鄂西建南地区自流井组东岳庙段页岩储层特征及含气性

王 登， 余江浩*， 陈 威， 温雅茹， 许露露， 吴 龙， 谢 通， 黄佳琪

(1.湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034；2.湖北省地质局 第四地质大队，湖北 咸宁 437100)

页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离态为主要存在方式的一种非常规天然气[1-9]。

建南地区的常规油气勘探始于20世纪60年代末，于1970年11月在三叠系飞仙关组飞三段获得工业性气流(建3井日产气3.77×104m3)，标志着建南气田的发现。至1981年，共完成探井33口，又相继在二叠系长兴组二段、石炭系黄龙组、三叠系嘉陵江组嘉一段等3套层位发现工业性气流[10-11]。截至21世纪初，中国石化江汉油田分公司开始在建南地区部署一系列针对下侏罗统自流井组的页岩气资料井或探井，如建111井、建页HF-1井等，多口井见到良好的页岩气显示，并在建页HF-1井获得工业性气流，日产气1.2×104m3，预示着建南地区有着良好的页岩气勘探前景。本文旨在对建南地区下侏罗统自流井组东岳庙段页岩储层特征及含气特征进行分析，以期为该区下一步的页岩气勘探提供依据。

1 地质背景

1.1 构造特征

鄂西地区经历了早燕山期和喜马拉雅期的挤压褶皱变形，形成了方斗山背斜带、石柱向斜带、齐岳山背斜带、利川向斜带等数个巨型构造单元。它们均呈典型的侏罗山式褶皱变形，主要表现为复背斜带高陡、复向斜带宽缓的区域构造面貌[12-13]。建南地区在行政区划上属于湖北省西部利川市，面积约1×104km2，处在石柱向斜带内部(图1)，主要由北东—南西向展布的褶皱和断裂组成。

图1 建南地区构造位置简图
Fig.1 Structural location diagram of Jiannan area
1.研究区；2.地名；3.构造边界；4.省界。

1.2 地层发育特征

建南地区及邻区在地层区划上属于上扬子地层分区中的恩施—咸丰地层小区，地表主要出露中新生代地层，包括下三叠系大冶组、须家河组，侏罗系自流井组、千佛崖组、沙溪庙组、遂宁组等[14-15]。其中，下侏罗统自流井组为一套陆相碎屑岩沉积，其在建南地区沉积厚度一般为600～640 m，主要岩性为深灰色、灰色砂岩、粉砂岩及泥岩、页岩。以顶部灰黑色页岩、泥质粉砂岩出现为标志与上覆千佛崖组大套紫红色泥岩、灰绿色粉砂岩分界；以底部出现珍珠冲段灰绿色、暗紫色泥岩、砂质泥岩为底界与下伏须家河组灰—深灰色砂岩、泥质粉砂岩分界。自上而下可分为四段，分别为大安寨段、马鞍山段、东岳庙段和珍珠冲段。

1.3 泥页岩厚度及分布特征

建南地区东岳庙段岩性主要以泥岩、页岩为主，含灰质或粉砂质，为一套半深湖相沉积，地层厚度介于116～165 m，暗色泥页岩厚度一般介于70～95 m，平均厚度为80 m，占地层总厚度的比例均在60%以上，一般为65%～75%，横向上分布较稳定(图2)。其中，谋道剖面地层厚度151.3 m，泥页岩厚度112.6 m，占地层厚度74.4%；建页HF-1井地层厚度125 m，暗色泥页岩厚度103.6 m，占地层厚度82.4%。

图2 建南地区自流井组东岳庙段地层对比图
Fig.2 Stratigraphic correlation profile of Dongyuemiao member of Ziliujing Formation in Jiannan area
1.泥岩；2.页岩；3.粉砂岩；4.泥质粉砂岩；5.细砂岩；6.钙质泥岩；7.泥灰岩；8.介壳灰岩；9.灰岩；10.粉砂质泥岩。

2 页岩气成藏地质条件

2.1 泥页岩地球化学特征

2.1.1有机质丰度

建南地区63个泥页岩样品分析数据表明(表1)，自流井组东岳庙段有机碳(TOC)含量介于0.42%～2.77%，均值为1.15%。其中，建111井TOC含量介于0.49%～1.61%，均值为1.02%，TOC>1%的样品占40.6%；生烃潜量(S1+S2)介于0.09～8.13 mg/g，均值为1.51 mg/g，主要分布在1.0～2.0 mg/g；建1井TOC含量介于0.54%～1.87%，均值为1.25%，TOC>1%的样品占41.2%；谋道剖面TOC含量介于0.42%～2.77%，均值为0.94%，TOC>1%的样品占43.2%。由此可见，建南地区自流井组东岳庙段泥页岩有机质丰度总体较高，具有较好的生烃能力。

纵向上，建南地区东岳庙段泥页岩有机质丰度高值主要分布在中下部，且有从下到上逐渐降低的趋势(图2)，有机碳含量>1%的泥页岩厚度介于32～52 m。

表1 建南地区自流井组东岳庙段有机质丰度统计表Table 1 Organic matter abundance of shale in Dongyuemiao member ofZiliujing Formation, Jiannan area

2.1.2有机质类型

建南地区自流井组东岳庙段主要以腐泥组为主，含量介于59.3%～73.7%，均值为65.8%；其次为镜质组，含量介于26.3%～40.0%，均值为33.9%；少量惰质组、壳质组，最多不超过0.8%(表2)。干酪根类型指数介于28.6～54.3，主要为Ⅱ1型和Ⅱ2型，分别占样品总数的60.5%和39.5%。

表2 建南谋道剖面泥页岩显微组分Table 2 Macerals composition of shale from Moudao section in Jiannan area

2.1.3成熟度

20个成熟度数据分析表明(表3)，建南地区东岳庙段Ro值介于0.83%～1.40%，均值为1.13%。其中，谋道剖面自流井组东岳庙段泥页岩Ro值介于1.02%～1.40%，均值为1.25%；岩石热解最高峰温(Tmax)值介于421～485 ℃，均值为463 ℃。由此可见，建南地区东岳庙段泥页岩热演化程度适中，处于成熟阶段。

表3 东岳庙段成熟度参数统计表Table 3 Rock maturity parameters of Dongyuemiao member

2.2 泥页岩储层特征

2.2.1矿物组成

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的重要因素[16]。谋道剖面自流井组东岳庙段18个样品全岩X-衍射分析表明，其矿物成分以石英和粘土为主(图3)，其次为长石和方解石，以及少量的黄铁矿和菱铁矿等。其中，石英含量为18.2%～54.1%，平均值为40.9%；粘土矿物含量为20.1%～55.3%，平均值为38.7%；长石含量为0.5%～9.4%，平均值为5.3%；方解石含量介于0～55.3%，平均值为14.6%。总体上东岳庙段脆性矿物含量较高，具有较好的压裂改造性。

图3 谋道剖面自流井组东岳庙段矿物组成含量图
Fig.3 Content map of mineral compositions of Dongyuemiao member ofZiliujing Formation in Moudao section

2.2.2储层物性

47个物性分析数据表明，建南地区自流井组东岳庙段孔隙度介于0.82%～6.85%，平均值为2.17%，孔隙度>2%的样品占53.06%，孔隙度分布高峰区间为1%～3%，占样品总数的67.34%；渗透率介于0.004×10-3～3.46×10-3μm2(图4)，平均值为0.34×10-3μm2，渗透率>0.01×10-3μm2的样品占83.7%，渗透率分布高峰区间为0.01%～0.1%，占样品总数的53.06%。总体上，建南地区自流井组东岳庙段泥页岩孔隙度、渗透率较低。

2.2.3孔隙类型

通过扫描电镜可知，自流井组东岳庙段泥页岩中可识别的孔隙类型包括有机质孔隙、粒间孔隙、粒内孔隙和微裂缝。有机质孔隙比较发育，呈气泡状、斑点状分布在有机质内部(图5-a)，大小一般介于40～110 nm。

图4 建南地区东岳庙段孔隙度和渗透率分布图
Fig.4 Frequence histograms for porosity and permeability of Dongyuemiao member of Ziliujing Formation

东岳庙段粒内孔多为石英、长石溶孔，孔径宽一般为120～250 nm，个别可达700 nm(图5-b、图5-c)。微裂缝主要发育于有机质内部或泥质层界面，裂缝一般宽约20～45 nm，最大宽约110～210 nm(图5-d)。粒间孔隙分布在颗粒边缘，为颗粒间或颗粒与粘土间孔隙，孔径宽35～190 nm。

图5 建南地区自流井组东岳庙段孔隙结构特征
Fig.5 Pore characteristics of Dongyuemiao member of Ziliujing Formation

2.2.4比表面积

19个比表面积分析数据表明，东岳庙段泥页岩比表面积介于5.62～12.32m2/g，平均值为8.53m2/g；按照IUPAC分类，东岳庙段泥页岩孔隙体积主要为中孔，平均占64.5%，其次为宏孔，平均占33.2%；孔比表面积中以微孔和中孔比表面积为主，平均占97.6%(图6)。总体上，东岳庙段泥页岩比表面积较大，可为页岩气提供充足的空间，中孔和大孔提供了主要的孔隙体积空间，微孔和中孔提供了主要的比表面积。

2.3 含气性特征

2.3.1吸附气含量

根据钻井资料可知，建南地区东岳庙段平均地层压力为5.64 MPa，在此压力下页岩的吸附气含量为2.15～2.32 m3/t，平均值为2.23 m3/t(图7)，表明建南地区东岳庙段泥页岩具有较强吸附气体的能力。

2.3.2页岩气显示

建南地区自流井组东岳庙段泥页岩中气显示活跃，在建111井、建页HF-1井等多口钻井中均见气显示。其中，建111井在东岳庙段共发现气测异常显示27.0 m/2层，最大单层厚度25.0 m，测井解释含气层42 m/5层，压裂后测试日均产气0.316×104m3，最高6.84×103m3/d；建页HF-1井在东岳庙段取芯钻进过程中见良好气显示58.45 m/1层，显示段岩芯浸水试验普遍见气泡逸出，多为针孔串珠状，气显示点平均为15～55处/m，水平段测试获得1.2万m3/d工业气流。

图6 自流井组东岳庙段孔隙体积和比表面积分布直方图
Fig.6 Histogram distribution of pore volume and specific surface area of Dongyuemiao member

图7 建南地区自流井组东岳庙段泥页岩等温吸附气模拟曲线
Fig.7 Isothermal adsorption graph of Dongyuemiao member ofZiliujing Formation in Jiannan area

2.4 埋深及保存条件

建南地区自流井组东岳庙段埋深多在500～2100 m，其中，建南北部地区大都<1 000 m，南部一般<2 000 m，以建111井、建页HF-1井为例，其东岳庙段中下部页岩气集中显示段分别在643.5 m和642.1 m以内，单就埋深而言，建南地区埋深均未超过2 500 m，具有埋深较浅的特征。

露头资料揭示，建南地区自流井组上覆地层为千佛崖组，岩性主要为紫红色、黄绿色泥岩、粉砂岩、石英砂岩夹介壳灰岩，厚度为140～160 m；孔隙度均值2.56%，突破压力11.20 MPa；下伏地层为须家河组，岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩夹页岩，厚度为130～146 m。孔隙度均值1.96%，突破压力9.32 MPa;总体上，其顶底板封盖性较好。同时，建南地区构造变形较弱，地层平缓，倾角介于9°～13°,区内大断裂不发育，地下水活动较弱。总体来说，建南地区自流井组东岳庙段泥页岩埋深适中，分布面积大，保存条件较好，为页岩气勘探的有利区域。

3 结论

(1) 鄂西建南地区自流井组东岳庙段黑色—灰黑色泥岩具有厚度大、有机质丰度高、热演化程度适中的特点。TOC含量介于0.42%～2.77%，均值为1.15%，>1%的泥页岩厚度介于32～52 m，Ro值介于0.83%～1.40%，均值为1.13%，生烃能力良好，具备形成页岩气藏的物质基础。

(2) 鄂西建南地区自流井组东岳庙段泥页岩为低孔、低渗型储层，多种孔隙和微裂缝发育；同时，页岩吸附气量大，可为页岩气成藏提供充足的储集空间。

(3) 脆性矿物含量高介于44.7%～79.9%，均值62.3%，具有较好的可压性；埋深适中(<2 500 m)，顶底封堵性好，并在多口井见气显示。综合认为，鄂西建南地区自流井组东岳庙段泥页岩储层条件好，具有良好的页岩气勘探前景。