qū)帶埋深示意圖

3 結(jié)論

1） 四川盆地東部志留系龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖的厚度預(yù)測是在充分分析和利用深井資料上完成的?？偟膩碚f，東部和南部一帶優(yōu)質(zhì)頁巖較厚，普遍大于20 m，為最有利的勘探區(qū)域。

2） 由于頁巖氣藏不受構(gòu)造圈閉的控制，所以對于頁巖氣的二維區(qū)帶評價也不同于常規(guī)油氣藏，頁巖氣藏與斷裂發(fā)育規(guī)模、埋深及優(yōu)質(zhì)頁巖厚度等關(guān)系更為密切。在川東地區(qū)，把埋深位于1 500～4 500 m和優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大于等于20 m 以及距離大斷裂1.3 km以外的區(qū)域劃作勘探有利區(qū)。

3） 對優(yōu)選出來的有利區(qū)，埋藏適中，構(gòu)造相對簡單、優(yōu)質(zhì)頁巖厚度較厚的區(qū)域（A、D區(qū)）可部署三維地震勘探，為川東地區(qū)頁巖氣的商業(yè)開發(fā)奠定基礎(chǔ)。其次可選在B、C區(qū)部署探井，進一步探索四川盆地頁巖氣的富集規(guī)律。