頁(yè)巖氣勘探論文：頁(yè)巖氣勘查評(píng)價(jià)思索

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本文作者：郭旭升郭彤樓魏志紅張漢榮劉若冰柳智利王煒作者單位：中石化勘探南方分公司

三大盆地發(fā)育陸相泥頁(yè)巖

中、晚三疊世發(fā)生的印支運(yùn)動(dòng)，使中國(guó)南方結(jié)束了海相沉積，從此轉(zhuǎn)入陸內(nèi)盆地發(fā)育演化階段，在四川盆地、江漢盆地、蘇北盆地發(fā)育了陸相富含有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖。

1四川盆地

四川盆地陸相富含有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖主要發(fā)育于中下侏羅統(tǒng)，包括下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段、馬鞍山段、大安寨段和中侏羅統(tǒng)千佛崖組中下部，為淺湖—半深湖相沉積，主要分布于川東北地區(qū)。東岳廟段富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度為40～100m，馬鞍山段為20～60m，大安寨段為40～60m，千佛崖組為40～100m。東岳廟段富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖TOC為0．51%～11．82%，平均2．09%;馬鞍山段為0．57%～0．67%，平均0．62%;大安寨段為0．58%～64%，平均1．2%;千佛崖組為0．74%～2．05%，平均1．15%。有機(jī)質(zhì)類型以II2型、III型為主，少量為II1型、I型，總體以II2型最多。有機(jī)質(zhì)演化程度適中，均主要處于凝析油—濕氣的高成熟階段，Ro主要為1．0%～1．8%。對(duì)東岳廟段富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖巖心樣品進(jìn)行氦氣法和GIR法分析，所得平均孔隙度為2．49%～28%;馬鞍山段為2．01%～2．07%;大安寨段為23%～68%;千佛崖組為08%。

2江漢盆地

江漢盆地陸相富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖主要發(fā)育在古近系，包括新溝咀組下段和潛江組，主要分布在江陵凹陷、潛江凹陷、小板凹陷、陳沱口凹陷等，為鹽湖沉積。新溝咀組下段富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度為50～112m，潛江組為200～723m。潛江組和新溝咀組下段TOC含量一般在1．0%左右。潛江組有機(jī)質(zhì)類型以I型、II1型為主;新溝咀組下段以II1型和II2型為主。江漢盆地古近系Ro變化范圍較大，一般在0．6%～2．0%，演化程度相對(duì)較高的地區(qū)主要集中分布在江陵、潛江、小板三個(gè)地區(qū)。

3蘇北盆地

蘇北盆地陸相富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖主要發(fā)育在古近系阜寧組二段和四段，主要分布在金湖凹陷、高郵凹陷、鹽城凹陷等，屬淺湖—半深湖相沉積。泰阜寧組二段富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度為100～250m，阜寧組四段為80～200m。泰州組二段富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖TOC平均為1．28%，阜寧組二段為1．59%，阜寧組四段為1．22%。有機(jī)質(zhì)類型以I型和II1型為主。Ro變化范圍較大，為0．5%～1．81%。富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖孔隙度較低，分布在0．34%～1．28%。

區(qū)別于美國(guó)頁(yè)巖氣勘探的顯著特點(diǎn)

中國(guó)南方頁(yè)巖氣應(yīng)以熱成因?yàn)橹鳎c美國(guó)已成功開發(fā)的熱成因的Barnett，F(xiàn)ayetteville，Woodford，Haynesville，Marcellus頁(yè)巖氣相比，具有明顯的差異性。

1海相泥頁(yè)巖熱演化程度偏高，多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

疊加改造強(qiáng)烈，頁(yè)巖氣保存條件復(fù)雜美國(guó)已開發(fā)的熱成因頁(yè)巖氣層Ro均小于0%(見表1)，一般為1．1%～0%［2］;南方海相Ro一般大于2．0%，局部地區(qū)大于0%，熱演化程度偏高。頁(yè)巖氣賦存的熱演化程度上限目前尚無(wú)定論，但川西南研究資料顯示，Ro高達(dá)7%～5%的下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖，其離子束拋光掃描電鏡分析表明有機(jī)質(zhì)孔隙豐富(見圖1)，等溫吸附試驗(yàn)(見圖2)說(shuō)明吸附能力較強(qiáng)，亦即高熱演化程度頁(yè)巖也具有較好的頁(yè)巖氣賦存條件。熱演化程度不是頁(yè)巖氣賦存的關(guān)鍵因素，其關(guān)鍵在于高熱演化頁(yè)巖一般生氣高峰或熱演化定型較早，頁(yè)巖氣層形成后經(jīng)歷的改造時(shí)間長(zhǎng)，這給頁(yè)巖氣的保存帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)。一定厚度(大于30m)的頁(yè)巖對(duì)烴類氣具有自封存作用，頁(yè)巖氣對(duì)保存條件的要求沒(méi)有常規(guī)氣高。但勘探實(shí)踐證實(shí)，當(dāng)頁(yè)巖氣層遭受抬升剝蝕從而埋深過(guò)淺并與地表大氣水連通或由于斷裂與地表溝通時(shí)，除游離氣散失外，吸附氣一方面由于降壓解吸變?yōu)橛坞x氣散失，另一方面由于氮?dú)狻⒍趸季哂懈鼜?qiáng)的吸附性而置換甲烷，頁(yè)巖氣保存條件喪失。與北美陸臺(tái)在歷次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中未受巨大變動(dòng)不同，多陸塊、地塊拼合形成的統(tǒng)一中國(guó)南方大陸經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造，隆升剝蝕強(qiáng)烈，斷裂極其發(fā)育，導(dǎo)致保存條件復(fù)雜。與北美頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)較少涉及保存條件不同，生氣高峰或熱演化定型后的構(gòu)造—保存條件是南方海相頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)的重點(diǎn)內(nèi)容。利用BasinMOD1－D盆模軟件，對(duì)南方海相不同類型構(gòu)造—沉積區(qū)的各套泥頁(yè)巖埋藏史和熱史進(jìn)行了模擬，推斷南方海相下寒武、下志留、上二疊統(tǒng)泥頁(yè)巖主要在印支期―燕山期達(dá)到生氣高峰，在印支期―喜山早期熱演化定型。印支運(yùn)動(dòng)以來(lái)的多期抬升剝蝕、斷層活動(dòng)，使南方海相油氣保存條件發(fā)生分異。印支期區(qū)域隆升剝蝕使揚(yáng)子地塊東南緣、華南褶皺帶及華夏地塊剝蝕強(qiáng)烈，中三疊統(tǒng)幾乎剝蝕殆盡，上三疊統(tǒng)普遍以角度不整合覆于下三疊統(tǒng)或古生界及元古界之上;燕山期及其以后是中國(guó)南方剝蝕作用最為強(qiáng)烈的時(shí)期，上揚(yáng)子區(qū)四川盆地陸相地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，中下?lián)P子地區(qū)三疊統(tǒng)—侏羅系除陸相地層遭受剝蝕僅局部殘留外，其海相層系遭受肢解，殘留不均勻剝蝕，除上述地區(qū)外，中國(guó)南方其他地區(qū)僅局部殘留陸相地層，海相地層剝蝕強(qiáng)烈。經(jīng)過(guò)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造后，中國(guó)南方斷層發(fā)育，有形成時(shí)間較早的主干斷層(構(gòu)造邊界大斷層和一些長(zhǎng)期活動(dòng)的深斷裂)以及晚期發(fā)育的大量張性正斷層。平面上，主干斷層在大巴山、大洪山逆沖褶皺帶，中揚(yáng)子江漢盆地、湘鄂西地區(qū)，下?lián)P子蘇皖南斷塊區(qū)、江南隆起懷玉山、雪峰構(gòu)造帶，滇黔桂大部分地區(qū)十分發(fā)育，一般5～10條，多的可達(dá)15條，如雪峰構(gòu)造帶南緣、康滇隆起區(qū);而四川盆地、婁山斷褶帶、蘇皖北斷塊區(qū)、湘中桂東北斷褶帶、桂中坳陷則相對(duì)發(fā)育較少，一般2～3條(見圖3)。晚期正斷層則主要發(fā)育在以齊岳山斷層向南西經(jīng)遵義北、六盤水、曲靖抵康滇隆起一線以東的地區(qū)，以西為正斷層不發(fā)育區(qū)。綜合斷裂、剝蝕和蓋層條件，南方海相頁(yè)巖氣保存條件有利的地區(qū)是四川盆地及其周緣(見圖4)。保存條件較好的地區(qū)包括江漢盆地、蘇北盆地、黔中隆起及其周緣、南盤江坳陷、桂中坳陷、湘中坳陷和十萬(wàn)大山盆地。南方海相頁(yè)巖氣原始地質(zhì)條件較好，四川盆地及其周緣保存條件較好，是南方海相頁(yè)巖氣規(guī)模勘探開發(fā)現(xiàn)實(shí)區(qū)。

2陸相泥頁(yè)巖TOC、孔隙度相對(duì)較低

四川盆地中下侏羅統(tǒng)、江漢盆地古近系、蘇北盆地白堊系―古近系頁(yè)巖氣保存條件較好，已勘探開發(fā)眾多致密儲(chǔ)層油氣田。但與美國(guó)已成功開發(fā)的熱成因頁(yè)巖氣相比，TOC、孔隙度相對(duì)較低。美國(guó)已開發(fā)的熱成因頁(yè)巖氣層TOC一般大于2．0%(見表2)，總孔隙度一般為0%～8．0%［2］;南方三大陸相盆地TOC平均在1．0%～2．0%，總孔隙度除四川盆地川東北地區(qū)大安寨段、千佛崖組外，均明顯偏低。南方陸相TOC明顯偏低，可能與南方陸相湖盆范圍相對(duì)局限、沉積速率較快、有機(jī)質(zhì)被稀釋有關(guān)，具體原因尚待進(jìn)一步評(píng)價(jià)研究。富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中孔隙包含有機(jī)孔和無(wú)機(jī)孔兩部分，其孔隙度影響因素較多。南方陸相孔隙度明顯偏低，一方面與TOC明顯偏低相對(duì)應(yīng)，在熱演化程度相同的情況下，有機(jī)孔隙發(fā)育與TOC呈正相關(guān)關(guān)系;另一方面，與熱演化程度相關(guān)，Jarvie等(2010年)研究認(rèn)為，隨著有機(jī)碳向烴類和碳質(zhì)殘?jiān)D(zhuǎn)化，孔隙空間將會(huì)顯著增加(見圖5)［3］。四川盆地富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖孔隙度較高，可能與其較高的熱演化程度相關(guān)。泥頁(yè)巖中無(wú)機(jī)孔應(yīng)該與礦物成分和成巖作用相關(guān)。南方三大盆地陸相泥頁(yè)巖中，四川盆地中下侏羅統(tǒng)具有適中的熱演化程度和較高的孔隙度，勘探開發(fā)潛力較大。

3地表?xiàng)l件復(fù)雜

頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)需要大規(guī)模的壓裂，因此對(duì)地表?xiàng)l件要求比較苛刻。美國(guó)本土的地形特征是東西兩側(cè)高，中間低，沒(méi)有東西走向的山脈。東部為阿巴拉契亞山脈和大西洋沿岸低地，西部屬科迪勒拉山系，中部為大平原，從北到南貫穿整個(gè)美國(guó)中部，約占美國(guó)國(guó)土面積的二分之一。而我國(guó)南方地區(qū)中高山地形多，海拔落差較大，局部的丘陵、平原地區(qū)亦湖泊眾多、水網(wǎng)發(fā)達(dá)，總體地表?xiàng)l件復(fù)雜，為頁(yè)巖氣勘探與開發(fā)帶來(lái)一定困難。地形在一定程度上是以地質(zhì)構(gòu)造為基礎(chǔ)的。中國(guó)南方復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造決定了中國(guó)南方地形復(fù)雜。

結(jié)語(yǔ)

中國(guó)南方地區(qū)海相、陸相多層系均具備頁(yè)巖氣形成的地質(zhì)條件，但同樣面臨諸多挑戰(zhàn)，不能盲目樂(lè)觀。因此:1)南方海相頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)要把泥頁(yè)巖生烴史與保存條件作為選區(qū)的首要條件;2)四川盆地海相、陸相頁(yè)巖氣是實(shí)現(xiàn)中國(guó)南方頁(yè)巖氣規(guī)模勘探開發(fā)的現(xiàn)實(shí)地區(qū);3)江漢盆地、蘇北盆地可作為南方頁(yè)巖氣勘探的后備領(lǐng)域。