威宁地区下石炭统旧司组页岩气勘查前景探讨

唐显贵 刘太琴 肖 鸿 徐文慧 刘 峰

（贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州 贵阳 550081）

威宁地区下石炭统旧司组页岩气勘查前景探讨

唐显贵 刘太琴 肖 鸿 徐文慧 刘 峰

（贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州 贵阳 550081）

根据前期黔西南地区页岩气资源调查评价成果，结合区内和邻区已有页岩气调查井、页岩气发现井成果资料，对威宁地区下石炭统旧司组页岩发育特征、有机地球化学及储层特征、含气性进行了分析探讨。综合基础地质条件、页岩气地质条件分析和页岩气有利区优选参考标准，初步优选出龙街向斜、威水背斜两个页岩气勘查有利区，可指导威宁地区页岩气勘查开发。

威宁地区 旧司组 页岩气 地质条件 页岩气有利区 勘查前景

0 引言

页岩气具有自生、自储、自封闭、储层致密的特点，为一种非常规天然气资源［1］。黔西南地区下石炭统旧司组有利区页岩气地质资源量为9 595× 108m3，有利区为威宁、晴隆［2］，贵州省旧司组地层厚度沉积中心在威宁境内，表明威宁地区页岩气资源潜力较大。威宁地区大部分未设置油气区块，27°07′00″纬线以北矿权为中国石油天然气股份有限公司云南、贵州省滇黔北坳陷镇雄—毕节地区天然气（页岩气）勘查区块，笔者研究区在该区块以南，即黔西南地区北部。根据该区页岩气资源调查评价成果，结合威宁区内和邻区已有页岩气调查井、页岩气发现井成果资料，重点对威宁县27°07′00″纬线以南地区下石炭统旧司组页岩气地质综合条件进行分析探讨，在基础地质条件和页岩气地质条件分析探讨的基础上，综合页岩气有利区参考标准优选出页岩气有利区，以期能对威宁地区未来页岩气勘查开发起到一定的指导作用。

1 基础地质条件

1.1 地层发育特征

区内出露地层由老到新有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系及第四系，以石炭系、二叠系、三叠系出露发育较好，下石炭统旧司组是本区含页岩系地层。旧司组露头在区内北部呈环带状分布，中部、东南部呈条带状出露，北部出露较完整、发育较全，上部岩性以深灰色灰岩、泥质灰岩为主，夹砂质泥岩、页岩，下部岩性以黑色页岩、泥岩为主，夹泥质灰岩，组厚0～992 m。旧司组下部黑色页岩、碳质泥岩主要发育于高位体系域的深水陆棚相环境，为页岩气赋存的有利沉积层段［3］（图1）。旧司组地层等厚线呈NW-SE向展布，在中部雪山、小海、金钟一带厚度较大，厚度大于700 m，在六硐桥沉积中心厚度达992 m，往SW、NE方向厚度逐渐变薄，至西南部海拉、哲觉附近缺失沉积（图2）。

1.2 地质构造特征

本区地处六盘水断陷区，紫云—水城同沉积断裂大致沿威宁东部通过，NW段水城断裂控制着旧司组沉积厚度和展布方向，同时控制着本区构造的延伸和展布方向，水城断裂初期为NW向断陷槽，控制着石炭系至二叠系沉积相和厚度变化［4］，富有机质页岩形成于石炭纪。区内褶皱、断裂构造较为发育，总体上以NW向、NE向展布为主，褶皱类型主要以隔档式褶皱为主，兼有走滑性质。根据构造发育特征划分为：① 近SN向构造区：位于大街、秀水、海拉一线西北部，褶皱主要有龙街向斜、灼圃背斜等，断层主要有黑土河、法地等断层；② NE向构造区：位于大街、秀水、海拉一线和羊街、双龙、麻乍一线之间，褶皱主要有哈喇河向斜、小海复背斜等，断层主要有得胜坡、金海、周家营等断层；③ NW向构造区：位于羊街、双龙、麻乍一线东南部，褶皱主要有威水背斜、炉山向斜、二塘向斜等，断层主要有水城断裂、藏家坡、孔家山、阳关寨等断层（图3）。

图1 威页1井综合柱状图

图2 旧司组地层/页岩等厚图

图3 威宁地区构造纲要图

2 页岩气地质条件

2.1 页岩分布规律

旧司组有机质页岩分布较广，除西南部古陆无沉积外，其余地区均有分布。纵向上含气页岩主要集中于旧司组的下部，由页岩、碳质页岩及含泥灰岩组成。旧司组有机质页岩厚度为0～119 m（六硐桥），威宁、金钟、猴场一带页岩厚度大于100 m，北部页岩厚度多在50～100 m，西部页岩厚度低于50 m，中部、东南部页岩厚度较大，往西南部、东北部方向页岩厚度逐渐变薄，至西南部岔河缺失沉积（图2）。

2.2 页岩埋藏深度

旧司组一般沿背斜核部呈条带状出露，核部地层为石炭系，两翼地层为二叠系、三叠系。在威水背斜核部、哈喇河向斜两翼浅部岩层产状倾角较大，其他地段岩层产状倾角较缓。埋深较小（3 000 m以浅）区域主要位于中部、西北部和东北部，即背斜（小海、黑石头、威水）两翼石炭系至中二叠统地层覆盖区。埋深大（3 000 m以深）的区域，主要位于向斜（哈喇河、垮都和二塘）核部上二叠统地层覆盖区，埋藏深度在3 000～4 500 m。区内哈喇河、垮都和炉山向斜核部三叠系至侏罗系地层覆盖区，埋藏深度大于4 500 m。旧司组的埋深展布方向与构造线方向大致相当，在向斜核部附近埋深较大［5］。

2.3 有机地球化学特征

区内旧司组页岩有机碳含量（TOC）为0.45%～2.37%，TOC高值区（大于等于1.50%）位于中部迤那、双龙、金钟、新发一带呈“茄子”状NW向分布，TOC低值区（小于等于1.50%）位于西南部和东北部，呈现中部高西南、东北低的特点（图4），有机碳含量平面分布受威宁—水城NW向坳陷槽控制。干酪根类型指数TI值在-13～84，有机质类型以Ⅱ型为主。有机质成熟度Ro值为1.21%～3.70%，平均为2.31%，处于过成熟早期生干气阶段，东部页岩热演化程度较高，Ro值大于等于2.50%，其余大部分区域Ro值多在1.30%～2.50%，显示旧司组页岩具有较好的生烃潜力。往西北部、西南部Ro值小于等于1.30%，处于成熟成油期阶段［6］，热演化程度有所降低。

图4 旧司组页岩TOC含量/Ro值分布图

2.4 页岩储层特征

区内页岩石英含量为21.65%～50.00%，平均为29.45%；长石含量为0～2%，平均为0.60%；碳酸盐含量为0～19.29%，平均为8.10%，以方解石为主，次为白云石；铁矿物含量为0～4%，平均为2.07%，主要以黄铁矿、菱铁矿为主；石膏含量为0～0.63%，平均为0.13%；黏土矿物含量为43.00%～78.35%，平均为59.66%。区内页岩矿物成分以黏土、石英为主，黏土矿物中以伊利石占主导地位，高岭石、蒙脱石、伊蒙混层含量次之，绿泥石含量较少［7］。平面上碎屑矿物含量高值区（大于等于30%）位于盐仓、金钟一线东部，往西部碎屑矿物含量逐渐降低。黏土矿物含量低值区（小于等于45%）位于盐仓、龙场一线东部，往西部黏土矿物含量逐渐增高（图5）。

图5 旧司组页岩石英/黏土含量分布图

2.5 页岩含气性

页岩含气量是指每吨页岩所含的天然气总量。威页1井旧司组下段有机质页岩模拟最大吸附能力为4.80 m3/t，现场解吸14件页岩样品，总含气量在0.14～0.66 m3/t，在井深700～765 m，钻厚65 m，解吸样5件，总含气量为0.37～0.66 m3/t，平均为0.53 m3/t，基本符合工业开采标准，该井含气页岩有利层段位于旧司组下段的中下部。龙街向斜煤炭整装勘查401孔现场解吸8件页岩，总含气量在1.37～2.94 m3/t，平均为2.07 m3/t，以吸附气为主，占总含气量的62.6%～98.6%，完全符合页岩气有利区选区标准。

3 有利区优选与资源潜力

3.1 页岩气显示

黔西南地区页岩气资源调查评价成果依据龙街向斜401孔页岩含气性和相关调查资料，优选出旧司组威宁有利区，采用概率体积法计算P50概率条件下赋值参数为面积553.62 km2、有效厚度62 m、页岩密度2.41 g/cm3、总含气量2.07 m3/t，获得页岩气地质资源量1 710×108m3。邻区钟山区德坞地热井钻遇旧司组页岩层碳质页岩，在井深984 m以下多处有大量气体（页岩气）涌出，井深1 202 m以下返浑浊水涌出。邻区水城红桥地热井钻遇旧司组页岩层段，页岩储层钻厚达700多米，在钻探施工过程中，钻井液气侵严重，多次发生井涌现象，气层显示活跃，钻至井深1 945 m有气体产出，至井深2 009 m时有大量气体（页岩气）喷出井口，估算储层压力系数高达1.42，井口导流管口点火试验，火焰喷出管口十多米高，日产气量达到2×104m3，具有良好的页岩气商业开发价值。威宁县龙街向斜煤炭整装勘查估算煤层气地质储量为35.29×108m3，401孔现场解吸页岩总含气量在1.37～2.94 m3/t（表1），说明旧司组不仅有较丰富的煤层气，还有较好的页岩气富集。

据威宁地区现有相关页岩气资料初步推断，威宁—水城NW向坳陷槽是旧司组页岩沉积、含气富集有利区，上述分析表明威宁地区页岩含气量较大，威宁—水城NW向坳陷槽所处地带具有较好的页岩气勘查开发前景。

表1 威宁地区及邻区旧司组页岩气资源评价参数一览表

3.2 有利区优选

通过前述基础地质条件、页岩气地质条件中的页岩气相关资源潜力评价参数，根据区内构造发育特征、威页1井和龙街向斜1701孔旧司组页岩含气性及区内含气页岩厚度、旧司组底界埋藏深度、页岩有机碳含量、有机质成熟度、含气量等页岩气资源评价参数，参考页岩气资源有利区选区参考标准［8］，选取威宁地区含气泥页岩厚度大于等于50 m、TOC大于等于1.5%、Ro大于等于1.3%、埋深500～4 500 m、总含气量大于等于1.0 m3/t的含气页岩赋存区域作为页岩气有利区。确定威宁—水城NW向坳陷槽为页岩气有利区，初步选定在西北部的龙街向斜（面积约590 km2）、中东部威水背斜（面积约1 267 km2）为页岩气有利区（图3）。

4 结论

1）威宁地区地处六盘水断陷区，下石炭统旧司组是区内页岩气目的层系或主力烃源岩层系，贵州省下石炭统旧司组地层厚度沉积中心在威宁境内。旧司组下部的深水陆棚相泥页岩段为页岩沉积发育的有利层段。区内构造总体以近SN向、NE向、NW向为主，褶皱类型主要以隔档式褶皱为主。威宁—水城NW向坳陷槽控制旧司组沉积厚度和构造的展布。

2）区内旧司组含气页岩呈NW向展布，有机质页岩厚度多在50～100 m，中部、东南部页岩厚度较大。在龙街向斜、威水背斜及两翼页岩埋深小于3 000 m，页岩埋深适中。页岩有机质类型以Ⅱ型为主，在中部龙街、双龙、龙场一带TOC值大于等于1.50%，有机质丰度较高，有机质成熟度在1.30%～3.00%，具有较好的生烃潜力。页岩厚度、有机碳含量平面分布受威宁—水城NW向坳陷槽控制。页岩碎屑矿物含量高值区和黏土矿物含量低值区分布在威宁东部地区。在威宁—水城NW向坳陷槽分布区已有页岩气发现井显示，页岩含气性较好。

3）威宁—水城NW向坳陷槽是旧司组页岩沉积、含气富集有利区，该区带具有较好的页岩气勘查开发前景。威宁地区西北部龙街向斜、中东部威水背斜页岩气资源勘查开发前景较好，可作为威宁地区近期页岩气勘查开发的重点区域。

［1］肖钢，唐颖.页岩气及其勘探开发［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［2］唐显贵，秦文，秦琴，等.黔西南区上古生界页岩气资源潜力分析［J］.中国煤炭地质，2014，26（6）：1-4.

［3］秦琴，龙成雄，唐显贵.黔西南地区石炭系旧司组页岩沉积环境分析［J］.中国煤炭地质，2016，28（4）：35-40.

［4］徐彬彬，何明德.贵州煤田地质［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2003.

［5］陈更生，董大忠，王世谦，等.页岩气藏形成机理与富集规律初探［J］.天然气工业，2009，29（5）：17-21.

［6］董大忠，程克明，王世谦，等.页岩气资源评价方法及其在四川盆地的应用［J］.天然气工业，2009，29（5）：33-39.

［7］张本杰，秦琴，明方平，等.黔西南区旧司组页岩气储存特征及有利区优选［J］.天然气技术与经济，2014，8 （3）：19-22.

［8］聂海宽，唐玄，边瑞康.页岩气成藏控制因素及我国南方页岩气发育有利区预测［J］.石油学报，2008，30（4）：484-491.

（编辑：卢栎羽）

B

2095-1132（2016）05-0023-05

10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 05. 006

修订回稿日期：2016-09-05

唐显贵（1969-），研究员，从事煤田地质、页岩气地质研究工作。E-mail：1085158718@qq.com。