第１９卷第３期２０１２年５月
（）；）ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅＦｒｏｎｔｉｅｒｓ（ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｉｎＰｅｋｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ ｙｊｇｇｙ
；北京大学）地学前缘（中国地质大学（北京）
Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．３
Ｍａ２０１２ｙ
四川盆地及其周缘下古生界页岩气保存条件研究
１１１２１１１
聂海宽１， 包书景， 高 波， 边瑞康， 张培先， 武晓玲， 叶 欣， 陈新军０００８３１．中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京１
２．中国石油化工股份有限公司华东分公司研究院，江苏南京２１００１１
１１１１２１
，，，ＮｉｅＨａｉｋｕａｎａｏＳｈｕｉｎａｏＢｏｉａｎＲｕｉｋａｎｈａｎＰｅｉｘｉａｎＸｉａｏｌｉｎ Ｂ Ｇ Ｂ Ｚ Ｗｕ ｊｇ，ｇ，ｇｇ， １１，ＹｅＸｉｎｈｅｎＸｉｎｕｎ Ｃ ｊ１．Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｘｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄ ＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳＩＮＯＰＥＣ，Ｂｅｉｉｎ０００８３，Ｃｈｉｎａ ｐｐｊｇ１
２．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏＰｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｘｌｏｒａｔｉｏｎ ＆Ｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔ，ＥａｓｔＣｏｍａｎＣｈｉｎａ，ＳＩＮＯＰＥＣ，Ｎａｎｉｎ１００１１，Ｃｈｉｎａ ｆ ｐｐｐｙ ｊｇ２
，，，ＮｉｅＨａｉｋｕａｎＢａｏＳｈｕｉｎＧａｏＢｏｅｔａｌ．ＡｓｔｕｄｏｆｓｈａｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅＬｏｗｅｒＰａｌｅｏｚｏｉｃｉｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎａｓｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｊｇｙｇｐ （）：ａｎｄｉｔｓｅｒｉｈｅｒ．ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅＦｒｏｎｔｉｅｒｓ，２０１２，１９３２８０２９４ －ｐｐｙ
：，ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｅｘｌｏｒａｔｉｏｎｏｆｓｈａｌｅａｓｉｎｄｉｃａｔｅｄａｎｉｎｄｉｓｕｔａｂｌｅｆａｃｔｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓａｓｉｎｓｈａｌｅｂｕｔｔｈｅｓｉｚｅｏｆ ｐｇｐｇｔｈｅｓｈａｌｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒａｎｄｉｔｓｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｖａｌｕｅｎｅｅｄｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄ．ＣｏｍａｒｅｄｔｏｔｈｅｈｉｈｏｆＵ．Ｓ．ａｓｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｙｐｇｇｐ，ｓｈａｌｅａｓｓｈａｌｅａｓｈａｓｉｔｓｅｃｕｌｉａｒｅｏｌｏｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎＣｈｉｎａ．Ｔｈｅｓｈａｌｅａｓｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｇｇｐｇｇｇｐ，ｗｍａｂｅｔｈｅｆｏｃｕｓｏｆｔｈｅｓｈａｌｅａｓｅｘｌｏｒａｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａｈｉｃｈｉｓｌｅｓｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎＵ．Ｓ．ｓｈａｌｅａｓｅｘｌｏｒａｔｉｏｎ． ｙｇｐｇｐ ，，Ｔｈｉｓａｅｒｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｓｈａｌｅａｓｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｂｍａｔｅｒｉａｌｂａｓｉｓｔｅｃｔｏｎｉｓｍ，ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｈｉｓｔｏｒ ｐｐｇｐｙｙｙ ，，，ｈｄｒｏｅｏｌｏｓｅａｌａｎｄｉｔｓｍｉｃｒｏｓｃｏｉｃｃｏｍｏｓｉｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｏｔｈｅｒｒｏｅｒｔｉｅｓａｓｒｅｓｓｕｒｅａｒａｍｅｔｅｒｓ ｙｇｇｙｐｐｐｐｇｐｐｏｆｓｈａｌｅｉｎｔｈｅＬｏｗｅｒＣａｍｂｒｉａｎａｎｄｔｈｅＵｅｒＯｒｄｏｖｉｃｉａｎｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎｏｆｔｈｅＬｏｗｅｒＰａｌｅｏｚｏｉｃｉｎＳｉｃｈｕａｎＢａ －Ｌ －ｐｐｅｒｉｈｅｒ．ＴｈｅａｓｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｕｔｓｉｎａｎｄｉｔｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｓｔｅｍｏｆｓｈａｌｅｏｆｓｏｕｔｈＣｈｉｎａｗａｓｆｏｒｗａｒｄｂｃｏｍ－ ｐｐｙｇｐｐｙｙ ｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎａｌｓｉｓｏｆｖａｒｉｏｕｓａｒａｍｅｔｅｒｓ． ｐｐｙ
：；；；ｅｒｉｈｅｒａｓｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎＫｅｗｏｒｄｓＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎａｎｄｉｔｓｓｈａｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｔｅｃｔｏｎｉｓｍ；ｈｄｒｏｅｏｌｏ ｐｐｙｇｐｙｇｇｙｙ 摘 要：页岩气的勘探表明，页岩含气已成为一个不争的事实，但是含气的规模以及是否具有工业价值需要进一步研究。与美国相比，中国页岩气具有独特的地质条件，页岩气保存条件可能是中国南方下古生界页岩气勘探研究的重点。文中以四川盆地及其周缘下古生界下寒武统和上奥陶统—下志留统页岩层系为研究对象，从物质基础、构造作用和演化历史、地层水条件、盖层及其微观性质、天然气组分和压力系数等几个方面对页岩气的保存条件进行研究，并综合分析各种指标，提出页岩气保存条件综合评价指标体系，以期对四川盆地及其周缘下古生界页岩气勘探提供更进一步的参考资料。
关键词：四川盆地及其周缘；页岩气；保存条件；构造作用；水文地质
（）中图分类号：Ｐ６１８．１３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００５２３２１２０１２０３０２８０１５－－－以确定现今油气的丰度和工业价值。由于页岩气吸
０ 引言
１］
，油气的聚集具有明显的时间性和有效性［油
附机理的存在，页岩气藏被认为具有一定的抗破坏能力，可能是我国广大南方海相地区油气勘探的突
］２４－。不同学者根据和美国页岩气地质条件破所在［
气在聚集以后会随着时间慢慢散失，这就要求对盖类比研究，采用静态指标（即厚度、面积、有机碳含
层的封闭能力和油气的保存条件进行系统的研究，量、成熟度、物性和矿物组成等参数）对页岩气发育
；收稿日期：修回日期：２０１２０３２１２０１２０５０３－－－－）基金项目：国土资源部全国油气资源战略选区调查与评价专项（２００９ＧＹＸＱ１５０２－，：作者简介：聂海宽（男，博士，主要从事油气成藏机理和非常规天然气地质的研究工作。Ｅ－ｍ１９８２—）ａｉｌｎｉｅｈｋ．ｓｋｉｎｏｅｃ．ｃｏｍ＠ｓｙｙｐ
：／／（）ｈｔｔｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ２０１２，１９３ 地学前缘，ｐ
）聂海宽，包书景，高 波，等／地学前缘（ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅＦｒｏｎｔｉｅｒｓ２０１２，１９（３）
］３，５８－，有利区进行了预测［并且勘探也证实了这些页］９１０－。随着勘探的进展，岩是含气的，甚至产气［需要
２８１
成量，而且影响页岩气的赋存和聚集，进而影响页岩气的资源丰度；对于热成因的页岩②有机质成熟度，
对页岩含气量以及是否具有工业价值进一步研究。气藏来说，成熟度高低虽然不是含气量的控制因素，
采用静态指标类比研究并预测页岩气发育有利区，但在一定的成熟度范围内页岩的含气能力达到最
１１，１３］更多地强调了中国页岩气地质条件与美国的共性，大［。（）物性特征，主要包括页岩的孔隙度和５
忽视了其特殊性的研究。与美国相比，中国页岩气渗透率，前者决定了页岩中游离气的含量，后者决定
具有其地质特殊性，并决定了勘探的特殊性和复杂性点
［１１］
了页岩的渗流能力。
物质基础作为页岩气评价的静态指标，虽然不是页岩含气量和页岩气是否聚集成藏的决定性因素，但是在页岩气选区，尤其在页岩气勘探早期阶段是重要的评价参数。不同的学者都根据美国页岩气勘探开发经验并结合我国的实际地质条件对页岩发育的厚度、有机碳、成熟度、矿物组成等物质基础的静态指标下限进行了研究。笔者认为含气页岩的厚度和有机碳等参数的下限和页岩气藏工业开采的区别较大，页岩气藏工业开采的厚度和有机碳等参数有可能远远大于含气页岩的厚度和有机碳等参数的下限，在页岩气勘探早期建议尽量选取平面上厚度和有机碳等参数较大的区域进行勘探。在剖面上，笔者通过对四川盆地及其周缘下古生界下寒武统和上奥陶统—下志留统４个岩性－岩矿－地化－物性－含气性综合剖面的研究认为：从下往上总体特征表现为随着缺氧环境遭到破坏，岩性变化较大，从下向上硅质页岩、碳质页岩厚度减小，灰黑色／灰色页岩、粉砂质页岩厚度增加，直至完全过渡为灰色粉砂质页岩、砂质页岩或泥质粉砂岩。相应的有机碳含量、热解Ｓ由于缺氧环境遭到破坏，海１和Ｓ２呈减小趋势，水变浅，导致石英含量减少和粘土矿物含量增加，由此决定的页岩的吸附能力也由下向上呈减小的趋势，成熟度、孔隙度和渗透率等指标在剖面上变化不。这种剖面上的变化特征，大（图１）说明研究区下
，保存条件可能不是美国页岩气勘探研究的重，但对于我国复杂的地质条件来说，页岩气的
［］１１１２－保存条件研究不容忽视，尤其是四川盆地及其周缘经历了加里东、海西、印支和喜马拉雅等复杂构造运动的地区，需要对页岩气的保存条件进行研究。本文以四川盆地及其周缘下古生界下寒武统页岩和上奥陶统—下志留统页岩为研究对象，从物质基础、构造作用和演化历史、地层水条件、盖层及其微观性质、天然气组分和压力系数等几个方面对页岩气的保存条件进行研究，通过综合分析各种指标，提出页岩气保存条件综合评价指标体系，以期对四川盆地及其周缘页岩气勘探提供更进一步的参考资料。
１ 物质基础
页岩气是一种自生自储的非常规天然气藏，集烃源岩、储层和盖层等所有关键的成藏体系各要素于同一套页岩层。物质基础是对页岩的品质进行研究，包括页岩岩性、厚度和展布、地化参数、物性参数和矿物组成等，页岩品质的好坏直接控制着页岩的（）含气量，其中最主要的几个方面包括：岩性，页岩１的岩性主要有硅质页岩、黑色页岩、碳质页岩、碳硅质页岩、结核状磷块岩、粉砂质页岩和石煤层等，不同岩性的页岩具有不同的岩矿、地化、物性和含气量）特征。（岩矿，包括页岩的各种矿物组成，这些矿２
物组成影响着页岩的品质，决定着页岩的含气量。古生界下寒武统和上奥陶统—下志留统页岩层段的如石英含量和页岩含气量呈正比例关系，粘土矿物下部具有较好的页岩气发育条件。
１３］
，含量和页岩含气量呈反比例关系等［类似这些参
需要根据不同地数在页岩含气量评价时至关重要，
区的具体情况进行详细的研究。（页岩厚度和面３）积，根据页岩厚度和面积可以判断页岩气藏的边界，
２ 构造作用和演化历史
页岩气由于其吸附特征，具有一定的抗破坏能
但是在中国南方多期构造运动导致的破坏强烈并且页岩厚度和面积控制着页岩气藏的经济效益。力，
页岩气藏还是要遭受巨大的影响，甚至在构）（地化特征，主要包括有机质类型及含量、成熟度、的地区，４
岩石热解参数、干酪根类型和微观组分等，其中有机质丰度和成熟度是比较常用的两个参数：①有机质丰度，含气页岩的有机质丰度不但决定页岩气的生
造活动较为强烈的地区被完全破坏掉。对页岩气的保存影响比较大的因素主要有多期构造活动导致的演化历史、抬升剥蚀以及断裂和裂缝的发育程度等。
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２８２ ）聂海宽，包书景，高 波，等／地学前缘（ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅＦｒｏｎｔｉｅｒｓ２０１２，１９（３）
图１ 贵州省习水县良村镇吼滩村上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩岩性－岩矿－地化－物性－含气性综合剖面Ｆｉ１ Ｔｈｅｃｏｍｏｓｉｔｅｓｅｃｔｉｏｎｏｆｌｉｔｈｏｌｏｒｏｃｋｍｉｎｅｒａｌｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｈｓｉｃａｌｒｏｅｒｔｉｅｓａｓｂｅａｒｉｎｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅ － －－ － ｇ．ｐｇｙｇｐｙｐｐｇｇｐｐ ，ＸＵｅｒＯｒｄｏｖｉｃｉａｎｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎｏｕｔｃｒｏｉｎＨｏｕｔａｎ，ＬｉａｎｃｕｎＶｉｌｌａｅｉｓｈｕｉＣｏｕｎｔｕｉｚｈｏｕＰｒｏｖｉｎｃｅ －Ｌ ｐｐｐｇｇｙ，Ｇ ２．１ 演化历史
研究区海相页岩热演化程度偏高，已达过成熟阶段，但无论成熟度高低，在页岩层中均有天然气赋
１１，１３］
，存，甚至形成页岩气藏［如黔中隆起方深１井
。如果保存能力好，于常规油气藏的生命周期）那么页岩气藏的寿命就长，目前有可能是我们勘探的目标。反之，页岩气藏可能已遭受破坏。研究区海相页岩经历了长期的构造和热演化，具有演化历史复杂、热成熟度较高、生烃时间早等特征，其不同构造单元热演化史不同，研究表明主要有以下几种类型：
（）四川盆地内部基本为早期长时间浅埋－早、１
中期长时间隆升－中期二次深埋－晚期快速抬升的特点，即下寒武统页岩沉积后在志留纪末期达到最大埋深，但其深度基本上小于２成熟度较低，０００ｍ， 生排烃均较有限，而后到早三叠世的很长一个时期内经历抬升，生烃作用停止。在中三叠世以后经历
下寒武统牛蹄塘组，成熟度（高达５．有机碳Ｒｏ）５％，质量分数高达８．０２％。在１７２３．４～１７２６．７ｍ井 段，仍有气测异常，泥浆见雨状气泡，含气３点８％，
１４］
。对牛蹄塘组黑色页岩的压裂测燃呈蓝色火焰［
试表明，仍有天然气产出。判断一套页岩层系是否含气以及含气的规模需和页岩演化历史结合起来才能客观评价该页岩的勘探潜力，要研究页岩的生排烃历史、最大生气时间和保存能力之间的关系（类似
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）聂海宽，包书景，高 波，等／地学前缘（ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅＦｒｏｎｔｉｅｒｓ２０１２，１９（３） ２８３
１５］
图２ 川南地区威２井埋藏史图［
５
Ｆｉ２ ＴｈｅｂｕｒｉａｌｈｉｓｔｏｒｏｆＷｅｉ２ＷｅｌｌｉｎｓｏｕｔｈｏｆＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ１ ｇ．ｙ ［］
了二次埋藏，最大埋深超过６达到生气阶０００ｍ， 早、中期的长期浅埋和长期隆升有利于有机质的保存，中期快速深埋利于天然气的生成，后期快速抬升不利于天然气的排出，利于页岩气聚集。如川南地生成少量原油，随后抬升遭受剥Ｒｏ值达到０．８％，
生烃过程停止，印支期以来再次快速埋藏，三叠蚀，
纪达到二次生烃阶段，至白垩纪中期寒武系底界埋深超过６高达３％，进入过成熟０００ｍ，Ｒｏ超过２％， 早期演化阶段。白垩纪中期以后开始快速抬升，生
１５］
（）。这一类型的埋藏史和热演化烃作用停止［图２
大和后期抬升幅度大等特点，因此，从演化历史角度存条件比盆地内威远气田等地区要差。
（）黔中隆起及其周缘的下古生界埋藏史和热２
演化史属于早期生烃－中期多次生排烃－晚期快速抬，页岩在早奥陶世开始进入生烃期（在志Ｒｏ＞０．５），留纪末达到最大埋深（达到生油高峰，随Ｒｏ＞１％）
后抬升剥蚀，生烃作用停止。二叠纪早期再次沉降，晚三叠世达到生气阶段，三叠纪末遭受抬升剥蚀，并在晚侏罗—早白垩世进一步沉降，达到生干气阶段。。总体来中白垩世以后抬升，生烃作用停止（图３）讲，这一类型的页岩埋藏史和热演化史比四川盆地内的要差，主要表现为早期生烃时间早且生烃量较大、中期经历了多次生排烃和晚期抬升时间早且幅度大等不利因素。
（）湘鄂西地区的下寒武统黑色页岩埋藏史属３
于长期持续埋藏－快速隆升型，在寒武纪末期达到生。阶段，燕山期以来快速抬升，生烃作用停止（图４）这一类型的埋藏史和热演化史与前两类相比具有长期持续生烃、抬升时间较早（侏罗纪时期）和抬升幅度大等特征。由于抬升剥蚀改造持续时间长，且以褶皱抬升为特征，隆升幅度大，下古生界出露，在恩施—彭水中央复背斜带和宜都—鹤峰复背斜带，核
段。白垩纪中期以后开始快速抬升，生烃作用停止。评价，位于盆地边缘的丁山１井等地区，页岩气的保
区威２井寒武系底界在志留纪末埋深达到２比四川盆地内抬升早）等特点，如下寒武统黑色０００ｍ，升（
史与美国福特沃斯盆地Ｂａｒｎｅｔｔ页岩气藏的较为相似，尤其是下志留统龙马溪组黑色页岩和下石炭统的Ｂ甚至未生烃）ａｒｎｅｔｔ页岩都具有早期生烃少（－生烃晚－长期深埋－快速隆升的特点。前者是中三叠世开始生烃，达到最大成熟度以后生气，一直持续到中白垩世，而后抬升，生烃作用停止，但是抬升幅度有在二叠纪、三叠纪和侏罗纪达到生烃高峰，并一直延续至白垩纪末，而后抬升，生烃作用停止，抬升幅度亦有限。由于在Ｂａｒｎｅｔｔ页岩气藏勘探获得了巨大成功，那么具有这一类型埋藏史和热演化史的页岩在研究区需要重点关注。与盆地内相比，位于盆地边缘丁山１井的埋藏史和热演化史具有早期生烃量
限。后者从晚宾西法尼亚世（晚石炭世）开始生烃，油高峰，中侏罗世成熟度已达到过成熟，进入生干气
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２８４ ）聂海宽，包书景，高 波，等／地学前缘（ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅＦｒｏｎｔｉｅｒｓ２０１２，１９（３）
１６］
图３ 黔中隆起区地层埋藏史［
６
Ｆｉ３ ＴｈｅｂｕｒｉａｌｈｉｓｔｏｒｏｆＱｉａｎｚｈｏｎＵｌｉｆｔ１ ｇ．ｙｇｐ ［］
１７］
图４ 湘鄂西地区咸２井埋藏史［
７
Ｆｉ４ ＴｈｅｂｕｒｉａｌｈｉｓｔｏｒｏｆＸｉａｎ２Ｗｅｌｌｉｎ ＷｅｓｔｅｒｎＨｕｎａｎａｎｄＨｕｂｅｉａｒｅａ１ ｇ．ｙ ［］
部出露最老地层已是震旦系，下寒武统黑色页岩遭受不同程度的剥蚀，暴露严重，保存条件较差，不利于页岩气聚集，页岩气发育条件较差。在花果坪复向斜带北部和桑植—石门复向斜带下寒武统黑色页岩分布连续性较好，是该区页岩气成藏条件较好的地区。
对比这３类埋藏史曲线不难发现，四川盆地内（）部以威远气田为代表的地区具有以下特征：在加１里东期以前基本没有生烃，而另外两个地区则生成）了大量的油气。（具有生气高峰晚的特征，对于常２规油气藏来讲，大气田气源岩生气高峰的时代以古近纪为主，白垩纪、新近纪次之，并且气源岩生气高
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