摘要：揚子地塊是中國南方進行油氣勘探研究較早的地區之一，在古生代，揚子地塊發育了以下寒武統、上奧陶統-下志留統、上二疊統和下二疊統為代表的8套黑色泥頁巖。近幾年，人們對下寒武統筇竹寺組和上奧陶統-下志留統五峰組-龍馬溪組海相泥頁巖做了較多的基礎性研究工作，而對上二疊統龍潭組海陸交互相泥頁巖則尚缺乏評價。為此，根據前人的研究成果和野外地質調查資料，分析了揚子地塊上二疊統龍潭組泥頁巖的發育特征，探討了龍潭組頁巖氣的勘探開發前景。結論認為：①龍潭組黑色頁巖具有有機碳含量較高、熱演化成熟度達高成熟度階段、石英含量達40％左右、厚度介于20～200 m、吸附能力強等有利條件，與美國圣胡安盆地Lewis頁巖很相似，具有較好的頁巖氣勘探開發潛力，但黏土含量高、非均質性強、后期改造作用強烈等又會對其頁巖氣富集產生不利的影響；②龍潭組頁巖氣成藏條件縱向上：中、上段優于下段，橫向上頁巖氣勘探的有利地區為上揚子川中、川東、渝西北和下揚子蘇南地區。

關鍵詞：中國  揚子地塊  晚二疊世  海陸過渡相  泥頁巖  頁巖氣  勘探前景

近幾年來，我國對頁巖氣資源開展了基礎調查^[1-5]：在渝頁1井鉆探過程中，張金川等人在下志留統龍馬溪組暗色頁巖中見到了頁巖氣的良好顯示^[6]；蔣裕強、董大忠等人提出頁巖氣儲層評價的8大標準(有機質豐度、熱演化成熟度、含氣性、頁巖厚度、儲層物性、礦物組成、脆性和力學性質)^[7]；鄒才能等人首次在四川盆地南部地區下古生界頁巖中發現納米級的孔隙^[8]。到目前為止，人們主要針對中國南方(主要是四川盆地)海相泥頁巖[下寒武統筇竹寺組(牛蹄塘組)、上奧陶統五峰組-下志留統龍馬溪組]進行了較多的基礎性研究；而對揚子地區上二疊統海陸過渡相的龍潭組泥頁巖的關注則較少，本文旨在通過整理前人的研究成果并結合野外地質調查資料，分析龍潭組泥頁巖的總有機碳含量(TOC)、熱演化成熟度、礦物組成、厚度和吸附性能等要素，對龍潭組頁巖氣的勘探前景作初步探討。

1 區域地質背景

揚子地塊主體包括從川滇東部到江浙沿海的長江中下游地區和南黃海(圖1)，西南以金沙江-紅河深斷裂與二三江褶皺系為界；西北以龍門山深斷裂與松潘-甘孜褶皺系為鄰；北以城口  房縣深斷裂和襄樊-廣濟深斷裂與秦嶺褶皺系相接，以郯城-廬江深斷裂和嘉山-響水深斷裂與華北地臺為界；東南以南盤江深斷裂、溆浦-四堡深斷裂、江山-紹興深斷裂與華南褶皺系相隔，總面積約l2.010 4×10⁴ km²。

揚子地區地層始自震旦系，整個地層可以分為下、中、上3個序列，下部從震旦系到志留系，中部從泥盆系到三疊系，這2個序列主要為海相，上部為侏羅系以后的地層，幾乎都是陸相盆地沉積。并且此后的印支運動和喜馬拉雅運動對前期的海相地層進行了較大改造。總的來說，揚子地區沉積巖經歷地質時代長、地質背景復雜、構造破壞嚴重、油氣保存條件較差，而頁巖氣由于其特殊的成藏機制，極有可能成為揚子地區區域性油氣勘探發現的重要突破口。  

2 頁巖的時空發育特征

晚二疊世吳家坪期是揚子地區二疊紀陸地而積最廣泛、臺地和深水盆地萎縮的時期，出現了古生界以來獨特的古地理面貌，其中川滇古陸、膠南古陸和華夏古陸成為沉積區內陸源碎屑的供給區(圖1)，沉積了一套海陸過渡相地層，巖石類型多樣，主要為頁巖、粉砂質泥巖、泥巖夾煤層及石灰巖。

在川東黔西地區，煤層多為2～10層，往東石灰巖逐漸增多，向吳家坪組過渡，呈現出東西向分帶、南北向延伸的格局(圖1)。本區龍潭組厚度一般介于20～250 m^[10]，并由東南向西北逐漸變薄。江蘇、浙西地區巖性總體上與川黔地區相似，但一般只有2～3個主含煤層段，頂部普遍有石灰巖夾層(稱壓煤灰巖)且由東向西石灰巖層數和厚度逐漸增加，向吳家坪組過渡，厚度變化較大，一般介于50～700 m。在中揚子地區，由于江南古陸抬升，龍潭組不太發育，厚度較薄，一般為20～50 m(圖1)。從龍潭組縱向發育來看，上部和中部以黑色泥巖、頁巖、粉砂質泥巖和煤(煤線)為主，局部夾有薄層粉砂巖，厚度大(圖2-a)。下部以泥砂互層、泥質粉砂巖、石灰巖以及鈣質砂巖為主(圖2-b)。龍潭組多形成于海灣澙湖和三角洲平原沼澤中，原始有機質豐富，由于沉積水體中溶解氧含量較高，故大部分有機質遭氧化破壞，但其中的閉流盆地是一種極低能環境，具備還原條件。吳家坪晚期至長興中期，為晚二疊世最大海侵期，海侵有助下有機質的保存，使得上部層段有機質含量較高^[10]。

3 頁巖的主要參數分析

美國在對頁巖氣進行研究時，總有機碳含量、熱演化成熟度、礦物組分、孔隙度、滲透率、地層厚度和含氣性常作為評價頁巖氣勘探前景的關鍵要素。在此，筆者對TOC、熱演化成熱度(R₀)、礦物組分、地層厚度和吸附性能等進行初步分析。

3.1有機碳含量

有機碳是控制頁巖對甲烷吸附能力的地質主控因素。龍潭組泥頁巖形成于近海湖盆  沼澤和海灣澙湖相帶，氣候溫暖，灌木、水草大量繁殖，有機質豐富，而且沉積水為海水或半咸水，富含硫酸鹽，被有機質還原后很容易形成弱還原-還原環境。美國一般將有效頁巖TOC下限定為2％。在龍潭組剖面中TOC大于2％的巖層厚度占到50％～90％，平均為2％～5％，煤和碳質泥巖的TOC甚至高達38％^[10]。

3.2 熱演化成熟度

美國頁巖氣的勘探開發經驗表明，較高R₀有利于頁巖氣資源的形成，Barnett頁巖的R₀介于1.0％～2.1％，屬于高成熟度頁巖氣藏，其中“甜點”區都有較高的R₀。揚子地區龍潭組泥頁巖的R₀普遍介于0.8％～3.4％，四川盆地的R₀稍高，為1.3％～3.4％^[9-10](圖3)，下揚子地區的R₀介于0.5％～3.0％，長頁1井實驗結果其R₀介于0.8％～l.3 6％。龍潭組泥頁巖基本已達高成熟過成熟階段，有利于頁巖氣的形成。

3.3 礦物組分

Hill和Nelson對Barnett頁巖進行了礦物學分析^[13]，其中石英含量介于45％～55％，碳酸鹽巖含量介于l5％～25％，黏土礦物含量介于20％～35％，黃鐵礦含量介于2％～6％；Lewis頁巖是濱岸沉積富含石英的泥巖，石英含量介于50％～75％^[1]。張金川等人研究認為^[14]，具有粉砂夾層的頁巖可能更具有開發價值。龍潭組頁巖含有較多的薄層粉砂巖、粉砂質泥巖、薄層石灰巖、石灰巖透鏡體(圖2-a、b)。這些薄層自身具有較好的儲集空間，在成巖過程中由于壓實、縮水等作用可形成裂縫，增大儲集空間。粉砂含量高的泥頁巖脆性較強，容易在外力作用下形成天然裂縫和誘導裂縫(圖2-b)，有利于天然氣滲流。野外測試結果顯示，石英含量達到40％，黏土礦物的含量普遍達到50％，以伊利石、伊／蒙混層和高嶺石為主，較美國的頁巖氣藏的黏土礦物含量要高。

3.4 地層厚度

根據美國的勘探經驗，一般將頁巖層的最小厚度限定為9 m，而且厚度下限值可隨總有機質含量的增大和成熟度的提高而降低。上揚子地區龍潭組分南北兩個分區：北區為NW向海灣渴湖相，龍潭組厚度達170 m，其中云安19井厚l70 m、普光5井厚l70 m、河壩1井厚90 m；南區大面積為近海湖盆沼澤環境，含煤層較多，龍潭組厚度介于20～120 m，其中黔西北習水良村淺3井厚約90 m(含有7層煤)、淺2井厚度介于20～30 m。下揚子地區龍潭組屬堡島-三角洲體系，發育開口向北的蘇皖海灣，沉積中心為浙江煤山，龍潭組厚度介于50～200 m，局部可達700 m，蘇北黃橋N9井龍潭組厚度為200 m^[10]。

3.5 頁巖吸附性能

筆者對所采集的龍潭組黑色粉砂質泥巖樣品進行了等溫吸附實驗，其中最大吸附量超過2 m³／t，說明龍潭組頁巖具有較強的吸附能力，這可能與較高的有機碳含量和黏土含量密切相關。

3.6 龍潭組頁巖與Lewis頁巖特征對比

揚子地區龍潭組頁巖與美國San Juan盆地Lewis頁巖的沉積環境十分相似，故將各類參數進行對比總結(表1)。

從表l中可以看出，龍潭組頁巖的TOC、R₀、厚度以及地層的頂底關系都較Lewis頁巖有更好的頁巖氣前景，而且從地層的頂底關系來看(表1)，與美國Barnett頁巖所處的地層格局(圖2-c)有很大的相似性，有利于頁巖氣的后期保存。

頁巖氣的富集及保存定會產生很大影響。

4存在的問題   

在對揚子地區龍潭組黑色頁巖進行初步研究后，發現了以下一些對龍潭組頁巖氣的評價和富集有較大影響的因素。

1)與下古生界泥頁巖相比，龍潭組的非均質性較強，橫向上并不是全區域廣泛的展布，縱向上厚度變化大，常夾有鈣質砂巖、石灰巖、白云巖等，給頁巖氣的綜合評價帶來了一定的困難。

2)揚子地區經歷了后期多期次的構造改造，地層產狀變化大，斷層和節理都很發育，低角度滑脫面是泥頁巖中較常見的構造性裂縫，這些宏觀的構造改造對

5 結論

1)龍潭組黑色頁巖具有TOC較高、R₀達高成熟度階段、石英含量達40％左右、厚度介于20～200 m、吸附能力強等有利條件，與San Juan盆地Lewis頁巖很相似，具有較好的頁巖氣潛力；但黏土含量高、非均質性強、后期改造強烈等對頁巖氣富集又會產生不利影響。

2)綜合分析以上要素后認為，龍潭組頁巖氣成藏條件縱向上看：中、上段優于下段，橫向上頁巖氣的有利地區為上揚子川中、川東、渝西北和下揚子蘇南地區。

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本文作者：周東升 許林峰 潘繼平 黃曉偉

作者單位：中國地質大學(北京)海洋學院 國土資源部油氣資源戰略研究中心