鄂西渝东地区东岳庙段页岩气勘探潜力研究

梁榜，何生，陈学辉，李晨溪，刘莉，张梦吟

（1.中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北 武汉 430223；2.中国地质大学资源学院，湖北 武汉 430074；3.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249）

鄂西渝东地区东岳庙段页岩气勘探潜力研究

梁榜1，2，何生2，陈学辉1，李晨溪3，刘莉1，张梦吟1

（1.中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北 武汉 430223；2.中国地质大学资源学院，湖北 武汉 430074；3.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249）

鄂西渝东地区下侏罗统自流井组东岳庙段发育厚层灰黑色页岩，钻井揭示气显示良好。文中利用露头、钻井、测井、分析化验、测试等资料，从页岩沉积特征、有机地化特征、储集条件及含气性等方面对东岳庙段页岩进行了系统研究。结果表明：该段以浅湖—半深湖沉积为主，富有机质页岩发育，有机质丰度高，热演化程度适中，含气性较好，具备页岩气形成的有利地质条件；页岩气富集主要受有机质丰度、热演化程度、储集物性及裂缝发育程度等关键因素控制。据此，初步建立了适合本区陆相页岩气有利区优选标准，并根据标准优选区内西北部乐福店—临溪场为东岳庙段陆相页岩气勘探有利区。

陆相页岩气；地质条件；富集控制因素；东岳庙段；鄂西渝东地区

鄂西渝东地区位于四川盆地东缘，构造位于扬子准地台川东褶皱带方斗山复背斜以东，夹于齐岳山复背斜和方斗山复背斜之间。通过对老井——J111井井深660 m东岳庙段页岩进行试气，获日产3 131 m3工业气流，实现该区页岩气勘探的突破。在此基础上，部署钻探的水平井JYHF-1井测试获1.2×104m3/d工业气流，证实了该区东岳庙段陆相页岩气具有较好的勘探开发前景。本文以鄂西渝东地区野外剖面地质调查资料、最新钻探的井下资料分析结果为基础，对下侏罗统自流井组东岳庙段页岩气形成地质条件进行了分析，初步明确了研究区东岳庙段页岩气富集的关键控制因素主要是有机质丰度、热演化程度、储集物性及裂缝发育程度等，优选了区内西北部乐福店—临溪场为东岳庙段陆相页岩气勘探有利区。

1 页岩气基本地质条件

1.1 页岩发育特征

晚三叠末期，地壳发生差异升降运动，随着凹陷低洼地填平补齐和南、北缘隆升活动，湖水向四川盆地中部收缩［1-2］。早侏罗世东岳庙沉积时期，鄂西渝东地区东岳庙段为浅湖—半深湖沉积环境，沉积以黑色、黑灰色页岩为主，夹薄层深灰色粉砂岩及含介壳灰岩，平面上主要分布于石柱复向斜，面积近4 000 km2（见图1）。

图1 鄂西渝东地区地理位置

区内东岳庙段地层分布稳定，中、上部以灰色、深灰色泥岩为主，夹薄层黑灰色介壳灰岩。中下部为一套富含有机质页岩，以灰黑色页岩、含介壳页岩为主，夹薄层浅灰色介壳灰岩、灰色粉砂岩［3］；页岩单层厚度5.0～20.0 m，累计厚度40.0～80.0 m不等，平均厚度54.5 m，是该区陆相页岩气勘探的主要目的层；产较丰富的双壳类化石，电性特征为自然伽马高值；与下伏珍珠冲段为整合接触。

1.2 页岩有机地化特征

1.2.1 有机碳质量分数

页岩有机碳质量分数（TOC）是评价页岩气是否具有开采价值的重要指标之一［4-6］。通过YJHF-1井、J111井及利川谋道等剖面样品分析测试，证实东岳庙段为主力烃源岩层系之一（见图2）。

纵向上，富含有机质页岩段主要分布在东岳庙段下部。其中：YJHF-1井下部85块样品TOC为1.16%～3.22%，平均2.06%，TOC大于2%的样品占45%；上部44块样品TOC为0.23%～1.61%，平均0.99%。平面上，TOC分布在1.00%～1.80%。研究区东部谋道野外露头剖面，平均TOC为1.12%，往西至LF1井平均TOC为 1.42%（见表1），具有自东向西TOC增大的特征［7］。

图2 鄂西渝东地区东岳庙段露头及TOC等值线分布

表1 研究区东岳庙段露头及钻井样品TOC，Ro统计

1.2.2 有机质类型及热演化程度

有机质类型不仅影响页岩生气能力，同样也影响页岩的含气量。鄂西渝东地区东岳庙段泥页岩中腐泥无定形组分质量分数较高，而镜质体反射率（Ro）较低。按类型指数TI计算结果分类，其有机质类型以Ⅱ1型为主，少量Ⅱ2型。干酪根镜质体反射率大多分布在0.82%～1.45%（见表1），平均为1.29%，有机质处于高成熟生气阶段。综合有机质丰度、有机质类型及热演化程度等地化特征评价认为，鄂西渝东地区东岳庙段具有较好的有机地化条件。

1.3 页岩储集性能

1.3.1 矿物组成

脆性矿物体积分数是泥页岩层可压性评价的一项重要的指标。北美具备商业开发条件的页岩气藏，石英体积分数一般大于40.0%，黏土矿物中伊蒙混层体积分数平均为24.0%～44.5%［8-11］。

JYHF-1井东岳庙泥岩段岩石全岩分析结果表明，主要脆性矿物为石英、长石、方解石等。其中：石英平均体积分数为45.39%，长石为3.32%，方解石为16.80%；脆性矿物普遍大于50.00%，黏土为33.32%，其他矿物少量。黏土矿物中以伊蒙混层及伊利石为主，伊蒙混层体积分数占21.03%～41.26%，伊利石占10.33%～26.5%，含少量高岭石及绿泥石，不含蒙脱石。测试结果表明，东岳庙段页岩脆性矿物体积分数高，黏土矿物中不含蒙脱石，具有较好的可压性，有利于储层压裂改造。

1.3.2 物性特征及储集空间类型

泥页岩储集空间主要为孔隙及裂缝［12-13］。JYHF-1井125块东岳庙段页岩物性样品分析结果显示：孔隙度0.09%～6.85%，平均 2.31%；渗透率 0～4.18×10-3μm2，平均0.44×10-3μm2。根据扫描电镜、铸体薄片资料分析，页岩发育大量有机质孔，无机孔主要发育黏土矿物粒间溶孔、晶间孔。

针对鄂西渝东地区JYHF-1井下侏罗统自流井组东岳庙段泥页岩，利用IB-09010CP型离子截面抛光仪抛光，对564.0～643.0 m井段12块样品进行扫描电镜观测发现，泥页岩发育多种类型纳米级孔隙（孔隙直径小于0.75 μm），不少孔隙小于100 nm（见图3）。

图3 JYHF-1井纳米级孔隙、裂隙氩离子抛光扫描电镜照片

纳米级孔隙呈平面上圆形、椭圆形及不规则形状，空间上形成管柱状、洞穴状等复杂内部结构（见图3a，3b，3d，3e，3f，3h），管状孔隙吼道连接纳米级孔隙（见图3d，g）。泥页岩比表面积大，结构复杂。丰富的内表面积可通过吸附方式储存大量气体，是吸附态赋存的天然气主要储集空间；这类孔隙以有机质生烃形成的有机质颗粒中的粒内纳米级孔隙为主（见图3a，3b，3c）。东岳庙段富有机质泥页岩中发育有较大非有机质颗粒（如黄铁矿微球粒等），这些颗粒边缘和内部包含纳米级孔隙（见图3e，3f，3g，3h）；同时，极细粒非有机质基质也有纳米级孔隙分布，这些孔隙可能是受某些颗粒边缘限制的粒间纳米级孔隙。

1.3.3 裂缝发育特征

裂缝按发育规模可分为宏观裂缝和微观裂缝，按成因可分为构造裂缝、成岩裂缝、异常高压裂缝等。本区裂缝主要为构造裂缝，发育在建南构造高点部位，并且沿构造长轴分布。从J111井偶极声波测井上可看出，裂缝较集中发育在东岳庙段下部618～629 m。JYHF-1井取心段上部页岩以构造裂缝为主，多是半充填—未充填的斜交或垂直细缝，缝宽一般大于1 mm；中下部见充填网状全—半充填中型裂缝，缝宽为2～8 mm。成像测井分析表明，裂缝主要发育在东岳庙段中下部。

1.4 页岩含气性特征

1.4.1 钻井气测显示

统计研究区内钻穿侏罗系的老井发现，钻遇东岳庙段黑色页岩的共42口，均见到不同程度气测显示，且表现为气测异常高值，常见气侵、井涌、井喷等不同级别。其中：JYHF-1井在东岳庙段下部取心钻进中，见良好气显示58.45 m/1层；岩心出筒及浸水试验普遍见气泡逸出，多为针孔串珠状，气显示点平均为每米15～55处，显示主要集中在介壳富集成层的层面缝及页岩层理缝中。东岳庙段气测异常集中位于下部60～80 m，且显示段连续，表明该段下部在整个区域普遍含气。

1.4.2 页岩含气量

本文利用 JYHF-1等温吸附实验数据，根据Langmuir方程换算为对应的压力和温度条件下吸附气含气量（见表2）：

式中：Vx，VL分别为吸附气体积和地层温度条件下的Langmuir体积，m3/t；p，pL分别为地层压力和地层温度条件下的Langmuir压力，MPa。

表2 JYHF-1井东岳庙段等温吸附实验计算含气量

总含气量（Vz=Vx+Vy）为0.895 0～2.768 2 m3/t，平均为1.628 0 m3/t（见表2），说明研究区该段泥页岩具有较好的含气性，具备形成页岩气的地质条件。

2 富集主控因素分析

通过对研究区东岳庙段页岩气富集主控因素进行探讨，发现东岳庙段页岩气富集与有机碳质量分数、热演化程度、储集物性及裂缝发育程度密切相关［14］。

2.1 有机碳质量分数与含气性呈正相关关系

有机碳质量分数是页岩气富集成藏最重要的控制因素之一，不仅控制着页岩的物理化学性质,也在一定程度上控制着页岩裂缝的发育程度,更重要的是控制着页岩的含气量［15］。以JYHF-1井取心井段为例来分析有机碳质量分数对页岩气富集的影响（见图4）。

图4中，根据TOC值将层位分为3段：井深562.73～591.23m为A段，共分析58块样品，TOC最高0.66%,最低0.18%，平均为0.37%，TOC相对较低；井深591.73～626.23 m为B段，共分析70块样品，TOC最高3.22%，最低0.68%，平均为1.46%，TOC相对较高；井深626.23～643.00 m为C段，共分析33块样品，TOC最高1.92%，最低0.49%，平均为1.17%，TOC中等。从JYHF-1井气测显示、含气量测定结果与TOC关系看（见图5、图6），TOC与页岩气的富集具有良好的正相关关系。

图4 JYHF-1井有机碳质量分数影响页岩气富集分析

图5 JYHF-1井气测全烃与有机碳质量分数的关系

图6 JYHF-1井现场实测含气量与有机碳质量分数的关系

2.2 热演化程度是页岩气富集关键因素

烃源岩热演化程度（Ro）不仅决定天然气的生成方式，还决定气体组分构成。北美地区沃斯堡盆地Barnett典型页岩气主要以Ⅱ型干酪根为主，页岩气主体成于烃源岩热演化程度大于1.10%生气窗范围内，主要生气期的Ro值为1.10%～2.60%，且只有在烃源岩热演化程度较高的区域才有页岩气产出。由此可见，页岩的高热演化程度是制约页岩气富集的主要因素，热演化程度越高越有利于页岩气富集。与之对比，鄂西渝东地区JYHF-1井下侏罗统自流井组东岳庙段取样分析显示，热演化程度为1.29%，大于Ⅱ型有机质类型生气窗1.10%，演化阶段为干气阶段，主要产出天然气。研究结果表明：区内东岳庙段烃源岩烃源岩热演化程度在0.90%～1.40%（见表3），属高成熟生气阶段；自南东往北西方向，烃源岩Ro值有变大趋势。

表3 研究区露头及钻井东岳庙段热演化程度Ro值统计

3 资源前景分析及有利区优选

3.1 页岩气资源前景

在黑色页岩厚度、有机碳质量分数、烃源岩热演化程度和含气量等指标综合分析基础上，采用体积法计算鄂西渝东地区东岳庙段埋藏深度在3 500 m以浅区域页岩气总资源量（Q）：

式中：Q为页岩气总资源量，108m3；S为评价单元面积，km2；H为含气泥页岩段厚度，m；ρ为泥页岩密度，t/m3。

计算单元面积2 425.89 km2，含气泥页岩段厚度58.45 m，泥页岩密度2.6 t/m3，含气量1.628 m3/t，则页岩气总资源量为5 771.0×108m3，具有较大的页岩气勘探前景。

3.2 勘探有利区优选

综合考虑东岳庙段页岩气形成的地质条件，结合富集控制因素及资源量计算结果，并参考国外含气页岩热演化特征，建立了鄂西渝东地区东岳庙段陆相页岩气分类评价标准（见表4）。

表4 研究区东岳庙陆相页岩气选区评价标准

参照已经建立的评价标准，对鄂西渝东地区东岳庙段页岩气的勘探有利区进行优选：Ⅰ类有利区主要分布于乐福店-临溪场西北部地区，平均有机碳质量分数大于1.2%、烃源岩热演化程度大于1.1%的“双高”区域，埋深介于1 000～3 000 m；Ⅱ类有利区平均有机碳质量分数在0.80%～1.20%，烃源岩热演化程度小于1.10%，埋深介于1 000～3 000 m；Ⅲ类有利区分布于靠近剥蚀线埋藏较浅或者埋深大于3 000 m区域，平均有机碳质量分数小于0.80%，烃源岩热演化程度小于1.10%（见图7）。

4 结论

1）鄂西渝东地区下侏罗统自流井组东岳庙段以浅湖—半深湖沉积为主，发育厚层富有机质页岩，有机碳质量分数高，热演化程度适中，气显示特征明显，具备页岩气形成的良好地质条件。

图7 鄂西渝东地区东岳庙段陆相页岩气有利区综合评价

2）东岳庙段陆相页岩气富集主要受有机碳质量分数、热演化程度及储集物性等重要因素控制，有机碳质量分数与含气性呈良好的正相关关系，热演化程度是页岩气富集的关键因素。

3）鄂西渝东地区东岳庙段页岩气资源丰富，利用等温吸附实验含气量数据，计算原始资源量为5 771.0× 108m3，具有较好的页岩气勘探开发前景。

4）鄂西渝东地区东岳庙段页岩气有利区主要分布于平均有机碳质量分数大于1.20%、烃源岩热演化程度大于1.10%、埋深介于1 000～3 000 m的乐福店-临溪场西北部地区。

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（编辑 李宗华）

Exploration potential of Dongyuemiao Member shale gas in western Hubei-eastern Chongqing area

Liang Bang1，2,He Sheng2,Chen Xuehui1,Li Chenxi3,Liu Li1,Zhang Mengyin1
(1.Research Institute of Exploration and Development,Jianghan Oilfield Company,Wuhan 430223,China;2.College of Resources,China University of Geosciences,Wuhan,430074,China;3.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

Dongyuemiao Member of Lower Jurassic Ziliujing Formation in western Hubei-eastern Chongqing area deposits thick dark shales which expose good gas shows.Using the data of outcrop,drilling,logging,analysis and assay,and testing,Dongyuemiao Member shales are studied comprehensively in terms of sedimentation,geochemistry,reservoir condition and gas-bearing properties. Results show that Dongyuemiao Member is dominated by organic-rich shallow lake-semi deep lake facies shales with high organic matter abundance,moderate thermal evolution degree and good gas-bearing properties,and the geological conditions are favorable for shale gas accumulation.The shale gas enrichment is mainly controlled by organic matter abundance,thermal evolution degree, reservoir physical properties and the development degree of fracture.Based on this,the preliminary criteria for favorable continental shale gas zone selection are established.Lefudian-Linxichang in northwestern area is selected as the favorable exploration zone of Dongyuemiao Member continental shale gas according to the criteria.

continental facies shale gas;geologic conditions;controlling factor of enrichment;Dongyuemiao Member;western Hubei-eastern Chongqing area

国土资源部油气专项课题“中扬子地区页岩气资源调查评价与选区”（2009GYXQ15-06-04）

TE132.2

：A

10.6056/dkyqt201501008

2014-08-16；改回日期：2014-11-26。

梁榜，男，1983年生，工程师，2007年毕业于中国海洋大学地质学专业，现主要从事非常规天然气勘探开发。E-mail：lb_jhyjy@163.com。

梁榜，何生，陈学辉，等.鄂西渝东地区东岳庙段页岩气勘探潜力研究［J］.断块油气田，2015，22（1）：36-41.

Liang Bang，He Sheng，Chen Xuehui，et al.Exploration potential of Dongyuemiao Member shale gas in western Hubei-eastern Chongqing area［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：36-41.