摘要 基于頁巖氣“源藏合一”的成藏模式——天然氣源自頁巖有機(jī)質(zhì)(固態(tài)、液態(tài))吸附、溶解及黏土礦物吸附的機(jī)制以及微裂縫、裂縫、頁巖孔隙中的游離氣成藏的認(rèn)識，以四川盆地下二疊統(tǒng)為研究對象和實(shí)例，論證了同為烴源巖的碳酸鹽巖(富含有機(jī)質(zhì)的局限-開闊海臺地相等的細(xì)結(jié)構(gòu)-生物泥粒、泥粒-泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等)也應(yīng)該具有天然氣成藏的前景和可能。研究區(qū)下二疊統(tǒng)碳酸鹽巖烴源巖發(fā)育，在棲霞組(P1q)和茅口組(P1m)都有分布；依據(jù)厚度較大、有機(jī)質(zhì)豐度較高、有機(jī)質(zhì)類型佳、有機(jī)質(zhì)成熟度適中、埋藏較淺等特征，論證了其具備形成烴源巖氣的有利條件及其勘探前景，并對埋深在2 000 m左右的川東高陡構(gòu)造區(qū)、川南瀘州印支期古隆起區(qū)、川西南威遠(yuǎn)構(gòu)造區(qū)進(jìn)行了類比評估。最后，建議對瀘州印支期古隆起區(qū)展開試探(可選擇已鉆井的P1m1、P1q1先行)，待取得突破后，再擴(kuò)大至威遠(yuǎn)構(gòu)造區(qū)及川東高陡構(gòu)造區(qū)。

關(guān)鍵詞 頁巖氣 吸附 游離 有機(jī)質(zhì) 裂縫(巖石) 碳酸鹽巖 烴源巖氣 成藏模式 四川盆地 早二疊世

頁巖氣作為一種非常規(guī)天然氣[1]，國外已成功進(jìn)行了商業(yè)性開發(fā)，成為重要的新能源[2]。國內(nèi)從l990年起涉足該領(lǐng)域，2007年開始進(jìn)入全新起步階段[3]。中石油于2008年11月26日在四川盆地南緣的長寧背斜鉆長芯l井，在所取巖心中見氣并發(fā)現(xiàn)頁巖有納米級的孔隙體[4]，并在該構(gòu)造鉆獲天然氣；中石油于2010年在四川盆地威201井下志留統(tǒng)、下寒武統(tǒng)頁巖中鉆獲氣流；中石化在四川盆地東南側(cè)建南背斜的建深1井下志留統(tǒng)鉆獲天然氣，初產(chǎn)量為5．13×104 m3／d[5]；國土資源部和中國地質(zhì)大學(xué)在川東七曜山背斜西南端彭水縣境內(nèi)鉆渝頁l井在下志留統(tǒng)頁巖中見氣顯示[6]……基于頁巖氣“源藏合一”的成藏模式，筆者認(rèn)為：具類似成藏條件的非泥質(zhì)烴源巖——碳酸鹽巖烴源巖等，也應(yīng)被列人非常規(guī)氣藏的勘探領(lǐng)域。

1 碳酸鹽巖烴源巖氣與頁巖氣成藏機(jī)制類同

1．1 頁巖氣成藏機(jī)制分析

頁巖氣的成藏機(jī)制為：由有機(jī)質(zhì)、黏土礦物吸附氣，可溶有機(jī)質(zhì)(瀝青)、液態(tài)碳?xì)浠衔铩⑺芙鈿?，微裂縫、裂縫、頁巖孔隙中游離氣等圈閉成藏。吸附氣、溶解氣的富集與有機(jī)質(zhì)豐度、熱成熟度關(guān)系密切；游離氣的聚集與構(gòu)造部位關(guān)系密切；采氣生產(chǎn)，一般以游離氣先行、吸附氣(解吸、解溶)緊跟，但后者產(chǎn)出時(shí)間長，是頁巖氣的主力氣源。相比之下，碳酸鹽巖烴源巖氣除具有與頁巖氣類似的成藏條件外，還擁有碳酸鹽礦物晶格結(jié)合烴、礦物包裹體烴等優(yōu)勢。

1．1．1 頁巖氣吸附氣量與有機(jī)質(zhì)豐度相關(guān)

據(jù)本文參考文獻(xiàn)[7-8]，從表l資料編繪的圖l中可以看出，頁巖氣的吸附量與其有機(jī)質(zhì)豐度呈正相關(guān)態(tài)勢，即有機(jī)質(zhì)含量增高其吸附氣量亦增加。

1．1．2 微石油、水是天然氣溶解的主要載體

微石油[可溶有機(jī)質(zhì)(瀝青)、液態(tài)碳?xì)浠衔锏萞、水在有機(jī)質(zhì)成烴演化進(jìn)程中，既是有機(jī)質(zhì)的成烴產(chǎn)物，又是天然氣的溶解載體；水既參與演變，又充當(dāng)微石油、溶解天然氣的載體。其溶解量則與溫度、壓力等外在因素相關(guān)(表2、3)。

1．1．3 黏土礦物因粒級細(xì)、表面積大，而具有吸附優(yōu)勢

黏土礦物因粒級細(xì)、表面積大，而具有超過方解石、白云石、石英等其他礦物的吸附優(yōu)勢。但是碳酸鹽礦物卻發(fā)育品格結(jié)合烴及包裹體烴，在鉆采過程中實(shí)施壓裂酸化可獲增產(chǎn)。

1．1．4 熱成熟度影響天然氣的吸附量、溶解量

有機(jī)質(zhì)成熟度起因于地層溫度(地?zé)?，當(dāng)溫度升高時(shí)，有機(jī)質(zhì)、黏土礦物、微石油、水介質(zhì)等的吸附、溶解量，旱由低到高、再由高到低的演變規(guī)律，即由未成熟到成熟的吸附量、溶解量增加，至高成熟一過成熟時(shí)，吸附量、溶解量隨之減少(或解吸、解溶)，如圖2所示，其趨勢是明顯的。

1．2 碳酸鹽巖烴源巖具有與頁巖氣相似的成藏條件

綜上所述，有機(jī)質(zhì)、黏土礦物、水等介質(zhì)的吸附、溶解氣態(tài)烴，是構(gòu)成頁巖氣藏的主體。那么，同為烴源巖的碳酸鹽巖，同樣富含有機(jī)質(zhì)，在熱成烴進(jìn)程中，同樣會產(chǎn)生液態(tài)烴、氣態(tài)烴，當(dāng)其在排運(yùn)聚構(gòu)建油氣藏的同時(shí)，即運(yùn)移后的碳酸鹽巖烴源巖同樣會吸附、溶解氣態(tài)烴，可以構(gòu)成烴源巖氣藏的主體。至于捕獲游離氣的優(yōu)勢，碳酸鹽巖烴源巖的孔隙、微裂縫、裂縫、洞隙的發(fā)育優(yōu)勢應(yīng)該在頁巖之上。換言之，頁巖氣成藏是由于有機(jī)質(zhì)、黏土礦物、水等介質(zhì)吸附、溶解天然氣而成藏，那么同理，碳酸鹽巖等烴源巖，因其具有相似的成藏條件，理應(yīng)也被列為非常規(guī)氣藏的勘探對象。如果這一論證合理，那么天然氣勘探領(lǐng)域必將擴(kuò)大，資源量必將增加，尤其是碳酸鹽巖烴源巖在我國南方揚(yáng)子地臺分布廣泛，更具有廣闊的勘探前景。

2 四川盆地下二疊統(tǒng)碳酸鹽巖烴源巖具備有利的天然氣成藏條件

基于上述論證，以四川盆地下二疊統(tǒng)碳酸鹽巖烴源巖為例，討論了碳酸鹽巖烴源巖的展布和成藏條件。

2．1 下二疊統(tǒng)碳酸鹽巖烴源巖展布

四川盆地下二疊統(tǒng)碳酸鹽巖發(fā)育，屬海相臺地沉積建造，沉積范圍廣闊，遠(yuǎn)跨現(xiàn)今盆地，在揚(yáng)子地臺多有分布[9]。沉積前盆地受樂山-龍女寺加里東隆起影響，抬升為陸，地層剝蝕嚴(yán)重，在不同時(shí)代地層組成的準(zhǔn)平原基礎(chǔ)上，接受沉積，厚度變化在400～800 m之間，北、東南、西靠陸源區(qū)，厚度減薄至200 m左右。下二疊統(tǒng)可三分：P1l(龍?zhí)督M)、P1q(棲霞組)、P1m(茅口組)，厚度變化在300～500 m之間。自下而上展示2次沉積旋回，由海侵初期-海侵中期-海退期構(gòu)成：第一旋回為P1q1-P1q2-P1m1；第二旋回為P1m2C-P1m2A+B-P1m3-P1m4。碳酸鹽巖烴源巖主要發(fā)育于下二疊統(tǒng)，海侵初期由短暫的局限海臺地相過渡為開闊海臺地相，局部出現(xiàn)灘相；海侵中期出現(xiàn)臺內(nèi)淺灘或更高能量的臺緣淺灘；海退期為延續(xù)時(shí)間較長的局限海臺地相或間有開闊海臺地相交互，主要分布在P1q1、P1m1、P1m4中。

研究表明，處于海侵初期和海退期的局限海臺地相、開闊海臺地相等有利于碳酸鹽巖烴源巖發(fā)育[l0]。其間以細(xì)結(jié)構(gòu)巖類：泥質(zhì)泥晶灰?guī)r、生物泥-粒泥巖-泥粒巖微相是碳酸鹽巖烴源巖的主要巖類，因其有機(jī)質(zhì)賦存具原生性，是沉積基質(zhì)的組成部分，也是碳酸鹽巖烴源巖判識的重要標(biāo)志(圖3)，即并非所有碳酸鹽巖均可被視為烴源巖。那些發(fā)育于高能環(huán)境[如灘相(P1m)、鮞粒灘(T1f)、生物礁相(P2ch)等]及白云化碳酸鹽巖的高孔滲的儲滲體，如P2ch的生物礁、P1q2、P1m2-3的灘相、T1f的鮞粒灘相、P1q2的白云巖等可以作為常規(guī)氣勘探目的層。其成藏模式屬構(gòu)造、斷層、巖性等常規(guī)圈閉氣藏，亦即經(jīng)烴源巖排運(yùn)聚而成藏。烴源巖氣則是未經(jīng)排運(yùn)聚而成藏的，主要由有機(jī)質(zhì)、水等的吸附、溶解氣，黏土礦物的吸附氣而富集成藏——“源藏同一”。就碳酸鹽巖烴源巖而言，因結(jié)構(gòu)致密，孔隙度、滲透率極低，故也難以形成自生自儲“經(jīng)排運(yùn)”的氣藏，形成的氣藏(微裂縫、裂縫、洞隙游離氣，有機(jī)質(zhì)、黏土礦物溶解氣、吸附氣)均在烴源巖范圍之內(nèi)，屬于非常規(guī)天然氣系列。而前者多系巖性相變在縱橫向由烴源巖成烴排運(yùn)于儲滲體成藏，屬常規(guī)氣系列。

由早二疊世棲霞期、茅口期碳酸鹽巖烴源巖展布情況(圖4)可見，P1q厚度大于l00 m的碳酸鹽巖烴源巖沿西南-東北向展布，尤以達(dá)州、開江一帶較發(fā)育，厚度超過l50 m；P1m碳酸鹽巖烴源巖發(fā)育，盆地內(nèi)除川西北綿陽、梓潼、江油一帶厚度小于100 m外，在其他地區(qū)厚度均大于l00 m，以西南及東部地區(qū)最為發(fā)育，厚度多在200 m以上，最厚達(dá)350 m。

2．2 碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高

四川盆地下二疊統(tǒng)按J．L．Wilson(1974，1975)沉積相帶劃分[10]，統(tǒng)計(jì)的有機(jī)質(zhì)豐度值列于圖5、表4中。由其可見，碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)含量較高，有利于碳酸鹽巖烴源巖氣成藏。

2．3 碳酸鹽巖烴源巖有機(jī)質(zhì)類型佳、成烴量高

四川盆地早二疊世在地史發(fā)展長河中，是生物發(fā)育的極盛時(shí)期，碳酸鹽巖烴源巖沉積環(huán)境優(yōu)越，低等生物發(fā)育。研究表明，沉積有機(jī)質(zhì)以腐泥型、偏腐泥混合型為主，如圖6所示。

2．4 有機(jī)質(zhì)成熟度適中，有利于烴氣保存

研究表明，盆地內(nèi)下二疊統(tǒng)，除川西、川北深埋區(qū)有機(jī)質(zhì)成熟度達(dá)過成熟以外，川東南淺埋區(qū)以高成熟早期為主(R0＜2％)，有利于烴氣保存，即烴氣不因成熟度過高而解吸、解溶排移。

3 下二疊統(tǒng)碳酸鹽巖烴源巖氣評估

3．1 碳酸鹽巖烴源巖氣顯示

四川盆地下二疊統(tǒng)P1m1按巖性自上而下可三分：其中P1m1A、P1m1C為深色泥質(zhì)泥晶等細(xì)結(jié)構(gòu)碳酸鹽巖烴源巖，P1m1B為碳酸鹽巖。碳酸鹽巖烴源巖在鉆井、試采進(jìn)程常有井涌、井噴發(fā)生。例如陽高寺構(gòu)造的陽38井(位于構(gòu)造南端)，P1m1C厚23 m，在2 658．9～2 662．13 m，發(fā)生井噴，經(jīng)測試產(chǎn)微氣。陽60井P1m1A厚27．5 m，在2 817．05 m發(fā)生井涌，集氣可燃；又如九奎山構(gòu)造的陽45井(位于構(gòu)造東北端) P1m1C段厚30 m，在井深2 277～2 282 m，發(fā)生井涌，噴高為6 m。陽57井(位于構(gòu)造西北翼) P1m1A厚17．5 m，在井深2 376．19～2 378．64 m發(fā)生井涌，噴高達(dá)30 m。

以上實(shí)例說明，在鉆井試采中獲得井涌、井噴、燃?xì)獾刃畔ⅲ@些顯示均出自碳酸鹽巖烴源巖之內(nèi)，應(yīng)當(dāng)視為烴源巖氣，由此表明碳酸鹽巖烴源巖中的確賦存有天然氣。從頁巖氣成藏機(jī)制分析，烴源巖首先排出的應(yīng)該是游離氣“微裂縫、裂縫、頁巖、洞隙氣等”，隨后主要是解吸氣、解溶氣。據(jù)此而論，碳酸鹽巖烴源巖，具有頁巖氣相似的勘探前景。

3．2 碳酸鹽巖烴源巖氣評估

基于對碳酸鹽巖烴源巖氣與頁巖氣成藏機(jī)制類同的認(rèn)識，在現(xiàn)今頁巖氣評估標(biāo)準(zhǔn)尚無定論的實(shí)際情況下，僅以碳酸鹽巖烴源巖展布、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度、埋深、圈閉等諸因素綜合分析得出以下評估結(jié)果：以川南瀘州印支期古隆起為最有利區(qū)，P1碳酸鹽巖烴源巖厚度較大，有機(jī)質(zhì)豐度較高，成熟度適中，埋藏較深，圈閉保藏佳，評為最有利區(qū)(Ι級)；川西南威遠(yuǎn)構(gòu)造區(qū)為有利區(qū)(Ι-Ⅱ級)；川東高陡構(gòu)造區(qū)為較有利區(qū)，P1碳酸鹽巖烴源巖厚度大，但成熟度較高及埋藏較淺，其烴氣保存條件不如瀘州印支期古隆起區(qū)，故列為Ⅱ級(表5)。

4 結(jié)束語

四川盆地發(fā)育油系泥質(zhì)烴源巖、煤系泥質(zhì)烴源巖及油系碳酸鹽巖烴源巖，同樣具備頁巖氣的成藏條件，碳酸鹽巖烴源巖不僅具有與頁巖氣成藏類同的優(yōu)勢，而且尚賦存碳酸鹽礦物品格烴、包裹體烴及微裂縫、洞隙更發(fā)育等優(yōu)勢，應(yīng)當(dāng)被視作非常規(guī)氣的勘探領(lǐng)域。

四川盆地下二疊統(tǒng)碳酸鹽巖沉積建造發(fā)育，有利于碳酸鹽巖烴源巖發(fā)育的局限海-開闊海臺地相在時(shí)空上展布廣，細(xì)結(jié)構(gòu)生物泥-泥粒巖-粒泥巖、泥質(zhì)泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r等足主要烴源巖(有機(jī)質(zhì)賦存具原生性，是碳酸鹽巖烴源巖氣的標(biāo)志)。P1m1、P1m4、P1m1碳酸鹽巖烴源巖發(fā)育，是碳酸鹽巖烴源巖氣成藏的最佳層段。在層段選擇上可以P1為對象，在地區(qū)選擇上可將瀘州印支期古隆起區(qū)有利碳酸鹽巖烴源巖氣藏列為優(yōu)選靶區(qū)，在實(shí)際操作上，不妨先選擇已鉆井的P1m1、P1m1做實(shí)驗(yàn)，待取得突破后，再擴(kuò)大至川西南威遠(yuǎn)構(gòu)造區(qū)、川東高陡構(gòu)造區(qū)。一經(jīng)取得突破，獲得實(shí)效，表明筆者論證合理則前程似錦!在我國南方碳酸鹽巖烴源巖廣布地區(qū)，將展示出廣闊的油氣勘探前景，將有可能改變我國南方能源短缺的格局。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃籍中．四川盆地頁巖氣與煤層氣勘探前景分析[J]．巖性油氣藏，2009，21(2)：ll6-120．

[2] 郭宏，李凌，楊震，等．有效開發(fā)中國頁巖氣[J]．天然氣工業(yè)，2010，30(12)：110-11 3．

[3] 陳筒斌，朱炎銘，王紅巖，等．中國頁巖氣研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．石油學(xué)報(bào)，2010，31(4)：689-694．

[4] 王蘭生，鄒春艷，鄭平，等．四川盆地下古生界存在頁巖氣的地球化學(xué)依據(jù)[J]．天然氣工業(yè)，2009，29(5)：59-62．

[5] 李艷霞，李凈紅．中揚(yáng)子區(qū)上震旦志留系頁巖氣勘探遠(yuǎn)景[J]．新疆石油地質(zhì)，2010，3l(6)：6,59-663．

[6] 張金川，李玉喜，聶海寬，等．渝頁l井地質(zhì)背景及鉆探效果[J]．天然氣工業(yè)，2010，30(12)：ll4-118．

[7] 蔣裕強(qiáng)，董大忠，漆麟，等．頁巖氣儲層的基本特征及其評價(jià)[J]．天然氣工業(yè)，2010，30(10)：7-12．

[8] 包茨．天然氣地質(zhì)學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版社，l988：223．

[9] 王金琪．中國油氣地質(zhì)特征[M]．北京：地質(zhì)出版社，2010：35-63．

[10] WILSON J L．Carbonate facies in geologic history[M]．Berlin：Springer-Verlag，l975．

[11] 黃籍中，呂宗剛．碳酸鹽巖烴源巖判識與實(shí)踐--以四川盆地為例[J]．海相油氣地質(zhì)，2011，l6(3)：8-14．