湖北上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气选区评价及资源潜力分析

温雅茹，刘早学，许露露，周向辉，张焱林，李雄伟，王 登

(湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034)

近年来，湖北省上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组的页岩气勘探取得了重要进展，来页1井、夷地1井、鄂宜页2井等多口页岩气地质调查井或参数井获重要页岩气显示，鄂宜页2HF井等水平井分段压裂获得稳定工业页岩气流。湖北省自然资源厅组织的“湖北省页岩气资源潜力评价”、“湖北省页岩气勘查区块评价优选”，中国地质调查局组织的“鄂西地区页岩气资源潜力评价”等项目均证实湖北省五峰组—龙马溪组具有较大的页岩气资源潜力。

目前国内外已经形成诸多页岩气选区评价和资源量计算方法，针对页岩气选区主要采取多因素叠合法[1]，但不同地区、不同层系参考的指标不同[2-4]，此外还有权重系数法、地震属性预测法等。资源量计算方法主要有物质平衡法、类比法、体积法、概率体积法、单井(动态)储量估算法、产量递减曲线法或油气藏模拟法、成因法及特尔菲法[5-12]等。本次研究以湖北省40余口五峰组—龙马溪组页岩气钻井和113条剖面资料为基础，结合研究区页岩气地质特点和成藏条件，建立适合该区的页岩气选区评价指标体系，运用多因素叠合法、概率体积法结合类比法对其进行选区评价和资源潜力分析，为研究区页岩气下步勘探规划与项目部署提供地质依据。

1 区域地质背景

研究区在大地构造上处于扬子板块中部，北以襄广断裂与秦岭—大别造山带相接，西与四川盆地毗邻，东跨江南—雪峰推覆隆起带(图1)。研究区出露太古代、元古代、古生代、中生代及新生代地层，不同时代的岩浆岩广泛发育，变质变形作用强烈，地质构造极为复杂。本次研究的目的层为上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组，下部主要为硅质岩和硅质页岩，上部主要为黑—灰黑色页岩、炭质页岩，以富含笔石为主要特征。

图1 湖北省(扬子地块)构造单元划分及大地构造位置简图

2 页岩气成藏地质特征

五峰组—龙马溪组除了在鄂西南松滋—洈水等地缺失或相变外，在其它地区广泛发育。襄广断裂以南、来凤—鹤峰—秭归—宜昌—长阳—松滋—监利一线以北大部分地区为深水陆棚相区(图2)，是页岩气发育的有利相带。五峰组页岩厚度为4～21 m，龙马溪组页岩厚度为15～60 m，优质页岩(有机碳含量(TOC)>2%)厚度一般为8～16 m；TOC=0.2%～10.5%，平均值为2.42%，属高碳类页岩；镜质体反射率(Ro)介于0.6%～3.42%，平均值为2.43%，热演化程度高，处于高成熟阶段；有机质类型主要为Ⅱ1型，少量为Ⅱ2型;孔隙度介于0.29%～4.33%，平均值为2.26%；渗透率介于0.000 018～0.045 5 mD，平均值为0.002 2 mD，主要属低孔—特低渗类储层；脆性矿物含量介于17%～87%，平均值为65.1%，脆度高，易于压裂。截至2020年底，湖北省五峰组—龙马溪组页岩气钻井共计40余口，现场解析含气量一般为0.5～1.5 m3/t，最高达3.3 m3/t。

图2 湖北省五峰组—龙马溪组岩相古地理图

3 页岩气选区评价

3.1 页岩气选区标准

根据《页岩气资源/储量计算与评价技术规范》(DZ/T 0254—2014)[13]、《页岩气地质评价方法》(GB/T 31483—2015)[14]等标准，参考原国土资源部2016年发布的《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选》[15]等技术要求，综合北美地区、国内焦石坝、长宁—威远等页岩气田的勘探开发经验和湖北省页岩气勘探实践，建立了符合湖北省上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组的页岩气选区评价指标体系(表1)。本次依据湖北省页岩气资源特点，将页岩气分布区划分为远景区、有利区和目标区三级[16]。

表1 湖北省五峰组—龙马溪组页岩气选区评价指标体系

由表1可看出，页岩连续分布面积≥50 km2，构造简单(地层产状普遍平缓、断层不发育)，顶底板保存完整，距离断裂≥2.0 km方可达到选区起始条件。在以上条件基础上，页岩气远景区需满足页岩累计厚度≥15 m，TOC≥0.5%，1.3%≤Ro≤4.0%，埋深500～5 000 m；页岩气有利区需满足页岩单层厚度≥10 m，累计厚度≥20 m，TOC≥1.0%，1.3%≤Ro≤3.5%，埋深500～5 000 m，并通过调查井钻探证实有一定的页岩气显示，页岩气总含气量≥1.0 m3/t，脆性矿物含量≥40.0%；页岩气目标区需满足页岩单层厚度≥10 m、累计厚度≥20 m，TOC≥1.0%，1.3%≤Ro≤3.5%，埋深1 000～4 500 m，页岩气总含气量≥2.0 m3/t，通过参数井钻探已经获得页岩气流或通过体积压裂获得工业页岩气流，压力系数接近于1∶1，脆性矿物含量≥40.0%，此外目标区还要求地形高差小(如平原、丘陵、中低山区)，以便具备一定的勘探开发纵深。

3.2 页岩气选区方法

根据以上页岩气选区标准，以省内五峰组—龙马溪组40口页岩气钻井和113条剖面的实测数据为基础，采用叠合法叠合五峰组—龙马溪组的底界埋深等值线、页岩厚度等值线、TOC等值线及Ro等值线等，结合五峰组—龙马溪组沉积相分布、构造单元划分、断裂分布和钻井含气情况等，对湖北省五峰组—龙马溪组页岩气进行选区评价。其中，远景区的优选不需考虑钻井含气性，有利区和目标区必须分别满足区内钻井总含气量指标达到1.0 m3/t和2.0 m3/t以上。

3.3 页岩气选区结果

湖北省五峰组—龙马溪组可划分为22个页岩气远景区、7个页岩气有利区和3个页岩气目标区(图3)。页岩气远景区分布较广，在鄂西、鄂中、鄂东南等地都有分布，页岩气有利区和目标区主要集中在鄂西地区。其中，页岩气有利区主要分布在秧坪、红岩寺向斜高坪地区、两河口向斜、黄家槽向斜杨林桥地区、黄陵背斜东缘分乡地区、黄陵背斜东南缘龙泉地区和当阳复向斜远安地区，调查井钻探已证实这些区块有一定的页岩气显示，具有较好的页岩气勘探潜力。页岩气目标区主要分布在红岩寺向斜高坪地区、黄陵背斜东南缘龙泉地区、当阳复向斜远安地区，目标区内宜页2井、荆101井等均获得工业气流，具有一定的页岩气商业开发价值。

图3 湖北省五峰组—龙马溪组页岩气选区评价图

4 页岩气资源潜力分析

4.1 页岩气地质资源量计算

本次页岩气地质资源量的计算采用概率体积法。湖北省页岩气成矿地质条件复杂，其五峰组—龙马溪组页岩气勘探程度相比四川盆地的涪陵、长宁、威远和邵通等地来说总体偏低，页岩气分布边界有一定的不确定性，且含气量参数资料有限，运用概率体积法对参数进行赋值、计算和结果表征能较为客观地反映湖北省五峰组—龙马溪组页岩气的资源潜力[10,17-18]。由于页岩气远景区调查程度较低、页岩含气性资料缺乏，因此首先运用类比法对含气量参数进行赋值，再运用概率体积法进行资源评价。湖北省五峰组—龙马溪组页岩气资源评价结果如表2所示，其中页岩气远景区地质资源量(P50)为36 210.73×108m3，有利区地质资源量(P50)为11 285.94×108m3，目标区地质资源量(P50)为5 854.32×108m3。

表2 湖北省五峰组—龙马溪组页岩气地质资源量统计表

4.2 页岩气资源分布特征

从页岩气资源分布深度(表3)来看，远景区、有利区都是中深层页岩气地质资源量最大,中浅层页岩气地质资源量次之，深层页岩气地质资源量相对较低；而目标区有所不同，深层页岩气地质资源量仅次于中深层，浅层页岩气地质资源量较少。

表3 湖北省五峰组—龙马溪组页岩气资源深度分布统计表

湖北省五峰组—龙马溪组页岩气在山地、丘陵—岗地、平原都有分布(表4)，其中远景区和有利区的页岩气在山地地区最为富集,其次为平原、丘陵—岗地地区；而目标区的页岩气在平原地区最为富集，其次为丘陵—岗地、山地地区。

表4 湖北省五峰组—龙马溪组页岩气资源地理环境分布统计表

从行政区划上来看，五峰组—龙马溪组页岩气远景区在湖北省分布较广，且以恩施、宜昌、襄阳、荆门等地资源量较大；页岩气有利区主要分布在恩施和宜昌地区，其次是襄阳地区，少量分布在荆门地区；页岩气目标区主要分布在宜昌、恩施和襄阳地区(图4)。

图4 湖北省五峰组—龙马溪组页岩气资源行政区划分布特征(单位：×108 m3)

5 结论

(1)综合页岩分布面积、页岩埋深、厚度、有机碳含量、镜质体反射率、总含气量、构造特征、压力系数、脆性矿物含量等因素，建立了符合湖北省上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组的页岩气选区评价指标体系。

(2)湖北省五峰组—龙马溪组可划分为22个页岩气远景区、7个页岩气有利区和3个页岩气目标区，其中远景区分布较广，有利区和目标区主要集中在鄂西地区。

(3)运用概率体积法结合类比法对湖北省五峰组—龙马溪组页岩气进行了资源评价，其中页岩气远景区地质资源量为36 210.73×108m3，有利区地质资源量为11 285.94×108m3，目标区地质资源量为5 854.32×108m3。

(4)湖北省五峰组—龙马溪组页岩气在中深层最为富集；远景区和有利区页岩气在山地地区最为富集，目标区则是平原地区最为富集；恩施、宜昌、襄阳、荆门等地的五峰组—龙马溪组页岩气地质资源量较大，具有较大的勘探开发潜力。