孙 玮 刘树根 冉 波 王世玉 叶玥豪 罗 超 田梦娜

（油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059）

四川盆地及周缘地区下寒武统牛蹄塘组页岩是中国未来页岩气勘探开发的主要层系，近年来相关的研究工作非常多，而且部分地区已取得了突破性进展，如川南地区的威远构造和长宁构造下寒武统页岩气的发现。且该套页岩作为四川盆地的主力烃源的研究也较久，取得了大量的成果。本文综合了前人的研究成果，加之多年来笔者对牛蹄塘组页岩的基本情况的分析与认识，利用构造区划分区，对每个分区的页岩基本特征进行总结，以期对四川盆地及周缘地区牛蹄塘组页岩气的勘探与研究提供思路。

1 牛蹄塘组分布及有机地化特征

四川盆地及周缘牛蹄塘组以往是作为烃源岩来研究并取得了很多成果，如黄籍中（1986）[1]、腾格尔（2006）[2]、梁狄刚等（2008，2009）等[3，4]。这些成果对于认识该套页岩的一些基本特征仍具有重要的参考价值。综合上述成果和近年来研究认识的深入，该套页岩表现的特征如下。

1.1 厚度平面分布特征

牛蹄塘组（其他地区或者叫九老洞组、筇竹寺组、长江沟组、水井沱组、九门冲组）是以灰色、黑色泥岩、粉砂岩为主的一套地层，一般情况下与上震旦统灯影组白云岩呈不整合接触。这套地层分布广、面积大，在四川盆地及周缘地区广泛分布，厚度较大，平均厚度在180m，川东为20～100 m，川南为40～420m，川西南为50～300m，川中为25～180m，川北为25～120m，川西为0～100 m，大巴山为100～200m，鄂西渝东为120～500 m（图1）。

a.牛蹄塘组的厚度以川南较大，盆地内该套地厚度可达400m（老龙1井、自深1井和宫深1井等），向南可以一直延伸到曲靖一带，厚度一般都大于200m。

b.盆地内厚度较大的另一个地区是川北。厚度虽然较大，但分布较为局限，仅分布在米仓山一带。向东延伸至大巴山一带厚度开始减薄，一般在100～200m之间变化，如大巴山城口实测厚度为137.6m。

c.盆地周缘厚度较大的地区主要分布在鄂西渝东地区，以鄂参1井和咸2井为中心，形成了一个厚度较大的区域，如鄂参1井厚度可达512m。

图1 四川盆地及周缘牛蹄塘组等厚图Fig.1 Isopach map of Lower Cambrian Niutitang Formation in Sichuan Basin and surrounding areas

d.溶溪南松桃一带的厚度也超过200m，形成了一个厚度较大的区域。

因此，从沉积厚度上来讲，牛蹄塘组存在川南资阳—威远—大窝顶、川北米仓山、鄂西和松桃4个较大的厚度区；四川盆地的中部广大地区沉积较薄，一般厚度在100m左右。

1.2 有效页岩段厚度分布特征

牛蹄塘组的有效厚度，一般指有机碳质量分数（wTOC）＞0.5%的厚度。牛蹄塘组的有效厚度与地层厚度展布有很大的不同，有效厚度较大的主要地区有4个（图2）。

a.川南—黔中地区，以宜宾—长宁为中心，从威远至自贡、泸州、金沙岩孔，贵阳一带的有效厚度一般大于60m，形成的分布范围呈北西走向。

b.川北—大巴山地区，有效厚度自盆地向造山带逐渐变厚，并呈渐变的趋势。

c.鄂西渝东地区，有效厚度＞60m的区域向东变大，形成了一个以咸2井至铜仁北的一个厚度中心。

d.黔东南地区，黔山1井至铜仁南形成一个厚度＞60m的中心。

1.3 有机地球化学特征

图2 四川盆地及周缘牛蹄塘组有效页岩厚度及TOC等值线图Fig.2 Effective shale thickness and TOC isoline map of the Niutitang Formation in Sichuan Basin and surrounding areas

该套页岩有机质类型好，干酪根碳同位素δ13C值为－31.59‰，沥青“A”族组分中以饱和烃为主，芳烃和沥青质较低，属I型干酪根。该层生烃能力强，生烃强度一般都大于2×106t／km2。

如图2所示，牛蹄塘组有机质丰度高，有机碳的质量分数多数在0.5%～2%，均达到生油岩的标准。丰度最高的是川东和川南地区，川东有机碳的质量分数可达2.25%。有机碳质量分数最高的地区主要是瓮安地区，实测数据可达9.85%，盆地内威远可达2.9%，川南地区也超过2.5%。总体上，该套烃源的有机碳含量较高；低值区主要分布在川中一带，但这个低值区仅是依靠女基井的数据而圈出的范围；川中至川北及川东北是否真的如此低，还有待进一步的研究。

大部分地区Ro都超过2.5%，表明成熟度高，普遍都达到过成熟阶段；较低值的地区主要为川北和大巴山地区。川北龙门山地区田1井下寒武统捞获石油，青川地区下寒武统见软沥青，大巴山巫溪灯影组油苗等都表明该区的成熟度较低。

1.4 厚度分布与有效页岩段厚度分布比较

总体上来讲，虽然组厚较大的地区一般有效页岩段较厚，但牛蹄塘组厚度与有效页岩段厚度并不一致。如丁山1井筇竹寺组厚度达189m，其有效厚度仅有2m，占总厚的1.05%；川中的高科1井厚度为141.5m，有效厚度为40m，占总厚的28.3%。差异最大的地区是川南地区雷波—昭通一带，该地区的组厚分布主要走向是北东向，而有效厚度的分布则为北西向。除川南之外，还有黔中古隆起东缘、川中—鄂西渝东地区的组厚与有效页岩厚度分布差异较大。

组厚与有效厚度变化较一致的区域有川南地区自贡—宜宾一带、川北米仓山一带和渝东南秀山一带。组厚与有效厚度变化的不一致性对于页岩气的勘探有重要影响。

从盆地内钻达灯影组的高科1井和盆地边缘的丁山1井的测井曲线上分析（图3），高科1井筇竹寺组有效厚度段主要集中于下部，自然伽马曲线有一个明显的突然增大；除此之外，深浅双侧向曲线也有一个明显的变化过程，显示该段可能有气显示的特征。与之对应的丁山1井的曲线特征完全不同，没有这样的一个高值变化，深浅双侧向也无变化，与该组有效厚度仅1m是相对应的。女基井由于是很久以前钻探的，数据较少，但自然伽马曲线也具有同样的特征。因此，从测井曲线上分析也可以清楚地分析有效页岩段的分布，其特征是：明显的自然伽马高值；较明显的深浅双侧向曲线变大；密度有一个相对的变小。

从岩性上来看，丁山1井的下部是碳酸盐岩、粉砂质泥岩和泥岩的混积，而高科1井相应的地层是黑色泥岩。从厚度上来看，丁山1井也要厚于高科1井，显示了从丁山1井向高科1井由台地边缘相向深水盆地相过渡的特征。

图3 高科1井、女基井、丁山1井牛蹄塘组（筇竹寺组、九老洞组）测井柱状对比图Fig.3 Columnar contrast of the log data of Well Gaoke 1，Well Nüji and Well Dingshan 1in the Niutitang Formation（Qiongzhusi Formation，Jiulaodong Formation）

而且TOC值明显与有效页岩厚度具有一致性，加之有效页岩层段多集中在下部，有理由认为早寒武世沉积初期四川盆地存在一个隆起，环隆起北缘形成米仓山—大巴山、威远—贵阳、鄂西深水盆地。川北城口下寒武统页岩内夹有很多灰质滑塌体，说明了这种构造－沉积格局存在的可能性。筇竹寺组沉积后期这些深水盆地被填平补齐，主要是碎屑岩和碳酸盐岩沉积，黑色页岩发育也就消失。

2 牛蹄塘组沉积特征

四川盆地及周缘牛蹄塘组的岩性较稳定，主要可以分为2段：下段，为一般意义上的黑色页岩段，主体为黑色页岩夹粉砂质页岩和硅质岩；上段，岩性较为复杂，总体上砂质含量向上逐渐增加。从盆地及周缘的3口钻井来看，下段岩性的自然伽马值较高，体现为泥质含量高。但女基井下段底部发育36.5m黑色粉砂质页岩，页理发育，整体砂质含量较高。上段则是以岩屑石英或长石石英砂岩为主，夹有白云岩薄层；同时，女基井的岩层厚度也较两侧明显变薄。

从厚度和岩性变化来看，当时四川盆地存在一个明显的古隆起。该古隆起以南充—广安—綦江为中轴，分别向川北米仓山—大巴山、鄂西渝东和川南变深（图2）。该期古地理格局总体为中部高，向北部、向东部和向南部加深。四川盆地的沉积环境总体上表现为陆棚→斜坡→深水盆地的转变：（1）陆棚相，总体岩性为灰黑色粉砂质泥岩；（2）斜坡相，总体岩性为黑色薄层碳质页岩及深灰色薄层含磷硅质岩或硅质岩，可见滑塌体；（3）深水盆地相，总体岩性为黑色薄层碳质页岩或薄层硅质岩，含黄铁矿晶粒、磷铁质结核，水平纹层发育。

形成这样的古地理格局，与该区构造背景有很大的关系。下伏灯影组白云岩在整个四川盆地及周缘均有分布；但由于桐湾运动抬升剥蚀的影响，与牛蹄塘组为不整合接触关系（卓皆文等，2009；汪正江等，2011）[5，6]。从白云岩直接到黑色页岩，与Rodinia大陆的裂解有很大关系，上扬子地区由于兴凯地裂运动的发育形成的拉张槽有利于深水黑色页岩的发育[7]，因此进一步研究该区岩相发育情况，对于页岩有利区的寻找有着较为重要的意义。

3 牛蹄塘组页岩气有利选区评价

四川盆地及周缘按构造可划分为几个大的区域：川北拗陷带、大巴山前缘推覆构造带、川西前陆盆地、川中低隆带、川南复合构造带、川东隔档式构造带、川东—鄂西过渡带、鄂西渝东隔槽式构造带及雪峰推覆带（图4）。目前页岩气勘探的评价主要利用总有机碳含量（TOC）、成熟度（Ro）、干酪根类型、生烃率、总含气量和埋深这6个参数。由于四川盆地及周缘这2套烃源的有机质干酪根类型都是腐泥型，属于有利参数，加之深埋过程页岩层一般都达到成熟—过成熟阶段，符合形成页岩气的有利条件，因此对这2个参数未作太多的研究。

图4 四川盆地及周缘地质略图及分区Fig.4 Schematic geological map and divisions of Sichuan Basin and surrounding areas

四川盆地及周缘上述构造带的页岩气主要特征如表1所示，所选参数标准主要包括：（1）wTOC＞2%；（2）埋深＜4km；（3）有效厚度＞30m（张金川等，2003，2004）[8，9]，按此标准对这些地区综合分析之后，得出以下认识：

a.最为有利的地区依然是川南复合构造带。该区由于构造抬升作用的影响，埋深适中的构造多（下志留统埋深1.5～3.5km，下寒武统埋深2.9～4.5km），加之封闭条件好，因此是页岩气勘探的首选区域。

b.其次是鄂西—渝东南地区。该区的最大优势在于埋藏较浅，下寒武统埋深为1～3.5km，有机碳含量高，有效厚度也合适。但该区不利的因素是剥蚀区太多，水动力条件较强，属于自由水交替区，构造复杂，断裂发育，对于页岩气的保存有一定破坏作用；而且主要是山地，勘探开发难度较大，因此需要加强进一步的研究和论证。

c.大巴山前缘地区是一个潜在的远景有利区。该区TOC、埋深和有效厚度都符合有利区的条件，但该区构造复杂，断裂作用的影响不清楚，因此需要进一步研究。

d.川西地区、川北地区和川东地区由于埋藏过深，都超过了7km，川中地区缺失下志留统，下寒武统的埋深超过5km。虽然这些地区的其他条件都比较合适，但埋深太大就制约了页岩气的勘探、开发。

总体上来讲，牛蹄塘组页岩的条件比较好，但是制约该套页岩发育的不利条件有3个：①埋深，该套页岩在盆地内的埋藏太深，多数地区都超过7km，因此勘探开发上成本太高，非常不利。②保存条件，除了川南外，这套页岩埋藏浅的地区多是构造活动复杂、断裂发育的地区，地表条件较差，保存条件也差，并且目前对页岩的影响的研究也比较少。③演化时间长，作为烃源已无继续生烃的能力，加之多期构造运动对其影响，特别是喜马拉雅期隆升作用对页岩气保存的影响目前还缺少研究。

表1 四川盆地及周缘地区下寒武统牛蹄塘组页岩基本特征表Basic characteristics of the shale in Lower Cambrian of Sichuan Basin and surrounding areas

因此，对于牛蹄塘组页岩来讲，不利条件较多，勘探较难。最为有利的地区是川南地区，埋深、保存条件都较好。其次是鄂西渝东地区，该地区一些向斜中的牛蹄塘组埋藏浅，保存条件好，具有勘探前景。除此之外，黔中地区的下寒武统也是具有良好的勘探开发前景的地区。大巴山前缘是一个潜在的勘探有利区。

4 结论

a.四川盆地及周缘地区牛蹄塘组页岩除川西南有剥蚀外，其他地区都有分布，且有效页岩段厚度大，主要集中在牛蹄塘组下段，由川中地区向北、向东和向南逐渐变厚，厚度一般在40m之上。有机碳的质量分数也高，多数地区＞2%。成熟度高，已至成熟晚期－过成熟早期。

b.牛蹄塘组页岩埋深较大，演化时间长，保存条件复杂，因此勘探开发均有难度。四川盆地的西部、北部和东部该套页岩埋深超过7km，只能作为潜力区；勘探最有利的地区是川南地区，其次有利的地区为鄂西渝东地区。大巴山前缘是一个潜在的勘探有利区。

[1]黄籍中.四川盆地下古生界至元古界热演化气及其勘探方向[J].天然气工业，1986，6（4）：8－13.

[2]腾格尔，高长林，胡凯，等.上扬子东南缘下组合优质烃源岩发育及生烃潜力[J].石油实验地质，2006，28（4）：359－365.

[3]梁狄刚，郭彤楼，陈建平，等.中国南方海相生烃成藏研究的若干新进展（一）：南方四套区域性海相烃源岩的分布[J].海相油气地质，2008，13（2）：1－16.

[4]梁狄刚，郭彤楼，边立曾，等.中国南方海相生烃成藏研究的若干新进展（三）：南方四套区域性海相烃源岩的沉积相及发育的控制因素[J].海相油气地质，2009，14（2）：1－19.

[5]卓皆文，汪正江，王剑，等.铜仁坝黄震旦系老堡组顶部晶屑凝灰岩SHRIMP锆石U－Pb年龄及其地质意义[J].地质论评，2009，55（5）：639－646.

[6]汪正江，王剑，卓皆文，等.扬子陆块震旦纪—寒武纪之交的地壳伸展作用：来自沉积序列与沉积地球化学证据[J].地质论评，2011，57（5）：731－742.

[7]孙玮，罗志立，刘树根，等.华南古板块兴凯地裂运动特征及对油气影响[J].西南石油大学学报：自然科学版，2011，33（5）：1－8.

[8]张金川，薛会，张德明，等.页岩气及其成藏机理[J].现代地质，2003，17（4）：466.

[9]张金川，金之均，裒明生.页岩气成藏机理和分布[J].天然气工业，2004，24（7）：15－18.