黔南地区石炭系打屋坝组页岩气富集特征及其影响因素

文章编号:1674-1803 \"2018 #03-0028-07

黔南地区石炭系打屋坝组页岩气富集特征及其影响因素

苑坤\\王克营\\巩书华\\覃英伦\\卢树藩 !陈榕\\方欣欣

(1.中国地质调查局油气资源调查中心，北京100083; 2.湖南省煤炭地质勘查院，长沙410014%

3.贵州省地质调查院，贵阳550018% 4.中国地质科学院地质力学研究所，北京100081)

摘要

34

:采用物理实验及数学分析相结合的方法，详细研究了黔南地区石炭系打屋坝组的页岩气地质特征，并从构

~5. 2%，且表现为自西北向东南递

造、物质组成、古沉积环境及孔隙系统四个方面阐释了页岩气含气性的控制因素及影响程度。研究表明：打屋坝组 受基底构造控制，地层深度由北向南逐渐变深，沉积厚度由北向南逐渐变薄;富有机质页岩干酪根显微组分以壳质 组和镜质组为主;无机矿物主要由黏土和石英组成。有机碳含量较高为0.9%

增;热演化程度整体均高于2. 0%。古地理环境、构造条件、无机矿物微观组成及孔隙系统配置等多因素协同控制 了区内现今的页岩含气系统，其影响因素可分为三类，第一类为总有机碳含量及成熟度，这类因素极强的影响了含 气性特征;第二类为物质组成及孔隙系统，包括脆性矿物含量、黏土矿物含量、孔隙度和比表面积，为影响含气量稍 强的因素;第三类为构造条件，如埋深，为影响含气量稍弱的因素。评价模型表明区内含气量与第一类因素和第二 类因素之间存在较强的二元一次关系。

关键词：打屋坝组;页岩气成因;含气性;评价模型 中国分类号:TE122.2

文献标识码:A

Shale Gas Enrichment Features and Impacting Factors in Carboniferous Dawuba Formation，

Southern Guizhou Area

YUANKun1，WANGKeying2，GONG Shuhua2，QINYinglun1，LUShufan3，CHENRong1，FANGXinxin4

(1. Oil & Gas Survey Center，China Geological Survey，Beijing 100083，China； 2. The Coal Geological Exploration Insti

Hunan Province，Changslia 410014，China； 3. Geological Survey of Guizliou Province，Guiyang 550018，China；

4. Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Science，Beijing 100081，China)

Abstract:Using combined physical experiment and mathematical analysis studied shale gas geological features in Carboniferous DawubaFormation，southern Guizhou area in detail. From structure，material composition，sedimentary paleoenvironment and pore system fouraspects expounded shale gas - bearing property controlling factors and impacting extent. The study has shown that the strata in the Dawuba Formation have controlled by basement structures，buried depth gradually deeper and sedimentary thickness gradually thinner from north to south. Kerogen macerals of organic rich shale have mainly exinite and vitrinite ； inorganic minerals have mainly clay min­erals and quartz. Organic - carlDon content is higher from 0. 9% to 5. 2%，increasing from northwest to southeast;degree is higher than 2. 0% as a whole. Multi - factor of paleogeographic environment，structural condition，inorganicscopic composition and pore system configuration has synergistically controlled present shale gas - bearing system in pacting factors can be partitioned into three categories ： category I has TOC content and maturity，the factorsbearing features； category II has material composition and pore system，including brittle mineral content，clay and specific surface area，they are slightly stronger factors impacting gas content； category III has structural condition，depth etc. are slightly weaker factors impacting gas content. The assessment model has shown that gas content in the areager relationship withi categories I and II under linear equation of t*wo unknowns.Keywords：Dawuba Formation； shale gas genesis； gas - bearing property； assessment model

基金项目：中国地质调查局项目“滇黔桂地区上古生界海相页岩气基

页岩气是一种自生自储的非常规能源，具有吸 附气和游离气并存、孔渗较低等特点[1-3]。目前，我 国南方页岩气的研究主要集中在四川盆地，而贵州 地区的研究工作相对较少[44]。初步研究表明，贵 州南部地区发育了多套页岩，这些页岩具有分布广 泛、有机质含量高等特点，在后期勘探开发中预期能

DD20160178 滇黔桂上古生界页岩

气战略选区调查*(编号:DD20160196#

础地质调查*(编号

第一作者简介:苑坤（1985—），硕士，工程师，主要从事页岩气资源

评价工作。

收稿日期=2017-11 -17 责任编辑:宋博辇

3期

苑坤，等:黔南地区石炭系打屋坝组页岩气富集特征及其影响因素29

的工业经济价值[7<。石炭系打屋坝组是

其中的典型代表[1°-12]。

沉积环境、构造演化等的不同，黔南地区页

岩储层的物性表征及成因 期的勘 此，

人

发利

盆地不尽相同，后

[m]。目岩气的其

特征、及含揭示页

式因此也各具

加里东未期的都匀 ，使其北 中隆起，南侧

个次一

起

桂西北隆起，在南北隆起的夹持衬托下具有负 向构造的特征。黔南陷一 构造单元， (图 1)。

1.2目的层

石炭系打屋 主要分布 部岩性以 粉砂质

碎屑岩，其下

岩、

本区重要的含页岩气地层。上覆碳酸盐岩易区分。中下

岩、灰、

薄一中厚

中层状粉砂岩为主，夹甸-长顺代化-紫云一带,岩主要薄层炭质

贵定逆冲隔槽式褶皱带、

宽斜、长-平塘凹陷、龙里

凹陷以及麻

南地区石炭系打屋 系统的研究，综合

集特征及其成因，本文采用一系列物理实验对区 目的储层 隙结构、有质 岩气含 果 能 1

及成熟度、微观物质

特点,获其赋存表征，并结合数学

岩气的 期页岩 基础地质

南坳陷位于贵阳、

、

一

的主要影响因素及其影响程度。上述结

带来重要的理论意义，并

发提供参考。

薄层娃质岩、娃质 岩。上部岩性以娃质岩、娃质岩、粉 岩 主。 岩中 层 ， 粉岩具层纹一条纹状构造， 岩中 含有铁锰质结核，结核大小一 12cmx 18cm，呈椭球状，略具层分布。底以炭质 ，整合接触。2

页岩气地质特征分布情况

沉积构造，古生物化石，单剖打屋

有机质页岩沉积有炭质泥(页)岩为主，

通过研究打屋 面相、剖面比，

岩的

下伏睦化组分

1.1构造

南，东邻

-紫

江南隆起,北接黔中隆起，西隔垭紫断裂

断陷为邻,坳陷整体东部，处位于南西长

凹陷，面积约30 800km2。 南陷是早海西期坳陷，寒武纪时

中隆起连成一体，下古生界层

大，岩，呈陷性质。化

位齐全，古生界发育齐全，尤以泥盆系 以碳酸盐岩为主夹砂、泥岩，横 北东

布的相带

整，该时期并未

2. 1

利发育段处于台棚相带，以

图1黔南坳陷南北向挤压型主干构造形迹分布图

Figure 1 NS compressive backbone structural features distiil)ution in soutti Guizhou depression

30

中国煤炭地质

所

的区

积。 南 全区 及 表

构造控制，打屋 先 浅的特征，东西 ，黄果树镇附

镇以南地区发生不同程度的 穹窿背斜两翼埋 板埋

，

埋

第30卷

夹少许有机质灰岩。黔南地区内打屋坝组富有机质 岩发育分布区位于王佑-代化、

域,其分布面积约3 000km2。

研究区打屋 位 薄 质灰岩，泥

打屋

区。 岩

岩、炭质页岩,属于被动边缘浅海-半深海沉

布特征由北布特征不明显。

4 500m，代化镇

。打屋

沉积最厚可达220m,沉积中心甸、沫阳一带主体相 、

、灰绿

泥岩、砂

-王佑一线，向南薄至数十米，向北亦减

岩及硅质岩夹少许

岩（图2)。

布特征整体上 期构造影响和制约明显，主要

延伸埋深大，打屋

布（图3)。

连续，整体呈南北

100m140m

160m180m200m

图2打屋坝组有效厚度等值线图

Figure GEffective thickness isogram of Dawuba Formation

图3打屋坝组顶板埋深等值线图

Figure 3 Dawuba Formation roof buried depth isogram

3期______________2.2微观物质组成2.2.1

打屋 质组、镜质 以腐

质类型

苑坤，等:黔南地区石炭系打屋坝组页岩气富集特征及其影响因素

31

岭石。

2.3有机质丰度与成熟度

以壳

，其中壳质组

体和腐

打屋

有机碳含量较高，TOC —

南地区整体表

布在西北向，$' —般

0.9% -5.2%，

有机质页岩的干酪根 主，腐泥组、惰质 体为主，

质碎屑体，镜质主要东南递增趋势（图6)。热演化程度也 2.35% ~4. 22%，整体 ，表 对比 2. 4

区

，TOC和$含气性

结构镜质体，腐泥组主要为腐泥

2.0%，已过熟阶

相似。

泥碎屑体，惰质 示丝状体，基本不发荧光，类型

数-21 ~29。统计结果表明，打屋 岩有机质类型主要为$ #型或m型。2.2.2

物组成

有机质页岩 了 物

，结果如图4和图5所示。

，黏土矿

37.8%，物主要80. 4%，伊利石

绿泥石及高

区内打屋

及全岩X

北北西向南南东递增的趋势（图6)。

的分布特征

年来施工的页岩气调查井主要包括长页1井、

1井、

1井

。已收集到的

含

打.

研究表明区内石炭系打屋

1井、代料 示屋

，

打屋 物主要 物和石英

物 含 52%，石英的 含 其余为长石、

石、

混层

。

混层和伊利石，

。图7整了区内代页1井的岩心样品含

195t

，

气量测试结果，代页1井 448 ~ 3 t井

含层5层，含结果表明区内打屋

0.5~5m3/t[12]。

12%，部样品还发现了

紫云达帮 紫云蛮场

符合页岩气核心区域选区标准。

长顺代化

镇宁沙子 —

0 20 40 60 80 100

■石英■长石■方解石■白云石■黄铁矿■赤铁矿■粘土总量

图4打屋坝组r物成分分布图

Figure 4 Dawuba Formation mineral compositions distrilt)ution

图N打屋坝组黏土矿物组成分布

Figure 5 Dacuba Formation clay minerals distribution

32

中国煤炭地质

第30卷

3控气因素分析区

岩气地质条件

物观

化大，古地理环境、及有

隙系统配置

的页岩含气系统。

1.1

•

增加的趋势。

构造条件、

Ee_/r

因素协同控制了区

如

3

咖

r 2

I

1

400 500 600 700 埋深/m

800 900 1000

图R含气量随埋深变化趋势

Figure 8 Gas content variation trend along witli buried depths

luiimiiin

《鱗

井深

3. 2古沉积环境

及成熟一系列因素的复杂特征，

的分布。整 1井及其它井

制了研究的打屋

.

气。翁:端>WAw古沉积环境的复杂性，造成了研究区沉积地层 的有机质

制了本区含

区内长页1井、代

/m

图7代页1井岩心样品含气量测试结果

Figure 7 Gas content tested results of core samples

from well DY No. 1

3. 1异，

构造研究区构造

，构造演化多期发展，强

面

-，

；属海陆交互相地层， 特点。前述研究可知，

的有机碳含量、有质成熟 含 的关系，如图9所示。随有机碳含量及有机质成熟度的增 ，页岩含 明显增加的趋势。3. 3无机矿物微观组成

研究区及周边页岩气井

果， 脆

了含

物及脆

系（图10)。含 的孔比表面积， 加，脆

的矿物测试结物含量的关物具有较大的主要贡物的增

构造控制， 浅的特

地壳

的

打屋 埋 布特征由北向南 先 征， 果树镇 约4 500m，部地区 的

了

区

制实则主要体

埋

含

物的分布呈正相关，而物层

。由此，区构造对含

物呈负相关。这因

的控制上。为

此，整了代页1井、长1井及其它井各个井段的 含数据（图％)，整体而言，随埋的增加，含

者，提供了页岩气的吸附；随着

物含量降低，因此脆

物可与含气量呈

3期苑坤，等:黔南地区石炭系打屋坝组页岩气富集特征及其影响因素

33

•

es如/_r

负相关。

3.4有机孔隙系统

打屋 有机质形成的孔隙 〇.〇11 ~0. 044ml/g,平均 0. 02 ml/g,平均孔径 3. 584nm,以中孔隙为主。 的压 积

研究区及周边地区页岩气井

隙度及比表面隙度负相关，与

，页岩的 ，孔隙

，

系统是系统越发则越充

试结果，整了含 的关系（图11 )。含

比表面积正相关。这 层气主要的赋

育，孔比表面积越大，可供吸附的气体 ，因此含 也越大。

3. 5各影响因素影响程度分析

图拟合线的斜率

轴

的影响程度，斜率越大则横轴因

前述

斜率差别较大，可以

响含

的影响越强。 七个因素的 第一 第二

的斜率绝对值大于1，

脆

物含量、

比表面积，这类因素的

,4一TOC/%

3451.5

2

2.5 33.5

R〇/%图U打屋坝组含气量与T0C及$关系

Figure 9 Relationship between ;as content and TOC，！o in Dacuba Formation

• es如/_r

^=-0.015x+2.9984• •

參

•

,5

；4^ 3

r !

• ;；=0.0146x+2.123

• •

••_____?------• • 鲁 《 ♦ #• •參

4图i〇含气量与r物组成关系

Figure 10 Relationship between ;as content and mineral compositions

的数

深，其 响含

，

响含 稍强的因素。第三 埋

斜率的绝对值为0. 001的数 ，为影

稍弱的因素。

了 的直接

层的总有机碳分布，；有质成熟 隙内含

总

的重要控

总有机碳含量及成熟度表征了储层的古沉积环 境。古沉积环境

层孔隙

有机碳含量息息相关，也 含 脆 体 物及

的分布特征。物及 隙系统对含 物含

物含

制参数。因此，古沉积环境极强的控制了研究区现

含气量的控制实则

的及比

的控制上。因此，脆隙度及孔比表面对含

主，

横轴和纵纵轴因 三类。归

图拟合线的斜率，

响程度相当。本区页岩储层以中 大孔含 层

中

，

表面积数据主要

中孔。虽 中

。因此，前述测试得到的孔隙

岩气主要吸附于/大孔满足此消彼长

总有机碳含量及成熟度，这因

物含量、孔隙

的关系，故中孔的孔隙

的发育，升、沉及

^

；^ _ 矿¥

321

比表面积也能控制含

经历了复杂的抬

或在

强的因素。

第一类参数弱。，含

因此沿开放性通道

构造演化过程中，打屋

斜率的绝对值为0)1

^=-0.0445 +2.8855

6

-e

調s/r

如

x

y = 0.0376x+ 1.72

•

-------------------- •

1

•• *

25

30

35

*•

• • •

T

•

6

•

8

n

'

5

10

15

V

20

10 12 14

孔隙度/%

图11孔隙系统和含气量之间的关系图

比表面积/m2 • g-1

Figure 11 Relationship betceenpore systemand ;as content

34

中国煤炭地质

第30卷

闭合性通道内富集。相较前述表征含气量物质来源 的第一类参数及含气量赋存空间的第二类参数，构 造演化对含气性的改造不如它们强，但也在一定程 度上控制了含气量的赋存。3.6含气性评价模型

第三类参数埋深对含气量的影响较小，可以忽 略。因此可以建立研究区内含气量预测模型，模型 的变量参数包括总有机碳含量（或成熟度）及孔隙 度（或比表面积，黏土矿物含量及脆性矿物含量）。 基于实测得到的各调查井不同井段的含气量及两个 变量的数据，形成参数数据库，采用二元回归的方式 进行不同方式的数据拟合，从中优选出最佳拟合方 案。结果如下式所示。

(=-0. 2! + 0. 03- + 4. 03

* 0. 83

式中，为含气量;！为孔隙度；-为总有机碳 含

。

拟合结果表明，研究区内含气量与孔隙度和总 有机碳含量之间存在较强的二元一次关系，拟合度 0.83,具有一定的可信度。因此，在后期含气性数据 不足的情况下，可采用上式对含气量进行评价。4

结论

本文在综合分析龄南地区构造及地层特征的基 础上，详细研究了石炭系打屋坝组的页岩气地质特 征;从构造、物质组成、古沉积环境及孔隙系统四个 方面阐释了页岩气含气性的控制因素，并建立了含 气性评价模型。得到如下的认识：

1)

打屋坝组岩性为黑色、深灰色、灰绿色页岩、砂岩、炭质页岩，属于被动边缘浅海-半深海沉 积。受基底构造控制，打屋坝组埋深展布特征由北 向南呈现先深后浅的特征，在黄果树镇最深约4 500m，部分地区由于地壳的抬升出现了剥蚀区；沉 积最厚达220T，向南减薄至数十米。打屋坝组富有 机质页岩干酪根显微组分以壳质组、镜质组为主，腐 泥组、惰质组次之;无机矿物主要由黏土和石英组 成。有机碳含量较高，一般0.9% ~5. 2%，且表现 为自西北向东南递增。热演化程度也较高，整体均 高于2. 0%。

2)

区内石炭系打屋坝组含气性显示情况良好，古地理环境、构造条件、无机矿物微观组成及孔隙系 统配置等多因素的复杂性，造成了一系列地质条件 的复杂表征，最终协同控制了现今的页岩含气系统。

3)基于数据统计及回归定性分析，含气性的 影响因素可分为三类，第一类为古沉积环境，包括 总有机碳含量及成熟度，这类因素极强的影响了 含气性特征;第二类为物质组成及孔隙系统，包括 脆性矿物含量、黏土矿物含量、孔隙度和比表面 积，为影响含气量稍强的因素；第三类为构造条 件，如埋深，为影响含气量稍弱的因素。采用二元 回归分析，建立了研究区的含气量预测模型，认为 区内含气量与孔隙度和总有机碳含量之间存在较

强的二元一次关系，拟合度0. 83，具有一定的可 信

。

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