四川盆地湖相页岩气地质特征与资源潜力
石油勘探与开发
2013年8月PETROLEUMEXPLORATIONANDDEVELOPMENT
V01.40
No-4
423
文章编号:1000.0747(2013)04—0423—06
DOI:10.11698/PED.2013.04.05
四川盆地湖相页岩气地质特征与资源潜力
李延钧1一,冯媛媛2,刘欢2,张烈辉1,赵圣贤2
(1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室;2.西南石油大学资源与环境学院)
基金项目:国家自然科学杰出青年基金(51125019)
摘要:分析页岩有机质丰度、类型、成熟度等地球化学特征,及页岩沉积环境、地质特征和发育规模,研究四川盆地下侏罗统自流井组湖相页岩气地质特征及资源潜力。四川I盆地自流井组湖相页岩主要发育于东岳庙段和大安寨段,页岩样品有机碳含量、干酪根显微组分、生物标志化合物和镜质体反射率等地球化学分析表明,页岩TOC值一般大
于1.0%;有机质类型为IIl--III型,湖盆中心主要为IIl型;R。值为1.05%--1.82%,具有较强的生气能力。自流井组
页岩厚度约为40~150m,分布面积广,页岩平均孔隙度为1%~5%,渗透率主要为0.001×10。~0.100xi0。“m2。湖相页岩发育3种地层组合模式:纯页岩、页岩夹灰质条带、页岩夹薄一中层介壳灰岩,页岩中石英含量较高,利于页岩气开采;页岩中发育的灰质条带、介壳灰岩可进一步提高页岩储集层的经济可采性。容积法估算四川I盆地自流井组湖相页岩气资源量约为3.8×1012~8.7×10¨m3。图8表l参22
关键词:页岩气;湖相;地质特征;资源潜力;自流井组;四川盆地中图分类号:TEl22.2
文献标识码:A
Geologicalcharacteristicsand
resource
potentialoflacustrineshalegas
China
intheSichuan
Li
Basin,SW
Yanjunl一,FengYuanyuan2,LiuHuan2,ZhangLiehuil,ZhaoShengxian2
610500,
(1.State
KeyLaboratory
ofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu
China;2.SchoolofResourcesandEnvironment,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China)
as
Abstract:Thegeochemicalcharacteristicsofshalesuch
totalorganiccontent,typeandmatufitY,shalesedimentaryenvironment,
resource
geologicalcharacteristics,andscaleofdevelopmentwereanalyzedtostudythegeologicalcharacteristicsandlacustrineshaleintheLowerJurassic
potentialof
Ziliujing
FormationintheSichuanBasin.TheLowerJurassic
Ziliujing
Formationlacustrineshale
ismainlydevelopedintheDongyuemiaoandDa’anzhai
members.The
geochemicalanalysisoftheorganiccarboncontent,kerogen
over
macerals,biomarkercompoundsandvitrinitereflectanceoftheshalesamplesshowedthatthetotalorganiccontentisgenerally
1.0%;themainorganictypeislli—III,buttypeIIiisinthecentralpartofthebasin;thevitrinitereflectancevalue(Ro)is1.05%一1.82%,thustheshalehas
a
strongabilitytogenerate
gas.The
thicknessofthedistributed
Ziliujingshaleisapproximately40—150m,theaverage
ofdifferentassemblages:pure
quartz
porosityis1%一5%,andthepermeabilityisshale,shalewithimbedded
0.001×IO-LO.100×10一um2.The
thin—middle
lacustrineshaleconsists
limeband,andshalewith
shell
limestone.Theshalehashiigh
are
content,favorable
forexploitationofshalegas;thelimebandandtheshellylimestone,whicheconomic
developedintheshale
can
furtherimprovetheshale
recoverability.The
estimatedshalegas
resources
ofthe
Ziliujinglacustrineshalebyvolumetricmethodisabout3.8x10“一
8.7×1012m3.
Keywords:shalegas;lacustrinefacies;geologiccharacteristics;resource
potential;ZiliujingFormation;SichuanBasin
0引言
四川盆地为大型复合含油气盆地,前震旦系变质
究则相对较少。笔者在前人研究的基础上,借鉴国内外学者页岩气研究思路和方法,研究四川盆地湖相页岩地质特征,并对其页岩气资源潜力进行评估。
岩基底上沉积了巨厚震旦系一中三叠统海相碳酸盐岩、泥页岩和上三叠统一始新统陆相碎屑岩。四川I盆
地下古生界发育筇竹寺组、五峰组、龙马溪组等海相页岩地层,已有学者对其进行了大量研究[1。171,认为其具有良好的页岩气形成条件,但对盆地湖相页岩的研
1研究区地质背景
中三叠世末,印支运动使海水退出了四川盆地,龙门山、大巴山一带褶皱成山,东缘娄山与江南古陆连为一体,盆地进人“环形凹陷”演化阶段,为湖泊
424
石油勘探与开发・油气勘探
统
组
段大
州
安
_寨段
岩性
Vbl.40NO.4
环境【1引,开始接受陆相沉积。早侏罗世,湖盆中心基本位于川中仪陇一营山一带,自中心向周边依次为半深湖一深湖、浅湖一半深湖、滨浅湖、滨湖、河流相
等环境,在盆地北部大巴山一带(属山前坳陷区带)
朴陛捕述
页岩,偶夹介壳条带和薄层介壳灰岩.页岩颜色深、贞理发育,富禽有机质
厚度/m
l
30~50
发育了一系列冲积扇体,而盆地西部都江堰以北地区则发育小型三角洲沉积。下侏罗统自流井组页岩主要发育在东岳庙段和大安寨段,大安寨段有利于深色页岩沉积的环境(浅湖一半深湖一深湖区)分布范围最
大,资料也较多,以大安寨段为例,绘制了早侏罗世时期该地区沉积相平面图(见图1)。
产。
马
鞍
山段
li
鬻
紫红色、暗紫红色泥岩及灰色石英粉砂岩
60~lOO
自
侏流
罗井统组
东岳庙段
雪
毒豢朝
黑灰色贝岩,其底部为褐灰色介壳灰岩稚I百英
粉砂岩
20~l50
珍
珠冲段
_
紫红色砂质泥廿炙
■●
^K色白英粉砂岩
80~200
圈日
日圜国
页岩泥岩砂质泥岩石英粉砂岩介壳灰岩
图2四川盆地下侏罗统自流井组地层柱状图
2湖相页岩地球化学特征
2.1有机质丰度
图1
四川盆地下侏罗统自流井组大安寨段沉积相平面图
一般采用有机碳(TOC)含量定量评价烃源岩优
劣,国内外大多数学者较为认可的泥质烃源岩有机碳含量下限为0.4%~0.6%[19],而对于页岩气资源,由于
早侏罗世时期,四川盆地湖盆中心位置变化不大,
但湖盆水体进退变化明显,对应沉积地层岩性的显著变化(见图2)。珍珠冲段主要为滨浅湖相沉积,岩性主要为紫红色砂质泥岩和灰色石英粉砂岩,厚约80~
200
其特殊的“自生白储”成藏机理,通常其有机碳含量下限要求更高。美国大规模商业开发的5大含气页岩
系统有机碳含量为0.5%~25.0%[201。CharlesBoye等将页岩气资源有机质丰度定为6级[5】:很差,TOC<O.5%;差,TOC值为0.5%~1.0%;一般,TOC值为1%~2%;
m。珍珠冲段至东岳庙段沉积期为水进过程,东岳
庙段沉积期达到最大水进期,此时的湖面最广,湖水相对最深,盆地中心处于浅湖一半深湖亚相。东岳庙
段主要发育一套黑灰色页岩,其底部为褐灰色介壳灰岩和石英粉砂岩,东岳庙段厚度变化较大,盆地中心沉积厚度超过150m,而周边则减薄至20m。东岳庙
好,TOC值2%~4%;很好,TOC值4%~12%;极好,TOC>12%。Burnaman等也提出,页岩气资源中烃源岩的有机碳含量至少为2%【5]。美国从事页岩气勘探开发的石油公司一般将有效页岩TOC含量下限值确定为
2.0%,这一选值实际上相当于常规评定烃源岩等级时所确定的“好生油岩”标准【5J。
四川盆地湖相页岩纵向上主要分布于自流井组东岳庙段和大安寨段,由于大安寨段资料相对丰富,笔者对其进行重点阐述。选取400个样品进行有机碳含量(见图3)和岩石热解分析,结合大安寨段沉积环境,绘制了盆地有机碳含量等值线图(见图4)。大安寨段
段至马鞍山段沉积期为一次小规模的水退,水体变浅,
区域大部分地区为滨浅湖区,马鞍山段厚度分布相对稳定,约60~100nl,主要为紫红色、暗紫红色泥岩及灰色石英粉砂岩。大安寨段沉积早期又开始水进,至中期达到最大水进期,晚期开始水退;中期持续时间较长,水体较深,沉积一套黑色页岩,偶夹介壳条带和薄层介壳灰岩,页岩颜色深、页理发育,富含有机质,沉积厚度为30~50m,分布范围广,大安寨段下部和上部也发育黑色页岩,但与介壳灰岩互层分布。
沉积期,湖盆中心,即半深湖一深湖区主要分布于西充一仪陇一营山一达州一带,该区带内黑色页岩有机
2013年8月
李延钧等:四川盆地湖相页岩气地质特征与资源潜力
表1
取样
位置
425
碳含量一般大于2.0%,满足国外页岩气有机碳评价下
湖盆中心大安寨段30个样品页岩干酪根显微组分
腐泥组/
%0
限标准;浅湖一半深湖、滨湖一浅湖相虽然有机碳含
量相对稍低,但一般也大于1.0%,更为关键的是:在这两个亚相内,页岩地层有其独特的岩性组合特点,
壳质组/
%86818763
镜质组/
%
惰质组/
332
氢指数/
干酪根类型
Ⅱ2Ⅱ.1IⅡ
%(mg・g-11
31.7543.oo5075
仪陇平昌
西充
101030
即页岩中夹薄层介壳灰岩,或页岩与介壳灰岩略等厚互层,而介壳灰岩本身可以作为裂缝性储集层,这种岩性组合关系可认为是介于页岩气资源与裂缝型气藏
之间的一种过渡形态,所以在考虑有机碳丰度下限时,不能照搬国外的标准,笔者认为在这两种沉积亚相中TOC>I.0%的区域应具有形成页岩气资源的可能。
4
龙岗渠县
梁平及周边地区属于浅湖一半深湖区,高等植物
输入增多,分析该区自流井组干酪根镜检结果和岩石热解参数发现,自流井组页岩属于Ⅱ型有机质,以Ⅱ2型为主,并含一定量的Ⅱl型和Ⅲ型有机质(见图5)。
图3四川盆地下侏罗统自流井组TOC含量柱状图
图5梁平地区自流井组有机质类型图
由上述可知,自流井组页岩有机质类型与沉积环境较为吻合,各个亚相有机质都表现为混源特征,主要为浮游生物和陆地高等植物交叉混合,且由滨浅湖向深湖方向偏腐泥型有机质增多。
Bumaman等研究表明,I、Ⅱ、Ⅲ型有机质均能形成页岩气,但以Ⅱ型为主,I型有机质只有当尺。>1.4%时才可能成为好的气源岩,而Ⅱ型和Ⅲ型有机
图4
四川盆地下侏罗统自流井组大安寨段页岩
TOC等值线和凡等值线图
质则需要较高的氢指数才能保证有足够数量的天然气生成【21]。2.3成熟度
2.2有机质类型
西充、仪陇、平昌、龙岗地区处于湖盆中心,取该区7口井大安寨段30个样品进行干酪根显微组分分析,结果表明,湖盆中心大安寨段页岩有机质主要为Ⅱ广一Ⅱ:型(见表1);生物标志化合物图谱显示大安寨段页岩生物标志化合物中C20、C2。、C23三环萜构成“山”字形,以C:,三环萜为主峰,表明其母质来源于浮游生物或藻类。C27、C28、C29规则甾烷呈不对称“V”字型特征,且C:。规则甾烷含量较高,一般为偏腐泥型母质类型。
以大安寨段页岩20个样品镜质体反射率(R。)实
测值为基础,参考前人研究成果,绘制了四川盆地(页岩主要分布区)下侏罗统自流井组大安寨段页岩R。等值线图(见图4),由图可见大安寨段页岩主要发育区尺。值一般为1.05%~1.82%。从R。等值线分布趋势来看,有效页岩发育的区域都达到了R。>1.1%的热成因气下限,并且向西北、东北方向R。值呈增大趋势,阆中
一仪陇一大竹一忠县以北地区尺。>1.3%,完全进入热成
426
石油勘探与开发・油气勘探
因生气阶段。上述尺。值分布趋势与该区域的构造演化
密切相关:印支晚幕构造运动使龙门山、大巴山一带
石英、长石、黏土、方解石、白云石及黄铁矿等矿物,从巴中到梁平,即盆地由北向南,石英含量减少,黏土含量增加,这可能是由于大安寨段沉积时期物源主
褶皱成山;中侏罗世受康滇古陆、江南古陆抬升的影响,雅安、重庆、泸州等地在早侏罗世局部隆起或鼻突的基础上,形成大面积隆起,凹陷中心分布在川中东北部地区;晚侏罗世受北西、南东向推覆挤压作用,龙门山再次活跃抬升,凹陷移至大巴山、米仓山前;白垩纪一第三纪东升西降转移期,盆地定型,凹陷中
心转移至川西地区。大安寨段页岩埋藏过程受到这些构造作用的影响,埋深发生相应改变,因而成熟度总
要来自大巴山和龙门山地区。实测物性分析数据表明,
页岩平均孔隙度为1%~5%,渗透率主要为0.001×10_3~0.100×10_3“m2,为典型的致密储集层,但页岩中发育的页理、裂缝及后期人工压裂造缝可大幅改善页岩储集层的物性,使其具备开采价值。3.3页岩储集层发育模式
张金川等[16】研究表明,美国页岩气开发较成功的盆地其页岩岩性主要为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩和高炭泥页岩类,黏土矿物含量一般为30%~50%、粉砂质(石英颗粒)含量一般为15%~25%、有机质含量一般为4%~30%。但这些是针对海相页岩的
体上表现出盆地西北、东北高的特点。
综合上述3方面地球化学研究成果,四川盆地湖相页岩有机质丰度达到了好烃源岩条件、有机质类型较为合适、页岩成熟度处于理想的生气窗内,具有较强的生气能力,形成页岩气资源的潜力较大。不排除局部由于相带变化,有机质类型发生改变,成熟度稍低,形成页岩油的情况,但总体上以生气为主。
研究结论,四川盆地湖相页岩中还包括较多的灰质成
分(方解石),自流井组岩心观察发现,页岩中夹有较细的灰质条带及极细的灰质纹层,现场含气性试验也
3页岩储集层发育特征
3.1页岩储集层分布
发现这些岩性过渡区赋存大量气体,说明发育灰质条带
或灰质夹层的页岩地层具有形成页岩气资源的良好潜力,而且灰质成分的混入增大了页岩的脆性,有利于页岩储集层的后期改造。结合沉积环境及其他实际地
自流井组黑色页岩主要发育在东岳庙段及大安寨
段,总厚度为40~150m,平均90m左右[22】,总体上从湖盆边缘向中心呈增加趋势,其中东岳庙段厚度变化较大,推测盆地中心超过150rn,而周边减薄到20
m;
质资料,笔者总结出湖相页岩储集层的3种发育模式:
①纯页岩。主要发育在深湖区,页岩颜色较深,一般为
黑一深黑色,页理发育,该模式页岩储集层的基本特征
与国外富气页岩类似,能够形成较为有利的页岩气资源。②页岩夹灰质条带。主要发育在半深湖区,页岩
大安寨段厚度较稳定,纯页岩厚度约为30~50m(见图6、图7)。
颜色也较深,页理发育一较发育。介壳灰岩为极薄的条带。③页岩夹薄一中层介壳灰岩。沉积环境为浅湖与半深湖过渡区,页岩中夹薄一中层含泥质不等的介屑
灰岩,再往滨浅湖方向,灰岩成分增加。
较纯的介壳灰岩孔隙度很低,约为1.66%,但泥质介壳灰岩孔隙度略有提高,平均为2.75%。尽管介壳灰岩孔隙度低于页岩,但页岩中碳酸盐岩类矿物的发育很大程度上提高了整个页岩层段的脆性,有利于改善页岩气储集层的经济可采性。
4资源潜力估算
容积法是页岩气资源量评价常用方法,其评价基
图6四川盆地自流井组湖相页岩厚度等值线图
础是页岩气的蕴藏方式。页岩气蕴藏在页岩的基质孑L隙空间、裂缝内或吸附在有机物及黏土颗粒表面。因
3.2储集层物性及矿物组成
根据大安寨段实测50组x_i汀射全岩矿物分析数据,取各地区平均值(见图8),可见页岩中主要含有
此,容积法估算的是页岩孔隙、裂缝空间内的游离气与有机物和黏土颗粒表面的吸附气体积的总和。利用体积法计算页岩气资源量的公式如下[17】:
201
3年8月
JM.01
李延钧等:四川盆地湖相页岩气地质特征与资源潜力
LG一61
YB.04
△f
G尺
PC.01
△,
G凡
YS一02
At
XL一03
G尺
地层大安寨段马鞍ill段
G只
深度/
m
△rGR
深度/
m
深度/
Ffl
深度/
m3200・
深度/
m
深度/
m
At
季
4000.
~
4050.4100-4150.4200.
毒
章
量
3400.3450.35∞・3550.3600.3650
东岳庙段珍珠冲段
;
\\善
至
\
至
4050—4lOO一
—,——
≥
/
3250-;‘
2250・
—\
\
羔
深度/
ml450・
孓妻
G.19
詈
4150一4200一4250—4300—
2
3Q趾
{
{
2050・2100・215022002250-2300・2350・2400・
7害
至
3300・3350一
\
,
2350一
2枷.
2450-2500.2550・2600.2650一
尔岳庙段未铺遇
4350一4400—4450—4500一
喜,/
/
GS.01
\霉
GR
X一56YS一02
△,
PC.0
G尺
△t
地层
深度/
m
深度/
m
深度/
m
深度/
m
大安寨段
500-
1450一
—\
l500一
;
{
l850—
2250.
1900一
、、
l950・
2350-
2000一
—、、
2400—
2050—2100—
2300一
1550・
弓/
/
3200・3250一
马鞍山段
1600.
/
//
皇
3300・3350・
l550-1600一
≥
东岳庙段
I650:1700・
\≥
\
\
l650—1700—
珍珠冲段
l750-
/
耋
黏土石英
\
2450・2500-
2150一
2550.
2200
\
2600—2650一
图7四川盆地下侏罗统自流井组连井地层对比
100
岩厚度为40~150m,TOC值大于1.o%,其中TOC值大于2.0%的页岩约占15%,其孔隙度为1%~5%,计算出研究区湖相页岩气资源量为3.8×1012~8.7×10心
80
薹oo
托霎40
20
斜长石钾长石
m3,资源丰度约为0.44×108~1.10×108
m3/km2。
h鼹黾
门云石
5结论
从页岩地球化学特征来看,四川盆地自流井组湖
黄铁矿
0
相页岩TOC值一般大于1.0%;有机质类型为Ⅱ。一Ⅲ
型,湖盆中心主要为Ⅱl型;R。值为1.05%~1.82%,有机质处于生气窗内,形成页岩气资源的潜力较大。自流井组湖相页岩厚度较大,分布面积广,平均孔隙
t社平架±I肌充地区
jI{=岗巴叶1
图8四川盆地自流井组大安寨段页岩矿物组成
Gt=Gf+G。=sh(o。Sg+pGf)
式中
(1)
度为1%~5%,渗透率主要为0.001×10。3~o.100×10-3
gm2。页岩中石英含量较高,利于页岩改造;页岩中发育的灰质条带、介壳灰岩可进一步提高页岩储集层的被改造能力,对生产有利。相对于海相页岩,湖相页岩地层组合有其独特之处,可总结为3种模式:纯页
源量,ITl3;G。——吸附气总资源量,m3;.卜页岩含
石密度,t/m3;Gf——吸附气含量,m3/t。
四川盆地湖相页岩发育面积约为7.8x104km2,页
G。——页岩气总资源量,m3;Gf——游离气总资
气面积,m2;^——有效页岩厚度,m;农——含气页岩孔隙度,%;S。——页岩含气饱和度,%;p——页岩岩
岩、页岩夹灰质条带、页岩夹薄一中层介壳灰岩,各
岩性组合形成页岩气资源的条件不同,湖相页岩气地
428
石油勘探与开发・油气勘探
Vbl.40No.4
质选区以及资源潜力评价不同于海相页岩气。根据上述研究成果,利用容积法计算得出四川盆地自流井组湖相页岩气资源量约为3.8×1012~8.7×1012
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第一作者简介:李延钧(1966.),男,博士,西南石油大学副教授,主要从事油气成藏、石油与天然气地质学、页岩气与致密砂岩气等非常规资源评价等研究。地址:四川省成都市新都区新都大道8号,西南石油大学资源与环境学院,邮政编码:610500。E—mail:llyyjj99@126.com
联系作者:冯媛媛(1987.),西南石油大学资源与环境学院在读硕士研究生。地址:四川省成都市新都区新都大道8号,西南石油大学资源与环
境学院,邮政编码:610500。
收稿日期:2012—10—09
E—mail:fengyuan0416@163.tom修回日期:2013-04.28
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(编辑黄昌武绘图刘方方)
四川盆地湖相页岩气地质特征与资源潜力
作者:作者单位:
李延钧, 冯媛媛, 刘欢, 张烈辉, 赵圣贤, Li Yanjun, Feng Yuanyuan, Liu Huan, Zhang Liehui , Zhao Shengxian
李延钧,Li Yanjun(“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室;西南石油大学资源与环境学院), 冯媛媛,刘欢,赵圣贤,Feng Yuanyuan,Liu Huan,Zhao Shengxian(西南石油大学资源与环境学院), 张烈辉,ZhangLiehui(“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室)石油勘探与开发
Petroleum Exploration and Development2013,40(4)
刊名:英文刊名:年,卷(期):
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_syktykf201304005.aspx