摘 要

摘　要：为合理评价贵州省下寒武统牛蹄塘组页岩气的资源开发潜力，利用野外地质调查及页岩气井勘探成果资料，结合钻井岩心样品测试、现场解吸及等温吸附实验等分析结果，研究了牛蹄

摘　要：为合理评价贵州省下寒武统牛蹄塘组页岩气的资源开发潜力，利用野外地质调查及页岩气井勘探成果资料，结合钻井岩心样品测试、现场解吸及等温吸附实验等分析结果，研究了牛蹄塘组页岩储层发育的特征及其分布规律。结果表明：①该区牛蹄塘组页岩主要分布于黔北、黔中及黔南一黔东南地区，岩性主要为含粉砂  粉砂质、碳质泥岩页岩；②牛蹄塘组页岩干酪根以腐泥型和偏腐泥混合型为主，生烃能力较强，有机碳含量介于0.7％～14.6％，有机质成熟度较高(Ro普遍大于2.5％)，处于过成熟演化阶段；③牛蹄塘组页岩脆性矿物含量高，黏土矿物以伊利石和伊蒙混层为主，具较好的破裂潜力，页岩孔隙度中等，渗透率极低，且两者呈线性负相关关系；④黔北西部、黔中地区牛蹄塘组页岩气富集区主要位于毕节  大方～黔西一带，含气量范围为1.5～2.5m³／t，黔北东部、黔东地区牛蹄塘组页岩现场解吸气量整体较好，而黔南、黔东南地区页岩气富集区位于丹寨一麻江  黄平一带，含气量范围为0.01～1.13m³／t。

关键词：贵州  早寒武世  页岩气  储集层特征  富集区  分布规律  等温吸附  含气量

Characteristics and distribution patterns of the Lower Cambrian Niutitang Shale reservoirs in Guizhou．China

Abstract：In order to evaluate the shale gas potential of the Lower Cambrian Niutitang Fm in Guizhou，various data including field geologic survey，shale gas exploration achievements，core sample test，well site desorption and isotherm adsorption experiment resuits were integrated to study the characteristics and distribution patterns of the Niutitang Shale reservoirs．The following conclusions were obtained．(1)The Niutitang Shale is mainly distributed in the northern，  central and southern-southeastern Darts of Guizhou province and its dominant lithologies are silt shale-silty and carbonaceous shales．(2)The organic matters are dominated by kerogens of I-andⅡ1-type with a relatively strong hydrocarbon generation capacity，TOC content of 0.7-14.6％and relatively high maturity(R。mostly>2．5％)，indicating a over mature evolutionary stage．(3)The content of brittle minerals are relatively high．The clay minerals are dominated by illites and mixed illite-smectites．Its porosity is moderate but the permeability is very low and they are in a negative linear correlation．(4)In western North Guizhou and Central Guizhou，the play fairways of Niutitang Shale are mainly located in Bijie-Dafang-Western Guizhou，where the gas content is in the range of 1.5-2.5m³／t．In eastern North Guizhou and Eastern Guizhou，the desorption gas content is relatively high as a whole．In South and Southeast Guizhou，the Dlay fairways of the Niutitang Shale occur in Danzhai—Majiang Huangping areas，where the shale gas content is in the range of 0.01-1.13m³／t．

Keywords：Guizhou，Early Cambrian，shale gas，reservoir feature，play fairway，distribution pattern，isotherm adsorption，gas content

1　研究简况及区域地质背景

1．1　研究简况

根据国土资源部油气资源战略研究中心组织实施的全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选成果，全国页岩气地质资源潜力为134.42×10¹²m³ (不含青藏区) ^[1]，贵州省为13.48×10¹²m³，占总量的10.03％。

根据贵州省页岩层岩性特征、残余情况、出露及分布情况、地质构造展布等特点，将贵州省划分为黔北(Î1n—S1l—P3l)、黔中(Î1n—P3l)、黔东—黔东南(Î1n—Î1b)、黔西南北部(Î1j—P2l—P3l)和黔西南南部—黔南(Î1d—D2h—P3l)5个页岩发育区，如图l所示。

 

为改善能源结构，改变贵州省“无油少气”的局面，贵州省人民政府于2012年3月开展了贵州省页岩气资源调查评价项目，针对贵州省黑色页岩目的层，施工了27口调查井(图2)。本文的主要数据即来源于《贵州省页岩气资源调查评价报告》，所公布的数据为将国内有资质的测试单位与国外测试机构提供的数据比较修正后的结果。

 

1．2　地质背景

贵州省早寒武世早期古地理格局在晚震旦世基础上进一步发展而成^[2]。随着全球海平面的上升，贵州全省基本受扬子东南上升洋流的影响，沉积环境由浅水陆棚向斜坡、盆地过渡，局部发育水下隆起和水下洼地^[3]。海水由东南向西北海侵，物源主要来自西边的康滇古陆。随着川西地区隆起的扩大，贵州省早寒武世晚期接受的陆源碎屑颗粒明显增加，海水逐渐变浅。

贵州省寒武系主要出露于毕节—纳雍—贵阳—荔波一线北东地区，下寒武统下部主要为碎屑岩。其中，下寒武统牛蹄塘组为区域性分布页岩层，其底部为黑色碳质泥岩与硅质岩韵律互层，夹磷结核；下部普遍发育一套黑色碳质泥岩，黄铁矿丰富，有机质含量高；上部为深灰、灰绿色泥页岩夹粉砂岩条带(图3)。

 

2　牛蹄塘组页岩发育及赋存特征

贵州省下寒武统牛蹄塘组主要分布于黔北、黔中和黔东—黔东南地区^[4-5](该组在川南地区又被称为筇竹寺组)，牛蹄塘组页岩层段位于其下部，岩性主要为灰黑黑色含粉砂一粉砂质、碳质泥岩、页岩，黄铁矿普遍发育^[6-7]。牛蹄塘组总厚度及其有效页岩段厚度明显受相带展布的控制(图4)。

 

黔北区牛蹄塘组页岩发育，出露较少，埋深较深，主要分布于遵义—道真一带。绥页l井揭示牛蹄塘组黑色页岩厚116.7m，正页1井黑色页岩厚99m，德页1井黑色页岩厚91m。黔中区内古生界较为完整，牛蹄塘组页岩具有较为稳定的分布；黔东—黔东南区牛蹄塘组页岩层分布较广，除江口、瓮安、岑巩和三都以东地区地层剥蚀外，其余地区均深埋地腹，该地区已钻遇牛蹄塘组的页岩气井共9口，其中松页l井揭示黑色页岩厚39m，岑页1井黑色页岩厚53m，镇页1井黑色页岩厚81m，麻页1井黑色页岩厚120m，总体呈现向南增厚的趋势，且南部牛蹄塘组黑色页岩的埋深也较北面大。黔西南北部区牛蹄塘组页岩发育良好，但埋深普遍大于5000m。

3　牛蹄塘组页岩储层特征及其分布规律

3．1　页岩有机质类型

牛蹄塘组干酪根有机显微组分以腐泥无定型和腐殖无定型为主，前者相对丰度为11％～92％，平均为49％；后者相对丰度为8％～85％，平均为48％。干酪根类型指数为51～96，干酪根类型以腐泥型和偏腐泥混合型为主。综合分析认为：贵州省牛蹄塘组含气页岩的母源主要为藻类等低等水生生物，生烃能力较强。通过对牛蹄塘组地表露头和钻孔岩心样品的有机碳含量测试，发现页岩有机碳含量范围为0.7％～14.6％，平均为5.2％，主频在大于4.0％的区间(图5)。

 

该区牛蹄塘组页岩有机碳含量高值区主要位于黔东的铜仁地区及黔东南的余庆  施秉一线，有机碳含量普遍大于8％。往西至黔南、贵阳地区有机碳含量有所降低，但仍普遍大于3.0％，具有很好的生烃潜力。黔北中北部地区主要出露志留系—三叠系，牛蹄塘组野外露头较少，从该区及邻区部分野外露头和钻井资料分析，该区牛蹄塘组页岩有机碳含量普遍低于1.5％，为黔北页岩有机碳含量的一个低值区。松桃—岑巩一线及余庆—施秉一线牛蹄塘组页岩中生物有机质较丰富，而靠近川中隆起及黔中隆起的地区，粉砂质含量有所增加，页岩有机碳含量有所降低。

垂向上，黔南、黔中地区含气页岩仅发育于牛蹄塘组下部粉砂质、碳质泥岩段，上部含粉砂、碳质泥岩段有机碳含量很低。在黔北遵义松林地区，牛蹄塘组下部有机碳含量介于0.46％～20.57％，平均为9.06％；上部有机碳含量明显降至0.20％～3.58％，平均为1.35％；黔东松桃地区，牛蹄塘组整段泥页岩有机质丰度都较高，下部有机碳含量最高达11.0％，有机碳含量大于2.0％的泥页岩厚度超过48m。

3．2　页岩有机质成熟度

有机质在不同演化阶段其生烃生气量不同，干酪根的成熟度不仅可以决定页岩的生烃潜能，还可影响到有机物质表面的气体吸附量^[8-9]。黔北地区牛蹄塘组页岩层系热演化资料分析表明：牛蹄塘组富有机质页岩经历了复杂的多期次热演化史变化，页岩有机质成熟度较高，Ro普遍大于2.5％，均处于过成熟演化阶段^[10-11]。

平面上，牛蹄塘组页岩总体演化程度较高，全区有机质成熟度为2.0％～4.0％，黔东的松桃铜仁地区牛蹄塘组泥页岩热演化程度最高，基本大于3.0％，最高可达4.2％，处于过成熟的晚期。黔南、黔中及黔北遵义地区Ro相对较低，在瓮安—麻江—黄平一带有机质成熟度为2.0％～3.0％，往北至重庆地区，有机质热演化程度有所减小。垂向上，贵州省牛蹄塘组页岩有机质成熟度随深度增加有微弱增大的趋势。

3．3　页岩储层岩矿特征

该区牛蹄塘组页岩石英、长石等碎屑矿物含量为24％～88％，平均为72.3％；自生脆性矿物含量为0～62％，平均为8.6％；黏土矿物含量介于l2％～30％，平均为19.0％。黏土矿物以伊利石和伊蒙混层为主，绿泥石较少见(图6)。岩石矿物学特征表明：页岩储层脆性矿物总体含量高，具有较好的破裂潜力，预测开发过程中可取得较好的储层改造效果^[12]。

 

3．4　页岩储层物性

该区牛蹄塘组页岩孔隙度为1.3％～25.6％，平均为8.24％，孔隙度中等；渗透率介于0.001～0.017mD，平均为0.008mD，渗透率极低。牛蹄塘组页岩孔隙度与渗透率之间呈线性负相关关系，如图7所示。

 

平面上，遵义、开阳及黔东松桃牛蹄塘组页岩孔隙度较高，而黔北湄潭、沿河、黔东镇远、岑巩等地孔隙度较低；渗透率总体分布趋势与孔隙度的分布基本一致。垂向上，牛蹄塘组页岩的孔隙度、渗透率值随深度的增加而减小。

野外露头和钻井岩心样品测试表明：牛蹄塘组底部页岩微观孔隙相对不发育，且喉道紧闭，偶有微裂缝发育，孔径差异较大，但一般以大中孔为主。孔隙类型主要有粒间孔、粒内孔、溶蚀孔、晶间孔和有机孔。无机孔中又以软硬颗粒接触处的粒间孔为主。

牛蹄塘组页岩孔喉均值主要分布于20～80nm，平均为40nm；分选系数较小，均值系数较大，平均值分别为0.10和0.45，孔喉分布较集中，分选程度较好；排驱压力较大，退出效率整体较低且变化较大。页岩BET比表面积在0.67～23.8m²／g，平均为7.9m²／g，变化范围也较大；平均孔直径在3.2～14.6nm，平均为7.57nm；中值半径介于1.6～8.5nm，平均为3.81nm；微孔体积、中孔体积和宏孔体积分别占到总孔体积的6.45％、85.23％和8.32％，表明牛蹄塘组页岩以中孔隙为主^[13]。

3．5　页岩含气性特征

3．5．1平面含气量变化

为探讨该区牛蹄塘组富有机质页岩的平面含气特征，笔者结合录井、测井、现场解吸及等温吸附等含气量评价方法并参考区内地质条件综合研究认为：黔北西部、黔中地区牛蹄塘组页岩气富集区主要位于毕节大方黔西一带，含气量范围为1.5～2.5m³／t；黔北东部、黔东地区牛蹄塘组页岩气现场解吸出气量整体较好，可达数百毫升不等；黔南、黔东南地区牛蹄塘组页岩气聚集发育的最有利区位于丹寨—麻江—黄平一带，含气量范围为0.01～1.13m³／t。

3．5．2纵向含气量变化

贵州牛蹄塘组各调查井纵向上以页岩中部下部较好，多井具有现场解吸气量较高的现象。由于大量的页岩气在现场无法完全解吸释放，完整的解吸过程通常持续数周至数月。结合室内脱气计算残余气量，残余气量可达现场解吸气量的2～17倍不等，间接反映了页岩储层非均质性强的特征。

1)正页l井

该井位于正安县柿坪乡大千村，目的层段为牛蹄塘组下部页岩段，实钻井深1040.26m。钻井揭示牛蹄塘组页岩段厚约99m，共完成12件样品的解吸工作，解吸气量集中在5～165mL。其中，2件样品解吸气量略高，分别为120mL、l65mL，岩心观察件微裂缝发育，并有气泡。解吸气体组分为：N2含量介于57.32％～65.42％，CH4含量介于5.27％～8.09％，C2-4含量介于0.01％，CO2含量介于0.43％～1.77％，H2含量介于24.70％～36.98％。

2)绥页1井

该井位于绥阳县青杠塘镇后槽村岔坝，目的层段为牛蹄塘组下部页岩段，完钻井深1744.55m。钻井揭示牛蹄塘组潜质页岩段厚约117m，共完成29件样品的解吸工作，解吸气量集中在22～100mL，仅1件样品解吸气量较高，达402mL，解吸气体组分为：N2含量介于94.53％～95.33％，CH4含量介于3.86％～5.03％，CO2含量介于0.44％～0.80％。

3)湄页1井

该井位于湄潭县高台镇三联村，目的层段为牛蹄塘组下部页岩段，完钻井深933.14m。钻井揭示牛蹄塘组潜质页岩段厚约70m，共完成21件样品的解吸工作，解吸气量集中在15～70mL，仅3件样品解吸气量较高，介于245～545mL，对应牛蹄塘组页岩段下部。解吸气体组分为：N2含量介于93.89％～95.35％，CH4含量介于4.42％～4.84％，CO2含量介于0.23％～1.21％。

4)德页l井

该井位于德江县堰塘乡七里溪村，目的层段为牛蹄塘组潜质页岩段，完钻井深1752.20m。共完成22件样品的解吸工作，解吸气量集中在20～99mL。其中，6件样品解吸气量较高，为123～943mL，岩心观察见微裂缝发育，并有气泡，主要对应牛蹄塘组页岩段下部。

5)镇页l井

该井位于镇远县羊场镇下半屯村下岩脚，目的层段为牛蹄塘组，完钻井深814.25m。钻井揭示牛蹄塘组潜质页岩段厚81m，共完成l7件样品的解吸工作，解吸气量集中在0～55mL。其中，上部3件样品解吸气量较高，为214～685mL，岩心观察见微裂缝发育，并有气泡，对应牛蹄塘组潜质页岩段中部。

6)麻页l井

麻页l井共完成53件样品的解吸工作，解吸样品主要集中在井深1040.5～1057.0m、1285.2～1340.5m两个层段。1040.5～1057.0m层段解吸气含量介于0.21～0.35m³／t，平均为0.25m³／t，总含气量介于0.24～0.55m³／t，平均为0.4m³／t。1285.2～1340.5m层段解吸气含量介于0.11t～0.49m³／t，最高为0.62m³／t，平均为0.27m³／t，总含气量介于0.21～0.66m³／t，最高为1.13m³／t，平均为0.52m³／t。麻页1井其余层段解吸气量非常低，在0.01～0.02m³／t。

3．5．3等温吸附特征

1)乌罗ZK408井与玉华ZK224井

利用黔北地区乌罗ZK408井、玉华ZK224井13件现场解吸样品进行了等温吸附实验。测试工作条件为：温度，30℃；氦气浓度，99.999％；甲烷浓度，99.9％；空气干燥基样品。等温吸附实验测试结果如表1所示。

 

从表l可见，3件样品有机碳含量小于1.5％，平均兰氏体积(VL)为1.79m³／t，平均兰氏压力(pL)为1.32MPa；10件样品有机碳含量大于1.5％，平均VL为3.12m³／t，平均pL为l.34MPa。综合上述测试结果，牛蹄塘组页岩模拟最大吸附能力平均为3.12m³／t。

2)仁页l井

仁页l井样品等温吸附实验共测定7个平衡压力点，每个压力点达到平衡的时间约为12h，然后再增压到下一个压力点，实验采用的甲烷气浓度均大于99.999％。仁页l井样品等温吸附曲线见图8。

 

仁页l井饱和吸附量VL介于0.68～7.17m³／t，差异较大，平均为3.05m³／t；pL在1.04～2.48MPa，平均为1.98MPa。5个样品中饱和吸附量超过3m³／t的有2个，介于2～3m³／t的有l个，其余2个样品为0～1m³／t，反映了牛蹄塘组页岩物性纵向上存在较大差异。等温吸附气量比现场解吸所获得的总气量大得多的事实也在一定程度上说明，牛蹄塘组黑色页岩储气能力并不太差，在地下温压条件适合的条件下有可能赋存大量的页岩气资源^[14]。

4　结论

1)贵州省下寒武统牛蹄塘组主要分布于黔北、黔中及黔东  黔东南地区，页岩层段位于牛蹄塘组下部，岩性主要为含粉砂一粉砂质、碳质泥岩页岩。

2)牛蹄塘组页岩干酪根以腐泥型和偏腐泥混合型为主，干酪根类型指数为51～96，生烃能力较强。页岩有机碳含量介于0.7％～14.6％，有机质成熟度较高，Ro普遍大于2.5％，均处于过成熟演化阶段。

3)牛蹄塘组页岩脆性矿物含量高，黏土矿物以伊利石和伊蒙混层为主，具较好的破裂潜力。页岩孔隙度中等，渗透率极低，两者呈线性负相关关系。页岩微观孔隙相对不发育，孔径差异较大，以大中孔隙为主。

4)黔北西部、黔中地区牛蹄塘组页岩气富集区主要位于毕节  大方一黔西一带，含气量范围为1.5～2.5m³／t；黔北东部、黔东地区牛蹄塘组页岩气现场解吸出气量整体较好；黔南、黔东南地区页岩气富集区位于丹寨～麻江黄平一带，含气量范围为0.01～1.13m³／t。

 

参考文献

[1]张大伟．《页岩气发展规划(2011—2015年)》解读[J]．天然气工业，2012，32(4)：6-8．

ZHANG Dawei．Important measures for promoting the shale gas exploration and development in China：An explanation of T^P Shale Gas Development Programruing from 201l to 2015[J]．Natural Gas Industry，2012，32(4)：6-8．

[2]龙鹏宇，张金川，李玉喜，等．重庆及其周缘地区下古生界页岩气资源勘探潜力[J]．天然气工业，2009，29(12)：125-129．

LONG Pengyu，ZHANG Jinchuan，LI Yuxi，et al．Analysis of exploration potential of the Lower Palaeozoic shale gas in Chongqing and its peripheral regions[J]．Natural Gas Industry，2009，29(12)：l25-129．

[3]罗健，戴鸿鸣，邵隆坎，等．四川盆地下古生界页岩气资源前景预测[J]．岩性油气藏，2012，24(4)：70-74．

LUO Jian，DAI Hongming，SHAO Longkan，et al．Prospect prediction for shale gas resources of the Lower Palaeozoic in Sichuan Basin[J]．Lithologic Reservoirs，2012，24(4)：70-74．

[4]李建忠，董大忠，陈更生，等．中国页岩气资源前景与战略地位[J]．天然气工业，2009，29(5)：11-16．

LI Jianzhong，DONG Dazhong，CHEN Gengsheng，et al．The prospect and strategic position of shale gas resourcesin Chinar[J]．Natural Gas Industry，2009，29(5)：11-16．

[5]杨瑞东，程伟，周汝贤．贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析[J]．天然气地球科学，2012，23(2)：340-347．

YANG Ruidong，CHENG Wei，ZHOU Ruxian．Characte ristics of organic rich shale and exploration area of shale gas in Guizhou Province[J]．Natural Gas Geoscience，2012，23(2)：340-347．

[6]李俊良，谢瑞永，游君君，等．贵州黔北地区页岩气成藏条件与勘探前景[J]．中国矿业，2012，21(2)：55-59．

LI Junliang，XIE Ruiyong，YOU Junjun，et al．Reservoir forming condition and exploration prospect of shale gas in Guizhou Qianbei Areal,J]．China Mining Magazine，2012，21(2)：55-59．

[7]程克明，王世谦，董大忠，等．上扬子区下寒武统筇竹寺组页岩气成藏条件[J]．天然气工业，2009，29(5)：40-44．

CHENG Keming，WANG Shiqian，DONG Dazhong，et al．Reservoir forming conditions of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation shale gas in the Upper Yangtze Region[J]．Natural Gas Industry，2009，29(5)：40-44．

[8]陈更生，董大忠，王世谦，等．页岩气藏形成机理与富集规律初探[J]．天然气工业，2009，29(5)：17-21．

CHEN Gengsheng，DONG Dazhong，WANG Shiqian，et al．A preliminary study on the formation and accumulation mechanism of shale gas reservoir[J]．Natural Gas Industry，2009，29(5)：17-21．

[9]安晓璇，黄文辉，刘思宇，等．页岩气资源分布、开发现状及展望[J]．资源与产业，2010，12(2)：103-109．

AN Xiaoxuan，HUANG Wenhui，LIU Siyu，et al．The distribution，development and expectation of shale gas resources[J]．Resources＆Industries，2010，12(2)：103-109．

[10]董大忠，程克明，王世谦，等．页岩气资源评价方法及其在四川盆地的应用[J]．天然气工业，2009，29(5)：33-39．

DONG Dazhong，CHENG Keming，WANG Shiqian，et al．Evaluation method of shale gas and its applieation in Sichuan Basin[J]．Natural Gas Industry，2009，29(5)：33-39．

[11]坛俊颖，王文龙，王延斌，等．中上扬子下寒武统牛蹄塘组海相烃源岩评价[J]．海洋地质前沿，2011，27(3)：23-27．

TAN Junying，WANG Wenlong，WANG Yanbin，et al．Marine source rock assessment for Lower Cambrian Niutitang Formation in Middle and Upper Yangtze Region[J]．Marine Geology Frontiers，2011，27(3)：23-27．

[12]曾祥亮，刘树根，黄文明，等．四川盆地志留系龙马溪组页岩与美国Fort Worth盆地石炭系Barnett组页岩地质特征对比[J]．地质通报，2011，30(2／3)：372-384．

ZENG Xiangliang，LIU Shugen，HUANG Wenming，et al．Comparison of Silurian Longmaxi Formation shale of Sichuan Basin in China and Carboniferous Barnett Formation shale of Fort Worth Basin in the United States[J]．Geological Bulletin of China，2011，30(2／3)：372-384．

[13]张金川，徐波，聂海宽，等．中国页岩气资源勘探潜力[J]．天然气工业，2008，28(6)：136-140．

ZHANG Jinchuan，XU Bo，NIE Haikuan，et al．Exploration potential of shale gas resources in China[J]．Natural Gas Industry，2008，28(6)：136-140．

[14]张抗，张文长．中国天然气统计预测中的若干问题探讨[J]．天然气工业，2012，32(1)：6-11．

ZHANG Kang，ZHANG Wenchang．Issues in statistical work and forecast of natural gas resources in China[J]．Natural Gas Industry，2012，32(1)：6-11．

 

 

本文作者：易同生  赵霞

作者单位：贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心