四川盆地及其周缘页岩气富集条件研究进展

周 丹，范存辉

（西南石油大学地球科学技术学院，四川成都 610500）

页岩气作为重要的非常规能源之一，是能源勘探开发的重要领域。自2000年“长水平段水平井钻井技术”，“水力压裂技术”应用以来，美国页岩气产量快速增长，产量持续攀升。借鉴北美的勘探经验，2012年我国建设投产设立了川南长宁—威远和昭通两个国家级页岩气示范区，2013年9月在焦石坝地区获产，2020年长宁—威远页岩气示范区年产量达106亿 m3，建成我国第一个百亿方页岩气田。郭旭升等提出了页岩气富集的“二元论”[1]。本文综合前人的研究基础，从物质基础条件和保存作用两个方面对四川盆地及其周缘页岩气富集条件进行综述，为中国南方页岩气勘探开发提供理论支持，同时明确下一步的攻关方向。

1 页岩气富集的物质条件

1.1 潜质层系

四川盆地及周缘页岩分布广泛，在川东南、川东北等区均有分布。埋藏深度从四川盆地中部向东南方向逐渐变深，直至被岩浆岩替代。有海相五峰龙马溪组海陆过渡相二叠系龙潭组及其相当层组，陆相的须家河组是勘探的接力层。筇竹寺组页岩主要沉积于早寒武世全球海侵时期长期的海洋缺氧环境下为陆棚沉积，具有较高的初级生产力。其烃源岩分布受德阳-安岳裂陷槽控制明显，由裂陷槽内部向两侧逐渐减薄，临近盆地周缘海槽区厚度明显增大，裂陷槽北部（绵阳-乐至）的厚度、TOC明显高于南部，古环境较南部（隆昌-长宁）更为还原[2]，更有利于有机质的富集和优质烃源岩的形成与保存。熊亮[3]等建立了四川盆地及其周缘筇竹寺组细粒岩沉积模式。

1.2 矿物成分

研究区矿物成分包括石英、长石、黏土、碳酸盐等，但其在不同层位上具有不同的分布特征，筇竹寺组石英含量（36.01%）低于龙马溪组的石英含量（54.64%）；黏土矿物含量24.65%，碳酸盐含量3.23%，长石含量5.45%，黄铁矿含量1.45%。脆性矿物含量高，有利于构造缝与层理缝的发育。

四川盆地龙马溪组发育硅质页岩、含黏土硅质页岩、含钙硅混合页岩、混合页岩、硅质岩、钙质页岩6 种岩相类型，其中硅质页岩数量最多占51.2%,不同类型的页岩孔隙发育存在差异，其中硅质页岩有机质成孔效率高、有机质孔隙圆度好、含气量及脆性指数高，是页岩气赋存富集的最有利岩相类型[4]。

1.3 有机质特征

有机质的富集既有利于烃类转化以大量产生页岩气，又可以发育形成纳米级微孔—介孔孔隙、为页岩气提供储集空间。五峰组—龙马溪组一段一亚段的沉积物中，有机质的聚集与其沉积环境紧密相关。这些沉积在深水陆棚环境中，含有高比例的有机质页岩，如图1所示。其总有机碳的平均含量为3.6%，而且这些页岩的孔隙度通常超过4%，硅质矿物的平均含量为49.0%[5]。大于龙二段。具体而言五峰组上部—龙一14小层下部储层品质好为I类储层；在龙一 14小层上部—龙一 16小层主要发育Ⅱ类储层；五峰组下部、龙一 17小层发育Ⅱ类—Ⅲ类储层。五峰-龙马溪组有机质成熟度Ro大于2.05%，为过成熟早期阶段。储层厚度自川南地区自边缘古隆起向沉积中心方向上逐渐增厚。而筇竹寺组页岩在不同区域的富集情况有所不同：深水陆棚区的沉积环境主要位于裂陷槽中部，从而主要受高古生产力水平和缺氧-贫氧的古氧相共同作用；在川东北浅水陆棚区主要受古氧化还原环境影响；川西南浅水陆棚区主要受古生产力影响；川东南浅水陆棚主要取决于古氧化还原环境的变化。杨梅华[7]通过盆地模拟技术恢复筇竹寺组成熟度史及生烃史揭示烃源岩灶迁移演化规律，筇竹寺组烃源岩主要具有3期生油阶段，揭示了不同时期的生烃中心。

图1 五峰组—龙马溪组浅水陆棚（a）和深水陆棚(b)TOC值与硅质含量相关关系图[6]

1.4 储集物性特征

龙马溪组页岩的孔隙度为，1.85%～8.32%，平均为 5.22%。不同岩相的有机孔径存在差异，含黏土硅质页岩、硅质页岩有机质孔隙的孔径尺度相对较大，平均分别为 75.73 nm 和 62.92 nm[4]。其硅质来源主要有3种：硅酸盐矿物蚀变产生的；海底火山活动带来的；富硅低等生物产生的，尤其是笔石的发育。郭旭升[5]等认为笔石、放射虫、海绵骨针动物提供了硅质格架，从而使有机质发育不规则状、狭缝状有机孔，为页岩气的赋存提供了空间。

微小裂缝不仅是储存页岩气的空间，同时也是其流动的路径。自然存在的裂缝，特别是水平裂缝，对于页岩气沿侧向扩散起到了高效的传导作用。另一方面，宏观天然裂缝是储层改造的最佳脆弱面，有助于复杂人工诱导裂缝网络的形成，从而增大改造缝网总体积。研究区裂缝较发育，包括剪切缝、张性缝、溶蚀缝、异常高压缝等类型。纵向分布而言五峰组—龙一 14 小层的天然裂缝发育程度强于龙一 15 —龙一17 小层。平面方向上北西到南东方向构造样式由单斜坡向低陡背斜夹宽缓向斜变化，随着构造变形强度逐渐增大，天然裂缝发育程度逐渐增强。其中，向斜内和斜坡区以网状缝为主，而在窄背斜上以单一方向缝为主[8]。位于下层的富含有机质的岩层中，层理缝和低角度的滑脱缝的填充程度较低，使得这些裂缝的有效性较高。五峰-龙马溪组的力学特征分析表明：最小水平主应力大，储层两向水平应力差异较大较难形成复杂裂缝。针对“三高一变”的储层特性和压裂难点田宝刚[9]提出了“密切割+暂堵转向+连续高强度加砂、大排量、大液量”工艺，成功应用于阳101井区并取得商业开发。

2 页岩气保存条件

2.1 埋深

前人研究进展表明，埋深对气体赋存状态、储层物性有重要影响。魏祥峰[10-11]等认为上覆岩层的封堵能力、页岩自身封盖作用等对页岩气的富集具有重要影响，上盖下堵型最有利于页岩气保存。从区域上划分，深层领域（如泸州、渝西等区域）目的层页岩孔隙度普遍介于 3%～5%之间，而在中深层领域（如长宁、威远等区域）孔隙度普遍介于 4%～7%。即深层页岩相较于中深层页岩，其孔隙度略有降低，这与成岩压实作用随埋深增大而强度增加有关[8]。四川盆地及其周缘的潜质层系的埋藏深度都在3500 m以下，温度高、地层压力大，有利于有机质的生烃转化，资源条件好、勘探潜力大。

2.2 构造运动

在四川盆地及其周缘潜质层系的沉积相对稳定，但印支及其以后的构造运动复杂，使形成页岩时的沉积环境与现今埋藏深度无对应规律，加大了开采难度[12]。自古生代以来四川盆地经历了多期构造运动，致使盆地内部发育了多期次的深大断裂，一般在大型断裂带附近页岩气较难富集，含气量低。在上三叠纪盆地四周向盆地内部逆冲挤压推覆褶皱成山，盆地接受陆相沉积发育[13]。龚月[14]等研究区域内20多口井页岩气赋存形式发现盆地内部游离气的含量普遍在60%以上，页岩气赋存方式以游离气为主，在盆地外部游离气含量为22.38%，赋存方式主要为吸附态，且游离气含量从盆内向盆外有降低趋势的分布特征。深层页岩气埋深大，热演化程度高，经历的构造破坏和剥蚀作用较少，次生孔隙大量发育，具有良好的成藏条件，含气性好。

3 页岩气勘探潜力分析

经过10余年的勘探发展，四川盆地五峰组和龙马溪组的海相页岩在川南浅层和中深层页岩气已获得规模开发，预计持续规模稳产10 a以上。长宁、威远和昭通三个区块累计开采的页岩气总量达到了252亿 m3，其中昭通示范区的开采量为46亿 m3，同时还确认了地质储量为1886.66亿 m3。永川、涪陵、威荣区块已获得大力开发，累计提交页岩气探明地质储量9408×108m3。其涪陵页岩气田累计产气300×1012m3。进而将目标转向埋深3500 m以上的深层页岩气，泸州、渝西、威远南部以及川东南地区总面积为 6600 km2，预计建井一万多口，可采储量超过 2×1012m3，具有稳定持续规模产出20 a以上的潜力。丁山地区测试日产页岩气 10.42×104m3，勘探潜力大。四川盆地周缘也有一定勘探潜力，2019年鄂宜页 2 井测得含气量1.63 m3/t，页岩厚度33 m，川西南—滇东北地区开采苗头较好。中华人民共和国自然资源部资源评价显示，四川盆地天然气总资源量66万亿 m3，已探明储量6.17万亿m3，探明率仅9.3%，勘探潜力巨大。深度3500 m以下资源量为11.2×1012m3，占比达69%。

4 结语

1）四川盆地及其周缘页岩TOC含量普遍高，成熟度高，储层非均质性强，是勘探开发的优质储层。四川盆地五峰组和龙马溪组以埋藏较浅的页岩气已获得商业开发，逐步在向深层转移。下寒武统的筇竹寺组海相页岩层系是勘探接力层。

2）同时构造运动和保存条件影响着页岩气的赋存状态。深层页岩气的富集和保存受到古生产力、古环境、地质构造、埋深、构造运动等因素的影响。未来的勘探工作应重点关注构造复杂地区的页岩气勘探，加强对保存条件的研究，提高勘探的准确性和效率。