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摘要

摘要：四川盆地寒武系底部和志留系底部各存在一套良好的高成熟度、高有機質豐度、類型好的烴源巖，所生成的天然氣均為腐泥型有機質形成的油型氣，均可作為頁巖氣的勘探目標。下寒

摘要：四川盆地寒武系底部和志留系底部各存在一套良好的高成熟度、高有機質豐度、類型好的烴源巖，所生成的天然氣均為腐泥型有機質形成的油型氣，均可作為頁巖氣的勘探目標。下寒武統頁巖烴源巖以川西南地區厚度最大，呈輻射狀減薄，其累計厚度在100～400m之間，有機碳含量在0.2%～9.98%之間，平均值為0.97%；下志留統頁巖烴源巖主要分布在川南、川東地區，累計厚度在100～700m之間，平均厚度為203m，其中黑色頁巖厚度變化在20～120m之間，富含筆石，有機碳含量在0.4%～1.6%之間，有機質類型主要為腐泥型干酪根，生烴能力強，熱演化程度高，已演化至過成熟階段，目前生烴已近枯竭，但也說明它的生烴能力巨大，歷史上曾經大量生成天然氣。從其成熟度、運聚條件和礦物成分比較分析后認為：四川盆地頁巖氣勘探開發的首選目標應為川南下志留統頁巖。

關鍵詞：四川盆地；寒武紀；志留紀；頁巖氣；勘探；目標

0 引言

四川盆地存在豐富的泥頁巖。從傳統的石油天然氣地質學角度看，它們是盆地內良好的烴源層和蓋層。但從國內外的勘探實踐看，在適當的地質背景下，采用合適的鉆采工藝，頁巖也會成為有效的產層。

就四川盆地而言，其下古生界寒武系、下志留統、奧陶系大乘寺組以及上三疊統須家河組等層系都存在大套頁巖，其中的黑色頁巖又都有很好的烴源巖。但從美國Fort worth盆地Barnett頁巖存在的地質背景^[1、2]可以看出，頁巖氣的存在需要兩個基本的地質條件：①頁巖本身應當是良好的烴源巖，并達到生氣階段，具備強大的生氣能力，這可以看成是頁巖氣勘探開發的地質基礎；②產氣頁巖夾于兩套碳酸鹽巖硬巖層之間，這可以看成是頁巖氣開采技術的工藝要求。依此衡量，奧陶系大乘寺組頁巖不滿足第1個條件，而上三疊統須家河組頁巖不滿足第2個條件。所以認為四川盆地頁巖氣勘探的主要領域首先應在寒武系和志留系的頁巖中選擇。筆者將通過四川盆地寒武系和志留系頁巖的地球化學特征對比，提出四川盆地頁巖氣勘探開發的首選層系。

1 四川盆地寒武系頁巖地球化學特征

四川盆地寒武系頁巖的地球化學基本特征是厚度大，有機碳含量高，類型好，有機質熱演化程度高^[3]。

四川盆地下寒武統存在豐富的頁巖烴源巖，以川西南地區厚度最大，呈輻射狀減薄，其累計厚度一般在100～400m之間(見圖1)。

盆地內寒武系有機碳含量一般在0.2%～9.98%之間，159個樣品的有機碳含量平均值為0.97%(圖2)。有機質成分以腐泥組為主(占95%以上)，無定形，掃描電鏡下為松軟的絮狀體，干酪根碳同位素一般為-27‰～-31‰，氯仿瀝青“A”中飽和烴含量高(40%～60%)，芳烴含量低(11%～15%)，瀝青質含量低(3%～15%)，飽芳比高(3～5)。表明原始有機物主要為盆地相中的低等水生生物，按Tissot等(1984)的分類屬生烴能力極強的腐泥型于酪根。

四川盆地下寒武統頁巖總體熱演化程度高，除廣元礦山梁地區成熟度較低(R_o=0.59%)外，盆地內其他地區均已達過成熟階段。其中又以大巴山前緣和樂山龍女寺古隆起相對略低(R_o為2.48%～3.5%)，宜賓地區、盆地北部及川湘凹陷帶相對較高(R_o在4.0%以上)，總體展布格局是由樂山-龍女寺古隆起向四周成熟度逐漸增高(圖3)。寒武系成熟度的這種展布特點與區域性的古隆起和凹陷帶的繼承性發展、古斷裂的活動密切相關，它們是控制寒武系熱演化的重要因素。

根據高科1井的沉積埋藏史圖(圖4)可見，樂山-龍女寺古隆起區下寒武統源巖經歷了埋藏-抬升(剝蝕)-再埋藏-再抬升的演化過程。其有機質生烴史可分為三期：第一期為初始生烴階段：高科1井下寒武統源巖在志留紀末R。值已達0.7%，處于未成熟一低成熟生烴期；第二期為生烴停滯階段，由于加里東運動的抬升作用，該井下寒武統源巖埋深變淺并遭受剝蝕，古地溫降低，有機質進入生烴滯流階段；第三期為“二次生烴”階段：從二疊系開始至二疊系末，下寒武統源巖埋藏深度及其所具有的古地溫已超過了初始生烴階段，源巖進入了二次生烴階段。此時，高科1井毛。源巖R_o值已達0.71%，有機質開始繼續生烴。印支末期，高科1井

源巖R_o值已達0.97%而進入生烴高峰。燕山期該井

源巖R_o值已達2.23%，有機質大量生成濕氣及油裂解氣。喜山期，該區源巖進入過成熟末期，現今實測最高R_o值已達3.75%，表明該區下寒武統源巖目前生烴已近枯竭，但也說明它的生烴能力巨大，歷史上曾經大量生烴(表1)。

2 四川盆地志留系頁巖地球化學特征

在四川盆地下志留統龍馬溪組下部也存在一套烴源巖。并且與寒武系九老洞組一樣呈現出有機碳豐度高，類型好，有機質成熟度高的特點^[4]。只是在樂山-龍女寺古隆起頂部志留系下統缺失，烴源巖主要分布在川南、川東地區，累計厚度在100～700m之間，平均厚度203m(圖5)，其中黑色頁巖厚度變化于20～120m之間。

四川盆地下志留統泥質烴源巖富含筆石，有機碳含量一般介于0.4%～1.6%之間，在川南、川東和川東北地區較高，普遍大于1%(圖6)。干酪根δ¹³C為-30‰左右，鏡下有機質呈無定型，表明有機質類型主要為腐泥型，生烴能力強。

四川盆地下志留統泥質烴源巖R_o值為2.2%～4.0%，已演化至過成熟階段。川南地區成熟度較低，普遍小于2.8%(圖7)。晚二疊世末，志留系源巖R_o值演化至0.9%，開始進入成油期。三疊紀之后，由于沉積速度加快，志留系埋藏速率也相應加快，志留系烴源巖在壓力和溫度作用下，熱演化加速。到中三疊世末時，很多地區的R_o值已迅速演化至1.3%。志留系烴源巖生成大量的液態烴。中侏羅世后，沉積作用仍然快速進行，志留系地層仍處于快速埋藏狀態，R_o值從1.3%迅速演化至2.2%，有機質演化至高成熟期，處于濕氣轉化階段。從白堊系開始，大部分地區的志留系烴源巖有機質R。值都超過了3%，進入過成熟期，主要形成干氣。

3 頁巖氣勘探開發前景比較

上述資料表明，四川盆地寒武系底部和志留系底部各存在一套良好的高成熟度、高有機質豐度的烴源巖，所生成的天然氣均為腐泥型有機質形成的油型氣，它們都可以作為頁巖氣的勘探目標。

但比較四川盆地寒武系和志留系頁巖，筆者認為，四川盆地頁巖氣勘探開發的首選目標應為川南志留系，理由如下：①盡管寒武系和志留系烴源巖都有較高的有機碳豐度和較好的有機質類型，但志留系烴源巖的成熟度略低于寒武系。②運聚條件不同，志留系烴源巖在川南地區生烴強度大于川東地區，但在川東地區，石炭系直接覆蓋在志留系之上，由于石炭系有較好的滲儲條件，所以形成大中型氣田^[5]，而川南地區雖處生烴凹陷，但由于石炭系缺失，所以二疊系直接覆蓋在志留系之上，而二疊系孔隙不發育，滲儲空間主要為裂縫。已有的研究表明，二疊系甚至三疊系嘉陵江組都有天然氣來自志留系，但沒有形成向石炭系那樣的大氣田。顯然川南地區志留系排烴程度沒有川東地區高，換句話說，滯留在川南志留系中的天然氣應當較多。據不完全統計，川南地區鉆遇志留系有氣顯示的井有8口，也說明這一現象。寒武系生烴條件最好的地區是川西南地區，而它受樂山龍女寺古隆起的影響較大，具備向震旦系輸氣的條件，也就是說它自身滯留天然氣的條件不如川南志留系。③礦物成分不同。從表2可見，威遠地區寒武系頁巖的石英含量與志留系差不多，但黏土含量低于志留系的頁巖，而黏土與吸附氣的多少有關，石英則與造縫能力相關。