鄂西鶴峰地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組泥頁巖儲層特征
——以江坪河剖面為例

王 登 ， 余江浩*， 陳 威， 冷雙梁， 許露露， 溫雅茹， 袁 航，黃佳琪

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034； 2.湖北省地質(zhì)局 第四地質(zhì)大隊,湖北 咸寧 437100)

頁巖氣是指賦存于富有機質(zhì)泥頁巖及其夾層中,以吸附和游離態(tài)為主要存在方式的一種非常規(guī)天然氣[1-4]。

牛蹄塘組是上揚子地區(qū)下古生界主力烴源巖之一,具有厚度大、分布廣的特點[5-7]。鄰區(qū)秭地1井、秭地2井等的鉆探已經(jīng)證實牛蹄塘組具有很好的頁巖氣顯示,勘探潛力巨大。本文從泥頁巖厚度、有機碳含量、儲層物性等方面對江坪河剖面牛蹄塘組進行分析,以期為該區(qū)下一步頁巖氣勘探提供依據(jù)。

1 剖面地質(zhì)特征

江坪河剖面位于恩施州鶴峰縣走馬鎮(zhèn)江坪河村,在構(gòu)造上屬于上揚子地塊的宜都—鶴峰復(fù)背斜帶走馬背斜(圖1)。剖面地層自下而上依次為上震旦統(tǒng)—下寒武統(tǒng)燈影組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組和石牌組。其中,牛蹄塘組頂?shù)浊逦?共分為15層,總厚度144.6 m,牛一段和牛二段厚度分別為92.6 m和52.1 m,泥頁巖厚度分別為88.6 m和30.1 m。

牛蹄塘組為一套黑色富有機質(zhì)泥頁巖層系。其中，牛一段巖性以黑色碳質(zhì)頁巖、碳硅質(zhì)頁巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，局部夾碳質(zhì)泥灰?guī)r，發(fā)育水平層理；產(chǎn)微體藻類化石Micrhystridium，Baltisphaeridium等，個別層產(chǎn)小殼化石ArchaeooideskuanchuanpuensisQian，“Circothesa”pingqianensissp.nov.等。牛二段下部巖性以灰色微晶灰?guī)r為主，上部巖性主要為灰色—黑色薄層碳質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)泥巖，產(chǎn)三葉蟲化石WangzishiasolaZhuetZhou，Sinodiscuschanyangensis，S.G.Zhang，Hupeidiscusorientalis，Metaredlichiacf.cylindrica，Zhenbaspislata，Neocobboldiasp.，Acrothelesp.等[8]。屬外(深水)陸棚相沉積。

圖1 鄂西江坪河剖面位置圖
Fig.1 Location of Jiangpinghe section in Western Hubei

1.斷層；2.構(gòu)造線；3.地名；4.剖面位置。

圖2 鄂西江坪河剖面牛蹄塘組沉積相圖
Fig.2 Sedimentary facies map of Niutitang formation in Jiangpinghe section,Western Hubei

2 有機地化特征

2.1 有機碳含量

有機碳含量是生成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ),也是吸附氣的載體,與頁巖含氣量呈正相關(guān)關(guān)系[9]。鄂西江坪河剖面牛蹄塘組19個泥頁巖TOC含量介于0.77%～13.10%,平均值2.92%。其中,TOC>2%的樣品占63.67%(圖3),TOC>4%的樣品占19.05%。

縱向上,江坪河剖面牛蹄塘組泥頁巖TOC具有明顯的一段高、二段相對低的特征(圖4)。其中,牛一段TOC介于0.80%～13.10%,均值為3.31%,TOC>1%的頁巖為86.7 m；牛二段TOC介于0.77%～4.04%,均值為2.13%,TOC>1%的頁巖為25.5 m?？傮w上,鄂西江坪河剖面牛蹄塘組泥巖厚度較大,連續(xù)性好,TOC高,生烴潛力良好。

2.2 有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型決定了烴源巖的生烴能力和烴類性質(zhì)[10-12]。江坪河剖面牛蹄塘組泥頁巖腐泥組含量介于63.4%～72.5%,平均值68.7%(表1)；惰質(zhì)組含量介于19.3%～24.2%,平均值21.6%；少量殼質(zhì)組,含量介于7.8%～14.1%,平均值9.7%；不含鏡質(zhì)組。類型指數(shù)Ti值介于47.3～57.3,平均值為51.9,為Ⅱ1型有機質(zhì)。表明牛蹄塘組有機質(zhì)類型較好,具有良好的生氣能力。

2.3 有機質(zhì)成熟度

下古生界缺乏來源于高等植物的標準鏡質(zhì)體,而富含瀝青[13],本文采用換算的等效Ro評價成熟度。江坪河剖面13個瀝青反射率Rc值介于2.90%～5.74%,平均值4.18%(圖5)；根據(jù)豐國秀(1988)公式換算的等效Ro值介于2.24%～4.11%,平均值3.08%；根據(jù)Jacob(1985)公式換算的等效Ro值介于2.19%～3.95%,平均值2.98%(圖5)；均表明牛蹄塘組處于過成熟階段,有利于生氣。

3 儲層特征

3.1 礦物組成特征

X衍射表明,江坪河剖面牛蹄塘組粘土礦物含量介于35.1%～51.3%,平均為42.5%(圖6)；石英礦物含量介于38.5%～58.6%,平均含量為46.7%,長石含量介于2.6%～12.5%,平均含量為8.4%；少量黃鐵礦和菱鐵礦,含量介于2.5%～6.3%,均值為3.4%；未見碳酸鹽礦物。總體上,江坪河剖面牛蹄塘組脆性礦物含量較高,平均含量為57.5%,有利于后期壓裂改造(表2)。

圖3 江坪河剖面牛蹄塘組地化和物性特征
Fig.3 Geochemical and physical properties of Niutitang formation in Jiangpinghe section

圖4 江坪河剖面牛蹄塘組TOC分布
Fig.4 TOC distribution of Niutitang formation in Jiangpinghe section

表1 江坪河剖面頁巖顯微組分組成Table 1 Maceral composition of shale in Jiangpinghe section

圖5 江坪河剖面等效Ro值分布圖
Fig.5 EquivalentRo distribution of Niutitang formation
in Jiangpinghe section

表2 江坪河剖面牛蹄塘組泥頁巖礦物組成Table 2 Mineral composition of shale in Niutitang formation of Jiangpinghe section

3.2 頁巖物性特征

江坪河剖面14個頁巖孔隙度介于2.03%～3.88%,平均值為2.89%,介于2.0%～3.0%的樣品占57.1%,介于3.0%～4.0%的樣品占42.9%(圖6)；滲透率介于0.11×10-3～0.91×10-3mD,平均值為0.51×10-3mD；密度2.41～2.51 g/m3,平均值為2.46 g/m3。表明江坪河剖面泥頁巖具有一定的儲、滲能力。

圖6 江坪河剖面牛蹄塘組孔隙度和滲透率分布
Fig.6 Distribution of porosity and permeability of Niutitang formation in Jiangpinghe section

3.3 孔隙類型

掃描電鏡表明,江坪河剖面牛蹄塘組發(fā)育多種孔隙類型(圖7)。其中,有機質(zhì)孔相對發(fā)育,一般為100～200 nm；粒間孔主要為粘土顆粒間孔隙,一般為150～300 nm不等；粒內(nèi)溶孔主要為石英溶孔、長石溶孔,一般為210～620 nm,也有個別達1.2～1.6 μm；微裂縫主要為顆粒內(nèi)裂縫,寬度一般在150～210 nm,大者可達550 nm。

圖7 江坪河剖面牛蹄塘組泥頁巖孔隙特征
Fig.7 Pore characteristics of shale in Niutitang formation of Jiangpinghe section

4 含氣性特征

頁巖含氣性直接決定頁巖氣資源潛力,主要包括頁巖中的吸附氣、游離氣和溶解氣等[7,14]。鄰區(qū)多口鉆遇牛蹄塘組的鉆井見頁巖氣顯示,以秭地1井為例,現(xiàn)場解吸氣總含量為0.24～1.05 m3/t,均值0.60 m3/t,點火可燃。同時,本文通過等溫吸附進一步表征其含氣性,在14.0 MPa時,牛蹄塘組模擬吸附氣量介于0.91～5.12 m3/t(圖8),平均值2.79 m3/t,吸附氣含量較高。表明牛蹄塘組含氣性良好,且具有較強的頁巖氣吸附能力。

圖8 江坪河剖面泥頁巖等溫吸附模擬
Fig.8 Isothermal adsorption simulation of shale in Jiangpinghe section

5 結(jié)論

(1) 江坪河剖面牛蹄塘組頁巖具有厚度大,有機碳含量高,成熟度高等特點。TOC含量介于0.77%～13.10%,平均值2.92%,TOC>1%的頁巖達122.2 m,處于過成熟階段,生氣條件好。

(2) 江坪河剖面牛蹄塘組頁巖儲層較好。其脆性礦物含量豐富,介于48.7%～64.9%,有利于后期儲層改造；孔隙度介于2.03%～3.88%,平均值為2.89%,具有良好的頁巖氣儲集空間。同時,其吸附能力較強,等溫吸附氣含量介于0.91～5.12 m3/t。綜合分析認為,鄂西鶴峰地區(qū)牛蹄塘組具有良好的勘探前景。