盆缘山地高陡地层冲断带页岩气地质特征浅析

李 平，赵卫军，程礼军，李金玉

(1.国投重庆页岩气开发利用有限公司，重庆 400043;2.重庆地质矿产研究院页岩气所，重庆 400042)

Li Ping1，Zhao Weijun1，Cheng Lijun2，Li Jinyu1

(1.SDIC Chongqing Shale Gas Development and Utilization Co.，Ltd.，Chongqing 400043，China;2.Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources of Shale Gas，Chongqing 400042，China)

页岩气为存储于泥页岩中的天然气。烃类物质来源为有机质热演化及生物成因，气体组分以甲烷为主，具有自生、自储、自保的特点［1－4］。页岩气分布广泛，一般认为泥岩或页岩有机碳含量(TOC)大于2%、镜质组反射率 (Ro)大于0.4%时，就具备形成有工业价值页岩气藏的基础条件。页岩气由吸附气和游离气组成，其中吸附气约占总气量的20%～80%。页岩气储层致密，孔隙度一般为4%～6%，渗透率小于0.001mD。

目前页岩气研究主要针对地貌平、地层较缓、断裂少的页岩地层［5－10］，而对城口区块这类位于盆缘、地层角度大、地貌以中高山为主、断裂较发育地区的页岩气较少涉及，对此问题，以地表露头、地质和地球化学资料为基础，分析了城口地区页岩气地质特征，为盆缘地区页岩气研究提供借鉴。

1 地理地质概况

1.1 地理位置

勘查区位于重庆市东北边缘、沿巴山镇—城口县—高观镇一带展布，东北与陕西省接壤;南与重庆市沿河乡—庙坝镇—明中乡相邻 (图1)。

图1 勘查区地理位置图Fig.1 Location of survey area

1.2 地表地貌

勘查区以低山河谷、中山等地貌为主，山脉呈北西—南东方向排列。区内山岭多，间夹河谷，河流多呈低弯度蛇曲状，下切作用强烈，形成的河谷狭窄，谷坡陡峻。全县地貌明显形成四级夷平面，由北而南层层下降，从南西至北东，岭谷相间，相对高差大，层状地貌明显。

1.3 地层展布

勘查区及周缘地区主要发育南华系、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系、第四系，缺失泥盆系、石炭系、侏罗系、白垩系、古近系。区内均为沉积岩地层，地层层序清楚，接触关系明显，层位比较稳定。

勘查区内主要发育下寒武统水井沱组、上奥陶统五峰组、下志留统龙马溪组3套灰黑色碳质页岩。此次研究主要目的层水井沱组，该组页岩厚度为300～400m，城口高望以南地区为黑色页岩发育中心，页岩总体呈北东—南西向展布，稳定且连续分布。

1.4 构造特征

勘查区位于四川中生代前陆盆地和扬子陆块南部被动边缘褶皱带结合部位，经历多期构造运动，形成东西向密集、大体平行、不对称的背斜、向斜构造带。构造线呈北西向延展，伴随褶皱的一系列斜冲断层多发育在背斜轴部，由北东向南西斜冲，常切割褶皱使背斜轴部遭受破坏。受区域构造影响，岩层中常见小型断层和褶皱，大角度倾斜岩层 (大于60°)野外常见。主要发育城巴断裂、乌坪断裂两条大断裂及城口—高燕复式向斜、旗杆山向斜两个向斜 (图2)。构造由一系列北西向紧密线形复式褶皱及斜冲断层组成，构成叠瓦状逆掩推覆构造。向斜形态相对完整，背斜普遍遭受断层破坏。平面上，由城巴断裂带往北东褶皱强度和密度均由强变弱、由密集变稀疏。剖面上，褶皱强度越近地表越强烈，野外常见60°～70°的大倾角地层。断层走向与地层走向基本一致，断层两侧片理化现象普遍。

图2 勘查区构造纲要图Fig.2 Structural outline of survey area

1.5 沉积特点

下寒武统水井沱组为深水陆棚相沉积，处于静水强还原环境，有利于有机质的保存，能够形成富含有机质泥页岩，岩石颜色通常为深灰—黑色，有机质含量普遍较高。

2 主要目的层页岩平面分布

勘查区受城巴断裂带的控制，构造比较复杂，地层埋深变化较大，底界埋深主要有以下特征:埋深 (0～3250m)整体由北向南逐渐加大;埋深受构造控制明显，向斜区埋深较大，断层下降盘埋深变大。剥蚀区分布在勘查区的北部，约占总面积的45%，勘查区有效勘探面积约为580km2。

3 主力页岩地球化学特点

3.1 有机质丰度

98个页岩样品的有机碳含量分析测试表明，94%的样品实测TOC为1.0%～8.0%，67%的样品实测TOC大于2.0%，TOC平均为3.11%，属于好的烃源岩。

平面上，勘查区由西北向东南有机碳含量逐渐降低，中部 (城口垃圾填埋场剖面)实测TOC为5.5%，西南部 (城口高望剖面)实测TOC为3.28%。勘查区内整体有机质丰度较高，TOC均大于2.0%(图3)。

图3 下寒武统水井沱组页岩TOC等值线图Fig.3 Isogram of TOC of shale in Shuijingtuo Formation，Lower Cambrian

3.2 有机质类型

有机质类型决定了烃源岩生油气能力大小和烃类产物组成;因此，页岩有机质类型对页岩气有利勘探区选择和资源预测十分重要。干酪根碳同位素能够反映原始生烃母质的特征，次生同位素分馏效应不会严重掩盖原始生烃物质的同位素印记，是划分高—过成熟烃源岩有机质类型的有效指标，由此选择用干酪根碳同位素确定有机质类型。

水井沱组页岩干酪根 δ13C(PDB)值为－30.6‰～－36.1‰，平均为－33.6‰，所有样品值均小于－30‰;因此，有机质类型为Ⅰ型，是以海洋菌藻类为主的生源组合。

3.3 有机质成熟度

29个样品分析测试表明，水井沱组页岩有机质演化程度总体较高，Ro一般为1.27%～3.87%，平均为2.81%。测试样品中Ro为1.0%～2.0%的占10%、2.0%～3.0%的占40%、大于3.0%的占50%。有机质基本上处于高成熟、过成熟阶段。平面上，北部 (城口巴山镇大枞树剖面、城口太平剖面)、中部 (城口垃圾填埋场剖面)和东南部(城口高望剖面)Ro实测值均大于3.0%，由北向南热演化程度增加 (图4)。

图4 下寒武统水井沱组页岩成熟度Ro等值线图Fig.4 Isogram of maturity in Shuijingtuo Formation，Lower Cambrian

4 主力页岩储层特征

4.1 页岩矿物组成

根据水井沱组44个页岩全岩分析及黏土矿物X射线衍射结果显示(表1):黑色页岩主要组成矿物为石英(25%～96%，平均为61.9%)、黏土矿物(1%～41%，平均为18.6%)、碳酸盐岩矿物(1%～35%，平均为 9.2%)、长石(1%～24%，平均为7.9%)、黄铁矿(1%～39%，平均为2.5%)等。

表1 水井沱组黑色页岩岩矿组成表Table 1 Black shale gas rocks and minerals in Shuijingtuo Formation

4.2 页岩孔渗特征

14个页岩样品测试表明，页岩有效孔隙度为1.2%～6.0%，平均为3.4%;从全部样品的分布上看，孔隙度小于2.0%的占28.6%、2.0%～6.0%的占全部样品的71.4%;总孔体积 (BJH)为0.0017～0.01645mL/g，平均为0.00839mL/g。

14个页岩样品测试显示，页岩渗透率主要分布于0.0032～0.0686mD，平均为0.0133mD。样品中渗透率小于0.01mD的占64.2%，分布于0.01～0.02mD的占28.6%，没有大于0.1mD的样品。

4.3 孔隙及裂缝特征

野外露头表明，勘查区内页岩天然裂缝十分发育，主要包括天然张开缝、风化的页岩破碎带、X剪节理、沉积间断不整合面和方解石脉充填的早期挤压缝等。邻区钻井页岩岩心中也发现高角度微裂缝;电子显微特征显示，本区页岩中存在大量的微小孔洞和裂缝，呈蜂窝状分布，孔隙直径一般为0.1～0.8μm。

5 页岩含气性及保存条件

5.1 页岩含气性

CT1井现场页岩岩心放入常温水中普遍产生大量气泡，现场解吸实验初步显示，页岩含气效果良好，在目的层最高见到了3.8m3/t的现场解吸气量。

5.2 保存条件

勘查区发育3套区域盖层，即中—下三叠统泥岩和膏盐 (厚度不超过800m)、志留系泥岩(厚 300～2000m)和上寒武统泥岩 (厚 150～300m)。不同区域盖层保存程度不同，导致保存条件存在较大差异。

6 有利区选择

目的层水井沱组页岩主要分布在勘查区的南部，厚度普遍为300～400m;埋深较为适中 (0～3250m);有机质丰度高，有机质类型以Ⅰ型为主;热演化处于高成熟—过成熟阶段。页岩储层孔渗较低，但脆性矿物含量高，裂缝发育，利于后期压裂改造。结合城浅1井和城探1井含气量，预测了页岩气有利勘探区 (图5)。

图5 勘查区下寒武统水井沱组页岩气有利勘探区图Fig.5 Favorable shale gas exploration areas in Shuijingtuo Formation，Lower Cambrian

7 结束语

(1)勘查区基本属于常规油气勘探空白区，区域勘探程度较低，但具有一定页岩气勘探潜力。

(2)城口页岩气受构造运动影响较大，断裂(裂缝及节理)发育区含气性仍然很好。

(3)山地地貌有利区预测要考虑是否具备开发条件。且本次实验分析样品数量较多，但基本都是地表样品，缺乏地下新鲜岩样，严重影响实际分析效果，也给更深层次的研究带来一定的难度。盆缘页岩气仍需要进一步探索

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