摘要：揚(yáng)子地塊是中國南方進(jìn)行油氣勘探研究較早的地區(qū)之一，在古生代，揚(yáng)子地塊發(fā)育了以下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)、上二疊統(tǒng)和下二疊統(tǒng)為代表的8套黑色泥頁巖。近幾年，人們對下寒武統(tǒng)筇竹寺組和上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)五峰組-龍馬溪組海相泥頁巖做了較多的基礎(chǔ)性研究工作，而對上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M海陸交互相泥頁巖則尚缺乏評(píng)價(jià)。為此，根據(jù)前人的研究成果和野外地質(zhì)調(diào)查資料，分析了揚(yáng)子地塊上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M泥頁巖的發(fā)育特征，探討了龍?zhí)督M頁巖氣的勘探開發(fā)前景。結(jié)論認(rèn)為：①龍?zhí)督M黑色頁巖具有有機(jī)碳含量較高、熱演化成熟度達(dá)高成熟度階段、石英含量達(dá)40％左右、厚度介于20～200 m、吸附能力強(qiáng)等有利條件，與美國圣胡安盆地Lewis頁巖很相似，具有較好的頁巖氣勘探開發(fā)潛力，但黏土含量高、非均質(zhì)性強(qiáng)、后期改造作用強(qiáng)烈等又會(huì)對其頁巖氣富集產(chǎn)生不利的影響；②龍?zhí)督M頁巖氣成藏條件縱向上：中、上段優(yōu)于下段，橫向上頁巖氣勘探的有利地區(qū)為上揚(yáng)子川中、川東、渝西北和下?lián)P子蘇南地區(qū)。
關(guān)鍵詞：中國 揚(yáng)子地塊 晚二疊世 海陸過渡相 泥頁巖 頁巖氣 勘探前景
近幾年來，我國對頁巖氣資源開展了基礎(chǔ)調(diào)查[1-5]：在渝頁1井鉆探過程中，張金川等人在下志留統(tǒng)龍馬溪組暗色頁巖中見到了頁巖氣的良好顯示[6]；蔣裕強(qiáng)、董大忠等人提出頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的8大標(biāo)準(zhǔn)(有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化成熟度、含氣性、頁巖厚度、儲(chǔ)層物性、礦物組成、脆性和力學(xué)性質(zhì))[7]；鄒才能等人首次在四川盆地南部地區(qū)下古生界頁巖中發(fā)現(xiàn)納米級(jí)的孔隙[8]。到目前為止，人們主要針對中國南方(主要是四川盆地)海相泥頁巖[下寒武統(tǒng)筇竹寺組(牛蹄塘組)、上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組]進(jìn)行了較多的基礎(chǔ)性研究；而對揚(yáng)子地區(qū)上二疊統(tǒng)海陸過渡相的龍?zhí)督M泥頁巖的關(guān)注則較少，本文旨在通過整理前人的研究成果并結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查資料，分析龍?zhí)督M泥頁巖的總有機(jī)碳含量(TOC)、熱演化成熟度、礦物組成、厚度和吸附性能等要素，對龍?zhí)督M頁巖氣的勘探前景作初步探討。
1 區(qū)域地質(zhì)背景
揚(yáng)子地塊主體包括從川滇東部到江浙沿海的長江中下游地區(qū)和南黃海(圖1)，西南以金沙江-紅河深斷裂與二三江褶皺系為界；西北以龍門山深斷裂與松潘-甘孜褶皺系為鄰；北以城口 房縣深斷裂和襄樊-廣濟(jì)深斷裂與秦嶺褶皺系相接，以郯城-廬江深斷裂和嘉山-響水深斷裂與華北地臺(tái)為界；東南以南盤江深斷裂、溆浦-四堡深斷裂、江山-紹興深斷裂與華南褶皺系相隔，總面積約l2.010 4×
揚(yáng)子地區(qū)地層始自震旦系，整個(gè)地層可以分為下、中、上3個(gè)序列，下部從震旦系到志留系，中部從泥盆系到三疊系，這2個(gè)序列主要為海相，上部為侏羅系以后的地層，幾乎都是陸相盆地沉積。并且此后的印支運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)對前期的海相地層進(jìn)行了較大改造。總的來說，揚(yáng)子地區(qū)沉積巖經(jīng)歷地質(zhì)時(shí)代長、地質(zhì)背景復(fù)雜、構(gòu)造破壞嚴(yán)重、油氣保存條件較差，而頁巖氣由于其特殊的成藏機(jī)制，極有可能成為揚(yáng)子地區(qū)區(qū)域性油氣勘探發(fā)現(xiàn)的重要突破口。
2 頁巖的時(shí)空發(fā)育特征
晚二疊世吳家坪期是揚(yáng)子地區(qū)二疊紀(jì)陸地而積最廣泛、臺(tái)地和深水盆地萎縮的時(shí)期，出現(xiàn)了古生界以來獨(dú)特的古地理面貌，其中川滇古陸、膠南古陸和華夏古陸成為沉積區(qū)內(nèi)陸源碎屑的供給區(qū)(圖1)，沉積了一套海陸過渡相地層，巖石類型多樣，主要為頁巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖夾煤層及石灰?guī)r。
在川東黔西地區(qū)，煤層多為2～10層，往東石灰?guī)r逐漸增多，向吳家坪組過渡，呈現(xiàn)出東西向分帶、南北向延伸的格局(圖1)。本區(qū)龍?zhí)督M厚度一般介于20～250 m[10]，并由東南向西北逐漸變薄。江蘇、浙西地區(qū)巖性總體上與川黔地區(qū)相似，但一般只有2～3個(gè)主含煤層段，頂部普遍有石灰?guī)r夾層(稱壓煤灰?guī)r)且由東向西石灰?guī)r層數(shù)和厚度逐漸增加，向吳家坪組過渡，厚度變化較大，一般介于50～700 m。在中揚(yáng)子地區(qū)，由于江南古陸抬升，龍?zhí)督M不太發(fā)育，厚度較薄，一般為20～
3 頁巖的主要參數(shù)分析
美國在對頁巖氣進(jìn)行研究時(shí)，總有機(jī)碳含量、熱演化成熟度、礦物組分、孔隙度、滲透率、地層厚度和含氣性常作為評(píng)價(jià)頁巖氣勘探前景的關(guān)鍵要素。在此，筆者對TOC、熱演化成熱度(R0)、礦物組分、地層厚度和吸附性能等進(jìn)行初步分析。
3.1有機(jī)碳含量
有機(jī)碳是控制頁巖對甲烷吸附能力的地質(zhì)主控因素。龍?zhí)督M泥頁巖形成于近海湖盆 沼澤和海灣澙湖相帶，氣候溫暖，灌木、水草大量繁殖，有機(jī)質(zhì)豐富，而且沉積水為海水或半咸水，富含硫酸鹽，被有機(jī)質(zhì)還原后很容易形成弱還原-還原環(huán)境。美國一般將有效頁巖TOC下限定為2％。在龍?zhí)督M剖面中TOC大于2％的巖層厚度占到50％～90％，平均為2％～5％，煤和碳質(zhì)泥巖的TOC甚至高達(dá)38％[10]。
3.2 熱演化成熟度
美國頁巖氣的勘探開發(fā)經(jīng)驗(yàn)表明，較高R0有利于頁巖氣資源的形成，Barnett頁巖的R0介于1.0％～2.1％，屬于高成熟度頁巖氣藏，其中“甜點(diǎn)”區(qū)都有較高的R0。揚(yáng)子地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖的R0普遍介于0.8％～3.4％，四川盆地的R0稍高，為1.3％～3.4％[9-10](圖3)，下?lián)P子地區(qū)的R0介于0.5％～3.0％，長頁1井實(shí)驗(yàn)結(jié)果其R0介于0.8％～l.3 6％。龍?zhí)督M泥頁巖基本已達(dá)高成熟過成熟階段，有利于頁巖氣的形成。
3.3 礦物組分
Hill和Nelson對Barnett頁巖進(jìn)行了礦物學(xué)分析[13]，其中石英含量介于45％～55％，碳酸鹽巖含量介于l5％～25％，黏土礦物含量介于20％～35％，黃鐵礦含量介于2％～6％；Lewis頁巖是濱岸沉積富含石英的泥巖，石英含量介于50％～75％[1]。張金川等人研究認(rèn)為[14]，具有粉砂夾層的頁巖可能更具有開發(fā)價(jià)值。龍?zhí)督M頁巖含有較多的薄層粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、薄層石灰?guī)r、石灰?guī)r透鏡體(圖2-a、b)。這些薄層自身具有較好的儲(chǔ)集空間，在成巖過程中由于壓實(shí)、縮水等作用可形成裂縫，增大儲(chǔ)集空間。粉砂含量高的泥頁巖脆性較強(qiáng)，容易在外力作用下形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫(圖2-b)，有利于天然氣滲流。野外測試結(jié)果顯示，石英含量達(dá)到40％，黏土礦物的含量普遍達(dá)到50％，以伊利石、伊／蒙混層和高嶺石為主，較美國的頁巖氣藏的黏土礦物含量要高。
3.4 地層厚度
根據(jù)美國的勘探經(jīng)驗(yàn)，一般將頁巖層的最小厚度限定為
3.5 頁巖吸附性能
筆者對所采集的龍?zhí)督M黑色粉砂質(zhì)泥巖樣品進(jìn)行了等溫吸附實(shí)驗(yàn)，其中最大吸附量超過
3.6 龍?zhí)督M頁巖與Lewis頁巖特征對比
揚(yáng)子地區(qū)龍?zhí)督M頁巖與美國San Juan盆地Lewis頁巖的沉積環(huán)境十分相似，故將各類參數(shù)進(jìn)行對比總結(jié)(表1)。
從表l中可以看出，龍?zhí)督M頁巖的TOC、R0、厚度以及地層的頂?shù)钻P(guān)系都較Lewis頁巖有更好的頁巖氣前景，而且從地層的頂?shù)钻P(guān)系來看(表1)，與美國Barnett頁巖所處的地層格局(圖2-c)有很大的相似性，有利于頁巖氣的后期保存。
頁巖氣的富集及保存定會(huì)產(chǎn)生很大影響。
4存在的問題
在對揚(yáng)子地區(qū)龍?zhí)督M黑色頁巖進(jìn)行初步研究后，發(fā)現(xiàn)了以下一些對龍?zhí)督M頁巖氣的評(píng)價(jià)和富集有較大影響的因素。
1)與下古生界泥頁巖相比，龍?zhí)督M的非均質(zhì)性較強(qiáng)，橫向上并不是全區(qū)域廣泛的展布，縱向上厚度變化大，常夾有鈣質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、白云巖等，給頁巖氣的綜合評(píng)價(jià)帶來了一定的困難。
2)揚(yáng)子地區(qū)經(jīng)歷了后期多期次的構(gòu)造改造，地層產(chǎn)狀變化大，斷層和節(jié)理都很發(fā)育，低角度滑脫面是泥頁巖中較常見的構(gòu)造性裂縫，這些宏觀的構(gòu)造改造對
5 結(jié)論
1)龍?zhí)督M黑色頁巖具有TOC較高、R0達(dá)高成熟度階段、石英含量達(dá)40％左右、厚度介于20～
2)綜合分析以上要素后認(rèn)為，龍?zhí)督M頁巖氣成藏條件縱向上看：中、上段優(yōu)于下段，橫向上頁巖氣的有利地區(qū)為上揚(yáng)子川中、川東、渝西北和下?lián)P子蘇南地區(qū)。
參考文獻(xiàn)
[1] CURTIS J B. Fractured shale-gas systems[J].AAPG Bulletin，2002，86(11)：1921-1938.
[2] 張金川，汪宗余，聶海寬，等.頁巖氣及其勘探研究意義[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2008，22(4)：640-645.
[3] EIA·Annual Energy Outlook 2012 Early Release Over view(AEO2012)，U.S.Energy Information Administration[R／OL].[
[4] 張金川，姜生玲，唐玄，等.我國頁巖氣富集類型及資源特點(diǎn)[J].天然氣工業(yè)，2009，29(12)：109-114.
[5] 張金川，徐波，聶海寬，等.中國頁巖氣資源勘探潛力[J].天然氣工業(yè)，2008，28(6)：136-140.
[6] 張金川，李玉喜，聶海寬，等.渝頁l井地質(zhì)背景及鉆探效果[J].天然氣工業(yè)，2010，30(12)：114-118.
[7] 蔣裕強(qiáng)，董大忠，漆麟，等.頁巖氣儲(chǔ)層的基本特征及其評(píng)價(jià)[J].天然氣工業(yè)，2010，30(10)：7-12.
[8] 鄒才能，朱如凱，白斌，等.中國油氣儲(chǔ)層中納米孔首次發(fā)現(xiàn)及其科學(xué)價(jià)值[J].巖石學(xué)報(bào)，2011，27(6)：1857-1864.
[9] 馬力，陳煥疆，甘克文，等.中國南方大地構(gòu)造和海相油氣[M].北京：地質(zhì)出版社，2004：259-275.
[IO] 梁狄剛，郭彤樓，陳建平，等.中國南方海相生烴成藏研究的若干新進(jìn)展(一)：南方四套區(qū)域性海相烴源巖的分布[J].海相油氣地質(zhì)，2008，13(2)：1-16.
[11] 劉寶瑤，許效松.中國南方巖相古地理圖集(震旦紀(jì)三疊紀(jì))[M].北京：科學(xué)出版社，l994：138-141.
[12] LOUCKS R G，RUPPEL S C. Mississippian Barnett Shale：lithofacies and depositional setting of a deep water shale-gas succession in the Fort Worth Basin，Texas[J].AAPG Bulletin，2007，91(4)：579-601.
[13] HILL D G，NELSON C R.Gas productive fractured shales：an overview and update[J].Gas Tips of Gas Research Institute，2000，6(2)：4-13.
[14] 張金川，唐玄，姜生玲，等.碎屑巖盆地天然氣成藏及分布序列[J].天然氣工業(yè)，2008，28(1 2)：11-17.
[15] AYERS W B Jr.Coalbed gas systems，resources，and production and a review of contrasting cases from the San Juan and Powder River basins[J].AAPG Bulletin，2002，86(11)：1853-1890.
本文作者：周東升 許林峰 潘繼平 黃曉偉
作者單位：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院 國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心
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