四川盆地下古生界存在页岩气的地球化学依据

3本文为国家科技重大专项课题(2008ZX050042005)的部分成果。

作者简介:王兰生,1959年生,教授级高级工程师;主要从事油气地球化学研究工作。

地址:(610051)四川省成都市府青路一段1号。

电话:(028)86015625。

E 2mail :wanglansheng @
四川盆地下古生界存在页岩气的地球化学依据3
王兰生　邹春艳　郑平　陈盛吉　张琦　许斌　李红卫
中国石油西南油气田公司勘探开发研究院
王兰生等.四川盆地下古生界存在页岩气的地球化学依据.天然气工业,2009,29(5):59262.
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、高有机质丰度、类型好的烃源岩,所生成的天然气均为腐泥型有机质形成的油型气,均可作为页岩气的勘探目标。

下寒武统页岩烃源岩以川西南地区厚度最大,呈辐射状减薄,其累计厚度在100～400m 之间,有机碳含量在0.2%～9.98%之间,平均值为0.97%;下志留统页岩烃源岩主要分布在川南、川东地区,累计厚度在100～700m 之间,平均厚度为203m ,其中黑色页岩厚度变化在20～120m 之间,富含笔石,有机碳含量在0.4%～1.6%之间,有机质类型主要为腐泥型干酪根,生烃能力强,热演化程度高,已演化至过成熟阶段,目前生烃已近枯竭,但也说明它的生烃能力巨大,历史上曾经大量生成天然气。

从其成熟度、运聚条件和矿物成分比较分析后认为:四川盆地页岩气勘探开发的首选目标应为川南下志留统页岩。

关键词　四川盆地　寒武纪　志留纪　页岩气　勘探　目标 DOI :10.3787/j.issn.100020976.2009.05.011
0　引言
四川盆地存在丰富的泥页岩。

从传统的石油天然气地质学角度看,它们是盆地内良好的烃源层和盖层。

,在适当的地质背景下,采用合适的钻采工艺,页岩也会成为有效的产层。

就四川盆地而言,其下古生界寒武系、下志留统、奥陶系大乘寺组以及上三叠统须家河组等层系都存在大套页岩,其中的黑色页岩又都有很好的烃源岩。

但从美国Fort Wort h 盆地Barnett 页岩存在的地质背景[1,2]可以看出,页岩气的存在需要两个基本的地质条件:①页岩本身应当是良好的烃源岩,并达到生气阶段,具备强大的生气能力,这可以看成是页岩气勘探开发的地质基础;②产气页岩夹于两套碳酸盐岩硬岩层之间,这可以看成是页岩气开采技术的工艺要求。

依此衡量,奥陶系大乘寺组页岩不满足第1个条件,而上三叠统须家河组页岩不满足第2个条件。

所以认为四川盆地页岩气勘探的主要领域首先应在寒武系和志留系的页岩中选择。

笔者将通过四川盆地寒武系和志留系页岩的地球化学特征对比,提出四川盆地页岩气勘探开发的首选层系。

1　四川盆地寒武系页岩地球化学特征
四川盆地寒武系页岩的地球化学基本特征是厚度大,有机碳含量高,类型好,有机质热演化程度高[3]。

四川盆地下寒武统存在丰富的页岩烃源岩,以川西南地区厚度最大,呈辐射状减薄,其累计厚度一般在100～400m 之间(见图1)。

图1　四川盆地寒武系烃源岩厚度图
盆地内寒武系有机碳含量一般在0.2%～9.98%之间,159个样品的有机碳含量平均值为
・
95・第29卷第5期 天　然　气　工　业 地质与勘探
0.97%(图2)。

有机质成分以腐泥组为主(占95%
以上),无定形,扫描电镜下为松软的絮状体,干酪根
碳同位素一般为-27‰～-31‰,氯仿沥青“A ”中饱和烃含量高(40%～60%),芳烃含量低(11%～15%),沥青质含量低(3%～15%),饱芳比高(3～5)。

表明原始有机物主要为盆地相中的低等水生生物,按Tissot 等(1984)的分类属生烃能力极强的腐泥型干酪根。

图2　四川盆地寒武系烃源岩有机碳含量等值线图
四川盆地下寒武统页岩总体热演化程度高,除广元矿山梁地区成熟度较低(R o =0.59%)外,盆地内其他地区均已达过成熟阶段。

其中又以大巴山前缘和乐山龙女寺古隆起相对略低(R o 为2.48%～3.5%),宜宾地区、盆地北部及川湘凹陷带相对较高(R o 在4.0%以上),总体展布格局是由乐山—龙女寺古隆起向四周成熟度逐渐增高(图3)。

寒武系成熟度的这种展布特点与区域性的古隆起和凹陷带的
图3　四川盆地寒武系烃源岩成熟度(R o )等值线图
继承性发展、古断裂的活动密切相关,它们是控制寒武系热演化的重要因素。

根据高科1井的沉积埋藏史图(图4)可见,乐山—龙女寺古隆起区下寒武统源岩经历了埋藏—抬升(剥蚀)—再埋藏—再抬升的演化过程。

其有机质生烃史可分为三期:第一期为初始生烃阶段:高科1井下寒武统源岩在志留纪末R o 值已达0.7%,处于未成熟—低成熟生烃期;第二期为生烃停滞阶段,由于加里东运动的抬升作用,该井下寒武统源岩埋深变浅并遭受剥蚀,古地温降低,有机质进入生烃滞流阶段;第三期为“二次生烃”阶段:从二叠系开始至二叠系末,下寒武统源岩埋藏深度及其所具有的古地温已超过了初始生烃阶段,源岩进入了二次生烃阶段。

此时,高科1井C -1源岩R o 值已达0.71%,有机质开始继续生烃。

印支末期,高科1井C -1源岩
R o 值已达0.97%而进入生烃高峰。

燕山期该井C -1
源岩R o 值已达2.23%,有机质大量生成湿气及油裂解气。

喜山期,该区源岩进入过成熟末期,现今实测最高R o 值已达3.75%,表明该区下寒武统源岩目前生烃已近枯竭,但也说明它的生烃能力巨大,历史上曾经大量生烃(表1)。

图4　高科1井沉积埋藏史图
表1　高科1井各地质时期末下寒武统有机质TTI 与R o 演化数据表
地质时期C -1末
C -2+3末O 末S 末
D 末C 末P 1末P 2末T 1末T 2末T 3末J 1末J 3末T T I 0.110.230.79 1.58 3.36 4.27 4.66 4.86 4.96 6.8423.8638.18
2018.22
R o (%)
0.34
0.39
0.50
0.57
0.70
0.70
0.71
0.75
0.97
1.05
2.23
・
06・地质与勘探 天　然　气　工　业 2009年5月
2　四川盆地志留系页岩地球化学特征 在四川盆地下志留统龙马溪组下部也存在一套烃源岩。

并且与寒武系九老洞组一样呈现出有机碳丰度高,类型好,有机质成熟度高的特点[4]。

只是在乐山—龙女寺古隆起顶部志留系下统缺失,烃源岩主要分布在川南、川东地区,累计厚度在100～700 m之间,平均厚度203m(图5),其中黑色页岩厚度变化于20～120m之间。

图5　四川盆地志留系烃源岩厚度图
四川盆地下志留统泥质烃源岩富含笔石,有机碳含量一般介于0.4%～1.6%之间,在川南、川东和
,普遍大于1%(图6)。

干酪根δ13C 为-30‰左右,镜下有机质呈无定型,表明有机质类型主要为腐泥型,生烃能力强。

图6　四川盆地志留系烃源岩有机碳含量等值线图
四川盆地下志留统泥质烃源岩R o值为2.2%～4.0%,已演化至过成熟阶段。

川南地区成熟度较低,普遍小于2.8%(图7)。

晚二叠世末,志留系源岩R o值演化至0.9%,开始进入成油期。

三叠纪之后,由于沉积速度加快,志留系埋藏速率也相应加快,志留系烃源岩在压力和温度作用下,热演化加速。

到中三叠世末时,很多地区的R o值已迅速演化至1.3%。

志留系烃源岩生成大量的液态烃。

中侏罗世后,沉积作用仍然快速进行,志留系地层仍处于快速埋藏状态,R o值从1.3%迅速演化至2.2%,有机质演化至高成熟期,处于湿气转化阶段。

从白垩系开始,大部分地区的志留系烃源岩有机质R o值都超过了3%,进入过成熟期,主要形成干气。

图7　四川盆地志留系烃源岩成熟度R o等值线图
3　页岩气勘探开发前景比较
上述资料表明,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、高有机质丰度的烃源岩,所生成的天然气均为腐泥型有机质形成的油型气,它们都可以作为页岩气的勘探目标。

但比较四川盆地寒武系和志留系页岩,笔者认为,四川盆地页岩气勘探开发的首选目标应为川南志留系,理由如下:①尽管寒武系和志留系烃源岩都有较高的有机碳丰度和较好的有机质类型,但志留系烃源岩的成熟度略低于寒武系。

②运聚条件不同,志留系烃源岩在川南地区生烃强度大于川东地区,但在川东地区,石炭系直接覆盖在志留系之上,由于石炭系有较好的渗储条件,所以形成大中型气田[5],而川南地区虽处生烃凹陷,但由于石炭系缺失,所以二叠系直接覆盖在志留系之上,而二叠系孔隙不发育,渗储空间主要为裂缝。

已有的研究表明,二叠系甚至三叠系嘉陵江组都有天然气来自志留系,但没有形成向石炭系那样的大气田。

显然川南地区志留系排烃程度没有川东地区高,换句话说,滞留在川南志留系中的天然气应当较多。

据不完全统计,川南地区钻遇志留系有气显示的井有8口,也说明这一现象。

寒武系生烃条件最好的地区是川西南地区,而它受乐山龙女寺古隆起的影响较大,具备向震旦系输气的条件,也就是说它自身滞留天然气的
・
1
6
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第29卷第5期 天　然　气　工　业 地质与勘探
条件不如川南志留系。

③矿物成分不同。

从表2可见,威远地区寒武系页岩的石英含量与志留系差不
多,但黏土含量低于志留系的页岩,而黏土与吸附气
的多少有关,石英则与造缝能力相关。

表2　威远地区寒武系页岩与志留系样品矿物平均含量比较表
井号层位
样品个数
矿物平均含量(质量分数,%)
黏土总量
石英
斜长石方解石白云石
石膏方沸石正长石菱铁矿无水芒硝黄铁矿威00122井C -13015.858.623 2.62 4.5少见少见少见少见少见少见威0012H1井
C -86
19.268.119 3.13 5.5少见少见少见少见少见少见威92井C -　920.659.625
3.768.9少见少见少见少见少见少见威92井S 930.465.3少见
16.2 3.7少见少见少见少见少见少见威寒103井S 8
40.845.1少见
7.162少见少见少见少见少见少见威寒104井S 3226.576.29.1
4.35 3.6少见少见少见少见少见少见威寒105井
S
15
39.1
59.1
少见
9.41
7.6
少见
少见
少见
少见
少见
少见
4　结论
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、高有机质丰度的烃源岩,所生成的天然气均为腐泥型有机质形成的油型气,它们都可以作为页岩气的勘探目标。

但从其成熟度、运聚条件和矿物成分比较,认为四川盆地页岩气勘探开发的首选目标应为川南志留系。

参　考　文　献
[1]张林晔,李政,朱日房.页岩气的形成与开发[J ].天然气
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[2]张金川,金之钧,袁明生.页岩气成藏机理和分布[J ].天
然气工业,2004,24(7):15218.
[3]冉隆辉,谢姚祥,王兰生.从四川盆地解读中国南方海相
碳酸盐岩油气勘探[J ].石油与天然气地质,2006,27(3):
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[4]王兰生,陈盛吉,杨家静.川东石炭系天然气成藏的地球
化学模式[J ].天然气工业,2002,22(增刊):1202124.
[5]王兰生,李宗银,沈平.四川盆地东部大中型气藏成烃条
件分析[J ].天然气地球科学,2004,15(6):529.
(收稿日期　2009203216　编辑　韩晓渝)
21世纪初的美国页岩气勘探开发情况
2000年以来,由于相关勘探开发技术得到了广泛应用,页岩气的年产量和经济、技术可采储量迅速攀升。

2000年,美国页岩气年产量为122×108m 3,2002年、2004年页岩气产量分别占其天然气总产量的3%和4%;美国联邦地质调查局(USGS )研究数据表明,Fort Worth 盆地中部Barnett 组页岩气技术可采储量由390×108m 3(USGS ,1990)、840×108m 3(USGS ,1996)提高到2004年的7300×108m 3(USGS ,2004),美国天然气研究所与ARI 公司(Advanced Resource International ,Inc.)的研究数据表明,2005年页岩气技术可采储量为11000×108m 3,截至2006年,美国有页岩气井40000余口,页岩气年生产量为311×108m 3,占天然气总产量的6%。

2007年美国页岩气生产井近42000口,页岩气年产量为450×108m 3,约占美国年天然气总产量的8%,参与页岩气开发的石油企业从2005年的23家发展到2007年的64家。

根据页岩气可采资源底数和开采潜力,页岩气可能成为继致密砂岩气和煤层气之后的第三种重要资源。

(谭蓉蓉　整理自《美国页岩气快速发展对我们的启示》
)・
26・地质与勘探 天　然　气　工　业 2009年5月
/e/abstracts.asp
ABSTRACT :The black shale in the Lower Paleozoic Qiongzusi and Longmaxi formations has been proved to be the important source rocks of large and medium gas fields in Carboniferous and Sinian in the Sichuan basin ,meanwhile there is signs indica 2ting that it has its own potential to form shale gas reservoirs.The preliminary study shows that the black shale in the above 2mentioned areas is characterized by large thickness ,wide distribution and enrichment of sand ,siliceous and organic and that a large amount of oil and gas shows and small 2scale oil and gas flow have been encountered in these areas ,so they possess the beneficial geological conditions to form shale gas reservoirs.The Lower Paleozoic in southern Sichuan basin is abundant in shale gas ,especially such two blocks as Weiyuan and Zigong 2L uzhou 2Y ongchuan can be taken as the favorable target areas in re 2cent exploitation of shale gas and they are hoped to have a breakthrough by old wells re 2examination and sand f racturing.KE Y WOR DS :Sichuan basin ,Early Paleozoic ,shale gas ,gas reservoir formation ,exploitation ,evaluation DOI :10.3787/j.issn.100020976.2009.05.010
WANG Shi 2qian (professor of senior engineer ),born in 1963,is engaged in comprehensive research on hydrocarbon reservoirs ,unconventional natural gas ,and evaluation of hydrocarbon resource.
Add :No.1,Sec.1,Fuqing Rd.,Chengdu ,Sichuan Province 610051,P.R.China T el :+86228286015679 E 2m ail :wsq 2618@
G eochemical evidence of shale gas existed in the Low er Paleozoic Sichuan basin
WAN G Lan 2sheng ,ZOU Chun 2yan ,ZH EN G Ping ,C H EN Sheng 2ji ,ZHAN G Qi ,XU Bin ,L I Hong 2wei
(Research I nstit ute of Pet roleum Ex ploration an d Development ,Pet roChi na S out hw est Oil &Gas f iel d Com p any ,Cheng d u 610051,Chi na )
NATUR.G AS IN D.V OL UME 29,ISSUE 5,pp.59262,5/25/2009.(ISSN 100020976;In Chinese)
ABSTRACT :There is a set of source rocks with high maturity ,high abundance of organic matter and good types in Cambrian Bottom and Silurian Bottom respectively in the Sichuan basin where the produced natural gas both belongs to oil 2type gas gener 2ated from sapropelic matter.They can be regarded as exploration targets of shale gas.The shale source rocks in the southwest 2ern Sichuan basin ,thinned in radial pattern ,are the thickest with the total thickness 1002400m and organic carbon content 0.2%29.98%with an average value of 0.97%;The Lower Silurian shale source rocks are always distributed in the southern and eastern Sichuan basin whose total thickness ranges f rom 1002700m with an average thickness of 203m.Among them ,the black shale is rich in graptolite whose thickness is between 202120m and organic carbon content 0.4%21.6%,and it mainly has type I organic matter ,strong hydrocarbon generation capacity and high thermal evolution degree almost evolved to overma 2ture stage.Although their hydrocarbon generation capability is nearly exhausted at the present time ,it still indicates that the huge amount of natural gas has been generated in geological history because of its high hydrocarbon generation capacity.This paper suggests that Silurian bottom shale in the southern Sichuan basin can be selected as the top target for shale gas explora 2tion in the Sichuan basin by comparison analysis on maturity ,oil and gas migration and accumulation condition and mineral composition.
KE Y WOR DS :Sichuan basin ,Cambrian ,Silurian ,shale gas ,exploration target DOI :10.3787/j.issn.100020976.2009.05.011
WANGLan 2sheng (professor of senior engineer ),born in 1959,is mainly engaged in research on oil and gas geochemistry.Add :No.1,Sec.1,Fuqing Rd.,Chengdu ,Sichuan Province 610051,P.R.China T el :+86228286015625 E 2m ail :wanglansheng @
A new technology :Cementing in gas medium
CH EN Zhong 2shi 1,CH EN Min 1,CHAN G Hong 2qu 2,L I Xu 2chun 1,L I Jiang 1
( PC Chuanqi ng D rilli ng Engi neeri ng Co.,L t d.,Cheng d u 610051,Chi na;2.Pet roChi na S out h 2w est Oil &Gas f iel d Com p any ,Cheng d u 610051,Chi na )
NATUR.G AS IN D.V OL UME 29,ISSUE 5,pp.63266,5/25/2009.(ISSN 100020976;In Chinese)
ABSTRACT :G as drilling technology is widely used in Sichuan oil and fields in recent years.It has played an important role in
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831・　NAT URA L G AS I NDUSTRY ,VOL UM E 29,ISSU E 5,2009 MAY 25,2009　。