中扬子地区泥页岩发育特征与页岩气形成条件分析

朱定伟，丁文龙，邓礼华，游声刚，赵 松

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083，2.中海油湛江分公司，广东 湛江 524057)

中扬子地区泥页岩发育特征与页岩气形成条件分析

朱定伟1，丁文龙1，邓礼华2，游声刚1，赵 松1

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083，2.中海油湛江分公司，广东 湛江 524057)

中扬子地区在震旦系和古生界发育多套海相暗色页岩，在上三叠统—下侏罗统发育了1套高炭泥质煤系地层，在江汉盆地发育2套古近系陆相暗色泥岩。这些泥页岩厚度大、有机碳含量高、成熟度适宜，与美国产页岩气盆地具有很好的对比性。在前人对中扬子地区的研究基础上，结合页岩气的最新研究成果，探讨中扬子地区泥页岩的发育特征和页岩气形成条件。通过分析，认为中扬子地区具备形成页岩气藏的良好地质条件，尤其是鄂西渝东、湘鄂西区、江汉盆地南部和鄂东南具备优先勘探的条件。

页岩气;泥页岩;形成条件;分布特征;中扬子

引 言

页岩气是指主体上以吸附和游离状态同时赋存于暗色泥页岩、高炭泥页岩及其间夹层状发育的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、砂岩地层中，以自生自储为成藏特点的天然气聚集［1］，其源岩组成一般为30% ～50%的黏土矿物、15% ～25%的粉砂质和1%～20%的有机质，多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层［2］。

中扬子地区位于扬子地块的中部，南北以江南断裂和襄樊—广济断裂为界，东西以郯庐断裂和齐岳山断裂为界，主要分为湘鄂西区、鄂西渝东区、江汉盆地区、鄂东南、鄂北山区及周缘地区。中扬子地区先后经历了克拉通、前陆盆地和陆相裂陷盆地的复杂演化过程，上元古宇和古生界泥页岩广泛分布，包含上震旦统、下寒武统、奥陶系和下志留统等多套海相烃源岩，上三叠统—下侏罗统发育1套分布广、厚度不等的煤系泥质地层;古近系新沟嘴组下段和潜江组在江汉盆地分别发育1套数百米至2 000 m厚的陆相暗色泥岩，不仅是常规油气的主力烃源岩_，而且是页岩气成藏和勘探的重点对象。

1 泥页岩发育特征及分布

1.1 上震旦统(Z2)泥页岩分布特征

上震旦统陡山沱组沉积时扬子板块大部分被海水淹没，中扬子地区发育1套暗色泥岩，湘鄂西区较厚，平均厚为139 m，最厚达377 m［3］。鄂东南通山等地发育了较厚的炭质页岩夹薄层泥灰岩组合和硅质岩组合。

1.2 下古生界(∈1—S1)泥页岩分布特征

早寒武世时，南方地区为1个巨大的水体浅、水流不畅的停滞缺氧盆地，生物繁茂［4］，富有机质炭质泥岩、页岩主要环绕今江汉盆地中北部的碳酸盐岩台地分布，向洋一侧逐渐增厚［5］，湘鄂西和鄂西渝东区达500～700 m，江汉盆地南缘厚度也较大，以蒲圻最厚，达300 m，向东南方向逐渐减薄［6］。

上奥陶统五峰组沉积时，研究区广泛发育1套海退背景下的滞留泻湖相黑色、灰黑色笔石泥页岩，尤其是湘鄂西区，厚达200～500 m，有机质丰度高，生烃能力强，与下志留统龙马溪组一起成为中上扬子地区的优质烃源岩［7］。

下志留统龙马溪组沉积时，湘鄂西区和江汉盆地部分处于闭塞、半闭塞的滞留海盆环境，鄂东为陆棚环境，均沉积了1套黑色炭质页岩、粉砂质泥页岩，富含微粒黄铁矿和笔石，有机质丰富。研究区沉积中心在宜昌和石门一带，厚度大于700 m，向周缘逐渐减薄［6］;江汉盆地区为200～500 m，尤其是盆地中南部，保存完好，厚度较大;鄂东南为200～400 m。

1.3 下中生界(T3—J1)泥页岩分布特征

上三叠统—下侏罗统为1套砂岩、暗色泥岩夹煤层的煤系地层，为河流—湖沼相沉积，只在鄂西渝东、秭归、荆当、仙桃和鄂东南等局部地区分布较厚，其中石柱复向斜厚30～126 m，天门—沉湖—土地堂向斜带和当阳—江陵向斜带厚度普遍大于600 m［8］。

1.4 古近系(E)泥页岩分布特征

江汉盆地古近系新沟嘴组和潜江组是裂陷和走滑期发育的2套相对集中的暗色泥岩，勘探实践已证明这2套泥岩具有较强的生烃能力，是常规油气的良好烃源岩［9］。

新沟嘴组下段主要发育1套三角洲—湖泊沉积体系的暗色泥质岩，总体表现为南厚北薄，包括泥质岩类在内的烃源岩分布广泛。平面上构造沉降幅度大、水体深、水动力弱的地区，暗色泥岩厚度较大，江陵凹陷厚50～250 m，平均152 m;沔阳地区厚80～220 m，局部地区达240 m以上;陈沱口凹陷一般厚100～180 m，高值区超过200 m。

潜江组为断陷时期持续下降沉积的1套地层，为浅湖—半深湖相的含盐暗色泥岩。由于大断层的活动，潜江、云应及小板等凹陷厚度较大，盆地的其他部位也沉积了厚度不等的高炭泥岩，且明显受断裂活动和凸起的控制，最厚达2 200 m(潜江凹陷蚌湖向斜)，一般厚200～1 200 m。

总体来说，中扬子地区从上震旦统到古近系广泛发育海相暗色泥页岩和陆相泥质烃源岩。但由于研究区古构造环境、古气候和古植物繁荣程度及后期改造作用的差异，其分布也具有很大的不均衡性。如表1所示下奥陶统、下寒武统和上震旦统暗色泥岩主要发育在湘鄂西区和鄂东南;上奥陶统和下志留统则在整个中扬子区均有分布;中上古生界在中扬子区缺失或仅在局部地区少量分布;上三叠统—下侏罗统在全区零星分布;古近系陆相泥岩主要发育在江汉盆地区，其他区域缺失或厚度较小。从沉积环境来看，泥页岩主要发育在陆棚环境或湖盆环境，这可能与中扬子区陆表海分布面积大、物源丰富有关。

表1 中扬子及江汉盆地主要泥页发育层段和分布特征

2 泥页岩有机地球化学特征

上震旦统烃源岩显微组分以藻类和浮游生物为主，有机质类型以Ⅰ型为主。页岩有机碳含量平均为0.74%［3］，其中宜昌—神农架为 1.00% ～3.22%，嘉鱼—通山为1.50% ～6.84%，京山为1.5%～3.0%。有机质热演化程度较高，Ro一般为2.5% ～3.5%，高值区达 4.37%(利川)［10］，处于高—过成熟阶段。

下寒武统页岩显微组分以藻类和海绵为主，有机质类型以Ⅰ型为主，富含炭质、炭硅质成分，普遍具浸染状黄铁矿，发育毫米级水平纹层。有机碳含量为0.5%～8.0%，湘西杨家坪等地可达6.00%～11.76%。总体演化程度较高，Ro多在3.07% ～3.29%之间，处于高—过成熟阶段［10］。

上奥陶五峰组和下志留龙马溪组泥页岩为硅质、炭质成分，有机质类型以Ⅱ1型为主，演化程度中等。龙马溪组页岩有机碳含量为2.0%～4.0%，平均大于3.0%，鄂西达5.0%。Ro峰值在3.07% ～3.29%区域。

上三叠统—下侏罗统泥岩在鄂西渝东地区品质较好，厚层泥页岩夹泥质粉砂岩和煤线，有机质类型以Ⅲ型为主，镜质组含量占85.2～97.3%，有机碳含量为 1% ～6%，平均 2.73%［8］，Ro为0.87% ～1.15%。

新沟嘴组泥岩受盆地内二级构造单元的分隔明显，各凹陷的有机地化特征相差很大。江陵凹陷有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主(其中Ⅰ型占42%)，有机碳含量为1.37% ～2.67%，Ro一般大于0.64%;潜江凹陷以Ⅰ型为主，部分区段Ⅱ1、Ⅱ2型含量较高，有机碳含量为1.16% ～3.26%，普遍高于1.5%;沔阳凹陷以Ⅰ型为主，有机碳含量为1.26% ～2.62%，Ro一般大于0.7%。

潜江组泥岩埋深普遍较小，仅潜四段的深度达到成熟门限。该段有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ型为主，有机碳含量平均为0.61%，尽管有机碳含量不高，但烃/有机碳较高，平均为15.8%，生烃效率明显高于海相烃源岩和东部其他陆相盆地烃源岩5.0% ～11.3%的生烃效率［11］。

3 页岩气形成条件及有利勘探区分析

页岩气的工业聚集需要有丰富的气源物质基础，要求生烃有机质含量达到一定标准，表现在暗色泥页岩厚度大、有机质类型好、有机碳含量高、成熟度适宜，同时还要有良好的吸附条件、足够的裂缝空间以及人工改造裂缝的条件。综合分析大量前人的研究成果［12］，笔者以为页岩气的有利勘探区应符合如下条件:暗色泥页岩厚度大于30 m，有机碳含量大于1.5%，Ro大于1.0%(Ⅲ型干酪根Ro大于0.6%)。综合中扬子地区富有机质泥页岩的分布特征和有机地化特征，上震旦统页岩气有利勘探区在湘鄂西区和鄂东南 (图1);下古生界有利勘探区广泛分布在鄂西渝东至鄂东南的广大区域;上三叠统—下侏罗统主要在鄂西渝东、秭归、荆当和鄂东南等局部地区;古近系陆相泥岩的有利勘探区则分布在江陵凹陷、潜江凹陷、沔阳凹陷和陈沱口凹陷的沉积中心区(图2)。

图1 中扬子地区上震旦统、下古生界和下中生界页岩气有利勘探区

图2 江汉盆地古近系页岩气有利勘探区

4 结论

(1)中扬子地区海相暗色页岩和陆相泥质烃源岩分布广泛，纵向上从上震旦统到古近系均有发育，但由于古构造环境、古气候和古植物繁荣程度及后期改造作用的差异，其分布也具有很大的不均衡性。上震旦统、下寒武统和下奥陶统暗色泥岩主要发育在湘鄂西区和鄂东南;上奥陶统和下志留统则在整个中扬子区均有分布;上三叠统—下侏罗统在全区零星分布;古近系陆相泥岩主要发育在江汉盆地，其他区域缺失或厚度较小。从沉积环境来看，暗色泥页岩主要发育在陆棚环境或湖盆环境，这可能与中扬子区陆表海分布面积大、物源丰富有关。

(2)研究区泥页岩分布的不均衡性导致了有机质地球化学特征具有分割性，但总体而言，海相页岩有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ型为主，有机碳含量高，处于高—过成熟阶段;陆相煤系泥岩以Ⅲ型干酪根为主，处于成熟阶段;古近系泥岩干酪根以Ⅰ、Ⅱ1为主，处于中—高成熟阶段。

(3)按照暗色泥页岩厚度、有机碳含量、镜质体反射率这3个主要指标分析页岩气的形成条件，中扬子西南缘和东南缘的海相地层具有优先勘探潜力，利川、秭归、荆当和鄂东南等地区的泥质煤系地层和江汉盆地中南部的江陵、潜江、沔阳和陈沱口等凹陷的陆相泥岩地层也具有形成页岩气的良好地质条件。

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Development characteristics of mud shale and shale gas formation conditions in the middle Yangtze region

ZHU Ding － wei1，DING Wen － long1，DENG Li － hua2，YOU Sheng － gang1，ZHAO Song1
(1．China University of Geosciences，Beijing100083，China;
2．Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd．，Zhanjiang，Guangdong524057，China)

Multiple sets of marine dark shale were developed in the Sinian and Paleozoic and one set of coal measure strata was developed in the upper Triassic–lower Jurassic in the middle Yangtze region;and two sets of continental dark shale were developed in the Paleogene in the Jianghan Basin．The shale in these areas possesses large thickness，high content of organic carbon and moderate maturity and they correlate well with the American basins that produce shale gas．Based on the previous research results of the middle Yangtze region and the latest research achievements in shale gas，the paper investigated the development characteristics of mud shale and the shale gas formation conditions in the middle Yangtze region．It is concluded that the middle Yangtze region has favorable geological conditions for the formation of shale gas reservoirs，especially the areas west of Hubei and east of Chongqing，western Hunan and Hubei，southern Jianghan Basin and southeast Hubei are the best candidates for exploration．

shale gas;mud shale;formation condition;distribution characteristics;middle Yangtze;Jianghan Basin

TE122.1

A

1006－6535(2011)06－0034－04

20110518;改回日期20111020

国家自然科学基金项目“中国南方下古生界海相富有机质页岩裂缝发育程度与主控因素定量关系研究”(41072098);全国油气资源战略选区调查与评价国家专项“中国重点地区页岩气资源潜力及有利区优选”(2009GYXQ－15)

朱定伟(1985－)，男，2008年毕业于西北工业大学信息管理与信息系统专业，现为中国地质大学(北京)在读硕士研究生，研究方向为石油构造分析和页岩气构造及裂缝。

编辑 林树龙