四川盆地湖相页岩气地质特征与资源潜力
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2013 年 8 月
石油勘探与开发 PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT
Vol.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, 2，冯媛媛 2，刘欢 2，张烈辉 1，赵圣贤 2
中图分类号：TE122.2
文献标识码：A
Geological characteristics and resource potential of lacustrine shale gas in the Sichuan Basin, SW China
Li Yanjun1, 2, Feng Yuanyuan2, Liu Huan2, Zhang Liehui1, Zhao Shengxian2
(1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2. School of Resour来自百度文库es and Environment, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China)
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
425
碳含量一般大于 2.0%，满足国外页岩气有机碳评价下 限标准；浅湖—半深湖、滨湖—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， 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>1.0%的区域应具有形成页岩气资源的可能。
31.75 43.00 50.75 55.50 19.50 13.00 16.25
干酪根 类型
Ⅱ2 Ⅱ1 Ⅱ1 Ⅱ1 Ⅱ2 Ⅱ2 Ⅱ2
梁平及周边地区属于浅湖—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Ⅱ1 型和Ⅲ型有机质（见图 5）。
（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Ⅱ1—Ⅲ型，湖盆中心主要为Ⅱ1 型；Ro 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 40～150 m，分布面积广，页岩平均孔隙度为 1%～5%，渗透率主要为 0.001×10−3～0.100×10−3 μm2。 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—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。容积法估算四川盆地自 流井组湖相页岩气资源量约为 3.8×1012～8.7×1012 m3。图 8 表 1 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
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，盆地进入“环形凹陷”演化阶段，为湖泊
424
石油勘探与开发·油气勘探
环境[18]，开始接受陆相沉积。早侏罗世，湖盆中心基 本位于川中仪陇—营山一带，自中心向周边依次为半 深湖—深湖、浅湖—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） 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—半深湖—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）。
表 1 湖盆中心大安寨段 30 个样品页岩干酪根显微组分
取样 位置
仪陇
平昌 西充 龙岗 渠县
腐泥组/ % 0 10 10 30 56 53 55
壳质组/ % 86 81 87 63 0 0 0
镜质组/ % 11 6 1 4 30 28 25
惰质组/ % 3 3 2 3 14 19 20
氢指数/ (mg·g−1)
2.1 有机质丰度 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 其特殊的“自生自储”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%[20]。Charles Boye 等将 页岩气资源有机质丰度定为 6 级[5]：很差，TOC<0.5%； 差，TOC 值为 0.5%～1.0%；一般，TOC 值为 1%～2%； 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[5]。
Vol. 40 No.4
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
图 1 四川盆地下侏罗统自流井组大安寨段沉积相平面图
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 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—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 150 m，而周边则减薄至 20 m。东岳庙 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 60～100 m，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 30～50 m，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。
0 引言
四川盆地为大型复合含油气盆地，前震旦系变质 岩基底上沉积了巨厚震旦系—中三叠统海相碳酸盐 岩、泥页岩和上三叠统—始新统陆相碎屑岩。四川盆 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[1-17]，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
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。
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 沉积期，湖盆中心，即半深湖—深湖区主要分布于西 充—仪陇—营山—达州一带，该区带内黑色页岩有机
Abstract: The geochemical characteristics of shale such as total organic content, type and maturity, shale sedimentary environment, geological characteristics, and scale of development were analyzed to study the geological characteristics and resource potential of lacustrine shale in the Lower Jurassic Ziliujing Formation in the Sichuan Basin. The Lower Jurassic Ziliujing Formation lacustrine shale is mainly developed in the Dongyuemiao and Da’anzhai members. The geochemical analysis of the organic carbon content, kerogen macerals, biomarker compounds and vitrinite reflectance of the shale samples showed that the total organic content is generally over 1.0%; the main organic type is II1-III, but type II1 is in the central part of the basin; the vitrinite reflectance value (Ro) is 1.05%-1.82%, thus the shale has a strong ability to generate gas. The thickness of the distributed Ziliujing shale is approximately 40-150 m, the average porosity is 1%-5%, and the permeability is 0.001×10−3-0.100×10−3 μm2. The lacustrine shale consists of different assemblages: pure shale, shale with imbedded lime band, and shale with thin-middle shell limestone. The shale has high quartz content, favorable for exploitation of shale gas; the lime band and the shelly limestone, which are developed in the shale can further improve the shale economic recoverability. The estimated shale gas resources of the Ziliujing lacustrine shale by volumetric method is about 3.8×10128.7×1012 m3. Key words: shale gas; lacustrine facies; geologic characteristics; resource potential; Ziliujing Formation; Sichuan Basin
石油勘探与开发 PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT
Vol.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, 2，冯媛媛 2，刘欢 2，张烈辉 1，赵圣贤 2
中图分类号：TE122.2
文献标识码：A
Geological characteristics and resource potential of lacustrine shale gas in the Sichuan Basin, SW China
Li Yanjun1, 2, Feng Yuanyuan2, Liu Huan2, Zhang Liehui1, Zhao Shengxian2
(1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2. School of Resour来自百度文库es and Environment, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China)
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
425
碳含量一般大于 2.0%，满足国外页岩气有机碳评价下 限标准；浅湖—半深湖、滨湖—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， 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>1.0%的区域应具有形成页岩气资源的可能。
31.75 43.00 50.75 55.50 19.50 13.00 16.25
干酪根 类型
Ⅱ2 Ⅱ1 Ⅱ1 Ⅱ1 Ⅱ2 Ⅱ2 Ⅱ2
梁平及周边地区属于浅湖—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Ⅱ1 型和Ⅲ型有机质（见图 5）。
（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Ⅱ1—Ⅲ型，湖盆中心主要为Ⅱ1 型；Ro 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 40～150 m，分布面积广，页岩平均孔隙度为 1%～5%，渗透率主要为 0.001×10−3～0.100×10−3 μm2。 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—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。容积法估算四川盆地自 流井组湖相页岩气资源量约为 3.8×1012～8.7×1012 m3。图 8 表 1 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
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，盆地进入“环形凹陷”演化阶段，为湖泊
424
石油勘探与开发·油气勘探
环境[18]，开始接受陆相沉积。早侏罗世，湖盆中心基 本位于川中仪陇—营山一带，自中心向周边依次为半 深湖—深湖、浅湖—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） 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—半深湖—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）。
表 1 湖盆中心大安寨段 30 个样品页岩干酪根显微组分
取样 位置
仪陇
平昌 西充 龙岗 渠县
腐泥组/ % 0 10 10 30 56 53 55
壳质组/ % 86 81 87 63 0 0 0
镜质组/ % 11 6 1 4 30 28 25
惰质组/ % 3 3 2 3 14 19 20
氢指数/ (mg·g−1)
2.1 有机质丰度 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 其特殊的“自生自储”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%[20]。Charles Boye 等将 页岩气资源有机质丰度定为 6 级[5]：很差，TOC<0.5%； 差，TOC 值为 0.5%～1.0%；一般，TOC 值为 1%～2%； 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[5]。
Vol. 40 No.4
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
图 1 四川盆地下侏罗统自流井组大安寨段沉积相平面图
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 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—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 150 m，而周边则减薄至 20 m。东岳庙 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 60～100 m，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 30～50 m，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。
0 引言
四川盆地为大型复合含油气盆地，前震旦系变质 岩基底上沉积了巨厚震旦系—中三叠统海相碳酸盐 岩、泥页岩和上三叠统—始新统陆相碎屑岩。四川盆 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[1-17]，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
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。
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 沉积期，湖盆中心，即半深湖—深湖区主要分布于西 充—仪陇—营山—达州一带，该区带内黑色页岩有机
Abstract: The geochemical characteristics of shale such as total organic content, type and maturity, shale sedimentary environment, geological characteristics, and scale of development were analyzed to study the geological characteristics and resource potential of lacustrine shale in the Lower Jurassic Ziliujing Formation in the Sichuan Basin. The Lower Jurassic Ziliujing Formation lacustrine shale is mainly developed in the Dongyuemiao and Da’anzhai members. The geochemical analysis of the organic carbon content, kerogen macerals, biomarker compounds and vitrinite reflectance of the shale samples showed that the total organic content is generally over 1.0%; the main organic type is II1-III, but type II1 is in the central part of the basin; the vitrinite reflectance value (Ro) is 1.05%-1.82%, thus the shale has a strong ability to generate gas. The thickness of the distributed Ziliujing shale is approximately 40-150 m, the average porosity is 1%-5%, and the permeability is 0.001×10−3-0.100×10−3 μm2. The lacustrine shale consists of different assemblages: pure shale, shale with imbedded lime band, and shale with thin-middle shell limestone. The shale has high quartz content, favorable for exploitation of shale gas; the lime band and the shelly limestone, which are developed in the shale can further improve the shale economic recoverability. The estimated shale gas resources of the Ziliujing lacustrine shale by volumetric method is about 3.8×10128.7×1012 m3. Key words: shale gas; lacustrine facies; geologic characteristics; resource potential; Ziliujing Formation; Sichuan Basin