沅麻盆地牛蹄塘组页岩气勘探前景分析

李启桂，燕继红，闻　涛，刘苗苗

(中国石化勘探分公司勘探研究院，四川成都 610041)



沅麻盆地牛蹄塘组页岩气勘探前景分析

李启桂，燕继红，闻涛，刘苗苗

(中国石化勘探分公司勘探研究院，四川成都 610041)

对雪峰隆起周缘野外露头下寒武统牛蹄塘组暗色泥页岩特征和保存条件深入研究表明，雪峰隆起沅麻地区早古生代是一个统一的被动大陆边缘，早寒武世牛蹄塘期为陆棚相-盆地相沉积环境,是下寒武统暗色泥页岩的有利相带。牛蹄塘组暗色泥页岩有机碳含量普遍较高,脆性矿物含量高；基质孔隙、微裂缝发育,吸附能力强，同时具有良好的顶底板条件，埋深条件适中，深凹陷部断层不发育，保存条件良好。研究认为，沅麻盆地草堂凹陷和辰溪凹陷牛蹄塘组具有优越的页岩气形成地质条件,是南方下寒武统页岩气勘探开发又一重要地区。

沅麻盆地；深水陆棚相；牛蹄塘组；页岩气有利勘探区

1　研究区概况

沅麻盆地的构造位置处于雪峰隆起上,古生代属于扬子台地东南边缘地带[1]。其沉积-构造演化历史可划分为两个大的演化阶段:印支运动前的海相地台发展阶段和印支运动后的陆相沉积发育阶段[2]。地台发育期形成了震旦系灯影组硅质岩、寒武系厚层泥页岩、泥灰岩、白云岩以及石炭系-二叠系灰岩及下三叠统大冶组薄层灰岩等海相沉积；印支运动使海水撤离地台,沉积了从上三叠统至白垩系的陆相碎屑岩地层,中三叠统在本区全部缺失。其中，上三叠统-侏罗系主要以砾岩和含煤地层为主,白垩纪时,沅麻盆地转化为断陷盆地，底部以厚层砾岩、细砂岩和泥岩为主,它们以角度不整合覆盖在不同地层之上。

位于雪峰隆起沅麻盆地的油气勘查始于1964年，原石油部湘西勘探大队在1964-1967年进行了地面地质调查，测制了二叠系地层剖面10条，石炭系、三叠系地层剖面24条，侏罗系、白垩系地层剖面36条，实施浅井的钻探24口及以重磁为主的物探工作。2014年以来，中国石化勘探分公司针对该区开展了页岩气勘探研究,测制了寒武系地层剖面3条,并采集了大量的分析化验样品。

2　沅麻盆地牛蹄塘组沉积相特征

位于雪峰隆起上的沅麻盆地及周缘地区在约8亿年前后发生的晋宁运动中形成了地台统一的基底(孙肇才等,1993)。根据钻井和露头剖面岩石学标志、常规测井标志等各种沉积相识别标志，结合岩石组合特征、剖面序列特征、电性特征等资料及钻井剖面分析，雪峰隆起上的沅麻盆地及周缘早寒武世牛蹄塘期主要为盆地相-陆棚相,陆棚相可进一步划分为深水陆棚相和浅水陆棚相。

2.1深水陆棚相

深水陆棚处于浅海靠大陆斜坡一侧风暴浪基面以下的浅海区，一般来说环境能量较低，水体安静，沉积物主要以灰黑色-黑色碳质泥页岩为主，局部发育硅质泥页岩，常呈薄层状或纹层状，岩石粒度较细，富含黄铁矿和有机质，反映安静贫氧的滞留水体沉积环境。在钻井上，GR测井曲线表现为明显的相对高值，电阻率一般为中低阻特征。

2.2浅水陆棚相

浅水陆棚位于过渡带外侧至风暴浪基面之上的浅海陆棚区，水体较浅，沉积物以暗色细粒的陆缘碎屑物质为主，见清水沉积的碳酸盐岩薄层或透镜体。该沉积区还间歇性地受到其他水流(风暴流、潮汐流和密度流等)的影响和改造，从而使沉积体发生分异，形成了相对高能的陆源碎屑砂或碳酸盐颗粒沉积物组成的风暴层以及低能的以泥页岩为主的砂泥质陆棚、灰泥质陆棚以及泥质陆棚等沉积体。在钻井GR测井曲线表现为明显的相对低值，电阻率一般为中高阻特征。

在早寒武世牛蹄塘早期，雪峰隆起周缘地区沉积一套灰黑色、黑色碳质泥页岩和含硅质泥页岩组合的深水陆棚相，范围为六盘水-安顺-凯里-镇远-怀化-常德以西地区。牛蹄塘晚期海平面缓慢上升到下降，区内以内碎屑沉积为主，形成少量黑色粉砂质泥岩，大多为泥质粉砂岩、粉砂岩和细砂岩，仅局部地区如黔南东部地区以深灰色泥质灰岩、灰岩和泥岩沉积为主，为浅水陆棚相(图1)。

图1　雪峰及周缘早寒武世牛蹄塘早期沉积相

3　沅麻盆地牛蹄塘组页岩气地质条件

3.1烃源岩条件

脊柱肿瘤通常会引起患者的腰部疼痛不适，随着病变的进展，肿瘤破坏骨质压迫脊髓神经还会引起腿疼甚至瘫痪，严重影响患者的生活质量。椎体转移瘤（癌）在脊柱恶性病变中最常见，多见于中老年人，主要症状为剧烈疼痛，患者常常难以忍受，需要服用大量镇痛药方能缓解；有的病变会发生病理性骨折和继发性截瘫。

3.1.1厚度及展布

雪峰隆起上的沅麻盆地及周缘牛蹄塘组层序是下寒武统二级层序海侵体系域发育的一个三级层序，可划分为海侵体系域(TST)和高水位体系域(HST)。在沅麻地区牛蹄塘组海侵体系域与下部灯影末期硅质岩为整合接触(图2)，顶部与高水位体系域为明显的岩性界面，主要沉积物以灰黑色碳质泥岩、硅质泥岩为主。在下寒武统牛蹄塘组则存在两个体系域的岩性分界特征，下部为海侵体系域(TST)，是黑色富有机质泥页岩分布的主要层段。

下寒武统牛蹄塘组下部的富有机质泥页岩是在深水陆棚相区沉积起来的，厚度较大，在雪峰周缘的昭通和宜宾一带(图3)，富有机质泥页岩总厚度可达200 m以上，如昭103井的泥页岩厚度为221 m，芒1井达242 m，泥地比92.4%，芒1井最大连续厚度65 m。在黔中地区富有机质泥页岩厚50～73 m，如金页1井连续厚度达59 m，泥地比87%；方深1井有机质泥页岩最大连续厚度35 m，总厚73 m，泥地比91%。在黔南地区富有机质泥页岩厚63～85 m，如黄页1井最大连续厚度43 m，总厚77 m，泥地比83.7%；庄1井最大连续厚度47 m，总厚82 m，泥地比93.2%。武陵地区富有机质泥页岩厚50～117 m，如湄页1井厚度60 m，泥地比92.3%，最大连续厚度45 m；正页1井连续厚65 m，泥地比100%；绥页1井连续厚度117 m，泥地比90.7%；德页1井连续厚度92 m，总厚107 m，泥地比92.2%。在沅麻-雪峰5地区富有机质泥页岩厚36～117 m，古丈龙鼻嘴露头剖面厚117 m，泥地比90.7%；永顺青天坪剖面厚36 m，连续厚度31 m；凤凰水打田剖面连续厚度42 m。

图2　沅麻地区龙鼻嘴剖面层序地层划分柱状剖面

富有机质泥页岩等值线图(图3)表明，在昭通-宜宾-内江一带，武陵地区东北部以及湘鄂西地区为富有机质泥页岩发育区，厚度多大于100 m；黔中地区、黔南地区、沅麻-雪峰5地区以及武陵西南地区为较发育地区，厚度以36～100 m为主，沅麻区块最厚达117 m。

图3　雪峰及周缘牛蹄塘组下段富有机质泥页岩等值线

3.1.2有机碳含量

有机碳含量不仅控制页岩生烃量，同时也影响吸附气含量，有机碳含量和气体含量( 包括总气体含量和吸附气含量) 具有正相关性[3-4]。沅麻-雪峰5地区共有古丈龙鼻嘴、永顺青天坪和凤凰水打田3条露头剖面。古丈龙鼻嘴剖面(图4)牛蹄塘组上部(HST)以灰黑色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩为主，53个泥质岩样品有机碳含量为1%～2%，平均为1.37%；下部(TST)27个样品有机碳含量1.26%～7.38%，多数大于3%，平均3.96%。下部泥页岩连续分布，厚度大，可达119 m，有机质含量高，为富有机质泥页岩主要发育层段。青天坪和水打田剖面下部泥页岩有机碳含量多数大于4%，平均分别为5.69%和5.86%；而上部泥页岩有机碳含量为1%～2%，仅个别大于2%，平均分别为1.58%和1.62%。可见富有机质泥页岩主要发育于下部地层。

3.1.3干酪根类型

Ⅰ型与Ⅱ型干酪根为页岩气生成的主要有机质类型[5]，均具有较强的吸附力[6]。对雪峰及周缘牛蹄塘组泥页岩干酪根镜检和同位素分析(表1)表明，黔南地区和武陵地区也以Ⅰ型有机质为主；沅麻-雪峰5地区镜检分析以褐色无定形(腐泥无定形)组分为主，黑色无定形组分(可能为高成熟度沥青)为辅，检测结果认为有机质类型为Ⅰ型;湘鄂西地区以无定形腐殖-腐泥型为主，类型指数表明为Ⅱ型有机质。

图4　龙鼻嘴牛蹄塘组有机地化剖面

雪峰隆起上的沅麻盆地及周缘牛蹄塘组泥页岩有机质类型以Ⅰ型为主，少数地区存在部分Ⅱ型。表明泥页岩以腐泥型和腐殖腐泥型有机质为主，具备较好的生烃能力。

3.1.4 热演化程度

有机质热演化程度决定页岩气成因类型、组分构成及气体流动速度等[7-8]。北美勘探实践证实，页岩气成藏要求热成熟度适中(Ro为1.1% ～3.0%)[9]。雪峰及周缘下寒武统牛蹄塘组泥页岩有机质成熟度普遍较高，已达高-过成熟阶段，黔南地区Ro为2.5%～3.5%，也已达过成熟阶段；武陵坳陷Ro变化较大，南部瓮安-余庆一带Ro为1.32%～1.8%，但也处于高成熟阶段；而印江郎溪-遵义一带Ro>3.5%，最高为印江郎溪，Ro为4.2%；秀山-德页1井一带Ro为2.5%～3.0%，均已达过成熟阶段；沅麻-雪峰5地区Ro由西往东有减小的趋势，沅麻盆地-雪峰5一般Ro为2.0%～3.0%，已达过成熟阶段，相对来说,沅麻盆地-雪峰5区块为演化程度适中的地区。

3.2储集条件

表1　雪峰及周缘泥页岩干酪根镜检和碳同位素有机质类型划分统计

页岩气主要由吸附气和游离气两部分组成。影响游离气量大小的主要因素是页岩基质孔隙大小和天然裂缝的发育程度[10]，而脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙和微裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式等的重要因素[4]。

3.2.1孔渗特征

页岩储层为特低孔渗储层，以发育多类型微米甚至纳米级孔隙为特征，包括颗粒间微孔、黏土片间微孔、颗粒溶孔、溶蚀杂基内孔、粒内溶蚀孔及有机质孔等[11]。美国主要产气页岩储层岩心分析总孔隙度为2. 0%～14.0%，渗透率一般小于0.1 × 10-3μm2，平均喉道半径不到0.005 μm[11]。沅麻-雪峰5地区孔渗条件较好(表2)，黔南地区、武陵地区、黔中地区次之。

从扫描电镜资料看(图5)，雪峰及周缘地区泥页岩裂隙较为发育，面孔率可达12%以上，发育粒间孔、晶间孔、溶蚀孔、有机质纳米孔、裂缝等，成丝状、蜂窝状分布，孔隙类型多样，泥页岩储集性能好。

表2　雪峰及周缘牛蹄塘组下段泥页岩物性统计

3.2.2矿物特征

页岩储层具有独特的矿物组成，除黏土矿物外，还含有不等量的石英、长石、云母、方解石等矿物。黏土矿物中伊利石含量高低与吸附气含量有一定关系。石英、长石等脆性矿物含量高，有利于储层压裂改造；方解石含量高则易于形成次生溶孔，改善储集条件。

全岩分析结果表明(图6)，沅麻地区下寒武统牛蹄塘组含脆性矿物成分高，黏土含量适中，为25%～45%，对储集性能的改善较为有利。

图5　雪峰及周缘扫描电镜图

图6　沅麻地区牛蹄塘组泥页岩矿物组成统计

3.2.3吸附气特征

通过等温吸附模拟,可以研究不同有机质含量、类型、湿度等富有机质页岩的吸附特征和能力，获得吸附气含量参数[12]。根据地表露头样品等温吸附测试结果和langmuir模型计算，沅麻地区古丈龙鼻嘴牛蹄塘组泥页岩在3.01 MPa压力时，最大吸附含气量可达9.82 m3/t；处在沅麻地区周边的常页1井现场解吸最高含气量可达2.09 cm3/g，含气量较高；慈页1井气测全烃最高为3.61%，显示情况较好，表明牛蹄塘组泥页岩具有较强的吸附能力。

3.3保存条件

页岩气虽具有“自生自储自盖”特征及吸附性能，表现为“原地”成藏模式，但对保存条件要求还是较高的[13]。沅麻地区经历了加里东、印支期、燕山期和喜马拉雅期等多期构造运动的叠加改造，导致地层强烈褶皱形变、抬升、剥蚀，油气保存条件复杂。但燕山期走滑拉张，沅麻盆地形成,沉积了T3-J1-2及白垩系-第三系地层,一般厚度1 000～2 000 m,为牛蹄塘组泥页岩气形成良好的盖层,可使牛蹄塘组形成的页岩气得以保存。同时从地震大剖面解释成果看,盆内断裂不太发育,构造变形主要表现为表层强而深层较弱的特点，所以下寒武统地层相对比较稳定，特别是远离断层和构造转折部位，对页岩气保存是有利的。

从牛蹄塘组顶底板条件看,亦具有良好的保存条件。直接顶板主要为下寒武统泥质岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩，整体顶板条件好；底板为灯影组盆地相硅质岩，岩溶现象不发育，突破压力可达29. 9 MPa,封闭性能较好,为良好的底板。邻区常页1井牛蹄塘组页岩实测含气量可达2.09 cm3/g，慈页1井牛蹄塘组页岩气测全烃含量最高为3.61%，均表明牛蹄塘组顶底板具良好的保存条件。

4　页岩气有利勘探区带评价

页岩气成藏控制因素可以分为内部因素( 主要包括有机质类型及含量、成熟度、裂缝、孔隙度和渗透率、矿物组成、厚度、湿度等) 和外部影响因素( 主要包括深度、温度与压力等)[4，8]。对于南方复杂构造区海相页岩气，在众多因素中有两个最为关键，即具有“二元富集”规律，深水陆棚优质泥页岩发育是页岩气“成烃控储”的基础；良好的保存条件是页岩气“成藏控产”的关键[14]。从埋藏深度看,目前美国发现的页岩气藏通常为762～3 658 m。根据沅麻盆地的草堂凹陷地震大剖面解释成果,牛蹄塘组埋深1 500～2 000 m，辰溪凹陷牛蹄塘组埋深2 000～3 500 m,是页岩气藏通常分布的深度范围。

因此从沅麻地区牛蹄塘组泥页岩沉积相特征，泥页岩厚度、有机碳含量、有机质类型、热演化程度、孔渗特征、矿物成分、埋深及保存条件等评价指标看，沅麻地区牛蹄塘组页岩气具有良好的地质基础和成藏条件。结合地震剖面解释成果分析, 沅麻盆地勘探的有利区带一是沅麻区块草堂凹陷，二是沅麻区块辰溪凹陷,其中草堂凹陷牛蹄塘组泥页岩为深水陆棚相富有机质泥页岩，预测厚度60～100 m，有机碳含量高，为3%～4%，热演化程度适中，Ro为2.0%～2.5%，埋深1 500～2 000 m；整体构造变形弱，顶底板条件好，有利区面积1 525.52 km2，预测页岩气资源量4 595×108m3。辰溪凹陷下寒武统牛蹄塘组深水陆棚相富有机质泥页岩发育，厚度为50～80 m，分布稳定，有机碳含量高，为3%～4%，热演化程度适中，Ro为2.0%～2.5%，埋深2 000～3 500 m；顶底板条件好，顶板为下寒武统泥质岩、粉砂质泥岩，底板为灯影组硅质岩；有利区面积157.42 km2，预测页岩气资源量320×108m3。

5　结论

(1)雪峰隆起沅麻盆地早寒武世牛蹄塘早期沉积一套深水陆棚相的黑色碳质泥页岩、硅质泥页岩，厚度大，分布较广，为优质的海相页岩。

(2)雪峰隆起沅麻盆地下寒武统牛蹄塘组泥页岩有机质丰度高，有机质类型好，热演化程度适中，具备形成页岩的物质基础; 页岩储层微孔-纳米孔隙和微裂缝发育，为游离气和吸附气提供了储集空间；脆性矿物含量高，适宜后期压裂改造;埋深适中( 1 500～3 500 m)，牛蹄塘组泥页岩不仅上覆有较厚的中生代地层,而且顶底板条件较好,存在良好的保存条件。

(3)雪峰隆起沅麻盆地下寒武统牛蹄塘组页岩气处于勘探初期评价阶段，根据页岩气“二元富集”理论，沅麻盆地的草堂凹陷和辰溪凹陷为页岩气勘探的有利区带。

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编辑：赵川喜

1673-8217(2016)05-0006-06

2016-03-25

李启桂，高级工程师，1964年出生，1986年毕业于中国地质大学(武汉)石油地质专业，现从事中国南方油气的勘探工作。

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