焦石坝地区五峰组－龙马溪组页岩气成藏地质特征

刘江涛

（中国石化江汉油田工程有限公司国际合作公司，湖北 武汉430040）

1 区域地质概况

焦石坝构造带，位于四川盆地内齐跃山和华蓥山断裂所夹持的川东高陡褶皱带的万县复向斜，地表主要出露嘉陵江组或雷口坡组。焦石坝构造带发育为北东向（晚燕山期）、近南北向（喜山期）两组（两期）断裂系统，呈现“东西分带、南北分块”的格局。北部焦石坝主体由四周4条压扭性断层围限，地层平缓，北东至南西地层倾角在5°左右，呈“箱状”，东与大耳山背斜断凹相接，西为斜坡进入盆内，南部总体为背向斜相间分布的格局，构造相对复杂，向斜埋深较大，背斜较为高陡。焦石坝地区页岩气目的层发育于上奥陶统五峰组－下志留统龙马溪组。

2 页岩气成藏地质特征

2.1 页岩厚度

页岩厚度，特别是高伽马、富含有机质页岩的厚度越大，则页岩气藏富集程度越高。页岩厚度和分布面积是保证有充足的储渗空间和有机质的重要条件，一般要求直井厚度大于30m。从焦石坝地区已钻井资料来看，页岩气层段沉积相、岩性、厚度横向展布稳定，厚度为80～110m。其中，龙马溪组页岩气组有利层段集中在底部的深水陆棚相黑色富有机质页岩层段中（如焦页X井厚度为38m，其他井厚度大多在35～45m），能满足页岩气开采工程的需要，是页岩气页岩气开发有利区。

2.2 地化特征

页岩有机质研究主要从有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度三方面入手。

有机质丰度最常用的指标是有机碳含量（TOC）。分析焦页1X井在龙马溪组－五峰组一亚段、二亚段、三亚段的有机碳含量，结果表明，一亚段有机碳含量主要分布在2%～4%，以及大于4%的两个区间，分别占样品总数的60%和35%，只有5%的有机碳含量在1%～2%，且从上向下增高，平均3.56%，显示了较强的生烃能力。二、三亚段有机碳含量主要分布在1%～2%，平均分别为1.65%、1.67%。其中，有机碳含量在1%以上的样品占80%以上，显示这两段的有机碳含量中等偏上（图1）。

图1 焦页1X井龙马溪组－五峰组有机碳含量直方图

通过对焦页1井下志留统龙马溪组－五峰组干酪根镜检的分析发现，有机质以腐泥无定形体＋藻类体为主，干酪根类型指数在90%以上，均为易于生油气的Ⅰ型干酪根。

焦页1井镜质体反射率测定表明，焦石坝地区热演化程度适中（Ro为2.20%～3.13%，平均2.65%），处于过成熟阶段，有利于页岩气的形成和富集。

由上可知，龙马溪组－五峰组的有机质丰度高，镜质体反射率Ro大多在2%以上，进入过成熟热演化时期，是很好的烃源岩，处于热裂解干气生成阶段。

2.3 储集特征

2.3.1 岩性特征

焦石坝地区五峰组－龙马溪组页岩储层横向展布稳定，岩性、厚度基本相当。根据矿物成分、沉积特征等资料将焦石坝区五峰组－龙马溪组页岩气储层分为三亚段（图2）：上部（Ⅲ亚段），含粉砂泥岩、碳质笔石页岩，以沉积环境为主，厚度一般为25～35m；中部（Ⅱ亚段），含粉砂含碳泥岩，浅水陆棚沉积，厚度一般为10～30m；下部（Ⅰ亚段），含骨针放射虫碳质笔石页岩，深水陆棚沉积，厚度一般为35～45m。泥页岩矿物成分以石英和黏土矿物为主，含钾长石、斜长石、方解石、白云石和黄铁矿等。

图2 焦页1X井五峰组－龙马溪组一段综合图

2.3.2 裂缝与孔隙度特征

裂缝在焦石坝地区大型页岩气田的形成过程中起到重要作用。泥页岩中裂缝系统的发育有助于页岩层中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解析，为页岩提供储集间，同时为页岩的生产提供运移通道，有利于页岩气的聚集和开采。

通过对显微薄片和场发射扫描电镜下岩心的观察发现，龙马溪组页岩孔隙和微裂缝发育活跃。分析认为，焦石坝地区龙马溪组－五峰组地层共发育三种类型孔隙（有机孔、粘土矿物孔、脆性矿物孔），一般以有机质、粘土矿物孔为主。其中：有机质孔主要发育在富有机质页岩层段，孔隙直径介于5～200nm；粘土矿物层间孔连通性好，孔隙直径介于100～1 200nm。裂缝类型主要包含微观裂缝和宏观裂缝两大类。其中：微观裂缝包含矿物或有机质内部裂缝以及矿物或有机质颗粒边缘缝等，微观裂缝宽度最小为几纳米，最大达到几百纳米；宏观裂缝除普遍发育层理缝外，还发育垂直缝和层间页理缝，裂缝宽度在5mm左右，多为方解石、黄铁矿充填。

2.4 岩矿特征

焦石坝地区不同沉积亚相类型的页岩中矿物组成不同，龙马溪组底部－五峰组的深水陆棚相页岩较其他层位的页岩具有更高的脆性矿物含量。深水陆棚相沉积中富含大量含硅质及碳酸盐矿物的生物（如笔石、硅藻、放射虫、海绵骨针等），这些生物的大量富集提供了生物成因的脆性矿物。岩石脆性越好，越容易形成天然裂缝和人工诱导缝，这些裂缝的存在可以有效地改善储层物性并提高压裂成功率。

对焦页1X井龙马溪组－五峰组井段（2 330.02～2 415.00m）的泥页岩储层进行X－衍射全岩分析后发现，泥页岩储层中泥页岩石英、碳酸岩（方解石、白云石）、长石等脆性矿物的含量越高，脆度越大。其中，石英含量为26%～80%，斜长石含量为6%～33%，粘土矿物为10%～63%，铁白云石含量为3%～32%，黄铁矿为1%～13%，方解石含量为2%～10%（图3）。

图3 焦页1X井2330.02m－2415.00mX－衍射全岩分析（平均含量）

2.5 成藏演化特征

构造稳定并持续沉积是焦石坝地区下古生界页岩气藏形成的关键。埋藏史图（图4）显示，焦石坝地区自古生代以来页岩经历了3期抬升和3期沉降。其中：第1期沉降为加里东运动时期的奥陶系、志留系的连续沉降，沉降时间不长，埋深不大；第2期沉降为印支－海西运动时期上石炭统短暂沉降，沉降期非常短暂，埋深很浅；第3期沉降为印支－海西运动晚期及燕山运动时期的早二叠系晚期－早白垩系晚期的稳定沉降，沉降时间长，埋深大，过成熟。第1期抬升为加里东运动末期，扬子板块抬升遭受剥蚀，缺失早泥盆系－早石炭系地层，第2期抬升为海西运动时期晚石炭系－早二叠系，川东南地区整体抬升，遭受剥蚀，缺失石炭系中统地层，第3次抬升是燕山运动晚期和喜山运动时期晚白垩系之后，造成地层抬升剥蚀，发生挤压变形，形成复杂的褶皱和断裂组合，地层整体抬升了近4 000m，上覆地层厚超过2 000m，同时该时期也是油气形成并聚集成藏的阶段。从图4上可以看出，海西期－早印支期开始生烃，印支中期－早燕山期达到生烃高峰，早白垩世末达到最大生烃阶段。

图4 焦石坝地区沉积埋藏史

2.6 气藏特征

统计多口井的地层温度与压力测试数据，得知焦石坝地区地层温度梯度约2.7℃／100m，属于正常地温梯度，地层压力系数为1.5左右，气藏属于高压气藏。其中，离断层较远构造高部位地区相对高压，东部断层附近，不在构造高部位地区相对低压。

3 结论

1）焦石坝地区龙马溪组－五峰组页岩气层段沉积相、岩性、厚度横向展布稳定。

2）焦石坝地区页岩有利层段集中在龙马溪组底部－五峰组，厚度为80～110m，其中最底部35～45m页岩为最优质页岩层段。

3）有机质是影响页岩生气能力和储集能力的重要因素，有利于页岩气的形成和吸附，同时还有利于孔隙的形成。

4）燕山晚期－喜山时期的构造运动发生的挤压变形，形成复杂褶皱和断裂组合，对页岩气的聚集成藏影响较大。

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