石柱复向斜五峰组—龙马溪组下段页岩分布特征及生烃潜力探讨

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摘 要：为研究石柱复向斜五峰组-龙马溪组下段页岩的分布特征及生烃条件，本文以野外露头剖面实测资料为主要依据，以页岩岩相分析为手段，结合区域测井资料等确定页岩发育层段、页岩厚度与分布特征；以有机地化分析测试为依据，分析页岩气有机地化特征，探讨区域页岩的生烃潜力。研究表明石柱复向斜及周缘地区五峰组-龙马溪组下段页岩地层厚度大、分布范围广，平均TOC含量 >2%，属富有机质页岩。有机质类型以Ⅱ型为主，主要处于过成熟阶段。纵向上TOC值具明显差异性，以五峰组和龙马溪组下段底部最优。平面上焦页-漆辽一带为厚度和TOC中心，为页岩气发育的有利区。

关键词：石柱复向斜；页岩；岩相；分布特征；生烃潜力

页岩气是最现实的常规油气资源的重要接替者之一，是指以吸附或游离态赋存于富有机质页岩地层中，具有商业开采价值的生物成因或热成因的非常规天然气。近年来由美国主导的页岩气革面，引起了国内众多科研单位和学者的高度重视。张金川[1]等认为四川盆地经历了克拉通和前陆盆地演化过程中复杂的构造变动，其构造演化和地质条件类似于美国典型的页岩气盆地。中上扬子地区的海相碎屑岩地层--上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组与美国主要的页岩气产层具有很多的相似性，可能具有较大的页岩气勘探潜力而受到重视。特别是2012年11月，中石化在邻近区块涪陵焦石坝实施的第一口页岩气井--焦页1HF井钻获高产页岩气后[2]，鄂西-渝东地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组已经成为勘探的重点和研究的热点地区。石柱复向斜是四川盆地东缘含油气构造单元之一，是鄂西渝东地区一直以来的油气重点勘探区域。

1 区域地质概况

鄂西渝东区在构造上位于中、上扬子的交界處四川盆地构造相对稳定区与湘鄂西强烈构造变形区的过渡带，地理上位于长江、乌江以东，建始—彭水断裂以西，包括方斗山复背斜、石柱复向斜、齐岳山复背斜、利川复向斜等4个次级构造单元[3]，其西北部为万县复向斜，为我国南方海相碳酸盐岩天然气勘探的重要战场（图1）。

石柱复向斜[4]位于重庆市万州区、湖北利川市境内，区域构造上属于四川盆地东缘的上扬子川东褶皱带，夹于齐岳山和方斗山复背斜之间，面积约为4300km2。石柱复向斜主体走向为北东向，可分为3个次级构造：龙驹坝高陡构造、建南低缓构造和茶园坪断褶构造。该复向斜是四川盆地东缘含油气构造单元之一，在研究区内有利的含油气构造圈闭众多，是鄂西渝东地区一直以来的油气重点勘探区域。

2 五峰组-龙马溪组下段页岩分布特征

五峰组-龙马溪组下段主要指奥陶系五峰组至以浊积砂体为标志层位而确定的龙马溪组下段顶部。本次研究收集了焦页1井、JS-1井、EY-1井和L-1井的单井测井资料，并设计了3个实测剖面，利川毛坝、武隆黄莺和石柱漆辽剖面。样品采自L-1井和三个野外地质剖面。根据需要进行有机地化分析，主要包括TOC、干酪根、Ro、全岩分析X射线衍射等。并参考国内何治亮[5]等提出的根据碳质和硅质的含量划分页岩岩相的方案，如表1所示，以确定优质页岩层段。其中将页岩分为了富碳高硅页岩相、富碳中硅页岩相、富碳低硅页岩相、高碳高硅页岩相、高碳中硅页岩相等12类。其中认为前5种都是有利于页岩气开发的，富碳高硅页岩相为优质页岩层。

2.1 五峰组-龙马溪组下段页岩纵向分布特征及优质层位

基于岩性，借助于单井测井曲线及岩石矿物组成特征，进一步将五峰组-龙马溪组下段划分出4个页岩层段[6]：页岩层段1对应五峰组，岩性均以硅质页岩为主；页岩层段2对应龙马溪组底部，岩性以含硅质页岩为主，局部夹碳质页岩；页岩层段3对应龙马溪组下段中部，岩性以碳质页岩为主；页岩层段4对应龙马溪组下段顶部，岩性以粘土质页岩为主，局部夹粉砂质页岩。利用样品分析的有机地化资料，结合已有研究成果，建立了L-1井、利川毛坝剖面的五峰组-龙马溪组下段综合柱状图（图2），并以岩相分析为手段，研究该地区五峰组-龙马溪组下段页岩纵向上的分布特征和优质层位。

依据岩性、测井曲线和有机地化资料的变化特征识别龙马溪组下段浊积砂体，确定五峰组-龙马溪组下段页岩层段L-1井的厚度为78m。TOC含量介于0.51-6.11%，平均2.62%。其中页岩层段1 TOC多在3%以上，石英多在50%以上，为富碳高硅页岩相；页岩层段2 TOC多在2%以上，石英含量多为40%以上，主要为高碳高硅页岩相；页岩层段3 TOC含量在1.28%-3.43%之间，石英属中硅级别，主要为高碳中硅页岩相；页岩层段4主要为含碳中硅页岩相。其中五峰组硅质页岩为富碳高硅页岩相，属优质页岩段，岩相划分与含气量具有良好的相关性。

利川毛坝剖面五峰组-龙马溪组下段页岩层段厚度为85.5m。通过对剖面的样品进行有机地化分析，结果显示剖面五峰组-龙马溪组下段石英含量多为40%以上，均为高硅岩相。TOC分析结果表明：毛坝剖面75%的样品TOC为2%-3%，平均TOC含量为2.13%。页岩层段1、2、3均为高碳高硅页岩相，4段为中碳高硅相。黄莺剖面样品TOC总体偏高，约86%的样品TOC高于3%，平均TOC含量为3.89%。页岩层段1、2段为富碳高硅页岩相，3段为高碳高硅页岩相，4段中碳高硅相。据页岩岩相划分，黄莺剖面五峰组-龙马溪组下段底部硅质页岩达到富碳高硅页岩相，为优质页岩段。毛坝剖面TOC整体偏低，但页岩层段1、2段也达到高碳高硅页岩相，有利于开发。

2.2 五峰组-龙马溪组下段页岩的平面展布特征

对单井和剖面处五峰组-龙马溪组下段黑色页岩的厚度和TOC进行了统计，并参考前人研究结果进行平面成图。

整个石柱复向斜接近沉积中心，最大沉积厚度位于石柱漆辽一带，黑色页岩厚度在100m以上（图4）。总体上，地层沿着北西-南东向迅速减薄[7]，往北东向逐渐减薄。焦页1井黑色页岩达到89m，利川毛坝页岩厚度接近86m，均接近沉积中心。

围绕着石柱复向斜这个沉积中心，TOC逐渐降低[8]（图5）。其中黄莺-漆辽一带为有机质最富集的地带，TOC含量大于3%，焦页1井井区附近TOC约为3%，建深1井、利页1井和恩页1井井区附近TOC都在2.5%以上，毛坝地区TOC含量比黄莺和漆辽地区都要低，平均约2.1%。

3 生烃潜力探讨

有机质类型是评价富有机质页岩生气质量的重要指标之一，它对页岩的生气潜力和性质起着决定性的作用[9]。研究选取剖面上的6个样品进行干酪根显微组分的分析。干酪根显微组分鉴定显示，该区志留系烃源岩有机质主要由水生生物降解形成的腐泥组为主，含量在44.3%～71.0%，其次為镜质组分，壳质组和惰性组的含量极少。干酪根类型指数在2.0～49.2，均为Ⅱ型干酪根，为有利于生气的类型。

有机质含量是生烃强度的主要影响因素，它决定着生烃的多少[10]。根据美国页岩气勘探取得的成功经验，页岩气有机碳含量的下限为0.5%，而2.0%以上为富有机质页岩。研究区单井和剖面样品分析，TOC最低都高于0.5%，平均含量大于2%。纵向上五峰组TOC含量普遍较高，多在2-5%，均为好-很好的烃源岩。龙马溪组下段底部和中部TOC多为2%以上，属富有机质页岩；顶部TOC含量相对较低，平均含量接近2%，但都高于0.5%的下限。

干酪根的热成熟度也影响页岩中能够被吸附在有机物质表面的天然气量，含气页岩的热成熟度通常用镜质组反射率 Ro 来表示，一般来说 Ro越高表明生气的可能越大（生气量越大），页岩气的产量越大[11]。研究分别选取毛坝和黄莺剖面共13个样品进行笔石反射率测试，测试结果如表2所示。其中毛坝剖面M06和M16两个样品因风化严重，仅供参考。根据换算公式将笔石反射率换算成镜质体反射率，得到的毛坝剖面平均等效镜质体反射率为2.81%，黄莺剖面平均等效镜质体反射率为2.53%。可以看出，这一时期的烃源岩有机质演化程度较高，均已达到过成熟阶段，基本都进入了生成干气阶段。

4 结论

石柱复向斜及周缘五峰组-龙马溪组下段页岩厚度大，TOC含量平均>2%，属富有机质页岩。岩相识别和划分表明：纵向上，以五峰组和龙马溪组下段底部最好，岩相划分多为富碳高硅相，为优质页岩层段。龙马溪组下段中部相对较好，为高碳高硅-高碳中硅相，有利于开发。龙马溪组下段顶部TOC含量平均低于2%，整体相对较差，开采价值不佳。

整个石柱复向斜接近沉积中心，野外剖面及邻近钻井结合有机地化资料分析表明，石柱复向斜黑色泥质、炭质泥页岩整体厚度>80m。五峰组-龙马溪组下段页岩厚度、TOC分布均表明，焦页-漆辽一带为厚度沉积中心和有机质最富集区，为页岩利发育的有利区，可以成为开发的重点区。

通过对野外采集的样品和钻井岩心、岩屑进行地化分析测试，结果表明石柱复向斜地区五峰组-龙马溪组页岩层段TOC分布范围为0.51%～8.76%，平均值为2%以上，单项指标评价为好烃源岩。研究区下志留统龙马溪组页岩层段有机质类型以Ⅱ1型为主，属于较好的烃源岩。研究区页岩有效镜质体反射率Ro>2%，在整个研究区均已达到过成熟干气阶段。

参考文献：

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