滇东筇竹寺组页岩气富集条件及成矿预测

张宗羲，杨 楠，陈志柱

(云南省煤炭地质勘查院，云南 昆明 650218)

近年来随着中国页岩气勘探取得重大进展，勘探开发投入、钻井数量、产气量逐年递增，2018年全国页岩气勘探开发投入135.3亿元；完钻探井40口，开发井285口；新增页岩气探明地质储量1246.78亿立方米；全国页岩气产量108.81亿立方米，显示了巨大的勘探潜力。同时中石油在云南省的昭通地区五峰龙马溪组开展了页岩气的勘探开发工作，预计页岩气资源量1.4万亿立方米，其中威信县紫金坝区块投产5口页岩气井，已售气5000多万方，显示了云南省有较好的页岩气勘探潜力。然而对于地处扬子地台西南缘的滇东地区下寒武统筇竹寺组海相页岩气的勘探与研究工作较为滞后。因此本文利用钻孔资料和露头样品测试分析数据，从下寒武统筇竹寺组优质页岩的空间分布、有机地球化学指标、储集性参数、含气性特征等进行分析研究并预测有利区域，为该区下一步页岩气勘探开发提供重要地质数据。

1 地质构造背景

滇东地区地处扬子地台西南缘，上扬子古陆华南陆块拼合部位，即环太平洋构造区域与特提斯构造域的交接复合带。整体位于小江断裂东北、弥勒断裂北西的云南省东北部地区，大地构造位置为扬子准地台(Ⅰ级)之滇东台褶带(Ⅱ级)[1]。全区基本上表现为以牛头山隆起为核心的向北东倾伏的复式背斜构造。盖层构造的特点是褶皱、断裂同等发育，构造线方向以NE向为主，局部出现NW向或近EW向褶皱和断裂，曲靖附近局部尚有弧形构造。褶皱组合多见背斜窄、向斜宽的特点，但不具典型隔挡式或隔槽式的组合形式。

2 页岩沉积展布

滇东下寒武统筇竹寺组广泛出露在东经102°～104°之间的云南省境内，北起永善，南至华宁[2]，面积约5万Km2。寒武纪初期，滇东地区延续了灯影期来自东南方向的海侵，水体逐渐加深，扬子地台沉积相带大致呈北东向展布，处于浅水陆棚相沉积环境。在滞留缺氧的环境下，陆源碎屑较为充沛的情况下，筇竹寺组底部沉积了一套较厚的黑色粉砂质页岩、泥质页岩、泥质粉砂岩、粉砂岩夹薄层状的黑色碳质页岩；筇竹寺组沉积后 期受海平面的影响，水体变浅，上中部岩性为灰色粉砂岩、粉砂质页岩，含三叶虫化石。筇竹寺组厚度一般为 67m～405m，黑色泥页岩厚度一般为30m～110m，平均约为60m，最大值分布在曲靖市马龙、沾益一带(图1)，厚度区间约为80m～110m，平均约90m；最小值分布在昆明市寻甸县一带，厚度区间约为30～60m，平均约40m。

图1 滇东地区黑色页岩采样及有利区分布图

3 页岩气富集条件

3.1 页岩有机地球化学指标

滇东下寒武统筇竹寺组选取露头取样37个点(图1)，有机碳含量(TOC)分布范围0.52%～7.23%，平均2.40%；有机成熟度(Ro)为1.24%～4.38%，平均2.67%，热演化程度达成熟-干气阶段。马页1井筇竹寺组黑色页岩干酪根显微组分主要为腐泥组，含量较高，占78.3%～86.3%，平均为82.4%，其余为镜质组，含量为9.3%～13.7%，平均为11.7%，类型为Ⅱ1型(腐植腐泥型)，所以其生烃潜量很高的腐泥组含量较高；马页1井(图1)黑色页岩厚度累厚96m采集了95件样品进行了有机碳含量(TOC)的测试，含量分布在0.33%～9.23%，平均为2.43%，含量大于2%的样品约占全部样品的57.89%(表1、图2)；采集了5件样品的沥青质反射率为2.27～3.28%，换算为等效镜质体反射率为1.83～2.49%，平均为2.09%。

表1 滇东筇竹寺组露头及钻孔黑色泥页岩地球化学统计

3.2 优质页岩储集性参数

脆性矿物含量是影响基质孔隙度和微裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式的重要因素。滇东下寒武统筇竹寺组共采集露头样21件样品作全岩分析，脆性矿物总含量为63%～91%，主要为石英、斜长石、白云石、方解石等；黏土矿物含量在9%～37%之间，主要为伊利石、高岭石、绿泥石等。马页1井共采集了35件样品进行了全岩、黏土矿物定量分析，结果为：脆性矿物含量在40.3%～69.4%之间，平均为59.2%，其中石英含量在25.1%～42.7%，平均为32.7%，钾长石含量1.1%～5.8%，平均4.2%，斜长石含量4.2%～24.4%，平均为15.9%；黏土矿物含量为26.6%～57.1%，平均为37.0%，其中伊利石含量为28.0～57.0%，平均含量为44.2%，伊蒙混层含量为12.0%～52.0%，平均为26.7%，绿泥石为9.0%～39.0%，平均含量为23.9%，高岭石含量为4.0%～16.0%，平均为7.1%(图3)。从露头及钻孔数据来看，露头样受风化影响，脆性矿物较高，粘土含量较低，总的来看滇东筇竹寺组脆性矿物的含量较高，有利于页岩气的压裂造缝。

与常规储层相比，泥页岩储层储集空间主要为微孔隙和微裂缝。滇东下寒武统筇竹寺组黑色页岩选取了21件露头岩心样品进行了常规的孔隙度和渗透率测定，有效孔隙度介于2.1% ～ 19.0%，平均为10.76%，渗透率介于0.0087 ～ 1.75 mD，平均为0.219 mD 。马页1井共采集了20件样品进行了常规的孔隙度和渗透率检测，检测结果显示孔隙度为1.28%～4.89%，平均为3.08%；渗透率为0.00220.0086 mD，平均为0.0052 mD。采集了7件样品进行了脉冲孔隙度和渗透率检测，检测结果孔隙度为0.8838%～1.5442%，平均为1.1688%；渗透率为0.0001056～0.0001679mD，平均值为0.0001394mD。属低孔隙度—特低渗透率储层，且有效孔隙度与渗透率无相关性，渗透率仅与微裂缝的发育有关。液氮吸附分析结果显示马页1井的筇竹寺组泥页岩微观孔隙多为微孔，对孔容的贡献主要是2nm～10nm之间的微孔。据此认为马页1井的储集空间较大，储集性能较好。

图3 滇东筇竹寺组黑色页岩矿物组成分布图

3.3 保存条件及含气性

页岩气藏是集气源岩、储气层、盖层于页岩自身的“自生自储型”岩性气藏，页岩气的含气量及气体组分直接受保存条件控制，具体体现在“三大因素”：①具有良好的顶底板封盖层保护；②页岩气藏不能有“通天断层”；③浅层在整体上拥有封闭保存体系[3]。滇东下寒武统筇竹寺组有效封盖层主要其本有砂泥岩互层的碎屑岩作为盖层，上覆岩层为沧浪铺组的粉砂质页岩、泥质页岩作为顶板，下覆岩层为渔户村组的含磷硅质岩、硅质岩作为底板，整体封盖性能较好。断层较发育，正断层较少，主要为北东向的逆断层，夹向斜、背斜构造。因此滇东筇竹寺组页岩气保存条件较好。

目前，滇东下寒武统筇竹寺组页岩气仅施工了埋深小于1500m的调查井，马页1井约1220m，气测录井共发现油气显示29.50m/17层，其中双龙潭组4.00m/2层，龙王庙组2.00m/2层，筇竹寺组23.50m/13层。其中筇竹寺组弱含气层12层，气层1层。共采集了10件样品进行了等温吸附测试，最大吸附气含量1.53cm3/g～6.26cm3/g，平均为2.46cm3/g，理论上具有很强的吸附能力。共采集了17件样品进行了含气量测试，总含气量为0.01～0.33m3/t，平均为0.05 m3/t，气组分主要是氮气，其次为甲烷。分析气含量低的原因可能因为埋深较浅，距离露头较近，甲烷大部逸散，氮气含量高，甲烷浓度低。

4 成矿有利区预测

目前国内开展了针对页岩储层特征及资源评价的相关研究工作，并已形成页岩气选区评价标准。本文依据国内外页岩气储层评价工作的基础上，借鉴美国页岩气勘探开发的成功经验，综合云南省页岩气资源的实际情况，从优质页岩厚度、底界埋藏深度、有机碳含量、有机质热演化程度、生烃强度、脆性矿物含量、保存条件、页岩含气性、地表条件、工程条件等多个要素，对区内下寒武统筇竹寺组页岩气分布有利区进行预测(表2)。

表2 云南省滇东筇竹寺组页岩气有利区优选评价的主要参数标准

依据上述有利区优选指标，根据马页1井储层参数数据分析认为滇东下寒武统筇竹寺组有利区在马龙、沾益至会泽一带(图1)，具备页岩气勘探前景。

5 结论

(1)滇东下寒武统筇竹寺组浅水陆棚相沉积环境控制了优质页岩的厚度与分布，沉积物以泥页岩为主，且砂质含量随水体变浅逐渐增多，优质黑色页岩共有三段，厚度 60 m 控制了潜在页岩气藏的规模，具有较好的生气潜力。

(2)区内下寒武统筇竹寺组优质页岩具有三高特征：有机碳含量高、热演化程度高、脆性矿物含量高的特征。孔隙多为2nm～10nm的微孔，储集空间较大，储集性能较好。该区1500m以浅含气量低，需要钻井证实2000m～4000m含气量，判断滇东筇竹寺组的勘探开发前景。

(3)综合优质页岩厚度、埋深、有机地化指标、储集性参数、含气性特征、交通、地表条件等因素，认为滇东筇竹寺组有利区在马龙、沾益至会泽一带具备页岩气勘探前景。