Main factors controlling the shale gas content of Cambrian shales of southern China—a discussion

doi:10.13745/j.esf.sf.2022.5.31

Abstract

Abstract:

The Cambrian shale gas resource potential of southern China is expected to be enormous with its widely distributed high-maturity organic-rich shales; however, success in shale gas exploration is uneven across the region. In this paper, we analyze the current research progress in the study of Cambrian shale gas geology in southern China, and discuss the key factors that determine the shale gas content, including reservoir characteristics, total organic carbon (TOC) content, porosity as well as tectonic conditions for gas preservation. The organic-rich Cambrian shales of the middle-upper Yangtze regions are mainly distributed in the intracratonic troughs in the Mianyang-Changning area and western Hubei, and in the deepwater shelf-slope area bordering Hunan, Guizhou and Chongqing. The porosity of Cambrian shales commonly ranges from 1% to 6%, and the pores are dominated by micropores and mesopores, mainly isolated, spongelike organic pores, which are very different from the widely-developed bobble-like organic pores in the Silurian Longmaxi shale. Organic pores are well developed in the Cambrian Qiongzhusi/Shuijingtuo shales of the troughs, with average organic porosity ranging between 20%-50%, and inorganic pores are also abundant and contribute to the total porosity. The shale gas content ranges from 1.5 to 5.5 m³/t, which is 10%-30% (in some samples as high as ~50%) of the estimated total gas generation, indicating favorable tectonic preservation conditions in the troughs. In contrast, organic pores are poorly developed in the Cambrian Niutitang shale of the deepwater shelf-slope area, with average organic porosity less than 20%. The shale gas content is below 1.0 m³/t, or less than ~10% of the estimated total gas generation, indicating poor preservation conditions and large-scale gas loss in the area. The gas loss might be caused by regional unconformities developed at the bottom of the organic-rich Cambrian shale formation as well as severe post-depositional tectonic uplift in the middle-upper Yangtze. However, interbedded carbonate-rich thin layers in troughs might act as a barrier to oil migration and gas loss. As a result, the two troughs should be the key target for Cambrian shale gas exploration, which is consistent with the current success in Cambrian shale gas exploration in China.

Key words: shale gas, gas content, Cambrian, organic pores, tectonic preservation conditions, southern China

CLC Number:

P618.130.1

ZHANG Tongwei, LUO Huan, MENG Kang. Main factors controlling the shale gas content of Cambrian shales of southern China—a discussion[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(3): 1-13.

Figures/Tables 8

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系	统	川西南地区	黔中—黔北地区	川北南江地区	黔南黄平地区	鄂西宜昌地区
寒武系	第二统	龙王庙组	清虚洞组	孔明洞组	清虚洞组	石龙洞组
		沧浪铺组	金顶山组	孔明洞组	杷榔组— 变马冲组	天河板组
			金顶山组	阎王碥组	杷榔组— 变马冲组
			明心寺组	阎王碥组	石牌组
			明心寺组	仙女洞组
		筇竹寺组	牛蹄塘组	郭家坝组
		筇竹寺组		郭家坝组	九门冲组	水井沱组
	纽芬兰统	麦地坪组		宽川铺组	九门冲组	岩家河组
埃迪卡拉系		灯影组	灯影组	灯影组	灯影组	灯影组

系	统	川西南地区	黔中—黔北地区	川北南江地区	黔南黄平地区	鄂西宜昌地区
寒武系	第二统	龙王庙组	清虚洞组	孔明洞组	清虚洞组	石龙洞组
		沧浪铺组	金顶山组	孔明洞组	杷榔组— 变马冲组	天河板组
			金顶山组	阎王碥组	杷榔组— 变马冲组
			明心寺组	阎王碥组	石牌组
			明心寺组	仙女洞组
		筇竹寺组	牛蹄塘组	郭家坝组
		筇竹寺组		郭家坝组	九门冲组	水井沱组
	纽芬兰统	麦地坪组		宽川铺组	九门冲组	岩家河组
埃迪卡拉系		灯影组	灯影组	灯影组	灯影组	灯影组

钻井名称	地区	古地理背景	层位	井深范围/m	w_B/%				含气量/ (m³·t^-1)	孔隙度/%
钻井名称	地区	古地理背景	层位	井深范围/m	TOC	黏土矿物	石英	碳酸盐矿物	含气量/ (m³·t^-1)	孔隙度/%
金页 1井	川西南井研—犍为	绵阳—长宁裂陷槽附近	筇竹寺组下部	3 285.80~ 3 298.20	0.61~3.05 (1.60)	43.30~60.00 (49.97)	21.60~33.30 (28.57)	5.00~10.00 (7.22)	无数据	1.59~5.39 (4.23)
JS1 井				3 315.50~ 3 739.50	0.01~0.85 (0.39)	无数据	无数据	无数据	1.57~2.39 (1.95)	0.89~1.85 (1.22)
W201 井	川西南威远			2 631.00~ 2 822.00	0.41~6.62 (1.76)	无数据	无数据	无数据	0.82~4.82 (2.09)	0.86~2.48 (1.47)
阳页 1井	鄂西宜昌	鄂西裂陷槽	水井沱组下部	2 939.08~ 3 054.20	0.82~8.29 (4.29)	9.00~53.00 (20.28)	20.00~77.00 (54.94)	4.00~61.00 (11.34)	0.22~4.85 (2.36)	1.29~4.01 (2.75)
宜页 1井				1 772.50~ 1 870.84	0.65~8.39 (2.53)	2.41~48.19 (25.78)	0~46.99 (23.74)	19.27~90.36 (41.44)	0.35~5.50 (1.92)	0.98~2.66 (1.89)
宜地 2井				1 676.00~ 1 728.00	0.60~5.96 (3.04)	6.40~84.00 (31.88)	6.90~54.00 (24.62)	8.30~61.30 (35.56)	1.38~5.58 (3.66)	0.90~9.10 (2.59)
秭地 1井				265.60~ 360.70	无数据	无数据	无数据	无数据	0.24~1.03 (0.59)	无数据
秭地 2井				741.00~ 806.20	0.30~9.56 (3.38)	18.38~49.56 (30.45)	25.31~52.62 (37.51)	0.98~30.32 (18.32)	0.45~4.41 (2.13)	1.92~3.38 (2.70)
常德 1井	湘西常德	湘黔渝深水陆棚—斜坡	牛蹄塘组下部	1 630.00~ 1 674.00	0.77~10.72 (3.30)	无数据	无数据	无数据	0.26~2.81 (0.82)	无数据
常页 1井	湘西常德			513.10~ 1 344.00	0.03~17.60 (3.69)	无数据	无数据	无数据	0.03~2.11 (0.37)	1.20~1.80 (1.51)
慈页 1井	湘西张家界			2 264.50~ 2 732.00	0.21~7.90 (2.89)	7.65~45.60 (27.85)	5.66~58.49 (38.06)	1.89~81.13 (17.53)	0.33~0.95 (0.68)	无数据
岑页 1井	黔北岑巩			1 414.20~ 1 451.00	无数据	无数据	无数据	无数据	0.24~1.29 (0.78)	1.80~9.03 (5.09)
黄页 1井	黔中黄平			2 370.90~ 2 422.50	3.54~7.41 (5.51)	13.11~36.72 (30.44)	32.78~52.45 (46.55)	3.93~28.80 (7.67)	无数据	1.12~4.35 (2.29)
麻页 1井	黔南麻江			1 034.10~ 1 418.60	0.38~5.36 (2.75)	无数据	无数据	无数据	0.03~1.14 (0.24)	1.34~1.79 (1.60)
酉科 1井	渝东南酉阳			1 323.30~ 1 402.90	无数据	无数据	无数据	无数据	0.01~0.73 (0.29)	0.78~8.28 (3.75)

钻井名称	地区	古地理背景	层位	井深范围/m	w_B/%				含气量/ (m³·t^-1)	孔隙度/%
钻井名称	地区	古地理背景	层位	井深范围/m	TOC	黏土矿物	石英	碳酸盐矿物	含气量/ (m³·t^-1)	孔隙度/%
金页 1井	川西南井研—犍为	绵阳—长宁裂陷槽附近	筇竹寺组下部	3 285.80~ 3 298.20	0.61~3.05 (1.60)	43.30~60.00 (49.97)	21.60~33.30 (28.57)	5.00~10.00 (7.22)	无数据	1.59~5.39 (4.23)
JS1 井				3 315.50~ 3 739.50	0.01~0.85 (0.39)	无数据	无数据	无数据	1.57~2.39 (1.95)	0.89~1.85 (1.22)
W201 井	川西南威远			2 631.00~ 2 822.00	0.41~6.62 (1.76)	无数据	无数据	无数据	0.82~4.82 (2.09)	0.86~2.48 (1.47)
阳页 1井	鄂西宜昌	鄂西裂陷槽	水井沱组下部	2 939.08~ 3 054.20	0.82~8.29 (4.29)	9.00~53.00 (20.28)	20.00~77.00 (54.94)	4.00~61.00 (11.34)	0.22~4.85 (2.36)	1.29~4.01 (2.75)
宜页 1井				1 772.50~ 1 870.84	0.65~8.39 (2.53)	2.41~48.19 (25.78)	0~46.99 (23.74)	19.27~90.36 (41.44)	0.35~5.50 (1.92)	0.98~2.66 (1.89)
宜地 2井				1 676.00~ 1 728.00	0.60~5.96 (3.04)	6.40~84.00 (31.88)	6.90~54.00 (24.62)	8.30~61.30 (35.56)	1.38~5.58 (3.66)	0.90~9.10 (2.59)
秭地 1井				265.60~ 360.70	无数据	无数据	无数据	无数据	0.24~1.03 (0.59)	无数据
秭地 2井				741.00~ 806.20	0.30~9.56 (3.38)	18.38~49.56 (30.45)	25.31~52.62 (37.51)	0.98~30.32 (18.32)	0.45~4.41 (2.13)	1.92~3.38 (2.70)
常德 1井	湘西常德	湘黔渝深水陆棚—斜坡	牛蹄塘组下部	1 630.00~ 1 674.00	0.77~10.72 (3.30)	无数据	无数据	无数据	0.26~2.81 (0.82)	无数据
常页 1井	湘西常德			513.10~ 1 344.00	0.03~17.60 (3.69)	无数据	无数据	无数据	0.03~2.11 (0.37)	1.20~1.80 (1.51)
慈页 1井	湘西张家界			2 264.50~ 2 732.00	0.21~7.90 (2.89)	7.65~45.60 (27.85)	5.66~58.49 (38.06)	1.89~81.13 (17.53)	0.33~0.95 (0.68)	无数据
岑页 1井	黔北岑巩			1 414.20~ 1 451.00	无数据	无数据	无数据	无数据	0.24~1.29 (0.78)	1.80~9.03 (5.09)
黄页 1井	黔中黄平			2 370.90~ 2 422.50	3.54~7.41 (5.51)	13.11~36.72 (30.44)	32.78~52.45 (46.55)	3.93~28.80 (7.67)	无数据	1.12~4.35 (2.29)
麻页 1井	黔南麻江			1 034.10~ 1 418.60	0.38~5.36 (2.75)	无数据	无数据	无数据	0.03~1.14 (0.24)	1.34~1.79 (1.60)
酉科 1井	渝东南酉阳			1 323.30~ 1 402.90	无数据	无数据	无数据	无数据	0.01~0.73 (0.29)	0.78~8.28 (3.75)