扬子地块上二叠统龙潭组页岩气勘探前景

周东升 许林峰 潘继平 黄晓伟

1．中国地质大学（北京）海洋学院 2．国土资源部油气资源战略研究中心

近几年来，我国对页岩气资源开展了基础调查［1－5］：在渝页1井钻探过程中，张金川等人在下志留统龙马溪组暗色页岩中见到了页岩气的良好显示［6］；蒋裕强、董大忠等人提出页岩气储层评价的8大标准（有机质丰度、热演化成熟度、含气性、页岩厚度、储层物性、矿物组成、脆性和力学性质）［7］；邹才能等人首次在四川盆地南部地区下古生界页岩中发现纳米级的孔隙［8］。到目前为止，人们主要针对中国南方（主要是四川盆地）海相泥页岩［下寒武统筇竹寺组（牛蹄塘组）、上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组］进行了较多的基础性研究；而对扬子地区上二叠统海陆过渡相的龙潭组泥页岩的关注则较少，本文旨在通过整理前人的研究成果并结合野外地质调查资料，分析龙潭组泥页岩的总有机碳含量（TOC）、热演化成熟度、矿物组成、厚度和吸附性能等要素，对龙潭组页岩气的勘探前景作初步探讨。

1 区域地质背景

扬子地块主体包括从川滇东部到江浙沿海的长江中下游地区和南黄海（图1），西南以金沙江—红河深断裂与三江褶皱系为界；西北以龙门山深断裂与松潘—甘孜褶皱系为邻；北以城口—房县深断裂和襄樊—广济深断裂与秦岭褶皱系相接，以郯城—庐江深断裂和嘉山—响水深断裂与华北地台为界；东南以南盘江深断裂、溆浦—四堡深断裂、江山—绍兴深断裂与华南褶皱系相隔，总面积约12．010 4×104km2。

扬子地区地层始自震旦系，整个地层可以分为下、中、上3个序列，下部从震旦系到志留系，中部从泥盆系到三叠系，这2个序列主要为海相，上部为侏罗系以后的地层，几乎都是陆相盆地沉积。并且此后的印支运动和喜马拉雅运动对前期的海相地层进行了较大改造。总的来说，扬子地区沉积岩经历地质时代长、地质背景复杂、构造破坏严重、油气保存条件较差，而页岩气由于其特殊的成藏机制，极有可能成为扬子地区区域性油气勘探发现的重要突破口。

2 页岩的时空发育特征

图1 扬子地块吴家坪期岩相古地理和龙潭组厚度等值线图（根据刘宝珺、梁狄刚等修改）［9－11］

晚二叠世吴家坪期是扬子地区二叠纪陆地面积最广泛、台地和深水盆地萎缩的时期，出现了古生界以来独特的古地理面貌，其中川滇古陆、胶南古陆和华夏古陆成为沉积区内陆源碎屑的供给区（图1），沉积了一套海陆过渡相地层，岩石类型多样，主要为页岩、粉砂质泥岩、泥岩夹煤层及石灰岩。

在川东黔西地区，煤层多为2～10层，往东石灰岩逐渐增多，向吴家坪组过渡，呈现出东西向分带、南北向延伸的格局（图1）。本区龙潭组厚度一般介于20～250m［10］，并由东南向西北逐渐变薄。江苏、浙西地区岩性总体上与川黔地区相似，但一般只有2～3个主含煤层段，顶部普遍有石灰岩夹层（称压煤灰岩）且由东向西石灰岩层数和厚度逐渐增加，向吴家坪组过渡，厚度变化较大，一般介于50～700m。在中扬子地区，由于江南古陆抬升，龙潭组不太发育，厚度较薄，一般为20～50m（图1）。从龙潭组纵向发育来看，上部和中部以黑色泥岩、页岩、粉砂质泥岩和煤（煤线）为主，局部夹有薄层粉砂岩，厚度大（图2－a）。下部以泥砂互层、泥质粉砂岩、石灰岩以及钙质砂岩为主（图2－b）。龙潭组多形成于海湾潟湖和三角洲平原沼泽中，原始有机质丰富，由于沉积水体中溶解氧含量较高，故大部分有机质遭氧化破坏，但其中的闭流盆地是一种极低能环境，具备还原条件。吴家坪晚期至长兴中期，为晚二叠世最大海侵期，海侵有助于有机质的保存，使得上部层段有机质含量较高［10］。

3 页岩的主要参数分析

美国在对页岩气进行研究时，总有机碳含量、热演化成熟度、矿物组分、孔隙度、渗透率、地层厚度和含气性常作为评价页岩气勘探前景的关键要素。在此，笔者对TOC、热演化成热度（Ro）、矿物组分、地层厚度和吸附性能等进行初步分析。

3．1 有机碳含量

有机碳是控制页岩对甲烷吸附能力的地质主控因素。龙潭组泥页岩形成于近海湖盆—沼泽和海湾潟湖相带，气候温暖，灌木、水草大量繁殖，有机质丰富，而且沉积水为海水或半咸水，富含硫酸盐，被有机质还原后很容易形成弱还原—还原环境。美国一般将有效页岩TOC下限定为2%。在龙潭组剖面中TOC大于2%的岩层厚度占到50%～90%，平均为2%～5%，煤和碳质泥岩的TOC甚至高达38%［10］。

图2 龙潭组岩心照片及Barnett页岩气藏成藏模式图

3．2 热演化成熟度

美国页岩气的勘探开发经验表明，较高Ro有利于页岩气资源的形成，Barnett页岩的Ro介于1．0%～2．1%，属于高成熟度页岩气藏，其中“甜点”区都有较高的Ro。扬子地区龙潭组泥页岩的Ro普遍介于0．8%～3．4%，四川盆地的Ro稍高，为1．3%～3．4%［9－10］（图3），下扬子地区的Ro介于0．5%～3．0%，长页1井实验结果其Ro介于0．8%～1．3 6%。龙潭组泥页岩基本已达高成熟—过成熟阶段，有利于页岩气的形成。

图3 扬子地块龙潭组泥页岩有机碳含量与成熟度等值线分布和有利区预测图（据马力等修改）

3．3 矿物组分

Hill和Nelson对Barnett页岩进行了矿物学分析［13］，其中石英含量介于45%～55%，碳酸盐岩含量介于15%～25%，黏土矿物含量介于20%～35%，黄铁矿含量介于2%～6%；Lewis页岩是滨岸沉积富含石英的泥岩，石英含量介于50%～75%［1］。张金川等人研究认为［14］，具有粉砂夹层的页岩可能更具有开发价值。龙潭组页岩含有较多的薄层粉砂岩、粉砂质泥岩、薄层石灰岩、石灰岩透镜体（图2－a、b）。这些薄层自身具有较好的储集空间，在成岩过程中由于压实、缩水等作用可形成裂缝，增大储集空间。粉砂含量高的泥页岩脆性较强，容易在外力作用下形成天然裂缝和诱导裂缝（图2－b），有利于天然气渗流。野外测试结果显示，石英含量达到40%，黏土矿物的含量普遍达到50%，以伊利石、伊／蒙混层和高岭石为主，较美国的页岩气藏的黏土矿物含量要高。

3．4 地层厚度

根据美国的勘探经验，一般将页岩层的最小厚度限定为9m，而且厚度下限值可随总有机质含量的增大和成熟度的提高而降低。上扬子地区龙潭组分南北两个分区：北区为NW向海湾潟湖相，龙潭组厚度达170m，其中云安19井厚170m、普光5井厚170m、河坝1井厚90m；南区大面积为近海—湖盆沼泽环境，含煤层较多，龙潭组厚度介于20～120m，其中黔西北习水良村浅3井厚约90m（含有7层煤）、浅2井厚度介于20～30m。下扬子地区龙潭组属堡岛—三角洲体系，发育开口向北的苏皖海湾，沉积中心为浙江煤山，龙潭组厚度介于50～200m，局部可达700m，苏北黄桥N9井龙潭组厚度为200m［10］。

3．5 页岩吸附性能

笔者对所采集的龙潭组黑色粉砂质泥岩样品进行了等温吸附实验，其中最大吸附量超过2m3／t，说明龙潭组页岩具有较强的吸附能力，这可能与较高的有机碳含量和黏土含量密切相关。

3．6 龙潭组页岩与Lewis页岩特征对比

扬子地区龙潭组页岩与美国San Juan盆地Lewis页岩的沉积环境十分相似，故将各类参数进行对比总结（表1）。

表1 San Juan盆地Lewis泥页岩与上、下扬子地区龙潭组泥岩特征对比表

从表1中可以看出，龙潭组页岩的TOC、Ro、厚度以及地层的顶底关系都较Lewis页岩有更好的页岩气前景，而且从地层的顶底关系来看（表1），与美国Barnett页岩所处的地层格局（图2－c）有很大的相似性，有利于页岩气的后期保存。

4 存在的问题

在对扬子地区龙潭组黑色页岩进行初步研究后，发现了以下一些对龙潭组页岩气的评价和富集有较大影响的因素。

1）与下古生界泥页岩相比，龙潭组的非均质性较强，横向上并不是全区域广泛的展布，纵向上厚度变化大，常夹有钙质砂岩、石灰岩、白云岩等，给页岩气的综合评价带来了一定的困难。

2）扬子地区经历了后期多期次的构造改造，地层产状变化大，断层和节理都很发育，低角度滑脱面是泥页岩中较常见的构造性裂缝，这些宏观的构造改造对页岩气的富集及保存定会产生很大影响。

5 结论

1）龙潭组黑色页岩具有TOC较高、Ro达高成熟度阶段、石英含量达40%左右、厚度介于20～200m、吸附能力强等有利条件，与San Juan盆地Lewis页岩很相似，具有较好的页岩气潜力；但黏土含量高、非均质性强、后期改造强烈等对页岩气富集又会产生不利影响。

2）综合分析以上要素后认为，龙潭组页岩气成藏条件纵向上看：中、上段优于下段，横向上页岩气的有利地区为上扬子川中、川东、渝西北和下扬子苏南地区。

感谢外审专家李玉喜对文章初稿提出的宝贵意见！

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