湘中和湘东南拗陷上古生界泥页岩含气性及其影响因素

徐国盛，张 震，罗小平，张 武，步少峰

（1.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；2.中海石油（中国）有限公司 上海分公司，上海200030）

页岩气是指从页岩层中开采出来的天然气，以游离相存在于天然裂缝与粒间孔隙中，吸附在干酪根或黏土颗粒表面，溶解于干酪根和沥青里，表现为典型的“原地”成藏模式，是一种重要的非常规天然气资源。页岩气在页岩中的赋存状态以游离态和吸附态（20%～80%）为主，以及相对少量的溶解态（5%）。游离态气体主要存在于裂缝和孔隙中；吸附态由于黏土矿物的吸附作用，存在于有机质和黏土矿物颗粒的表面［1－6］。

一般认为理想的海相含气页岩有几大主要特征：页岩为区域性沉积，主要形成于盆地相、陆棚－斜坡相，或是封闭－半封闭的静水环境，发育规模大、沉积稳定，构造样式较为简单，受后期改造作用不明显；通常在富有机质页岩厚度＞15m，泥页岩层＞30m，页岩越厚、地层压力系数越大，含气丰度越高。同时具有一定埋深，处于地下水停滞区，具备一定保存条件；总有机碳的质量分数＞2%；Ⅰ型干酪根的镜质体反射率≥1.2%，Ⅱ型干酪根的镜质体反射率≥0.7%，现在仍然处于生烃演化阶段的泥页岩具有更好的成藏条件；此外，页岩最好含有相对较高的硅质或碳酸盐，以及较低的黏土矿物含量（质量分数＜30%），才利于后期工程压裂改造的实施［6，7］。

湘中拗陷和湘东南拗陷上古生界泥盆系－二叠系主要发育7套泥页岩层系，本文在野外地质调查的基础上，对泥页岩样品进行矿物X射线衍射定量分析、场发射电子显微镜扫描、等温吸附模拟实验，重点分析有机地化参数、矿物组分及微观孔喉结构对含气性的影响程度，为研究区页岩气的勘探开发提供科学依据。

1 区域地质背景

湖南省位于华南板块中段，湘中、湘东南属华南加里东褶皱带，两者之间有一构造过渡带，通称江南复背斜或江南古陆，湖南称雪峰古陆（图1）。

湘中地区隶属华南构造区，是叠加在江南－雪峰构造带东南侧的一个凹陷盆地。加里东构造运动导致前泥盆系发生区域浅变质作用，形成地台型沉积盖层的基底。自元古代至今，经历了海西运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动，以及新构造运动等5个大的构造阶段。湘中地区构造形成早，加里东期构造格局是基础，后期演化具有印支期挤压、燕山早期左行扭动、燕山晚期上冲的特点。区域构造演化大致经历了4个构造旋回。东吴运动后，龙山凸起和关帝庙凸起初现雏形，印支运动使其进一步强化，并使拗陷内沉积盖层褶皱。燕山期，在冲断作用和岩浆侵入作用共同作用下，拗陷东面隆起迅速崛起，区内盖层遭受强烈冲断改造，奠定了现今的冲断构造样式。燕山晚期断陷改造，之后的抬升剥蚀，进一步使构造格局复杂化［8］。

湘东南地区位于扬子板块与华夏板块之间，经历了加里东期以前南华洋大陆边缘演化阶段、海西—印支期华南板块及板内裂陷演化阶段、燕山－喜马拉雅期板内再活化演化阶段。该区元古代早期地层不发育，因此其地质演化历史不清。元古代晚期，研究区处于扬子板块东南大陆边缘，地壳运动表现为以下降为主，接受了一套巨厚的、具有复理石特征的泥砂质沉积，局部沉积了赤铁矿。雪峰运动在研究区主要表现为上升运动，使研究区隆起，并局部露出海面。大地构造上位于华南褶皱系的北部，具体构造位置是：西北以衡山隆起与湘中拗陷为界，东界为桂东－汝城隆起，南与桂中拗陷毗连，历经了华南扬子板块与华夏板块之间的赣湘桂大陆边缘（加里东期）－板内拗陷（海西－印支期）－板内活化（印支－喜马拉雅期）的构造演化，整体呈NE向展布。湘东南地区自中、晚三叠世以来，历经印支－喜马拉雅期的多期构造运动，形成了东西向、南北向、北东向（包括北北东向）的复杂构造体系［9，10］。

在中泥盆世－中三叠世漫长的历史时期，湘中地区受4次大规模海侵和海西期、印支期构造的控制，沉积相主要为台地相－陆地边缘相。其中台地相主要发育开阔台地相、局限台地相及凹槽台地相带，陆地边缘相则包括潮坪和滨岸沼泽2个相带。湘东南地区中上泥盆统发育典型的碳酸盐岩台地沉积，主要由台地相－台地边缘相－陆棚浅海相－台间裂陷盆地相等构成。

图1 湘中拗陷、湘东南拗陷构造分区图Fig.1 Tectonic division map of the Central Hunan depression and Southeast Hunan depression

湘中、湘东南拗陷自中泥盆世－中三叠世沉积了厚逾5km的碳酸盐岩夹碎屑岩地层，其中7套泥页岩沉积主要发育在中晚泥盆世跳马涧期（D2t）－棋梓桥期（D2q）的海侵体系域、佘田桥期（D3s）高水位体系域和锡矿山期（D3x）海退体系域泥页岩层系，下石炭统大塘阶测水煤系（Cld2）、上二叠统龙潭煤系（P2l－P2d）层序序列。有利于泥页岩发育的主要沉积相带有：①潮坪相；②台坪相；③滨海（海湾）沼泽相；④台地海盆相；⑤沼泽－潮坪相。其中潮坪相是本区分布范围最广的一种沉积相带，同时也是泥页岩发育最好的相带；滨海（海湾）沼泽相是本研究区泥页岩沉积的另一个重要相带［11－14］。

2 泥页岩层基本地化特征

泥页岩地层中有机质的含量是油气形成演化生烃的物质基础，页岩气储量的大小主要决定于页岩层系有机质的丰度及其体积规模。有机质的类型是其质量指标，不同类型的原始有机质具有不同的油气生成潜能。成熟度和成烃演化特征是页岩气藏主控因素之一，成熟度是干酪根演化程度的重要指标参数，影响页岩气的资源潜力。

2.1 有机碳含量

根据地表露头及构造、沉积学研究揭示，湘中、湘东南拗陷各泥页岩层厚度不等，平面分布也不均匀。据石油地质综合研究成果［15，16］，该区各泥页岩体积巨大、层系较多，又都有一定的有机质丰度，所以本区的有机质数量较大。由于地表露头多受风化作用影响，对研究区各层位有机碳含量作了校正（据湘中拗陷新1井中泥页层有机质实测资料及湘东南拗陷碳酸盐岩烃源层有机质风化恢复系数，综合考虑研究区有机质换算系数取1.45，表1）。从整体来看，研究区7个层位TOC质量分数（wTOC）平均值均已超过0.5%。其中，大隆组在湘东南、湘中地区分布较广，wTOC＞2.5%；龙潭组在湘东南和湘中地区的wTOC＞3.5%；大塘阶测水段在湘东南和湘中地区的wTOC＞1.3%；佘田桥组在湘中、湘东南地区的wTOC也超过了1.5%：此5个层位丰富的有机碳显示拥有较高的页岩气勘探潜力。锡矿山组和跳马涧组wTOC为0.5%～1.0%，从平面分布上来看，此2个层位有机碳含量相对贫乏，页岩气勘探潜力较小。

表1 湘中、湘东南地区海相泥页岩层有机碳含量 （wTOC／%）Table 1 The organic carbon statistics of marine shale from the depressions of Central Hunan and Southeast Hunan

2.2 有机质类型

通过对比四川盆地与美国页岩气盆地相同海相泥页岩可知，它们都具有较好的生烃条件，相似的有机质类型。湘中、湘东南地区大部分地层泥页岩有机质类型为Ⅱ型（混合型）干酪根，部分有机质丰度较高的地区为Ⅰ型干酪根（即腐泥型，如棋梓桥组），而煤系地层主要为Ⅲ型干酪根（即腐植型，如湘中龙潭煤系地层，表2）。

湘中拗陷大隆、龙潭组为Ⅲ型干酪根，棋梓桥组为Ⅰ型干酪根，锡矿山组、佘田桥组和跳马涧组均为Ⅱ型干酪根。

表2 湘中拗陷、湘东南拗陷泥页岩有机质类型Table 2 Identification of organic type the shale from the Central Hunan depression and Southeast Hunan depression

湘东南拗陷中上泥盆统的棋梓桥组和佘田桥组有机质类型较好，多以Ⅰ型干酪根（即腐泥型）为主；煤系地层如上二叠统的龙潭组和下石炭统的大塘阶测水段多以Ⅱ型干酪根（即混合型）和Ⅲ型（即腐植型）为主。上二叠统的大隆组、中上泥盆统的锡矿山组和跳马涧组多以混合Ⅱ型干酪根为主。

2.3 热演化程度

根据研究区各个层段的泥页岩样品Ro的实测数据，在充分吸收前人的研究成果的基础上，可知湘中、湘东南地区二叠系相对来说演化程度较低，但也达到高成熟阶段，其他层位均达到高成熟－过成熟阶段。一般来说Ro＞1.3%时，处于高成熟阶段的泥页岩地层，先生油后裂解成气，形成海相页岩连续生气与聚气的优势。

2.3.1 湘中拗陷

地表所取的泥页岩样品进行热解分析获得相关数据及镜质体反射率的分析资料表明（表3），湘中地区烃源岩有机质的Ro值随地层时代变老而明显增高。总体来看跳马涧组、棋梓桥组、佘田桥组、锡矿山组、大塘阶测水段的Ro值（除局部地区外）一般大于2.0%，已进入以生成干气为主的过成熟演化阶段。龙潭组和大隆组Ro值一般在1.45%～2.15%之间，处于高成熟演化阶段。在纵向上，泥盆系、石炭系和二叠系全部进入高热演化生气阶段，二叠系热演化程度相对较低。湘中拗陷演化程度最高的是涟源凹陷；就同一层位而言，西部地区演化程度高于东部地区。

2.3.2 湘东南拗陷

通过地表所取的泥页岩样品进行热解分析获得相关数据分析资料（表3）来看，湘东南拗陷二叠系、石炭系各烃源岩层的镜质体反射率＜2.0%，但 ＞1.3%，热 解 峰 温 （tmax）平 均 值＞500℃，显示其有机质处于高成熟期，tmax值亦处在凝析油和湿气阶段。泥盆系烃源岩的Ro值为2.0%，甚至达到2.5%，处于过成熟阶段，它们主要以生气为主。泥盆系的Ro值还出现个别样品明显偏高，其原因可能是由于构造运动造成地表样品的物理变化而形成的，并不仅仅只是热力作用的结果。但要特别说明的是，泥盆系的tmax值发生“倒转”，反而比上覆的二叠系、石炭系还要低，这不能代表其真实演化程度，而可能是由于其有机质类型好，其中的轻质组分含量相对较高造成的。

3 泥页岩层含气性特征

3.1 现场解析

中国石化华东石油局针对研究区内二叠系大隆组、龙潭组和石炭系大塘阶测水段页岩气实施钻探的湘页1井，钻遇大隆组和龙潭组泥页岩，取心并现场解吸，共现场解吸样品10个，数据显示总含气量分布范围为0.164 4～1.413 8m3／t，平均为0.478 5m3／t，绝大部分＜1m3／t，仅1个碎煤样品达到1.413 8m3／t。

3.2 等温吸附模拟

湘中、湘东南地区海相页岩层系资源评价中的吸附气量参数，是采用等温吸附实验测得Langmuir体积，运用Langmuir方程计算获取。通过等温吸附模拟得到样品的Langmuir体积，反映了泥页岩的最大吸附能力，这取决于泥页岩的性质，而与温度和压力无关［18］。

在野外工作的基础上，对湘中、湘东南地区野外采集的各层系泥页岩样品进行了等温吸附实验，送样分析目的层系泥页岩样品24个，分别为湘中地区17个样品，湘东南地区7个样品。利用24个样品测试数据进行分地区、分层系整理分析，探讨泥页岩的含气量以及影响含气量的相关因素。

表3 湘中、湘东南地区有机质热演化程度评价参数Table 3 The evaluation parameter statistics of thermal evolution of organic matter in the depressions of Central Hunan and Southeast Hunan

3.2.1 湘中地区

湘中地区各页岩样品等温吸附实验测得其Langmuir体积存在一定差异，绝大部分样品都在0.73～2.43cm3／g之间，平均为1.72cm3／g。仅二叠系龙潭组煤系样品 ZZ－2、QXJ－1、HG－1异常大，分 别 达 到 22.42cm3／g、5.95cm3／g、20.58 cm3／g。同时，各样品测得的Langmuir压力也存在一定差异，在1～10.9MPa之间变化，平均为2.37MPa（图2）。

图2 湘中地区泥页岩样品甲烷等温吸附曲线Fig.2 Methane adsorption isotherm of the shale samples from Central Hunan

3.2.2 湘东南地区

湘东南地区各测试页岩样品等温吸附实验测得Langmuir体积也差异不大，其中6个样品测得值分布在 1.36～2.36cm3／g之间，平均为1.775cm3／g。仅样品 LT－1为煤样，测得值较大，达到8.15cm3／g。同时，各样品测得的Langmuir压力差异不大，均在1.34～2.16MPa之间，平均为1.67MPa（图3）。

图3 湘东南地区泥页岩样品甲烷等温吸附曲线Fig.3 Methane adsorption isotherm of the shale samples from Southeast Hunan

页岩吸附气量需运用Langmuir方程求得，当前无任何直接关于湘中、湘东南地区页岩层段地层压力的数据参数，因此，考虑各层系页岩埋深不同，且同层段页岩在研究区埋深存在很大变化，参考相关地质资料和野外工作估计各层系泥页岩平均埋深，地层压力大致等于静水压力，利用下式求取各页岩层系的含气量（表4）［17］

式中：VL为Langmuir体积；p为地层压力，这里用静水压力代替；pL为Langmuir压力。

3.3 矿物组分

利用DMAX－3C型X射线衍射仪对研究区中泥盆统跳马涧组－上二叠统大隆组21个泥页岩样品进行黏土矿物总量和常见非黏土矿物X射线衍射定量分析。

从该区整体矿物定性分析可得：泥页岩矿物成分复杂，除均含有黏土矿物、石英、斜长石、钾长石、方解石、白云石等矿物外，某些样品还含有石膏、黄铁矿等自生矿物。其中黏土矿物、石英及碳酸盐矿物为研究区泥页岩的主要组成矿物。矿物成分定量分析结果表明，21个样品矿物含量各不相同。总体而言，黏土矿物的质量分数最高，为19%～75%，平均达42.43%；其次为石英，质量分数为7%～51%，平均为28.05%；还含有较多的方解石、白云石和黄铁矿。虽然石英矿物的平均质量分数只有28.05%，但全部脆性矿物加起来的总质量分数可以达到51.7%。这些脆性矿物的存在，十分有利于泥页岩储层的水力压裂与页岩气的开发。

3.4 孔隙类型及裂缝

由于泥页岩中所含的溶解气量极少，一般考虑泥页岩含气性时只考虑吸附含气量和游离含气量。因当前钻井资料较少，相关的数据也很缺乏，同时前人做过的湘中、湘东南地区油气勘探工作中未涉及泥页岩孔隙含气饱和度数据。而游离含气量受泥页岩层系有效孔隙度和含气饱和度的控制，与裂缝发育程度及保存条件密切相关［18］。针对这一研究现状，本文利用超高分辨率场发射电子显微镜扫描仪对研究区页岩气的储集特征进行分析。

在超高精度电镜下可以看到泥页岩内部的微小孔隙类型。本次研究主要针对孔隙（直径＜10 μm，包含纳米孔隙）进行研究，识别出黑色泥页岩中微孔隙类型包括：格架孔、溶蚀孔、有机质孔、生物体腔孔和微裂缝等。其中格架孔主要由硅酸盐矿物和碳酸盐矿物格架支撑形成，孔隙相对较大，连通性好；溶蚀孔主要存在于碳酸盐岩和长石中，连通性相对较差；有机质微孔一般相对较小，有机质主要赋存于颗粒堆砌形成的格架孔中。格架孔本身都具备一定的连通性，因此后期生成的有机质孔并不是孤立的，而是具有一定的连通性，加上有机质的亲油性，表面可以吸附大量的天然气。生物体腔孔主要指生物死亡后，体内软体组织腐烂溶蚀之后形成的孔隙，连通性较好（图4）。

表4 湘中、湘东南地区等温吸附实验数据Table 4 The statistics of experimental adsorption isotherm data of the shale samples from the depressions of Central Hunan and Southeast Hunan

吸附气主要存在于有机质孔及黏土矿物表面，有机质内部赋存大量微孔隙和纳米级孔隙，是主要的吸附介质。游离气的储集空间主要由格架孔、溶蚀孔、成岩微裂缝及构造裂缝组成。针对泥页岩储层的储集物性特征，裂缝作为主要的渗流通道，直接决定了气体渗透性，控制了页岩的连通性及游离气含量。由于现场解吸及钻井资料的缺乏，本文主要利用的地表资料，无法定量对泥页岩游离含气量进行分析，认为孔径越大、储集物性好、裂缝发育、保存条件好，泥页岩中游离气含量越大。

研究区广泛发育有垂直层面的裂缝，主要受构造作用形成。此种裂缝利于各层系间气体的串通，特别是高碳页岩与硅质页岩等薄层极易形成裂缝。而微型裂缝主要在扫描电镜下观测到，为纳米级与微米级的裂缝，一般为黏土矿物脱水与烃类热增压等非构造成因形成的。针对页岩低渗透特性来说，微裂缝的发育对于吸附气体的渗流至关重要（图4），它是吸附气体经过解吸成为游离状态的主要通道。

4 泥页岩层含气性影响因素

影响泥页岩含气量的因素有很多，泥页岩的有机质含量、石英的含量、黏土矿物的含量、热演化程度及储层微观特征等都对泥页岩含气量有着重要影响。

图4 湘中、湘东南地区海相泥页岩微孔隙类型Fig.4 The type of marine shale micropores in the depressions of Central Hunan and Southeast Hunan

4.1 有机碳含量

有机碳含量决定了页岩的生烃能力、孔隙空间的大小和吸附能力，对富有机质页岩的含气量起决定性的作用。从国内外的实测结果看，有机质含量直接影响含气量，有机质含量越高，含气量越大。两者有近似线性的相关关系，相关程度很高。通过对区内7个目的层系24个泥页岩样品进行等温吸附实验（包含4个煤样），由Langmuir体积计算各样品的吸附气含量。同时，根据对应样品的热解实验获取其有机碳含量。部分样品为野外露头采样，对其有机质含量进行相应的恢复（恢复系数取1.45），做出吸附含气量与有机碳含量线性相关图，证实该地区泥页岩的吸附含气量与有机质含量呈明显正相关关系，相关系数R2为0.781（图5）。

4.2 黏土矿物含量

根据研究区上古生界目的层段矿物组分特征分析，矿物组分中黏土矿物占很大比重，而泥页岩中黏土矿物的含量对其吸附含气量具有很大的影响。对湘中、湘东南地区等温吸附实验测试的21个样品的矿物组分进行X射线衍射实验分析，其中4个煤样有机碳含量远高于一般样品。而有机碳是影响吸附气含量最主要的影响因素，本文去掉煤样再分析泥页岩吸附含气量与黏土矿物含量的相关性，可知泥页岩吸附含气量与黏土矿物含量呈正相关关系（图6）。该地区黏土矿物的平均质量分数高达42.43%。一般来说黏土矿物因为颗粒细小，相同单位体积具有较多的微孔隙和较大的比表面积；而页岩气的主要成分为甲烷，甲烷是烃类中分子体积最小的：因此，黏土矿物对页岩气有较强的吸附能力。但是也受岩层中其他因素的影响，例如岩层含水饱和度很高的情况下，黏土矿物对页岩气的吸附能力则明显降低。

图5 湘中、湘东南地区泥页岩含气量与有机碳质量分数的线性关系图Fig.5 The linear relationship of shale gas content and mass fraction of organic carbon in the depressions of Central Hunan and Southeast Hunan

图6 湘中、湘东南地区泥页岩含气量与黏土矿物质量分数的线性关系图Fig.6 The linear relationship of shale gas content and mass fraction of clay mineral in the depressions of Central Hunan and Southeast Hunan

4.3 石英含量

泥页岩中石英的含量也对其含气量具有影响。对湘中、湘东南地区等温吸附实验测试的21个样品进行X射线衍射实验分析其矿物组分，去掉4个煤样，分析其吸附含气量与石英含量的相关性，结果表明，泥页岩含气量与石英含量相关关系不明显（图7）。根据相关研究，一般认为随着泥页岩中石英含量的增加，其吸附含气量逐渐降低。根据前述的X射线衍射定量分析结果，石英平均质量分数较低，为28.05%；而北美页岩储集层的石英的质量分数多接近50%。石英一方面减小了泥页岩储层中的原始孔隙及裂缝，另一方面石英抗压实能力较强，对泥页岩层起到支撑骨架的作用，防止孔渗进一步变差。而研究区泥页岩样品中石英含量偏低，导致相关性不明显。

图7 湘中、湘东南地区页岩含气量与石英质量分数的线性关系图Fig.7 The linear relationship of shale gas content and the mass fraction of quartz in the depressions of Central Hunan and Southeast Hunan

然而，石英和碳酸盐矿物含量的增加，将会降低页岩的孔隙，使游离气的储集空间减少，特别是方解石在埋藏过程中的胶结作用，将进一步减少孔隙。但由于石英的主要成分是SiO2，深水环境中，硅质含量的增加会吸附更多的有机质；而石英与黏土矿物含量则呈负相关关系，在研究矿物成分与页岩含气性关系时，必须在黏土矿物、石英和碳酸盐含量之间寻找一个平衡点。

4.4 成熟度

总体来看，湘中、湘东南地区上古生界除个别地区外基本都达到高成熟－过成熟阶段。对研究区中泥盆统跳马涧组－上二叠统大隆组除煤样外的17个泥页岩样品的镜质组反射率进行测试，部分样品未测试出镜质组反射率值。分析吸附含气量与成熟度的关系可知，吸附含气量与成熟度呈正比关系，相关系数较低，R2约为0.3（图8）。针对目的层段成熟度较高，认为成熟度在1.2%～3.5%之间有利于页岩气的成藏，成熟度＞4.0%时页岩气的勘探风险极大。

4.5 孔径与比表面积

选用成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室中美国Quantachrome公司生产的比表面积及孔径测定仪测试研究区泥（页）岩比表面及孔径。根据在研究区选取的21个泥页岩样品的比表面积测试结果来看，比表面积在1.068～11.638m2／g之间，平均为5.189m2／g。孔径在3.349～34.273nm 之间，平均为10.123nm：可知泥页岩储层的孔隙以小孔为主。从层位上来看，二叠系大隆组、龙潭组比表面积值相对较大，石炭系大塘阶测水段、泥盆系佘田桥组的孔径最大。比表面积大的泥（页）岩，其吸附天然气的能力较强（图9），孔径大的泥（页）岩，其储存游离气的能力则较强，与吸附含气量关系不明显（图10）。

图8 湘中、湘东南地区页岩含气量与成熟度线性关系图Fig.8 The linear relationship of shale gas content and maturity in the depressions of Central Hunan and Southeast Hunan

4.6 其他因素

图9 湘中、湘东南地区泥页岩含气量与比表面积线性关系图Fig.9 The linear relationship of shale gas content and specific surface in the depressions of Central Hunan and Southeast Hunan

图10 湘中、湘东南地区泥页岩含气量与主要孔径线性关系图Fig.10 The linear relationship of shale gas content and the main pore in the depressions of Central Hunan and Southeast Hunan

除以上影响因素外，岩石的湿度、地层水矿化度、有机质类型、地层压力与埋深等对泥页岩层系中的富有机质页岩的含气量也有影响。因为泥页岩一般较为疏松，很容易风化，黏土矿物遇水容易生成结晶化合物，能够显著降低孔隙度和连通条件，使得储集空间变小，所以干岩石的含气量明显高于“湿”岩石。各种黏土矿物与岩石的甲烷吸附容量次序为蒙脱石≫伊蒙混层＞高岭石＞绿泥石＞伊利石＞粉砂岩＞石英岩，泥页岩矿物中蒙脱石含量越高其含气量就越大［19］。因为泥页岩储层的特殊性，吸附在各个孔隙裂缝中的页岩气总量很是可观，但是因为泥页岩相对比较致密，储集空间也以微孔隙为主，孔隙之间连通性很差，如果不能通过人工压裂的手段把这些微孔隙连通起来，天然气产量也不高。因此对页岩气的储层评价，必须在石英、方解石、水分、碳酸盐岩、黏土矿物含量等对页岩气的储层改善、生产开发之间寻找一种平衡。深入开展矿物成分研究，才能在未来寻找到一种最优的匹配关系，使得页岩气总产量、单井产量、压裂的容易程度之间达到最优化，最大程度地勘探开发页岩气。

5 结论

a.吸附气主要存在于有机质内部大量微孔隙和纳米级孔隙中。游离气的储集空间主要由格架孔、溶蚀孔、成岩微裂缝及构造裂缝组成。

b.湘中地区泥页岩样品吸附气含量为0.63～2.17cm3／g，平均为1.51cm3／g；龙潭组煤样品吸附气含量达到19.28cm3／g。湘东南地区泥页岩样品吸附气含量为1.24～2.12cm3／g，平均为1.60cm3／g；石炭系大塘阶测水段煤样品吸附气含量达到7.12cm3／g。湘页1井页岩气钻探成功获得自然产能，现场解吸碎煤样含气量最高值达到1.413 8cm3／g，证实了研究区广阔的页岩气勘探前景。

c.系统分析了有机碳含量、黏土矿物含量、石英含量、成熟度、孔径及比表面积等对含气量的影响，揭示了储集物性、矿物组分、地球化学特征与储层含气性之间的内在联系。

［1］Curtis J B.Fractured shale－gas system［J］.AAPG Bulletin，2002，86（11）：1921－1938.

［2］Law B E，Curtis J B.Introduction to unconventional petroleum systems［J］.AAPG Bulletin，2002，86（11）：1851－1852.

［3］Bowker K A.Barnett shale gas production，Fort Worth Basin：issues and discussion［J］.AAPG Bulletin，2007，91（4）：523－533.

［4］Hill R J，Zhang E，Katz B J，et al.Modeling of gas generation from the Barnett Shale，Fort Worth Basin，Texas［J］.AAPG Bulletin，2007，91（4）：501－521.

［5］李新景，胡素云，程克明.北美裂缝性页岩气勘探开发的启示［J］.石油勘探与开发，2007，34（4）：392－400.Li X J，Hu S Y，Cheng K M.Suggestions from the development of fractured shale gas in North America［J］.Petroleum Exploration and Development，2007，34（4）：392－400.（In Chinese）

［6］唐显春，曾辉，张培先，等.宣城地区荷塘组页岩含气性浅析［J］.油气藏评价与开发，2011，1（1／2）：78－84.Tang X C，Zeng H，Zhang P X.Discussion about the gas－bearing nature of the shale of Hetang group in Xuancheng area［J］.Reservoir Evaluation and Development，2011，1（1／2）：78－84.（In Chinese）

［7］张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布［J］.天然气工业，2004，24（7）：15－18.Zhang J C，Jin Z J，Yuan M S.Reservoiring mechanism of shale gas and its distribution［J］.Natrual Gas Industry，2004，24（7）：15－18.（In Chinese）

［8］马永生，陈洪德，王国力，等.中国南方层序地层与古地理［M］.北京：科学出版社，2009.Ma Y S，Chen H D，Wang G L，et al.China Southern Sequence Stratigraphy and Paleogeography［M］.Beijing：Science Press，2009.（In Chinese）

［9］梁狄刚，郭彤楼，陈建平，等.中国南方海相生烃成藏研究的若干新进展——南方四套区域性海相烃源岩的地球化学特征［J］.海相油气地质，2009，14（1）：1－15.Liang D G，Guo T L，Chen J P，et al.Some progresses on studies of hydrocarbon generation and accumulation in marine sedimentary regions，Southern China（Part 2）：Geochemical characteristics of four suits of regional marine source rocks，South China［J］.Marine Origin Petroleum Geology，2009，14（1）：1－15.（In Chinese）

［10］赵宗举，朱琰，李大成，等.中国南方构造形变对油气藏的控制作用［J］.石油与天然气地质，2002，23（1）：19－25.Zhao Z J，Zhu Y，Li D C.Control affect of tectonic deformation to oil－gas pools in Southern China［J］.Oil ＆ Gas Geology，2002，23（1）：19－25.（In Chinese）

［11］敬乐，潘继平，徐国盛，等.湘中拗陷海相页岩层系岩相古地理特征［J］.成都理工大学学报：自然科学版，2012，39（2）：215－223.Jing L，Pan J P，Xu G S，et al.Lithofaciespaleogeography characteristics of the marine shale series of strata in the Xiangzhong depression，Hunan，China［J］.Journal of Chengdu University of Technology（Science ＆Technology Edition），2012，39（2）：223－231.（In Chinese）

［12］聂海宽，唐玄，边瑞康.页岩气成藏控制因素及中国南方页岩气发育有利区预测［J］.石油学报，2009，30（4）：484－491.Nie H K，Tang X，Bian R K.Controlling factors for shale gas accumulation and prediction of potential development area in shale gas reservoir of South China［J］.Acta Petrolei Sinica，2009，30（4）：484－491.（In Chinese）

［13］张金川，汪宗余，聂海宽，等.页岩气及其勘探研究意义［J］.现代地质，2008，22（4）：640－646.Zhang J C，Wang Z Y，Nie H K.Shale gas and its significance for exploration［J］.Geoscience，2008，22（4）：640－646.（In Chinese）

［14］刘喜顺.湘中拗陷泥盆—石炭系油气成藏与保存条件研究［D］.长沙：中南大学档案馆，2009.Liu X S.Oil／Gas Reservoir Forming and Preserving Conditions of Devonian－Carboniferous in Xiangzhong Basin［D］.Changsha：The Archive of Zhongnan University，2009.（In Chinese）

［15］刘喜顺.湘中拗陷含油气保存条件研究［J］.新疆石油天然气，2008，4（2）：16－17.Liu X S.Study on tectonic evolution and hydrocarbon reservoir forming rules in Xiangzhong depression［J］.Xinjiang Oil ＆ Gas，2008，4（2）：16－17.（In Chinese）

［16］丘东洲，演怀玉，王守德，等.中国晚元古代至三叠纪海相生油岩与生油潜力［J］.石油实验地质，1982，4（4）：269－274.Qiu D Z，Yan H Y，Wang S D，et al.China's late Proterozoic－Triassic marine source rocks and hydrocarbon potential［J］.Petroleum Geology ＆ Experi－ment，1982，4（4）：269－274.（In Chinese）

［17］步少峰，马若龙，袁海锋，等.湘中地区海相页岩气资源潜力评价方法及参数选取［J］.成都理工大学学报：自然科学版，2012，39（2）：223－231.Bu S F，Ma R L，Yuan H F，et al.Evaluation methods of shale gas resource potential and selection of parameters in Central Hunan，China［J］.Journal of Chengdu University of Technology （Science ＆Technology Edition），2012，39（2）：223－231.（In Chinese）

［18］林腊梅，张金川，唐玄，等.南方地区古生界页岩储层含气性主控因素［J］.吉林大学学报：地球科学版，2012，42（2）：88－94.Lin L M，Zhang J C，Tang X，et al.Gas－bearing characteristics of Paleozoic gas shale reservoir in South China［J］.Journal of Jilin University（Earth Science Edition），2012，42（2）：88－94.（In Chinese）

［19］吉利明，邱军利，张同伟，等.泥页岩主要黏土矿物组分甲烷吸附实验［J］.地球科学：中国地质大学学报，2012，37（5）：1043－1050.Ji L M，Qiu J L，Zhang T W.Experiments on methane adsorption of common clay minerals in shale［J］.Earth Science（Journal of China University of Geosciences），2012，37（5）：1043－1050.（In Chinese）