下扬子地区下寒武统页岩特征及有利勘探方向探讨

张飞燕

（中国石化华东油气分公司勘探开发研究院，南京 210011）

下扬子地区下寒武统页岩特征及有利勘探方向探讨

张飞燕

（中国石化华东油气分公司勘探开发研究院，南京 210011）

下寒武统荷塘组是下扬子地区重要的页岩气勘探层位之一，通过野外地质考察,并结合区域构造演化背景分析,以下扬子地区下寒武统荷塘组富有机质泥页岩为主要研究对象，结合实钻井宣页1井、皖宁2井等分析了下寒武统页岩特征，探讨了其有利勘探方向，认为黄桥—无锡低褶带是下扬子地区下寒武统页岩气勘探的较有利方向。

下扬子；下古生界；下寒武统；页岩气

0 概况

在未来我国能源战略中，以非常规油气资源作为常规油气资源的能源补充和接替已是大势所趋，现阶段进行的全国重点区域页岩油气资源潜力初步评价工作就是为实现这一战略任务奠定基础、准备条件的。下扬子地区是我国有利的页岩油气远景区之一，特别是近年来，华东油气分公司在下扬子地区上古生界获得了油气突破，实现了下扬子油气勘探几代人的梦想[1]。

下扬子地区在常规油气具有巨大勘探潜力的基础上，同时具备页岩油气的巨大的勘探潜力。根据最新研究资料，下扬子地区内具有页岩油气潜力的主要是古生界的富有机质泥页岩层系。扬子地台区有二套，分别为下寒武统荷塘组（∈1m）、上奥陶统五峰组（O3w）、下志留统高家边组（S1g）海相泥页岩层系。

本文主要以下扬子地区下寒武统荷塘组/幕府山组富有机质泥页岩为研究对象，分析下寒武统页岩特征，探讨其有利的勘探方向，为后期页岩气勘探开发优选远景区、有利区提供依据，将加速推动下扬子地区乃至全国页岩气资源开发取得商业性突破。

1 区域地质特征[2]

下扬子地区现位于华北板块和华南板块之间，北部和西部为苏鲁-大别造山带和郯庐断裂，南部则以江南隆起与华南褶皱造山带相接。形成于距今8亿年前的晋宁运动，下扬子地区位于其东段，是我国海相中、古生界发育和保存较为完整的地区之一。

1.1 构造特征

震旦-三叠纪时下扬子地区处在大陆板块边缘，因而构造环境比较稳定，以振荡运动为特征，属于连续沉积的陆缘海和陆表海，极少火山活动。加里东、海西等构造作用平稳，构造形成简单、平稳，以隆坳构造格局为特征。期间较为重要的构造运动有桐湾、广西、东吴运动等，控制着陆缘海和陆表海的沉积变迁，而形成三个世代彼此相互继承或部分继承的沉积盆地。其中广西运动的规模和影响较大，使全区整体抬升，缺失了部分上志留统和中、下泥盆统沉积。

中三叠世末-晚三叠世末，伴随着古特提斯洋的闭合、大陆碰撞及华南大陆的强烈挤压-收缩，扬子及其周缘地区发生了强烈的印支运动，致使中国南方包括下扬子在内的构造格局和性质发生了巨大变化。主要表现在：华北、秦岭-大别、华南等地区全部拼接在一起，基本结束了海相沉积环境，从而进入了大规模陆相盆地发育及对海相盆地叠加及改造阶段。

1.2 沉积特征

下扬子地区在震旦系沉积之后地壳普遍的遭受抬升和剥露，而后又下沉接受新的沉积。早寒武世，随着板内扩张裂陷作用的进一步加强，滁州陆缘裂谷盆地和江南裂陷盆地深水区（休宁-黄山一带）分别发育泥灰岩陆棚相和灰岩-页岩盆地相沉积，巢湖-宁镇一带为碳酸盐岩台地相沉积区，石台-泾县-长兴-富阳一带为灰质泥岩斜坡相沉积区，祁门-旌德-安吉-建德一带为泥灰岩陆棚相沉积区。在深水盆地区地层厚度变化较大，最薄处10 m，最厚处达100 m左右；台地相区厚度变化不大，一般为150 m左右。

下扬子地区中寒武世继承了早寒武世的的沉积构造格局，盆地沉积范围也较早期有所扩大，沉积厚度在滁州和黄山-休宁一带较大，最厚达300多米。

晚寒武世区域扩张裂陷作用有所减弱，盆地相沉积范围有所缩小，台地沉积范围扩大，台地沉积中心变成咸化环境，以白云岩沉积为主。台地边缘位于石台-泾县-长兴-富阳一带，这里斜坡相带广泛发育，普遍有滑坡碳酸盐岩和重力流砾屑灰岩沉积。从寒武纪岩相分布和沉积厚度变化可以看出，此时乌镇-马金、江南断裂和响水滁河断裂带等同沉积断裂对下扬子区盆地的发育控制比较明显，盆地区裂陷作用比较明显，过渡相不发育，沉积厚度变化较快。

2 下寒武统页岩特征

2.1 分布特征

下寒武统荷塘组为主要有机页岩发育层位，以暗色泥岩为主，发育厚度较大，分布稳定。荷塘组主要出露于安庆、临安、屯溪一带，厚度为27～733 m；幕府山组零星分布，目前见于南京幕府山附近，厚度为117～148 m。

已钻井皖宁2井的资料揭示下寒武统荷塘组在盆地区厚度达276 m，其中泥页岩厚度可达组总厚的86%；华东油气分公司所钻宣页1井揭示荷塘组厚度达269.8 m（未穿），其中硅质泥页岩占泥岩厚度的64%。岩性方面，荷塘组下部为灰黑色、黑色薄层碳质硅质岩夹碳质页岩，呈不等厚状互层，上部为灰黑色、黑色薄-中薄层碳质页岩、页岩及碳质硅质页岩、碳质硅质泥岩为主，顶部为深灰色微晶灰岩和暗色泥岩互层状。

下寒武统荷塘组及相当地层主要出露于研究区南部绩溪县到石台一带，少量出露南京—巢湖一带。详测了皖南石台丁香树剖面（图1）：

图1 皖南石台丁香树荷塘组主要岩性野外照片Figure 1 Main lithologic field photos of Hetang Formation in Dingxiangshu,Shitai,southern Anhui

丁香树剖面（30°09′19.5″，117°18′33.4″）出露较好，荷塘组出露齐全，总厚641.19 m。其底界以黑色硅质碳质泥岩与上震旦统皮园村组灰黑色-黑色厚层状硅质岩整合接触，顶界以含硅质碳质页岩与下寒武统大陈岭组深灰色中厚层灰岩整合接触。丁香树剖面荷塘组出露的岩石类型以硅质岩、硅质页岩、硅质炭质页岩、炭质硅质页岩、炭质岩为主，在剖面的中部以及下段发育两层灰岩，在剖面的上部硅质页岩和碳质页岩中夹数层石煤。

下寒武统荷塘组以灰黑色-黑色页岩和黑色具水平纹层的泥岩为主，通过大量的野外露头观察发现，荷塘组在研究区具有厚度大、分布广的特点。根据下寒武统页岩露头以及Wn2、宣页1井的钻探结果对比情况，此套泥页岩具有从北往南增厚的趋势，石台丁香露头处泥页岩厚度最大，达到759 m（图2）。

图2 下扬子地区下寒武统荷塘组地层对比图Figure 2 Lower Cambrian Hetang Formation strata correlation in lower Yangtze area

根据露头剖面资料及收集到的一些钻孔资料，分析认为皖南宣城地区、九江、安庆区块的南部泥页岩厚度较大，主要为100～300 m，九江、安庆区块的北部，无为、南陵区块泥页岩厚度很小（图3）。

图3 下扬子地区下寒武统荷塘组暗色页岩厚度分布图Figure 3 Lower Cambrian Hetang Formation dark shale thicknesses distribution in lower Yangtze area

2.2 有机地球化学特征

通过对野外露头样品及钻井取心样品进行分析测试后发现，研究区下寒武统荷塘组有机碳质量分数高、有机质类型以Ⅰ型为主，过成熟热演化阶段，具有良好的页岩气成藏条件。

2.2.1 有机碳

皖南石台丁香树剖面剖面累计厚度为641.19 m，是研究区沉积厚度最大的地区。主要为黑色硅质页岩和泥页岩。有机碳质量分数为1.58%～44.6%，去除石煤层的平均有机碳质量分数为2.87%，显示为极好烃源岩（图4）。

宣页1井样品分析结果表明荷塘组上段TOC分布为1.97%～2.89%，平均值为2.43%。荷塘组下段分布为1.63%～2.81%，平均值为2.25%。Wn2井、宣页1井以及许多野外露头的大陈岭组、荷塘组页岩有机碳质量分数高，TOC质量分数绝大多数＞2%，最高可达15%。

图4 下扬子地区下寒武统泥页岩TOC等值线图Figure 4 Isogram of lower Cambrian argillutite TOC in lower Yangtze area

整体分析宣城地区、九江、安庆区块的南部TOC较高，大都大于2%，九江、安庆区块的北部、潜山、南陵和无为区块TOC较低。

2.2.2 有机质类型

目前，国内外研究有机质类型的方法较多，类型划分的标准也不尽相同。本文采用三类四分法，即把有机质划分为I（腐泥型）、II1（腐殖-腐泥型）、II2（腐泥-腐殖型）、III（腐殖型）四种。

通常认为碳同位素δ13C（‰）值小于-29‰属于I型有机质，-29‰～-25‰为II型有机质，大于-25‰属于III型有机质。但是这些划分界限主要由上古生代与中新生代含气页岩干酪根的碳同位素组成统计获得的，对于下古生界及更古老的含气页岩不一定适用。一般地，干酪根碳同位素的组成与含气页岩的时代关系密切，前寒武纪碳同位素组成一般较小，随着时代变新而增大。此处引用该方法作为有机质类型的参考。

根据宣城地区地表泥页岩采样分析结果，荷塘组干酪根碳同位素值除1个-19.9‰，其余7个样品的分析值处于-29.2‰～-30.3‰。因此荷塘组有机质类型约以I型为主，少量为II型（图5）。

图5 宣城地区荷塘组碳同位素组成统计表Figure 5 Statistics of carbon isotopic composition of Hetang Formation in Xuancheng area

2.2.3 有机质热演化程度

皖南石台丁香树剖面综合地球化学剖面显示，荷塘组Ro值为3.79%～4.62%，平均值为4.18%。也处于过成熟演化阶段。

宣城区块下寒武统荷塘组黑色页岩的Ro在1.96%～4.41%，均值3.38%，处于过成熟干气阶段。平面上镜质组Ro值围绕岩浆岩体呈环带向外减小，在岩体出露地区两个样品的Ro均超过4.0%。在岩体外围逐渐减小，在研究区的西北缘达到所有样品最低，Ro在2%～3%。初步分析埋藏变质作用是导致下寒武统页岩高热演化的最主要原因之一，其次为岩浆作用是导致下寒武统页岩局部高热演化的关键因素。宣城地区荷塘组页岩普遍经历了深埋变质作用，热演化程度普遍偏高，局部叠加了岩浆热液的影响，导致靠近岩体地区热演化程度极高。

根据分析结果，宣页1井荷塘组的Rb值（根据沥青质测得的反射率值）为4.18%～5.12%（表1）。根据经验公式换算，等效镜质体反射率值为3.09%～3.67%，说明荷塘组黑色泥页岩的热演化程度处于过热演化阶段。

表1 宣页1井荷塘组岩心样品Ro值测定数据表Table 1 Data sheet of Hetang Formation core samples ROtested results in Xuanye No.1 well

在垂向变化特征上，随着井深增大，荷塘组热演化程度逐渐增大，并呈现一定的线性关系（图6）。

下扬子地区下寒武统泥页岩Ro普遍较高，大都大于2%，所以演化程度适中的地区可能是寻找页岩气的有利地区（图7）。

图6 宣页1井荷塘组岩心样品Ro随井深变化关系图Figure 6 Xuanye No.1 well Hetang Formation core samples ROversus depth diagram

图7 下扬子地区下寒武统泥页岩Ro等值线图Figure 7 Isogram of lower Cambrian argillutite ROin lower Yangtze area

2.3 脆性矿物组成

本文以皖宁1井、皖宁2、和宣页1井和部分地表采样分析结果为主。

根据皖宁2井岩心分析资料，下寒武统荷塘组黑色泥岩、黑色硅质泥页岩中硅质体积分数为1%～80%。23件测试样品中，91%的样品中，硅质体积分数在10%～30%，其余矿物组分以方解石、白云石和少量泥质体积分数为主。

根据采样分析结果来看，宣城地区荷塘组泥页岩矿物组成以石英、斜长石、黄铁矿、碳酸盐岩矿物为主，且石英体积分数普遍为42%～71%，在拓林坝地区采集的泥质灰岩中，石英体积分数也较高，为17%。

根据皖南地区黟县S218国道宏村-郭村地区地表采样分析资料，下寒武统荷塘组黑色碳质泥岩中，粘土矿物组成主要以伊利石和绿泥石为主，其中伊利石矿物成分为84%～90%，绿泥石体积分数为4%～10%。一件样品测得结构单元层类型伊蒙混层为10%，混层比10%。

黄山汤家村-桃源X039乡道采集的志留系样品，泥岩中伊利石体积分数为84%～88%，高岭土体积分数约7%，绿泥石体积分数约为6%。结构单元层绿/蒙混层比为20%。

2.4 储集特征

页岩最突出的特点是其低孔隙度和低渗透率。典型的含气页岩的基质渗透率处于μD～nD尺度级别，因此页岩气在储层中的流动和储集与页岩中天然裂缝的发育程度十分相关。在岩石矿物组成方面，黏土矿物和碳酸盐体积分数低、粉沙质或硅质体积分数较高比较有利。

孔渗性测试结果表明，宣页1井孔隙度多在2%以下，渗透率为0.001～0.050 6 mD，为低孔低渗型，与国外页岩气页岩相比，孔隙度较小；孔隙度-渗透率最大2.184/0.506，为发育未充填裂缝的泥岩，最小0.198/0.001，为纯净泥岩；发育缝合线的灰岩孔隙度相对较大，一般为1.2～1.5。

宣页1井扫描电镜分析结果揭示，大陈岭组和荷塘组黑色泥岩中微孔发育类型主要有三种：

（1）发育晶间微孔，见球状黄铁矿集合体、菱形含铁白云石等；

（2）溶蚀孔洞，矿物略被溶蚀，形成次生孔洞，其中发育立方体状黄铁矿，局部以硅质和方解石填充，岩性致密；

（3）次生片理间微孔，由陆源云母组成次生片理。

整体上，目的层泥岩岩性致密，体积分数不等碳质、黄铁矿。微孔洞孔径为8～20 μm，局部发育溶蚀微裂缝，宽度不等，长度1～2.5 mm。

根据宣城地区扫描电镜实验分析，荷塘组页岩致密，无机孔隙不甚发育，有机质内孔隙较发育，脉冲发测的的孔隙度为0.03%～0.306%，孔隙度较低（图8）。

2.5 含气性

2.5.1 现场解析

钻探结果显示，尽管宣页1井目的层以硅质泥页岩为主，有机碳质量分数大于2%，甚至到7%，但全井段气测全烃升高并不明显，仅在奥陶系印渚埠组存在两处气测异常，解释为裂隙气。除此而外，荷塘组底部显示全烃质量分数增高的趋势，但未有明显异常。含气量测试结果显示，全井段大部分样品含气量在1.0 m3/t左右，但也有个别样品存在较高含气量。

图8 宣页1井大陈岭组、荷塘组页岩扫描电镜图Figure 8 SEM micrograph of shale from Dachenling and Hetang formations in Xuanye No.1 well

2.5.2 等温吸附模拟

根据宣页1井扫描电镜实验分析，荷塘组主要以有机质内微孔隙发育为主，这对页岩气的吸附具有重要作用。通过对不同TOC质量分数的泥页岩进行等温吸附实验，结果表明，吸附含气量随有机碳质量分数的增加而呈现增大的趋势（图9）。从49件岩心样品含气量分析结果显示，下寒武统荷塘组解析气体积分数最高约0.26 mL/g，中寒武统大陈岭组解析气体积分数可达0.67 mL/g。与国内外其它地区钻井页岩气体积分数相比，尽管体积分数偏低，但宣城-桐庐地区作为高热演化、复杂构造区，依然显示存在有一定页岩气吸附能力，具有页岩气勘探潜力。

图9 页岩等温吸附曲线图Figure 9 Shale isothermal adsorption curves

总体来说，宣城区块、九江和安庆区块南部泥页岩厚度大、TOC高、Ro高。宣页1井的钻探，证实了下寒武统具备页岩气成藏基本地质条件，宣城区块内荷塘组暗色泥页岩厚度大，为150～300 m，为页岩气提供了良好的物质基础。下寒武统荷塘组热演化程度较高，储层物性较低、保存条件差是页岩气含气量低的主因，因此针对下寒武统页岩，寻找弱改造、低演化程度是关键。

3 有利勘探方向探讨

稳定克拉通基底的存在，无锡-黄山断隆早期盆地相沉积，先天油气资源充足。印支-早燕山期隆升幅度3000～4000 m，上古部分遭受剥蚀，局部残留、保留志留系，保存条件好。而后受晚燕山、喜山运动改造较弱，对早期构造影响较小。优选其为构造稳定区。在黄山—无锡断隆带内部，以泾县-湖州走滑断裂为界，可将该区划分为北部黄桥-无锡低褶带和南部江南隆起。其中，黄桥-无锡低褶带构造明显稳定于江南隆起，无论是印支—早燕山还是晚燕山—喜山期，该区始终为低隆升区，志留系广泛分布，盖层条件优秀。同时，该区受后期构造运动影响较小，总体燕山和喜山期拉张较弱，保存条件优秀，为构造有利区带。

下寒武统荷塘组页岩主要受晋宁期同沉积断层的控制，分布于下扬子南部地区，后期由于江南隆起的隆升，荷塘组页岩主要残留于中南部区。对比分析上扬子地区勘探，页岩气的保存条件和超压条件是页岩气勘探成藏的关键。对于下扬子地区目前勘探认为热演化程度适中，同样是其勘探的关键。志留系巨厚的泥页岩的分布作为其保存条件，下扬子中北部地区是志留系残留主要分布区。

综合以上分析认为黄桥—无锡低褶带是下扬子地区下寒武统页岩气勘探有利区。

[1]陈洁，安太伟.中下扬子地区下寒武统页岩气地质条件分析[C]//第十三届华东六省一市地学科技论坛文集.江西地质学会，2015.

[2]朱庆杰，侯鹏飞，杨帅帅，等.下扬子地区下寒武统黑色页岩地球化学特征[J].科技导报，2015：17-21.

[3]甘情愿李慧娥.江苏地区页岩气资源潜力评价[J].中国矿业，2014（12）：19-22.

[4]董大忠，邹才能，杨桦，等.中国页岩气勘探开发进展与发展前景[J].石油学报，2012，33（S1）:107-114.

[5]陈尚斌，朱炎铭，王红岩，等.中国页岩气研究现状与发展趋势[J].石油学报，2010，31（4）：689-694.

Discussion on Lower Cambrian Shale Features and Favorable Exploration Orientation in Lower Yangtze Area

Zhang Feiyan
(Exploration and Exploitation Research Institute,East China Oil and Gas Branch,SINOPEC,Nanjing,Jiangsu 210011)

The lower Cambrian Hetang Formation is one of vital shale gas exploration horizons in the lower Yangtze area.Taking the organic matter rich argillutite as the subject investigated,through field geological survey and regional structural evolution setting analysis,combined with practically drilled Xuanye No.1 and Wanning No.2 wells analyzed lower Cambrian shale features,discussed favorable exploration orientation.The result has considered that the Huangqiao—Wuxi low folded belt is the favorable lower Cambrian shale gas exploration orientation in lower Yangtze area.

lower Yangtze area;Lower Paleozoic Erathem;Lower Cambrian Series;shale gas

TE122.2

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.01.06

1674-1803(2017)01-0025-06

中国地质调查局地质调查工作项目：下扬子重点地区古生界页岩油气资源潜力调查专题成果报告，合同书编号：中地调油合同[2014]第255号

张飞燕（1983—），硕士研究生，汉族，山东省临沂人，毕业于中国矿业大学，工程师，主要从事构造地质、及资源勘探方面的工作。

2016-08-01

责任编辑：宋博辇