中國南方下古生界海相頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”識別方法與應(yīng)用

葛明娜， 任收麥， 郭天旭， 王勝建， 周志

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心， 北京 100083；2.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心， 北京 100037)

一直以來，“優(yōu)質(zhì)層段”是頁巖氣資源與選區(qū)評價的基礎(chǔ)，是尋找頁巖氣發(fā)育和富集區(qū)的重要目標(biāo)。近年來，隨著頁巖氣地質(zhì)理論認(rèn)識的提高和勘查開發(fā)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，頁巖氣資源與選區(qū)評價的方法逐步改進(jìn)和細(xì)化[1-3]。目前，國內(nèi)外頁巖氣選區(qū)評價方法眾多，提出的評價參數(shù)在類型、數(shù)量、層次上亦存在差異[4-5]。如北美地區(qū)主要優(yōu)選埋深、厚度、總有機(jī)碳含量(TOC)、鏡質(zhì)體反射率(Ro)、頁巖含氣性、礦物組成、物性和力學(xué)性質(zhì)作為關(guān)鍵地質(zhì)因素[6]。中國在頁巖氣選區(qū)流程與標(biāo)準(zhǔn)[7]、分布與潛力[8]，頁巖規(guī)模、品質(zhì)、生儲保、經(jīng)濟(jì)性等成藏條件[9]，頁巖氣勘查開發(fā)一體、參數(shù)概率賦值[10-11]，有利區(qū)、核心區(qū)和建產(chǎn)區(qū)評價[12]，地震、時頻電磁或地球物理綜合法識別預(yù)測[13-15]，以及模糊理論相關(guān)方法模型等方面對頁巖氣選區(qū)進(jìn)行評價[16-18]。然而，由于受早期勘探程度和資料限制，尚存在頁巖氣選區(qū)參數(shù)界限寬松(如TOC有利區(qū)下限1.0%、含氣量下限1.0等)，定量-定性系統(tǒng)未分類分級評價(如僅采取定量或定性評價，龍馬溪組和牛蹄塘組統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等)，選區(qū)參數(shù)模板局限于某個地區(qū)或盆地(如四川盆地、延長地區(qū)等)等問題。

本文討論的“優(yōu)質(zhì)層段”是在選區(qū)基礎(chǔ)上，結(jié)合成功的頁巖氣田、突破區(qū)及重大發(fā)現(xiàn)頁巖氣區(qū)塊的地質(zhì)特征，總結(jié)主控因素，尋找具有商業(yè)價值的層系和區(qū)域。與以往不同，“優(yōu)質(zhì)層段”的識別重在遴選關(guān)鍵參數(shù)及確定閾值，分析各參數(shù)之間的時空耦合關(guān)系，提出“定性參數(shù)圈定有利區(qū)-定量參數(shù)識別優(yōu)質(zhì)層段”疊加遞進(jìn)判別原則，初步形成了中國南方海相頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”識別方法。以貴州正安—務(wù)川地區(qū)五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組頁巖為例，應(yīng)用該方法開展了頁巖氣有利區(qū)和“優(yōu)質(zhì)層段”識別，驗證該方法的適用性和有效性。

圖1 中國南方海相五峰—龍馬溪組、牛蹄塘組頁巖氣發(fā)現(xiàn)典型井Fig.1 Typical wells of shale gas discovered in Wufeng—Longmaxi Formation and Niutitang Formation, southern China

1 “優(yōu)質(zhì)層段”識別定性參數(shù)

中國南方海相多個地區(qū)已實現(xiàn)頁巖氣商業(yè)化生產(chǎn)，尤其在四川盆地及周緣五峰—龍馬溪組或牛蹄塘組成功鉆探了一批頁巖氣高產(chǎn)氣井(圖1)，建立了頁巖氣勘探開發(fā)示范區(qū)和合作開發(fā)區(qū)。五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組頁巖具有厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好、脆性礦物含量高、孔滲性好等頁巖氣形成的優(yōu)質(zhì)條件。然而，中國南方海相頁巖構(gòu)造復(fù)雜、時代老，保存條件是五峰—龍馬溪組頁巖氣能否富集高產(chǎn)的關(guān)鍵因素[19-20]，而成熟度是尋找牛蹄塘組富含氣頁巖的重要條件。

1.1 沉積相

兩種盆地類型—克拉通盆地和被動大陸邊緣控制了中國南方2套海相層系富有機(jī)質(zhì)頁巖的發(fā)育與分布[21]。中國南方五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組富含氣頁巖沉積類型主要為陸棚相沉積。根據(jù)目前鉆井的含氣性分析，五峰—龍馬溪組富含氣頁巖主要分布在半深水-深水陸棚相，牛蹄塘組主要分布在深水陸棚相[22-23](表1)。

表1 中國南方海相富有機(jī)質(zhì)頁巖的發(fā)育與沉積

Table 1 Development and deposition of marine-riched organic shale in southern China

系統(tǒng)組沉積亞相盆地類型分布范圍志留系下統(tǒng)龍馬溪組半深水-深水陸棚相克拉通臺內(nèi)坳陷揚(yáng)子地區(qū)奧陶系上統(tǒng)五峰組半深水-深水陸棚相克拉通臺內(nèi)坳陷揚(yáng)子地區(qū)寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組深水陸棚相被動大陸邊緣揚(yáng)子地區(qū)

1.2 構(gòu)造保存

“優(yōu)質(zhì)層段”識別主要對構(gòu)造是否穩(wěn)定、深大斷裂是否發(fā)育及頂?shù)装宸舛滦匀N條件進(jìn)行識別，應(yīng)避開保存條件較差的窄陡向斜區(qū)、通天大斷裂發(fā)育區(qū)以及抬升剝蝕區(qū)等構(gòu)造復(fù)雜區(qū)[24]。此外，考慮從四川盆地到盆外雪峰山隆起，構(gòu)造抬升的時間越來越早，過早抬升使儲層流體壓力降低[25]，在其他條件相當(dāng)時，應(yīng)優(yōu)選盆地區(qū)。

頂?shù)装鍡l件是影響頁巖氣保存的另一重要因素。優(yōu)越的頂?shù)装蹇勺畲笙薅鹊刈柚鬼搸r氣體運(yùn)移與逸散，尤其是游離氣[26]。相比海陸過渡相頁巖和厚層陸相泥頁巖，南方海相頁巖巖性較簡單，為純頁巖層或含夾層的頁巖層，厚度較薄，個別地區(qū)僅幾米或十幾米。針對上述特點(diǎn)，將頂?shù)装鍡l件分為兩種類型：一是對薄層頁巖，頁巖氣保存受控于頂?shù)装鍡l件，要求頂?shù)装鍘r性致密，且厚度>10m[22]。如美國Barnett頁巖，局部地區(qū)厚度較薄，其致密的頂?shù)装迨琼搸r氣藏形成的關(guān)鍵[27]。另一種是可形成自我封閉系統(tǒng)的厚層頁巖，頂?shù)装逶街旅茉接欣?/p>

1.3 巖性組合

對于富含氣頁巖來說，其巖性通常非單一頁巖，而是含硅質(zhì)、鈣質(zhì)、炭質(zhì)或粉砂質(zhì)泥巖夾層的連續(xù)頁巖層。相比純頁巖，這類夾層孔滲性好，儲集空間大，有利于游離氣的聚集。因此，在“優(yōu)質(zhì)層段”識別時，優(yōu)選生物硅質(zhì)、鈣質(zhì)頁巖(這兩類頁巖通常為炭質(zhì)頁巖)和粉砂質(zhì)頁巖，這類頁巖有利于有機(jī)質(zhì)孔、微裂縫的形成及后期儲層改造。根據(jù)頁巖氣開發(fā)效果，硅質(zhì)頁巖最佳，其次為鈣質(zhì)頁巖和粉砂質(zhì)頁巖。

2 “優(yōu)質(zhì)層段”識別定量參數(shù)及閾值

“優(yōu)質(zhì)層段”識別的定量參數(shù)有8項：含氣量、壓力系數(shù)、TOC、Ro、孔隙度、脆性礦物含量、有效頁巖厚度及埋深。含氣量測定方法有測井分析法、TOC關(guān)聯(lián)法、實驗測定法等[28]，本文采用中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心自主研發(fā)的YSQ-Ⅳ解吸測定儀，進(jìn)行含氣量與氣體成分測定；壓力系數(shù)采用自主研發(fā)的地層壓力預(yù)測軟件；孔隙度采用壓汞實驗[29]、FIB-SEM[30]、等溫吸脫附實驗等測試手段；TOC、Ro及脆性礦物含量采用常規(guī)烴源巖測試分析方法。

2.1 含氣量

含氣量是表征頁巖氣富集程度的直接指標(biāo)，也是頁巖“優(yōu)質(zhì)層段”識別的關(guān)鍵參數(shù)[31]。本文選取中國南方海相四川盆地、渝東南、黔西、湘西北、滇黔北、鄂西等地區(qū)獲得頁巖氣商業(yè)生產(chǎn)、重大突破或重大發(fā)現(xiàn)的21口典型頁巖氣井進(jìn)行統(tǒng)計分析[32]，結(jié)果表明，五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組測試日產(chǎn)在0.3×104m3以上的含氣量≥2.0m3/t，含氣量<2.0m3/t的頁巖氣井測試微含氣或無氣(圖2)。此外，中石油制定了頁巖氣富集含氣量標(biāo)準(zhǔn)≥2.0m3/t，且四川盆地五峰—龍馬溪組底部富氣頁巖段含氣量一般≥2.0m3/t[33]。因此，實現(xiàn)頁巖氣商業(yè)價值的“優(yōu)質(zhì)層段”含氣量應(yīng)≥2.0m3/t。

2.2 壓力系數(shù)

頁巖含氣量與壓力系數(shù)密切相關(guān)。北美頁巖由于自身地質(zhì)特征，低壓、欠壓均可實現(xiàn)頁巖氣開發(fā)，對壓力系數(shù)沒有特殊要求[34]。中國南方海相頁巖構(gòu)造改造強(qiáng)、時代老、成熟度高、保存條件差[35]，壓力系數(shù)已成為判斷區(qū)域含氣量的關(guān)鍵指標(biāo)。本文對中國南方海相四川盆地、渝東南、黔西、湘西北、滇黔北、鄂西等地區(qū)五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組獲得頁巖氣商業(yè)生產(chǎn)、重大突破或重大發(fā)現(xiàn)的18口典型頁巖氣井進(jìn)行統(tǒng)計分析[22]。結(jié)果表明，10口五峰—龍馬溪組頁巖氣井中，四川盆地內(nèi)五峰—龍馬溪組壓力系數(shù)低于1.2的W201井(壓力系數(shù)1.0)未達(dá)到工業(yè)氣流標(biāo)準(zhǔn)，而四川盆地外渝東南地區(qū)五峰—龍馬溪組PY1常壓頁巖儲層測試產(chǎn)量2.3萬方/天(圖2)。牛蹄塘組8口頁巖氣井整體壓力系數(shù)偏低且在不同壓力系數(shù)下的W201井(常壓)、JY1井(超壓)、YY1井(常壓)均達(dá)到工業(yè)氣流標(biāo)準(zhǔn)(圖2)。因此，建議將壓力系數(shù)1.2作為中國南方海相四川盆地內(nèi)部五峰—龍馬溪組頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”識別的下限。

圖2 中國南方海相重點(diǎn)層系(a)五峰—龍馬溪組和(b)牛蹄塘組含氣量、測試產(chǎn)量及壓力系數(shù)統(tǒng)計分析圖Fig.2 Statistical analysis of gas content, test yield and pressure coefficient of the key marine formations such as (a) Wufeng—Longmaxi Formation and (b) Niutitang Formation in southern China

2.3 總有機(jī)碳含量

中國南方海相五峰—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖TOC最大值約25%[22]，富含氣頁巖段的TOC最小值為2.0%，主要集中在五峰—龍馬溪組底部，這也是硅質(zhì)含量與氣測異常值最高的層段[36]。與五峰—龍馬溪組相似，牛蹄塘組頁巖具有較高的有機(jī)質(zhì)豐度，TOC最大值約22%[22]，其有利潛質(zhì)頁巖段主要位于牛蹄塘組的中下部[37]，TOC最小值為2.0%。此外，北美典型頁巖區(qū)塊和中國部分成功頁巖氣井顯示出更高的TOC(TOC均值>4%)，見表2。因此，中國南方海相五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”TOC值選取應(yīng)大于2.0%。

2.4 鏡質(zhì)體反射率

中國南方Ⅰ-Ⅱ1型海相含氣頁巖的Ro上下限問題是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。根據(jù)南方海相頁巖偏腐泥型的有機(jī)質(zhì)類型以及液態(tài)烴熱裂解成凝析氣或干氣的特點(diǎn)，Ro應(yīng)大于1.3%，其上限主要針對牛蹄塘組頁巖。據(jù)統(tǒng)計，五峰—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖Ro介于1.6%～3.6%[22]，除長寧、昭通等地區(qū)外，一般低于3.0%[38]。

與五峰—龍馬溪組相比，牛蹄塘組頁巖成熟度較高，Ro最大值約5.2%，尤其在滇黔北、黔西及長寧地區(qū)，Ro均值在4.0%以上[22]。關(guān)于牛蹄塘組Ro的上限值，存在<3.5%[39]、<3.0%[40-41]和<2.5%等見解。根據(jù)中國南方重點(diǎn)地區(qū)寒武系頁巖Ro與含氣性關(guān)系研究，當(dāng)Ro大于3.5%時，頁巖不含氣或微弱含氣[3]；Ro等于3.5%時，有機(jī)質(zhì)發(fā)生炭化，進(jìn)入成氣衰竭階段，氣源供氣不足且孔隙度急劇變差[42]，含氣量快速下降。因此，中國南方海相頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”Ro的上限采用3.5%，下限采用1.3%。

表2 北美與中國典型含氣頁巖產(chǎn)層關(guān)鍵評價參數(shù)對比

Table 2 Comparison of key evaluation parameters of typical gas-bearing shale formations in North America and China

含氣頁巖產(chǎn)層TOC(%)Ro(%)孔隙度(%)壓力系數(shù)Barnett4.51.651Fayetteville42.56/Haynesville3.011.5101.6～2Eagle Ford4.51.24/Woodford61.55/Marcellus41.2101～1.6Utica314/五峰—龍馬溪組2.51.5～33～101～2.3牛蹄塘組(筇竹寺組、水井沱組)3.42.5～4.50.7～4.81

2.5 孔隙度

一般來講，頁巖氣富集的地層孔隙度>2.0%，滲透率>0.0001mD。五峰—龍馬溪組頁巖孔隙度最大值約20%，其底部富有機(jī)質(zhì)頁巖平均孔隙度為5.28%。四川盆地頁巖氣有利區(qū)孔隙度>2.0%，滲透率>100mD，且在此標(biāo)準(zhǔn)下長寧—威遠(yuǎn)區(qū)塊龍馬溪組評價井成功獲氣[12]。牛蹄塘組孔隙度最大值約25%[43]，其中富有機(jī)質(zhì)頁巖平均孔隙度為2.56%。中國8口典型頁巖氣井的牛蹄塘組頁巖孔隙度為0.7%～4.8%[38]。北美典型含氣頁巖區(qū)塊孔滲性較好，孔隙度平均4.22%～10%，滲透率一般小于0.1mD。

此外，有機(jī)質(zhì)孔隙作為頁巖氣富集的重要儲集空間[44]，占總孔隙約2%的有機(jī)質(zhì)孔隙其儲氣能力約占40%。中國五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組頁巖孔隙結(jié)構(gòu)存在較大差異，五峰—龍馬溪組以有機(jī)質(zhì)孔隙為主，有機(jī)質(zhì)孔隙度約占總孔隙度的2%～20%(北美Barnett頁巖可達(dá)到30%)，且孔徑大，連通性好；牛蹄塘組以粒間孔和粒內(nèi)孔為主，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育不均，孔徑小，連通性差[45]，有機(jī)質(zhì)孔隙度占比較低。

因此，中國南方海相頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”孔隙度大于2.0%，滲透率為0.0001～100mD，有機(jī)質(zhì)孔隙占比越大越有利。

2.6 脆性礦物含量

高脆性礦物含量更容易形成誘導(dǎo)縫，利于儲層壓裂和提高產(chǎn)能[46]。頁巖氣工業(yè)開發(fā)脆性礦物含量>40%，黏土礦物含量<30%。五峰—龍馬溪組頁巖脆性礦物含量最大約90%[47]，具有商業(yè)開發(fā)的頁巖儲層脆性礦物含量高達(dá)60%以上，黏土礦物含量低于30%。牛蹄塘組頁巖脆性礦物含量最大約78%[22]，在中上揚(yáng)子地區(qū)牛蹄塘組脆性礦物含量普遍大于50%，黏土礦物含量整體高于五峰—龍馬溪組，影響了頁巖氣的品質(zhì)和產(chǎn)能。因此，中國南方海相頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”脆性礦物含量>40%，黏土礦物含量<30%。

2.7 有效頁巖厚度

這里所討論的頁巖厚度為在TOC、Ro、孔滲、脆性等參數(shù)條件約束下的有效頁巖厚度。以往采用的頁巖或暗色泥頁巖厚度，由于TOC含量低或Ro過低過高等因素，所劃分的頁巖段并非富含氣，甚至不含氣，不適用于“優(yōu)質(zhì)層段”識別。根據(jù)國內(nèi)外研究及最近地質(zhì)調(diào)查進(jìn)展，南方下古生界海相有效頁巖單層厚度大于10m，連續(xù)頁巖厚度大于30m[7]。五峰—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖23～847m，平均225.75m；牛蹄塘組20～465m，平均225m[22]；較薄的厚度如鄂宜頁2井五峰—龍馬溪組中下部獲得頁巖氣重大發(fā)現(xiàn)的優(yōu)質(zhì)頁巖段(TOC均值2.6%，含氣量大于2.0m3/t[48])為19m，安場向斜五峰—龍馬溪組19.5～30m，北美Ohio含氣泥頁巖厚度9～31m等。因此，建議中國南方海相頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”有效頁巖厚度大于10m。

2.8 埋深

埋深與頁巖氣保存、含氣性以及開發(fā)成本密切相關(guān)，是“優(yōu)質(zhì)層段”識別的重要因素。中國南方海相地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，頁巖儲層深度變化較大，湯山1號井在60m、南頁1HF井在5820m均有揭露。埋藏過淺，多受后期抬升、剝蝕等影響，構(gòu)造復(fù)雜，含氣量較低[49-50]。如美國阿巴拉契亞盆地的馬塞勒斯和俄亥俄頁巖，雖處于同一盆地，由于埋深差異大，保存條件不同，地層壓力不同，含氣量有較大差異。同位于彭水區(qū)塊的彭頁1井(目的層埋深2100m)和彭頁2井(目的層埋深約2393m)及隆頁1HF井[32](目的層埋深3000m)，均為四川盆地外殘留向斜志留系頁巖，前者埋深較小，地層壓力較低，產(chǎn)能較后者低(圖2)。埋深過深，頁巖受到強(qiáng)烈壓實，微觀孔縫變小、變窄，影響孔滲性能，不利于頁巖氣富集，且過深的頁巖氣井大大增加開發(fā)成本，降低了其開采的商業(yè)價值。

有學(xué)者認(rèn)為中國頁巖氣有利勘查開發(fā)深度界限 1000～4500m[22]、四川盆地頁巖氣核心建產(chǎn)區(qū)埋深<4000m[12]，或中國南方頁巖氣成藏有利埋深1000

～3000m[9]，北美頁巖氣勘查開發(fā)的主體深度為2000～4000m，以及頁巖氣有利選區(qū)埋深的標(biāo)準(zhǔn)500～6000m，近年來的勘探實際表明中國南方海相五峰—龍馬溪組頁巖最大埋深為5820m，焦石壩地區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖氣高產(chǎn)井主體埋深超過2000m，中國石化測試高產(chǎn)井-丁頁2HF井目的層埋深4400m。牛蹄塘組頁巖最大埋深約3400m(丁山1井，筇竹寺組)，鄂宜頁1HF井(水井沱組，2389.5m)、鄂陽頁1井(牛蹄塘組，3055m)、鄂陽頁1HF井(牛蹄塘組，3376m)均實現(xiàn)頁巖氣勘查重大突破。因此，根據(jù)中國南方海相頁巖氣勘查現(xiàn)狀，實現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)或重大發(fā)現(xiàn)的頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”埋深建議小于4500m，隨著勘查開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步，其上限值會逐漸增加。

3 識別模板

3.1 識別原則

通過上述頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”識別參數(shù)分析，結(jié)合中國南方五峰—龍馬溪組、牛蹄塘組在地質(zhì)條件、勘探現(xiàn)狀及資料程度的差異性，按照“定性參數(shù)圈定有利區(qū)-定量參數(shù)識別優(yōu)質(zhì)層段”的疊加遞進(jìn)判別原則，初步建立了中國南方海相五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”識別模板。模板建立過程中每項參數(shù)涉及三個數(shù)值：外邊界值(目前理論最大值)、“優(yōu)質(zhì)層段”外邊界值(目前統(tǒng)計的或技術(shù)條件下的最大值)以及剔除區(qū)外邊界值(灰色區(qū)域，“優(yōu)質(zhì)層段”識別下限值)。

3.2 模板建立

在定性參數(shù)圈定有利區(qū)基礎(chǔ)上，結(jié)合8項定量參數(shù)，根據(jù)評價區(qū)性質(zhì)，分別建立五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組“優(yōu)質(zhì)層段”識別模板，其中五峰—龍馬溪組頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”模板為藍(lán)色區(qū)域——“銀杏葉”形，牛蹄塘組頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”模板為綠色區(qū)域——類“白楊葉”形。根據(jù)壓力系數(shù)和含氣量進(jìn)一步分為兩類：一是針對勘探程度高、資料豐富的四川盆地內(nèi)部五峰—龍馬溪組頁巖有利區(qū)，已知頁巖儲層壓力系數(shù)和含氣量，若8項定量參數(shù)落入藍(lán)色區(qū)域即可識別為頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”。二是對四川盆地外部的五峰—龍馬溪組[51-52]，考慮到壓力系數(shù)數(shù)據(jù)較少，牛蹄塘組頁巖儲層多為常壓[53]，但通過不同測試技術(shù)均實現(xiàn)產(chǎn)能突破。此時需滿足除壓力系數(shù)外的其他參數(shù)落入藍(lán)色區(qū)域(包含斜線區(qū))即為頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”(圖3)。

圖3 中國南方海相重點(diǎn)層系頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”識別模板與實例應(yīng)用Fig.3 Identification template and application case of shale gas sweet spot of key marine layer in southern China

4 貴州正安—務(wù)川地區(qū)實例應(yīng)用

正安—務(wù)川地區(qū)位于貴州省北部，受區(qū)域兩大斷裂—正安逆斷裂和遵義逆斷裂控制，發(fā)育一系列北東向展布的向斜。區(qū)內(nèi)五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)頁巖發(fā)育，有機(jī)質(zhì)豐度高且含偏腐泥型干酪根，有機(jī)質(zhì)熱演化程度適中，是頁巖氣勘查的重點(diǎn)層系。區(qū)內(nèi)油氣顯示較好的井主要有五峰—龍馬溪組為目的層的安頁1井、道頁1井、洛淺1井、丁頁2HF井和牛蹄塘組為目的層的綏頁1井、正頁1井、德頁1井(圖4)。

圖4 貴州正安—務(wù)川構(gòu)造單元示意圖

Fig.4 Structural units schematic diagram of Zheng’an—Wuchuan, Guizhou Province

將頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”識別方法應(yīng)用于貴州正安—務(wù)川地區(qū)。首先，優(yōu)選出5個五峰—龍馬溪組(安場向斜、桴焉向斜、斑竹向斜、務(wù)川向斜、高山—石朝向斜)和2個牛蹄塘組(高山—石朝向斜、茅埡向斜)頁巖氣有利區(qū)；其次，根據(jù)有利區(qū)8個定量參數(shù)(表3)，使用五峰—龍馬溪組模板(以安場向斜和斑竹向斜為例)和牛蹄塘組模板逐一進(jìn)行頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”識別，僅安場向斜五峰—龍馬溪組的所有參數(shù)落入藍(lán)色區(qū)域——頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”(圖4)。

根據(jù)“優(yōu)質(zhì)層段”識別結(jié)果，在安場向斜部署鉆探安頁1井，含氣量達(dá)6.49m3/t，后續(xù)油氣企業(yè)部署實施的安頁2HF井也獲得工業(yè)氣流，初步檢驗了該方法的適用性與可靠性。

表3 正安—務(wù)川7個頁巖評價單元識別參數(shù)對比

Table 3 Comparison of identification parameters of seven shale evaluation areas in Zheng’an—Wuchuan

識別參數(shù)五峰—龍馬溪組牛蹄塘組安場向斜桴焉向斜斑竹向斜務(wù)川向斜高山—石朝向斜高山—石朝向斜茅埡向斜定性參數(shù)定量參數(shù)沉積相深水陸棚深水陸棚深水陸棚深水陸棚深水陸棚深水陸棚深水陸棚構(gòu)造保存褶皺寬緩,頂?shù)装迳澳鄮r、灰?guī)r褶皺寬緩,頂?shù)装迳澳鄮r、灰?guī)r褶皺寬緩,頂?shù)装迳澳鄮r、灰?guī)r褶皺緊閉,頂?shù)装迳澳鄮r、灰?guī)r褶皺緊閉,頂?shù)装迳澳鄮r、灰?guī)r褶皺寬緩,頂?shù)装灏自茙r、結(jié)晶灰?guī)r褶皺寬緩,頂?shù)装灏自茙r、結(jié)晶灰?guī)r巖性組合黑色碳質(zhì)頁巖黑色碳質(zhì)頁巖黑色碳質(zhì)頁巖黑色碳質(zhì)頁巖黑色碳質(zhì)頁巖黑色碳質(zhì)頁巖黑色碳質(zhì)頁巖TOC(%)2～42～42～42～42～4>4>4Ro(%)2～2.52～2.52～2.52～2.52～2.52.5～3.02.5～3.0孔隙度(%)3.9<2<2<2<2<2<2脆性礦物含量(%)>60>60>60>60>60>60>60有效頁巖厚度(m)20～3020～3020～3020～3010～20>40>40埋深(m)2000～30001500～25001500～25001500～25001500～25003500～45003500～4500含氣量(m3/t)>21～21～21～21～2<0.5<0.5壓力系數(shù)1.21.2/////

5 結(jié)論

本研究篩選出沉積相、構(gòu)造保存及巖性組合3個定性參數(shù)，及含氣量、壓力系數(shù)、TOC、Ro、孔隙度、脆性礦物、有效頁巖厚度和埋深8個定量參數(shù)為中國南方下古生界海相頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”識別的重要參數(shù)；提出了中國南方下古生界海相頁巖氣“定性參數(shù)圈定有利區(qū)-定量參數(shù)識別優(yōu)質(zhì)層段”的疊加遞進(jìn)判別原則；建立了中國南方海相五峰—龍馬溪組和牛蹄塘組頁巖氣“優(yōu)質(zhì)層段”識別模板，突出考慮評價區(qū)頁巖含氣量及其與壓力系數(shù)的相關(guān)性。

本文方法采用先定性后定量的分類分級識別手段，建立了3級閾值，在貴州正安—務(wù)川地區(qū)得到較好的應(yīng)用驗證。該方法的閾值設(shè)定針對富含氣頁巖，是在前人相關(guān)領(lǐng)域研究基礎(chǔ)上的有效補(bǔ)充，為尋找中國南方海相下古生界五峰—龍馬溪組頁巖氣富集區(qū)提供重要參考依據(jù)，可根據(jù)后期頁巖氣勘探開發(fā)程度和資料情況跟蹤調(diào)整。

致謝：在成文過程中得到自然資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心喬德武研究員、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)張金川教授、自然資源部儲量評審中心李玉喜研究員的指導(dǎo)和幫助，在此深表謝意！