江西省下古生界页岩气发育有利区预测

关键词：页岩气；下寒武统；下志留统；赣西北地区；页岩气有利区 
页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气[1]。页岩气发育具有广泛的地质意义，存在于大部分的盆地中，由于埋藏深度、含气饱和等因素而具有不同的工业价值。中国页岩气地质资源量约为134.42万亿方（不含青藏区），可采资源潜力25.08万亿方[2]，经济价值巨大。页岩气显著的特点是长具有开采寿命长和生产周期长的优点。。页岩气田开采寿命一般可达30～50年。根据最新数据显示，美国沃思堡盆地Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年。中国页岩气勘探开发的突破，必定会掀起能源格局的新一轮革命。
江西省下古生界页岩主要分布于三个区块（图1），分别为赣西北、上饶盆地和崇水盆地。其中上饶地区和崇水盆地的岩浆活动频繁，岩石普遍受到接触热变质作用，变质程度较深，对页岩气藏的形成及保存很不利。本次工作以赣西北地区为主要研究地区。

图1 江西省下古生界主要分布区
1.研究区地质概况
1.1 构造特征
本区位于扬子准地台下扬子坳陷，北与华北地台之淮阳地盾相邻。由前震旦系双桥山系组成褶皱基底，震旦纪以来沉积，组成本区的上覆地层，厚度巨大。印支运动使上覆地层褶皱形变。燕山运动加剧前期构造，并伴随区域断裂与大规模岩浆活动，最终成型现今之基本构造格局。燕山—喜马拉雅运动时期，赣西北区在大陆边缘活动阶段，以断块作用为主，形成一系列规模不等的断裂隆起带和断陷盆地或断陷带。本区内断陷盆地主要有修水盆地，展布方向由西而东，由北东向渐转为北东东或近东西向。在其西段的湘赣交界地带，转折为一向北西凸出的弧形盆地。东段，由于受北侧大断裂控制，沉积中心由南向北迁移；西段受南东侧断裂控制，沉积中心由北西向南东迁移。岩层倾角一般均甚平缓，多为10°-20°。
区内深大断裂构造主要有古市（修水）--德安深断裂和渣津（修水）--柘林（永修）大断裂，主要有三组：近东西向断裂、北北东向断裂及北西—北北西向断裂。古市（修水）--德安深断裂：该断裂发生于晋宁期，并经长期发展、多次活动，其性质以压剪性斜冲断层为特征，西延湘东，东迄星子，延长约200公里，总体呈近东西向延伸，主要倾向为330°--360°，倾角60°左右，断裂控制着两侧构造单元的发展和古生代地层的展布，并不同程度地影响其南北两侧下古生界的发育和沉积相的变异；渣津（修水）--柘林（永修）大断裂：大致呈东西向延伸，西端略呈南西西向延入湘境，延长约200公里，控制着渣津、修水、武宁等断陷盆地的分布、发展及沉积，东部控制震旦系和下古生界的分布，断裂产状，西段南倾为主，东段大部北倾，倾角65—75°不等[3]。
1.2 沉积特征
寒武纪：寒武纪早世早期（王音铺期），赣北地区当时应是一片向北凹进的内陆海（陆表海）区，即赣湘内陆海。北部海域，由于海底高地的障壁作用，使其具有潮坪泻湖的性质，沉积了王音铺组为代表的黑色岩系；早世晚期之后，原有陆蚀区几乎全部沉没，赣湘内陆海消失。赣北地区及邻区，此时沉积主要为粉砂泥岩、泥质岩和碳酸盐，应属陆表海性质的潮下台地沉积环境，称其为赣湘皖潮下台坪；赣湘皖潮下台坪南部九岭高地上可能仍是泻湖潮坪区，晚期沉积了荷塘群上部。在修水地区为一套低炭质页岩，略含粉砂质，产海绵骨针化石，发育微细水平纹理，属静水还原盆地环境的沉积，可称修水潮下盆地[3]。
晚奥陶世早期，九江地区的汤头组主要为灰绿色瘤状灰岩及灰岩，此地区应属潮坪环境。晚期，在武宁-彭泽一带沉积了油黑色泥岩、粉砂质泥岩及黑色硅质泥岩组成的五峰组，九江地区沉积是陆棚浅海边缘的一个海底盆地。
志留纪：早期，北部地区的武宁-彭泽一带梨树窝组，属于从一个较为闭塞的陆缘盆地沉积发展为一个较开阔、水流通畅的陆棚浅海沉积。中晚期的殿背组主要是灰绿色粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩，厚578-756米，属于浅水陆棚的沉积环境。
2.页岩气发育有利区预测
中国南方寒武-志留纪沉积地层背景和沉积物特征具有相似性，即江西省赣西北地区与四川重庆地区上述地层特征具有相似性。赣西北地区的修武盆地和九瑞盆地与四川盆地有着相似的页岩气成藏地质条件和构造演化历史，均属于古生代海相沉积盆地，页岩分布面积广、厚度大、热演化程度高，经历了复杂的构造运动[4]。
根据泥页岩的沉积环境、有机质类型和有机碳含量（TOC）、热演化程度（Ro）、厚度、埋深和含气量等指标，参照国土资源部油气战略研究中心的页岩气调查评价及选区制定的参数指标，认为江西省页岩气藏的最有利层段主要是下寒武统和下志留统。

2.1 寒武系
本区下寒武统富有机质页岩主要是王音铺组和观音堂组。王音铺组主要发育海盆相碳质、硅质页岩，由灰-灰黑色页岩为主，间夹含碳质页岩，偶夹含碳灰岩组成，底部常为石煤层，有机碳含量最高为9.68%，最低0.13%，平均3.52%，厚度在50-350m，Ro范围在1.72%-4.81%。通过等温吸附试验测试结果和Langmuir模型计算，王音铺组页岩含气性在0.81Mpa压力时，最大吸附气量为2.27m3/t，表明该组页岩具有良好的天然气吸附能力。观音堂组由黄绿、灰绿色页岩及粉砂质页岩或钙质页岩夹少量细砂岩组成，有机碳含量>0.8%，最高3.8%，厚度在100-400m，Ro范围在1.88%-2.84%。通过等温吸附试验测试结果和Langmuir模型计算，观音堂组页岩含气性在1.75Mpa压力时，最大吸附气量为1.73m3/t，表明该组页岩具有良好的天然气吸附能力。
下寒武统页岩气藏最有利发育区位于赣西北地区修武盆地的上杭-澧溪一带和九瑞盆地夏家桥-横港一带。
2.2 志留系
本区下志留统富有机质页岩主要是梨树窝组和殿背组。其中梨树窝组上部为砂岩夹泥岩，下部为泥岩夹砂岩，地表颜色灰绿--灰黄色，但底部则为灰黑--黑色，厚约1230m。有机碳含量>0.5%，成熟度Ro普遍大于1%，达到了生气阶段。类比四川盆地相同层位的龙马溪组页岩吸附气在10.35Mpa（约为埋深1000m）时的吸附气含量为1.37 m3/t[1]，是页岩气成藏的有利区。
下志留统页岩气藏最有利发育区位于赣西北地区修武盆地的澧溪-武宁一带和九瑞盆地的南义-陈门垄一带。
3.结论
页岩气藏这一非常规天然气藏，已经在美国取得了成功的勘探技术和成熟的开发经验，很大一部分是由于页岩气成藏理论的不断深化和持续创新的结果。我国也越来越重视页岩气的勘探开发，并在坚持发展符合本国页岩地质特征研究的同时吸取美国等页岩气勘探开发先进的理论和技术。
江西省积极参与到国土资源部油气战略研究中心组织的“全国页岩气资源潜力调查评价与选区”项目中，通过对下古生界富有机质页岩的初步研究并结合中国南方地区页岩发育特点，分析研究认为：本地区的下寒武统和下志留统具备页岩气发育的良好条件，是江西省未来页岩气勘探开发的最有利的层系。
随着非常规油气理论-“页岩气理论”的不断发展，人们对这一将来可能改变能源格局的新事物会有更深入的发现和认识。有必要用页岩气理论来指导江西省的油气勘探开发，以期取得本省能源勘探的新天地。
参考文献:
[1]聂海宽，唐玄，边瑞康.页岩气藏控制因素及中国南方页岩气发育有利区预测[J].石油学报，2009，30（04）：484-491.
[2]国土资源部油气资源战略研究中心.全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选报告，2011.
[3]江西省地质矿产厅.江西省岩石地层[M].武汉：中国地质大学出版社，1997.9
[4]聂海宽，张金川.页岩气藏分布地质规律与特征[J].中南大学学报（自然科学版），2010，41（2）：700-708.
[5]斯伦贝谢公司.页岩气藏的开采[J].油田新技术，2006，（3）：19-21.