根据溶溪、中坝和王家河等16个野外剖面及TX1、BY2、XY6、TM1等19口钻井的岩心资料, 编制了黔东北地区牛蹄塘组埋深等厚度图( 图 2)。从 图2可以看出:黔东北地区牛蹄塘组在石阡— 德江及凤冈等地区埋藏深度适中, 在1000~3000, m之间; 但在盆地周缘埋藏深度较小, 如正安、岑巩、铜仁东等地埋藏深度均小于1000, m。

图2

Fig.2

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	图2 黔东北地区下寒武统牛蹄塘组埋深等厚图Fig.2 Isopach map of buried depth of the Lower Cambrian Niutitang Formation in northeastern Guizhou Province

图3

Fig.3

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	图3 黔东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩厚度等值线图Fig.3 Isoline map of shale thickness of the Lower Cambrian Niutitang Formation in northeastern Guizhou Province

从黔东北地区牛蹄塘组页岩厚度等值线图( 图 3)和TM1-TX1-CY1井牛蹄塘组联井剖面对比图( 图 4)可以看出, 黔东北地区牛蹄塘组暗色泥页岩横向展布较稳定, 优质页岩厚40~50, m, 整体厚度大于30, m, 但在平面上分布不均。研究区内绥阳东— 凤冈、施秉以西、瓮安以东等地区厚度最大, 最大厚度超过100, m; 从西南向四周递减, 至正安、绥阳以西、瓮安以西厚度急剧减小, 厚度不足40, m, 东部印江、江口等地厚度也小于40, m。研究区东南大部分区域缺失牛蹄塘组。

图4

Fig.4

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	图4 黔东北地区TM1-TX1-CY1井下寒武统牛蹄塘组联井剖面Fig.4 Across profile of the Lower Cambrian Niutitang Formation of Wells TM1-TX1-CY1 in northeastern Guizhou Province

大量露头及岩心样品的地球化学分析结果表明, 牛蹄塘组正烷烃气相色谱大多具前高单峰型特征。结合前人的研究成果(聂永生等, 2013), 初步可以确定牛蹄塘组有机质主要来自水生低等生物贡献, 有机质类型主要为Ⅰ 型和Ⅱ 1型, 富有机质页岩的母源主要为藻类等低等水生生物, 生烃能力较好。

黔东北地区牛蹄塘组页岩有机碳含量普遍较高, 介于0.70%~15.75%之间, 平均3.52%, 如TX1井S₁+S₂高达0.53, mg/g(表1), 具有较强的生烃潜力。江口— 铜仁— 松桃地区及浪洞— 施秉地区的有机碳含量普遍大于8%。研究区东部有机碳含量呈东高西低特征, 而西部则呈南高北低特征( 图 5)。有机质含量较高的页岩层段主要分布于牛蹄塘组下部, 其含量介于3.35%~7.55%之间, 平均高达5.39%, 厚度超过45, m。

表1

Table1

表1(Table1)

表1 黔东北地区下寒武统牛蹄塘组热解参数对比 Table1 Correlation of pyrolysis parameters of the Lower Cambrian Niutitang Formation in northeastern Guizhou Province 井位 S0/mg· g-1 S1/mg· g-1 S2/mg· g-1 S4/mg· g-1 TOC/% IH/mg· g-1 D/% TM1 < 0.001 0.02~0.08(0.03) 0.06~0.22(0.12) 18.6~64.6(40.73) 1.86~6.47(4.09) 2.0~5.0(3.0) 0.2~0.5(0.3) XY6 0~0.02(0.004) 0~0.081(0.018) 0~0.16(0.03) 1.28~71.57(30.54) 0.11~5.94(2.50) 0~5.3(1.25) 0.006~0.88(0.22) FC1 0.0094 0.01~0.032(0.026) 0.07~0.13(0.08) 5.2~156.3(73.8) 1.8~13(5.6) 0.52~15.6(7.4) 0.2~0.5(0.3) TX1 0~0.265(0.056) 0.007~0.86(0.24) 0.02~0.76(0.29) 2.66~32.71(12.67) 0.323.38(1.32) 2.4~108.2(27.7) 0.4~16.8(4.5) JY1 0.006~0.295(0.04) 0.04~1.075(0.12) 0.11~1.01(0.32) 10.40~29.35(20.54) 1.08~2.98(2.09) 7.8~52.0(16.1) 0.9~5.7(2.0)

表1 黔东北地区下寒武统牛蹄塘组热解参数对比 Table1 Correlation of pyrolysis parameters of the Lower Cambrian Niutitang Formation in northeastern Guizhou Province

黔东北地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩经历了多期热事件, R_O普遍大于2.0%, 均处于过成熟演化阶段。由于不同构造单元的后期地层叠加和构造改造程度不同, 因此其热演化程度存在显著差异( 图 6):务川以北、施秉以南页岩热演化程度相对较低, R_O小于2%; 石阡— 江口一线页岩的热演化程度较高, R_O普遍大于3%。整体上看, 黔东北地区页岩的热演化程度南、北相对较低, 中部相对较高, 呈带状分布。

图5

Fig.5

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	图5 黔东北地区下寒武统牛蹄塘组TOC等值线图Fig.5 Isoline map of TOC of the Lower Cambrian Niutitang Formation in northeastern Guizhou Province

图6

Fig.6

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	图6 黔东北地区下寒武统牛蹄塘组 RO等值线图Fig.6 Isoline map of RO of the Lower Cambrian Niutitang Formation in northeastern Guizhou Province

黔东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩的孔隙度较低, 平均为1.48%, 渗透率普遍小于0.04× 10^-3μ m², 总体为低孔— 超低渗储集层。大量岩心测试结果表明, 牛蹄塘组岩石的比表面积较大, 页岩BET比表面积平均为15.9, m²/g, 具有较好的页岩气吸附能力。

黔东北地区页岩的储集空间类型比较丰富, 扫描电镜发现其具有大量的残余原生孔隙、有机质生烃后形成的孔隙、次生溶蚀孔隙、黏土矿物伊利石化体积缩小形成的微孔隙以及微裂缝等( 图 7)。不同类型的孔隙和微裂缝构成了复杂的多孔系统, 为页岩气的赋存提供了储集空间。

图7

Fig.7

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	图7 黔东北地区TX1井下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙类型(扫描电镜)Fig.7 Pore types of the Lower Cambrian Niutitang Formation from Well TX1 in northeastern Guizhou Province(scanning electron microscope)

黔东北地区牛蹄塘组页岩的现场解吸含气量相对较好, 其中YK1、CY1和TX1井含气量分别为1.0~3.5, m³/t、1.3~4.65, m³/t和1.0~3.06, m³/t; 大量等温吸附样品测试气含量也介于4.52~8.78, m³/t, 平均值达6.76, m³/t。在钻探过程中, 多口井在牛蹄塘组见到良好的气测异常及后效显示( 表 2), 表明牛蹄塘组页岩层具有较好的勘探前景。但是, 牛蹄塘组已钻探的几口探井(如SY1、TM1、XY6、BY2、FC1、HY1等井)却相继失利, 现场含气量测试均小于1, m³/t, 非烃组分含量较大, 呈现出较明显的复杂性和非均质性特征。

表2

Table2

表2(Table2)

表2 黔东北地区单井优质页岩层段含气性统计 Table2 Statistics of gas-bearing capacity of high-quality shale interval from wells in northeastern Guizhou Province 井位 深度/m TOC/% RO/% 含气量/m3· t-1 CH4/% DY1 1648~1730 7.43 4.17 0.14 5.89 MY1 873~920 4.63 3.22 0.25 4.63 SY1 1565~1580 2.81 3.13 0.80 82.20 ZY1 958~1022 5.48 3.53 0.53 6.68 FC1 2450~2547 7.80 2.77 2.07 5.00 YY1 3737~3862 4.51 3.12 0.28 1.20 XY6 2889~2923 2.86 3.51 0.50 5.10 HY1 2320~2422 5.57 3.20 0.89 81.10 TX1 1772~1835 4.50 2.75 1.24 79.57 TM1 1420~1510 4.46 2.92 0.19 3.44 MY2 3115~3173 2.34 5.35 0.13 3.80

表2 黔东北地区单井优质页岩层段含气性统计 Table2 Statistics of gas-bearing capacity of high-quality shale interval from wells in northeastern Guizhou Province

沉积控带主要表现在2个时期:第1个时期是早寒武世牛蹄塘组沉积早期和晚期, 第2个时期是晚震旦世灯影组沉积时期。目前的钻探结果表明, 大致以福泉— 石阡— 印江— 秀山一线为界, 东侧牛蹄塘组沉积早、晚期为斜坡相, 灯影组为台缘斜坡相, 该地区牛蹄塘组页岩气钻探显示较好, 如HY1、TX1、SY1、CY1、CT1井等, 页岩气解析气含量高, 以甲烷为主。西侧牛蹄塘组沉积早、晚期分别为深水陆棚相和浅水陆棚相, 灯影组为开阔台地相, 该地区牛蹄塘组的钻探结果多不理想, 如FC1、ZY1、MR1、YK1井等, 页岩气解析气含量不高, 且多为氮气( 图 8; 图9; 图10; 表2)。分析其主要原因, 发现与其所处的沉积相带有关。

图8

Fig.8

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	图8 黔东北地区下寒武统牛蹄塘组下部沉积相Fig.8 Sedimentary facies of the lower part of Lower Cambrian Niutitang Formation in northeastern Guizhou Province

图9

Fig.9

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	图9 黔东北地区下寒武统牛蹄塘组上部沉积相Fig.9 Sedimentary facies of the upper part of Lower Cambrian Niutitang Formation in northeastern Guizhou Province

图10

Fig.10

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	图10 黔东北地区上震旦统沉积相Fig.10 Sedimentary facies of the Upper Sinian in northeastern Guizhou Province

牛蹄塘组主要形成于斜坡、深水陆棚和浅水陆棚环境中, 其中:深水陆棚相和斜坡相主要以粉砂质碳质泥岩(页岩)、碳质泥岩(页岩)和硅质岩为主, 且其还原环境较有利于自养菌、浮游藻类等低等水生生物的大量生成, 因此具有机质生产力高、有机碳含量高和伽马值高等特征; 而浅水陆棚相多为粉砂岩、泥灰岩、灰质泥岩和粉砂质泥岩, 其多为浅水氧化环境沉积的非烃源岩, 有机碳含量较低(一般TOC小于1%)、伽马值低等。而牛蹄塘组下伏地层灯影组, 在黔东北地区主要以开阔台地相白云岩为主, 但在研究区的东南同时存在同时异相的硅质岩沉积(老堡组)。震旦纪末期的桐湾运动使上扬子地区整体抬升, 造成灯影组顶部风化壳岩溶十分发育, 不利于页岩气保存。因此, 即使在页岩气保存条件较好的黄平地区, 在储集层改造过程中因底板原因也极易压开导致出水, 这给页岩气开发带来较大困难。

因此, 在牛蹄塘组页岩气勘探过程中, 特别要注意沉积相控特点, 只有沉积主体位于深水陆棚和斜坡环境、下伏灯影组为台缘斜坡沉积时, 才有利于页岩气勘探, 比如凯里— 岑巩— 松桃— 花垣一线。

断裂控藏主要表现在断裂对页岩气成藏的破坏方面, 其主要导致页岩气散失、热液交代、有机质炭化( 图 11-a)、氮气含量增加和甲烷含量降低等。

图11

Fig.11

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	图11 黔东北地区TM1井下寒武统牛蹄塘组页岩岩心照片Fig.11 Core photographs of the Lower Cambrian Niutitang Formation from Well TX1 in northeastern Guizhou Province

黔东北地区处于复杂构造变形区, 经历了多期构造变动, 区内断裂非常发育。岩心中裂缝亦非常发育, 甚至破碎或被揉皱( 图 11-b)。以岑巩区块为例( 图 12), TX1井周缘断裂不发育, CY1井也只发育小的断层, 两井在钻探过程中均见到良好的页岩气显示, 并且解释气含量均以甲烷为主; 而与TX1井相距仅8, km的TM1钻探失利, 该井岩心中发现了大量高角度裂缝( 图 11-c, 11-d)。

图12

Fig.12

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	图12 黔东北岑巩地区断裂体系简图Fig.12 Sketch showing fracture system in Cengong area, northeastern Guizhou Province

基于二维地震资料解释部署的探井, 如TM1、XY6、BY2、FC1井, 多距离断裂较近。从目前钻探情况看, 这些井牛蹄塘组勘探的失利, 表明其明显地受到断裂的影响。与TX1、JY1井相比, TM1、XY6、FC1井由于轻组分散失, 其热解地化指标S₁+S₂值、I_H指数、D指数明显偏低, S₄含量则相对较高( 表 1)。同时, TM1井岩心中发现大量因有机质演化程度过高而导致的严重炭化现象( 图 11-a), 表明有机质生烃潜力已近枯竭。从电性特征上看, TM1、XY6井牛蹄塘组的高GR层电阻率均小于10, Ω · m, 其中XY6井电阻率值甚至小于 1 Ω · m, 而周缘钻探的井(如HY1、EY1), 包括龙马溪组钻探失利的LY1、RY1井, 亦均表现为低阻特征。目前已证实页岩层低电阻率主要是由于有机质炭化导致(王玉满等, 2014), 而有机质炭化可能是由于基底断裂沟通深部热液, 引起局部地区热流值偏高并造成有机质热演化程度过高而形成的, 这将导致烃类气体后期散失量远高于生烃量、页岩含气性变差。另外, 页岩中发现的大量低温热液矿物钡解石也是一个很好的例证。

此外, 断裂也是页岩气散逸的通道。当断裂与地表沟通时, 除游离气散失外, 吸附气一方面由于降压解吸变为游离气散失, 另一方面因氮气和二氧化碳的混入, 导致页岩气中非烃含量高、甲烷含量偏低。因此, 对黔东北构造复杂变形地区页岩气的勘探, 不仅需要考虑沉积控带作用, 更多地还要充分考虑断裂对页岩气成藏的控制作用。