摘要
在对宜城市—京山县页岩气调查区域评价参数调研的基础上，开展了宜城市—京山县地层区内页岩气调查评价工作。开展了系统的野外剖面实测和采样工作，搜集了区内有关的钻井和地质报告资料，同时对钻井的岩心进行了观察与取样，并开展了各种与页岩气有关的室内测试和分析。在此基础上，对研究区的构造演化、目的页岩层系的沉积环境和展布特征及页岩气的各种评价参数进行了系统研究，最后确认该研究区域的页岩气勘探前景。
Abstract
On the basis of the investigation the regional evaluation parameters of the shale gas survey of Yicheng－Jingshan investigation area， the investigation and evaluation of shale gas in the investigation area-Jingshan County has been carried out. The measured field profile system and sampling investigation work， set in the area of drilling and geological data， the drilling cores were observed and sampling， and carried out indoor test and analysis of all kinds of shale gas related. On this basis， the tectonic evolution， the depositional environment and distribution characteristics of the target shale series， and the various evaluation parameters of shale gas were systematically studied. Finally， the shale gas exploration potential in the study area was confirmed.
0 引言
随着世界石油价格的回升，给石油和天然气行业的勘探提供更多的动力，目前国内天然气需求旺盛，多地报道出冬季出现气荒现象，天然气作为一种清洁能源具有清洁环保的优点，近年来一直是勘探的重点。页岩气作为非常规天然气资源的一种，以多种相态富集于泥页岩中，具含气面积大、资源储量广、气井生产寿命长、生产稳定的特点，中国的页岩气近年来勘探开发也出现了较为快速的发展。目前页岩气在勘探开发取得了很大的突破，已在多口页岩气井获得高产工业气流。如中石油在威远气田及长宁区块多口井获得工业性气流：威201、宁 203；中石化在重庆市涪陵区焦石坝焦页 1HF 井中海相页岩层龙马溪组，获日产 20 万 m3 高产工业气流。
随着国内环保要求的进一步严格，蓝天工程等项目的实施预计中国在未来的几年内对天然气的需求仍十分旺盛。中国的页岩气储量资源十分丰富，加大页岩气勘探力度找到最利于开采的储层，开发提高单井的页岩气产气量，不仅可以改变目前国内的能源格局，还可以有效缓解国内天燃气供需矛盾，保证国内的能源安全。
本文研究区域东起京山县永兴镇，西到南漳县龙门镇，北自襄阳区牛首镇，南达京山县永隆镇。总面积14601.48 km2。主要目的是在页岩气资源调查区收集相关资料，以区内下志留统龙马溪组、上二叠统孤峰组为主要目的层，对区域页岩气资源成藏条件及禀赋特征进行调查评价，大致掌握本区页岩气资源分布规律，分析和预测本区页岩气资源潜力，圈定页岩气有利目标区（王正普和张荫本， 1986；王文耀，1998）。
1 区域主要勘探手段
在研究区块主要进行了6项相关工作：（1）富有机质页岩构造特征分析及构造区划，（2）富有机质页岩地层格架及沉积微相研究，（3）富有机质页岩地球化学评价，（4）富有机质页岩储集特征，（5）页岩气分区分级资源评价，（6）选区资源丰度、保存条件、页岩埋藏深度评价。
2 宜城市—京山县页岩气地质条件
2.1 地层
宜城市—京山县页岩气资源调查区地层分区为扬子地层区上扬子地层分区。地层发育较全，蓟县系和青白口系作为扬子准地台的基底，由遭受轻微变质的砂砾岩、白云岩、板岩、变玄武岩、细碧岩、凝灰质板岩等组成。其上盖层依次沉积了震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系、古近系及第四系。震旦纪、寒武纪 —奥陶纪处于稳定的陆表海环境，均以碳酸盐岩建造为主夹泥质岩、页岩建造。志留纪沉积物以海相碎屑岩建造为主，上部夹泥质碳酸盐岩建造，其底部沉积有页岩。从中泥盆世开始接受海侵，中晚泥盆世沉积了海相碎屑岩和碳酸盐岩-泥质岩建造，并形成规模巨大的沉积铁矿。从石炭纪—三叠纪又处于规模较大的陆表海环境，沉积物以碳酸盐岩建造为主夹含煤建造及泥质-硅质岩建造。之后地壳抬升海水退出逐步转为陆地（冯增昭等，2004；杜建波等，2007；丁文龙等，2012）。
本研究的页岩气储层介绍：
志留系龙马溪组：平均厚度 80 m，下部局部见一层0.1～0.3 m深灰色硅质灰岩或黄色泥质灰岩。主体属浅海滞流盆地-陆棚环境沉积。灰岩中富含观音桥层。上部硅质页岩、碳质页岩、粉砂质页岩，砂质成分较多，含丰富的笔石化石（图1）。
孤峰组：厚度为 238.61～285.82 m，下部硅质岩、硅质页岩、硅质岩夹灰岩（图2）；上部厚层生物灰岩。京山杨家冲及吴家岭全为硅质岩，硅质页岩缺失上部灰岩段。钟祥朱堡埠以南地区茅口组底部无灰岩段。以柳门口向斜为中心向东西两侧变薄。
大隆组：均为硅质岩和硅质页岩，京山松树湾厚5.10 m，京山义和5.52 m，荆门野鸡池1.28 m，朱堡埠以南的北山附近缺失。化石中菊石、腕足均为二叠世晚期大隆组的常见分子和化石，故区内大隆组时代应属晚二叠世晚期。为台盆环境沉积，与下伏下窑组呈整合接触。厚度0～5.52 m（图3）。
图1龙马溪组岩性、生物化石特征
a—龙马溪组黑色页岩风化为浅灰色；b—龙马溪组页岩中笔石化石
图2孤峰组岩性特征
图3大隆组与下伏下窑组接触关系特征
2.2 构造特征
研究区自古元古代大别旋回、新元古代经历了扬子旋回以来，经历了多期次的构造活动（图4）。在加里东期、海西期的稳定旋回性坳陷沉降中，发育了广泛分布的海相碳酸盐岩夹碎屑岩为主的沉积建造，形成了多套分布广泛或局限的海相碳酸盐富有机质泥页岩层系，预示了该区具有较好的页岩气资源勘探潜力。本区形成了局限滞留浅海盆地，沉积了区域稳定分布的上奥陶统—下志留统龙马溪组富有机质页岩层系。泥盆纪—石炭纪，本区大部分地区处于隆起剥蚀阶段，仅在局部发育少量石炭系富有机质页岩层系。二叠纪—中三叠世，区内主体为碳酸盐台地，局部发育台盆沉积，从而形成局部分布的二叠纪富有机质页岩层系（陈宏明， 1994；谈迎等，2011；李钟洋，2012）。
2.3 地球物理、地球化学特征
区域地球物理特征：
（一） 区域重力异常特征：湖北省布格重力异常整体呈东高西低趋势，按照重力场变化特征可大致分为3个区：川东—鄂西重力低值区、五峰—保康— 十堰重力陡变区、中东部重力高值区，研究区主要位于中东部重力高值区。
（二） 区域航磁异常特征：以青峰—襄广断裂为界，湖北省磁场特征可划分为南北2个分区，北部磁场特征单一，南部磁场特征相互间隔，走向多样化。研究区位于南部磁场区，磁场特征变化多样。区内磁场整体呈负异常，场值分布为-100～-60 nT。
（三） 区域地球化学特征：研究区属扬子贫钠富锂地球化学区。主要涉及鄂中多元素高背景地球化学区和八面山钼高背景地球化学带。总体以继承性的发展演化具偏高量的 Cu 及特殊条件下 Pb、 Ag富集构成本域（俞凯和郭念发，2001）。
图4构造纲要图
2.4 页岩气地质条件综合评价
有机值丰度特征：
（一） 五峰组—龙马溪组：由表1分析结果表明，五峰组—龙马溪组有机质丰度在地表整体品位较低，地表83个样品中测得TOC值均低于1%，最低值仅为 0. 02%。区内五峰组—龙马溪组有机质含量为0.87%~3.53%，整体上品位属于中—高。
（二） 孤峰组：从表2可以明显看出，地表工程测试所得TOC数据明显低于钻孔数据，同五峰组—龙马溪组的情况相同，也是受到地表风化淋滤作用的影响。京地 2 井获取 TOC 值主要为 1.75%～6.39%，集中于3%~7%，因此，孤峰组整体品位属于中—特高。
表1五峰组—龙马溪组有机碳含量统计
表2孤峰组有机碳含量统计
有机质类型特征：根据表3可知，五峰组—龙马组溪组有机质类型为Ⅱ1型（腐殖-腐泥型）。
孤峰组有机质类型：共分析干酪根样品6块次。据表4可知，孤峰组有机质类型为Ⅰ型（腐泥型）。
有机质成熟度特征：
（1）孤峰组镜质体反射率（Ro），共分析11块次，地表样品 4 块，Ro 为 1.38%～1.71%；钻孔样品 7 块，Ro 值为 1. 07%～1.57%，平均值 1.30（表5），其中4块样品数值小于1.3，另外3块为1.3～2. 0。整体上处于低—中等热演化程度。
表3五峰组—龙马溪组干酪根测试数据
表4孤峰组干酪根测试数据
表5孤峰组镜质体反射率测试数据
（2）五峰组—龙马溪组镜质体反射率（Ro），分析样品共21块次。分析结果表明，五峰组—龙马溪组 Ro 最小值 1.87%，最大值达 3.88%，平均值 2.95%（表6），处于中—高热演化程度。
表6五峰组—龙马溪组镜质体反射率测试数据
2.5 页岩气储层特征
（1）岩石类型特征：
五峰组—龙马溪组，钻孔 ZK1矿物成分分析 16 项，岩石 X射线-衍射分析结果表明，五峰组—龙马溪组所含主要矿物为黏土矿物和石英，含少量长石（图5）。
孤峰组，京地2井矿物成分分析18项，岩石X射线-衍射分析结果表明，孤峰组所含主要矿物为石英、方解石和白云石等脆性矿物，黏土矿物含量极少（图6）。
（2）岩石物性特征：
五峰组—龙马溪组，孔隙度范围 0.737%～2. 054%，集中段 1. 019%～1.637%，平均值1.23 3%，其中小于 2%（特低孔）的样品 7 块，占比 87.5%；大于 2%（低孔）的样品仅 1块，占比 12.5%，属于特低孔储层（图7）。渗透率范围 0. 00214～0.20525 mD，集中段0. 01097～0. 05371 mD，平均值 0. 05147 mD，所有样品值均远小于 1 mD，属于特低渗储层（图8）。岩石密度范围 2.52～2.84 g/cm3，集中段 2.65～2.73 g/cm3，平均值 2.69 g/cm3。分析结果表明，五峰组—龙马溪组岩石物性特征表现为低孔—特低孔特低渗。
图5ZK1孔五峰组—龙马溪组矿物组分三元图
图6京地2井孤峰组矿物组分三元图
图7ZK1孔五峰组—龙马溪组孔隙度分布频率图
图8ZK1孔五峰组—龙马溪组渗透率分布频率图
孤峰组：孔隙度范围 1.51%～7.29%，集中段 2.38%～5.65%，平均值 4.3%，其中小于 2%（特低孔）的样品 2 块，占比 13.3%，大于 2% 小于 5%（低孔）的样品 6 块，占比 40%，其余样品孔隙度为 5%~10%，占比 46.7%，属于低—中孔储层（图9）。渗透率范围0. 0000142～0. 0128 mD，集中段0. 000106～0. 000573 mD，平均值0. 0023702 mD，所有样品值均远小于1 mD，属于特低渗储层（图10）。
3 宜城市—京山县页岩气勘探潜力分析
3.1 调查区域资源量估算
页岩气以吸附气、游离气和溶解气 3 种状态储藏在页岩层段中，页岩气总地质资源量为游离气、吸附气和溶解气的地质储量之和。受工作程度、测试手段等条件的制约，仅计算页岩气吸附气地质资源量（赵鹏飞等，2011）。
图9京地2井孤峰组孔隙度分布频率图
图10京地2井孤峰组渗透率分布频率图
资源量估算结果Qx：
五峰组—龙马溪组页岩气资源潜力Qx，含气页岩分布面积 A=5626 km2，有效页岩厚度 h=107.44 m，页岩密度 ρ=2.69 t/m3，页岩等温吸附气含量 Cx= 1.83 m3 /t。
吸附气地质资源量，Qx=0. 01×A×h×ρ×Cx=0. 01× 5626×107.44×2.69×1.83=29755.6264亿m3。
3.2 调查区域含气性分析
页岩气含气量是指单位体积页岩中页岩气的含量，是页岩气勘探评价中的重要参数，也是页岩气实验测试的难点之一。ZK1孔目的层为五峰组— 龙马溪组，共采集解吸样 8 件。页岩含气量测试结果见表7。
从表7可以看出本次取样最深为 391.98 m，说明由于埋藏深度较浅，且其上覆地层主要为砂岩、粉砂岩，盖层封闭条件较差，气体大部散失，导致含气量低。
3.3 调查区域页岩气保存条件分析
调查的页岩气勘查目标层包括五峰组—龙马溪组和孤峰组，受后期构造变形改造及抬升剥蚀等影响，不同构造区带埋深不一，一般为 0～5500 m。 ZK1孔五峰组—龙马溪组富有机质泥页岩层段埋深为 273.88～414.98 m，见页岩气显示，但含气量偏低，仅为 1.54~2. 02 m3 /t；京地 2 井孤峰组富有机质泥页岩层段埋深为 207.1～267.1 m，无页岩气显示。从现场解吸结果来看，浅部气体多已逸散，随埋深增大，总含气量具逐步增大的特点。另一方面，埋深太大，在当前的技术条件下，缺乏经济性。
表7页岩含气量测定结果
水文地质条件对保存条件的影响：研究区地下水蕴藏丰富，主要以碳酸盐岩溶水为主。研究区主要为碳酸盐地层，岩溶水最发育，岩溶洞穴、地下暗河十分发育，造成地表水与地下水的强烈交替，总体对页岩气保存十分不利。
区内岩溶发育的地层主要有 5 套：嘉陵江组白云岩、大冶组灰岩、中二叠统（栖霞组—茅口组）生物屑灰岩、下寒武统—上奥陶统（石龙洞组—临湘组）白云岩、生物屑灰岩、震旦系陡山沱组—灯影组白云岩。隔水-相对隔水的地层有南沱组—陡山沱组、石牌组、志留系页岩等。龙马溪组顶板页岩、泥质粉砂岩、粉砂质页岩，均为区域上较稳定的隔水层，因而岩溶水对龙马溪组影响相对较小；陡山沱组上部地层为灯影组白云岩，大隆组顶板为大冶组和嘉陵江组碳酸盐地层，均为区域上岩溶水普遍发育的地层，特别是灯影组和嘉陵江组，地下暗河、溶洞泉、地下岩溶漏斗等十分发育，大冶组岩溶虽不及嘉陵江组发育，但普遍与上覆嘉陵江组含水层完全连通，区域上常构成一个整体的含水层，因此，不仅对页岩气的保存十分不利，而且后期页岩气的勘探开发也存在较大安全隐患和风险。
4 取得成果及结论
根据本文研究区的评价参数调研的基础上，分析得出了以下结论：
（1）区域地层方面
初步查明了研究区中各“组”级地层单位的岩石类型及岩性组合、沉积构造、接触关系及厚度等地质特征；落实了各地层单元界线。
（2）地质构造方面
区内发育了一系列的逆冲推覆构造，断层走向北西，大多高角度倾向北东；这类断层近平行排列，层层叠置，具代表性的为青寨子、京山、胡集、荆门等断裂，规模达数十千米甚至更大。
（3）页岩气地质方面
①初步查明了五峰组—龙马溪组、大隆组、孤峰组、陡山沱组目标层空间展布、厚度、埋深、沉积等地质特征。获取了各目标层有机碳（TOC）、成熟度（Ro）、物性特征（孔隙度、渗透率、岩石密度）、储渗空间特征、岩石矿物成分、含气性（等温吸附实验）等页岩气基本评价参数，为下一步页岩气勘探部署提供了重要依据。
②五峰组—龙马溪组分布较广、厚度大、沉积相有利、埋藏中浅—中深、有机碳含量低—中、热演化程度高、具特低孔特低渗、残余原生等微孔隙较发育、石英等脆性矿物含量高、页岩甲烷吸附能力较强。大隆组厚度薄、埋深浅，陡山沱组保存条件差，无进一步工作价值。孤峰组厚度大、有机碳含量高、热演化程度低—中等，还需近一步开展工作。
③初步分析了各目标层保存条件，为有利勘探区划分提供了依据。从顶、底板特征看，五峰组— 龙马溪组整体保存条件好—较好。孤峰组、大隆组、陡山沱组保存条件较差。从构造变形改造强度来看，五峰组—龙马溪组在永兴镇—京山—长寿— 客店—讴乐—雅口—丰乐—石龙等城镇围限的范围保存较好。孤峰组、大隆组、陡山沱组在全区较差。
④依据等温吸附实验结果，参照页岩气资源，储量计算与评价技术规范等，采用体积法，估算了页岩吸附气地质资源量。估算结果表明，本区主要目标层五峰组—龙马溪组页岩吸附气地质资源量为29756亿m3。
⑤在综合分析有机碳含量、热演化程度、泥页岩层厚度、吸附气含量、脆性矿物含量、埋藏深度、构造变形等关键参数或地质条件的基础上，五峰组 —龙马溪组资源分布区面积 5626 km2，有利分布区面积 2191 km2。五峰组—龙马溪组黑色页岩层段，建议将其作为未来的潜在页岩气勘探目标层。
