中国西南镇雄-赫章地区筇竹寺组高演化页岩气勘探方向

王鹏万, 张　磊, 邹　辰,宋海强,陈子炓,王高成, 李君军, 李庆飞

(1.中国石油 杭州地质研究院，杭州 310023；2.中国石油 浙江油田公司，杭州 310023；

3.陕西延长石油国际勘探开发工程有限公司，西安 710075)

中国西南镇雄-赫章地区筇竹寺组高演化页岩气勘探方向

王鹏万1, 张磊2, 邹辰2,宋海强3,陈子炓1,王高成2, 李君军2, 李庆飞2

(1.中国石油 杭州地质研究院，杭州 310023；2.中国石油 浙江油田公司，杭州 310023；

3.陕西延长石油国际勘探开发工程有限公司，西安 710075)

[摘要]勘探实践表明中国西南的镇雄-赫章地区下寒武统筇竹寺组页岩气成藏条件优越，受强改造与高演化制约，筇竹寺组页岩气勘探尚未获得突破。为寻找热演化程度相对较低的有利保存区，基于钻井、露头、地震资料，通过编制关键期次岩相古地理图及古地质图，结合各沉积-剥蚀分区典型埋藏史分析，精细刻画镇雄-赫章地区沉积-剥蚀分区特征。结果表明：镇雄-赫章地区发育加里东期-海西期古隆起，控制二叠纪前沉积充填过程，沉积-剥蚀差异性明显。其中Ⅰ区及Ⅱ区缺失层系较多，且热演化间断时间长，热演化程度相对较低，为筇竹寺组页岩气有利勘探区。古隆起及周缘地区为海相高演化页岩气勘探的有利指向。

[关键词]镇雄-赫章地区;高演化;筇竹寺组;页岩气;勘探方向

Exploration direction of highly mature shale gas from Qiongzhusi

Formation in Zhenxiong-Hezhang area of Southwest China

WANG Peng-wan1, ZHANG Lei2, ZOU Chen2, SONG Hai-qiang3, CHEN Zi-liao1

WANG Gao-cheng2， LI Jun-jun2, LI Qing-fei2

经过近5年的探索，中国石化率先在四川盆地东南缘焦石坝下志留统龙马溪组取得页岩气勘探重大突破，探明首个大型整装页岩气田[1-3]；中国石油和延长石油相继在四川盆地及周缘的长宁、威远、昭通以及鄂尔多斯盆地延长等地取得突破。2014年中国页岩气产量约为1.3×109m3，2015年有望达到6.5×109m3的规划目标[4]。中国南方海相发育下寒武统筇竹寺组及上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组2套优质烃源岩，是页岩气勘探主要目的层系[5,6]。在储层特征、成藏与富集规律、资源评价方法及选区与勘探评价等方面取得了诸多进展[7-12]。筇竹寺组相对龙马溪组，热演化程度更高。就勘探成效而言，中国南方海相页岩气产能建设主要针对龙马溪组[3]，而四川盆地周缘地区筇竹寺组受限于热演化程度过高及保存条件相对变差等因素制约，页岩气勘探尚未取得重大突破。

中国南方海相钻遇筇竹寺组页岩气评价井十余口，主要分布在川中古隆起、黔中古隆起及江南雪峰古隆起及其周缘。仅四川盆地内钻探的金石1井、威5井及威201井筇竹寺组获得工业气流[13,14]，却极大增强了在四川盆地周缘地区取得筇竹寺组页岩气勘探突破的信心[15]。勘探实践表明古隆起控制常规与非常规油气聚集成藏。中国南方强改造与高演化区发育的古隆起及周缘地区缺失层系较多、热演化间断时间长且演化程度相对较低，是高演化筇竹寺组页岩气勘探有利指向。本文针对云贵川三省交界处的镇雄-赫章地区筇竹寺组高演化特征，以古隆起区沉积-剥蚀演化为主线，优选缺失层系相对较多即热演化程度相对较低的古隆起及周缘有利勘探区，为后期有利钻探靶区综合评价提供地质依据。

1地质条件

1.1　地质概况

镇雄-赫章地区属于昭通页岩气示范区南部，地处四川、云南及贵川三省交界处，大地构造位置属于上扬子陆块西南缘滇黔北拗陷[16,17]，由西向东可划分为：彝良向斜带、盐源背斜带、花妮向斜带、芒部背斜带及六曲河向斜带5个次级构造带(图1)，勘探面积约8 000 km2，总体表现为隔槽式变形特点[17]。芒部背斜及盐源背斜核部A井及B井实钻表明，镇雄-赫章地区背斜带筇竹寺组下部含气量平均为1.0 m3/t；预测向斜槽部及保存条件相对较好的区域含气量会更高，筇竹寺组页岩气勘探潜力较大。

1.2　页岩气基本地质条件

镇雄-赫章地区筇竹寺组含气页岩分布稳定，且向斜页岩埋深适中。暗色泥页岩厚度平面上从西到东、由北至南总体具有薄-厚-薄的变化趋势，厚度一般为100~200 m，其沉积厚度中心在A井-芒1井区(图1)。筇竹寺组由西至东有机碳含量增加，YQ2井-赫章一线以东地区筇竹寺组下段有机碳的质量分数(w)整体为2%~3%，大湾-毕节一线以东地区有机碳的质量分数为3%~4%(图1)；干酪根显微组分主要为腐泥无定形和腐殖无定形，其干酪根碳同位素值δ13C为-34.7‰～-27.6‰，主要为Ⅰ型和Ⅱ1型；A井、B井及镇雄盐源剖面筇竹寺组14个样品折算的镜质体反射率(Ro)为2.25%~3.96%，热演化程度差异较大，平均值为3.32%，均处于过成熟阶段。筇竹寺组矿物组成以脆性矿物及黏土矿物为主，脆性较高，与北美Barnett页岩相似，利于后期储层压裂改造(图2)。

图1　镇雄-赫章地区构造区划图Fig.1　Division of tectonic units and isopach of the Qiongzhusi Formation shale in the Zhenxiong-Hezhang area

图2　镇雄-赫章地区筇竹寺组矿物含量三角图Fig.2　Triangular diagram chart of the mineral content in the Zhenxiong-Hezhang area

综上所述，镇雄-赫章地区筇竹寺组除热演化程度差异较大外，页岩气其他基本地质条件良好且差异较小，故寻找热演化程度相对较低区块是该区筇竹寺组选区评价方向。

2加里东-海西期古隆起沉积-剥蚀分区

2.1　古隆起控制沉积充填过程

关键期次岩相古地理图的修编证实，镇雄-赫章地区发育加里东-海西期古隆起，控制该区二叠纪前的沉积充填-剥蚀过程。

2.1.1加里东期古隆起形成与演化

早寒武世早期在大规模海侵背景下，镇雄-赫章地区为相对缺氧、静水的深水陆棚环境(图3-A)，筇竹寺组下段主要为一套暗色泥页岩及深灰色粉砂质泥岩等[16-18]，向上颜色变浅，灰质、砂质含量增加[19]；中晚寒武世，随着碳酸盐岩台地范围不断扩大，镇雄-赫章地区主体转化为局限-开阔台地碳酸盐岩建造。

早奥陶世早期，镇雄-赫章地区继承寒武纪末沉积格局；至中奥陶世，随着扬子与华夏陆块间汇聚作用增强，华夏西北缘与扬子东南缘、西南缘发生了广泛的褶皱造山活动，即加里东期都匀运动[20]。在南北双向挤压力作用下，黔中隆起形成，与黔北拗陷北侧川中隆起相呼应。晚奥陶世，黔中隆起向北扩展至彝良-C井-芒1井一线，往北紧邻沉积一套五峰组黑色泥页岩，镇雄-赫章地区则缺失五峰组。

早志留世早期，海水由北东向南西方向侵入，黔中隆起范围退缩到B井-芒1井一线以南，镇雄-赫章大部分地区缺失龙马溪组黑色页岩沉积(图3-B)。中晚志留世，海水逐渐向西、西北方向退出，黔中隆起持续往南发展，B井-芒1井一线以南大部分缺失中下志留统，B井-芒1井一线以北地区接受中晚志留世沉积。志留纪末广西运动，使黔中隆起成为上扬子古隆起一部分。

2.1.2海西期古隆起形成与演化

泥盆纪-中三叠世，滇黔北地区大致经历了泥盆纪-早石炭世“北挤南张”、晚石炭世-早二叠世“南消北裂”及晚二叠世-中三叠世“南碰北张”3个构造演化阶段[21]。自泥盆纪开始，南盘江-右江地区沿NW向断裂发生裂陷，尔后海侵至赫章-B井-彝良一线。其西侧接受陆棚相及前滨-近滨相碎屑岩沉积；而东侧则为上扬子隆起一部分，缺失下泥盆统相关层系，并持续剥蚀该地区先前中晚志留世沉积的相关地层(图3-C)。

图3　镇雄-赫章及周缘关键期次岩相古地理图Fig.3　The lithofacies-palaeogeographic map of the key stages in the Zhenxiong-Hezhang area and its adjacent areas(A)早寒武世早期; (B)早志留世早期; (C)早泥盆世晚期; (D)早泥盆世晚期

早泥盆世末-晚泥盆世晚期，昭通-六盘水一带由碎屑岩沉积转化为局限-开阔台地相的碳酸盐岩沉积。早石炭世，滇黔北地区基本继承泥盆纪沉积格局；至早石炭世中晚期，海西期上扬子古隆起边界在赫章-B井-彝良一线呈东西向摆动(图3-D)。晚石炭世中晚期，海侵至毕节-镇雄-彝良一线以南地区，堆积一套局限-开阔台地相碳酸盐岩建造，而A井-B井区缺失相关地层。

早二叠世，华南总体处在拉张、裂陷环境，晚古生代的最大海泛期淹没了整个华南地区[22]，形成统一的扬子克拉通盆地。至中二叠世，镇雄-赫章地区海西期古隆起消亡。晚二叠世-中三叠世，镇雄-赫章地区处于上扬子克拉通盆地，沉积一套潮坪-局限台地相的碳酸盐岩。

2.1.3晚三叠世-现今演化过程

镇雄-赫章地区晚三叠世以来，经历陆内改造变形过程，主要分为4个阶段：印支期(T3-J2)陆内与陆缘前陆交互相盆地发育世代；早燕山期(J3-K1)陆内断陷与陆缘裂陷陆相盆地发育世代；晚燕山-早喜马拉雅期(K2-E)陆内走滑拉分与陆缘走滑伸展陆相盆地发育世代；晚喜马拉雅期(N-Q)陆内走滑隆升断陷与陆缘拗陷陆相盆地发育世代[21]。二叠纪后，镇雄-赫章地区沉积-埋藏演化过程趋同；而二叠纪前沉积分异明显，即加里东期-海西期古隆起控制了该区前二叠纪地层沉积及剥蚀过程，其演化导致了筇竹寺组沉积-埋藏史的差异性。

2.2　古隆起及周缘沉积-剥蚀分区明显

2.2.1古地质图证据

通过叠加镇雄-赫章及周缘震旦纪-石炭纪各期沉积的最大范围，编制该区前泥盆纪、前石炭纪及前二叠纪古地质图(图4、图5、图6)。加里东期-海西期古隆起持续控制镇雄-赫章地区地层沉积与剥蚀，地层分布分区差异明显，其中黔中古隆起西北缘缺失层系较多，持续处于埋藏相对较浅部位。

前泥盆纪，受加里东期黔中古隆起控制，芒1井-B井一线以南为中下奥陶统，缺失志留系(图4)；前石炭纪，赫章-B井-盐津一线以西发育泥盆系，其东侧继承志留纪沉积格局(图5)；海西期上扬子古隆起导致镇雄-赫章地区沉积分异明显：盐津-B井-镇雄-毕节一线以南地区，沉积石炭系。B井-芒1井一线与B井-镇雄-毕节一线所夹持的东西向条带残存中下奥陶统。B井-芒1井一线以北沉积的志留系则持续剥蚀(图6)。

图4　镇雄-赫章及周缘前泥盆纪古地质图Fig.4　The palaeogeologic map of the Pre-Devonian in the Zhenxiong-Hezhang area and its adjacent areas

图5镇雄-赫章及周缘前石炭纪古地质图Fig.5　The palaeogeologic map of the Pre-Carboniferous in the Zhenxiong-Hezhang area and its adjacent areas

图6　镇雄-赫章及周缘前二叠纪古地质图Fig.6　The palaeogeologic map of the Pre-Permian in the Zhenxiong-Hezhang area and its adjacent areas

通过古地质图分析，明确各期地层大致分布范围，即各期地层沉积或剥蚀缺失线的大致位置。明确黔中古隆起的西北缘，即A井-B井-赫章-毕节一线所圈定的区域，其筇竹寺组上覆前二叠纪地层相对较少，埋深相对较浅。

2.2.2地震资料证据

二维地震剖面证实镇雄-赫章地区地层分区明显，如DQB2012-114测线解释剖面所示(图7)，由北至南可划分为5个沉积-剥蚀区，分别为D-C缺失区、O-S-D-C缺失区、D-C缺失区、S-D-C缺失区及S-D-C缺失区。通过二维地震剖面解释，摸清了相关地层发育及展布范围，大致厘定相关地层尖灭位置，为精细刻画镇雄-赫章地区沉积-剥蚀分区的界线提供相关依据。

图7　镇雄-赫章地区DQB2012-114测线地震剖面Fig.7　The seismic profile of Line DQB2012-114 in the Zhenxiong-Hezhang area

2.3　加里东-海西期古隆起沉积-剥蚀分区刻画

在岩相古地理图及古地质图基础上，结合露头、钻井、地震资料，精细刻画镇雄-赫章地区奥陶系、志留系、泥盆系及石炭系沉积或剥蚀缺失线，厘定区域上缺失层系的分布规律。镇雄-赫章地区可分为6个沉积-剥蚀区(图8)：Ⅰ区.O3-S-D-C缺失区、Ⅱ区.O2(剥蚀)-O3-S-D-C1缺失区、Ⅲ区.S2+3(剥蚀)-D-C缺失区、Ⅳ区.O3-S缺失区、Ⅴ区.O3-S1缺失区、Ⅵ区.O-S-D-C1缺失区。

图8　镇雄-赫章地区沉积-剥蚀分区图Fig.8　The deposition and immersion of the Zhenxiong-Hezhang area

由志留系沉积缺失线(黄色)、泥盆系沉积缺失线(棕色)及石炭系沉积缺失线(绿色)圈定的Ⅰ区中，洗白及法丈沟露头点均为二叠系梁山组与下伏奥陶系不整合接触，证实缺失O3-S-D-C相关层系(图8)；由泥盆系沉积缺失线、石炭系沉积缺失线及奥陶系剥蚀缺失线(青色)圈定的Ⅱ区中，海子坝、野角、大桥、奢威等露头点均为石炭系黄龙组与下伏下奥陶统大箐组或红花园组不整合接触，证实确实缺失O2(剥蚀)-O3-S-D-C1相关层系(图8)。

镇雄-赫章地区沉积-剥蚀分区图展示加里东期-海西期古隆起对该区地层的差异控制，整体上靠近黔中古隆起西北缘，即Ⅰ区与Ⅱ区相对缺失层系较多(图8)。

3筇竹寺组有利勘探区优选

镇雄-赫章地区筇竹寺组现今均处于过成熟演化阶段，Ⅰ区—Ⅴ区的埋藏史图表明：二叠纪后整体表现为快速深埋、白垩纪开始快速抬升的特征基本一致，而前二叠纪沉积埋藏史差异较大(图9)。

图9　镇雄-赫章地区分区埋藏史图Fig.9　The buried history of the visions in the Zhenxiong-Hezhang area

Ⅰ区以镇雄以古镇为例，寒武纪-中奥陶世表现为缓慢埋藏，中奥陶世至石炭纪末则快速抬升，热演化间断时间长达200 Ma；Ⅱ区以赫章古基镇为例，寒武纪-中奥陶世表现持续埋藏，至晚石炭世持续抬升剥蚀，热演化间断时间长达150 Ma；Ⅲ区以大湾镇为例，寒武纪-泥盆纪表现持续快速埋藏，至晚石炭世持续抬升剥蚀，热演化间断时间长达100 Ma；而Ⅳ区与Ⅴ区前二叠纪表现为持续埋藏，相对Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区热演化程度较高(图9)。镇雄-赫章地区古隆起及周缘的Ⅰ区、Ⅱ区二叠纪前表现为早期持续抬升，地层缺失相对较多，热演化时间间断长，其热演化程度相对Ⅲ区、Ⅳ区及Ⅴ区而言相对较低，且与发育优质页岩范围重合(图1)。故由Ⅰ区及Ⅱ区边界与向斜边界所围限的区块(图8中黄色区域)，为镇雄-赫章地区筇竹寺组页岩气勘探的有利区。后期可结合保存及地表施工条件等指标，综合评价优选有利钻探靶区。

4结 论

a.钻探证实镇雄-赫章地区筇竹寺组页岩气成藏条件优越，寻找热演化程度相对较低的有效保存区块是该区筇竹寺组勘探的核心问题。

b.镇雄-赫章地区发育加里东-海西期古隆起，控制该区沉积-埋藏史，沉积-剥蚀分区明显。古隆起及周缘地区的Ⅰ区及Ⅱ区缺失层系多、热演化间断时间长、处于埋藏相对较浅部位，为筇竹寺组页岩气有利勘探区。

c.结合保存及地表施工条件等评价因素，可在Ⅰ区及Ⅱ区中的向斜部位优选有利钻探靶区，推动该区筇竹寺组页岩气勘探突破。

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[第一作者] 周立宏(1968-),男,博士,教授级高级工程师,从事油气勘探开发科研与管理工作, E-mail：zhoulh@petrochina.com.cn。

1.HangzhouInstituteofPetroleumGeology,PetroChinaExplorationandDevelopmentResearchInstitute,

Hangzhou310023,China；

2.PetroChinaZhejiangOilfieldCompany,Hangzhou310023,China;

3.ShaanxiYanchangPetroleumInternationalExplorationandDevelopmentEngineeringCo.,Ltd.,

Xi’an710075,China

Abstract:The exploration practice shows that the shale gas accumulation condition of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Zhenxiong-Hezhang area is superior. Being limited in the strong transformation and high maturity, the shale gas exploration in Qiongzhusi Formation has not been won a breakthrough. In order to search out the favorable preservation areas with relatively low thermal evolution degree, based on the drilling, outcrop and seismic data, through plotting the lithofacies-paleogeographic map and ancient geological map of the key periods, and combined with the analysis of the typical buried history of every deposition-denudation division, this paper describes the characteristics of the sedimentary-denudation divisions in the Zhenxiong-Hezhang area. The results show that there develops the Caledonian-Hercynian ancient uplift in this area, which controls the sedimentary process before Permian and that the deposition-denudation difference is obvious. In District Ⅰ and District Ⅱ, there is lack of more strata, the thermal evolution intermittent time is long, and the Permian thermal evolution degree is relatively low, so District Ⅰ and District Ⅱ are the favorable exploration areas of the shale gas in Qiongzhusi Formation. The ancient uplift and peripheral regions are the favorable targets for the explorating the highly mature shale gas.

Key words:Zhenxiong-Hezhang area; high maturity; Qiongzhusi Formation; shale gas; exploration direction

[收稿日期]2014-03-27。

[文章编号]1671-9727(2015)05-0539-07

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2015.05.04

[文献标志码][分类号] TE132.2 A