万洪程 孙 玮 刘树根 冉 波叶玥豪 王世玉 罗 超 田梦娜
(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学),成都610059)
四川盆地及周缘地区下古生界最有利的页岩层位即上奥陶统—下志留统五峰-龙马溪组页岩,曾祥亮等(2011)将该层位与Barnett页岩做了对比,认为沉积环境相似,但其中龙马溪组岩性更为复杂一些[1]。威201井和宁201井龙马溪组的勘探成功,对该层位的未来勘探有着重要的意义。且志留系在四川盆地多处见显示,如太13井、阳63井、阳9井、五科1井、建深1井等,都说明龙马溪组烃源所起的作用。本文综合前人的研究成果[2-7],结合近年来对四川盆地下古生界页岩气的最新研究工作,对该层位的平面分布特征进行分析,并对四川盆地及周缘地区的页岩基本特征进行总结,以期为四川盆地及周缘地区页岩气的勘探、研究提供思路。
五峰-龙马溪组由于埋藏相对较浅,四川盆地内钻达的探井较多,因此平面分布特征较为清晰。
受加里东运动的影响,志留纪末期发生大规模构造隆升剥蚀作用,在中上扬子地区形成大型古隆起 乐山—龙女寺古隆起和黔中古隆起,顶部志留系被剥蚀掉,如威远地区龙马溪组残厚0~187m。龙马溪组环古隆起分布,由乐山—龙女寺古隆起向鄂西地区、川南地区和川北地区逐渐变厚,黔中古隆起向北变厚。五峰—龙马溪组页岩分布面积较下寒武统筇竹寺组要小,但厚度要比之大得多,如自深1井的龙马溪组和五峰组厚度可达571m和25m。从厚度分布来看,位于2个古隆起之间的川南为一沉降厚度中心,向东至鄂西渝东地区厚度逐渐加大,形成另一个沉降厚度中心(图1)。
图1 四川盆地及周缘五峰-龙马溪组厚度等值线图Fig.1 Isopach map of the Lower Cambrian Wufeng-Longmaxi Formation in Sichuan Basin and surrounding areas
五峰—龙马溪组的有效黑色页岩厚度,一般指有机碳质量分数(wTOC)>0.5%的厚度,主要集中于该组的下段,一般厚度在20~80m,主要也是环2个加里东古隆起逐渐增厚(图2)。厚度较大的区域主要分布在2个地区,一个在川南泸州一带,一个分布在鄂西—渝东南。米仓山—大巴山地区包括川北地区限于数据,仅是推测而来。从整体上看,都是远离古隆起逐渐变厚,最厚的泸州地区可达123m(阳深2井)。
龙马溪组的厚度与有效黑色页岩段厚度具有一致性,即组厚大的地方有效厚度也较大。而且都是环古隆起变厚,说明加里东运动形成的古隆起对于该套黑色页岩沉积有一定的影响。
五峰-龙马溪组的有机质丰度非常高。四川盆地内这套地层的有机碳质量分数在0.1%~4.88%间,平均为1.1%(93个样),平面展布基本上都在0.5%之上;丰度最高的是大巴山前、川南、川渝鄂黔一带[8],如图2所示。有机碳的质量分数,威远地区为3.2%,川南长宁地区为>2.5%;大巴山城口明中剖面最大值可达4.56%,平均为1.99%(17个样品);川东南綦江该段最大值可达7.28%,平均为2.57%(21个样品)。
图2 四川盆地及周缘五峰-龙马溪组有效厚度与TOC等值线图Fig.2 Effective shale thickness and TOC isoline map of the Lower Cambrian Wufeng-Longmaxi Formation in Sichuan Basin and surrounding areas
有机质类型为腐泥型,有机质类型好,干酪根碳同位素值δ13C=-30.71‰ (9个样品),属I型。据刘树根等(2011)对该层位镜质体反射率作图[9]可知,有机质成熟度高,Ro一般都是>2%,为高成熟晚期—过成熟。龙门山北段及大巴山地区成熟度相对较低;川南和川东地区成熟度高,多为过成熟[8]。生烃能力强,生烃强度一般为>1.5×106t/km2。
从盆地内合12井和盆地边缘的丁山1井该层位测井曲线上分析(图3),合12井和丁山1井在GR曲线上具有一致性,即五峰组和龙马溪组底部的值非常高,向上逐渐变小。由于这2口井都未发现页岩气,深浅双侧向曲线也无太大的变化;因此可以看出,虽然这2口井所处的构造位置不同,但是岩性变化比较一致。
通过分析组厚与有效厚度图可知,五峰—龙马溪组的有效页岩段的厚度与组厚的分布空间具有一致性,即组厚大的地区一般有效厚度也较大。这与筇竹寺组的变化趋势是不一样的。TOC的高值区也与有效厚度的分布一致,而且明显地具有环乐山—龙女寺和黔中2个加里东古隆起的特征。如位于2个古隆起之间的泸州地区组厚与有效页岩的厚度都很大,且TOC值高;向2个古隆起部位减薄和减小。由此可以看出,加里东期的构造活动对于该套页岩的发育有着明显的控制作用。
图3 合12井与丁山1井五峰-龙马溪组测井柱状对比图Fig.3 Logging columnar contrast figure of Wufeng-Longmaxi Formation in Well He-12and Well Dingshan-1
四川盆地早期接受震旦纪和早古生代的沉积之后,在志留纪末发生了加里东造陆运动,四川盆地整体抬升为陆地。在华蓥山以西的盆地西部抬升最剧烈,形成了乐山—龙女寺加里东古隆起。乐山—龙女寺古隆起范围非常大,以奥陶系为界圈闭面积达3.8×104km2。古隆起的高部位原本沉积了寒武—志留系,后被剥蚀。根据岩相分析,被剥蚀的地层厚度在1.2~1.5km之间。它的形状如同一个头西尾东的飞鸟,最高部位在成都、都江堰、大邑、雅安、乐山之间,最高处被剥蚀至灯影组,其余地区存留下寒武统下部九老洞组黑色页岩,志留、奥陶系以及中上寒武统全部被剥蚀(这已被汉1井、油1井钻探所证实)。由都江堰向北东方向,由乐山向东南宜宾方向各有一鼻状构造,如同飞鸟的两翅。向东也有一北东东向鼻状构造与龙女寺高点相接[8]。
另一个具有重要意义的加里东古隆起即黔中古隆起。该古隆起以遵义为中心,呈东西走向,向东一直延伸至雪峰推覆带,向西延伸至昭通一带,南北为黔南拗陷和滇黔北部拗陷。该地区在地史上形成过很多古油藏,如凯里奥陶系—志留系残余油藏、麻江奥陶系古油藏,均与志留系黑色页岩有着重要的联系[10]。
这2个加里东古隆起控制了当时四川盆地及周缘古地理、古构造格局,进而控制着这段时期地层的垂直发育序列和横向展布情况。
龙马溪组岩性以深灰色、黑灰色页岩为主,夹灰色的细砂岩,部分地区现今硅化严重。从整体上来讲,龙马溪组可以分为上、下两段,下段主要是黑色页岩,也是有利的勘探目标段;但上段的岩性复杂,砂质含量增大。下段位于高水位体系域,主要为海侵最大时期的产物;而上段则向海退体系域变迁,沉积相方面从广海陆棚中的洋盆亚相向广海陆棚亚相过渡。据贵州地区对于该套黑色页岩地球化学研究表明,该区黑色页岩形成于深海—半深海的封闭环境[11]。
四川盆地及周缘的川北拗陷带、大巴山前缘推覆构造带、川西前陆盆地、川中低隆带、川南复合构造带、川东隔档式构造带、川东-鄂西过渡带、鄂西渝东隔槽式构造带至雪峰推覆带,页岩气的评价主要利用总有机碳含量、成熟度(Ro)、干酪根类型、生烃率、总含气量和埋深这6个参数。由于四川盆地及周缘该套页岩的有机质干酪根类型是腐泥型,属于有利参数,符合形成页岩气的有利条件,因此该参数未做太多的研究。
由于加里东古隆起的影响,四川盆地西部缺失该套地层,因此勘探条件不利。总结上述构造带的页岩气主要特征如表1所示,按页岩气评价的标准:wTOC>2%,埋深<4km,厚度>30m(张金川等,2003,2004)[12,13],对这些地区综合分析。
埋深对于龙马溪组来讲,既是有利条件又是不利条件,盆地范围内由于保存条件比较好,因此龙马溪组埋藏较浅对于勘探和开发就比较有利,如川南地区(图4)。可是,在一些保存条件比较差的地区,如鄂西渝东地区,虽然埋藏较浅,为0.5~2km;但是该区断层发育,地下水活跃,对于页岩气的保藏就有一定的影响;而且龙马溪组大面积抬升剥蚀,在边缘地区较难形成大面积的有利区,勘探较为不利。川北地区由于埋深较大,河坝1井钻达7 001m,仅钻至志留系的顶,因此,从开发成本的角度看在目前经济技术条件下属于不利的区带。所以,埋深条件最有利的即是四川盆地南部和东部的高陡构造,以及盆地向造山带过渡的盆缘地带,其次就是鄂西渝东过渡带及鄂西渝东地区,这些地方的埋深适中,比较有利于页岩气勘探开发。
图4 四川盆地及周缘龙马溪组埋深图Fig.4 The buried depth of Longmaxi Formation in Sichuan Basin and surrounding areas
表1 四川盆地及周缘地区五峰—龙马溪组页岩基本特征Basic characteristics of the Wufeng-Longmaxi Formation shale in Sichuan Basin and surrounding areas
龙马溪组wTOC值平均为1.1%,且分布面积大,因此是一个有利的参数条件。从厚度上看,龙马溪组的组厚比较大,有效黑色页岩段的厚度也很大,特别是在川南和鄂西渝东区为有效黑色页岩段厚度最大区,因此也是一个有利的参数条件。综上分析得出以下认识:
a.最为有利的地区依然是川南复合构造带。盆地内由于喜马拉雅期构造隆升作用的影响,埋深适中,龙马溪组埋深1.5~3.5km,加之封闭条件好,除威远地区外,地表残留侏罗系,三叠系膏盐岩层未被剥蚀,因此是龙马溪组页岩气勘探首选区域。
b.其次有利的地区是川东—鄂西过渡带。该区的向斜构造带下志留统埋深较适中(2.5~4.5km),封闭保存条件好。
c.再次是鄂西—渝东南地区。该区的最大优势在于埋藏较浅,下志留统埋深0.5~2.5km,有机碳含量高,有效厚度也合适;但该区不利的因素是剥蚀区太多,水动力条件强,属于自由水交替区,构造复杂,断裂发育,对于页岩气的保存有一定破坏作用;而且主要是山地,勘探开发难度较大:因此需要加强进一步的研究和论证。
d.大巴山前缘地区是一个潜在的远景有利区,该区TOC、埋深和有效厚度都符合有利区的条件;但该区构造复杂,断裂作用的影响不清楚,因此需要进一步研究。
e.川东地区由于龙马溪组一般埋深2~4.5 km,各项条件都达到了有利区的标准,因此也是远景有利区之一。
f.川北地区由于埋藏过深,超过6km,虽然其他条件都比较合适,但埋深就制约了页岩气的勘探、开发。
a.四川盆地及周缘龙马溪组黑色页岩主要环乐山—龙女寺古隆起和黔中古隆起发育,厚度较大的区域集中在川南和鄂西渝东地区,一般为60~80m。该层埋藏较浅,有机碳含量高,一般为成熟—过成熟,因此属于有利的页岩气勘探层位。
b.四川盆地及周缘龙马溪组黑色页岩最有利的地区是川南复合构造带,其次是川东—鄂西过渡带,再次是鄂西渝东构造带。大巴山前缘、川东地区都是潜在的有利区。
c.川西地区由于古隆起剥蚀而缺少该套地层,川北地区由于埋深超过6km,因此都不是勘探开发的选择区。
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