镇巴

陕南西乡-镇巴地区龙马溪组页岩气成藏地质条件评价

谢青;许锋;王宁;许婷;黄薇

【摘要】西乡-镇巴地区位于华南板块扬子陆块北缘,构造系统复杂,黑页岩较发

育,前人对其页岩研究较少.利用野外调研、钻测井及实验等方法,结合前人研究成果,

以西乡-镇巴地区龙马溪组页岩为研究对象,对其烃源岩、储层特征及保存条件等进

行了详细分析.研究结果表明:研究区页岩厚度大、分布广,烃源岩有机质丰度高、成

熟度高,有机质类型主要为Ⅰ型干酪根,也有部分Ⅱ型.储层脆性矿物含量高,天然裂缝

较多,粘土矿物含量相对少,主要为伊利石,其次为绿泥石和伊蒙混昆层;孔隙度、渗透

率较低,属低孔、低渗储层.成岩作用类型主要有压实-压溶作用和有机质成熟作用.

保存条件良好、埋深厚度大、岩性致密、封闭性较好.研究区龙马溪组具备较好的

页岩气成藏地质条件.

【期刊名称】《矿产勘查》

【年(卷),期】2018(009)009

【总页数】8页(P1675-1682)

【关键词】页岩气藏;烃源岩;储集条件;龙马溪组;西乡-镇巴地区

【作者】谢青;许锋;王宁;许婷;黄薇

【作者单位】陕西省矿产地质调查中心,西安710068;陕西省地质调查院,西安

710054;陕西省矿产地质调查中心,西安710068;陕西省地质调查院,西安710054;

陕西省矿产地质调查中心,西安710068;陕西省地质调查院,西安710054;陕西省矿

产地质调查中心,西安710068;陕西省地质调查院,西安710054;陕西省矿产地质调

查中心,西安710068;陕西省地质调查院,西安710054

【正文语种】中文

【中图分类】P618.13

0引言

我国南方油气资源长期以来引人注目，也是我国页岩气取得重大突破的区域，备受

地质学者或专家的重视，其主要原因就是因为南方地区发育有良好的下古生界海相

页岩，具有形成大型油气田良好的物质基础（王博，2010）。据前人研究，四川

盆地页岩长治市 气主产层位主要有寒武系牛蹄塘组和志留系龙马溪组，且中石化在焦石坝

实施的第一口页岩气井——焦页1井钻获高产页岩气，焦页1井开采层位即志留

系的龙马溪组（王聚杰，2016）。下寒页岩是四川盆地的主要烃源岩，其具

有厚度大、分布广、成熟度高、品质高、生气潜力大的特点，是较好或好的生气烃

源岩（李玉喜等，2009；吴陈君等，2014）。依据前人对华南地区（主要为四川

盆地）的研究，得到了大量有关页岩分布和生烃有机质特征的研究成果，与美国各

盆地页岩气藏对比，四川盆地含气页岩具备较好的页岩气成藏条件（表1），普遍

认为下古生界海相页岩是华南地区最主要的烃源岩，同时也具有页岩气勘探前景。

根据前人研究，西乡—镇巴地区具有生烃潜力的海相页岩主要有4套，即下寒武

统黑碳质页岩、上奥陶统—下志留统龙马溪组黑笔石页岩（王博，2010），

下二叠统栖霞组中上部至茅口组底部碳酸盐岩页岩、上二叠统吴家坪组和大隆组泥

质页岩和长兴组碳酸盐岩页岩。前人对川东、川南、黔西北等地区的龙马溪组页岩

研究较多，但对其在陕西西乡-镇巴地区的页岩研究甚少，尤其对其页岩气的生、

储层等成藏条件尚不明确。中国地质调查局在镇巴县寒武系牛蹄塘组镇地1井中

首次发现了寒武系页岩气藏，所以也有必要对该地区的龙马溪组进行研究。本文以

陕西省南部西乡-镇巴地区龙马溪组页岩为主要研究对象，以页岩气生-储层特征分

析、保存条件评价为主线，采用野外调研、钻测井及实验分析方法等，结合前人研

究成果，对研究区的页岩分布、厚度、埋深，烃源岩和储层特征等方面进行深入分

析，其结果将为以后在该地区开展（页岩气）勘探开发工作奠定理论基础。

表1美国各盆地与中国四川盆地含气页岩主要地质特征对比表盆地页岩名称厚度

／m总有机碳（TOC）／%埋深／m有机质类型镜质体反射率／%构造运动沃

斯堡Barnett61～911～4.51981～2591Ⅱ型1.1～1.4简单密执安Antrim

48.80.2～20183～671Ⅰ型0.4～1.6简单圣胡安Lewis152～5790.5～2.5

91～1829Ⅱ型1.6～1.88简单四川盆地龙马溪组30～1201.88～4.361600～

8000Ⅰ型2.6～3.6复杂牛蹄塘组20～2001.5～5.72500～10000Ⅰ型3.0～

4.2复杂中国地质调查局标准＞15m＞2.0500～45000.5～3.5

1区域地质背景

研究区位于华南板块扬子陆块北缘，扬子陆块在大约25亿年的地质演化历史中，

经历了前南华纪基底形成、南华纪-中三叠世（盖层沉积）、晚三叠世以来（环扬

子周缘冲断带形成）三大阶段（黄磊和申维，2015；沈娟等，2017）。基底由新

太古代—古元古代片麻岩、混合岩，中元古晚期至新元古代早期为变质火山-沉积

岩及同期侵入杂岩一起构成，自南华纪开始接受地台盖层沉积，发育了陆表海、陆

缘海向内陆盆地转化的稳定型沉积，并伴随着区外北侧商丹洋的形成、消减、俯冲，

华北板块与华南板块的碰撞（李婷，2010；吴新斌等，2013），扬子陆块出现间

歇性整体隆升剥蚀，导致上寒、中上志留统、泥盆系、石炭系等地层缺失。而

其构造格架主要是印支—燕山期由板内陆／陆叠覆“A”型俯冲形成的（图1），

也是秦岭造山带、扬子陆块、松潘-甘孜造山带三者长期相互作用的结果。龙马溪

组见于汉南-米仓山基底隆起周缘外侧及陕西省南郑县黎坪、漆树坝、镇巴县凉桥、

八卦梁、余家大梁、松树，西乡县洋溪及四川省南江县桥亭等地，主要岩石组合为

一套黑碳硅质页岩夹碳硅质岩。

图1研究区大地构造位置图（据张国伟等，2001；刘树根等，2001；汪泽成等，

2004；董树文等，2006）

2沉积相

晚奥陶-早志留世龙马溪期是继晚奥陶世以来上扬子地区盆山格局发生重大转变的

时期，黔中古隆起、川中古隆起等较前期扩大，上扬子海域被古隆起围限，为一局

限海盆，海域面积缩小，古隆起外缘为陆棚浅海和陆架边缘海（闫剑飞等，

2010）。沉积相展布严格受古隆起控制，扬子周缘隆起不断上升，陆缘碎屑物不

断增多，沉积相由靠近古隆起的潮坪相向周缘变为浅水陆棚相、深水陆棚相，地层

厚度由东南向西北呈逐渐减薄的趋势（图2）。

研究区龙马溪组主要为深灰—黑含碳硅质页岩、硅质岩、碳质页岩夹粉砂岩

条带，普遍含碳质、含黄铁矿晶粒及结核，局部黄铁矿成层分布，底部硅质岩中有

放射虫。发育纹层状层理、水深圳折扣网 平层理并且含丰富笔石化石，属深水陆棚环境，向上

水体变浅。本次根据页岩岩性、颜及有机地球化学特征的不同，综合分析区域资

料及四川盆地内前人沉积微相划分方案，自下而上将其又划分为2个微相带—炭

泥质陆棚微相和砂泥质陆棚微相（图3）。

3烃源岩特征

3.1烃源岩分布及特征

我国南方地区发育有良好的下古生界海相页岩，具有形成大型油气田良好的物质基

础。前人对华南地区（主要为四川盆地）页岩进行了深入研究，普遍认为下古生界

海相页岩是华南地区最主要的烃源岩，同时也具有页岩气勘探前景（李荣西等，

2013）。龙马溪组页岩在研究区西部见于汉南—米仓山基底隆起周缘西乡县大河

镇、南郑县福成镇一带，黑页岩厚约20～30m，其中有机碳含量（TOC）大于

2%的有效烃源岩厚约7～15m（图3）。在东部分布于镇巴县凉桥、小洋坝等地，

黑页岩厚约60m，其中TOC大于2%的有效烃源岩厚约15m。自西向东龙马

溪组页岩厚度增加，但有效烃源岩厚度变化不大。

3.2地球化学特征

研究区龙马溪组页岩有机碳含量（TOC）主要为0.50%～4.0%，平均为2.36%。

TOC含量分布在2%以下的占样品总数的43.48%，47.83%的样品TOC含量介于

2%～4%之间，8.70%的样品TOC含量大于4%，说明了龙马溪组富有机质页岩

的TOC含量较高。氯仿沥青“A”中饱和烃+芳香烃含量为16.36%～49.92%，

平均为35.11%，饱／芳比为1.25%～8.20%，平均为3.29%，表明其有机质类型

为混合型，既来源于浮游植物，也来源于海相藻类堆积物。

图2四川盆地及周缘地区龙马溪组沉积相图

图3西乡县大河镇龙马溪组综合柱状图

据干酪根镜检方法，龙马溪组珠海户外 页岩干酪根含大量的腐泥组，为95%以上，少量的

镜质组为1%～5%（普利司通轮胎专卖店 表2）。根据干酪根TI指数判断龙马溪组页岩有机质类型主

要为Ⅰ型。据页岩H／C和O／C原子比分别为0.85～1.63（平均1.10）和

0.11～0.25（平均0.15），干酪根类型为Ⅰ型和Ⅱ型（图4）。总之龙马溪组页

岩有机质类型以Ⅰ型干酪根为主，为生烃有利类型，同时也有一定的Ⅱ型。

龙马溪组富有机质页岩总体演化程度较高，镜质体反射率（Ro）为2.23%～

2.57%，平均为2.46%，主要处于过成熟演化阶段，天然气以干气为主，但小于

3%，说明其还有较强的生烃能力。岩石热解烃峰温（Tmax）为430～532℃，平

均为465℃，说明其处于过成熟演化阶段，与Ro测试结果一致。

表2龙马溪组页岩干酪根显微组分分析及有机质类型样品编号腐泥组／%壳质组

／%镜质组／%惰质组／%类型指数类型PM01-19505091.3Ⅰ型PM01-2

9604093.0Ⅰ型PM04-19703094.8Ⅰ型PM04-29802096.5Ⅰ型

PM06-19703094.8Ⅰ型PM06-29901098.3Ⅰ型PM09-19604093.0

Ⅰ型

4储层特征

页岩不仅可以成为优质烃源岩，也可以成为良好的储集岩，其储集能力对页岩油气

聚集成藏具有决定性作用。

图4研究区龙马溪组页岩干酪根O/C-H/C关系图

4.1岩石矿物学特征

龙马溪组黑页岩主要成分为石英、粘土矿物和长石以及少量的菱铁矿，其中石英

含量为55%～75%，粘土矿物含量为24%～38%，长石含量为6%，菱铁矿含量

为0～1%。脆性矿物成分含量较高，有利于页岩气的开采。

页岩中粘土矿物主要为伊利石，其次为绿泥石和伊蒙混层（表3）。伊利石的相对

含量为64%～92%，平均为77.3%；伊蒙混层含量为2%～23%，平均为9.70%；

绿泥石含量占粘土总量的1%～34%harrywinston ，平均为13%。伊蒙混层中主要为伊利石层，

其占伊蒙混层含量的90%～95%，平均为91.70%。龙马溪组页岩有较高含量的

伊利石和伊蒙混层，有利于提高页岩的吸附性能，对吸附气的保存较为有利。

4.2孔隙类型及结构特征

通过扫描电镜观察，龙马溪组微观孔隙较为发育，孔径依孔隙类型不同而不同。龙

马溪组页岩矿物基质孔隙类型主要有粒内孔、粒间孔，为页岩气的储集提供泰山游记 了良好

空间（图5）。

龙马溪组页岩内大量发育由颗粒部分或全部溶上海设计展 解形成的溶蚀孔（图5a，b，d，f，

h，i），溶蚀孔孔径较大，伊利石化的长石颗粒溶蚀孔疑似方解石或白云石颗粒几

乎被完全溶蚀，而形成近菱形的溶蚀孔。黄铁矿晶粒被完全溶蚀后形成的铸模孔

（图5c），其中溶蚀孔孔径可以达到微米级别，铸模孔孔径分布在200～400nm

范围内。龙马溪组页岩大量发育晶间孔（图5e，h，i），大量圆形隐晶质石英集

中发育（图5e）。部分薄片见重晶石颗粒在全视域范围内大量发育（图5g）。

4.3孔隙度渗透率特征

在非常规油气储层中，孔渗性指标是储层评价的主要参数，孔渗性的好坏直接影响

着页岩气的含气量和开采潜力，尤其是渗透率是页岩油气开发是否具有工业价值的

重要参数。泥页岩具有孔渗性较差，致密性较强、非均质性极强的特征。龙马溪组

页岩有效孔隙度为4.6%～5.8%，平均为5.20%，渗透率在（0.065～0.070）

10-3m2之间，平均为0.067510-3m2。与北美页岩气藏孔渗特征（孔隙度

平均为4.22%～6.51%，渗透率一般小于0.110-3m2）相似，属于低孔、低渗

储层，但相对于国内其它页岩储层物性要好。

4.4成岩作用

页岩中常见的成岩作用主要有压实作用、胶结作用、溶解作用、有机质成熟作用和

粘土矿物的转化作用等，但由于本次采集的是野外露头样品，氧化作用和淋滤作用

对样品的影响较大，显微镜和扫描电镜下矿物形态不标准。结合电子探针定性分析，

认为研究区龙马溪组页岩中的成岩作用类型主要有压实-压溶作用和有机质成熟作

用。

龙马溪组页岩的石英含量较高，硅化作用强烈，且呈层状，但由于后期经历的地质

运动较复杂，颗粒定向性不强（图6a）。有机质生烃产生的酸性流体可以江西无蚊村 产生溶

蚀孔，但由于研究地层较古老，将溶蚀的孔缝压实，所以显微镜下压溶作用不明显。

扫描电镜下可见有机质及其内部的生烃残余孔（图6b），为有机制成熟作用。碎

屑岩中粘土矿物组成和含量可以指示成岩作用阶段。不同的粘土矿物演化和组合可

以反映不同的成岩作用阶段和成熟度。研究区龙马溪组页岩中几乎没有伊／蒙混层

含量，基本全部转化为伊利石，根据碎屑岩成岩阶段划分标准可知，龙马溪组页岩

均进入了晚成岩阶段。

表3研究区龙马溪组粘土矿物相对含量编号粘土矿物含量／%伊／蒙混层比／%

蒙皂石伊利石高岭石绿泥石伊／蒙混层绿／蒙混层蒙皂石层伊利石层01-10

76-29-1平均值0

77.3013.09.708.391.7

图5西乡县龙马溪组孔缝特征a—表面溶蚀孔较为发育（200）；b—溶蚀孔孔

径较大（1200）；c—团窝状黄铁矿晶粒被完全溶蚀后形成的铸模孔

（16000）；d—平直的微裂缝，溶蚀孔发育（8500）；e—大量圆形隐晶质

石英集中发育（30000）；f—伊利石化的长石颗粒溶蚀孔（3000）；g—重晶

石颗粒在全视域范围内大量发育（1200）；h—部分重晶石颗粒晶形完好、部分

颗粒表面遭受溶蚀（10000）；i—疑似方解石或白云石颗粒几乎被完全溶蚀，

而形成近菱形的溶蚀孔，溶蚀孔内见残余土状矿物（5000）

5保存条件

保存条件是否良好直接影响着页岩气藏页岩气量及气体成分。早志留世龙马溪期，

全区龙马溪组分布较稳定，上扬子区块保留了中-晚奥陶世海侵规模，此时地壳持

续稳定下沉，海侵规模大，环境，地层岩性较稳定，断层发育规模较小。研究

区北部已大面积出露寒武系-志留系，不具备页岩气保存条件；南部埋深2000～

6000m，厚度较大，保存条件较好。龙马溪组页岩顶板地层为志留系新滩组陆棚

相泥页岩、粉砂岩，封闭性较好，底板地层为奥陶系涧草沟层陆棚相泥页岩，封闭

性较好。

图6研究区龙马溪组页岩成岩作用特征（a—硅质含量较高，且呈层状；b—有机

质及其内部的气孔）

6结论

（1）研究区龙马溪组属深水陆棚环境，主要发育深灰-黑含碳硅质页岩、硅

质岩、碳质页岩夹粉砂岩条带等。

（2）自西向东龙马溪组页岩厚度增加。烃源岩有机质丰度较高，成熟度较高，处

于过成熟演化阶段；有机质类型以I型干酪根为主，为生烃有利类型，也有一定的

II型。

（3）储层脆性矿物含量高，天然裂缝较发育，余江 利于页岩气的开采；粘土矿物含量

相对低，主要为伊利石，利于提高页岩的吸附性能。页岩矿物孔隙类型主要有粒内

孔、粒间孔。储层孔隙度渗透率较低，属于低孔、低渗储层。成岩作用主要为压实

-压溶作用和有机质成熟作用。

（4）研究区北部不具备页岩气保存条件；南部厚度较大，保存条件较好。总之，

研究区南部具备较好的页岩气成藏地质条件。

致谢论文在写作过程中得到“陕西省西乡-镇巴地区页岩气地质调查”项目组人员

的大力帮助，论文修改过程中得到陕西省地质调查中心唐永忠教授级高工和游军博

士的指导与帮助；评审专家对论文初稿提出了宝贵的修改意见，在此一并表示衷心

的感谢。

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