0 引言
四川盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相富有机质页岩（TOC>2%）是中国页岩气勘探开发的主要领域［1-4］，2019年实现页岩气产量近154×108 m3［5］，页岩气已成为我国天然气上产的主体。下寒武统筇竹寺组海相页岩是我国南方最主要的页岩层系之一，具有厚度大、分布广、有机质含量高等特点［6-8］。针对筇竹寺组页岩气的勘探已开展十余年，目前尚未实现规模商业化的开发，仅在威远背斜、鄂西部分钻井获得工业气流，其中，位于四川盆地威远背斜威201-H3井获2.83×104 m3/d的测试产量［9］，金页1HF井获8×104 m3/d测试产量［10］，位于鄂西的宜页1井产气量为6.02×104 m3/d［11］。由于页岩气产量和开发效果明显不如相同勘探区的龙马溪组页岩气，近几年针对筇竹寺组部署的页岩气井相对较少。但随着页岩气勘探开发的不断深入，可供开发的有利区面积逐渐减少，新区接替层系的页岩气资源越来越引起大家的注意。
本文以威远—资阳地区10余口页岩气评价井和常规钻井分析为基础，针对重点取心井开展了生物地层划分工作，并结合研究区的地震处理解释，明确了威远—资阳地区筇竹寺组优质页岩的展布特征，分析了页岩气成藏要素，明确了页岩气富集的主控因素，建立了页岩气富集模式，指出了威远—资阳地区页岩气勘探开发的有利方向，以期为筇竹寺组页岩气勘探开发提供一定的理论指导。
1 地质背景
图1 研究区分布位置（a）及威远—资阳地区筇竹寺组底界埋深（b）Fig.1 The study area location（a） and buried depth map（b） of the bottom of Qiongzhusi Formation in Weiyuan-Ziyang areas |
2 地层及优质页岩展布
2.1 地层对比划分
肖滩剖面地处四川盆地与滇东北接洽带，出露良好，不论岩性地层还是生物地层均与两地区有关联，是研究下寒武统页岩地层的典型剖面。由于四川盆地内筇竹寺组岩心资料有限，故以肖滩剖面作为地层对比的依据。前人对肖滩剖面已经进行了详细的生物地层划分工作，该剖面下寒武统从下到上可分为朱家箐组（可分为待补段、中谊村段和大海段）、石岩头组和玉案山组。其中，朱家箐组与盆地内的麦地坪组对应（表1）。朱家箐组沉积于梅树村早期和中期，自下而上对应生物带：Anabarites trisulcatus⁃Protohertzina anabarica组合带、Paragloborilus subglobosus⁃Purella squamulosa组合带及Watsonella crosbyi组合带；石岩头组与玉案山组对应梅树村晚期和筇竹寺期。其中，石岩头组顶部对应Sinosachites flabelliformis⁃Tannuolina zhangwentangi组合带下部，玉案山组对应Sinosachites flabelliformis⁃Tannuolina zhangwentangi组合带上部、Parabadiella延限带和Eoredlichia⁃Wutingaspis组合带［13-15］。石岩头组与玉案山组划分主要以岩性特征为基础，玉案山组底部以黑色页岩为主，有机碳含量高（H4层段，图2），向下到石岩头组顶部有机碳含量明显降低，该高TOC层段作为玉案山组和石岩头组划分的标志。
表1 研究区地层划分标准及特征Table 1 Stratigraphic division standard and characteristics of study area |
| 阶 | 肖滩剖面 | 对应古生物带 | 四川盆地 | 对应古生物带 | 底界划分标志 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 筇竹寺阶 | 玉案山组 | Eoredlichia⁃Wutingaspis组合带 Parabadiella延限带 | 筇竹寺组（九老洞组） | 筇二段 | Eoredlichia⁃Wutingaspis组合带 Parabadiella延限带 | H4层段GR峰值下部 | |
| 梅树村阶 | Sinosachites flabelliformis⁃Tannuolina zhangwentangi组合带 | Sinosachites flabelliformis⁃Tannuolina zhangwentangi组合带 | |||||
| 石岩头组 | 筇一段 | H1层段GR峰值下部 | |||||
| 贫化石带 | 贫化石带 | ||||||
| 朱 家 箐 组 | 大海段 中谊村段 待补段 | Watsonella crosbyi 组合带 Paragloborilus subglobosus⁃Purella squamulosa组合带 Anabarites trisulcatus⁃Protohertzina anabarica 组合带 | 麦地坪组 | Watsonella crosbyi 组合带 Anabarites trisulcatus⁃Protohertzina anabarica 组合带 | 灯影顶 | ||
本文重点针对Y2井、W1井和W7井开展了生物地层划分工作，结合有机碳和自然伽马曲线特征，与肖滩剖面进行了地层对比与划分工作。认为W7井纵向上整体缺失H0层段（Gr峰值区），不发育麦地坪组。主要证据如下：①牛蹄塘遵义古盘虫Tsunyidiscus niutitangensis的出现与GR（H4层段）高峰值一致。Eoredlichia yaoyingensis出现在上部与H4峰上部的小GR峰值一致，推测2口井的三叶虫Eoredlichia yaoyingensis可以对比，筇二段（玉案山组）底部GR高峰（H4）区域可对比（图2）。②W1井的下寒武统中有大量的长石类（钾长石、斜长石）矿物出现，而对于典型的梅树村和麦地坪剖面，麦地坪组不发育长石类矿物［16］，初步推测W1井麦地坪组不发育。
针对Y2井生物地层对比分析发现，筇二段（玉案山组）下部未发现牛蹄塘遵义古盘虫Tsunyidiscus niutitangensi亚带，可能是取样问题，需后期进一步采集。目前仅发现Eoredlichia⁃Wutingaspis带上部的Yunnanocephalus亚带，且Eoredlichia yaojingensis与Yunnanocephalus yunnanensis同时出现。图2中H4层段上部的高GR区与W7井H4层段上部的2个小尖峰具有良好的对应关系，均为Yunnanocephalus亚带下部界限。而在H4层段高GR层段下部发现Tannuolina zhangwentangi化石，是Sinosachites flabelliformis⁃Tannuolina zhangwentangi组合带标准化石，对应到石岩头组（筇一段）顶部和玉案山组（筇二段）底部，进一步证实H4层段Gr峰与肖滩剖面对应关系良好。
本文初步将四川盆地内部早寒武世地层划分为麦地坪组、筇一段和筇二段，分别对应肖滩剖面的待补段+中谊村段+大海段、石岩头组和玉案山组，详见表1。
2.2 地层及有利层段展布
研究区内筇竹寺组从西向东呈现增厚的趋势（Y2井—JY1井—W1井—W7井—GS17井方向）（图2），厚度中心主要集中在GS17井一带，页岩厚度超过500 m。位于威远背斜上的W1井和W7井地层厚度变薄，底部缺失麦地坪组。JY1井位于相对凹陷区，下寒武统底部发育麦地坪组。肖滩剖面位于盆地西南部相对凹陷区，地层厚度相对较大。筇一段和筇二段的厚度变化趋势与筇竹寺组厚度变化趋势一致，沉积中心主要集中在GS17井一带，每段厚度超过300 m。值得一提的是，GS17井东部到高磨地区筇竹寺组迅速减薄，缺失麦地坪组和筇一段（靠近GS17井区域缺失部分筇一段）。
筇竹寺组共发育4套富有机质页岩（TOC>1%），分别对应图2中H1、H2、H3和H4共4个层段，是页岩气分布的有利层段。筇竹寺组底部的H1层段分布稳定，在W1井—W7井—GS17井区域厚度超过40 m，向盆地边缘（JY1井方向）厚度减薄。H2层段主要分布于GS17井一带，厚度超过50 m，向W7井方向迅速减薄至10 m左右，该套地层主要分布于GS17井一带，分布相对局限。H3层段分布相对稳定，厚度较大，位于W1井—W7井—GS17井一带厚度超过50 m。H4层段分布稳定，厚度变化小，但厚度在10~20 m之间，总体较薄。
3 页岩气富集模式
3.1 页岩储集特征
笔者通过对四川盆地威远地区W7井筇竹寺组页岩孔隙度分析发现，整体上筇竹寺组页岩各有利层段孔隙度存在一定的差异，页岩段的孔隙度主要介于0.88%~5.03%之间，平均约为2.93%。具体表现为：H3层段孔隙度最高，主要介于1.98%~5.03%之间，平均约为3.5%，其中中间TOC>1.5%层段孔隙度介于2.70%~5.0%之间，平均为4.22%，有机质丰度最高的部分层段由于页理发育，无法钻取柱塞，未获得实测孔隙度的值，测井解释该层段具有更高孔隙度。其次为H4层段，孔隙度主要介于2.64%~4.17%之间，平均约为3.58%； H1层段孔隙度最低， 主要介于0.88%~2.49%之间，平均约为1.77%（图3）。纵向上H3有利层段页岩孔隙度最高，是最优质的页岩储层。纵向上最底部的H1层段孔隙度偏低可能与储层压力有关，该层段直接与下部的常压气藏直接接触，储层压力相对较低，而较低的储层压力不利于页岩孔隙的保存［19-20］。由上文可知，位于威远背斜东北部的裂陷槽内的储层压力高于威远背斜，较高的储层压力利于页岩中孔隙的保存，由于GS17井属常规钻井，4个有利层段并未全部取心，仅H4层段有少量岩心，实测该层段5个样品的孔隙度为3.8%~4.7%，平均为4.32%，孔隙度大于W7井H4层段，页岩储层超压更利于页岩孔隙保存，GS17井页岩孔隙度应优于W7井。
3.2 页岩含气性特征
威远背斜附近W7井筇竹寺组页岩现场实测的解析气量介于0.001~1.577 m3/t之间，平均为0.28 m3/t。从图3中可以看出，页岩解析气量较高的层段主要集中在4个有利层段，其中底部H1层段解析气量最高，介于0.111~1.577 m3/t之间，平均值为0.637 m3/t。其次为H3层段，解析气量介于0.047~1.070 m3/t之间，平均为0.36 m3/t。H4层段含气量相对H1层段和H3层段偏低，但H4层段底部TOC>1.5%层段页岩的解析气量较高，介于0.6~0.9 m3/t之间，平均为0.7 m3/t。从总含气量上来看，W7井底部的H1层段含气量介于0.516~6.808 m3/t之间，平均为2.6 m3/t，含气量最高。其次是H3层段含气量介于0.12~4.4 m3/t之间，平均为1.376 m3/t。
威远背斜的筇竹寺组页岩气钻井较少，页岩的实测含气量数据相对较少。因此，笔者引入了气测录井数据，以反映页岩储层含气性特征，且威远地区及周边有多口常规钻井，通过页岩气井和常规钻井气测异常对比能有效推测常规钻井页岩储层的含气特征。从气测异常的统计可以看出，威远背斜上的W1井（与W7井紧邻）的H1、H2和H3有利层段均见气测异常显示（泥浆密度为1.35 g/cm3），实测为常压气藏，向东到裂陷槽内部GS17井筇竹寺组见多段气测异常段（泥浆密度为2.05 g/cm3），GS17井北部的ZJ2井（泥浆密度为2.0 g/cm3左右）亦见多层段的气测异常，GS17井—ZJ2井区域泥浆密度更大，预示着可能具有更高的储层压力（图4）。GS17井及周边地区更高的储层压力和孔隙度预示着更好的页岩气含量。
3.3 顶底板条件
威远—资阳—高石梯地区构造高部位发育震旦系灯影组常压气藏，其储层主要为碳酸盐岩岩溶储层，连通性好，部分构造低部位区域产水（图5）［21-22］。灯影组是筇竹寺组页岩排烃和散失的主要运移通道，灯影组与筇竹寺组页岩直接接触或中间夹麦地坪组。麦地坪组岩性以硅质页岩、磷块岩和泥质白云岩为主，具有良好的封闭性，其发育厚度越大，对筇竹寺组向下排烃的阻滞作用越强，越利于天然气在页岩储层中滞留保存。处于裂陷槽斜坡之上的W1井缺失麦地坪组，从而导致筇竹寺组与灯影组直接接触（风化壳），造成筇竹寺组页岩气藏底板封盖能力不足，故相对不利于页岩气的保存。向东北部裂陷槽内GS17井在筇竹寺组上部见气测异常，属超压气藏，虽然此区域在筇竹寺组底部发育麦地坪组地层，但而在下部地层中仍未见气测异常，表明距灯影组较近的筇竹寺组地层压力较上部仍然偏低，亦表明灯影组风化壳对筇竹寺组底部页岩储层含气性确有影响。W7井向下储层压力降低亦或是底部页岩孔隙度相对较低的原因。总体而言，麦地坪组厚度越大，对筇竹寺组向下排烃的抑制作用越强，底板条件越好，越有利于页岩气的富集。筇竹寺组有利层段顶部有超过100 m相对致密的页岩作为盖层，顶板条件相对较好。
3.4 页岩气富集成藏模式
根据前文对灯影组气藏、筇竹寺组页岩气成藏因素的分析，建立了威远—资阳—高石梯地区的页岩气成藏富集模式（图6）。筇竹寺组纵向上发育4套含气页岩，但含气性纵向和横向存在一定的差异，越远离底部的灯影组风化壳，页岩储层压力越大，孔隙度越高；同时，底板麦地坪组的厚度对页岩保存起到良好作用，其厚度越大，越利于页岩气的保存。而从横向上来看，从威远背斜到裂陷槽方向，页岩的沉积厚度逐渐增大，且储层品质更优。总体从威远到裂陷槽方向页岩储层具有更优的页岩原始沉积环境，而H3层段储层厚度大，距底板距离远，压力高，是页岩气勘探开发的最有利层段。GS17井所处的裂陷槽地区具有良好的原始沉积条件，且底板麦地坪组地层厚度较大，对筇竹寺组页岩气藏起到了底板封隔的作用，保存条件相对较好，储层压力（根据泥浆密度2.05 g/cm3仍见气测异常推测储层超压）高，页岩气成藏条件总体优于威远地区。处于斜坡之上的威远地区由于底部缺少麦地坪组作为底板封隔，与灯影组风化壳直接接触，致使气体散失较多，地层压力较低，保存条件不及裂陷槽内部，且该地区页岩厚度及品质不及裂陷槽内部，页岩气成藏条件不及裂陷槽内。在裂陷槽内（GS17井一带）筇竹寺组页岩储层发育超压层段，利于页岩中纳米孔隙的保存，是页岩气富集的有利区域。总体而言，筇竹寺组页岩气富集的关键是寻找孔隙发育的超压区，原始沉积环境和保存条件是页岩气富集的主控因素。
四川盆地内筇竹寺组海相页岩气的富集较龙马溪组有其自身的特点，其富有机质页岩厚度（TOC>1%）更大，页岩矿物组成纵向变化较小（利于压裂过程裂缝的纵向动用），相对利于页岩气富集与开发，但与龙马溪组页岩相比，筇竹寺组孔隙度相对偏低，页岩生烃时间早，扩散时间长，且底部为常压气藏或水层，相对不利于页岩气的富集。
4 资源潜力及挑战
4.1 资源潜力
威远背斜核部附近的W1井的水平段（常压气藏）在H3层段（含气量介于0.242~4.44 m3/t之间，平均为1.624 m3/t），累计获得页岩产量超680×104 m3。该井的水平段长737 m，压裂施工参数水平整体较低（加砂强度为0.5 t/m左右），该井产量不高与储层常压、水平段段长较短和压裂参数偏低有关。随着近些年工程技术水平的提高，可以预见，在页岩储层厚度更大、压力更高、页岩气成藏条件更优越的裂陷槽内，页岩气井的产量会更高。目前威远及周边地区页岩气分布的有利区主要分布于威远周边及东北部的裂陷槽内，笔者结合埋深、TOC、孔隙度、储层厚度等特征，优选出4 500 m以浅有利区面积3 300 km2，H2、H3、H4有利层段资源量超1.5×1012 m3（H1层段靠近底板，埋深大，孔隙度低，笔者本次未计算），其中，H2层段资源量为0.27×1012 m3，H3层段资源量为0.8×1012 m3，H4层段资源量为0.45×1012 m3，页岩埋深5 000 m以浅面积6 200 km2，H2、H3、H4有利层段资源量为3.5×1012 m3。威远资阳地区5 000 m以浅页岩气分布有利区详见图7。
4.2 风险与挑战
由于筇竹寺组页岩成熟度较高（R O值在3.2%~3.5%之间）（图3），孔隙度相对较低，裂陷槽内的超压区是否具备高产条件需进一步勘探证实。此外，页岩气富集的有利区（裂陷槽内）储层埋深较大（4 000 m左右或更深），页岩的经济有效开发是未来所面临的现实问题。值得注意的是，筇竹寺组页岩储层具有更高的长石含量，页岩储层与龙马溪组存在一定的差异，且有利区地应力条件目前亦尚未明确，深部裂陷槽内压裂改造效果能否达到预期存在不确定性。
5 结论
（1）结合生物地层划分，并对比四川盆地肖滩剖面初步建立筇竹寺组地层划分标准，明确了地层及有利层段（TOC>1%）的展布特征，具总体向裂陷槽内呈增厚的趋势。
（2）明确了威远—资阳地区页岩孔隙度、含气性、储层压力向裂陷槽内呈增大的趋势，建立了筇竹寺组页岩气的富集模式，指出储层超压和孔隙发育是页岩气富集的关键，明确裂陷槽内储层厚度大、储层超压、顶底板条件好是页岩气富集的有利区。
（3）优选了筇竹寺组页岩气分布有利区，计算5 000 m以浅资源量3.5×1012
m3，资源潜力巨大，指出下步勘探开发的重点是落实裂陷槽内页岩气开发潜力。该套页岩层系厚度大，但成熟度高、孔隙度偏低且埋深较大，裂陷槽内虽呈现较好的页岩气成藏条件，但能否实现规模经济开发有待进一步证实。
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