鄂西渝东五峰组—龙马溪组富有机质页岩小层划分对比研究
——以咸地2井为例

王作华， 张 号， 何 俊， 朱传伟， 肖明宏， 吕 星

(湖北煤炭地质局 湖北煤炭地质勘查院,湖北 武汉 430070)

鄂西渝东地区是目前中国页岩气勘探的重点地区,上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组因其厚度大、有机质丰度高、热演化和埋深适中,为页岩气勘探的有利层系[1-3]。其中焦石坝地区是中国最早获得工业气流、勘探效果最好的页岩气区块之一[4],近年在湖北咸丰地区开展页岩气调查研究的调查井——咸地2井现场解析含气性测试显示,咸地2井五峰组—龙马溪组页岩含气量较高,勘探目的层段总含气量介于1.34～3.45 m3/t,平均为2.56 m3/t[5]。这个重大发现极大地提振了对湖北西部地区页岩气进一步的勘探研究,并有可能改变湖北省的能源格局,为湖北省建设浅层页岩气开发示范基地奠定基础。因此对咸地2井开展精细化小层研究,并选择国家级页岩气示范区的代表性单井焦页1井和彭页1井为对象,与咸地2井进行精细化小层研究对比,进一步归纳总结出适合咸丰地区的有利开发小层,对于指导该区页岩气的勘探具有重要意义。

1 咸地2井地质概况

研究区大地构造位置属湘鄂西地区,位于中扬子地区的西部,西与四川盆地毗邻,北靠秦岭—大别造山带,东接江南—雪峰滑脱推覆隆起带,属湘鄂西褶皱带。根据区域构造特征、现今构造形迹以及前人研究成果[6],研究区地跨宜都—鹤峰复背斜带、花果坪复向斜带和中央复背斜带(图1)。

图1 研究区位置及区域构造特征

图2 咸地2井五峰组—龙马溪组层序地层及沉积相分析综合柱状图

2 五峰组—龙马溪组小层划分

五峰组—龙马溪组是目前四川涪陵—礁石坝地区页岩气主要目的产层[7-8],在四川盆地勘探开发过程中产生的一系列地质、工程问题也集中于此,以往对五峰组—龙马溪组内亚段划分较为粗糙,难以满足页岩气进入大规模效益开发的实际需求,目前焦石坝地区五峰组—龙马溪组页岩段根据岩性、电性、生物化石和有机质丰度等特征,可细分为9小层,其中①—⑤小层为主力产气页岩段[9-10]。

通过选取国家级开发井——焦页1井、彭页1井的资料进行类比,以咸地2井综合资料为基础,拟从岩性、电性、生物化石、含气性和有机质丰度等特征将鄂西地区咸地2井页岩段进行精细小层划分,以期弄清优质页岩的发育区。可将咸地2井五峰组—龙马溪组分为以下9个小层。

(1) ①小层,钻井深度为1 519.98～1 513.60 m,厚6.38 m,岩性以黑色硅质页岩、炭质页岩为主。①小层发育多层斑脱土,呈灰黄色,松散土状。斑脱土的发育反映了沉积时期周围构造活动频繁,火山频发,沉降后的火山灰落到海面而缓慢沉积,从另一方面反映此时期咸丰地区为局限海沉积环境,未受开阔海流扰动影响[5,11-12]。同时黄铁矿条带大量发育,断面笔石较发育。浸水实验显示大量气泡,有机碳含量高,为2.46%～4.31%,平均为3.19%,含气性较好,含气性范围为2.37～2.73 m3/t(图3)。

(2) ②小层,钻井深度为1 513.60～1 511.70 m,厚1.9 m,岩性以黑色硅质页岩与炭质页岩互层为主,本段有机碳含量为8.08%,含气性为1.34 m3/t。②小层顶界为五峰组—龙马溪组分界(图4)。

(3) ③小层,钻井深度为1 511.70～1 500.50 m,厚11.20 m,岩性以黑色炭质页岩、含炭页岩为主,③小层斑脱土、黄铁矿层发育,发育页岩层理,局部见笔石化石。本段有机碳含量范围为1.86%～2.44%,平均2.02%,含气性较好,含气性范围为0.73～3.45 m3/t(图5)。

图3 ①小层斑脱土、黄铁矿特征图

图4 ②小层岩芯特征

图5 ③小层岩芯特征

(4) ④小层,钻井深度为1 500.50～1 493.70 m,厚6.80 m,岩性以黑色炭质页岩为主,④小层斑脱土较发育，多发育黄铁矿层,发育页岩层理,断面见大量笔石化石。本段有机碳含量范围为1.31%～1.43%,平均为1.37%,含气性较好,含气性范围为0.76～0.86 m3/t(图6)。

(5) ⑤小层,钻井深度为1 493.70～1 486.00 m,厚7.70 m,岩性以黑色炭质页岩、含炭页岩、粉砂质页岩,⑤小层多发育黄铁矿层,发育页岩层理,断面见大量笔石化石。发育粉砂岩透镜体,代表此阶段水动力较强,陆源输入增强[5,13]。本段有机碳含量范围为0.92%～2.41%,平均为1.53%,含气性较好,含气性范围为0.63～1.10 m3/t(图7)。

图6 ④小层岩芯特征

图7 ⑤小层岩芯特征

(6) ⑥小层,钻井深度为1 486.00～1 479.80 m,厚6.40 m,岩性以黑色炭质页岩、含炭页岩、粉砂质页岩为主,下部为炭质页岩与粉砂质页岩互层,上部为黑色炭质页岩。⑥小层多发育黄铁矿层,断面见大量笔石化石。下部发育粉砂岩透镜体。本段有机碳含量范围为1.18%～1.42%,平均为1.28%,含气性较好,含气性范围为1.30～1.53 m3/t(图8)。

图8 ⑥小层岩芯特征

(7) ⑦小层,钻井深度为1 479.80～1 466.50 m,厚13.30 m,岩性主要为黑色炭质页岩,⑦小层多发育黄铁矿层,笔石化石数量逐渐减小,见耙笔石。本段有机质含量范围为1.33%～2.13%,平均为1.65%,含气性较好,含气性范围为1.30～2.15 m3/t(图9)。

(8) ⑧小层,钻井深度为1 466.50～1 452.30 m,厚14.30 m,岩性主要为黑色炭质页岩,多见粉砂岩透镜体。⑧小层多发育粉砂岩透镜体,代表海平面下降,陆源输入增强,笔石化石发育。本段有机质含量范围为1.30%～2.15%,平均为1.68%,含气性较好,含气性范围为0.99～2.28 m3/t(图10)。

图9 ⑦小层岩芯特征

图10 ⑧小层岩芯特征

(9) ⑨小层,钻井深度为1 452.30～1 446.87 m,厚5.43 m,岩性主要为黑色炭质页岩,夹少量灰色泥质团块。⑨小层夹若干层黄铁矿,层厚0.5 cm,断面可见植物化石,浸水试验显示大量气泡。表明此阶段水体仍较深。本段有机质含量范围为1.33%～1.75%,平均为1.68%,含气性较好,含气性为1.35 m3/t(图11)。

图11 ⑨小层岩芯特征

3 小层对比研究分析

高精度层序地层格架的建立是进行小层预测的关键[13-14],因此该部分用层序地层学的技术方法,通过编制区域以及研究区内的连井沉积断面,根据测井曲线、地化参数以及岩性等进行系统的层序划分和对比,最终建立鄂西—渝东地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组层序地层格架。

根据层序地层连井剖面(图12)对比分析：在综合分析焦页1井及彭页1井的基础上,对咸地2井进行单井层序高频层序划分时,将Sq1层序的海侵体系域划分为2个准层序组,高位体系域划分为1个准层序组。Sq2层序的海侵体系域则划分出2个准层序组,早期高位体系域划分出3个准层序组,晚期高位体系域同样也由3个准层序组组成。

区域上通过焦页1井—彭页1井—咸地2井的剖面进行层序和高频层序单元(四级准层序组)与勘探开发小层对比(图12)发现：Sq1层序的准层序组在全区分布稳定,其中海侵体系域的准层序组①(咸地2井的准层序组①和②)即开发小层①分布稳定,为一套深水陆棚相的高硅富有机质页岩,为研究区内的有利页岩气发育层段。高位体系域的准层序组②(咸地2井的准层序组③)即开发小层②广泛发育几十厘米厚的观音桥段介壳灰岩,但是有机碳含量以及含气量较好[11]。

Sq2层序海侵体系域的2个准层序组——准层序组①(即开发小层③)和准层序组②(即开发小层④)同样具有可对比性,其中咸地2井开发小层③、④和焦页1井的开发小层③、④分别在厚度、岩性、电性等特征上相似,都是高GR，低RT、RS特征,而彭页1井的开发小层③和④厚度较焦页1井和咸地2井薄,但也是高GR、高U特征。其以高硅富有机质页岩沉积为主,是页岩气富集的有利层段。早期高位体系域的4个准层序组(其中咸地2井为3个准层序组；焦页1井和彭页1井中的准层序组⑥在咸地2井中发育很薄,故划分到其准层序组⑤中)——准层序组③(即开发小层⑤)、准层序组④(即开发小层⑥)和准层序组⑤(即开发小层⑦)同样在全区可对比,在焦页1井和彭页1井为三套等深流沉积旋回,为粉砂质页岩与黑色炭质页岩互层,GR值为周期性的减小,而在咸地2井也发育一套粉砂质页岩与黑色炭质页岩互层,但是未在断面上发现有明显标志性的大量笔石定向,含气量和有机质含量不如开发小层③和④好。焦页1井、彭页1井晚期高位体系域的3个准层序组——准层序组⑥、⑦和⑧(对应咸地2井为准层序组⑥、⑦和⑧)同样在全区可对比,在焦页1井和彭页1井主要为浅水陆棚沉积,而在咸地2井仍沉积一套富有机质黑色炭质页岩,有机碳含量高,含气性较好,因此沉积为深水泥质陆棚。准层序组⑥和⑦统一划归到开发小层⑧,GR值为周期性的降低,为低GR、RT、RS,准层序组套高硅富有机质页岩,而准层序组⑥、⑦粘土含量较高。准层序组⑧(即开发小层⑨)粘土含量较高,在焦页1井岩性为灰色泥岩,在彭页1井沉积岩性为灰质泥岩,而在咸地2井仍为黑色炭质页岩沉积。

焦石坝地区和彭水地区为国家级页岩气先行开发区,其中开发小层①—④因其有机碳含量、含气性、电性、储集性等都优良,而被列为优先开采小层[8-9,15]。通过区域精细开发小层对比发现咸地2井开发小层①—④与焦页1井和彭页1井的开发小层①—④具有横向可对比性,因此咸地2井开发小层①—④也为优先开发小层。另因咸地2井的开发小层⑧的岩性、有机碳含量、含气性好,故也被列为优先开发小层。

图12 鄂西渝东典型层序地层连井剖面对比

4 主要认识及结论

选取鄂西地区五峰组—龙马溪组典型单井剖面,以地质评价手段为依据，重点对其岩石特性、沉积环境等作细致的研究,并结合测井数据、TOC、含气量以及地化分析数据,综合焦页1井及彭页1井划分方案,将咸地2井五峰组—龙马溪组划分出9个开发小层。

通过对比分析发现咸地2井开发小层①—④与焦页1井和彭页1井的开发小层①—④具有横向可对比性,因此咸地2井开发小层①—④也为优先开发小层。另因咸地2井的开发小层⑧的岩性、有机碳含量、含气性好,故也被列为优先开发小层。