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[摘 要]湖北省志留系整体属于华南板块北部，巴洪冲断带前缘的中扬子地块中北部地区，以陆棚-次深海相沉积为主，暗色泥页岩发育。根据野外地质踏勘与露头调查、钻井和地化指标分析，认为湖北省志留系具有很好的页岩气生成条件。湖北省志留系页岩地层分布广、埋深适中、页岩厚度大（≥30 m）、有机质丰度高（≥2.0%）、有机质热成熟度适中（2.5%≤Ro≤3.0%）、含气量较高、页岩脆性矿物含量高（≥30%）、粘土矿物含量中等（≤40%）、有良好的盖层和封闭条件。结合国内外页岩气勘探及开采经验，选取适于该区的评价指标，当阳-京山一带当阳复向斜、秭归盆地以南的绿葱坡周缘地区、利川复向斜北端的建始西北一带为页岩气勘探远景区。
中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0055-02
1 地质背景
湖北省在大地构造上属华南板块北部，巴洪冲断带前缘的中扬子地块中北部地区。中扬子地块是指郯庐断裂以西、齐岳山断裂以东、江南雪峰推覆隆起带以北、秦岭大别造山带以南的地区，区域面积约13.4×104km2。该区是发育在非均一性太古宙—古元古代结晶基底和中—新元古代褶皱基底之上，由中生界、古生界组成，介于南（华夏地块）北（秦岭—大别构造带）两大构造系统之间，经历中—新生代多体制和多旋回作用的构造块体。由于印支其以来的多期次的构造变形变位演化阶段，中扬子地块形成了南北分带、东西分块的构造格局，形成了秦岭造山带南侧及江南造山带北侧推覆结构、江汉盆地陆相断陷区块断结构、湘鄂西区挤压隆升结构等三种典型构造。该区钻井均在志留系钻遇良好的页岩，证实了该区志留系页岩气具有良好的勘探远景（图1）。
通过对富有机质泥页岩岩相古地理特征的研究，认为湖北省志留系龙马溪组黑色页岩的出现主要与华夏板块向华南板块逆冲推覆、华南板块挠曲变形沉降有关。志留纪早期，伴随华夏大陆向北逆冲推覆，整个华南地区继续保持奥陶纪就已经形成的前陆盆地沉积特点，湖北地区位于跨越了前陆盆地的前渊、前隆和隆后，总体上表现隆、凹相间的古地理格局（圖2）。鄂东南通山留嘴桥至崇阳三山桂花泉一带处于前渊凹陷位置，表现为持续的沉陷，海侵体系域沉积盆地相硅泥质-斜坡浊积砂泥质，高水位体系域沉积陆棚相砂泥质沉积。鄂西和鄂西北地区，在海平面持续上升和陆隆区地壳持续上升的背景条件下，持续隆起的陆隆地区未固结沉积物的水下剥蚀及其对凹陷地区的填平作用基本抵消了区域内地壳的不均匀升降活动对古地理格局的影响，而不至于出现太明显的沉积相变化。
2 页岩气生成条件
2.1 页岩质量
2.1.1 页岩厚度与展布
从北美观点来看，页岩不仅包括国内传统意义上的页岩，还包括暗色泥岩，统称为页岩[16]。下志留统龙马溪组厚度一般只有几米至几十米。该套黑色页岩沿着巴东-宜昌-远安-京山一带及以北较发育，厚度约50-70m；江汉盆地南部及崇阳-通山一带不发育，厚度一般为30-40m。另外沿着着四川盆地东南部边缘城口-万县-彭水一带最为发育，向东西两侧该套烃源岩的厚度减薄（王庆波，2012）。五峰-长阳一带受到宜昌上升的影响该套黑色页岩的厚度小，最薄只有几米厚。
2.1.2 残余有机碳含量
残余有机碳含量的高低直接关系到泥页岩是否具备形成工业性页岩气聚集的潜力。根据美国页岩气开采经验，含气页岩的有机碳含量下限定在0.5%[16]。
普溪河ZK1孔龙马溪组黑色页岩TOC为0.17-6.65%，平均为2.04%；相邻地区秭归九畹溪浅钻（ZK06）获得连续页岩段的TOC为0.64-4.22%，平均值为2.1%；秭归两河口ZD1浅钻龙马溪组黑色页岩TOC为0.54-4.58%，平均1.52%；秭归磨坪ZD2浅钻龙马溪组黑色页岩TOC为0.36-7.76%，平均1.88%；长地2井龙马溪组黑色页岩TOC为0.56-2.28%，平均1.65%；另在黄陵隆起西缘露头样品所测得的TOC为1.01-3.31%，集中段为1.88-2.19%，平均值为1.57%。露头获得的数据明显低于钻井，且平均值因统计的层段差异较大，数值差别也较大。总体而已，受奥陶志留之交隆坳相间的古地理格局控制了龙马溪组烃源岩的分布，也影响了上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组有机质含量。石柱-利川-巫溪一带烃源岩发育，有机碳含量也较高，达到2-3%；中扬子北部边缘从武汉-当阳一带有机碳含量达到2-2.5%；江汉平原及其以南烃源岩TOC为0.8-1.2%。
2.2 页岩储集性能
页岩气生成之后在页岩内部或附近主要以吸附和游离状态聚集于页岩中，页岩一般为低孔低渗储层，其储集空间类型主要为基质孔隙和裂缝，基质孔隙主要包括：有残余原生孔隙、有机质生烃形成的微孔隙、黏土矿物伊利石化形成的微裂（孔）隙、不稳定矿物（长石、方解石等）溶蚀形成的孔隙、成岩过程中自生矿物形成、交代作用等形成的微孔隙，而脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙和裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式等的重要因素[19]。
2.2.1 页岩岩石矿物组分特征
ZK1井龙马溪组矿物组分以石英、钠长石和粘土矿物为主，其中脆性矿物含量42.74%-86.05%，平均57.23%，粘土矿物含量12.95%-57.26%，平均42.12%；ZK01井位于建始长梁，页岩脆性矿物和粘土矿物的平均含量分别为51.2%、39.3%；脆性矿物以石英为主、次为长石和黄铁矿。ZK02井位于巴东野三关，井页岩脆性矿物和粘土矿物平均含量分别为33.38%、62.5%，具有粘土矿物含量高、脆性矿物含量低的特点，可能与龙马溪组上部黑色页岩段粘土矿物整体偏高有关。河页1井富有机质页岩段X射线荧光录井结果显示，石英含量为47.0%-85.5%，平均值63.1%；长石含量为2.0%-22.1%，平均值7.9%；碳酸盐矿物含量为1.0%-15.1%，平均值2.0%；黄铁矿含量为0.7%-10.3%，平均值2.8%；粘土含量为9.2%-36.3%，平均值24.1%，其中以伊利石含量最高。荆101井硅质含量65.7%，粘土含量26.8%。长地2井泥页岩粘土矿物介于35%-52%，平均值为45.1%，石英含量介于35-50%，平均52%，斜长石含量介于5-9%，平均6.7%，黄铁矿含量1-8%，平均4.2%，个别样品含有少了碳酸盐矿物。总体而言，五峰组富含硅质，龙马溪组底部黑色页岩富含有机质、富含硅质，具有“又脆又甜”的特征，之上有机质含量降低，硅质含量降低，泥质含量升高。龙马溪组底部富有机质页岩有机碳含量高，脆性矿物一般大于60%，粘土矿物含量小于30%，具有可压裂性。 2.2.2 页岩孔渗特征
页岩的储集空间类型比较丰富，包括残余原生孔隙、有机质生烃后形成的孔隙、次生溶蚀孔隙、粘土矿物伊利石化体积缩小形成的微孔隙以及微裂缝等。ZK1井孔隙度为1.59-4.40%，平均3.17%，全为低孔；渗透率为0.0043-0.0133×10-3μm，平均为0.0073×10-3μm；ZK01井页岩样品的孔隙度在5%左右，ZK02井页岩样品孔隙度多小于1%。河页1井2139.0m～2165.0m井段中（五峰組顶部-龙马溪组底部）页岩孔隙度最大为6.5%，最小为1.52%，平均值为3.0%，渗透率为0.2×10-3μm2。长地2井孔隙度在1.96-2.98%，平均2.36%，渗透率分布在0.37-2.16×10-3μm2，平均0.78×10-3μm2。恩施白果坪龙马溪组剖面中的2个露头样品测试显示，页岩孔隙度为3.15%和4.92%。鹤峰地区龙马溪组页岩孔隙度分布于0.47%-2.58%，平均值为1.23%，渗透率分布于0.004×10-3μm2-1.64×10-3μm2。荆101井获得的孔隙度为3.8%。因此下志留统龙马溪组黑色页岩具有低孔低渗的特点。
2.3 页岩气保存条件
热成因型页岩气藏主要靠微裂缝运聚，断层和宏观裂缝起破坏作用，因此强烈的构造活动不利于该类型气藏的保存。宜昌地区位于黄陵隆起的东南缘，受到古隆起刚性基底的影响，构造变形相对较弱，志留系地层主要受到上覆中侏罗世以来的深埋，以及后期的抬升剥蚀影响。中三叠世-中侏罗世，黄陵背斜周缘没有发生褶皱构造变形，主要是受基底的不规则活动控制而出现缓慢的差异隆升作用，以局域地层间平行不整合、地层差异剥蚀和构造古地理格局为其重要的地质响应，反映了印支期碰撞造山过程在扬子陆块内部产生的构造效应；晚侏罗世-晚白垩世早期，NNE向的黄陵背斜形成并作为独立构造单元发生强烈的隆升作用，主要表现为自东向西迁移的沉积盆地和南北对冲构造变形带、沉积物源改变和粗碎屑类磨拉石沉积等地质响应，反映了燕山早期南北两侧秦岭-大别造山带和雪峰造山带的陆内造山过程在扬子陆块内部产生双挤压的联合效应；晚白垩世-始新世中期，黄陵背斜相对稳定并缓慢隆升；始新世晚期以来的构造事件，主体表现为区域性的整体较快速的隆升剥蚀作用，以地层间角度不整合关系为标示的盆地整体抬升、早期断裂发生构造反转和NW向宽缓褶皱的形成为其重要的地质响应可能反映了印度板块与欧亚大陆碰撞造山作用在中上扬子地区产生的远程效应。围绕黄陵隆起向四周志留系-中侏罗世地层的剥蚀程度的差异性较大，以不整合面之上白垩系地层的残余厚度差异也较大，因此目的层之上的盖层岩性、厚度差别较大。由北西至南东埋深由2000m增加至5500m以上，因此整体而言区域性的盖层发育较好。就目的层而言，其顶板一般为数百米厚的龙马溪组泥岩、粉砂质泥岩，顶板条件好。底板为中上奥陶统瘤状灰岩、泥质灰岩、钙质泥岩，一般由下而上灰岩中泥质含量有增多的趋势，底板条件也较好。
3 结论
1）湖北省志留系沉积一套以陆棚-次深海相为主的暗色泥页岩，泥页岩沉积稳定，厚度大、分布范围广，为优质烃源岩。
2）湖北省志留系暗色泥页岩残余有机碳含量高，有机质成熟度适中，为页岩气的生成提供了很好的条件；暗色泥页岩中粘土矿物以伊利石为主，微裂缝发育，为热成因页岩气的储集提供了很好的空间；泥页岩脆性矿物含量高，有利于页岩储层改造；埋深适中，均在经济可采范围之内；保存条件良好。
3）结合湖北省志留系实际勘探情况，综合确定页岩气生成与富集条件，认为当阳-京山一带当阳复向斜、秭归盆地以南的绿葱坡周缘地区、利川复向斜北端的建始西北一带为页岩气勘探远景区。
参考文献
[1] 张金川，汪宗余，聂海宽，等.页岩气及其勘探研究意义[J].现代地质，2008，22（4）：640～646.
[2] 邹才能，董大忠，王社教，等.中国页岩气形成机理、地质特征及资源潜力[J].石油勘探与开发，2010，37（6）：641～653.
[3] 蔡勋育，韦宝东，赵培荣.南方海相烃源岩特征分析[J].天然气工业，2005，25（3）：20-22.
中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0055-02
1 地质背景
湖北省在大地构造上属华南板块北部，巴洪冲断带前缘的中扬子地块中北部地区。中扬子地块是指郯庐断裂以西、齐岳山断裂以东、江南雪峰推覆隆起带以北、秦岭大别造山带以南的地区，区域面积约13.4×104km2。该区是发育在非均一性太古宙—古元古代结晶基底和中—新元古代褶皱基底之上，由中生界、古生界组成，介于南（华夏地块）北（秦岭—大别构造带）两大构造系统之间，经历中—新生代多体制和多旋回作用的构造块体。由于印支其以来的多期次的构造变形变位演化阶段，中扬子地块形成了南北分带、东西分块的构造格局，形成了秦岭造山带南侧及江南造山带北侧推覆结构、江汉盆地陆相断陷区块断结构、湘鄂西区挤压隆升结构等三种典型构造。该区钻井均在志留系钻遇良好的页岩，证实了该区志留系页岩气具有良好的勘探远景（图1）。
通过对富有机质泥页岩岩相古地理特征的研究，认为湖北省志留系龙马溪组黑色页岩的出现主要与华夏板块向华南板块逆冲推覆、华南板块挠曲变形沉降有关。志留纪早期，伴随华夏大陆向北逆冲推覆，整个华南地区继续保持奥陶纪就已经形成的前陆盆地沉积特点，湖北地区位于跨越了前陆盆地的前渊、前隆和隆后，总体上表现隆、凹相间的古地理格局（圖2）。鄂东南通山留嘴桥至崇阳三山桂花泉一带处于前渊凹陷位置，表现为持续的沉陷，海侵体系域沉积盆地相硅泥质-斜坡浊积砂泥质，高水位体系域沉积陆棚相砂泥质沉积。鄂西和鄂西北地区，在海平面持续上升和陆隆区地壳持续上升的背景条件下，持续隆起的陆隆地区未固结沉积物的水下剥蚀及其对凹陷地区的填平作用基本抵消了区域内地壳的不均匀升降活动对古地理格局的影响，而不至于出现太明显的沉积相变化。
2 页岩气生成条件
2.1 页岩质量
2.1.1 页岩厚度与展布
从北美观点来看，页岩不仅包括国内传统意义上的页岩，还包括暗色泥岩，统称为页岩[16]。下志留统龙马溪组厚度一般只有几米至几十米。该套黑色页岩沿着巴东-宜昌-远安-京山一带及以北较发育，厚度约50-70m；江汉盆地南部及崇阳-通山一带不发育，厚度一般为30-40m。另外沿着着四川盆地东南部边缘城口-万县-彭水一带最为发育，向东西两侧该套烃源岩的厚度减薄（王庆波，2012）。五峰-长阳一带受到宜昌上升的影响该套黑色页岩的厚度小，最薄只有几米厚。
2.1.2 残余有机碳含量
残余有机碳含量的高低直接关系到泥页岩是否具备形成工业性页岩气聚集的潜力。根据美国页岩气开采经验，含气页岩的有机碳含量下限定在0.5%[16]。
普溪河ZK1孔龙马溪组黑色页岩TOC为0.17-6.65%，平均为2.04%；相邻地区秭归九畹溪浅钻（ZK06）获得连续页岩段的TOC为0.64-4.22%，平均值为2.1%；秭归两河口ZD1浅钻龙马溪组黑色页岩TOC为0.54-4.58%，平均1.52%；秭归磨坪ZD2浅钻龙马溪组黑色页岩TOC为0.36-7.76%，平均1.88%；长地2井龙马溪组黑色页岩TOC为0.56-2.28%，平均1.65%；另在黄陵隆起西缘露头样品所测得的TOC为1.01-3.31%，集中段为1.88-2.19%，平均值为1.57%。露头获得的数据明显低于钻井，且平均值因统计的层段差异较大，数值差别也较大。总体而已，受奥陶志留之交隆坳相间的古地理格局控制了龙马溪组烃源岩的分布，也影响了上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组有机质含量。石柱-利川-巫溪一带烃源岩发育，有机碳含量也较高，达到2-3%；中扬子北部边缘从武汉-当阳一带有机碳含量达到2-2.5%；江汉平原及其以南烃源岩TOC为0.8-1.2%。
2.2 页岩储集性能
页岩气生成之后在页岩内部或附近主要以吸附和游离状态聚集于页岩中，页岩一般为低孔低渗储层，其储集空间类型主要为基质孔隙和裂缝，基质孔隙主要包括：有残余原生孔隙、有机质生烃形成的微孔隙、黏土矿物伊利石化形成的微裂（孔）隙、不稳定矿物（长石、方解石等）溶蚀形成的孔隙、成岩过程中自生矿物形成、交代作用等形成的微孔隙，而脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙和裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式等的重要因素[19]。
2.2.1 页岩岩石矿物组分特征
ZK1井龙马溪组矿物组分以石英、钠长石和粘土矿物为主，其中脆性矿物含量42.74%-86.05%，平均57.23%，粘土矿物含量12.95%-57.26%，平均42.12%；ZK01井位于建始长梁，页岩脆性矿物和粘土矿物的平均含量分别为51.2%、39.3%；脆性矿物以石英为主、次为长石和黄铁矿。ZK02井位于巴东野三关，井页岩脆性矿物和粘土矿物平均含量分别为33.38%、62.5%，具有粘土矿物含量高、脆性矿物含量低的特点，可能与龙马溪组上部黑色页岩段粘土矿物整体偏高有关。河页1井富有机质页岩段X射线荧光录井结果显示，石英含量为47.0%-85.5%，平均值63.1%；长石含量为2.0%-22.1%，平均值7.9%；碳酸盐矿物含量为1.0%-15.1%，平均值2.0%；黄铁矿含量为0.7%-10.3%，平均值2.8%；粘土含量为9.2%-36.3%，平均值24.1%，其中以伊利石含量最高。荆101井硅质含量65.7%，粘土含量26.8%。长地2井泥页岩粘土矿物介于35%-52%，平均值为45.1%，石英含量介于35-50%，平均52%，斜长石含量介于5-9%，平均6.7%，黄铁矿含量1-8%，平均4.2%，个别样品含有少了碳酸盐矿物。总体而言，五峰组富含硅质，龙马溪组底部黑色页岩富含有机质、富含硅质，具有“又脆又甜”的特征，之上有机质含量降低，硅质含量降低，泥质含量升高。龙马溪组底部富有机质页岩有机碳含量高，脆性矿物一般大于60%，粘土矿物含量小于30%，具有可压裂性。 2.2.2 页岩孔渗特征
页岩的储集空间类型比较丰富，包括残余原生孔隙、有机质生烃后形成的孔隙、次生溶蚀孔隙、粘土矿物伊利石化体积缩小形成的微孔隙以及微裂缝等。ZK1井孔隙度为1.59-4.40%，平均3.17%，全为低孔；渗透率为0.0043-0.0133×10-3μm，平均为0.0073×10-3μm；ZK01井页岩样品的孔隙度在5%左右，ZK02井页岩样品孔隙度多小于1%。河页1井2139.0m～2165.0m井段中（五峰組顶部-龙马溪组底部）页岩孔隙度最大为6.5%，最小为1.52%，平均值为3.0%，渗透率为0.2×10-3μm2。长地2井孔隙度在1.96-2.98%，平均2.36%，渗透率分布在0.37-2.16×10-3μm2，平均0.78×10-3μm2。恩施白果坪龙马溪组剖面中的2个露头样品测试显示，页岩孔隙度为3.15%和4.92%。鹤峰地区龙马溪组页岩孔隙度分布于0.47%-2.58%，平均值为1.23%，渗透率分布于0.004×10-3μm2-1.64×10-3μm2。荆101井获得的孔隙度为3.8%。因此下志留统龙马溪组黑色页岩具有低孔低渗的特点。
2.3 页岩气保存条件
热成因型页岩气藏主要靠微裂缝运聚，断层和宏观裂缝起破坏作用，因此强烈的构造活动不利于该类型气藏的保存。宜昌地区位于黄陵隆起的东南缘，受到古隆起刚性基底的影响，构造变形相对较弱，志留系地层主要受到上覆中侏罗世以来的深埋，以及后期的抬升剥蚀影响。中三叠世-中侏罗世，黄陵背斜周缘没有发生褶皱构造变形，主要是受基底的不规则活动控制而出现缓慢的差异隆升作用，以局域地层间平行不整合、地层差异剥蚀和构造古地理格局为其重要的地质响应，反映了印支期碰撞造山过程在扬子陆块内部产生的构造效应；晚侏罗世-晚白垩世早期，NNE向的黄陵背斜形成并作为独立构造单元发生强烈的隆升作用，主要表现为自东向西迁移的沉积盆地和南北对冲构造变形带、沉积物源改变和粗碎屑类磨拉石沉积等地质响应，反映了燕山早期南北两侧秦岭-大别造山带和雪峰造山带的陆内造山过程在扬子陆块内部产生双挤压的联合效应；晚白垩世-始新世中期，黄陵背斜相对稳定并缓慢隆升；始新世晚期以来的构造事件，主体表现为区域性的整体较快速的隆升剥蚀作用，以地层间角度不整合关系为标示的盆地整体抬升、早期断裂发生构造反转和NW向宽缓褶皱的形成为其重要的地质响应可能反映了印度板块与欧亚大陆碰撞造山作用在中上扬子地区产生的远程效应。围绕黄陵隆起向四周志留系-中侏罗世地层的剥蚀程度的差异性较大，以不整合面之上白垩系地层的残余厚度差异也较大，因此目的层之上的盖层岩性、厚度差别较大。由北西至南东埋深由2000m增加至5500m以上，因此整体而言区域性的盖层发育较好。就目的层而言，其顶板一般为数百米厚的龙马溪组泥岩、粉砂质泥岩，顶板条件好。底板为中上奥陶统瘤状灰岩、泥质灰岩、钙质泥岩，一般由下而上灰岩中泥质含量有增多的趋势，底板条件也较好。
3 结论
1）湖北省志留系沉积一套以陆棚-次深海相为主的暗色泥页岩，泥页岩沉积稳定，厚度大、分布范围广，为优质烃源岩。
2）湖北省志留系暗色泥页岩残余有机碳含量高，有机质成熟度适中，为页岩气的生成提供了很好的条件；暗色泥页岩中粘土矿物以伊利石为主，微裂缝发育，为热成因页岩气的储集提供了很好的空间；泥页岩脆性矿物含量高，有利于页岩储层改造；埋深适中，均在经济可采范围之内；保存条件良好。
3）结合湖北省志留系实际勘探情况，综合确定页岩气生成与富集条件，认为当阳-京山一带当阳复向斜、秭归盆地以南的绿葱坡周缘地区、利川复向斜北端的建始西北一带为页岩气勘探远景区。
参考文献
[1] 张金川，汪宗余，聂海宽，等.页岩气及其勘探研究意义[J].现代地质，2008，22（4）：640～646.
[2] 邹才能，董大忠，王社教，等.中国页岩气形成机理、地质特征及资源潜力[J].石油勘探与开发，2010，37（6）：641～653.
[3] 蔡勋育，韦宝东，赵培荣.南方海相烃源岩特征分析[J].天然气工业，2005，25（3）：20-22.