溫雅茹,劉早學(xué),許露露,周向輝,張焱林,李雄偉,王 登
(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)
近年來,湖北省上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組的頁巖氣勘探取得了重要進(jìn)展,來頁1井、夷地1井、鄂宜頁2井等多口頁巖氣地質(zhì)調(diào)查井或參數(shù)井獲重要頁巖氣顯示,鄂宜頁2HF井等水平井分段壓裂獲得穩(wěn)定工業(yè)頁巖氣流。湖北省自然資源廳組織的“湖北省頁巖氣資源潛力評價”、“湖北省頁巖氣勘查區(qū)塊評價優(yōu)選”,中國地質(zhì)調(diào)查局組織的“鄂西地區(qū)頁巖氣資源潛力評價”等項目均證實湖北省五峰組—龍馬溪組具有較大的頁巖氣資源潛力。
目前國內(nèi)外已經(jīng)形成諸多頁巖氣選區(qū)評價和資源量計算方法,針對頁巖氣選區(qū)主要采取多因素疊合法[1],但不同地區(qū)、不同層系參考的指標(biāo)不同[2-4],此外還有權(quán)重系數(shù)法、地震屬性預(yù)測法等。資源量計算方法主要有物質(zhì)平衡法、類比法、體積法、概率體積法、單井(動態(tài))儲量估算法、產(chǎn)量遞減曲線法或油氣藏模擬法、成因法及特爾菲法[5-12]等。本次研究以湖北省40余口五峰組—龍馬溪組頁巖氣鉆井和113條剖面資料為基礎(chǔ),結(jié)合研究區(qū)頁巖氣地質(zhì)特點和成藏條件,建立適合該區(qū)的頁巖氣選區(qū)評價指標(biāo)體系,運用多因素疊合法、概率體積法結(jié)合類比法對其進(jìn)行選區(qū)評價和資源潛力分析,為研究區(qū)頁巖氣下步勘探規(guī)劃與項目部署提供地質(zhì)依據(jù)。
研究區(qū)在大地構(gòu)造上處于揚子板塊中部,北以襄廣斷裂與秦嶺—大別造山帶相接,西與四川盆地毗鄰,東跨江南—雪峰推覆隆起帶(圖1)。研究區(qū)出露太古代、元古代、古生代、中生代及新生代地層,不同時代的巖漿巖廣泛發(fā)育,變質(zhì)變形作用強(qiáng)烈,地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜。本次研究的目的層為上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組,下部主要為硅質(zhì)巖和硅質(zhì)頁巖,上部主要為黑—灰黑色頁巖、炭質(zhì)頁巖,以富含筆石為主要特征。
圖1 湖北省(揚子地塊)構(gòu)造單元劃分及大地構(gòu)造位置簡圖
五峰組—龍馬溪組除了在鄂西南松滋—洈水等地缺失或相變外,在其它地區(qū)廣泛發(fā)育。襄廣斷裂以南、來鳳—鶴峰—秭歸—宜昌—長陽—松滋—監(jiān)利一線以北大部分地區(qū)為深水陸棚相區(qū)(圖2),是頁巖氣發(fā)育的有利相帶。五峰組頁巖厚度為4~21 m,龍馬溪組頁巖厚度為15~60 m,優(yōu)質(zhì)頁巖(有機(jī)碳含量(TOC)>2%)厚度一般為8~16 m;TOC=0.2%~10.5%,平均值為2.42%,屬高碳類頁巖;鏡質(zhì)體反射率(Ro)介于0.6%~3.42%,平均值為2.43%,熱演化程度高,處于高成熟階段;有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1型,少量為Ⅱ2型;孔隙度介于0.29%~4.33%,平均值為2.26%;滲透率介于0.000 018~0.045 5 mD,平均值為0.002 2 mD,主要屬低孔—特低滲類儲層;脆性礦物含量介于17%~87%,平均值為65.1%,脆度高,易于壓裂。截至2020年底,湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣鉆井共計40余口,現(xiàn)場解析含氣量一般為0.5~1.5 m3/t,最高達(dá)3.3 m3/t。
圖2 湖北省五峰組—龍馬溪組巖相古地理圖
根據(jù)《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0254—2014)[13]、《頁巖氣地質(zhì)評價方法》(GB/T 31483—2015)[14]等標(biāo)準(zhǔn),參考原國土資源部2016年發(fā)布的《全國頁巖氣資源潛力調(diào)查評價及有利區(qū)優(yōu)選》[15]等技術(shù)要求,綜合北美地區(qū)、國內(nèi)焦石壩、長寧—威遠(yuǎn)等頁巖氣田的勘探開發(fā)經(jīng)驗和湖北省頁巖氣勘探實踐,建立了符合湖北省上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組的頁巖氣選區(qū)評價指標(biāo)體系(表1)。本次依據(jù)湖北省頁巖氣資源特點,將頁巖氣分布區(qū)劃分為遠(yuǎn)景區(qū)、有利區(qū)和目標(biāo)區(qū)三級[16]。
表1 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣選區(qū)評價指標(biāo)體系
由表1可看出,頁巖連續(xù)分布面積≥50 km2,構(gòu)造簡單(地層產(chǎn)狀普遍平緩、斷層不發(fā)育),頂?shù)装灞4嫱暾?,距離斷裂≥2.0 km方可達(dá)到選區(qū)起始條件。在以上條件基礎(chǔ)上,頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)需滿足頁巖累計厚度≥15 m,TOC≥0.5%,1.3%≤Ro≤4.0%,埋深500~5 000 m;頁巖氣有利區(qū)需滿足頁巖單層厚度≥10 m,累計厚度≥20 m,TOC≥1.0%,1.3%≤Ro≤3.5%,埋深500~5 000 m,并通過調(diào)查井鉆探證實有一定的頁巖氣顯示,頁巖氣總含氣量≥1.0 m3/t,脆性礦物含量≥40.0%;頁巖氣目標(biāo)區(qū)需滿足頁巖單層厚度≥10 m、累計厚度≥20 m,TOC≥1.0%,1.3%≤Ro≤3.5%,埋深1 000~4 500 m,頁巖氣總含氣量≥2.0 m3/t,通過參數(shù)井鉆探已經(jīng)獲得頁巖氣流或通過體積壓裂獲得工業(yè)頁巖氣流,壓力系數(shù)接近于1∶1,脆性礦物含量≥40.0%,此外目標(biāo)區(qū)還要求地形高差小(如平原、丘陵、中低山區(qū)),以便具備一定的勘探開發(fā)縱深。
根據(jù)以上頁巖氣選區(qū)標(biāo)準(zhǔn),以省內(nèi)五峰組—龍馬溪組40口頁巖氣鉆井和113條剖面的實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用疊合法疊合五峰組—龍馬溪組的底界埋深等值線、頁巖厚度等值線、TOC等值線及Ro等值線等,結(jié)合五峰組—龍馬溪組沉積相分布、構(gòu)造單元劃分、斷裂分布和鉆井含氣情況等,對湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣進(jìn)行選區(qū)評價。其中,遠(yuǎn)景區(qū)的優(yōu)選不需考慮鉆井含氣性,有利區(qū)和目標(biāo)區(qū)必須分別滿足區(qū)內(nèi)鉆井總含氣量指標(biāo)達(dá)到1.0 m3/t和2.0 m3/t以上。
湖北省五峰組—龍馬溪組可劃分為22個頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)、7個頁巖氣有利區(qū)和3個頁巖氣目標(biāo)區(qū)(圖3)。頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)分布較廣,在鄂西、鄂中、鄂東南等地都有分布,頁巖氣有利區(qū)和目標(biāo)區(qū)主要集中在鄂西地區(qū)。其中,頁巖氣有利區(qū)主要分布在秧坪、紅巖寺向斜高坪地區(qū)、兩河口向斜、黃家槽向斜楊林橋地區(qū)、黃陵背斜東緣分鄉(xiāng)地區(qū)、黃陵背斜東南緣龍泉地區(qū)和當(dāng)陽復(fù)向斜遠(yuǎn)安地區(qū),調(diào)查井鉆探已證實這些區(qū)塊有一定的頁巖氣顯示,具有較好的頁巖氣勘探潛力。頁巖氣目標(biāo)區(qū)主要分布在紅巖寺向斜高坪地區(qū)、黃陵背斜東南緣龍泉地區(qū)、當(dāng)陽復(fù)向斜遠(yuǎn)安地區(qū),目標(biāo)區(qū)內(nèi)宜頁2井、荊101井等均獲得工業(yè)氣流,具有一定的頁巖氣商業(yè)開發(fā)價值。
圖3 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣選區(qū)評價圖
本次頁巖氣地質(zhì)資源量的計算采用概率體積法。湖北省頁巖氣成礦地質(zhì)條件復(fù)雜,其五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探程度相比四川盆地的涪陵、長寧、威遠(yuǎn)和邵通等地來說總體偏低,頁巖氣分布邊界有一定的不確定性,且含氣量參數(shù)資料有限,運用概率體積法對參數(shù)進(jìn)行賦值、計算和結(jié)果表征能較為客觀地反映湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣的資源潛力[10,17-18]。由于頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)調(diào)查程度較低、頁巖含氣性資料缺乏,因此首先運用類比法對含氣量參數(shù)進(jìn)行賦值,再運用概率體積法進(jìn)行資源評價。湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源評價結(jié)果如表2所示,其中頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)地質(zhì)資源量(P50)為36 210.73×108m3,有利區(qū)地質(zhì)資源量(P50)為11 285.94×108m3,目標(biāo)區(qū)地質(zhì)資源量(P50)為5 854.32×108m3。
表2 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)資源量統(tǒng)計表
從頁巖氣資源分布深度(表3)來看,遠(yuǎn)景區(qū)、有利區(qū)都是中深層頁巖氣地質(zhì)資源量最大,中淺層頁巖氣地質(zhì)資源量次之,深層頁巖氣地質(zhì)資源量相對較低;而目標(biāo)區(qū)有所不同,深層頁巖氣地質(zhì)資源量僅次于中深層,淺層頁巖氣地質(zhì)資源量較少。
表3 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源深度分布統(tǒng)計表
湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣在山地、丘陵—崗地、平原都有分布(表4),其中遠(yuǎn)景區(qū)和有利區(qū)的頁巖氣在山地地區(qū)最為富集,其次為平原、丘陵—崗地地區(qū);而目標(biāo)區(qū)的頁巖氣在平原地區(qū)最為富集,其次為丘陵—崗地、山地地區(qū)。
表4 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源地理環(huán)境分布統(tǒng)計表
從行政區(qū)劃上來看,五峰組—龍馬溪組頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)在湖北省分布較廣,且以恩施、宜昌、襄陽、荊門等地資源量較大;頁巖氣有利區(qū)主要分布在恩施和宜昌地區(qū),其次是襄陽地區(qū),少量分布在荊門地區(qū);頁巖氣目標(biāo)區(qū)主要分布在宜昌、恩施和襄陽地區(qū)(圖4)。
圖4 湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源行政區(qū)劃分布特征(單位:×108 m3)
(1)綜合頁巖分布面積、頁巖埋深、厚度、有機(jī)碳含量、鏡質(zhì)體反射率、總含氣量、構(gòu)造特征、壓力系數(shù)、脆性礦物含量等因素,建立了符合湖北省上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組的頁巖氣選區(qū)評價指標(biāo)體系。
(2)湖北省五峰組—龍馬溪組可劃分為22個頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)、7個頁巖氣有利區(qū)和3個頁巖氣目標(biāo)區(qū),其中遠(yuǎn)景區(qū)分布較廣,有利區(qū)和目標(biāo)區(qū)主要集中在鄂西地區(qū)。
(3)運用概率體積法結(jié)合類比法對湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣進(jìn)行了資源評價,其中頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)地質(zhì)資源量為36 210.73×108m3,有利區(qū)地質(zhì)資源量為11 285.94×108m3,目標(biāo)區(qū)地質(zhì)資源量為5 854.32×108m3。
(4)湖北省五峰組—龍馬溪組頁巖氣在中深層最為富集;遠(yuǎn)景區(qū)和有利區(qū)頁巖氣在山地地區(qū)最為富集,目標(biāo)區(qū)則是平原地區(qū)最為富集;恩施、宜昌、襄陽、荊門等地的五峰組—龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)資源量較大,具有較大的勘探開發(fā)潛力。