湖北省境内发育五大页岩气目的层，即下震旦统陡山陀组、下寒武统牛蹄塘组、上奥陶统—下志留统龙马溪组(含五峰组)、上二叠统大隆组和上三叠统—下侏罗统桐竹园组等。湖北秭归地区寒武系及前寒武系页岩气的勘探突破，显示出湖北西部地区良好的页岩气勘探前景。由于湖北省地质构造复杂，页岩气保存条件较差，寻找页岩气成藏的稳定区较为困难，目前仅在黄陵背斜南部的局部地区获得商业性页岩气勘探突破，且尚不具有大规模勘探开发和利用的条件，因此在构造复杂区寻找新的页岩气勘探靶区，拓宽页岩气的勘探领域是亟待解决的问题。

湖北西部地区处于扬子板块中北部，西与四川盆地毗邻，北接秦岭—大别造山带，东南紧靠江南隆起带，其Ⅱ级构造单元属于扬子板块中部(中扬子)地区的湘鄂西褶皱断裂带。该断裂带自西向东依次划分为中央背斜带、花果坪复向斜、宜都鹤峰复背斜和桑植石门复向斜等；发育的主要边界大断裂自西向东依次为慈利—保靖断裂(F3)、天阳坪断裂(F1)和建始—彭水断裂(F2)等(图 1)。研究区及邻区所在的湘鄂西褶皱断裂带主要经历了3个构造形变阶段，即印支期之前的稳定沉降与间歇性隆升阶段、印支期—早燕山期的冲断推覆阶段和早燕山期之后的伸展形变阶段等。其中，印支期—早燕山期的构造形变对研究区起主导作用，该时期中扬子地区的湘鄂西地区因受南东向江南—雪峰造山带的挤压应力作用影响，构造样式从基底卷入型到盖层滑脱型呈规律性变化，产生了强烈的挤压和逆冲推覆，从而形成研究区目前的基本构造格局。喜山运动早中期印度板块向欧亚板块的俯冲加剧导致早燕山期褶皱变形进一步加剧，从而形成现今北北东—北东—北东东向展布的隔档式褶皱带区域构造面貌，而晚喜山期的差异升降伴随形成一系列不同规模的断层，从而叠加形成一系列复杂断层—褶皱构造样式^[1-4]。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 湖北西部地区及邻区构造单元划分 Fig. 1 Tectonic unit division of western Hubei province and its adjacent areas

湖北西部地区经过多次构造运动及海侵、海退的影响，形成了自震旦纪至中生代不同时期沉积相的反复变迁^[5-7]。晚古生代泥盆纪—二叠纪，中扬子地区随海平面升降，陆块剥蚀区—海陆交互相区—滨浅海相区组合与开阔碳酸盐岩台地相区—局限碳酸盐岩台地相区—台盆相区组合反复交替，反映出中扬子地区具有水体较浅、坡度平缓的陆表海盆地特征^[8-9]。

自中二叠世开始，研究区所在的中扬子地区形成大面积碳酸盐岩台地，以燧石结核灰岩—含炭质瘤状灰岩—生屑灰岩建造为主，为宽广开阔台地沉积环境，对应栖霞组和茅口组沉积，而在台间低洼处，则形成台盆硅质岩—炭硅质页岩建造，对应孤峰组沉积。上二叠统，中扬子地区又一次形成碳酸盐岩台地，为燧石结核灰岩—泥粒灰岩及颗粒灰岩建造，属开阔台地沉积环境，对应吴家坪组、下窑组沉积；同期在襄阳以南、神农架西部及建始—鹤峰一带的低洼地带，形成台盆硅质岩—炭硅质页岩建造，对应大隆组沉积。总体上，自中二叠世孤峰组开始至上二叠统大隆组，中扬子地区古地理格局基本稳定，沉积相发育特征基本相似，在襄阳南部一带，紧邻襄广断裂边界形成低洼处，对应台地边缘斜坡相；在鹤峰—建始和神农架北部，襄广断裂以南地区沉积水体深度较大，形成台盆相，呈近南北向展布，向西北方向延伸至省外，围绕台盆周围发育坡度较缓的台地边缘斜坡相，向西至利川，向东至五峰一线，水体变浅，生物活动增加，形成生物礁滩相(图 2)。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 湖北西部地区及邻区上二叠统大隆组沉积相 Fig. 2 Sedimentary facies of Late Permian Dalong Formation in western Hubei province and its adjacent areas

湖北西部上二叠统大隆组富有机质泥页岩物质条件较好，沉积的黑色有机质泥页岩厚度较大。分析剖面和钻井资料可知，下部为灰黑色薄—中层状含炭硅质页岩，向上岩性渐变为灰黑色薄—中层状泥晶灰岩，硅质岩段可见菊石化石。大隆组在湖北西部地区发育2个沉积厚度中心：①鹤峰地区(剖面C)沉积厚度通常为40~50 m，黑色泥页岩厚度40 m左右；②恩施地区(剖面D)沉积厚度一般为30~40 m，黑色泥页岩厚度26 m左右(图 3)。二者连线组成的近南北向展布的狭长沉积地带为上二叠统大隆组良好的页岩气有利目标区(向西以宣恩—来凤一线为界，向东以五峰—榔坪一线为界)，在平面上与有利于黑色岩系沉积的台盆相展布基本一致。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 湖北西部地区及邻区上二叠统大隆组地层柱状对比图 Fig. 3 Stratigraphic column of Late Permian Dalong Formation in western Hubei province and its adjacent areas

通过分析A—F等6个剖面的76块黑色泥页岩样品的总有机碳(TOC)含量，结果表明湖北西部地区大隆组泥页岩TOC质量分数介于0.15%~ 17.34%，均值为4.54%，其中TOC质量分数大于1%的样品占85.53%，TOC质量分数大于2%的样品占72.37%，生烃潜力介于0.08~0.81 mg/g，均值为0.42 mg/g。研究区大隆组泥页岩TOC含量较高，为较好烃源岩，具有很好的生烃能力。

研究区大隆组泥页岩干酪根显微组分中以腐泥组为主，其次为惰质组和镜质组。以鹤地1井为例，泥页岩中腐泥组干酪根占比为66%，惰质组干酪根占比为26%，镜质组干酪根占比为8%，有机质类型主要为Ⅱ₂型，少量Ⅱ₁型，反映出母质类型以低等水生生物为主的特征。

通过分析研究区69块代表性黑色泥页岩样品的有机质成熟度(R_o)，结果表明大隆组R_o值为1.49%~2.90%，均值为2.32%。

湖北西部地区大隆组泥页岩样品X射线衍射全岩分析见表 1所列。大隆组泥页岩以黏土矿物和石英为主，黏土质量分数为14.0%~50.0%，石英质量分数为29.0%~81.0%，石英等脆性矿物含量较高，有利于页岩储层压裂改造。

表 1(Table 1)

表 1 湖北西部地区大隆组全岩X衍射结果统计 Table 1 X-ray diffraction results of the whole rock of Dalong Formation in western Hubei province 剖面名称 w（全岩X射线衍射矿物）/ % 黏土 石英 长石 碳酸盐 黄铁矿 剖面B 17~50/33.5（3） 40~81/60.5（3） 2~10/5.5（3） 0~0/0（3） 0~0/0（3） 剖面C 18~44/31.7（4） 49~80/63.2（4） 2~6/3.7（4） 0~3/1.4（4） 0~0/0（4） 剖面D 14~26/22.5（4） 29~73/56.1（4） 2.4~7.8/4.5（4） 0~32/15.5（4） 1~4/1.4（4） 剖面E 14~36/24.7（4） 56~75/66.7（4） 3~8/5.5（4） 0~5/1.5（4） 1~3/1.6（4）   注：最小值~最大值/平均值（样品数）

下载CSV 表 1 湖北西部地区大隆组全岩X衍射结果统计 Table 1 X-ray diffraction results of the whole rock of Dalong Formation in western Hubei province

湖北西部上二叠统大隆组物性数据分析表明，该组露头样品孔隙度介于1.46%~4.26%，均值为2.31%，渗透率介于(0.19~2.35)×10^-3 mD，均值为0.81×10^-3 mD。总体上来看，研究区大隆组泥页岩孔隙度和渗透率相对较低，属于低孔—特低孔、特低渗型储层。

湖北西部地区大隆组泥页岩样品扫描电镜观察发现，泥页岩中孔隙类型包括粒内孔、粒间孔、微裂缝以及有机质孔等。

粒内孔：由石英、长石、方解石、白云石等不稳定矿物溶蚀作用产生，粒内孔十分发育，包括溶蚀孔和晶间孔等，以溶蚀孔为主，主要为方解石粒内溶孔和石英粒内溶孔等，孔径大小为5~30 μm [图 4 (a)~(b)]。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 湖北西部地区大隆组孔隙发育特征（扫描电镜照片） （a）方解石粒内溶孔，孔径5~30 μm，鹤地1井，1 250 m；（b）条带状有机质孔，粒内发育少量纳米级孔隙，鹤地1井，1 250 m；（c）方解石粒间孔放大，呈不规则状，直径2 μm，鹤地1井，1 280 m；（d）有机质边缘纳米级微裂缝，宽度50~100 nm，鹤地1井，1 290 m；（e）微裂缝，宽度5~8 μm；（f）蜂窝状有机质孔，孔径0.5~2.0 μm，鹤地1井，1 285 m Fig. 4 Pore structure of Dalong Formation in western Hubei province

粒间孔：以原生孔隙为主，受压实作用影响，以发育于黏土矿物的层间片状孔隙较常见，其他类型少见或不发育，形态像层间缝，宽度多介于10~ 500 nm [图 4 (c)]。

微裂缝：主要见于黏土、方解石、钠长石和有机质等矿物中，其中有机质内部或边缘通常裂缝较小，缝宽为50~100 nm，黏土中裂缝一般较大，缝宽为1~10 μm [图 4 (d~e)]。

有机质孔：有机质孔十分发育，为纳米级孔隙，分布在有机质内部和有机质颗粒边缘，孔径多介于20~300 nm，形态主要为蜂窝状和条带状。其中蜂窝状有机质孔大小一般为0.5~2.0 μm，且孔隙之间普遍连通；条带状有机质孔大小一般为1~2 μm [图 4 (f)]。

2015年，中国地质调查局在鄂西巴东地区针对上二叠统大隆组部署的首口页岩气调查井——巴页1井在深度900 m左右首次探获页岩气，现场解析气质量体积达到2.0 m³/t，并成功点火。之后，多家单位在鄂西地区针对大隆组开展调查评价和勘探工作，并取得一系列勘查成果：华电集团在鹤峰地区实施的鹤地1井探获了大冶组一段至孤峰组的含气层段，含气地层厚度超过367.50 m，其中大隆组连续黑色泥页岩厚度超过50 m，现场解析气质量体积大于3.0 m³/t，并点火成功；湖北省地质调查院在建始地区实施的高地1井在钻遇上二叠统大隆组及中二叠统孤峰组黑色炭质泥页岩时均获得良好页岩气显示，岩心浸水试验中均见串珠状、喷泉状气泡，其中大隆组优质黑色泥页岩段近26 m，现场解析气质量体积多大于2 m³/t，最大解析气质量体积近3 m³/t，孤峰组现场解析气质量体积可达1.5 m³/t以上，现场收集的气体均点火成功。

本次研究选取研究区6个具有代表性的露头样品进行等温吸附实验。结果表明鄂西地区大隆组吸附气质量体积介于0.69~5.24 m³/t，均值达到2.58 m³/t，页岩气含气量较高(图 5)。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 湖北西部地区大隆组泥页岩等温吸附曲线 Fig. 5 Adsorption isotherm of shale samples from Dalong Formation in western Hubei province

页岩气聚集机理复杂，具有自生、自储、自保、储层致密等特征^[10-12]，湖北西部地区古生界海相页岩分布范围广，沉积厚度大，且大隆组黑色泥页岩经历了多期次的构造运动，相关计算参数难以得到准确赋值，所以利用传统的资源评价方法无法准确评价出页岩气资源量^[13-15]。本次研究首先采用统计法进行资源量评价参数的获取，然后将获得的相关参数采用体积法进行资源量的计算^[16-17]。

有效含气面积：在扣除缺失面积(主要指研究区内大隆组地层剥蚀区)的计算单元内，选取TOC含量大于1%、R_o介于0.5%~3.5%、埋深介于500~ 4 500 m、连续富有机质泥页岩厚度超过15 m的区域并计算其面积，最后扣除保存条件较差地区(主要指区域性大断裂破坏影响的地区)的面积得出有效含气泥页岩的面积。

有效页岩厚度：通过露头剖面实测、钻探资料分析、地球物理测井等方法获得研究区大隆组有效页岩(指泥页岩中的TOC质量分数> 1%)厚度，并编制出有效泥页岩厚度等值线图，然后在不同含气泥页岩面积范围内，求出页岩的平均有效厚度。

泥页岩密度：大隆组黑色泥页岩密度主要通过分析测试结果求取其平均值。

含气量：含气量可由统计拟合、地质类比、等温吸附实验、现场解析和测井解释等多种方法得到。

根据湖北西部上二叠统大隆组页岩气勘探程度，结合埋深、厚度、地球化学指标和含气性数据等，将研究区大隆组划分为2类远景评价区(图 6)：即Ⅰ类远景评价区1个，R_o介于1.5%~2.5%，主体埋深为1 000~2 000 m，保存条件较好且资源量可靠程度较高，通过体积法计算出资源量期望值为5 700亿m³，页岩气资源潜力较大，具备商业性开发价值；Ⅱ类远景评价区2个，R_o均介于2.5%~3.5%，主体埋深均为2 000~3 000 m，保存条件及资源量可靠程度一般，通过体积法计算出资源量期望值为600亿m³，页岩气资源潜力较小，尚不具备进行页岩气商业性开发的前景。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 湖北西部地区大隆组远景区评价 Fig. 6 Evaluation of favorable prospecting area of Dalong Formation in western Hubei province

(1) 湖北西部地区上二叠统大隆组建始—鹤峰一线在台盆沉积背景下发育一套以硅质岩、含炭硅质页岩为主的黑色富有机质泥页岩层系，有效泥页岩厚度达到30 m左右，且有机质丰度较高，TOC质量分数平均值达到4.54%；R_o值达到2.0%以上，处于成熟—过成熟阶段；有机质类型主要为Ⅱ₂型，少量Ⅱ₁型，较有利于生成气态烃类。

(2) 湖北西部地区黑色泥页岩矿物成分主要由黏土和石英组成，石英等脆性矿物含量较高，利于页岩储层压裂改造；孔隙类型包括有机质孔、粒间孔、粒内孔以及微裂缝等，以有机质孔和微裂缝较为发育，孔隙度平均值为2.31%，渗透率平均值为1.88×10^-3 mD，属于低孔—特低孔、特低渗透型储层。

(3) 湖北西部地区大隆组可划分为Ⅰ类远景评价区1个，远景资源量期望值为5 700亿m³；Ⅱ类远景评价区2个，远景资源量期望值为600亿m³。