DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2018.08.019

四川盆地外复杂构造区页岩气地质条件及含气性特征：以湘西北五峰组—龙马溪组为例

秦明阳^{1, 2}，郭建华¹，何红生²，黄俨然^{1, 3}，焦鹏¹，刘辰生¹，郑振华²，郭军²，曹铮⁴，王崇敬⁵，薛圆⁶

(1. 中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙，410083；

2. 湖南省煤炭地质勘查院，湖南 长沙，410014；

3. 湖南科技大学 页岩气资源利用湖南省重点实验室，湖南 湘潭，411201；

4. 中国石油大学 地球科学与技术学院，山东 青岛，266580；

5. 辽宁科学技术大学 矿业学院，辽宁 阜新，123000；

6. 中石化石油工程地球物理有限公司 胜利分公司，山东 东营，257086)

摘 要：

气地质条件分析为基础，结合其他钻井及前人成果，对比国内外页岩气田地质特征，系统研究四川盆地外复杂构造区湘西北五峰组—龙马溪组页岩气地质特征及含气性，指出未来勘探方向。研究结果表明湘西北五峰组—龙马溪组与四川盆地涪陵地区的页岩气聚集条件相近，具有4个显著特征：1) 深水陆棚相发育富有机质页岩厚度超过20 m，富含有机质、硅质、黄铁矿以及笔石化石；2) 有机质属于Ⅰ型干酪根，有机碳质量分数w(TOC)普遍大于2.0%，自西向东逐渐减小，镜体反射率R_o主要在2.0%~3.0%之间，热演化达到过成熟阶段；3) 矿物成分以石英为主，平均质量分数为47.9%，黏土矿物(主要是伊/蒙混层)次之，平均质量分数为26.9%，碳酸盐岩矿物质量分数低于10%，页岩普遍发育微孔隙(主要为有机质孔、晶间孔、溶蚀孔)和微裂缝，储层吸附能力强；4) 五峰组—龙马溪组页岩含气量为1.0~3.5 m³/t，以解吸气为主，甲烷体积分数超过90%。深水陆棚相发育丰富有机质，奠定了五峰组—龙马溪组页岩气聚集基础，但含气性受控于盖层、埋深及断裂等保存条件。未来勘探方向应集中于桑植—石门复向斜内龙山—永顺一带向斜核部。

关键词：

湘西北；五峰组—龙马溪组；页岩气；地质条件；含气性；

中图分类号：TE122             文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2018)08-1979-12

Geological conditions and gas-bearing characteristics of shale gas in complex structure area out of Sichuan basin: a case of Wufeng—Longmaxi formation in Northwestern Hunan, China

QIN Mingyang^{1, 2}, GUO Jianhua¹, HE Hongsheng², HUANG Yanran^{1, 3}, JIAO Peng¹, LIU Chensheng¹, ZHENG Zhenhua², GUO Jun², CAO Zheng⁴, WANG Chongjing⁵, XUE Yuan⁶

(1. School of Geosciences and Info-Physics Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;

2. The Survey Academy of Coal Geology of Hunan Province, Changsha 410014, China;

3. Key Laboratory of Shale Gas Resource Utilization of Hunan Province,

Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China;

4. School of Geosciences, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China;

5. College of Mining Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China;

6. Shengli Branch of SINOPEC Geophysical Co. Ltd., Dongying 257086, China)

Abstract: Based on the analysis of the geological conditions of shale gas in Yongye 2 Well, combined with other drilling wells and predecessors’ results, and compared with successfully developed shale gas fields at home and abroad, shale gas geological characteristics and gas-bearing of Wufeng—Longmaxi formation in complex structure area out of Sichuan basin were comprehensively researched, and future exploration direction was also pointed out. The results show that shale gas accumulation conditions of Wufeng—Longmaxi formation in the northwest Hunan are similar to those in Fuling block of Sichuan Basin, and there are four apparent features. 1) Under deep-water shelf facies, the thickness of shale is more than 20 m, which is rich in organic matter, siliceous, pyrite and graptolite. 2) Organic matter belongs to Ⅰ type kerogens. The mass fraction of TOC is generally greater than 2.0%, and decreases from west to east gradually. R_o is mainly between 2.0% and 3.0%, and thermal evolution reaches over-mature stage. 3) Mineral composition is mainly quartz, with the average mass fraction of 47.9%. Clay minerals (mainly I/S mixed layer) are secondary with average mass fraction of 26.9%, but carbonate minerals content is less than 10%. Micropores(mainly organic pores, intercrystalline pores, dissolved pores) and micro-cracks develop generally and adsorbed capacity is strong. 4) Gas-bearing content of Wufeng—Longmaxi formation is 1.0-3.5 m³/t, adsorbed gas is dominant and methane volume fraction is more than 90%. Based on comprehensive study, deep-water shelf develops rich organic matter, which is the base of shale gas accumulation of Wufeng—Longmaxi formation. However, gas content depends on preservation conditions, such as capping layer, buried depth and fracture. The future exploration direction should be focused on the syncline core from Longshan to Yongshun of Sangzhi—Shimen Synclinorium.

Key words: Northwestern Hunan; Wufeng—Longmaxi formation; shale gas; geological condition; gas-bearing property

页岩气是一种新型清洁、高效非常规天然气资源，主要以游离态赋存于页岩孔隙和裂隙中，或者以吸附态赋存于干酪根和黏土矿物表面，属于典型的“自生自储自盖、原地成藏”模式^[1-2]。在美国“页岩气革命”推动下，我国南方油气勘探迎来新的机遇和挑战，2016年四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气产量超50亿m³，预计2020年，全国页岩气产量将达300亿m^3[3-4]。湖南是一个“缺煤、无油、少气”的能源匮乏省份，能源短缺长期制约社会经济发展。然而，相比四川盆地，湘西北永顺、龙山、保靖等区块五峰组—龙马溪组多年来勘查缺乏实质性成果，部分学者质疑其聚集条件及含气性。CHEN等^[5]围绕四川盆地、五峰组—龙马溪组页岩气地质特征进行了研究。赵文智等^[6]从沉积、热演化、盖层、构造等角度进行研究，认为四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气聚集条件优越。李博等^[7]提出盆地外复杂构造区五峰组—龙马溪组页岩的5大主要核心评价指标体系，包括优质页岩厚度、TOC质量分数w(TOC)、脆性矿物质量分数、含气性及保存条件等，并指出盆地外区块仍具有勘探潜力。国内学者根据四川盆地焦石坝五峰组—龙马溪组勘探实践，提出“中国式”复杂构造区高演化海相页岩气“二元”富集规律：深水陆棚优质泥页岩是物质基础；良好保存条件是关键^[8-12]。范二平等^[13-17]认为湘西北五峰组—龙马溪组w(TOC)高及热演化程度高，发育多种类型的孔隙，埋深适中，具有形成页岩气藏的良好潜力。李海等^[18]认为湘鄂西地区经历了复杂多期构造运动，保存条件成为页岩气富集的关键。湘西北地区五峰—龙马溪组页岩虽然与四川盆地同属上扬子板块，但其地质条件有2个显著特点：1) 位于晚奥陶世—早志留世深海陆棚相东缘，富有机质页岩特征横向及纵向变化较大；2) 燕山—喜山期构造运动强度大，形成现今复向斜构造格局，五峰组—龙马溪组仅残存于孤立向斜核部，影响页岩气的富集和保存。目前，专门针对湘西北五峰组—龙马溪组页岩气地质特点、保存条件以及含气性特征等方面研究较少，导致对其聚集条件认识不足，严重制约勘查进展。为此，本文作者对其进行研究。

1  区域地质背景

晚奥陶世—早志留世，上扬子地区受华南板块挤压转换为前陆挠曲盆地，加之受江南—雪峰、黔中及川中隆起等影响，湘西北整体处于封闭、安静、缺氧、还原的深水陆棚环境(图1)，在上升洋流(五峰组)及滞流缺氧环境和缺乏陆源碎屑(龙马溪组)等作用控制下沉积了一套黑色富含页理的笔石页岩，并富含硅质、炭质以及黄铁矿，五峰组顶部观音桥段发育泥灰岩(图2)^[19-20]。深水陆棚相东缘抵达桑植东—永顺东—保靖—花垣一线，但逐渐向西迁移，靠近江南—雪峰古陆地区变为浅水陆棚相。随着水体逐渐变浅，纵向上依次发育硅质页岩、粉砂质页岩以及泥质页岩，TOC质量分数w(TOC)逐渐减小，笔石多样性逐渐减少，烃源岩变差^[21]，见表1。硅质页岩厚度自西向东逐渐变小，盆地内焦页1井页岩厚度约38 m，向东至来页1井厚度约20 m，至研究区西部龙参2井、桑页1井约13 m，永页1井、永页2井减少至5 m，而东部慈页1井仅发育2 m。研究区粉砂质页岩厚度发育相对稳定，约10 m；泥质页岩自西向东逐渐增厚，与硅质页岩呈相反趋势，见图3。

图1  研究区地质背景图

Fig. 1  Geological background map of study area

图2  永页2井岩心及镜下观察特征

Fig. 2  Core and microscopic observation characteristics of Yongye 2 Well

表1  永页2井五峰组—龙马溪组纵向地质特征

Table 1  Vertical geological characteristics of Wufeng—Longmaxi Formation in Yongye 2 Well

图3  五峰—龙马溪组横向对比图

Fig. 3  Cross comparison map of Longmaxi Formation

研究区主体位于湘鄂西冲断褶皱带桑植石门复向斜内，受保靖—慈利大断裂控制，燕山期—喜山期多期次压扭性构造运动产生了强烈的冲断、褶皱及抬升剥蚀作用，形成如今NNE或NE走向为主的“基底卷入式”褶皱和断裂体系，背斜核部多出露于震旦—奥陶系，五峰组—龙马溪组已经剥蚀殆尽，而向斜核部主要为中—下三叠统。五峰组—龙马溪组仅残存于不连续、孤立的向斜等^[22-24]。

2  有机质特征

2.1  有机质类型

不同类型有机质的元素组成和分子结构有明显差异，演化特征及产物不同，并影响生烃能力^[25]。永页2×井五峰组—龙马溪组岩心干酪根显微组分鉴定结果表明：干酪根以腐泥组为主，质量分数达89%~92%，沥青质量分数3%~9%，惰质组质量分数仅为1%~3%，干酪根类型指数高达80.75~85.75，平均为82.65。此外，五峰组—龙马溪组为海相沉积，当时还未出现陆生高等植物，烃源岩主要来源于低等海生生物，如浮游生物和菌藻类，尤其以笔石最丰富。综合判断为有机质类型较好的腐泥型(Ⅰ型)，生烃潜力大。

2.2  有机质丰度

北美Barrnet页岩及四川盆地涪陵区块五峰组—龙马溪组勘探实践表明，丰富有机质是页岩气“成烃控储”基础^[2]。对于南方高成熟—过成熟海相烃源岩，利用岩石热解法得到的生烃潜量“S₁+S₂”值普遍低于0.1 mg/g(S₁为游离烃，S₂为热解烃)，失去评价意义。本次采用残余有机碳质量分数w(TOC)评价烃源岩有机质丰度。通常w(TOC)越高，生烃能力越强，储层吸附能力也越强。目前，商业性页岩气聚集开发的w(TOC)下限值一般为2.0%，但李贤庆等^[26]认为在高热演化地区可以降至1.0%。

湘西北五峰组—龙马溪组w(TOC)普遍大于2.0%，自西向东有降低趋势；西部龙参2井w(TOC)高达5.96%，东部永页2井一带w(TOC)为2.0%~4.0%。五峰组—龙马溪组w(TOC)纵向变化特征明显，硅质页岩、粉砂质页岩、泥质页岩逐渐由2.0%以上降低至0.5%(见表1)。

2.3  有机质热演化程度

勘探实践结果表明，南方五峰—龙马溪组页岩气属于典型“热成因、干气型”。热演化程度(或成熟度)是确定有机质生成油气的关键指标。国际上普遍认为研究干酪根热演化程度的最佳参数是镜质体反射率(R_o)。北美商业性开发的页岩层系R_o=1.1%~3.0%，而四川盆地焦石坝地区五峰—龙马溪组R_o普遍超过2.0%。针对南方下古生界海相具有地层时代老、热演化程度高、缺乏镜质组等特点^[26]，目前普遍采用沥青反射率换算得出镜质体反射率R_o(R_o=0.618 8R_b+0.40)，评价有机质成熟度。

湘西北4口井测试结果基本一致，镜质体反射率普遍在2.0%~3.0%之间，热演化程度达到过成熟阶段，与四川盆地涪陵地区相比略低。东部永顺地区有机质热演化程度较低，而西部桑植、龙山一带明显增高(表2)。国内外勘探结果表明：高成熟度不是热成因页岩气聚集的主要制约因素，在南方古生界海相页岩有机质成熟度普遍较高的背景下，湘西北五峰组—龙马溪组热成熟度相对适中^[27-28]。

3  储层特征

3.1  矿物成分

矿物成分是页岩储层评价和研究的主要内容之一。商业开发的页岩必须具备高脆性矿物(质量分数＞40%)、低黏土矿物(质量分数＜30%)的特征^[25]。永页2井五峰组—龙马溪组页岩19块样品XRD分析结果表明：矿物以石英、黏土矿物为主，含有少量碳酸盐岩、长石、黄铁矿等；石英质量分数为34.6%~62.2%，平均为47.9%；黏土矿物质量分数为14%~54.2%，平均为26.9%；碳酸盐岩矿物质量分数为0~22.7%，平均为6.8%；黄铁矿质量分数为0.7%~14.3%，平均为4.5%。黏土矿物以伊/蒙混层为主，质量分数为36%~95%，平均为75.9%。伊利石、绿/蒙混层次之，其矿物成分与焦页1井、威201井的成分类似，见表2。将石英+长石+黄铁矿、碳酸盐岩以及黏土矿物质量分数作为三端元，制作三角图，五峰组—龙马溪组主要为硅质页岩^[28](图4)。与Barnett页岩相比，五峰组—龙马溪组具有更高硅质质量分数，易于在水力压裂过程中形成复杂网状缝隙，大幅度提高储集空间及渗流能力。

表2  南方地区五峰组—龙马溪组多井地质特征对比

Table 2  Geological characteristic comparison of Wufeng—Longmaxi Formation in South China

图4  五峰组—龙马溪组页岩矿物组成特征

Fig. 4  Minerals composition characteristic map of Wufeng—Longmaxi Formation

3.2  孔隙特征

通过氩离子抛光+扫描电镜观察，发现五峰组—龙马溪组页岩储层具备超微观复杂孔隙结构，孔隙多呈开放型，包括有机质孔、矿物溶蚀孔、黄铁矿晶间孔等类型，孔隙为几十至几百纳米，尤其是有机质孔最发育(图5)。此外，普遍观察到微裂缝，宽几十纳米，长度为几微米^[29-30]。

有机质孔是有机质热演化过程中，干酪根生烃消耗有机组分或者水分而产生的孔隙^[31]，如气孔、沥青球粒孔等，有机质体内部含有上百个小孔隙，镜下呈近球形、椭圆形、弯月形等，孔径为5~550 nm，平均为100 nm左右(图5(a))。南方高演化海相页岩储层中大量有机质孔是控制页岩气储集和渗流的最主要因素^[32-33]。

矿物溶蚀孔可能是石英、碳酸盐岩矿物、黏土矿物等不稳定矿物在埋藏过程中发生溶蚀现象形成的孔隙，孔径为50~500 nm(图5(b))。五峰组—龙马溪组页岩经历了较大埋深和生烃过程，故溶蚀孔较发育。

黄铁矿集合体内部可见大量晶间孔，孔径为30~200 nm，内部具有一定连通性(图5(c))。

微裂隙可能与微沉积构造或后期成岩等作用有关，其一般为微米级(图5(d))。在低基质孔隙页岩中开放型微裂缝成为控制产量的主要因素^[1]。

永页2井五峰组—龙马溪组页岩核磁共振弛豫时间T₂谱普遍具有双峰特征。页岩弛豫时间T₂谱中左峰最大弛豫时间基本小于10 ms，离心前后始终存在，代表微孔隙(有机质孔及无机质孔)；右峰弛豫时间为10~100 ms，离心后谱峰消失代表微裂缝。本次测试中9块样品具有双峰特征，仅1块样品为单峰特征，说明页岩中普遍发育微孔隙和微裂缝^[34-35](图6)。李军 等^[34]提出孔径低于5 μm 时核磁共振弛豫时间T₂与孔径r_d的关系为r_d≈50T₂。利用该公式，可得页岩饱和水状态下核磁谱转化为孔径分布，左峰T₂集中分布在 0.1~2 ms，主峰值约为0.9 ms，少量为4 ~10 ms。与此相对应，孔隙直径集中分布在5~100 nm，峰值为45 nm 左右，少量孔隙直径为200~500 nm。右峰集中在20~200 ms，主峰集中在50 ms，与此对应微裂缝集中在1~10 μm，峰值为2.5 μm，与扫描电镜观察结果一致。

图5  永页2井五峰组—龙马溪组扫描电镜下孔隙特征

Fig. 5  Pore characteristic of SEM of Wufeng—Longmaxi Formation in Yongye 2 Well

图6  永页2井五峰组—龙马溪组核磁共振谱特征

Fig. 6  Spectrum characteristic of Wufeng—Longmaxi Formation in Yongye 2 Well

页岩中复杂微观孔隙—裂隙网络系统为页岩气提供了有效储集空间和主要渗流通道，对聚集和开发有重要意义。

3.3  等温吸附

页岩气作为非常规天然气，在原始储层中，体积分数为20%~80%以吸附态存在。在焦石坝地区异常高压条件下，五峰组—龙马溪组吸附气占27.1%~47.8% (体积分数)，平均为34.3%^[9]。页岩吸附能力成为评价储层和认识页岩气产量的重要参数之一^[36-37]。国内外普遍开展了页岩甲烷等温吸附实验，测试页岩在不同压力下吸附甲烷的体积，并采用Langmuir模型进行拟合，计算得到的Langmuir体积反映了页岩储层所具有的最大吸附容量。永页2井5个样品最大附气量为1.27~5.95 m³/t，平均为3.62 m³/t；Langmuir压力为1.40~3.97 MPa，平均为2.75 MPa，表明页岩对甲烷具有良好吸附能力。随w(TOC)增大，最大附气量增大，但Langmuir压力降低。这是因为在高热演化页岩中，有机质发育的丰富孔隙具有巨大比表面积，有利于吸附大量甲烷^[38-39](图7)。

4  含气性特征

页岩含气性特征是决定是否具有工业价值的最直接指标。永页2井五峰组—龙马溪组含气性特征纵向变化明显，硅质页岩总含气量高，为2.0~3.5 m³/t；粉砂质页岩含气量一般，为1.0~2.0 m³/t，总体上硅质页岩及粉砂质页岩中解吸气体积分数为33.8%~79.0%，平均为55.4%。泥质页岩段总含气量低于1.0 m³/t，以残余气为主(见表3、图7)。而顶板新滩组灰绿色页岩总含气量低，小于0.1 m³/ t，以残余气为主。

永页2井五峰组—龙马溪组页岩气中以甲烷为主(平均体积分数超过90%)，含有少量乙烷和丙烷，与已获得工业开发的四川盆地长宁—威远、涪陵等区块相近(表3)，具有良好含气性，且游离气体积分数高，有利于后期开发^[40-42]。

表3  南方五峰—龙马溪组含气性特征

Table 3  Gas-bearing characteristic of Wufeng—Longmaxi Formation in South China

图7  永页2井页岩气地质特征柱状图

Fig. 7  Geological characteristic bar maps of shale gas in Yongye 2 Well

5  问题与讨论

5.1  页岩含气性影响因素

5.1.1  深水陆棚相奠定页岩气聚集基础

在深水陆棚相下，发育了丰富有机质，在热成熟过程中形成了大量页岩气，内部发育的有机质孔不仅为游离气富集提供了空间，而且对吸附气富集起了决定性作用。五峰组—龙马溪组有机质及其内部孔隙构成了最佳源－储匹配关系，最有利于形成和富集页岩气^[43]。王飞宇等^[44-45]发现在过成熟阶段，高w(TOC)页岩(＜5%)具有较高的页岩孔隙度和含气饱和度，游离气体积分数高，更容易获得高产。类似于四川盆地^{[11, 32]}，永页2井五峰组—龙马溪组总含气量随w(TOC)增大而增大，相关系数达0.715(图8)，而与石英、黏土矿物质量分数等相关性较低。

5.1.2  构造保存条件是页岩气聚集的关键

国内外成功开发的页岩气层系地质及地球化学参数差异很大，说明其不是获得工业产能的关键^[1]，而构造保存才是关键^[8-12]。

图8  永页2井含气性与w(TOC)关系图

Fig. 8  Relationship between gas content and w(TOC) in Yongye 2 Well

GUO等^[11]指出页岩气聚集首要焦点是盖层。五峰组—龙马溪组顶板为灰绿、灰、黄绿色页岩(泥岩)和粉砂质页岩，累计厚度超过200 m，分布稳定，可作为区域性盖层，对页岩气形成良好遮挡。底板宝塔组为龟裂状灰岩，压汞法测试结果为低孔低渗灰岩，但龟裂纹直径一般为5~15 cm，纹宽为0.5~15.0 mm，被泥、粉砂充填，不受沉积环境、岩相和层位严格控制，层面、侧面和底面上均呈不规则多边形，非均质性强，影响对油气遮挡，导致页岩气逸散。焦页1井、永页2井邻近底板五峰组含气量低可能与此有关。

湘西北五峰组—龙马溪组经历了志留纪、中泥盆世、石炭纪末—中侏罗世3个沉降期，中侏罗世之后进入漫长抬升期，遭受剥蚀^[24]。区域埋藏史具有抬升剥蚀时间长、隆升幅度大的特点。以永页2井为例，五峰组—龙马溪组烃源岩在侏罗世进入生干气阶段，热演化停滞，烃源岩演化程度适中(R_o为2.0%~3.0%)。

近年来，勘探实践结果证实良好保存条件是海相页岩气富集与高产的关键因素。燕山运动形成隆凹相间格局，背斜因区域性盖层被剥蚀及断裂发育而导致页岩气聚集被破坏。但向斜部位由于埋深大、变形相对较弱、断裂不发育、盖层条件好等形成有效空间配置属于残余型或完整型构造样式，有利于页岩气的聚集和保存。

5.2  勘探前景

湘西北地区五峰组—龙马溪组页岩气具有与四川盆地相似的聚集条件，有机质类型好，w(TOC)普遍超过2.0%，热演化进入高成熟阶段，生烃潜力已不是关键问题，断裂及埋深影响成为决定页岩气含气性的关键。在四川盆地周缘同一构造区，深部比浅部具有更好保存条件^[3]。龙参1井、永页1井因埋深浅(＜600 m)而含气量低甚至不含气^[15]，但在向斜核部适中埋深(1 500~3 500 m)、远离断层、保存条件较好条件下，永页2井、龙参2井五峰组—龙马溪组含气性好，总含气量达2~4 m³/t，以解吸气为主，且甲烷体积分数高于90%，具有良好勘探开发条件。因此，未来勘探应集中在龙山—永顺一带向斜核部，即脉龙界向斜、靛房向斜、龙家寨向斜及青安坪向斜等(图9)。

图9  湖南永顺区块地质剖面图

Fig. 9  Geologic section maps of Yongshun block in Hunan

6  结论

1) 湘西北地区五峰组—龙马溪组发育于深水陆棚相，富有机质页岩厚度达20 m，富含有机质、硅质、黄铁矿以及笔石化石。

2) 五峰组—龙马溪组页岩有机质为Ⅰ型干酪根，w(TOC)普遍大于2.0%，自西向东逐渐减小；R_o主要为2.0%~3.0%，热演化达到过成熟阶段。

3) 矿物成分以石英为主，黏土矿物(主要是伊/蒙混层)次之，碳酸盐岩矿物质量分数低。页岩普遍发育微孔隙(主要为有机质孔、晶间孔、溶蚀孔)和微裂缝，储层吸附能力强。

4) 五峰—龙马溪组含气量为1.0~3.5 m³/t，以解吸气为主，甲烷体积分数超过90%。

5) 对于湘西北五峰组—龙马溪组，深水陆棚页岩中丰富的有机质奠定了聚集基础，构造保存是页岩气聚集的关键，未来勘探方向位于龙山—永顺一带向斜核部。

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(编辑  陈灿华)

收稿日期：2017-09-08；修回日期：2017-12-21

基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(41603046)；湖南省自然科学基金资助项目(2017JJ1034)；湖南省科学技术厅软科学计划项目(2014ZK3043)；湖南省国土资源厅软科学研究项目(2014-01)(Project(41603046) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2017JJ1034) supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province; Project(2014ZK3043) supported by the Department of Science and Soft Science Plan of Technology of Hunan Province; Project(2014-01) supported by the Soft Science Plan of Department of Land and Resources of Hunan Province)

通信作者：郭建华，教授，博士生导师，从事沉积学与石油地质研究；E-mail：gjh796@csu.edu.cn

摘要：以永页2井页岩气地质条件分析为基础，结合其他钻井及前人成果，对比国内外页岩气田地质特征，系统研究四川盆地外复杂构造区湘西北五峰组—龙马溪组页岩气地质特征及含气性，指出未来勘探方向。研究结果表明湘西北五峰组—龙马溪组与四川盆地涪陵地区的页岩气聚集条件相近，具有4个显著特征：1) 深水陆棚相发育富有机质页岩厚度超过20 m，富含有机质、硅质、黄铁矿以及笔石化石；2) 有机质属于Ⅰ型干酪根，有机碳质量分数w(TOC)普遍大于2.0%，自西向东逐渐减小，镜体反射率R_o主要在2.0%~3.0%之间，热演化达到过成熟阶段；3) 矿物成分以石英为主，平均质量分数为47.9%，黏土矿物(主要是伊/蒙混层)次之，平均质量分数为26.9%，碳酸盐岩矿物质量分数低于10%，页岩普遍发育微孔隙(主要为有机质孔、晶间孔、溶蚀孔)和微裂缝，储层吸附能力强；4) 五峰组—龙马溪组页岩含气量为1.0~3.5 m³/t，以解吸气为主，甲烷体积分数超过90%。深水陆棚相发育丰富有机质，奠定了五峰组—龙马溪组页岩气聚集基础，但含气性受控于盖层、埋深及断裂等保存条件。未来勘探方向应集中于桑植—石门复向斜内龙山—永顺一带向斜核部。