古老地层页岩气富集特征与勘探方向——来自中-上扬子地区寒武系的启示

doi:10.11743/ogg20250607

石油与天然气地质 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 1840-1859.doi: 10.11743/ogg20250607

古老地层页岩气富集特征与勘探方向——来自中-上扬子地区寒武系的启示

聂海宽¹^,²^,³(), 苏海琨⁴, 张珂⁴, 林拓⁵(), 刘忠宝¹^,²^,³, 李沛¹^,²^,³, 戎佳¹^,²^,³, 王宇哲⁶

^1.页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室，北京 102206
^2.中国石化页岩油气勘探开发重点实验室，北京 102206
^3.中国石化石油勘探开发研究院，北京 102206
^4.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083
^5.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083
^6.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249

收稿日期:2025-07-01 修回日期:2025-12-17 出版日期:2025-12-30 发布日期:2025-12-25
通讯作者: 林拓 E-mail:niehk.syky@sinopec.com;everdeer@163.com
第一作者简介:聂海宽（1982—），博士、研究员，非常规油气地质。E-mail：niehk.syky@sinopec.com。
基金项目:
国家自然科学重点基金项目(42130803);中国石油化工股份有限公司科技部项目(P23132);中国石油化工股份有限公司科技部项目(P25144)

Enrichment characteristics and exploration targets of shale gas in ancient strata： Insights from the Cambrian shales in the Middle-Upper Yangtze region

Haikuan NIE¹^,²^,³(), Haikun SU⁴, Ke ZHANG⁴, Tuo LIN⁵(), Zhongbao LIU¹^,²^,³, Pei LI¹^,²^,³, Jia RONG¹^,²^,³, Yuzhe WANG⁶

^1.State Key Laboratory of Shale Oil & Gas Enrichment Mechanisms and Efficient Development，Beijing 102206，China
^2.Sinopec Key Laboratory of Shale Oil/Gas Exploration and Production，Beijing 102206，China
^3.Sinopec Petroleum Exploration and Production Research Institute，Beijing 102206，China
^4.School of Energy，China University of Geosciences （Beijing），Beijing 100083，China
^5.Oil and Gas Survey，China Geological Survey，Beijing 100083，China
^6.College of Geoscience，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China

Received:2025-07-01 Revised:2025-12-17 Online:2025-12-30 Published:2025-12-25
Contact: Tuo LIN E-mail:niehk.syky@sinopec.com;everdeer@163.com

摘要/Abstract

摘要：

四川盆地寒武系页岩气勘探取得重大突破，发现了目前全球地质时代最古老的页岩气藏。为揭示古老层系页岩气富集机理，以中-上扬子地区寒武系页岩为研究对象，结合勘探开发资料，系统分析了页岩岩相、储层、地化特征和气藏类型，重点研究了保存条件。研究表明：①研究区下寒武统发育富有机质［总有机碳含量（TOC） > 3%］和贫有机质（TOC < 1%）两类页岩，页岩有机质类型好（以Ⅰ-Ⅱ₁型为主）、热演化程度高［等效镜质体反射率（EqVR_o） > 3.0%］，形成了自生自储型和运移聚集型两类页岩气藏。②优质储层和有机质热演化程度共同控制古老页岩气藏的形成。页岩优质储层的发育受控于成岩作用和生烃成孔演化的协同效应。③保存条件是古老页岩气富集的关键控制因素。德阳-安岳裂陷槽因构造稳定，形成了压力系数为1.6 ~ 2.0的超压，页岩气富集程度高。④建议优先在热演化程度相对较低（EqVR_o < 3.5%）且保存条件良好的区域进行页岩气勘探。⑤寒武系古老页岩气资源潜力评价需重点关注超深层页岩气保存条件极限、优质储层形成机理、高-过成熟页岩生/排烃和滞留烃量定量表征等关键科学问题。

关键词: 优质储层, 保存条件, 资源潜力评价, 古老页岩气藏, 高-过成熟页岩, 寒武系, 四川盆地

Abstract:

Breakthroughs in the exploration of the Cambrian shale gas within the Sichuan Basin have contributed to the discovery of the most ancient shale gas reservoirs globally. To reveal the mechanisms governing the shale gas enrichment in ancient strata， we investigate the Cambrian shales in the Middle-Upper Yangtze region in this study. In combination with exploration and exploitation data， we systematically analyze the lithofacies， reservoir properties， geochemical characteristics， and gas play types of the shales， with particular emphasis placed on shale gas preservation conditions. The results indicate that the Lower Cambrian strata in the study area contain two types of shales， i.e.， organic-rich and organic-lean shales， with total organic carbon （TOC） contents of greater than 3% and less than 1%， respectively. These shales contain organic matter with favorable kerogen types （dominated by types Ⅰ-Ⅱ₁） and exhibit high thermal maturity， as indicated by an equivalent vitrinite reflectance （EqVR_o） greater than 3.0%. Two types of shale gas plays are identified： self-sourced and migrated gas plays. The formation of the ancient shale gas plays is jointly controlled by the presence of high-quality reservoirs and the thermal maturity of organic matter， while the development of high-quality reservoirs is governed by the synergistic effects of diagenesis and hydrocarbon generation-induced pore formation. Preservation conditions play a key role in controlling the shale gas enrichment in ancient strata. The Deyang-Anyue rift trough demonstrates a high degree of shale gas enrichment attributable to its tectonic stability and resulting overpressure conditions with formation pressure coefficients ranging from 1.6 to 2.0. It is recommended that future shale gas exploration should focus on areas with both relatively low thermal maturity （EqVR_o < 3.5%） and favorable preservation conditions. The resource potential evaluation of the ancient Cambrian shale gas should focus on several key scientific issues， including the preservation condition limits for ultra-deep shale gas， formation mechanisms of high-quality reservoirs， and the quantitative assessment of hydrocarbon generation， expulsion， and retention in highly- to over-mature shales.

Key words: high-quality reservoir, preservation condition, resource potential evaluation, ancient shale gas reservoir, highly- to over-mature shale, Cambrian, Sichuan Basin

中图分类号:

TE122.3

聂海宽,苏海琨,张珂,等. 古老地层页岩气富集特征与勘探方向——来自中-上扬子地区寒武系的启示[J]. 石油与天然气地质, 2025, 46(6): 1840-1859. doi: 10.11743/ogg20250607 Haikuan NIE,Haikun SU,Ke ZHANG,et al. Enrichment characteristics and exploration targets of shale gas in ancient strata： Insights from the Cambrian shales in the Middle-Upper Yangtze region[J]. Oil & Gas Geology, 2025, 46(6): 1840-1859. doi: 10.11743/ogg20250607

图/表 8

图1

图2

图3

图4

表1

上扬子地区下寒武统典型页岩气藏（井）特征"

地区		川中古隆起南斜坡		川中古隆起北斜坡	黔中古隆起东缘	黔东南凹陷	宜昌黄陵隆起周边	渝东南	湘鄂西	渝东南
典型钻井		金页1井	金石103井	资201井	黄页1井	岑页1井、天星1井	宜地2井、鄂阳页1井	长生1井	恩页1井	渝科1井、酉科１井
层系		筇竹寺组	筇竹寺组	筇竹寺组	九门冲组	牛蹄塘组	水井沱组	水井沱组	牛蹄塘组	牛蹄塘组
沉积相		浅水-深水陆棚相	浅水-深水陆棚相	深水陆棚相	深水陆棚相	深水陆棚相	台缘斜坡-深水陆棚相	深水陆棚相	深水陆棚相	深水陆棚相
主要岩相		黑色炭质页岩夹薄层灰质条带、灰质粉砂岩	灰质粉砂岩夹薄层黑色炭质页岩、灰质条带	黑色炭质页岩夹薄层粉砂岩	黑色炭质硅质页岩	黑色炭质页岩、灰黑色硅质页岩	灰黑色灰质页岩、炭质页岩、泥质灰岩	灰黑色炭质页岩、灰质页岩、含粉砂灰质页岩	灰黑色炭质硅质页岩、灰质页岩	灰黑色炭质页岩、黑色页岩、硅质页岩
优质页岩厚度/m		14.0	0 ~ 8.0	21.8 ~ 50.8	112.0	50.0 ~ 70.0	66.0	70.0	135.0	50.0
TOC/%		0.60 ~ 3.50（1.30）	0.20 ~ 1.50	1.33 ~ 4.80（2.28）	2.20 ~ 9.50（6.30）	1.70 ~ 9.60（4.60）	0.42 ~ 5.96（2.05）	3.30 ~ 6.40（4.80）	1.30 ~ 9.20（6.40）	1.36 ~ 9.81（5.63）
有机质类型		Ⅰ	Ⅰ	Ⅰ	Ⅰ	Ⅰ-Ⅱ₁	Ⅰ-Ⅱ₁	Ⅰ	Ⅰ	Ⅰ-Ⅱ₁
EqVR_o/%		2.70 ~ 3.10（2.90）	2.70 ~ 2.80	2.80 ~ 3.20（3.10）	2.90 ~ 3.40	2.20 ~ 4.44（3.51）	2.18 ~ 2.29（2.25）	3.50 ~ 4.00	3.21 ~ 4.33（3.60）	2.68 ~ 5.19
主要矿物含量/%	石英	28.8	50.0 ~ 70.0	20.0 ~ 47.0	43.4	29.6	22.9	37.6	48.3	45.9
	黏土矿物	41.8	20.0 ~ 40.0	14.0 ~ 48.0	33.4	34.2	37.6	28.0	12.8	34.8
	碳酸盐矿物	10.0	5.0 ~ 10.0	2.0 ~ 12.0	—	9.5	35.8	20.3	12.0	13.0
孔隙类型		黏土矿物层间孔、有机质孔、微裂缝	黏土矿物层间孔、微裂缝	黏土矿物层间孔、有机质孔、微裂缝	有机质孔、微裂缝	黏土矿物层间孔、有机质孔、	粒内溶蚀孔、有机质孔	粒内孔、有机质孔、微裂缝	粒内孔、有机质孔、微裂缝	有机质孔、粒内孔、粒间孔、微裂缝
孔隙度/%		1.79 ~ 5.84（3.41）	1.79 ~ 3.84（2.96）	3.10 ~ 5.50（4.28）	1.48 ~ 4.90（2.80）	1.70 ~ 3.30（3.14）	1.10 ~ 9.10（2.83）	0.24 ~ 2.83（1.21）	0.71 ~ 3.42（2.13）	0.90 ~ 2.70
保存条件		顶、底板完整，超压	顶、底板完整，超压	顶、底板完整，超压	高角度构造缝发育、底板破碎	底板不完整，常压	构造稳定、裂缝欠发育，顶、底板完整	高角度构造缝发育，底板不完整，常压	高角度构造缝发育，底板不完整，常压	高角度构造缝发育，底板不完整，常压
压力系数		1.2	> 1.8	> 2.0	—	0.9 ~ 1.1	1.50 ~ 1.78	—	0.9 ~ 1.1	—
含气性/（m³/t）		0.53 ~ 4.69（1.68）	0.61 ~ 2.69	7.80 ~ 9.50（8.50）	0.23 ~ 1.80（0.89）	0.30 ~ 2.88	0.18 ~ 5.58（2.64）	0.12 ~ 0.16（0.14）	0.11 ~ 0.39（0.26）	0.13 ~ 0.26
埋深/m		2 500 ~ 3 500	2 500 ~ 3 500	4 350 ~ 4 900	< 2 500	1 200 ~2 200	< 2 500	< 2 500	3 500 ~ 4 000	< 1 500
日产气量/（m³/d）		40 000 ~ 80 000	258 600	738 000	418	3 000	78 300	未获工业气流	未获工业气流	未获工业气流
综合评价		TOC高、富有机质页岩厚度较小；高孔隙度、含气性好，获工业页岩气流	TOC低、富有机质页岩厚度小；低孔隙度、含气性好，获工业页岩气流	TOC高、富有机质页岩厚度较大；高孔隙度、含气性好，获工业页岩气流	TOC较高、富有机质厚度较大；低孔隙度、含气性较好，获低页岩气流			TOC高、富有机质页岩厚度大；低孔隙度、含气性差，未获工业页岩气流

表1

图5

图6

图7

参考文献 93

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Enrichment characteristics and exploration targets of shale gas in ancient strata： Insights from the Cambrian shales in the Middle-Upper Yangtze region

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