皖南涇縣地區(qū)下三疊統(tǒng)殷坑組晏公堂剖面三維數(shù)字露頭表征及油氣地質意義

周 磊，馮興強，包書景，譚元隆，吳 林，張林炎

（1.中國地質科學院地質力學研究所,北京100081；2.自然資源部古地磁與古構造重建重點實驗室，北京100081；3.中國地質調查局油氣地質力學重點實驗室，北京100081；4.中國地質調查局油氣資源調查中心，北京100083）

涇縣晏公堂剖面在大地構造上位于下?lián)P子地塊西南部，地處江南隆起帶北緣與斷陷盆地的過渡地帶，褶皺與斷裂呈北東—北東東向展布[1-2]。涇縣地區(qū)南部連接出露早古生代及更老地層的江南隆起，北部連接多為白堊紀陸源碎屑充填的宣城—無為斷陷盆地。區(qū)域地層出露及地質填圖資料顯示，涇縣地區(qū)自寒武系至第四系沉積總厚7 000 m 左右，其中除下—中泥盆統(tǒng)及部分古近系地層缺失外，區(qū)內地層發(fā)育相對完整（圖1）。

圖1 皖南涇縣地區(qū)地質簡圖及剖面位置Fig.1 Geological map and outcrop location of Jingxian County of southern Anhui

下?lián)P子地區(qū)中、古生界厚度大、分布范圍廣，涵蓋多套海相油氣生、儲、蓋組合,具有巨大油氣資源潛力[3-4]。經過50 多年油氣基礎地質調查，僅在黃橋、句容和鹽城等地區(qū)發(fā)現(xiàn)油氣顯示，中生界油氣勘探始終未獲得具有商業(yè)價值工業(yè)油流[5-6]。2019年中國地質調查局實施皖為頁1井、皖涇地1井、皖涇地2井，在中、下三疊統(tǒng)周沖村組和殷坑組獲得油氣顯示，開辟了皖南地區(qū)油氣勘探新層系[7-8]。相比于二疊系非常規(guī)油氣調查和勘探程度[6-10]，皖南地區(qū)下三疊統(tǒng)殷坑組油氣勘探相對滯后，缺乏油氣資源潛力系統(tǒng)評價。通過皖南涇縣地區(qū)晏公堂剖面地質調查，初步分析殷坑組生烴條件和儲層條件，為油氣資源潛力評價提供基礎性資料。

1 三維數(shù)字剖面表征

1.1 剖面露頭數(shù)字化

晏公堂剖面構造上位于晏公堂向斜核部，地理上位于安徽省涇川縣涇川鎮(zhèn)棠葉村南。晏公堂剖面全長約500 m，基本沿晏公堂采石場及采石公路測制，采石礦區(qū)地形高差大，傳統(tǒng)人工地質測量具有潛在人身安全危險性[11-12]。因此，該文進行野外地質測量過程中嘗試應用無人機數(shù)字露頭采集和建模技術，為野外地質調查工作提供了一個新的工作手段。

首先，對下三疊統(tǒng)殷坑組晏公堂剖面采石礦區(qū)（東西長約502 m，南北寬約433 m）進行無人機巡航掃描，采用“無人機立體攝影”采集技術[13-14]，使用低空無人機多角度傾斜立體攝影采集數(shù)據(jù)，攝影采集數(shù)據(jù)帶有三維坐標信息（即點云信息）與圖像信息[15-16]，可以提取任意位置點坐標、圖像和地質信息數(shù)據(jù)（圖2a）。其次，基于已經采集晏公堂剖面點云信息和圖像信息，進行網格剖分，建立晏公堂剖面主體采礦區(qū)的三維網格化數(shù)據(jù)模型（圖2b、圖2c）。最后，在主體采礦區(qū)三維網格化模型，導入點云和圖片信息形成瓦片區(qū)塊成像集，完成晏公堂剖面中主體采礦區(qū)數(shù)字化（圖2d）。

圖2 涇縣地區(qū)晏公堂三疊系剖面無人機采集數(shù)字露頭全貌Fig.2 Digital outcrop of Triassic Yangongtang section by unmanned aerial vehicles in Jingxian County

晏公堂剖面殷坑組第14—18小層位于采石場主體礦區(qū)，剖面地形高差大、坡度近直立，近距離人工地質測量無法實施，遠眺觀測剖面由于人眼視距和分辨率限制，在地層巖性觀察存在誤差，因此在14—18小層采用無人機數(shù)字剖面進行地層信息提?。▓D3a）。遠眺觀察第15—16小層，其整體巖性為黑色頁巖，偶夾2～3層薄層灰?guī)r。利用數(shù)字剖面提取地層巖性信息，第15—16小層表現(xiàn)為黑色頁巖夾薄層—中層灰?guī)r，且含22 層不同厚度灰?guī)r（圖3b）。數(shù)字剖面可以直接測量小層厚度，第16小層黑色頁巖夾灰?guī)r層厚9.64 m，第16小層灰?guī)r夾薄層頁巖厚9.23 m。在二次放大數(shù)字剖面過程中，極限放大圖片信息提取15 cm視域，結合巖石顏色和類型信息可分辨3—5層，可估算模型中有效識別單層分辯率可達到3～5 cm（圖3c）。通過無人機數(shù)字化剖面提取地層巖性和厚度信息，建立晏公堂剖面14—18小層柱狀圖。

在對晏公堂剖面14—18小層采用無人機數(shù)字剖面進行層信息提取同時，數(shù)字化圖像也可提取斷層位置、性質、斷距以及其牽引現(xiàn)象信息。晏公堂剖面發(fā)育一系列斷層，無人機數(shù)字化圖像可以將黑色泥頁巖定位標志層，觀察斷層上下盤特征，判別斷層性質為正斷層。結合三維坐標信息，大致刻畫斷層走向為北東向（NE37°）（圖3d）。由于正斷層上下盤在斷面巖性差異，受斷面摩擦力牽拽發(fā)生向下彎曲變形（圖3e）；圖3f圖像二次放大，正斷層牽引構造更為明顯。在斷層性質判別基礎上，可刻畫斷距分別為5.43，2.89 m（圖3e）。

圖3 涇縣地區(qū)晏公堂剖面數(shù)字露頭地質信息提取Fig.3 Geological information from digital outcrop of Yangongtang section in Jingxian County

1.2 無人機與人工考察的結合

提取人工實測剖面點坐標信息（經度、維度和海拔）和地質信息，導入人工實測剖面點到下三疊統(tǒng)殷坑組晏公堂數(shù)字化剖面；基于人工實測點坐標信息和地質信息刻畫晏公堂剖面三維數(shù)據(jù)點云信息（經度、維度和海拔）和圖像信息，實現(xiàn)定性描述和定量表征，完成晏公堂剖面殷坑組的測量（圖4）。晏公堂剖面自下而上依次為大隆組（P2d）、殷坑組（T1y）及和龍山組（T1h），晚二疊世陸棚相的大隆組黑色、黑灰色硅質頁巖夾碳質頁巖，上覆下三疊統(tǒng)殷坑組為斜坡—開闊陸棚環(huán)境灰?guī)r、角礫灰?guī)r夾泥頁巖沉積（圖4），而和龍山組底部為淺灰色薄層灰?guī)r，含鐵質結核。殷坑組巖性組合總體上為灰色泥粉晶灰?guī)r、礫屑灰?guī)r，夾黑色、黑灰色泥巖，具體描述見表1。

表1 下三疊統(tǒng)殷坑組晏公堂剖面測量Table 1 Measured results from Yangongtang section in Lower Triassic Yinkeng Formation

圖4 涇縣地區(qū)三疊系殷坑組晏公堂剖面Fig.4 Yangongtang section of Yinkeng Formation in Triassic of Jingxian County

1.3 模型數(shù)字化表征

在無人機數(shù)字露頭和人工考察結合基礎上，實現(xiàn)殷坑組剖面模型數(shù)字化表征，包括殷坑組剖面地層界線劃分、巖性識別、巖性組合關系判斷和垂向疊置關系確定。研究選取晏公堂剖面第14小層，剖面出露較好，地層巖性界線明顯，巖性厚度穩(wěn)定（圖5a）。露頭頁巖分化為灰黃色，巖性組合自下而上為多期灰色角礫灰?guī)r、細晶灰?guī)r和頁巖。露頭主要表現(xiàn)為下伏中層狀斜坡角礫灰?guī)r與開闊陸棚相薄層灰?guī)r、頁巖疊置，中層狀角礫灰?guī)r—薄層灰?guī)r—頁巖韻律性變化反映水體周期性深淺變化。典型露頭位于晏公堂剖面第15—16小層，地層巖性界線明顯，受斷層影響頁巖彎曲變形（圖5b）。露頭巖性組合自下而上為多期黑色頁巖、薄層細晶灰?guī)r構成，露頭主要表現(xiàn)為開闊陸棚粉晶灰?guī)r、頁巖疊置。

圖5 涇縣地區(qū)晏公堂剖面典型露頭數(shù)字露頭表征Fig.5 Features of typical digital outcrops of Yangongtang section in Jingxian County

2 油氣成藏條件及資源意義

2.1 生烴條件

晏公堂剖面殷坑組黑色泥頁巖巖石熱解，TOC值在0.38%～2.21%，平均值為0.86%（表2）?？扇軣N量（S1）值在0.06～1.06 mg/g，平均值為0.28 mg/g；熱解烴量（S2）值在0.31～3.18 mg/g，平均值為1.15 mg/g；產油潛力（S1+S2）在0.37～4.24 mg/g，平均值為1.43 mg/g。氫指數(shù)（HI）值在82～172 mg/g，平均值為123 mg/g。最高峰溫（Tmax）值在434～444 ℃，平均值為439 ℃。綜合Tmax-HI 指數(shù)圖版識別，殷坑組頁巖有機質類型以II-III 型為主。頁巖鏡質體反射率（Ro）值為0.95 %～1.21 %，平均值為1.12 %；有機質處于成熟階段，為熱催化生油氣階段，開始生成成熟油和氣。結合有機質成熟度、有機質豐度和產油潛力劃分標準[17-18]，殷坑組存在較好烴源巖，具有生烴潛力（圖6）。

圖6 涇縣地區(qū)下三疊統(tǒng)殷坑組頁巖有機質類型判別圖和生烴潛力評價Fig.6 Organic matter type and source rock characteristics as interpreted by relation between hydrocarbon potential and TOC of Yinkeng Formation in Lower Triassic of Jingxian County

表2 殷坑組泥頁巖有機地球化學分析Table 2 Organic geochemistry analysis of shales in Yinkeng Formation

2.2 儲層條件

殷坑組灰?guī)r層段主體為泥晶—粉晶灰?guī)r、角礫灰?guī)r，巖性致密。通過高壓壓汞（MIP）、核磁共振（NMR）和鑄體薄片對殷坑組灰?guī)r進行孔、滲分析，確定殷坑組灰儲層條件。高壓壓汞測試結果表明，殷坑組孔隙度（φ）值在0.928%～2.626%，滲透率（k）值在（0.12～3.22）×10-3μm2，汞飽和中值壓力（p50）值在39.44～161.37 MPa，中值孔隙半徑（r50）值在0.005～0.019 μm（表3）。核磁共振測試與壓汞測試測量孔隙度相似，且核磁共振曲線均呈現(xiàn)雙峰型（圖7）。

圖7 涇縣地區(qū)下三疊統(tǒng)殷坑組灰?guī)r高壓壓汞、核磁共振和鑄體薄片F(xiàn)ig.7 MICP,NMR and identification of limestone in Yinkeng Formation of Lower Triassic in Jingxian County

表3 下三疊統(tǒng)殷坑組灰?guī)r物性分析Table 3 Physical property analysis of Yinkeng Formation in Lower Triassic of Jingxian County

鑄體薄片鑒定指示殷坑組灰?guī)r基質孔隙和溶蝕孔隙欠發(fā)育，儲集空間多為微裂隙。微裂縫依據(jù)成因可分為構造裂隙和溶蝕裂隙，構造裂隙呈細密平直，溶蝕裂隙呈腸狀或蛇曲狀?；?guī)r孔隙空間類型為孔隙和微裂隙，與核磁共振曲線雙峰型相吻合。殷坑組灰?guī)r先后經歷印支期擠壓、晚白堊世以來的伸展構造運動[19]，在皖南地區(qū)易形成斷裂和溶洞（斷溶體）規(guī)模型儲集空間。涇地1 井1 650 m 井段巖心和熒光顯示，輕質油沿著裂縫富集（圖8a—圖8c），裂縫為主要儲集空間。在皖南巢湖高林剖面殷坑組發(fā)育規(guī)模型溶洞，溶洞直徑在30～50 cm（圖8d）。塔河油田奧陶系碳酸鹽巖灰?guī)r基質孔隙在1%～3%，巖溶縫洞是油氣重要儲集體[20]。因此，殷坑組灰?guī)r基質孔隙度低，裂縫和溶洞使之成為良好儲層。

圖8 涇縣地區(qū)下三疊統(tǒng)殷坑組灰?guī)r裂縫和溶洞Fig.8 Limestone of fractures and Karst caves in Yinkeng Formation of Lower Triassic in Jingxian County

2.3 油氣資源意義

中國地質調查局實施的涇頁1 井、涇地1 井、宣頁1 井、油地1 井、港地1 井，均鉆遇完整的殷坑組地層。結合地質調查鉆井、煤田淺鉆以及二維地震資料，揭示宣城凹陷下三疊統(tǒng)殷坑組分布范圍廣、面積大，厚度在150～299 m（圖9）。采用成因法計算了殷坑組烴源巖的生烴資源量，在皖涇地1井最大生油強度可達到68×104t/km2（圖10），在宣城凹陷涇縣地區(qū)約130 km2范圍內，累積總生油強度可達近5 000×104t，表明殷坑組具有良好的油氣資源潛力。

圖9 涇縣地區(qū)下三疊統(tǒng)殷坑組殘余厚度平面分布Fig.9 Plane distribution of thickness of Yinkeng Formation of Lower Triassic in Jingxian County

圖10 涇縣地區(qū)下三疊統(tǒng)殷坑組頁巖生烴強度平面分布Fig.10 Hydrocarbon-generating intensity of Yinkeng Formation of Lower Triassic in Jingxian County

3 結論

1）采用“無人機立體攝影”采集技術對下三疊統(tǒng)殷坑組晏公堂剖面露頭數(shù)字化調查，有效識別單層分辯率可達到3～5 cm，可提取構造和沉積信息。

2）結合人工地質考察與剖面數(shù)字化，皖南地區(qū)涇縣晏公堂殷坑組地層厚約160 m，可劃分為16小層；殷坑組巖性組合總體上為灰色泥粉晶灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、角礫灰?guī)r，夾黑色、黑灰色泥巖。

3）殷坑組泥巖累計厚度大，有機質豐度適中，成熟度處在生油窗內，生烴條件良好；灰?guī)r層段基質孔隙欠發(fā)育，滲透率低，但微裂縫發(fā)育，為典型致密裂縫型儲層，具有油氣資源潛力。