四川盆地涪陵自流井组页岩气形成条件与勘探方向

西北大学学报（自然科学版）
2013年10月，第43卷第5期，Oct．，2013，Vol．43，No．5
Journal of Northwest University（Natural Science Edition）
收稿日期：2012-11-04
基金项目：国土资源部基金资助项目（2009GYXQ15-06）
作者简介：王良军，男，中国石化勘探南方分公司高级工程师，从事油气地质勘探研究。

四川盆地涪陵自流井组页岩气形成条件与勘探方向
王良军，王庆波
（中国石化勘探南方分公司勘探研究院，四川成都610041）
摘要：为了进一步认识四川盆地涪陵地区陆相页岩气的勘探潜力，分析了该区自流井组不同层段泥页岩的沉积相分布、有机质含量及类型、成熟度、孔隙度、含气量、保存条件等页岩气形成条件，并与美国主要产气页岩进行比对后认为，涪陵东岳庙段位于浅湖—半深湖有利相带，泥页岩厚度大，烃源条件好，储集性较好，含气性好，且夹层含量低（泥地比＞80%），埋深适中（2500 3100m），是该区目前最为现实的湖相页岩气勘探有利层系，建议加强专层勘探。

关键词：涪陵；东岳庙段；页岩气；形成条件；补贴标准
中图分类号：P618．13文献标识码：A文章编号：1000-274Ⅹ（2013）05-0757-08
Formation conditions and explorative directions of jurassic
shale gas in Fuling Sichuan Basin
WANG Liang-jun，WANG Qing-bo
（Institute of Exploration/Southern Company of SINOPEC，Chengdu610041，China）
Abstract：In order to understand the shale gas exploration potential of Fuling area in Sichuan Basin，the formation conditions were analyzed such as sedimentary facies distribution，organic matter content and type，maturity，porosi-ty，gas content，preservation conditions and so on．By comparison with the major gas shale of America，it can be concluded that Dongyuemiao member is developed in favorable shallow lake to fairly deep lake reservoir zones with great thickness of mudstone and shale，good hydrocarbon source conditions，better reservoir conditions，high gas content and low interlayer content（mudstone thickness＞80%），moderate burial depth（2500 3100m）．So it is the most favorable shale gas exploration strata of lacustrine facies in the area recently and further enhanced explora-tion of the formation is suggested．
Key words：Fuling；Dongyuemiao member；shale gas；formation conditions；subsidy standard
涪陵区块处于重庆市东部（见图1），区域构造
位置位于四川盆地川东黄泥塘—大池干高陡构造带
间的拔山寺宽缓向斜区。

近年来，四川盆地下古生
界寒武系和志留系页岩气勘探相继获得商业性重大
突破［1］，成为中国海相页岩气勘探开发最具现实意
义的地区［2］。

中国石化在开展海相页岩气勘探的
同时，积极开展陆相页岩气的评价研究和勘探，近年
来部署在涪陵东北部的XL101，FS1井，在侏罗系自
流井组大安寨一亚段（灰岩段）测试分别获得日产
天然气11.01万m3和12.6万m3，涪页HF-1井在
大安寨二亚段（泥页岩段）酸化压裂测试获日产气
1.7万m3，XL3井自流井组东岳庙段直井常规测试
日产天然气859m3。

此外，江汉油田在涪陵以东与
鄂西交界的利川建南构造东岳庙段也钻获了页岩
气［3］，这表明涪陵及邻区陆相具有良好的页岩油气
勘探前景。

2012年11月，财政部与国家能源局联合下发
了财建［2012］847号《关于出台页岩气开发利用补
图1四川盆地自流井组东岳庙段沉积相平面展布图Fig．1
The plane distribution of sedimentary facies in Dongyuemiao member of Ziliujing Formation in Si-chuan Basin
贴政策的通知》［4］
，对可获财政补贴的页岩气范围
作了界定：“有机质含量（TOC ）＞1.0%，吸附气含
量大于20%；夹层粒度为粉砂岩以下（包括粉砂岩）
或碳酸盐岩，单层厚度不超过1m ；气井目的层夹层总厚度不超过气井目的层的20%”
（以下简称“页岩气补贴标准”
）。

涪陵地区前期页岩气主要目的层大安寨段为暗色泥页岩夹薄层介屑灰岩组合（见图
1），灰岩单层厚度普遍在1 3m ，夹层累厚占目的层的26%（见表1），不符合页岩气的补贴标准，因此制约了企业对大安寨段页岩油气资源的进一步勘
探开发。

在新标准面前，
盆内广泛发育的侏罗系湖相泥页岩成为了页岩气勘探开发的新目标。

本文从
涪陵自流井组泥页岩厚度、有机碳含量（TOC ）、有机质成熟度、页岩含气量、脆性矿物含量等方面开展了
页岩气形成条件［5］
分析，并结合“页岩气补贴标准”及与美国主要产气页岩进行比对，开展页岩气选层评价，提出近期涪陵地区湖相页岩气勘探方向与建议。

1
自流井组页岩气形成条件
1．1
泥页岩分布特征1．1．1
沉积特征
涪陵自流井组厚250 450m ，
自下而上分为珍珠冲段、东岳庙段、马鞍山段、大安寨段4段（见图2）。

早侏罗世—中侏罗世早期，由于印支运动的影响，四川盆地由三叠世的前陆盆地演变为拗陷盆地，形成了大面积的湖泊环境。

涪陵地区位于四川盆地东部，总体为浅湖—半深湖沉积（见图1）。

图2
涪陵XL101井自流井组地层综合柱状图
Fig．2
Synthetic stratum histogram of well XL 101in Ziliujing formation of Fuling area
珍珠冲早期，湖水大面积退却，涪陵地区沉积一套细砂岩、粉砂岩夹泥岩的扇三角洲前缘相地层。

—857—西北大学学报（自然科学版）第43卷
东岳庙时期湖盆开始扩张，至东岳庙中期达到第一个湖泛面，其下部为水侵体系域、高水位体系域早期形成的深灰、灰黑色页岩夹薄层介壳灰岩或粉砂岩，属半深湖相沉积；上部为高水位晚期湖盆收缩形成的灰色、深灰色泥质粉砂岩和介壳灰岩，属浅湖沉积。

马鞍山时期水体继续变浅，发育滨浅湖相灰色—深灰色泥页岩夹薄层粉砂岩组合。

大安寨时期湖盆开始第二次扩张，自下往上，大三时期为低水位体系域，主要为一套介屑灰岩沉积，偶夹薄层泥页岩；至大二中期，达到最大湖泛面期，发育大套深灰、灰黑色泥页岩，并与薄层介屑灰岩或薄层粉砂岩呈不等厚互层状（见图2，3），上部（大一亚段）为高水位体系域晚期，发育大套厚层状介屑灰岩，偶夹薄层泥页岩。

总体来看，自流井组东岳庙段、大安寨二亚段时期为两个湖泛期，是优质暗色泥页岩的发育期。

图3涪陵地区东岳庙段、大安寨段沉积相图
Fig．3Sedimentary facies of Dongyuemiao and Daanzhai member of Fuling area
1.1.2富有机质泥页岩厚度与分布涪陵东岳庙
段地层厚55 80m，处于浅湖—半深湖相，暗色富
有机质泥页岩厚度30 60m（见图3，4）；马鞍山段
处于浅湖—滨浅湖相，暗色泥页岩不发育；大安寨段
厚40 60m，自北往南由半深湖—浅湖过渡至滨湖
相，富有机质泥页岩主要发育在东北部大二亚段浅
湖—半深湖相，最厚（30 40m），往南西方向减薄
至10m左右（见图3，4），灰岩夹层含量也逐渐增
多，至滨湖相区（DL2井）仅发育紫红色泥页岩（见
图5）。

浅湖—半深湖相区发育较厚的暗色泥页岩
为东岳庙、大安寨段页岩气的形成提供了有利的物
质条件。

图4涪陵地区东岳庙段、大安寨二亚段暗色泥页岩厚度等值线图
Fig．4The contour map of thickness for dark mudstone and shale of Dongyuemiao member and Daanzhai2sub member
—
957
—
第5期王良军等：四川盆地涪陵自流井组页岩气形成条件与勘探方向
图5
涪陵地区自流井组沉积相对比图
Fig．5
Sedimentary facies comparison diagram in Ziliujing formation of Fuling area
1.1.3
泥页岩层含夹层情况东岳庙段与大安寨
二亚段相比，虽然同处浅湖—半深湖相区，但东岳庙段时期水体较深，相带相对稳定，因此暗色纯泥页岩
单层厚度大，
泥地比达89%（见表1），更符合“页岩气补贴标准”。

表1涪陵大二亚段和东岳庙段泥页岩夹层含量统计表
Tab．1Interlayer content statistics form of mudstone and shale in Daanzhai 2sub member and
Dongyuemiao member
地层地层厚度/m
夹层厚度/m 夹层比例/%
＜1m 夹层占总夹层比例/%＜3m 夹层占总夹层比例/%大安寨二亚段4211.050.260.24
0.76
东岳庙段
60
6.29
0.11
0.11
0.89
1．2泥页岩有机地球化学特征
1．2．1
有机质丰度及类型有机碳含量（TOC ）直
接影响页岩生烃量的大小，由于天然气可吸附在页
岩的岩石颗粒及有机物质表面，其也影响页岩吸附
气含量的大小。

北美地区将TOC =2%作为页岩气工业开采的下限，
但是学界一般认为，页岩中总有机碳含量在0.5%以上便具有生成页岩气的潜力［6］。

涪陵东岳庙段泥页岩TOC 含量0.57% 2.90%，平均为1.45%，其中大于1%样品所占比例为74%；
马鞍山段TOC 含量为0.13% 2.82%，平均为
0.62%；大安寨段TOC 含量0.5% 3.06%，平均1.21%，大于1%样品所占比例为63%。

由此可见，东岳庙段、大安寨段泥页岩有机质丰度总体较高，达
到了较好烃源岩的标准［7］
（见图6），与北美Lewis 和Ohio 页岩相当（见表4），而马鞍山段几乎没有页岩气的勘探价值。

岩石热解参数和干酪根镜鉴结果表明，涪陵自流井组页岩属于II 型有机质，以II 2型为主，有机质类型较好。

图6涪陵地区自流井组泥页岩有机质丰度频率直方图
Fig．6
Abundance of organic matter frequency histogram of mudstone and shale in Ziliujing formation of Fuling area
—067—西北大学学报（自然科学版）第43卷
1．2．2
热演化程度
适当高的热演化程度是页岩
气富集的主要因素之一，对于热成因型气藏，随着页
岩Ｒo 的增高，含气量将会逐渐增大［7］。

涪陵地区东岳庙段泥页岩实测干酪根Ｒo 在1.26% 2.12%，平均1.67%，演化程度适中，产出湿气为
主。

大安寨段Ｒo 介于1.10% 1.46%，平均
1.22%，处于凝析油－湿气的高成熟阶段。

1．3泥页岩储层条件1．3．1
泥页岩储集空间
页岩气一般以吸附、游离
或溶解方式赋存在泥页岩中［8］。

氩离子抛光扫描电镜表明（见图7），涪陵东岳庙、大安寨段页岩微孔
隙发育，具有较好的储集空间，孔径大小为微米—纳
米级，包括残余粒间孔、
有机质生烃形成的微孔隙、溶蚀孔和黏土矿物伊利石化形成的微裂（孔）隙等。

东岳庙段微孔隙孔径约1.2 5μm ，面孔率大于8%，微裂缝发育情况好，裂缝宽度为0.1 4μm ；大安寨段微孔隙孔径约0.1 3μm ，面孔率大于5%，裂缝宽度为0.5 1.2μm。

A 2261．22m ，有机质孔（东岳庙段）；
B 2261．32m ，无机孔（东岳庙段）；
C 2261．32m ，微裂缝（东岳庙段）；
D 2146．62m ，有机孔（大安寨段）；
E 3789．34m ，有机质收缩缝（大安寨段）；
F 2152．87m ，壳缘缝（大安寨段岩心镜下薄片）
图7XL101井自流井组泥页岩氩离子抛光扫描电镜下微孔隙、裂缝特征
Fig．7Micropore and fracture features of argon ion in mudstone and shale under polished scanning electron microscope
in Ziliujing formation of well XL101
1．3．2
物性特征涪陵自流井组东岳庙段孔隙度
为1.05% 7.81%，平均3.53%，其中大于2%样品
为78.5%；渗透率为（0.0043 16.05）ˑ10－3μm 2，
平均值为0.46ˑ10－3μm 2
；大安寨段孔隙度为
0.2% 8.17%，平均2.54%，渗透率为（0.0028
98.6）ˑ10－3μm 2，平均为1.43ˑ10－3μm 2
（见图8，9），具有较好的储集性，与北美含气页岩相当（见表
4），有利于页岩气的富集。

纵向上，东岳庙段物性
要略好于大安寨段（见图2，
9）。

图8涪陵东岳庙、大安寨段孔隙度分布直方图
Fig．8Porosity distribution histogram in Dongyuemiao
and Daanzhai member of Fuling
area
图9涪陵东岳庙、大安寨段渗透率分布直方图Fig．9Permeability distribution histogram in
Dongyuemiao and Daanzhai member of Fuling area
—
167—第5期王良军等：四川盆地涪陵自流井组页岩气形成条件与勘探方向
1．3．3泥页岩矿物成分与力学性质脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙度和微裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式的重要因素［6］。

石英、长石等脆性矿物成分有利于水力压裂时裂缝的形成，从而提高页岩气钻井勘探的成功率。

XL101井全岩X衍射分析（见表2）显示，自流井组泥页岩矿物成分以石英和黏土为主，有少量方解石、长石。

石英平均体积百分含量22% 29.50%，略低于北美barnet页岩（barnett页岩石英体积百分含量为27% 60%，平均值48%，见表4），黏土矿物平均体积百分含量为51.2% 63.1%，略高于国外页岩气泥页岩黏土矿物平均含量（见表4）。

黏土矿物总量偏高对页岩可压性有一定影响，但涪陵地区自流井组，尤其是大安寨段泥页岩油气层段中夹较多的碳酸盐岩或砂岩薄层，因此总体上脆性矿物含量较高，有利于压裂。

根据涪陵地区XL101等4口井阵列声波测井解释，东岳庙段泥页岩泊松比平均为0.3，杨氏模量平均为27.75 GPa；大安寨段泥页岩泊松比平均为0.3175，杨氏模量平均为29.25GPa；与北美页岩气层泊松比（0.18 0.25），杨氏模量（15 60GPa）相当，易于压裂。

表2XL101井泥页岩全岩X衍射矿物成分表
Tab．2Composite histogram of Xray diffraction logging of total rock of mudstone and shale in well XL101
序号深度/m
矿物含量/%
石英斜长石方解石赤铁矿黏土总量
1 2
3 4 5 6 7大
安
寨
段
214622.45 2.7 1.768.2
214825.1 4.7 2.1 1.466.7
215016.5249.9 1.630
215324.1 2.620.5 1.747.6
215626.7 3.9 5.4 1.162.9
215812.3 1.952.830.9
216527.5 3.916.452.2
8 9
10 11 12 13 14东
岳
庙
段
224126.5 3.68.80.860.3
224326.8 3.215.454.6
224526.9 3.712.357.1
226929.8 4.7263.5
227131.1 3.4 1.863.7
227331.5 5.163.4
227528.2 4.267.6
1．4泥页岩含气性特征
页岩含气量是研究页岩气聚集的重要内容，主要包括吸附气含量和游离气含量（溶解气含量极低，一般可以忽略）。

涪陵及邻区自流井组9口钻井见65层油气显示，其中大安寨段与东岳庙段泥页岩油气显示较为发育（见图2），兴隆场及建南多口井试获天然气流，具有良好的含气性。

1．4．1实测含气量东岳庙段泥页岩现场实测含气量为0.87 2.22m3/t，平均含气量为1.45m3/t；大安寨段页岩层段为1.55 1.9m3/t，平均1.72m3/t。

1．4．2等温吸附含气量根据XL101井实测的7个样品的等温吸附试验数据，绘制了甲烷等温吸附曲线（见图10）。

当试验进行的温度在80ħ左右时，TOC为1.3%时，吸附气含量为2.13m3/t；TOC为0.71%时，吸附气为1.55m3/t；TOC为0.46%时，吸附气含量为1.25m3/t。

由此可知，同一温度和压力下，随TOC的增加，吸附气含量增加。

TOC每增加0.5%，其吸附气量对应增加约0.375m3/t。

另外，当压力下降到5MPa 时，页岩中所吸附的天然气大量脱附。

随着TOC含量的增加，甲烷吸附量也有所增加，二者成正比关系。

由此可以推知，XL101井在TOC含量较高的页岩段吸附气大约为2.00m3/t，与实测含气量接近。

1．4．3测井解释含气量本区陆相页岩气层具有高伽马、高补偿中子、高声波时差、高电阻率和低体积密度的典型测井响应特征［9］。

在“四高一低”测井特征定性识别页岩气层基础上，利用实验分析得到的总含气量数据同测井曲线之间建立页岩气测井评价解释模型，开展单井含气量解释。

根据涪陵4口井含气量测井解释，涪陵地区大安寨段、东岳庙段的含气量相当（平均3.75 4.32m3/t），属于具较高含气性、高游离气的页岩气层（见表3）。

测井解释结果比岩心现场测试的含气量高，主要原因是在超高压、非密闭取心情况下，样品从井底到进实验设备前的损失气量估算明显偏低。

—
267
—西北大学学报（自然科学版）第43卷
图10
XL101井甲烷等温吸附曲线图
Fig．10
Isothermal adsorption graph of methane in well XL101
表3涪陵地区自流井组含气量测井处理统计表
Tab．3
Gas content statistics form after well log processing in Ziliujing formation of Fuling area
地
区
层
位厚度/m 总含气量/m 3·t －1
吸附气量/m 3·t －1
游离气量/m 3·t －1
涪陵地区
大安寨段36 110/58 1.64 6.19/3.75
0.95 1.85/1.54
0.69 4.34/2.21
东岳庙段
13.85 59/38.59
2.75 7.39/4.32 1.64 2.06/1.810.96 5.33/2.51
1．5保存及埋深条件
页岩本身既是烃源岩又是储集层，因此对盖层条件要求不是很苛刻。

涪陵区块总体上位于复向斜区，构造相对平缓，大断裂不发育（见图11），保存条
件好。

另外大安寨段底界埋深＜2950m ，东岳庙段
底界埋深2500 3100m ，较为适中，适宜页岩气勘探开发。

图11
涪陵东北部三维区IN2770测线地震剖面
Fig．11
Line IN2770seismic section of three-dimensional area in northeast part of Fuling area
2涪陵地区页岩气综合评价
参考国外页岩气勘探开发情况，结合四川盆地
陆相层系的基本地质特征和页岩油气富集主控因
素，本研究确立了“源控定层→相控定带→裂缝定区”的评价思路，开展自流井组页岩气综合评价。

2．1源控定层
烃源岩的厚度、
TOC 等地化指标是决定泥页岩生气的物质基础，同时也直接影响页岩油气的富集能力。

涪陵自流井组东岳庙、马鞍山及大安寨3套
页岩层系中，东岳庙段、大安寨段两套湖相页岩地化指标较好，与北美Lewis 等页岩气类似（见表4），均达到良好页岩气层的地质条件。

相比之下，东岳庙
段泥页岩厚度、TOC 、物性、ＲO 均比大安寨段高，实测含气量相当，仅石英等脆性矿物含量偏低，所含夹
灰岩及粉砂岩薄层比例小于20%，是更加符合“页岩气补贴标准”的有利勘探层段。

2．2相控定带
与海相沉积相比，湖相明显受水深、物源、古地貌等方面的影响，沉积变化快。

沉积相带控制富有机质泥页岩的空间展布（见图4），浅湖、半深湖相是
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367—第5期王良军等：四川盆地涪陵自流井组页岩气形成条件与勘探方向
富有机质泥页岩分布的有利相带。

涪陵大安寨段自南往北为滨湖至浅湖—半深湖相逐渐过渡，浅湖—半深湖相位于东北部兴隆场一带，面积685km2，往南西方向大二亚段泥页岩中灰岩夹层含量逐渐增多；而东岳庙时期水体相对较深，涪陵整体处于浅湖—半深湖相带，可供页岩气勘探的有利区带范围较大（面积大于1193km2）。

表4涪陵东岳庙、大安寨段与北美五大盆地页岩气对比表（资料主要来源于文献［10］，略有改动）Tab．4Shale gas comparison table in Dongyuemiao and Daanzhai member of Fuling area and five great basins of North America
盆地阿巴拉契亚密执安伊利诺斯富特沃斯圣胡安涪陵地区
页岩名称Ohio Antrim New Albany Barnett Lewis东岳庙段大安寨段埋藏深度/m610 1524183 730183 14941981 2591914 1829＜3100＜2950 TOC/%0 4．70．3 241．0 254．50．45 2．50．57 2．900．5 3．89储层厚度/m9月30日21 3715 3015 6161 9130 6025．1 42．7Ｒo/%0．4 1．30．4 0．60．4 1．01．0 1．31．6 1．881．26 2．121．1 1．46含气孔隙度/%
/总孔隙度/%
2/4．74．0/9．05/（10 14）2．5/（4 5）（1 35）/（3 5．5）1．05 7．810．02 8．17石英/%29 4720 4135 5227 6028 4312．3 27．526．9 31．5黏土矿物/%27．8 3915 307 4457．1 67．630 51．2含气量/m3·t－11．70 2．831．13 2．831．13 2．278．50 9．910．40 1．300．87 2．221．55 1．9沉积环境海相海相海相海相海陆过渡相湖相湖相
2．3裂缝定区
裂缝的发育不仅有助于页岩层中游离态天然气体积的增加，并有助于吸附态天然气的解吸，这表明裂缝发育程度是决定页岩气藏品质的重要因素。

同时，裂缝发育有助于页岩层段的压裂，并控制着页岩油气的产能。

利用涪陵东北部三维地震资料，通过叠后应力场数值模拟、地震属性相干分析、曲率研究等技术，评价涪陵东北部向斜区大安寨—东岳庙段总体处于页岩有利区带内的裂缝发育带，是有利于页岩气勘探开发的富集区。

3结论与建议
1）涪陵地区东岳庙段整体位于有利泥页岩形成的浅湖—半深湖相带，烃源岩、储集物性及含气性均较好，且泥页岩厚度较大，分布范围广，埋深适中，是涪陵现阶段湖相页岩气实施勘探开发最具现实意义的层段。

目前，该区仅XL3井在东岳庙段直井常规测试获气859m3/t，建议加强东岳庙段专层的勘探力度，开展水平井钻井与储层改造先导性试验，评价该段页岩气产能，拓宽四川盆地页岩气勘探领域；而大安寨段浅湖—半深湖相带范围较小（仅发育在东北部兴隆场地区），同时灰岩夹层含量高，可以考虑按照致密油气的思路继续开展勘探工作。

2）为了提高企业页岩气勘探开发积极性，建议国家层面今后能够进一步按照海相、陆相、海陆过渡相等不同相区的特点，分别制定不同的页岩气规范与补贴标准，达到鼓励和扶持中国页岩气产业快速发展的目的。

参考文献：
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32（12）：22-29．
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http：//jjs．mof．gov．cn/zhengwuxinxi/tongzhigonggao/
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（编辑雷雁林）
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—西北大学学报（自然科学版）第43卷。