从“来地1井”岩心看来凤早志留世沉积环境

邱艳生, 杨 星, 魏 巍, 王 登, 杨青雄,李 博, 张 新, 肖朝晖, 胡正祥,

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.湖北省页岩气开发有限公司,湖北 武汉 430071; 3.中国华电集团 清洁能源有限公司,北京 100035)

从“来地1井”岩心看来凤早志留世沉积环境

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.湖北省页岩气开发有限公司,湖北 武汉 430071; 3.中国华电集团 清洁能源有限公司,北京 100035)

湖北省来凤咸丰页岩气勘查区块“来地1井”为页岩气参数井,开孔层位为第四纪砂砾层,往下依次为早志留世罗惹坪组灰绿色泥岩、粉砂质泥岩,新滩组灰白色(粉)细砂岩、深灰色含粉砂泥岩,早志留世龙马溪组上部灰黑色页岩夹少量粉砂岩、下部黑色含碳硅质岩、炭质页岩,晚奥陶世宝塔组灰绿色中厚层瘤状灰岩。从岩心录井入手,判断其沉积环境自下而上为浅水陆棚、滞留盆地、深水陆棚至浅水陆棚;早志留世时龙马溪组页岩气形成于华南扬子陆表海滞留盆地。

来地1井;页岩气;岩心录井;龙马溪组;沉积环境

页岩气是一种非常规天然气,赋存于富有机质泥页岩及其夹层中,以吸附和游离状态为主要存在方式,溶解气很少。其成分以甲烷为主,是一种清洁、高效的能源,具有典型的“自生自储”特点。在保护环境的前提下,勘探、开发页岩气有利于大力缓解能源压力,减少二氧化碳排放,因此受到世界各国的高度重视[1-8]。2012年,国土资源部组织完成了全国页岩气资源潜力评价。其中,湖北省地质资源量估算为9.48×1012m3[8],显示了巨大的资源潜力。

湖北来凤咸丰页岩气勘查区块是中国华电集团与湖北省地质调查院合作、在国土资源部第二轮页岩气探矿权出让中中标的区块之一。其中“来地1井”是其合作在湖北省布下的第一口页岩气参数井。

“来地1井”位于湖北省恩施土家族苗族自治州来凤县大河镇两河口村。该区缺乏钻探资料,根据野外地质调查与二维地震资料,设计井深955 m,钻进至上奥陶统宝塔组20 m后完钻。自2014年6月5日开钻至7月27日完钻,历时53 d,井深970.17 m(后来加深50 m)。2014年7月20日,在钻进至900 m左右志留系龙马溪组灰黑色页岩时成功见气,中国地质大学(北京)解吸团队现场解吸含气量可观,井口收集到的页岩气到远离井口的办公室旁边点火成功。这一成果代表湖北省页岩气勘查开发取得重要突破。

笔者根据岩心录井,分析来凤早志留世岩相,恢复其沉积环境,以期作为今后湖北省页岩气勘探开发的参考。

1 区域地质背景

本区大地构造属扬子板块中部,属鄂湘西褶冲带一部分。根据褶皱组合样式可进一步划分为宜都—鹤峰复背斜带、花果坪复向斜带、中央复背斜带、利川复向斜带等次级构造单元,其中区块主要跨及宜都—鹤峰复背斜带、花果坪复向斜带等两个构造带[9]。

咸丰断裂带呈北东向斜贯来凤咸丰页岩气区块西北部,北东向展布的一背(咸丰背斜)一向(两河口向斜)褶皱奠定了本区基本构造格局(图1)。“来地1井”正好位于两河口向斜北部扬起端的轴部,该处对页岩气的保存非常有利。

两河口向斜沿来凤咸丰页岩气区块东南部来凤县国营林场、两河口、杉木塘一线呈北东向展布,轴向20°～30°,南西端延出区外,北东端扬起,区内长约9 km,宽3～8 km。核部由二叠系梁山组、栖霞组及茅口组组成,两翼分别由泥盆系、志留系和奥陶系组成。北西翼产状110°～130°∠17°～40°,南东翼产状290°～330°∠10°～25°。该向斜为斜歪中等褶皱。

图1 来凤咸丰页岩气区块构造纲要图Fig.1 The structural outline map of Laifeng-Xianfeng shale gas block

本井位于两河口向斜转折端,钻探中没有遇到断层,只是有一些小的节理和裂隙。

2 地层

地层采用《湖北省岩石地层》命名[10]。“来地1井”自上而下钻遇地层为第四系(砂砾层),志留系罗惹坪组、新滩组、龙马溪组,奥陶系宝塔组、庙坡组和牯牛潭组。

2.1 第四系(Q)

开孔层位为第四系,位于井段0～2.66 m,厚度为2.66 m。

上部主要为灰黄色粘土和砂砾,松散状,粘土级—砾石级均有,具有下粗上细的二元结构。其中,砾石约占40%,砂约占30%,粘土占30%。砾石呈灰黄色,成分以粘土岩为主,次为硅质岩,次圆状,分选较差,后者大小在5～65 mm不等。下部为下伏地层灰绿色泥岩的半风化产物。

纵向上自上而下,从松散粘土过渡到砂砾层、再到灰绿色泥岩半风化产物。其中,松散粘土厚度为0.39 m,砂砾层厚度为1.87 m,灰绿色泥岩半风化产物厚度为0.40 m。与下伏地层志留系罗惹坪组为不整合接触。

2.2 罗惹坪组(S1lr)

第四系松散砂砾层位于井段0～2.66 m,其下为志留系罗惹坪组,位于井段2.66～723.60 m,厚度为720.94 m。本组岩石自上而下可以大致划分为三段。

上段(2.66～180.66 m) 有灰绿色泥岩、灰绿色含粉砂泥岩、灰绿色粉砂质泥岩、浅灰绿色含粉砂泥岩、浅灰绿色粉砂质泥岩。含粉砂(粉砂质)泥岩岩石呈灰绿色或者浅灰绿色,成分以粘土矿物为主,粉砂含量次之,含粉砂(粉砂质)泥质结构,块状构造或者透镜状层理,发育脉状层理。粉砂含量少时呈团块状分散在粘土岩中,手摸以滑腻感为主,少有粗糙感,粉砂增多后呈条纹状分布于泥岩中,粗糙感增强。断口以贝壳状为主,少见粗糙状。伴随粉砂质增加,断口粗糙增强。裂缝不发育,局部见裂缝。如第34回次,见长30 cm左右、宽0.5～1 mm裂缝纵贯岩心;再如第70回次第5块下部发育裂缝,裂缝斜交轴线,长约12 cm,宽1 mm,充填方解石细脉。

中段(180.66～288.28 m) 为灰白色含泥质条带粉(细)砂岩与浅灰绿色粉砂质泥岩、灰色含粉砂(粉砂质)泥岩不等厚互层。细砂岩呈灰白色,以石英为主,粘土次之,具含泥细砂结构;夹浅灰绿色条纹状泥岩,条纹宽0.5～3 mm不等,略起伏。见脉状层理。局部发育裂缝。含粉砂(粉砂质)泥岩中粉砂含量在5%～35%,粉砂含量增多时可见透镜状层理,普遍发育脉状层理(照片1)。

照片1 粉砂质泥岩中的脉状层理Photo 1 Flaser bedding in silty mudstone

除255～260 m处有地下水溢流显示外(裂缝也发育),本段其他层位无油气水显示。

下段(288.28～723.60 m) 为绿灰色含粉砂(粉砂质)泥岩、绿灰色(含粉砂)泥岩、灰色(含粉砂)泥岩、黑灰色含粉砂条带泥岩,上部夹数米(327.73～333.80 m)灰白色含泥粉砂岩。含粉砂(粉砂质)泥岩呈绿灰色为主,粘土约占75%～95%,粉砂约占5%～25%。而含泥粉砂岩中粉砂约占80%,泥质约占20%。粉砂岩中发育裂缝,局部充填方解石。局部见水平层理,发育透镜状层理和脉状层理。未见明显油气水显示。

近底部(715.68～723.60 m)黑灰色含粉砂条带泥岩含较多笔石(照片2),具有一定的生气能力。

纵向上自上而下大致呈现出泥岩段、粉砂岩与泥岩互层段、泥岩段的变化,厚度各占25%、15%和60%。

与下伏地层志留系新滩组整合接触。

2.3 新滩组(S1x)

志留系罗惹坪组之下为志留系新滩组,位于井段723.60～898.16 m,厚度为174.56 m。

照片2 罗惹坪组近底部的笔石Photo 2 Graptolite near the bottom of the Luoreping Fm

本组岩石自上而下大致分为上部(粉)细砂岩段和下部(含粉砂)泥岩段。

上部(粉)细砂岩段(723.60～796.49 m) 为灰白色含泥质(条带)粉砂岩、灰白色(粉)细砂岩夹黑灰色(含粉砂)泥岩。(粉)细砂岩呈灰白色,石英约占73%～97%,泥质约占2%～25%,炭质2%～3%,方解石1%～2%,具含泥粉细砂结构,块状构造。纵贯岩心的裂缝最发育,长5～80 cm,宽0.5～1 mm,充填方解石。

下部(含粉砂)泥岩段(796.49～898.16 m) 为灰黑色含粉砂条带笔石泥岩、深灰色含粉砂条带泥岩。岩石以泥质为主,约占75%～90%,石英约占5%～25%,炭质约占5%。纵贯岩心的裂缝较发育。

本次钻探在新滩组发现有比较丰富的笔石和直角石,说明角石没有在奥陶纪绝灭,延续至早志留世早期。

现场解吸9个样品(1个砂岩8个泥岩),见砂岩和其下的泥岩有气显示,从几毫升至几十毫升不等。

纵向上自上而下大致呈现出(粉)砂岩夹泥岩段、泥岩段的变化,厚度各占42%和58%。

与下伏地层志留系龙马溪组整合接触。

2.4 龙马溪组(S1l)

志留系新滩组之下为志留系龙马溪组,位于井段898.16～949.10 m,厚度约为51 m。含丰富笔石与页岩气,25个现场解吸结果相当可观。

本组自上而下大致分为三段。

上段(898.16～913.31 m) 主要为灰黑色含碳粘土页岩。岩石以泥质为主,约占75%～95%,粉砂5%～20%,炭质约占3%～5%,含碳泥质结构,块状构造,风化后可以呈现页理。含黄铁矿条带,宽0.5～6 mm,单个黄铁矿颗粒大小可以达到2 mm×2 mm。见水平层理,纹层厚0.3～0.5 mm。笔石较丰富,顺层面分布,长10～53 mm,宽0.6～2 mm。钻进至901 m左右,发现龙马溪组黑色页岩岩心直冒页岩气(照片3),遂进行现场解吸。

照片3 龙马溪组黑色页岩岩心直冒页岩气Photo 3 Shale gas(white)puffing from the core(black)sample of the Longmaxi Fm

中段(913.31～919.30 m) 为深灰色块状泥质粉砂岩。岩石呈深灰色,粉砂为主,约占55%,泥质约占42%,炭质约占3%。见黄铁矿晶簇顺层分布,大小在0.3 mm×0.3 mm。

下段(919.30～949.10 m) 为灰黑色含碳粘土页岩、深灰色含粉砂粘土页岩、黑色含碳粘土页岩、黑色含碳硅质页岩与灰黑色含碳粘土页岩互层。笔石丰富,顺层面分布,长10～53 mm,宽1～2 mm。发育水平层理(照片4),纹层厚0.2～0.5 mm。见黄铁矿晶簇顺层分布,宽1～6 mm。见裂缝长约26～40 cm,宽0.6～0.8 mm,充填方解石。

附近的龙马溪组岩层中发现有遗迹化石觅食迹。

照片4 龙马溪组岩心上的水平层理(比例尺下方)与薄板状黄铁矿(比例尺左侧)Photo 4 Horizontal bedding and thin-layered pyrite in the core of the Longmaxi Fm

纵向上自上而下呈现出含碳粘土页岩、泥质粉砂岩、含碳粘土页岩(或含碳硅质页岩)的变化,厚度分别约为30%、12%和58%。

与下伏地层奥陶系宝塔组整合接触。

2.5 宝塔组(O3b)

志留系龙马溪组之下为奥陶系宝塔组,位于井段949.10～980.11 m,厚度约为31 m。

自上而下岩性为灰色薄层瘤状灰岩夹薄层泥岩、灰色中厚层含泥质条带瘤状灰岩、灰色中厚层瘤状灰岩。岩石呈灰色,成分以方解石为主,约占95%～98%,炭质2%。粘土岩层见黄铁矿晶簇顺层分布,大小0.2 mm×0.2 mm～0.5 mm×0.5 mm。910 m左右见1条裂缝纵贯岩心,长约90 cm,宽0.3 mm,未见充填。岩层中发育缝合线,为成岩过程中压溶作用造成。瘤状构造多见。产头足类化石,以发育大型角石为特征。总体属局限台地环境沉积。

纵向上自上而下几乎没有变化。与下伏地层庙坡组整合接触。

2.6 庙坡组(O2m)

奥陶系宝塔组之下为奥陶系庙坡组,位于井段980.11～985.21 m,厚度为5.10 m。

自上而下为浅灰绿色薄层含生屑灰质泥岩。本组主要含三叶虫、腕足类、头足类和牙形石等。

纵向上自上而下几乎没有变化。与下伏地层志留系牯牛潭组整合接触。

2.7 牯牛潭组(O2g)

奥陶系庙坡组之下为奥陶系牯牛潭组,位于井段985.21～1 020.17 m,厚度>34.96 m,未钻穿。自上而下为灰绿色中厚层含生物屑瘤状灰岩。产头足类、三叶虫及震旦角石等化石。

牯牛潭组岩心位于井段985.21～1 020.17 m(未钻穿),厚度>34.96 m,共一段。纵向上自上而下几乎没有变化。未钻穿本组。

3 沉积环境浅析

野外地质调查得知,龙马溪组下部主要岩性为黑色—灰黑色页岩、炭质页岩、硅质岩和硅质页岩。水平层理发育,近底部硅质(页)岩含丰富的次深水放射虫,含笔石Dicellograptus szechuanensis等。上部岩性为深灰色或灰黑色炭质页岩、含碳泥质粉砂岩。全组发育低能环境下的水平层理与缺氧还原沉积环境下的簇状黄铁矿或薄板状黄铁矿(照片4),富含深水浮游笔石。邻区宣恩龙马溪组岩层中发现有生物潜穴觅食迹,反映较深水的安静闭塞环境。重庆东部石柱龙马溪组厚度约百米,来凤咸丰附近龙马溪组平均厚度超过50 m。邻区鹤峰龙马溪组厚度约为25 m。根据本区岩性、颜色、结构、沉积构造和生物化石,结合邻区资料,推测龙马溪组沉积在川中隆起、上扬子北缘隆起、雪峰隆起和黔中隆起带所包围的、相对局限的深水陆棚滞留盆地环境(图2)[11],水体往西南变深。早志留世起,本区处于向上变浅的海退序列,处于浅水陆棚环境,只是有机碳往上逐渐下降,岩石生烃能力减小。

图2 上扬子地区早志留世早期古地理图[3](引自邓庆杰和胡明毅,2014,略改)Fig.2 Paleographic map of upper Yangtze region in early age of the early Silurian

4 结论

(1) “来地1井”为页岩气参数井,开孔层位为第四系,往下依次为早志留世罗惹坪组、新滩组、龙马溪组,晚奥陶世宝塔组。页岩气目的层位是龙马溪组黑色岩层。

(2) 从岩心录井判断其沉积环境自下而上为浅水陆棚碳酸盐开阔台地、深水陆棚滞留盆地、深水陆棚—浅水陆棚。龙马溪组页岩气形成于华南陆表海深水陆棚滞留盆地。

致谢:中国华电集团清洁能源有限公司彭传圣、魏国庆、洪克岩、蒋礼宏、周庆华、李保中、户东勇、苏复义、许江桥、杨学立、曹伟堂等(教授级)高级工程师,湖北省页岩气开发有限公司臧亚伟、郭光旭、王文乐、万杰、陈尧等高级工程师(工程师)在野外工作中给予帮助与指导;湖北省地质调查院刘早学教授级高级工程师,张焱林、吴龙、余江浩和宋汉工程师在野外与室内工作中给予帮助与指导,特此一并致谢！

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

[2] Jarvie D M,Hill R J,Ruble T E,et al. Unconventional shale gas systems:The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale gas assessment [J]. AAPG Bulletin,2007,91(4):475-499.

[3] Mavor Matt. Barnett Shale gas-in-place volume including sorbed and free gas volume:AAPG Southwest Section Meeting[C].Fort Worth:Texas,2003.

[4] Montgomery S L,Jarvie D M,Bowker K A,et al. Mississippian Barnett Shale,Fort Worth Basin,north-central Texas:Gas shale play with multitrillion cubic foot potential[J]. AAPG Bulletin,2005,89(2):155-175.

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[6] 张大伟,李玉喜,张金川,等.全国页岩气资源潜力调查评价[M].北京:地质出版社,2012.

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[10] 陈公信,金经炜,吴细松,等.湖北省岩石地层[M].武汉:中国地质大学出版社,1996.

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(责任编辑：陈姣霞)

A Preliminary Study on Sedimentary Environment of Laifeng Area in theEarly Silurian from Core Logging for the Well LD1

QIU Yansheng1, YANG Xing2, WEI Wei2, WANG Deng1, YANG Qingxiong1,LI Bo3, ZHANG Xin2, XIAO Zhaohui2, HU Zhengxiang1, ZHOU Shiqing1

(1.HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034; 2.HubeiShaleGasDevelopmentCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430071;3.CleanEnergyCo.,Ltd.,ChinaHuadianGroup,Beijing100035)

The well LD1 is a parameter well for the possible exploration and development of shale gas in Laifeng-Xiangfeng block,Hubei Province. Its initial drilling stratum is sand-gravel layers in the Quaternary. There are,from top to bottom,grayish green mudstones and silty mudstones of the Luoreping Formation in the Lower Silurian,the grayish white silty-fine sandstones and deep grayish silt-bearing mudstones of the Xintan Formation in the Lower Silurian,grayish black shale intercalated with minor siltstones at the upper part of the Longmaxi Formation and black carbon-bearing siliceous shale and carbonaceous shale at the lower part of the Longmaxi Formation in the Lower Silurian,and grayish green medium-thick nodular limestone of the Baota Formation in the Upper Ordovician. The authors judge that their sedimentary environments are from shallow shelf,anoxic basin in deep shelf,and deep shelf to shallow shelf by analysis of the core logging data. They propose that shale gas of the Longmaxi Formation in the early Silurian formed in a deep,anoxic basin in an epeiric sea in the Yangtze region,South China.

Well LD1; shale gas; core logging; Longmaxi Formation; sedimentary environment

2015-05-23;改回日期:2015-12-31

邱艳生(1964-),男,正高职高级工程师,硕士研究生,地质矿产勘查专业,从事沉积学、页岩气地质学、前寒武纪地质学研究。E-mail:aq246@163.com

P618.13

A

1671-1211(2016)04-0598-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.011

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1449.024.html 数字出版日期:2016-07-07 14:49