渝东北城口地区Y1井页岩有机地球化学特征及勘探前景_何廷鹏.pdf

书书书 2018 年 1 月 January 2018 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 37，No． 1 87 －95 收稿日期 2017 －03 －23; 修回日期 2017 －09 －05; 接受日期 2018 －01 －02 基金项目 重庆市国土资源和房屋管理局科技计划项目 CQGT － KJ －2014015 作者简介 何廷鹏， 硕士研究生， 工程师， 主要从事页岩气储层和有机地化研究。E- mail 441868370 qq． com。 通信作者 栾进华， 高级工程师， 主要从事油气地球化学及技术管理工作。E- mail 124407681 qq． com。 何廷鹏，栾进华，胡科， 等． 渝东北城口地区 Y1 井页岩有机地球化学特征及勘探前景［ J］ ． 岩矿测试， 2018， 37 1 87 －95． HE Ting- peng，LUAN Jin- hua，HU Ke，et al． Organic Geochemical Characteristics of the Shale from Y1 Well in Chengkou Area of Northeastern Chongqing and Exploration Prospects［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2018， 37 1 87 －95． 【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 201703230037】 渝东北城口地区 Y1 井页岩有机地球化学特征及勘探前景 何廷鹏1，栾进华1*，胡科2，李甜2，杨柳2，张跃磊1 1． 国土资源部页岩气资源勘查重点实验室 重庆地质矿产研究院 ，重庆 400042; 2． 重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心 重庆地质矿产研究院 ，重庆 400042 摘要 基于钻井资料， 以总有机碳 TOC 、 干酪根显微组分、 等效镜质体反射率 Ro 及碳同位素等测试数据 系统分析了渝东北城口地区 Y1 井五峰组龙马溪组页岩的有机地球化学特征， 利用页岩流体包裹体的显 微特征、 均一温度及激光拉曼数据深入分析了 Y1 井页岩气成藏特征。结果表明 Y1 井上奥陶统五峰组 下志留统龙马溪组炭质页岩发育， TOC 含量 ＞2的富含有机质页岩厚度达 83 m， 干酪根类型以Ⅰ型干酪根 为主， 处于湿气生烃阶段。页岩裂缝脉体中大量烃包裹体和富含甲烷气体的含烃盐水包裹体证实城口地区 五峰组龙马溪组页岩发生了充足页岩气供给， 具有高均一温度、 高盐度的伴生盐水包裹体表明城口地区页 岩气成藏时期的保存条件良好。这些 Y1 井页岩有机地球化学特征研究成果揭示了城口地区下古生界具备 良好的页岩气勘探前景。 关键词 城口地区; 五峰组龙马溪组; 流体包裹体; 有机地球化学特征; 页岩气勘探前景 中图分类号 TE122文献标识码 A 渝东北地区位于四川盆地东北缘大巴山冲断带 内， 受多期构造活动改造， 褶皱和断裂极为发育， 地 层倾角大， 地质构造复杂 ［1 －2 ］。目前， 经过大量油气 勘探， 渝东北区页岩气勘探取得一定成果， 区内部分 探井已经获得页岩气显示， 如巫溪 2 井 中石油部 署的资料井 五峰组龙马溪组页岩现场解吸含气 量 2 ～3 m3/t［3 ］， CT1 井 国投重庆页岩气公司部署 的探井 下寒武统水井沱组页岩现场解吸含气量 2． 2 ～3． 3 m3/t［4 ］。当前关于渝东北区页岩气的研 究成果主要为页岩气区构造演化与保存条件 ［1 －2， 5 ］、 页岩地球化学特征［6 －7 ］、 页岩储层特征 ［8 －11 ］、 页岩 气成藏条件与成藏模式 ［3， 12 －16 ］及页岩气资源评 价 ［7， 12 ］等， 主要从页岩有机地球化学特征、 页岩储层 及区域构造特征剖析页岩气成藏， 而关于页岩气成 藏时页岩储层内部的地球化学特征、 成藏温度及成 藏流体成分研究甚少。 流体包裹体在油气成藏研究中应用广泛， 较精 细地刻画了油气成藏时间、 成藏温度、 成藏流体等成 藏信息 ［17 －18 ］， 但在页岩气成藏中研究甚少。实际勘 探研究表明， 页岩储层的裂缝通常被方解石、 重晶 石、 石英等充填物充填， 形成裂缝充填脉体。此类裂 缝充填物形成过程中通常会捕获地质流体形成流体 包裹体， 是记录页岩地质演化重要的地质产物。欧 光习 2014 ［19 ］、高 键 等 2015［20 ］、尚 长 健 等 2016 ［21 ］、 李双建等 2016［22 ］、 张敏等 2017［23 ］ 通过页岩中的流体包裹体剖析页岩气成藏时地温、 压力及成藏流体成分， 为页岩气成藏深入开辟了新 的研究途径。本文以渝东北城口地区 Y1 井为研究 对象， 通过系统采样， 进行了大量的页岩有机地球化 学测试， 其中包括总有机碳 TOC 、 干酪根显微组 分、 碳同位素、 等效镜质体反射率 Ro 测试等， 并引 78 ChaoXing 入流体包裹体测试技术 主要检测均一温度、 冰点 温度及激光拉曼特征等 应用于本次研究。依据这 些大量的实验测试数据， 探讨渝东北城口地区五峰 组龙马溪组页岩气成藏特征， 拟为渝东北区下古 生界页岩气勘探提供科学依据。 1地质背景及钻井概况 Y1 井是渝东北城口页岩气区块的一口探井， 位 于大巴山台地边缘区巫溪小区的旗杆山向斜， 靠近 剥蚀露头区 图 1 ， 区内主要出露志留系、 二叠系、 第四系， 向斜北翼及东北区域出露地层剥蚀严重， 南 沱组至志留系均有出露。该井钻遇地层包括第四 系， 志留系 小河坝组、 新滩组、 龙马溪组 和奥陶系 五峰组、 临湘组、 宝塔组 ， 目的层为五峰组龙马 溪组。上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组岩石类 型主要是深灰色 － 黑色炭质页岩， 富含笔石、 黄铁矿 结核， 中部夹深灰色泥质粉砂岩 图 2 ， 主要发育水 平层理、 块状层理、 变形层理等。 图 1渝东北城口区页岩气勘探区块及 Y1 井位置 Fig． 1The Well Y1 located in shale gas area of Chengkou area in Northeast Chongqing 2Y1 井页岩有机地球化学特征分析 Y1 井样品地化参数检测、 流体包裹体激光拉曼 测试由山东科技大学完成， 碳同位素测试由长江大 学完成， TOC、 干酪根显微组分、 等效镜质体反射率、 现场含气量等样品测试由国土资源部页岩气资源勘 查重点实验室 重庆地质矿产研究院 完成。 2． 1页岩现场解吸气含量特征 根据钻井现场测试， Y1 井五峰组龙马溪组页 岩现场解吸气含量为 0． 028 ～ 2． 414 m3/t， 平均 0． 526 m3/t， 其中 第三段含气量为 0． 036 ～ 0． 221 m3/t， 平均 0． 085 m3/t 图 2 ; 第二段含气量为 0． 028 ～1． 971 m3/t， 平均0． 442 m3/t; 第一段含气量 为 0． 146 ～2． 414 m3/t， 平均 0． 771 m3/t。第一段含 气量最好， 第二段次之， 第三段最差。与东南部巫溪 2 井比较， 其现场解吸气含量较低。 2． 2页岩总有机碳含量特征 Y1 井 44 个页岩样品的分析测试数据表明， 总 有机碳 TOC 含量分布在 0． 24 ～6． 11 之间， 平 均值为 3． 18 图2 。TOC 含量主要集中在 2 ～ 88 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 图 2Y1 井五峰组龙马溪组页岩段有机地球化学剖面 Fig． 2The organic geochemical profiles of shale of Well Y1 in Chengkou area 5之间， 占样品总数的 48; TOC 含量 ＞ 5 的样 品占9。整体上五峰组黑色页岩样品的 TOC 含量 较龙 马 溪 组 稍 高， 五 峰 组 的 TOC 含 量 平 均 为 3． 75， 龙马溪组为 2． 66。参考焦石坝页岩气 区、 渝东北巫溪 2 井等志留系页岩气富集区地球化 学特征， 城口区五峰组龙马溪组炭质页岩富含有 机质， TOC 含量 ＞ 2 的富含有机质页岩累积厚度 可达 83 m， 具有良好的供烃基础。 2． 3页岩干酪根显微组分特征 干酪根镜测试结果表明， 干酪根显微组分主要 为腐泥无定形组 图 3 ， 其含量为 89 ～ 92， 类镜质组含量为 8 ～11， 干酪根类型指数 TI 分 布于 80 ～83 之间， 指示五峰组龙马溪组炭质页岩 为Ⅰ型干酪根。干酪根的 δ13C 值在 － 26． 9‰ ～ －31． 1‰之间， 平均值为 －29． 7‰， 具有腐泥型干酪 根特征。 98 第 1 期何廷鹏， 等 渝东北城口地区 Y1 井页岩有机地球化学特征及勘探前景第 37 卷 ChaoXing 图 3Y1 井五峰组龙马溪组炭质页岩干酪根显微组分 Fig． 3The Kerogen macerals of shale in Well Y1 2． 4页岩等效镜质体反射率及碳同位素特征 基于样品的全岩沥青随机反射率数值， 据 Jacob 1989 ［24 ］提出的 Ro 0． 618Rb 0． 4 干酪根热演 化成熟度换算公式， Y1 井五峰组龙马溪组炭质页 岩的 Ro 值在 1． 31 ～1． 47之间， 平均 1． 40， 处 于高成熟阶段。根据现场采集的 3 个页岩气样品的 碳同位素显示， 甲烷、 乙烷、 丙烷的碳同位素值分布 正常， 未发生倒转现象 图 4 ， 表明 Y1 井区五峰 组龙马溪组炭质页岩进入高成熟度阶段早期， 未 形成大量原油裂解气， 与成熟度 Ro 相符合， 仍具有 一定生烃潜力。 2． 5Y1 井页岩与国内外相关区域页岩主要地质 特点的比较 与北美页岩气田对比 表 1 ， Y1 井五峰组龙 马溪组页岩的有机质丰度比 Barnett 及 Lewis 页 岩 ［25 －26 ］高， 有机质成熟度相近， 均处于成熟阶段。 但与渝东地区其他页岩气井如焦页 1 井 ［26 －28 ］、 巫溪 2 井 ［3， 16 ］相比 表 1 ， 除了热成熟度较低外， 页岩的 脆性矿物含量、 有机碳、 物性等特征均相近， 类比表 明渝东北城口地区五峰组龙马溪组页岩气具备良 好的页岩气成藏条件。Y1 井的现场页岩解吸气含 量相比巫溪 2 井、 焦页 1 井低， 可能受地质因素和钻 测井及试气等技术综合影响。 图 4Y1 井五峰组龙马溪组页岩气烷烃碳同位素分布特征 Fig． 4The characteristics of carbon isotope distribution in alkane of shale gas of Well Y1 3Y1 井页岩气成藏流体证据 3． 1流体包裹体显微特征 Y1 井钻遇页岩气为上奥陶统五峰组下志留 统龙马溪组炭质页岩， 该井采集 8 块岩心样品， 岩性 主要为炭质页岩， 少部分含有硅质。岩心样品观察 表明， Y1 井页岩裂缝较为发育， 多数为高角度裂缝， 部分裂缝被重晶石、 方解石及少量石英等胶结物充 填， 形成裂缝充填脉体 图 5 。Y1 井五峰组龙马 溪组页岩的裂缝充填脉体中发育大量的烃类流体包 裹体， 呈群体定向分布、 串珠状分布 图 6 。 表 1Y1 井及国内外页岩主要地质特点对比 Table 1A comparison of main geological parameters of shale containing natural gas in Well Y1 of China and USA 盆地/井页岩名称厚度 TOC Ro 脆性矿物含量 孔隙度 含气量 福特沃斯Barnett61 ～911．0 ～4．51．0 ～1．435 ～504．0 ～6．0/58．50 ～9．91 圣胡安Lewis152 ～5790．45 ～2．51．6 ～1．8850 ～753．0 ～55．00．3 ～1．3 焦页 1 五峰组龙马溪组35 ～453．52．2 ～3．0650．9 ～80．31．17 ～7．980．89 ～5．19 巫溪 2 井五峰组龙马溪组89． 82．522．28 ～2．7634．9 ～71．9－0．17 ～8．39 Y1 井五峰组龙马溪组 832．0 ～5．01．31 ～1．4711．0 ～62．40．88 ～2．600．028 ～2．414 09 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 图 5Y1 井页岩样品及脉体发育特征 Fig． 5The crack of shale filled by veins in Well Y1 图 6Y1 井五峰组龙马溪组页岩流体包裹体显微特征 Fig．6The microscopic characteristics of fluid inclusions in shale，Upper Ordovician Wufeng ationLower Silurian Longmaxi ation of Well Y1 根据本次 8 块样品的薄片镜下观察数据表明， 重晶石和方解石中的流体包裹体十分发育， 包裹体 类型主要为气液相盐水包裹体 图 6c 、 气液相含烃 盐水包裹体 图 6e 、 气液相烃包裹体 图 6e 、 液相 盐水 － 烃包裹体 图 6g 、 纯液相烃包裹体 图 6c 及沥青包裹体 图 6e ， 总体上以烃类包裹体为主。 液相烃包裹体多呈圆形、 四边形， 较大的烃包裹体多 数为不规则; 气液相盐水包裹体发育较少， 多呈椭圆 形、 圆矩形。包裹体大小分布范围为 3 ～ 25 μm， 液 相烃包裹体大小以 3 ～8 μm 为主， 共生气液相盐水 包裹体约 3 μm 图 6c 。包裹体内的气液比值多数 为 10 ～20 图 6c， e， g 。绝大多数气液相烃包 裹体、 液相烃包裹体均能够发荧光， 主要为黄绿色、 蓝白色， 其荧光颜色反映出热成熟度与五峰组龙 马溪组页岩的成熟度相当。 根据流体包裹体发育特征及荧光特征， 认为 Y1 井存在三期烃类流体包裹体。第一期， 流体包裹体 主要为含重质油的烃包裹体， 发育在方解石的晶面 上 图 6c ， 数量较少， 发暗褐色荧光 图 6d ， 应属 于生烃早期的大分子烃类充注形成。第二期， 主要 19 第 1 期何廷鹏， 等 渝东北城口地区 Y1 井页岩有机地球化学特征及勘探前景第 37 卷 ChaoXing 为矿物的解理缝和愈合缝中呈带状、 串珠状等定向 分布群生烃类包裹体， 个体较大， 单偏光下多为透明 状 图 6c， e ， 荧光颜色主要为黄绿色 图 6d，f ， 应 属于“液态窗 ” 阶段 成熟阶段 大量液态烃运移 捕获而成。第三期， 主要为透明状轻质烃包裹体 图 6g ， 轻质烃部分能够发弱蓝白色荧光， 应属于 湿气阶段轻质烃运聚形成。 图 8Y1 井页岩流体包裹体分布特征与激光拉曼谱图特征 Fig． 8Distribution characteristics and laser Raman spectra of fluid inclusions of shale in Well Y1 3． 2流体包裹体均一温度与成分特征 由于本区页岩裂缝脉体中盐水包裹体个体小、 数量少， 能够用于测温的伴生盐水包裹体较少。根 据测试数据 图 7 显示， 伴生盐水包裹体的均一温 度为 140 ～ 180℃， 含烃盐水包裹体的均一温度为 103 ～109℃， 烃包裹体均一温度相比伴生盐水包裹 体均一温度低。盐水包裹体冰点值一般在 － 6． 2 ～ －10℃， 盐度为 9． 47 ～14． 57， 表明流体包裹体 捕获时本区油气运移聚集过程处于埋藏较深及保存 条件好的状态。 图 7Y1 井五峰组龙马溪组页岩流体包裹体均一温度 分布特征 Fig． 7The characteristics of homogenization temperature distribution of fluid inclusions of shale in Well Y1 根据含硅质页岩中流体包裹体的激光拉曼测试 数据显示， 石英胶结物捕获的流体包裹体中， 烃类成 分有沥青质和甲烷气体 图 8 。由此表明， 渝东北 区 Y1 井中五峰组龙马溪组页岩曾产生一定数量 的天然气。结合流体包裹体显微特征， Y1 井区五峰 组龙马溪组炭质页岩达到湿气阶段早期， 但未出 现大规模原油裂解气， 与成熟度 Ro 值相符合。 4结论 Y1 井勘探研究证实， 渝东北城口地区五峰组 龙马溪组发育富含有机质页岩。干酪根镜检、 等效 镜质体反射率 Ro 等地球化学参数表明， Y1 井区 五峰组龙马溪组页岩生烃演化处于高成熟阶段早 期， 具有良好的页岩气成藏条件。流体包裹体显微 特征证实， 城口地区五峰组龙马溪组页岩存在三 期烃类流体包裹体， 在地质历史时期曾发生大规模 生烃。晚期的轻质烃包裹体和激光拉曼测试数据表 明渝东北城口区五峰组龙马溪组发生了页岩气供 烃， 页岩气成藏温度为 150 ～ 170℃， 处于深埋藏和 连续烃类充注过程。Y1 井富含有机质页岩段的现 场解吸气气量低并非是页岩本身性质导致的， 具体 原因有待深入研究。 研究表明， 城口地区下古生界五峰组龙马溪 组具有良好的页岩气勘探潜力， 尤其是在盖层发育 较厚、 断层发育较少且页岩热演化成熟度达到湿气 阶段生气高峰期的区域， 如城口东南部地区， 开展勘 探工作更为有利。 29 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 5参考文献 ［ 1］董有浦， 沈中延， 肖安成， 等． 南大巴山冲断褶皱带区 域构造大剖面的构建和结构分析［J］ ． 岩石学报， 2011， 27 3 689 －698． Dong Y P， Shen Z Y， Xiao A C， et al． Construction and structural analysis of regional geological sections of the SouthernDabaShanthrust- foldbelts ［J］ ．Acta Petrologica Sinica， 2011， 27 3 689 －698． ［ 2］彭小娟． 渝东北下古生界页岩气构造保存条件研究 ［ D］ ． 成都 西南石油大学， 2015． Peng X J． Preservation Conditions of Structure Analysis of Shale Gas of the Lower Paleozoic in the Northeast Area of Chongqing ［D ］ ．ChengduSouthwestPetroleum University， 2015． ［ 3］梁峰， 拜文华， 邹才能， 等． 渝东北地区巫溪 2 井页岩 气富集模式及勘探意义［J］ ． 石油勘探与开发， 2016， 43 3 350 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