上扬子区志留系页岩气成藏条件

3本文为中国石油天然气集团公司科技攻关项目(2008B 20502)的部分成果。

作者简介:王社教,1965年生,高级工程师,博士;现主要从事新能源与可再生能源以及非常规油气资源的研究工作。

地址:(100083)北京市学院路20号910信箱。

电话:(010)62098479。

E 2mail :wsj @上扬子区志留系页岩气成藏条件3王社教1　王兰生2　黄金亮1　李新景1　李登华11.中国石油勘探开发研究院2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 王社教等.上扬子区志留系页岩气成藏条件.天然气工业,2009,29(5):45250. 摘　要　广泛分布于中国南方上扬子地区的志留系为一套静水、缺氧环境下沉积的良好烃源岩,尤以四川盆地的下志留统龙马溪组黑色笔石页岩最为发育。

从该套地层的有机地化参数、四川盆地南部长宁构造新完钻的页岩气浅井的分析测试数据看,龙马溪组有机质丰度高、成熟度较高、微裂缝发育、埋深适中,具有形成页岩气藏的优越条件。

川东石柱—鄂西利川、川南泸州和川北镇巴地区的页岩有机碳含量大于2%,平均厚40～80m ;泸州—宜宾—自贡地区,黔中麻江—瓮安、川东南的秀山、松桃及湘西吉首地区,页岩的成熟度多小于3%;阳深2、阳63、阳9、付深1、隆32、太15等探井,在钻遇志留系页岩层段时均见到气测异常、气侵、井涌现象,长芯1井也证实了浅层志留系页岩气的存在,页岩气含量平均为0.15m 3/t ;野外和岩心观察该套页岩微裂缝发育,岩矿组成显示石英和方解石含量较高,表明该区页岩脆性的特征;采用体积法初步估算的四川盆地及邻区龙马溪组页岩气资源量为4.0×1012～12.4×1012m 3,显示了该区页岩气巨大的勘探潜力。

关键词　中国　上扬子地区　四川盆地　志留纪　页岩气　成藏条件 DOI :10.3787/j.issn.100020976.2009.05.0090　引言 近年来,页岩气成为我国非常规油气资源领域研究的热点,究其原因,一是我国天然气产业步入快速发展阶段,包括常规与非常规天然气如煤层气、页岩气、致密砂岩气引起了广泛重视;二是美国已成功进行了页岩气商业开发[1];三是页岩气资源量巨大,我国页岩气资源预计可达100×1012m 3,勘探潜力巨大。

但直至现在,我国仍未全面开展页岩气的基础研究,更谈不上页岩气勘探开发技术的研发和开发试验。

基于目前的现状,众多学者撰文呼吁重视页岩气新领域,加强页岩气的基础研究,加快页岩气的勘探和开发步伐。

依据前期国外页岩气勘探开发现状的认识、四川盆地及邻区志留系页岩的研究和中国石油勘探开发研究院资源规划所于2008年11月在四川盆地长宁构造钻探的第1口页岩气井浅井———长芯1井样品实验数据结果,着重探讨上扬子地区志留系页岩气的成藏条件,分析该区志留系页岩气的勘探潜力。

1　上扬子地区区域地质特征1.1　沉积与地层分布 上扬子地区志留系发育有下志留统龙马溪组(S 1l )、石牛栏组(S 1s )和中志留统韩家店组(S 2),其中最为发育的是下志留统龙马溪组。

因此,笔者将重点围绕下志留统龙马溪组进行页岩气成藏地质条件的分析。

上扬子地区的志留系页岩,主要发育在四川盆地,出露于盆地边部的川东南、大巴山、米仓山、龙门山及康滇古陆东侧。

盆地内部仅在华蓥山有出露,威远、泸州和达州地区少数深井揭穿志留系,一般埋深2000～4000m 。

乐山、成都及川中龙女寺一带因后期抬升遭受剥蚀而大范围缺失志留系。

四川盆地龙马溪组存在2个生烃中心:一是以万县—石柱为中心的川东生烃凹陷;另一生烃中心则分布于自贡—泸州—宜宾一带,即川南生烃中心。

志留系虽然全区分布稳定,但由于受区域构造变化和沉积环境的影响,局部地区的志留系的分布・54・第29卷第5期 天　然　气　工　业 地质与勘探仍有一定的差异。

威远地区的威2井—威4井—自深1井—阳深1井—长宁双河(地面剖面),志留系由北向南呈增厚的趋势。

威远地区由于乐山—龙女寺古隆起抬升,致使志留系大部分遭受剥蚀,如威2井仅残存龙马溪组黑色页岩25m ,其上直接覆盖下二叠统;威4井龙马溪组残厚不足200m ,其上亦直接覆盖下二叠统;到自深1井,虽然龙马溪组保存完整,但中志留统韩家店组残厚不足100m ,且直接与下二叠统接触;到阳高寺构造带的阳深1井,志留系除韩家店组受一定程度剥蚀之外,龙马溪组及石牛栏组保存完整,尤其龙马溪组厚超500m ,50%以上地层为黑色笔石页岩及碳质页岩,是形成页岩气藏的有利层位;到川南直接与黔北接壤的长宁构造,志留系更是十分发育,且保留亦较完整,总厚超1200m ,其中韩家店组600m ,石牛栏组300m ,页岩最为发育的龙马溪组200m ,黑色页岩及碳质页岩十分发育(见图1)。

该照片摄于长宁构造西部双河高点的葡萄泉志留系剖面,较完整地展示了本区下志留统龙马溪组页岩发育状况及其分布的连续性和稳定性。

图1　四川双河葡萄泉龙马溪组页岩地面露头照片 综上所述,上扬子地区志留系为一套深水还原环境沉积的地层,分布广泛,尤以四川盆地最为发育。

在四川盆地,志留系主要出露于盆地边部,且相对稳定,川南长宁、川东涪陵地区发育最为完整。

盆地腹部,乐山—龙女寺一线以西北,由于后期构造抬升剥蚀而缺失。

全盆地下志留统龙马溪组一般厚200～600m ,属笔石页岩相沉积,且富含黄铁矿和有机质,是一套页岩气藏形成的最有利层位。

1.2　埋深 川南地区下志留统龙马溪组顶界埋深等值线分布于2000～4000m 之间,其中,威远以西的局部范围内,龙马溪组顶界埋深浅于2000m ;内江—隆昌—泸县—长宁以北西区块及璧山—阳63井区—合江—江津所辖区块埋深3000m 以浅;合川—铜梁—荣昌—内江—安岳所辖区块及江安—合江—赤水所辖区块埋深3000～4000m 。

由于该区龙马溪组厚一般为300～500m ,且该组黑色页岩主要分布于下部,并与上奥陶统五峰页岩连续过渡。

因此,该区龙马溪组页岩气藏的开发钻井深度应在2500～4500m 之间。

虽然威远以西局部地区埋深2000m 以浅,但由于受古隆起抬升剥蚀的影响,龙马溪组页岩厚度也部分受到影响。

因此,该区龙马溪页岩最经济有利的探区应是内江—隆昌—泸县—长宁以北西区块及璧山—阳63井区—合江—江津所辖区块。

该区块龙马溪组顶界埋深3000m 以浅,勘探该组下部黑色页岩气藏深度一般在3000～3500m 之间。

2　志留系有机地球化学特征2.1　烃源岩厚度与分布 志留系优质烃源岩主要发育于下志留统龙马溪组[2],该组一般厚200～400m ,川东石柱最厚656m 。

该剖面下部笔石页岩尤为发育,TOC 含量为2%～6.7%,其中,TOC >2.0%的黑色页岩厚达115m ;TOC >3.0%的黑色页岩厚30m 。

这是四川盆地下志留统龙马溪组黑色页岩最为发育的地区。

图2是四川盆地及其邻区下志留统龙马溪组TOC>2.0%的黑色页岩累计厚度分布图。

由图2图2　四川盆地及其邻区龙马溪组TOC >2.0%页岩厚度图・64・地质与勘探 天　然　气　工　业 2009年5月可见,龙马溪组TOC>2.0%高值区分布于川东石柱—鄂西利川,黑色页岩厚达100m,川北镇巴黑色页岩厚20m,川南泸州一带厚60～80m。

3个高值区的分布在地质上和川东—鄂西深水陆棚沉积相带、川北深水陆棚沉积相带以及川南深水陆棚沉积相带分布相吻合。

基于TOC含量是页岩气藏形成最基本的地质要素观点,编制的TOC>2.0%的黑色页岩累计厚度等值图说明了以下几点:①川东石柱—鄂西利川、川南泸州和川北镇巴地带是四川盆地下志留统龙马溪组海相页岩最发育,也是页岩气藏形成最有利分布区;②四川盆地及其邻区下志留统龙马溪组海相页岩有机质丰度分布高值区(即优质源岩发育区)明显受控于海湾深水陆棚沉积相体系,表明有利沉积相带控制优质烃源岩的发育。

2.2　有机质丰度 有机质的丰度是判识烃源岩好坏最基本的参数,对页岩气藏来讲,有机质丰度更为关键。

统计结果显示,页岩气含量与有机质丰度成正相关,即丰度越高,含气量越大(Charles Boyer等,2006)。

统计的美国5大页岩气盆地有机质与含气量的关系也说明页岩中的TOC含量是页岩气成藏最基本的要素。

但有机质丰度达到多少才能形成商业性页岩气藏,这个参数至关重要。

目前,依据斯伦贝谢公司Charles Boyer等(2006)及Devon能源公司在页岩气藏的勘探开发实践,在确定有效页岩厚度时,将页岩的TOC>2.0%确定为下限值,这一选值实际上相当于石油地球化学家在评定源岩等级时所确定的“好生油岩”标准。

根据经验,笔者认为,这一标准虽然在今后的大量页岩气的勘探开发实践中,以及技术进步的前提下,可能还会有所变化,但从实际出发,在页岩气成藏条件研究或在确定有效页岩(纯页岩)厚度时,把TOC下限值选定为2.0%较为合理。

对上扬子地区下志留统龙马溪组有机碳含量统计,发现下志留统龙马溪组有机碳含量变化大,分布在0.1%～8.65%之间,多数大于1%。

长宁—珙县地区钻探的长芯1井,通过对龙马溪组下部黑色页岩153m连续取心的有机碳含量分析(图3)同样反映出这种变化特征。

在110m以浅,TOC含量处在1%～3%之间,平均为2%,110～153m井段(龙马溪组最底部)TOC均大于2%,平均值可达到6%。

全井段统计,TOC>2.0%的累计厚度可达80m,主要分布于龙马溪组下段(包括上奥陶统约10m的五峰组碳质页岩),这将是形成页岩气藏最有利层段。

图3　长芯1井龙马溪组黑色页岩有机质丰度及生烃潜力图2.3　成熟度及生烃演化史 对于热成因的页岩气藏,进入生气窗是页岩气成藏的必要条件。

当沉积物经过埋藏进入成岩作用阶段、深成热解作用、后成作用阶段,成熟度升高,并在温度、压力条件下转化生成油气。

按照Tissot生油理论,R o<0.7%,生油岩处于未成熟或低成熟作用阶段;0.7%<R o<1.3%进入生油和生烃高峰阶段;1.3%<R o<2.0%为湿气和凝析油带;R o>2%为干气带。

当然,对于不同干酪根类型烃源岩进入湿气阶段的界限会有差异,一般处于R o为1.2%～1.4%范围内。

勘探实践以及研究结果显示,目前美国已发现的具有商业价值的、热成因的页岩气藏,大多分布在页岩成熟度(R o)1.1%～3%的范围内,理论上成熟度大于3%通常被认为是页岩气的死亡线。

据黄先平、王世谦等人(2002)研究,上扬子地区志留系页岩R o平均已在2.5%以上,最为发育的川南泸州—宜宾—自贡地区,R o值接近于1.8%,川东的涪陵—石柱,R o值3.2%～3.8%,川东北的达川—万县地区已近4%。