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《贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析》_图文

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贵州 页岩 气源岩 特征 勘探 远景 分析 图文
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非常规天然气收稿日期 :2011-10-07;修回日期 :2012-01-05.基金项目 :贵州省省长基金 (编号 :2009007);贵州大学博士点学科建设基金 (编号 :GZUD09001)联合资助 .作者简介 :杨瑞东 (1963-),男 ,云南大理人 ,教授 ,主要从事沉积矿床和地球化学研究.E-mail:rdyang@gzu.edu.cn.贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析杨瑞东 ,程伟 ,周汝贤(贵州大学资源与环境学院 ,贵州 贵阳550025)摘 要 :贵州在地质历史时期长期处于海洋沉积环境 ,特别是缺氧沉积环境发育 ,形成多层位黑色泥页岩 。根据黑色泥页岩分布范围及厚度 ,主要划分出震旦系陡山沱组 、下寒武统牛蹄塘组 、奥陶系五峰组 、下志留统龙马溪组 、中泥盆统罐子窑组 —火烘组 、下石炭统大塘组 、二叠系栖霞组 —龙潭组 。页岩气烃源岩具有层位多 、厚度大 、有机质含量高 ,成熟度高等特点 。同时 ,根据页岩气烃源岩分布 、厚度 、有机质含量 、成熟度等综合分析 ,划分出有利的页岩气成藏区 ,即武陵褶皱 、黔中 —黔北 、南盘江紫云 —册亨页岩气有利发育区 ,并认为南盘江坳陷的册亨 —望谟一带是最有利的页岩气勘探远景区 。关键词 :烃源岩 ;页岩气 ;远景区 ;贵州中图分类号 :TE122.3   文献标识码 :A   文章编号 :1672-1926(2012)02-0340-08引用格式 :YangRuidong,Chen Wei,Zhou Ruxian.Characteristics of organic-rich shale and explo-ration area of shale gas in Guizhou province[J].Natural Gas Geoscience,2012,23(2):340-347.[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.]0 引言油气资源日趋紧缺 ,出于对能源安全的考虑 ,页岩气这一新能源已成为世界能源研究的热点问题之一[1]。近年来 ,我国相继开展了页岩气资源调查和研究 ,并在重庆市綦江县进行开发[2-16]。同时 ,在中国南方页岩气勘探开发也取得了一系列成绩 。2006年中国石油勘探开发研究院在四川盆地威远地区的九老洞组页岩和泸州地区下志留统龙马溪组页岩探明页岩气资源潜力为 (6.8~8.4)×1012 m3,相当于四川盆地的常规天然气资源总量 ;2008年底中国石油勘探开发研究院设计实施的我国首口页岩气取心浅井在四川省宜宾市顺利完钻 。预计2020年美国天然气产量可达7.5×1011 m3,其中常规天然气产量为5.1×1011 m3、致密砂岩气为1.5×1011 m3、煤层气为6×1010 m3、页岩气为3×1010 m3[13]。因此 ,我国页岩气的勘探开发与美国相比尚存在较大差距 。页岩气是指采自页岩 (主要指烃源岩 )且具有工业价值的烃类气体 。因此 ,页岩气是以富有机质页岩为气源岩 、储层以及封盖层 ,不间断供气 、持续聚集而形成的连续聚集型天然气藏 。页岩气在本质上就是连续生成的生物化学成因气 、热成因气或两者的混合气 ,存在状态包括 :在泥页岩的天然裂缝和孔隙中以游离方式存在 、在干酪根和粘土颗粒表面上以吸附状态存在 (图1)、少量在干酪根和沥青质中以溶解状态存在等 ,与煤层气的存在方式 (以游离方式和吸附方式存在 )具有一定的相似性 。从成因角度讲 ,页岩气可以理解为泥页岩地层中未被及时排出的残留气 。贵州长期地质历史时期中广泛发育黑色页岩岩系 ,主要有震旦系陡山沱组 、寒武系梅树村组 、奥陶系五峰组 、志留系龙马溪组 、泥盆系东岗岭组 、石炭系大塘组 、二叠系龙潭组等 。这些层位的页岩预计具有巨大的页岩气资源前景 ,鉴于此 ,笔者通过收集大量的资料 ,结合地层 、岩性岩相 、有机地球化学 、页岩气成藏条件等 ,分析了贵州页岩气形成条件和勘探前景 ,为今后贵州页岩气勘探提供基础资料 。第23卷 第2期2012年4月天 然 气 地 球 科 学NATURAL GAS GEOSCIENCEVol.23No.2Apr. 2012图 1页岩气赋存空间及赋存状态1 贵州页岩沉积体系贵州从新元古代至中生代一直处于海洋沉积环境 ,沉积了大量的碳酸盐岩 、砂岩 、泥岩和页岩 。其中震旦系陡山沱组 、下寒武统牛蹄塘组 、奥陶系五峰组 、下志留统龙马溪组 、中泥盆统罐子窑组 —火烘组 、石炭系大塘组及二叠系龙潭组等都沉积有较厚的泥岩和页岩 ,它们是贵州页岩气重要的烃源岩[17-18]。1.1 震旦系陡山沱组泥岩和页岩贵州陡山沱组页岩和泥岩以深灰 —灰黑色含粉砂炭质泥岩 、泥岩和含钙泥岩为主 ,主要分布在黔中古隆起东侧及北侧 ,厚度为10~25m,遵义松林最厚达75m(图2)。黔中开阳 —福泉一带属于水下隆起区域 ,沉积磷块岩 。在遵义 —贵阳一线以西为内陆棚沉积环境 ,沉积黑色泥岩 ,以东为外陆棚沉积环境 ,越往东 ,其厚度越变薄 ,并夹大量的黑色硅质岩 ,至天柱 —锦屏 —黎平一带 ,属于深水盆地环境 ,沉积黑色页岩夹硅质岩 (图2),页岩和泥岩含有机碳丰富 ,范围为1.15%~3.74%,平均为1.85%,属较好 —好烃源岩 。有机质类型为腐泥型 (Ⅰ型 ),其成熟度为成熟干气阶段后期 ,仅瓮安 —凯里一带为干气早期阶段分布区 (图2)。图 2贵州上震旦统陡山沱组泥岩和页岩沉积厚度和烃源岩成熟度分布特征Ⅱ1:RO=1%~1.3%;Ⅱ2:RO=1.3%~2%;Ⅲ1:RO=2%~3%;Ⅲ2:RO>3%;143 No.2       杨瑞东等 :贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析1.2 贵州下寒武统牛蹄塘组页岩和泥岩贵州下寒武统牛蹄塘组主要由黑色炭质泥岩和页岩组成 ,在贵州寒武系整个区域均有分布 。黑色岩系在黔中古隆起区沉积含磷岩系 ,其上也有近100m的黑色炭质泥岩 ,往西到黔西等地 ,其厚度达120m左右 ,在遵义 —贵阳一线以西为内陆棚沉积环境 ,以东为外陆棚沉积环境 ,越往东 ,其厚度越薄 ,并夹大量的黑色硅质岩 ,至天柱 —锦屏 —黎平一带 ,属于深水盆地沉积环境 (图3),其有机质含量明显增大 。牛蹄塘组黑色岩系厚度多大于100m,黑色页岩和泥岩TOC值大于1%以上 ,厚约50~70m;有机碳含量为0.61%~11.92%,有机质类型为腐泥型 ,其成熟度RO>2%。对寒武系牛蹄塘组干酪根元素分析及岩石热解法研究表明 ,烃源岩生气枯竭界限RO≈3.0%。RO>3.0%的烃源岩为无效烃源岩 。寒武系烃源岩演化程度由东向西增大 ,在赤水地区 、安顺地区RO>3.0%,为无效烃源岩分布区 。遵义地区 、贵阳及其以东地区为有效烃源岩分布区 ,但均已进入过成熟演化阶段 。1.3 贵州奥陶系五峰组页岩贵州奥陶系五峰组以黑色炭质泥页岩为主 ,分布局限 ,黔中古隆起北侧一般厚为5~8m,向北略有增厚 ,属于局限盆地缺氧沉积环境 (图4)。页岩有机碳含量为2.64%~7.17%,大部分在4%以上 。有机质类型为过渡型偏腐泥型 ,有机质成熟度以桐梓 、渝西巴县连线为界 ,东部低 (RO<3.0%)、西部高 (RO>3.0%)。1.4 贵州下志留统龙马溪组泥岩贵州下志留统龙马溪组泥岩分布局限 ,基本保持奥陶系五峰组页岩分布范围 (图5)。主要分布在黔北斜坡 、武陵坳陷 ,其岩性为黑色泥质岩 、深色泥质灰岩夹黑色钙质泥岩 。沉积厚度约为50m左右 ,向北增厚 。泥岩有机碳含量为0.8%~6.7%。有机质类型为腐泥型 。有机质成熟度黔北斜坡为3.0%左右 ,武陵坳陷有机质成熟度为2.0%~2.5%。图 3贵州下寒武统牛蹄塘组黑色炭质泥岩和页岩分布特征 (下寒武统烃源岩厚度分布特征 )243 天然气地球科学Vol.23 1.5 贵州中泥盆统罐子窑组 —火烘组泥岩贵州中泥盆统罐子窑组 —火烘组主要分布在黔中古陆的南面 ,黔南坳陷安顺 —王深1井一线西南部及黔西南坳陷 (图6),属于局限台地缺氧环境沉积的深灰色 、灰黑色泥质灰岩 、泥灰岩 。泥岩 、页岩和泥灰岩厚度为50~250m(图6),有机碳含量为0.6%~4.85%,平均为1.72%。有机质成熟度RO值分布在4.79%~5.46%之间 ,过成熟 。向西南方向到南盘江坳陷为有效烃源岩分布区 。贵州南部南盘江坳陷泥盆系烃源岩特征如下 ,上泥盆统泥页岩厚度为223m,有机碳含量为0.17%~5.08%,平均为2.47%;中泥盆统泥页岩厚度为351m,343 No.2       杨瑞东等 :贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析有机碳含量为0.77%~4.01%,平均为2.4%;下泥盆统泥岩厚度为130m,有机碳含量为0.35%~3.52%,平均为0.75%;下石炭统大塘组泥页岩厚度为258m,有机碳含量为3.59%~4.4%,平均为4.0%。图 6贵州中泥盆统罐子窑组 —火烘组泥岩1.6 黔中隆起及周缘石炭系大塘组泥岩贵州石炭系大塘组泥岩发育 ,主要为灰黑色泥岩 ,属于局限台地相缺氧沉积环境 。厚度为50~250m,分布在黔西 、黔西南坳陷及黔南坳陷安顺 、长顺 、谷超深1井一线以南地区 (图7)。其有机碳含量分布在0.83%~1.25%之间 ,平均为0.93%。有机质成熟度为1.15%~1.18%。1.7 贵州二叠系泥岩贵州二叠系泥岩主要为龙潭组含煤岩系中的炭质泥岩 、页岩 。但在黔中 、黔西南郎岱地区和黔南安顺宽向斜 ,中二叠统栖霞组深灰色薄 —中层状灰岩夹含泥灰岩 、泥页岩也具有生烃能力 ,其厚度在50~100m之间 ,有机碳含量在0.9%~7.78%之间 ,平均为2.98%。龙潭组主要分布在黔中 、黔西南郎岱地区和黔南安顺宽向斜 ,岩性为灰色 、深灰色泥岩夹灰黄色 、灰绿色泥岩 、煤层 ,厚度为250~200m(图8),有机碳含量为0.61%~8.85%,平均为3.35%。有机质成熟度为0.84%~1.06%。黔西北为高演化地区 ,RO>3.0%;贵阳 、遵义及其以东地区处于成熟 、高成熟阶段 ,黔东地区较低 ,RO<2.0%。煤层中煤层气含量高 ,具有很高的开发利用价值[19]。2 贵州页岩系的生气条件贵州地质历史时期沉积的主要页岩气烃源岩分布层位为震旦系陡山沱组 、寒武系牛蹄塘组 、奥陶系五峰组 、泥盆系罐子窑组 —火烘组 、石炭系大塘组 、二叠系栖霞组 —龙潭组 。其有机碳含量特征如下 :①陡山沱组有机碳含量为1.15%~3.74%,平均为1.85%;②寒武系牛蹄塘组黑色页岩有机碳含量为0.61%~11.92%;③奥陶系五峰组页岩有机碳含量为2.64%~7.17%,大部分在4%以上 ;④泥盆系罐子窑组 —火烘组有机碳含量为0.6%~2.85%,平均为1.72%;⑤石炭系大塘组泥岩有机碳含量在0.83%~1.25%之间 ,平均为0.93%;⑥二叠系泥岩有机碳含量为0.61%~8.85%,平均为3.35%。黔中隆起及周缘下古生界3套烃源岩中下寒武统牛蹄塘组在全区均有分布 ,是研究区主要的烃源岩 ,其余2套主要分布在黔北 。上古生界3套烃源岩中二叠系烃源岩在全区大部分地区均有分布 ,但尚未发现与之相关的油气藏或古油藏 ;中泥盆统和下石炭统烃源岩主要分布在黔西南坳陷 ,黔南坳陷的安顺宽向斜已处于烃源岩分布的边缘地区 ,向西南方到南盘江坳陷为烃源岩的有利分布区 。各层系烃源岩成熟度由东向西增大 ,除在隆起东缘及黔南坳陷的黄平凹陷 、麻江凸起的部分地区演化程度相对较低 ,处于成熟高峰期之外 ,大部分地区的烃源岩已处于高成熟 —过成熟早期阶段 ,下寒武统烃源岩在贵阳 、赤水及其以西地区RO值大于443 天然气地球科学Vol.23 3%,为无效烃源岩 。各套烃源岩的热演化定型期均为中 、晚三叠世 ,烃源岩的生油高峰 、生气高峰也为中 、晚三叠世 ,生烃高峰期与定型期重合 ,生烃具有时间短 、效率高的特点 。烃源岩演化程度高 ,大量生烃时间短而集中 ,导致对构造形成及油气保存条件要求更高 。下寒武统牛蹄塘组烃源岩是该区古油藏的主要油源 ,部分古油藏有少量下志留统烃源岩的混源 ,但古油藏油源与二叠系烃源岩无亲缘关系 。3 贵州页岩气有利成藏区域依据贵州泥页岩厚度 、泥页岩有机碳含量 、泥页岩热演化程度 、生烃中心及其附近地区的含气页岩情况 ,认为贵州页岩气有利区域有以下4个 。①上震旦统页岩气有利发育区 :武陵褶皱带 。②下寒武543 No.2       杨瑞东等 :贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析统页岩气有利发育区 :武陵褶皱带 、黔中 —黔北 。武陵褶皱带 ,面积为30 000km2,埋深为100~1 000m,泥岩 、页岩厚度为100~400m,有机碳含量为1.0%~3.0%,成熟度RO值为1.0%~4.0%。黔中 —黔北地区面积约为25 000km2,埋深为200~1 500m,泥页岩厚度为50~100m,有机碳含量为2.0%~9.94%,成熟度RO值为1.0%~3.0%。③中泥盆统页岩气有利发育区 :南盘江紫云 —册亨 。该区在贵州最好是桑郎一带 ,与广西的南丹连成片 ,总面积为14 000km2,埋 深 为0~1 500m,泥 页 岩 厚 度 为204~570m,有机碳含量为0.45%~3.07%,成熟度RO值为2.3%~2.8%。④下石炭统页岩气有利发育区 :南盘江紫云 —册亨 。该区与中泥盆统基本一致 ,形成南盘江有利的页岩气有利区域 。总面积为4 000km2,埋深为0~1 000m,泥页岩厚度为40~280m,有机碳含量为0.4%~1.71%,成熟度RO值为1.79%~2%。经过初步研究和优选 ,认为南盘江台盆相区是烃源岩分布区域 ,其面积广 、厚度大 、有机质丰度高 ,处于高 —过成熟阶段 ,具有较好的页岩气勘探开发潜力 ,其中南盘江坳陷的册亨 —望谟一带是页岩气勘探的有利地区 。4 结论贵州页岩气烃源岩发育 ,泥页岩厚度大 ,有机碳含量高 ,成熟度较高 ,是有利的页岩气勘探远景区域 。(1)贵州页岩气烃源岩主要层位为震旦系陡山沱组 、下寒武统牛蹄塘组 、奥陶系五峰组 、下志留统龙马溪组 、中泥盆统罐子窑组 —火烘组 、下石炭统大塘组 、二叠系栖霞组 —龙潭组 。页岩气烃源岩具有层位多 、厚度大 、有机质含量高 、成熟度高等特点 。(2)根据页岩气烃源岩分布 、厚度 、有机质含量 、成熟度等综合分析 ,划分出4个有利的页岩气成藏区 ,即武陵褶皱带上震旦统页岩气有利发育区 、武陵褶皱带下寒武统页岩气有利发育区 、黔中 —黔北地区下寒武统页岩气有利发育区 、南盘江紫云 —册亨中泥盆统页岩气有利发育区及南盘江紫云 —册亨下石炭统页岩气有利发育区 。(3)经过初步研究和优选 ,认为南盘江台盆相区是烃源岩分布区域 ,其面积广 、厚度大 、有机质丰度高 ,处于高 —过成熟阶段 ,具有较好的页岩气勘探开发潜力 ,其中南盘江坳陷的册亨 —望谟一带是页岩气勘探的有利地区 。致谢 :论文撰写过程中参考了大量贵州地质矿产局 、原贵州八普 、贵州石油地质研究所的资料 ,在此表示感谢 。参考文献 (References):[1]Chen Shangbin,Zhu Yanming,Wang Hongyan,et al.Researchstatus and trends of shale gas in China[J].Acta Petrolei Sinica,2010,31(4):689-694.[陈尚斌 ,朱炎铭 ,王红岩 ,等.中国页岩气研究现状与发展趋势 [J].石油学报 ,2010,31(4):689-694.][2]Long Pengyu,Zhang Jinchuan,Li Yuxi,et al.Potentials of thelower Palaeozoic shale gas resources in Chongqing and its adjacentareas[J].Natural Gas Industry,2009,29(12):125-128.[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):125-128.][3]Zhang Xuefen,Lu Xiancai,Zhang Linye,et al.Occurrences ofshale gas and their petroleum geological significance[J].Ad-vances in Earth 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Cambrian NiutitangFormation,upper Ordovician WufengFormation,lowerSilurian Longmaxi Formation,middle Devonian Guanziyao-HuohongFormation,lower Carboniferous Da-tangFormation,Permian Xixia-LongtangFormation.The shale gas source rocks in the Guizhou are charac-terized as multi-sequences,large thickness,high organic carbon content,and high thermal maturity.Accord-ingto thickness and distribution of source rocks,organic carbon content and thermal maturity,we drawthree favorable areas of shale gas exploration,i.e.Wulingfold,central-north Guizhou,and Ziyun-CehengofNanpanjiang.The most favorable area of shale gas exploration in the Guizhou province is the Ceheng-Wangmo area in the Nanpanjiangbasin.Keywords:Organic-rich shale;Shale gas;Exploration area;Guizhou.743 No.2       杨瑞东等 :贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析
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