条件评价的保存方法

重庆地区主要发育上奥陶统五峰组—下志流统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组两套黑色页岩,分布广泛,且有机质丰度和成熟度较好,具有较好的资源潜力。 但是由于重庆地区经历了多期复杂的构造运动,油气藏生成、破坏和改造十分普遍,如渝东南地区龙马溪组—五峰组烃源岩,经历了3 次大规模的隆升过程,导致背斜核部地区抬升量超过覆盖志留系的地层厚度,使得龙马溪地层遭到严重的剥蚀;因此,后期保存条件成为制约研究区油气富集成藏的关键因素。 由于本区研究程度有限,目前页岩气保存条件的研究仅限于构造演化史、断层、构造样式及侵蚀基准面等几个方面。

1)构造演化史

构造热演化史控制着油气的生成、运移、聚集与成藏。 构造热演化史不仅控制着烃源岩的多期生烃,还控制油气成藏的多期性。 因此,构造热演化史的研究对页岩气保存条件研究至关重要。

通过研究页岩的生烃、排烃历史、最大生气时间与地层沉降埋藏史之间的时空匹配关系能判别页岩气藏保存条件的好坏。 如果生烃时间较晚,大规模构造抬升发生在生气高峰期之后或者大规模构造抬升的时间比较晚,那么页岩气藏的保存条件比较好,目前有可能是我们勘探的目标;反之,页岩气藏可能已遭受破坏。

南方上扬子海相页岩经历了长期的构造和热演化,具有演化历史复杂、热成熟度较高、生烃时间早等特征,其不同构造单元热演化史不同,主要有以下几种类型:

①四川盆地内部基本为早期长时间浅埋—早、中期长时间隆升—中期二次深埋—晚期快速抬升的特点。 早、中期的长期浅埋和长期隆升有利于有机质的保存,中期快速深埋利于天然气的生成,后期快速抬升不利于天然气的排出,利于页岩气聚集。

②黔中隆起及其周缘的下古生界埋藏史和热演化史属于早期生烃—中期多次生排烃—晚期快速抬升(比四川盆地内抬升早)等特点。 总体来讲,这一类型的页岩埋藏史和热演化史比四川盆地内的要差,主要表现为早期生烃时间早且生烃量较大、中期经历了多次生排烃和晚期抬升时间早且幅度大等不利因素。

图5.41　川南地区威2 井埋藏史图

图5.42　黔中隆起区地层埋藏史

图5.43　湘鄂西地区咸2 井埋藏史

③湘鄂西地区的下寒武统黑色页岩埋藏史属于长期持续埋藏—快速隆升型。 这一类型的埋藏史和热演化史与前两类相比具有长期持续生烃、抬升时间较早(侏罗纪时期)和抬升幅度大等特征。 由于抬升剥蚀改造持续时间长,且以褶皱抬升为特征,隆升幅度大,故下古生界出露地表处,页岩暴露严重的复背斜地带保存条件较差;复向斜地带,页岩分布连续,保存较好(聂海宽,2012)。

对比这3 类埋藏史曲线不难发现,保存条件好,能形成大型气田或者有较大油气潜力的地区具有以下特征:①初始生烃时间晚,在加里东期以前基本没有生烃,如四川盆地,而另外两个地区则生成了大量的油气。 ②生气高峰晚,根据美国页岩气勘探开发经验判断,生气高峰越晚越好;③抬升时间晚,四川盆地在白垩纪中期以后抬升,另外两个地区为白垩纪早期和中侏罗世。 因此,根据页岩埋藏史和热演化史可以将页岩气保存条件分为好、中、差三个等级。

表5.22　保存级别划分

2)断层

断层是页岩气运移、聚集的重要通道,对页岩气聚集具有保存和破坏的双重作用,断层的发育规模和性质是影响页岩气聚集、保存和破坏的重要因素。

(1)继承性大断裂对保存条件的影响

重庆地区发育的继承性大断裂主要有城巴断裂带、乌(龙)坪(坝)断裂带、沙市隐伏断裂、长寿—遵义断裂、华蓥山断裂带、七曜山断裂带、郁山正断层、马喇正断层。

这些断层具有断裂规模大、活动历史长、控制了断层两侧沉积作用的特点,且多为具有多期性的活动断裂,沿断裂附近还常伴有地震发生。(www.xing528.com)

大规模的断层可以连通上下地层,尤其是区域性大断裂在多期次、长时间的构造活动中,以及地面水渗滤作用下,进一步改善了地层的连通性,使得已经生产的油气不同程度的散失,不利于页岩气的保存,因此,在页岩气勘探选区时应该尽量避开这些大断裂,尤其是通天大断裂。

(2)断层性质对保存条件的影响

传统观点认为,正断层由拉张作用形成,一般纵向开启;逆断层由挤压作用形成,一般纵向封闭;扭性断层介于其间。 随着断层油气藏的不断发现和资料不断积累,发现压扭性断层在油气勘探中的作用比逆断层和正断层更为重要。 在相同条件下,逆断层的封闭性比正断层好,压扭性断层的封闭性又比逆断层好。 因为正断层的断面常呈不规则铲式下弯状,沿该不规则面滑落的下降盘容易形成更多的张裂隙,而且形成正断层体系的区域构造应力场通常为拉张性的,不能提供足够的挤压力使裂隙愈合。 因此,正断层封闭性通常比扭断层和逆断层差,且正断层的下降盘比上升盘更易纵向泄漏;逆断层断面呈舒缓波状,挤压破碎带宽,而且逆断层体系是挤压应力场作用的产物,多次构造挤压作用可提供足够大的压力使裂隙闭合、碾磨断裂带物质、增强断层封闭能力,因此,其封堵性优于正断层;扭性断层断面平直,破裂带窄(逆断层断面弯曲,正断层断面多为锯齿状,二者的破碎带较宽)。水平滑动距离比逆断层、正断层长,断层两盘地层彼此摩擦作用强,形成断层泥封堵或薄膜封堵的可能性大,因此,比逆断层、正断层封闭性都要好。

以渝东南地区为例,在该区的南部主要以压性或压扭性的断裂为主,多表现为逆冲推覆断裂和逆断层居多,故南部保存条件较好;在该地区的中部断裂主要以正断层为主,断面的倾向以北西向为主,主要发育在背斜的轴部,故中部地区保存条件较差;在该区的北部断裂多分布在背斜的两翼,具有多种类型的断裂,故北部保存条件中等。

进一步研究断层的性质和分布(图5.44)可知,在相同条件下,大亚-平安、太极-黔江、万木-宜居、偏柏-大溪、平凯-涌洞一带保存较好;葡萄-马武、保家-郁山、鹿角-桐楼、黑水-马刺、楠木一带保存较差。

3)构造样式

结合地质剖面图的构造特征,根据断层和褶皱样式、褶皱翼间角大小及地层倾角,将重庆地区的构造样式分成八类:背冲平拱、碟形向斜、逆冲断夹片、直立宽缓向斜、侧卧宽缓向斜、闭合向斜、高陡断褶皱和倒转向斜(表5.23)。 其中背冲平拱、碟形向斜构造样式主要分布在渝中-渝西地区;逆冲断夹片主要分布在渝东北盆缘高陡区;其他样式主要分布在渝东南褶皱带。

图5.44　渝东南地区构造纲要图

表5.23　重庆地区构造样式划分

续表

对上述构造样式的翼间角和两翼地层倾角进行进一步研究,得出翼间角大于150°,两翼地层最大倾角小于25°的构造样式(如背冲平拱,碟形向斜),对于页岩气的保存最为有利;翼间角为90° ~150°,两翼地层最大倾角为25° ~45°的构造样式(如直立宽缓向斜、侧卧宽缓向斜),对于页岩气的保存较为有利;翼间角小于90°,两翼地层最大倾角大于45°的构造样式(如高陡褶皱带,紧闭向斜,城口逆冲断夹片除外),不利于页岩气的保存。

4)侵蚀基准面

重庆市地处长江中上游,区内水资源丰富且水文地质环境较为复杂。 水系较发育,不仅有长江、嘉陵江、乌江三大主力水系,而且地下水类型多,水量丰富,导致区内地貌以侵蚀溶蚀地貌分布最为广泛。

为了避免地下水对页岩气藏的破坏,在评价页岩气保存条件时还应该考虑到该地区地下水的侵蚀基准面。

侵蚀基准面又称侵蚀基面,是河流垂直下切侵蚀的界限,是影响某一河段或全河发育的顶托基面。 其高低决定河流纵剖面的状态,其升降会引起长河段的冲淤和平面上的变化,在这个面上侵蚀停止或侵蚀与堆积达到平衡。 通过地表高程数据可以识别出有利区内侵蚀基准面标高。 通过对重庆地区地表高程数据研究,可以得出重庆地区地下水侵蚀基准面在500 m 以深,考虑地下水向下的渗透能力,将重庆地区页岩气保存的埋深上限定为600 m。

综上,针对重庆地区海相地层,页岩气保存条件的主要研究内容包括构造作用和演化历史、断层的封堵性、地层水条件及其在时间和空间上的组合关系。 在评价过程中,应具体问题具体分析,将页岩气保存条件的几个方面综合起来进行判断(表5.24),不能以一个指标的好坏而肯定或否定一个地区或领域。 参考常规油气保存条件的评价方法和综合评价指标体系的研究成果,本项目认为页岩气的保存条件需要从上述三个互为成因联系的方面进行分析。 其中,盖层和断层封闭性是影响保存条件的直接因素;后期构造运动则是影响保存条件和油气藏破坏与散失的根本原因;水文地质条件和地下流体化学—动力学参数是判识现实保存状况好坏的判识性指标(马永生,2006)。

表5.24　重庆地区页岩气保存条件综合评价指标体系

根据目前成功勘探开发页岩气的经验来看,有利的页岩气保存区应是地层产状平缓、断裂发育较少、地形平坦、构造样式完整,同时侵蚀基准面与目的层之间的相对位置对页岩气的保存也会有一定的影响。 总体来看,背冲平拱和碟形向斜是最有利的页岩气保存的构造样式,其中焦石坝区块(背冲平拱)是目前页岩气勘探最成功的区块之一,其目的层埋深适中、在侵蚀基准面之下、地层平缓。