黔北地区页岩气成藏地质特征及开发潜力分析

黔北地区页岩气成藏地质特征及开发潜力分析

摘要：页岩气藏储量巨大，具有很大开发潜力，是我国非常重视的非常规油气资源。页岩气藏成藏地质特征包括沉积相特征、构造特征、岩性特征、孔隙物性特征、储层埋深及厚度和有机地化特征等方面。黔北地区作为我国页岩气资源富集地区和页岩气开发有利目标区，本文以该地区下寒武统牛蹄塘组和下志留统龙马溪组页岩层系为研究对象，研究该地区页岩气藏的成藏地质特征，评价其开采潜力。分析表明，下寒武统牛蹄塘组和下志留统龙马溪组为该地区页岩气藏主要的有利层位，具备较好的开发潜力。黔北地区页岩气成藏地质特征及开发潜力分析为该地区勘探开发提供一定的

理论指导。

关键词：黔北地区页岩气成藏地质特征开发潜力

页岩气作为二十一世纪的重要接替能源，因其分布广泛、储量巨大，而被世界各国所重视。目前，页岩气在北美地区和加拿大已经实现商业化开发[1-3]。我国作为页岩气资源十分丰富的国家之一，对页岩气开发十分重视。但目前国内页岩气勘探开发工作还处于起步和试验阶段，主要集中在上扬子地区的川东南部、渝南黔北地区以及延长油田。

页岩气藏成藏地质特征主要包括沉积相特征、构造特征、岩性特征、孔隙物性特征、储层埋深及厚度和有机地化特征等内容。黔北地区属我国页岩气先导试验区和开发有利区，本文以黔北地区下寒武统牛蹄塘组∈1n和下志留统龙马溪组s1l页岩层系为研究对象，

结合该地区基础地质资料分析其成藏地质特征，并对比已商业化开发的页岩气藏的成藏要素对该地区页岩气开发潜力做了分析评价。黔北地区页岩气藏成藏地质分析、开发潜力评价等研究可为今后黔北地区页岩气藏勘探开发提供重要的指导意义。

一、区域构造沉积背景

1.沉积环境

黔北地区所在区域属扬子地台，在早寒武世牛蹄塘期[4]，扬子地台北部为活动大陆边缘，南部为被动大陆边缘。早寒武世初期，研究区域及周边整体下沉，大部分地区演变为陆棚沉积环境，当时的沉积古地貌格局是北西部高、南东部低，自北西向东南分别由古陆、滨岸、浅水陆棚、深水陆棚、斜坡及盆地组成[5]。早寒武世总体是早期短暂的快速海进和缓慢海退的沉积背景，早期为深水陆棚，后期沉积环境逐渐变浅，由早期深水陆棚逐渐向浅水陆棚及潮坪演化，沉积了一套黑色泥页岩构造。黔北地区及周边地缘牛蹄塘期构造岩相古地理图如图1所示。

早志留世龙马溪期是继晚奥陶世以来中上扬子地区盆山格局发生重大转变的时期，该时期陆块边缘处于挤压、褶皱造山过程，为形成古隆起的高峰阶段。川中隆起的范围不断扩大，扬子南缘黔中隆起、武陵隆起、雪峰隆起和苗岭隆起基本相连，形成了滇黔桂隆起带。

2.构造特征

黔北地区整体大地构造位置处于川黔南北向构造带、北北东向构

造带和北东向构造带交汇区，以及东西向构造的黔中隆起东北缘，构造形态主要为断裂和褶皱。按其岩层形变的构造形迹和各种结构面（挤压面、张裂面、扭裂面）以及褶皱、断裂的基本要素和它们的伸展方向与配合方式，区内构造体系大致可分为南北向构造带、北北东向构造带和北东向构造带。

二、页岩气藏成藏地质特征

1.沉积相特征

在牛蹄塘期的沉积早期，海平面处于较高位置，水体深度相对较深，黑色泥岩和深灰色泥岩发育；晚期则形成了一套以深灰色泥岩、黑色泥岩和深灰色粉砂质泥岩为主的高位体系域沉积体，其沉积中心位于东南部，分布全区，东南部厚度相对较大。该区域龙马溪组黑色页岩为海侵时沉积的黑色页岩，很有可能为凝缩时期的沉积产物，而后向上水面逐渐变浅，出现砂岩，见交错层理。

2.岩性特征及矿物组成

下寒武统牛蹄塘组岩性主要是一套黑色页岩、炭质页岩，夹石煤层，底部为含硅质页岩与一层含磷结核黑色炭质页岩。其中，黑色页岩岩相可分为三种，分别为粘土质细碎屑岩相、含粘土细碎屑岩相和碎屑质粘土岩相。粘土质细碎屑岩相分布面积占到80%以上。根据岩心x射线衍射分析表明，该组矿物成分主要为碎屑矿物和粘土矿物，还有少量的碳酸盐岩、黄铁矿和重晶石。其中，碎屑矿物含量28%～87%，平均61.3%，成分主要为石英和少量的长石；粘土矿物含量8%～47%，平均为31.1%，主要为伊利石和伊蒙混层矿物，

以及少量的高岭石和绿泥石。龙马溪组由浅海相的碎屑岩组成，按岩性分为三部分：上部为棕黄色薄层钙质砂岩，产单珊笔石；中部为灰黄色粉砂质页岩、钙质粉砂岩互层；下部为深灰至灰黑色页岩。由于富钙质的泥页岩岩相具有较大的脆性和潜在造缝能力，可使微裂缝型储集空间大量发育其中。

3.储层埋深及厚度

研究区域内下寒武统牛蹄塘组有效页岩埋深在1000m～3500m之间，区内东西埋深大而中部埋深减小。牛蹄塘组发育黑色炭质页岩，为区内主要的富有机质页岩发育层位，有含气显示，厚30m～50m，有效页岩厚度由西向东逐渐增厚，为页岩气相对有利发育层位。该区域内下志留统龙马溪组存有黑色碳质页岩，由浅海相的碎屑岩组成，总厚112.2m～197m，北部沉积较厚，向南逐渐减薄。上部棕黄色薄层钙质砂岩层，厚50～90m；中部灰黄色粉砂质页岩、钙质粉砂岩互层，厚45m～80m；下部为灰黑色页岩层，有含气显示，厚10m～25m，为页岩气相对有利发育层位。

4.孔隙物性特征

研究区块内整体富有机质页岩物性中等，基质孔隙度分布范围1.28%～25.4%，平均8.27%；渗透率0.0037×10-3～1.49×10-3μm2，平均0.2207×10-3μm2，总体较低；平均孔径3.2 nm～14.4nm；中值半径1.6 nm～8.5nm；以中孔隙为主，约占85%。孔喉均值主要分布20nm～80nm，平均为40nm；孔喉分布较集中，分选程度较好；孔渗具有较好的相关性，其与中孔体积的变化趋势一致，与碎

屑矿物含量的变化趋势相反，与粘土矿物变化趋势相同。

5.有机地化特征

区域内牛蹄塘组有机碳含量普遍大于2%，高有机碳含量主要位于研究区域的黑色页岩沉积中心，有机碳含量（toc）为2.0%～3.5%，均大于2.0%，由西向东有逐渐变大的趋势。富有机质页岩有机质类型以ⅰ型为主，次为ⅱ1型。整个研究区块演化程度较高，成熟度（ro）介于2.3%～3.0%之间。区域内龙马溪组有机碳含量分布不均，除部分地带有机碳含量较低，其余均高于1.2%，高有机碳位于黑色页岩的沉积中心。有机质类型以i型为主，热演化程度较高，全区未见成熟度小于1.5%的区域。

三、页岩气开发潜力评价

页岩厚度：页岩气藏作为典型的自身自储气藏，页岩厚度直接控制了气藏规模和总含气量等重要开发指标。根据北美页岩气开发经验[6]，具有工业开发价值的页岩厚度一般大于15m，而收益良好的页岩气藏产层厚度要大于30m。根据上节的成藏地质分析可见，黔北地区下寒武统牛蹄塘组和多数下志留统龙马溪组页岩层厚度超

过30m和15m，为页岩气开发有利对象。

埋藏深度：一般而言，埋深影响着页岩气的开发难易度和经济收益性[7]，对比已商业化开采的页岩气田发现埋深在3000m以下的目的层更有利于开发收益。黔北地区牛蹄塘组多数地区埋深都小于3000m，具备开发潜力。

脆性矿物组分：由于页岩基质孔渗物性一般低，所以开发时必须