上揚(yáng)子地臺(tái)北緣下寒武統(tǒng)牛蹄塘組海相頁(yè)巖氣地質(zhì)條件及勘探潛力

王 寧,許 鋒,王 喆,段 俊,李華兵,高 駿,謝 青

(1. 陜西省地質(zhì)調(diào)查院 陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心,陜西 西安 710068；2. 長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西 西安 710054)

0 引 言

中國(guó)南方地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖分布廣、厚度大、有機(jī)碳含量高、成熟度高，是一套公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)烴源巖和頁(yè)巖氣接替層系[1-4]。近些年針對(duì)該層系部署的頁(yè)巖氣鉆井，僅在四川盆地威遠(yuǎn)—犍為地區(qū)、城口地區(qū)以及湖北宜昌地區(qū)等獲得重大突破，且產(chǎn)量總體不高，尚未形成商業(yè)開(kāi)發(fā)局面，復(fù)雜構(gòu)造區(qū)寒武系頁(yè)巖氣勘探仍需繼續(xù)探索[5-7]。郭旭升等研究認(rèn)為：具有高生產(chǎn)力、安靜、缺氧、強(qiáng)還原的深水陸棚環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)富集和保存，其有機(jī)碳含量和硅質(zhì)含量均為高值；而淺水陸棚環(huán)境陸源碎屑供給相對(duì)充足，有機(jī)質(zhì)一定程度上被稀釋或破壞，其有機(jī)碳含量和硅質(zhì)含量偏低[8]。前人研究表明，中國(guó)南方地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖為被動(dòng)大陸邊緣深水陸棚相粉砂質(zhì)頁(yè)巖-硅質(zhì)頁(yè)巖互層型，烴源巖品質(zhì)好，但是經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次多，熱演化程度相對(duì)高，有機(jī)質(zhì)孔隙欠發(fā)育，物性較差，底板的封閉條件通常較差，地層以常壓為主，頁(yè)巖含氣性的主控因素為構(gòu)造保存條件和熱演化程度[5,9-11]。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心在對(duì)四川盆地頁(yè)巖氣勘探充分研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為古隆起邊緣構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，牛蹄塘組頁(yè)巖埋藏較淺，后期改造程度弱，有機(jī)質(zhì)熱演化程度適中，是復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁(yè)巖氣勘探的重點(diǎn)[9,11-12]，就此提出了“古老隆起邊緣控藏”頁(yè)巖氣成藏模式[13]，并以此為指導(dǎo)，在鄂西長(zhǎng)陽(yáng)地區(qū)鄂陽(yáng)頁(yè)1井獲得了頁(yè)巖氣與天然氣“四層樓”式的重大發(fā)現(xiàn)，同時(shí)指出中國(guó)南方地區(qū)具有類似構(gòu)造的雪峰山隆起、神農(nóng)架背斜、漢南古隆起周緣具有較好的頁(yè)巖氣勘探潛力[14]。

上揚(yáng)子地臺(tái)北緣下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖圍繞漢南古隆起、米倉(cāng)山古隆起周緣廣泛發(fā)育，以深水陸棚懸浮沉積的黑色碳質(zhì)泥巖為主[15]，具有沉積厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度和硅質(zhì)含量高、熱演化程度相對(duì)較低等特點(diǎn)。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心在上揚(yáng)子地臺(tái)北緣部署的陜南地1井和鎮(zhèn)地1井均在下寒武統(tǒng)牛蹄塘組鉆遇頁(yè)巖氣流[6,16]。其中，鎮(zhèn)地1井累計(jì)鉆遇下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色頁(yè)巖厚90 m，現(xiàn)場(chǎng)解析氣含量高達(dá)2.92 m3·t-1，總含氣量最高為6.04 m3·t-1[16]，達(dá)到了商業(yè)勘探的標(biāo)準(zhǔn)。本文綜合現(xiàn)有的研究成果，依據(jù)野外露頭和巖芯分析測(cè)試，對(duì)上揚(yáng)子地臺(tái)北緣下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色頁(yè)巖的分布特征、地球化學(xué)特征、儲(chǔ)層特征、含氣性特征及頂?shù)装鍡l件等進(jìn)行系統(tǒng)研究，并與中國(guó)南方地區(qū)下寒武統(tǒng)海相頁(yè)巖展開(kāi)對(duì)比分析，進(jìn)而明確頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件及勘探潛力，以期為該區(qū)頁(yè)巖氣勘探提供指導(dǎo)和借鑒。

1 區(qū)域沉積背景

研究區(qū)位于揚(yáng)子地臺(tái)北緣，東北部毗連秦嶺構(gòu)造帶，西部為松潘—甘孜構(gòu)造帶，南部鄰接四川盆地。研究區(qū)橫跨3個(gè)構(gòu)造單元，北部為漢南古陸，西南部為米倉(cāng)山古隆起，東部為大巴山構(gòu)造帶(圖1)。震旦紀(jì)揚(yáng)子地臺(tái)北緣繼承了中晚元古代隆坳相間的古地理格局，由陡山沱組碎屑巖和燈影組碳酸鹽海岸沉積逐漸發(fā)展成碳酸鹽臺(tái)地[17]。燈影組沉積之后，上揚(yáng)子地臺(tái)北緣普遍沉積了一套梅樹(shù)村期局限臺(tái)地相白云質(zhì)灰?guī)r，鎮(zhèn)巴上升后，梅樹(shù)村期地層大部分缺失。早寒武世早期，揚(yáng)子地臺(tái)發(fā)生了大規(guī)模海侵，形成了NW—SE向巨大寬緩陸棚，上揚(yáng)子地臺(tái)北緣碳酸鹽臺(tái)地被淹沒(méi)下沉為深水陸棚環(huán)境。下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色頁(yè)巖就是在這樣的環(huán)境下沉積的，并且直接覆蓋在梅樹(shù)村期寬川鋪組或燈影組白云巖之上，形成區(qū)域平行不整合面[18]。橫向上，牛蹄塘組從西往東海侵上超明顯。早期以陸棚相沉積為主，巖性主要為黑色碳質(zhì)頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖；晚期砂質(zhì)、灰質(zhì)成分增多，層中夾砂巖透鏡體或砂質(zhì)條帶，逐漸由陸棚相向潮坪相沉積演化[19]。

主圖引自文獻(xiàn)[16]，左上角小圖引自文獻(xiàn)[20]，均有所修改圖1 上揚(yáng)子地臺(tái)北緣區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖及剖面位置Fig.1 Regional Geological Sketch Maps of the Northern Margin of Upper Yangtze Platform and the Position of Profile

2 頁(yè)巖氣地質(zhì)特征

2.1 巖性組合及頁(yè)巖展布

上揚(yáng)子地臺(tái)北緣下寒武統(tǒng)牛蹄塘組主要巖性為黑色碳質(zhì)頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖、含硅質(zhì)碳質(zhì)頁(yè)巖夾碳質(zhì)粉砂巖、泥灰?guī)r(圖2)，含磷、釩，發(fā)育水平層理，以黑色和深灰色為主，頁(yè)巖與粉砂巖相間構(gòu)成極細(xì)水平層理，沿層理面常有粉塵狀黃鐵礦分布。頁(yè)巖中黃鐵礦結(jié)核較多，大者直徑可達(dá)50 cm。牛蹄塘組黑色頁(yè)巖見(jiàn)于漢南、米倉(cāng)山基底隆起周緣漢中市福成鎮(zhèn)、碑壩鎮(zhèn)—西鄉(xiāng)縣大河鎮(zhèn)一帶。陜南地1井附近頁(yè)巖厚度最大，可達(dá)282 m，向四周厚度逐漸變薄；東部鎮(zhèn)地1井頁(yè)巖厚90 m；南部福成鎮(zhèn)一帶頁(yè)巖厚100～130 m；西北部牟家壩一帶頁(yè)巖厚約30 m(圖2)。牛蹄塘組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖在馬元地區(qū)厚度大于100 m，南部福成鎮(zhèn)一帶厚度為90～100 m，且粉砂巖、硅質(zhì)頁(yè)巖夾層較少，向四周厚度逐漸變薄。

圖2 牟家壩—陜南地1井—鎮(zhèn)地1井—福成鎮(zhèn)大營(yíng)村牛蹄塘組地層對(duì)比Fig.2 Stratigraphic Comparison of Niutitang Formation in Moujiaba-Well Shaannandi1-Well Zhendi1-Dayingcun in Fucheng Town

2.2 巖相類型

頁(yè)巖巖相研究是頁(yè)巖氣選區(qū)的重要內(nèi)容。Loucks等根據(jù)頁(yè)巖的礦物組成和沉積構(gòu)造將Barnett頁(yè)巖劃分為非層狀-層狀泥巖、層狀黏土質(zhì)鈣質(zhì)泥巖、骨架泥質(zhì)泥?；?guī)r等巖相[21];Abouelresh等將Barnett頁(yè)巖劃分為硅質(zhì)非鈣質(zhì)泥巖、白云質(zhì)泥巖等8種巖相[22]。本文參照四川盆地海相頁(yè)巖巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)[23]，依據(jù)石英+長(zhǎng)石、碳酸鹽礦物和黏土礦物含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)取25%為界劃分出硅質(zhì)巖、灰?guī)r、黏土巖和頁(yè)巖四大巖相區(qū)，再以三者含量取50%為界，將頁(yè)巖劃分為黏土質(zhì)頁(yè)巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖和混合頁(yè)巖，其中混合頁(yè)巖又被進(jìn)一步劃分為黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖、黏土質(zhì)鈣質(zhì)混合頁(yè)巖和鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖[23-24]。王玉滿等研究表明：硅質(zhì)頁(yè)巖和鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖是深水環(huán)境特有的巖相；黏土質(zhì)頁(yè)巖和黏土質(zhì)鈣質(zhì)混合頁(yè)巖是淺水陸棚環(huán)境的主要巖相；黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖是淺水-深水環(huán)境共有的巖相；深水環(huán)境所具有的巖相因其高硅質(zhì)含量和有機(jī)質(zhì)豐度，具有良好的物性和脆性，是頁(yè)巖氣層優(yōu)質(zhì)巖相[23]。研究區(qū)牛蹄塘組以硅質(zhì)頁(yè)巖和黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖為主，并含有少量的黏土質(zhì)頁(yè)巖(圖3)，體現(xiàn)深水陸棚環(huán)境的頁(yè)巖氣產(chǎn)層優(yōu)質(zhì)巖相。

圖件引自文獻(xiàn)[23]圖3 牛蹄塘組頁(yè)巖巖相劃分Fig.3 Lithofacies Classification of Niutitang Formation Shale

2.3 有機(jī)地球化學(xué)特征

牛蹄塘組頁(yè)巖總體顯示較高的總有機(jī)碳、較好的有機(jī)質(zhì)類型和適中的熱演化程度(圖4)。鎮(zhèn)地1井牛蹄塘組巖芯總有機(jī)碳(TOC)主要為0.88%～8.61%，平均值為3.37%[16]，野外剖面露頭采集的牛蹄塘組頁(yè)巖樣品總有機(jī)碳為0.51%～10.66%，平均值為2.55%(表1)，總有機(jī)碳高于1%的樣品占總樣品數(shù)的87.5%。

牛蹄塘組頁(yè)巖有機(jī)顯微組分主要為腐泥組(體積分?jǐn)?shù)為93%～99%，平均值為96%)和少量鏡質(zhì)組(體積分?jǐn)?shù)為1%～7%，平均值為4%)，類型指數(shù)(TI)為87.8～98.3。干酪根δ13C值為-33.50‰～-33.06‰，平均值為-31.43‰，反映牛蹄塘組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)來(lái)源以腐泥型為主(圖5)。

圖4 李家灣剖面牛蹄塘組綜合柱狀圖Fig.4 Comprehensive Stratigraphic Column of Niutitang Formation in Lijiawan Profile

牛蹄塘組頁(yè)巖缺乏來(lái)源于高等植物的標(biāo)準(zhǔn)鏡質(zhì)組，無(wú)法測(cè)得其鏡質(zhì)體反射率(Ro)，只得利用測(cè)得的瀝青反射率(Rb)來(lái)?yè)Q算鏡質(zhì)體反射率[25]，換算公式為：Ro=0.319 5+0.679 0Rb。鏡質(zhì)體反射率計(jì)算結(jié)果為1.09%～2.84%，平均值為2.13%，說(shuō)明牛蹄塘組熱演化處于主生氣窗范圍，有利于干氣大量生成(圖4)。

表1 牛蹄塘組頁(yè)巖總有機(jī)碳分布

圖5 牛蹄塘組頁(yè)巖有機(jī)顯微組成Fig.5 Organic Maceral Composition of Niutitang Fomation Shale

圖6 觀音庵剖面牛蹄塘組頁(yè)巖掃描電鏡照片F(xiàn)ig.6 SEM Photographs of Niutitang Fomation Shale in Guanyin’an Profile

2.4 礦物組成

牛蹄塘組頁(yè)巖礦物組成主要有石英、黏土礦物和長(zhǎng)石，還含有少量的碳酸鹽礦物和黃鐵礦(圖4)。其中，石英含量較高，為30%～54%，平均值為38%；黏土礦物含量為9%～38%，平均值為25%；長(zhǎng)石含量為13%～38%，平均值為27%；碳酸鹽礦物含量為0%～26%，平均值為4%；黃鐵礦大多呈草莓狀晶體[圖6(b)]，少量呈粒狀，其顆粒直徑較小,多為0.5～4.0 μm。

牛蹄塘組頁(yè)巖中黏土礦物主要為伊利石，其次為伊蒙混層，此外，還有少量的蒙皂石和綠泥石(圖4)。其中，伊利石含量為45%～93%，平均值為69.1%；伊蒙混層含量為6%～53%，平均值為25.6%；綠泥石和蒙皂石二者含量占黏土礦物總含量的5.3%。伊蒙混層主要為伊利石層，伊利石層含量占伊蒙混層總含量的35%～95%，平均值為82.9%。前人研究認(rèn)為，在有機(jī)碳含量較低的頁(yè)巖中，黏土礦物中伊利石對(duì)頁(yè)巖氣的吸附作用特別重要[26]，牛蹄塘組頁(yè)巖較高的伊利石和伊蒙混層含量有利于提高頁(yè)巖的吸附性能，對(duì)吸附氣的保存較為有利。

脆性指數(shù)是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中一個(gè)重要方面。Jarvie等最早采用B=Q/(Q+J+C)×100%(B為脆性指數(shù)；Q為石英含量；J為方解石含量；C為黏土礦物含量)對(duì)Barnett頁(yè)巖的脆性特征進(jìn)行評(píng)價(jià)[27]，隨后Wang等相繼對(duì)各自研究區(qū)具體礦物組分進(jìn)行研究并提出了類似的公式[28-29]。本文采用適用性較好的脆性指數(shù)計(jì)算公式[30]：B=(Q+F+J+D+C)/T×100%(F為長(zhǎng)石含量；D為白云石含量；T為礦物總含量)。通過(guò)計(jì)算得出，牛蹄塘組脆性指數(shù)為54%～85%，平均值為69%，表現(xiàn)出較高的脆性特征。

2.5 儲(chǔ)層特征

掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，牛蹄塘組頁(yè)巖主要儲(chǔ)集空間為納米-微米級(jí)孔隙和微裂縫，并且以無(wú)機(jī)孔隙為主，有機(jī)質(zhì)孔隙欠發(fā)育。其中，無(wú)機(jī)孔隙主要為晶間孔、溶蝕孔、鑄模孔以及解理面縫孔(圖6)，孔徑多為0.2～5.0 μm。這些孔隙和微裂縫為頁(yè)巖氣提供了良好的儲(chǔ)集空間和滲流通道。儲(chǔ)層物性分析結(jié)果表明，牛蹄塘組頁(yè)巖儲(chǔ)層具有較高的孔隙度和較低的滲透率。露頭處樣品孔隙度為3.5%～7.2%，滲透率為(0.011～0.028)×10-3μm2。由于所取的露頭樣品會(huì)有一定程度的氧化，其物性參數(shù)可能會(huì)偏高。陜南地1井巖芯孔隙度為2.47%～3.81%(表2)，也表現(xiàn)為高值[6]。

2.6 含氣性特征

對(duì)剖面露頭采集的兩個(gè)樣品進(jìn)行等溫吸附實(shí)驗(yàn)。總有機(jī)碳分別為6.96%、3.49%的頁(yè)巖飽和吸附氣含量(VL)最大分別為11.819 m3·t-1和12.440 m3·t-1(圖7)。鎮(zhèn)地1井26件樣品現(xiàn)場(chǎng)解析氣含量為0.58～2.92 m3·t-1；殘余氣含量為0.19～0.48 m3·t-1；損失氣含量為1.07～3.75 m3·t-1；總含氣量為1.84～6.04 m3·t-1，平均值為4.19 m3·t-1[16]。陜南地1井在牛蹄塘組頁(yè)巖層段有頁(yè)巖氣顯示，其全烴超過(guò)2%，總含氣量最高為2.71 m3·t-1。上述特征表明，牛蹄塘組頁(yè)巖吸附氣含量高，具有較好的含氣性[16]。

表2 中國(guó)南方地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖埋深、厚度、總有機(jī)碳、鏡質(zhì)體反射率和孔隙度對(duì)比

圖7 牛蹄塘組頁(yè)巖等溫吸附曲線Fig.7 Isothermal Adsorption Curves of Niutitang Formation Shale

2.7 頂?shù)装鍡l件

頂?shù)装鍡l件包括目的層上覆及下伏地層的巖性及接觸關(guān)系，良好的頂?shù)装鍡l件是頁(yè)巖氣封存在頁(yè)巖中的重要條件[31，33]。牛蹄塘組頁(yè)巖上覆頂板為上寒武統(tǒng)石牌組大段粉砂質(zhì)頁(yè)巖、鈣質(zhì)砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度約為150 m，與牛蹄塘組地層整合接觸且橫向上展布穩(wěn)定，封閉性較好[圖8(a)]；牛蹄塘組下伏底板為震旦系燈影組四段大段白云巖(漢中市福成鎮(zhèn)大營(yíng)村剖面厚度為243 m)，頂部發(fā)育順層溶洞，瀝青充填，風(fēng)化殼較為發(fā)育，與牛蹄塘組地層呈區(qū)域不整合接觸，牛蹄塘組頁(yè)巖氣可能會(huì)向下逸散[圖8(b)]。

3 與中國(guó)南方地區(qū)海相頁(yè)巖對(duì)比

對(duì)比中國(guó)南方地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖總有機(jī)碳、孔隙度、含氣性、礦物組成等關(guān)鍵參數(shù)(表2、3)，可見(jiàn)中國(guó)南方地區(qū)牛蹄塘組均具有較好生烴基礎(chǔ)(總有機(jī)碳高于2%)，埋深適中，除渝東南丁山1井外，頁(yè)巖厚度均大于30 m，脆性礦物含量高，而上揚(yáng)子地臺(tái)北緣和黃陵背斜牛蹄塘組頁(yè)巖厚度更大，熱演化程度偏低，孔隙度偏高，含氣量相對(duì)較高，頁(yè)巖氣勘探效果明顯優(yōu)于其他地區(qū)。

4 討 論

4.1 頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙欠發(fā)育的主要原因

圖8 牛蹄塘組頁(yè)巖頂?shù)装逡巴庹掌現(xiàn)ig.8 Field Photos of Niutitang Formation Shale in Roof and Floor

有機(jī)質(zhì)孔隙是頁(yè)巖氣吸附和儲(chǔ)存的主要空間，其主要由滯留在頁(yè)巖中的原油熱裂解生氣形成(對(duì)應(yīng)鏡質(zhì)體反射率為1.35%～3.20%)，并且隨著熱演化程度的增加，有機(jī)質(zhì)碳化程度增大，有機(jī)質(zhì)的抗壓性降低，進(jìn)而導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)孔隙逐漸減少，儲(chǔ)層孔隙度逐漸降低。當(dāng)鏡質(zhì)體反射率大于3.5%時(shí)，孔隙度降低至2%以下，失去儲(chǔ)層有效性[5]，進(jìn)而導(dǎo)致頁(yè)巖氣散失。上揚(yáng)子地臺(tái)北緣由于受到漢南古陸和米倉(cāng)山古隆起等影響，地層埋深淺，熱演化程度適中(鏡質(zhì)體反射率約為2.13%)，對(duì)應(yīng)孔隙度大于2.5%，含氣量高，黃陵背斜地區(qū)如是。而四川盆地、渝東南、黔西、滇黔北等地區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖鏡質(zhì)體反射率均大于3.0%，黔西方深1井鏡質(zhì)體反射率可達(dá)到4.50%，其對(duì)應(yīng)的孔隙度不足1%，含氣量較低。圖9指示中國(guó)南方地區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖孔隙度與熱演化程度關(guān)系。隨著熱演化程度(鏡質(zhì)體反射率)的增大，頁(yè)巖總孔隙度降低(圖9)，這揭示了有機(jī)質(zhì)熱演化程度對(duì)孔隙度和含氣性的控制作用，解釋了中國(guó)南方地區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙普遍欠發(fā)育的現(xiàn)象。

表3 中國(guó)南方地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖含氣量、脆性礦物含量、壓力系數(shù)和測(cè)試產(chǎn)量對(duì)比

注：鄂陽(yáng)頁(yè)1井脆性礦物含量為64%～84%;陜南地1井脆性礦物含量上段為55.53%，下段為62.81%。

圖9 中國(guó)南方地區(qū)牛蹄塘組頁(yè)巖孔隙度與熱演化程度關(guān)系Fig.9 Relationship Between Porosity and Thermal Evolution of Niutitang Formation Shale in Southern China

4.2 頁(yè)巖氣保存條件

在具備充足的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)條件下，頁(yè)巖氣保存條件是決定頁(yè)巖氣富集的關(guān)鍵因素[34]。牛蹄塘組頁(yè)巖頂板為相對(duì)致密的泥質(zhì)粉砂巖或含泥灰?guī)r，厚度大，孔隙度、滲透率較低，對(duì)頁(yè)巖氣具有良好的封蓋作用。牛蹄塘組底板為燈影組物性較好的白云巖儲(chǔ)層，并且牛蹄塘組和燈影組之間多為區(qū)域不整合面，造成牛蹄塘組生成的烴類在濃度差影響下向底部散失，形成“上蓋下滲”型頂?shù)装迥Ｊ絒35]，不利于頁(yè)巖氣的早期滯留。但從表3可以看出，黃陵背斜和上揚(yáng)子地臺(tái)北緣牛蹄塘組取得平均4 m3·t-1以上含氣量的重大突破，說(shuō)明牛蹄塘組底部的區(qū)域不整合面并未對(duì)氣藏造成破壞性影響。中國(guó)南方其他地區(qū)在具有同樣充足物質(zhì)基礎(chǔ)的條件下勘探效果卻并不理想。本文研究認(rèn)為除頁(yè)巖熱演化程度差異外，頁(yè)巖自身封蓋作用能在一定程度上阻礙頁(yè)巖氣向不整合面散失，進(jìn)而導(dǎo)致勘探效果差異顯著。頁(yè)巖自身的封蓋作用與頁(yè)巖層的厚度直接相關(guān)。一方面，頁(yè)巖氣在向下散失的過(guò)程中，需克服頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)及礦物對(duì)烴類氣體的吸附阻力，頁(yè)巖厚度越大，該吸附力越大；另一方面，頁(yè)巖本身低孔隙度(<10%)和低滲透率(每平方微米在10-9級(jí)至10-6級(jí))的特點(diǎn)使頁(yè)巖微孔隙相當(dāng)于一個(gè)封閉體系，頁(yè)巖厚度越大，頁(yè)巖氣自身對(duì)氣體的封堵性越強(qiáng)，烴類氣體越難散失。因此，頁(yè)巖自身的封蓋作用可以一定程度上制約頁(yè)巖氣的逃逸散失，從而使頁(yè)巖氣不同程度地保存下來(lái)(圖10)。上揚(yáng)子地臺(tái)北緣及黃陵背斜牛蹄塘組頁(yè)巖厚度大，為頁(yè)巖氣保存提供了有利條件。

H為頁(yè)巖厚度圖10 頁(yè)巖厚度對(duì)頁(yè)巖氣保存影響Fig.10 Effect of Shale Thickness on Shale Gas Preservation

5 頁(yè)巖氣勘探潛力

頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)主要包括生氣能力、儲(chǔ)氣能力和易開(kāi)采性3個(gè)方面[36-38]，影響參數(shù)主要有頁(yè)巖有效厚度、埋深、總有機(jī)碳、有機(jī)質(zhì)熱演化程度、礦物成分、孔隙度和含氣量等[39-40]。頁(yè)巖有效厚度是影響其生氣和儲(chǔ)氣能力的重要因素，是頁(yè)巖氣藏形成的關(guān)鍵，鑒于牛蹄塘組下伏的區(qū)域不整合面，頁(yè)巖以有效厚度大于30 m為宜；頁(yè)巖埋深與頁(yè)巖氣保存及技術(shù)可采性息息相關(guān)，烴類氣體能夠較好地保存下來(lái)，頁(yè)巖埋深不宜過(guò)淺，考慮到現(xiàn)今頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)和頁(yè)巖氣開(kāi)采經(jīng)濟(jì)價(jià)值，頁(yè)巖埋深以500～4 000 m為宜；總有機(jī)碳是頁(yè)巖氣藏形成的基礎(chǔ)，也對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)氣性能有重要影響，形成商業(yè)性氣藏要求頁(yè)巖總有機(jī)碳高于2%；有機(jī)質(zhì)熱演化程度以處于生氣窗內(nèi)(1.1%40%)易于儲(chǔ)層壓裂造縫，有利于后期開(kāi)采；商業(yè)性頁(yè)巖氣藏的頁(yè)巖孔隙度一般大于3%，且高產(chǎn)區(qū)一般為4%～5%；頁(yè)巖含氣量可以反映頁(yè)巖氣藏的規(guī)模和產(chǎn)能大小，是頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)的重要參數(shù)指標(biāo)，一般要求頁(yè)巖含氣量大于2.0 m3·t-1[41]。

上揚(yáng)子地臺(tái)北緣下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖厚度大(有效厚度大于30 m)，埋深適中(500～4 000 m)，總有機(jī)碳較高(平均值為2.55%)，熱演化程度適中(鏡質(zhì)體反射率平均值為2.13%)，脆性礦物含量高(平均值為69%)，孔隙度(3.5%～7.2%)和含氣量(>2.5 m3·t-1)相對(duì)較高，這些參數(shù)均顯示了上揚(yáng)子地臺(tái)北緣具有良好的頁(yè)巖氣勘探前景?；趯?duì)該區(qū)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的發(fā)育特征、埋深和熱演化程度的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為回軍壩—麻柳鎮(zhèn)一帶牛蹄塘組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖(總有機(jī)碳不低于2%)厚度發(fā)育較穩(wěn)定，為40～100 m(圖11)，巖性以碳質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖為主，并且牛蹄塘組埋深淺于4 000 m，而且鎮(zhèn)地1井和陜南地1井含氣量高，說(shuō)明該地區(qū)保存條件較好。綜上所述，回軍壩—麻柳鎮(zhèn)一帶是牛蹄塘組海相頁(yè)巖氣有望取得勘探突破的最優(yōu)地區(qū)。

圖11 牛蹄塘組頁(yè)巖氣有利區(qū)分布Fig.11 Distribution of Shale Gas Favorable Area in Niutitang Formation

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)上揚(yáng)子地臺(tái)北緣下寒武統(tǒng)牛蹄塘組沉積于深水陸棚環(huán)境，富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖發(fā)育，頁(yè)巖具有“四高一中”的特點(diǎn)，即高脆性、高總有機(jī)碳、高孔隙度、高含氣量、適中熱演化程度，顯示良好的頁(yè)巖氣形成地質(zhì)條件。

(2)相比中國(guó)南方地區(qū)下寒武統(tǒng)海相頁(yè)巖，上揚(yáng)子地臺(tái)北緣牛蹄塘組頁(yè)巖具備足夠的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)和較高的脆性，并且富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度大，熱演化程度偏低，孔隙度和含氣量高，頁(yè)巖氣勘探效果明顯優(yōu)于其他地區(qū)。

(3)回軍壩—麻柳鎮(zhèn)一帶牛蹄塘組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育且厚度穩(wěn)定，埋深適中，保存條件較好，是上揚(yáng)子地臺(tái)北緣牛蹄塘組海相頁(yè)巖氣下一步勘探的有利地區(qū)。