贵州龙马溪组页岩气储层特征及其分布规律_易同生.pdf

第43卷第3期 2015年6月 文章编号1001-1986201503-0022-06 煤田地质与勘探 COALGEOLOOY shale g邸，reservoir;characteristics; distribution 1 地质背景 晚奥陶世一早志留世龙马溪期是中上扬子地区 盆山格局发生重大转变的时期（1-2］。该期陆块边缘处 于挤压、榴皱造山过程，扬子南缘的黔中隆起、苗岭 雪峰隆起基本相连形成了横跨滇黔挂的隆起带。在 贵州遵义一石肝－铜仁一线以南地区隆升为陆，隆起北 收稿日期2013-12-11 部边缘发育潮坪相沉积，向北过渡为局限浅海相带， 地层厚度、富有机质岩性段厚度也由南向北增厚 （图1）。平面上，贵州省范围内由南向北主要发育潮 坪相、浅海陆棚和深水陆棚相。 贵州下志留统龙马溪组受黔中古隆起影响，分 布比较局限。主要分布于遵义－余庆一线以北，南部 地区沉积缺失或被剥蚀，地层发育不全；北部地区 基金项目贵州省应用基础研究计划重大项目（黔科合JZ字［20142005号）；贵州省软科学即E项目（索非科合 R字［201句2倒4号） 作者简介易同生1964一），男，贵州遵义人，博士，研究员，从事页岩气开发地质研究工作． E-mail gzsmtdzyts 引用格式易同生，高弟．贵州龙马摸组页岩气储层特征及其分布规律［巧．煤田地质与勘探，2015,433 22-27. ChaoXing 第3期易同生等贵州龙马溪组页岩气储层特征及其分布规律 23 ，，，.，、 阳 系 。1/m 50 100 150 －－－－－＂＂＇』S 南川三汇让.. 门’斗溢觅l井 ＼、h样／与.;\ ,, g阳北沃风冈辐1 遵义1滔潭tr瓦 飞～毕节’1 ι＂ 飞，－＇，六盘水贵阳凯里f 长顺/ 斗了县JI_.,... .- i \- 飞’－，飞，’ 图l贵州志留系下统龙马溪组钻井剖面沉积相对比图 Fig. l Correlation of sedimentary facies of borehole column in Lower Silurian Longmaxi ation in Guizhou Province 地层完整［3-4］。该组下部为灰黑－黑色碳质泥岩，厚 30120 m，向上为深灰一灰色泥岩、粉砂岩夹条带状、 透镜状灰岩。 2 龙马溪组页岩气储层特征 2.1 页岩发育及赋存特征 贵州下志留统龙马溪组主要出露于黔北、黔西 29。 。。” 28。 。。” 27 00” 26。 00” 25。 00” I 0400” ．雷波 0 20 40 60 80 km 会泽 曲培 I 0600” 富眼 宜宾 叙永 北地区，即毕节－遵义－石肝一铜仁一线以北，该线以 南为黔中隆起和滇黔挂隆起。在黔北地区，龙马溪 组地层沿向斜翼部出露，龙马溪组及其页岩有利层 段厚度由北向南呈递减趋势（图2）。 由图2可见，重庆南川三汇页岩有利层段厚度 为75m，道真附近厚度为56.4m，至绥阳仅有7.7m, 至泪潭抄乐未发育。习水－道真一线以北，龙马溪组 ．泰江 10800” .,, .J、‘『、、4』_j_一－」，－－、 i.二－“1“. ．歹7部缸 ’‘’ 、 、，’， 兰丹 ．商阳 保靖 吉首 . 芷江 精州 ．榕安 29 0。” zgo 00” 27。 00” 26。 00” 25。 00” 网例「丁「 F林‘ ｜啊回事才」庭等曰隆起区园等厚线固弱辈革 图2贵州志留系下统龙马溪组页岩有利层段等厚图 Fig.2 lsopach of favorable shale of Lower Silurian Longmaxi ation in Guizhou Province ChaoXing 24 煤田地质与勘探第43卷 页岩有利层段最厚，达60-80m，且碳质含量较高； 桐梓北正安一带，厚度为40-60m，凤冈一松桃一 带仅有数米至十余米。 平面上，贵州下志留统龙马溪组页岩有利层段 沉积区主要为浅水陆棚及深水陆棚区；其中，习水 至道真一线以北主要为深水陆棚相沉积，其以南以 浅水陆棚沉积为主。垂向上，页岩有利层段主要位 于龙马溪组的下部，岩性为灰黑色－黑色碳质页岩为 主，含丰富笔石。 黔北地区龙马溪组地层沿向斜翼部出露，地 层分布呈NE-SW向狭长条带状。区内主要向斜 中，道真向斜、安场向斜核部埋深较大，可达2000 3 000 m，地表出露三叠系地层；太自向斜、大龙向 斜等埋深略浅，约为10002 000 m，地表出露二叠 系地层；在向斜向背斜过渡的转折部位，龙马溪组 7「6.2 6 5.58 5 莲吕 2 采样点 埋深浅至数百米不等。 2.2 有机质类型 龙马溪组干酷根显微组分中，腐泥组和壳质组 相对含量较高，其中腐泥组中腐泥无定形体体积分 数为39～67，壳质组中腐殖无定型体为33～ 59；干酷根类型指数为67～81，干酶根类型以I型 和El型为主。龙马溪组黑色页岩样品分析表明显 微组分主要表现为腐泥组和沥青组，缺乏镜质组、 惰质组和亮质组。其中，腐泥组以分散状矿物沥青 基质为主，沥青组以块状、脉状和碎屑状沥青为主， 油浸反射光下呈灰白色，不发荧光。 2.3 有机质丰度 通过对贵州下志留统龙马溪组地表露头和钻井 岩心样品有机碳测试表明，研究区有机碳质量分数 普遍在2以下，主频在1.02.0 （图3）。 图3下志留统龙马溪组主要样品有机碳含量 Fig.3 Organic carbon content of main samples in Lower Silurian Longmaxi ation 龙马溪组泥页岩有机碳含量平面分布特征明显。 南J＂、道其一线泥页岩有机碳均大于1.5，生短潜力 较好；向南至黔中隆起，页岩有机碳含量明显降低， 正安J德江－印江一线以南泥页岩有机碳都小于1.0。 黔北龙马溪组上部地层中砂质或钙质含量增多，有机 碳普遍小于1；下部富有机质页岩较纯，有机碳介于 2.0～6.0，平均3.5，表现为由上至下有机碳含量 逐渐升高的趋势，如习页l井（图4）。 2.4 有机质成熟度 贵州下志留统龙马、烧E页岩有机质成熟度R。值为 1.5号←3.39。其中，龚滩地区页岩最高，达3.39; 务川地区页岩有机质程度度最低，仅为1.5（图5）。 平面上，正安－桐梓一线向北R。值逐渐增大，向 南逐渐减少。靠近黔中隆起带，龙马溪组沉积较薄， 泥页岩的成熟度较低，R。值普遍低于1.5；远离隆起 带的南）II－道真－习水地区，龙马溪组沉积较厚，泥页岩 的成熟度较高，R。值普遍大于2.5，习水地区R。值在 3.3以上，处于过成熟晚期间。垂向上，龙马溪组 下部有机质成熟度明显较上部高，有机质成熟度介 于2.0～5.0，平均为2.6。 2.5 岩矿特征 根据野外露头、勘探钻孔数据分析，贵州省下志 留统龙马溪组页岩矿物组成以碎屑矿物及勃土矿物为 主，次为自生脆性矿物（图6）。石英、长石质量分数为 24.3～75.5，平均49.6；勃土矿物平均40.8，且 以伊利石和伊蒙混层为主，含少量高岭石和绿泥石； 碳酸盐矿物较少，为Oo/.8，平均9.4。可见， 龙马溪组含气页岩具有较好的脆性［6］。 贵州下志留统龙马溪组页岩岩矿组成平面分布 差异明显。碎屑矿物多富集于黔中古隆起北侧边缘， 质量分数为50～60；北部深水陆棚区碎屑矿物含 量明显减少，呈分散状分布，质量分数约40～50。 碳酸盐自生矿物以北部南J11一道真片区含量较高，平 均为10.9；黔中古隆起北侧边缘碎屑矿物含量较 ChaoXing 第3期易同生等贵州龙马溪组页岩气储层特征及其分布规律 25 系｜统｜组 志 下 留 统 系 宝 塔 组 统 系｜ 忡亨 岩性 向然伽马 /API , , 0.1 150 深度｜声波时差「一一ι Im I /sm- I自然也位 I mY 20 2501500 1000 TOC/ 0 10 龙马溪组 图4习页1井有机碳含量随深度变化图 Fig.4 The longitudinal distribution of organic carbon content of Longmaxi ation in northern Guizhou 4.0 3.5 . 3 生军链运在盟2.5 2.0 I 5 1.0 0.5 2.92 2.8 2.56 2.51 2.5 3.39 2.5 2.48 2.48 2.48 2.45 2.15 1.5 1.5 采样点 图5下志留统龙马澳组主要页岩样品有机质成熟度 Fig.5 Organic maturity of main shale samples in Lower Silurian Longmaxi ation ChaoXing 26 煤田地质与勘探第43卷 务川 茵河新采 道页l井 习水吼滩 桐梓松坎锁 仁怀吕头镇 毕节「燕fC.J镇 毕节然F口镇 。20 40 60 80 100 矿物质量分如 石英－告jl长，{i斜长石方解石白云石cJ黄铁矿CJ裂i土矿物 图6贵州志留系下统龙马溪组页岩矿物组成 Fig.6 Mineral component of shale in Lower Silurian Longmaxi ation in Guizhou Province 高，向北至陆棚环境含量逐渐降低。垂向上，习水－ 道真片区富有机质段（TOCl.5）碎屑矿物质量分数 为59～66；当TOCl.5）黠土矿物以伊利石为 主；随有机质含量降低，高岭石、绿泥石呈增高趋势。 2.6 储层物性 龙马溪组页岩孔隙相对发育，以孔隙型、孔隙． 裂缝型储集空间为主页岩层孔渗间普遍具有一定 的相关性。页岩孔隙度分布较分散，峰值区间为 0.77～11.9，平均6.99，孔隙度中等，渗透率变 化区间为0.001410-3-0.5210-3 m2。平面上， 孔隙度高值区在道镇、正安一带，外围有减小的趋 势；垂向上，由浅至深孔隙度有增大趋势，龙马溪 组底部30m页岩的孔隙度均大于4，有利于页岩 气储集。此外，龙马溪组页岩段比表面积、孔容以 及孔径都表现出随深度增加而增大的趋势，这与有 机碳含量垂向上的变化趋势一致。微、中孔，特别 是微孔是页岩气吸附主要的表面积，中孔则提供了 页岩气赋存的主要空间。通过对贵州省内不同地区 龙马溪组页岩进行的普通背散射和氧离子抛光－扫 描电镜实验，发现除在宏观上龙马溪组发育两期构 造缝外，其微观储层中也发育一定量的微裂缝。 扫描电镜观察发现龙马溪组页岩内部存在大 量微孔隙和方解石、白云石、石英等粒间微孔，而 且常存在斜长石粒间溶孔、云母片状孔隙等微孔隙。 页岩中主缝、微缝、黠土矿物层间孔缝形成错综复 杂的网络，形成了理想的解吸一渗流通道［7］。此外， 镜下还发现大量呈网状、蜂窝状、凹坑状，内部具 有一定连通性的有机孔。在垂向上，页岩层自上而 下有机孔数量逐渐增加一这与页岩有机质成熟度的 变化有关，即有机质成熟度越高，有机孔越发育。 2.7 岩石力学特征 常温、常压条件下，贵州下志留统龙马溪组页 岩有利层段抗压强度为29.97～153.73MPa，抗张强 度在3.11-9.70MPa。在岩石矿物成分差异不大的情 况下，页岩样品抗压、抗张强度差异较大，与岩石 密度无明显对应关系，推测与页岩样品微裂缝发育 程度有关。饱和水条件下，岩石抗压强度仍较高， 且自然条件与饱和水条件下的抗张强度差异不大， 表明水介质对页岩强度的影响不大，地层水对页岩 的“软化作用”不明显。 常温、常压条件下，贵州下志留统龙马溪组页岩 有利层段弹性模量E为1.45103-6.02xl03MPa，平均 为4.15103MPa；泊松比为0.23-0.35，平均0.29。在 饱和水条件下，页岩样品含水率为0.53～1.57。饱 和水条件下的页岩样品弹性模量与自然条件下相接近。 2.8 含气性特征 在黔北地区的道真、习水、桐梓，对龙马溪组 五峰组部署了页岩调查井。在钻井过程中，气测录 井、测井和现场解吸均有气显示。例如，道真调查 井现场综合气测显示4层，累计钻厚42.50m, 4层 均为气测异常；龙马溪组404～423ID深度段出现气 测异常，全短最大值2.“95,,c，最大值0.96。 通过对道真、习水和桐梓调查井的现场解吸分 析，志留系下统龙马溪组页岩含气量范围在 0.63-2.81 m3 It，其组分以Cll4为主，含少filC2.4、 02和N2（表1）。等且吸附以验发现不同压力下吸附 量差异较大，反映了龙马溪组页岩物性纵向上存在 差异，主要表现在含气量随深度增1,i而增大的趋势。 ChaoXing 第3期易同生等贵州龙马溪组页岩气储层特征及其分布规律 27 表1龙马j翼组页岩气含量及组分 Table 1 The content and components of shale gas in Longmaxi ation 位置 含气量 /m3C1 CH4 道真1.842.69 97.27 习水。.63～2.8182.4 桐梓 。.20～0.8085.31 3 龙马溪组页岩气保存条件 3.1 构造演化 气体组分／ C2-4 02 2.73 。 0.43 3.52 1.25 5.76 N2 。 12.94 5.74 贵州大部地区属上扬子板块，仅黔南局部地区 地处华南板块（8］。自志留系沉积以来，扬子地台经 历了加里东、印支、燕山和喜山4次大的构造运动， 对扬子地区页岩地层的保存产生了重大影响［9］。 加里东运动导致贵州北部地区发生区域性抬 升，先期志留系沉积地层遭受剥蚀，部分地区甚至 缺失泥盆－石炭系。但其上覆二叠系与下伏地层之间 多表现为平行不整合接触，这表明龙马溪组后期榴 皱造山活动较弱，因而贵州龙马溪组残留地层在构 造上较稳定。志留纪末，麻江地区形成低缓隆起， 同期龙马溪组尚未达到生；怪门限，仅在黔中隆起边 缘区遭受剥蚀。海西运动地壳沉降幅度小，未形成 大的油气聚集与油藏破坏。印支运动早期发生区域 性海侵及地亮沉降，三叠纪地层快速沉积，龙马溪 组埋深增大，达到生；怪门限。印支运动后期地亮抬 升，海水向西南方向退出，黔西北及黔北地区结 束了海相沉积历史。印支期运动对龙马溪组的二 次生怪起到至关重要的作用，对早古生代页岩保 存影响相对较小［10］。燕山」喜山运动则导致区内上 古生界之上地层大面积剥蚀，总体上不利于页岩 气保存（］。 3.2 封盖层分布 贵州志留系下统龙马溪组主要分布在呈NE向 展布的向斜区域。其上部除韩家店组泥页岩作为有 效盖层外，二叠系和三叠系灰岩亦对；怪类有较好的 封闭作用。受区域构造影响和剥蚀强度差异，残留 二叠系与三叠系分布范围基本一致，主要分布在呈 NE-SW向的向斜区。自东向西分布在沿河－印江一 石忏、德江一思、南、务）II－凤岗、道真－正安－绥阳、正 安－桐梓一仁怀地区，为页岩气保存的有利区（图7）。 残留保罗系主要分布在桐梓一仁怀以西地区。 罔7贵州下志留统龙马读组页岩气保存条件评价图 Fig.7 uation map of shale gas preservation conditions in Lower Silurian Longmaxi ation in Guizhou Province 4结论余庆一线以北，南部沉积缺失或被剥蚀，北部地层 a.贵州志留系下统龙马摸组主要分布于遵义－（下转第32页） ChaoXing 32 煤田地质与勘探第43卷 考［巧．吐晗油气，2004,93 267-272. 4］刘洪林．中国煤层气资源、评价［RJ.廊坊中国石油勘探开发 研究院廊坊分院，2006. 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