中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩现场解吸气特征及地质意义

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩具有良好的气体显示,是四川盆地外页岩气新的勘探区。通过对2口页岩气探井共64块水井沱组页岩的含气性现场解吸,测定了解吸气含量、气体组分、解吸气碳和氢稳定同位素组成,分析了解吸气组分变化、解吸过程中气态烃和二氧化碳同位素的变化,同时探讨了页岩气赋存状态、气体稳定同位素倒转特点及其地质意义。研究结果表明:水井沱组页岩现场解吸气含量为0.32~5.48 m3/t,连续含气量大于2 m3/t的地层厚44.05 m,含气性与TOC有很强的正相关性;解吸气甲烷含量为81.90%~95.48%,乙烷含量为0.78%~3.95%,含微量丙烷,为典型的干气;非烃气体中氮气含量稍高,平均约为6.7%,二氧化碳含量低于1%,不含H2S;吸附气占50%~60%,游离气占40%~50%。解吸早期吸附性弱的CH4和N2先脱附出来,吸附性强的C2H6和CO2后脱附出来,至解吸结束仍有相当量的C2H6和CO2未脱附出来。解吸过程中碳、氢同位素均发生变化,δ13CCH4变化范围为-39.92‰^-25.86‰,δ13CC2H6为-41.57‰^-39.34‰,δ13CC3H8为-40.89‰^-35.46‰,δ13CCO2为-23.42‰^-19.23‰;δDCH4为-136.90‰^-128.00‰,δDC2H6为-160.45‰^-155.30‰;由于同位素的质量分馏效应,解吸过程中残留的甲烷碳同位素增大了5.15‰~13.33‰,甲烷氢同位素增大1.64‰~8.90‰,乙烷碳、氢同位素和二氧化碳的碳同位素基本不变。气体碳同位素分馏还受页岩物性的影响,大的孔隙体积引起更显著的甲烷碳同位素分馏效果,同时还引起乙烷体积含量的差异。利用解吸半量体积所取气样的同位素值代表全部气体的平均值,δ13CCH4平均值为-33.19‰,δ13CC2H6平均值为-40.04‰,δ13CC3H8平均值为-39.07‰,页岩气表现出δ13CCH4>δ13CC2H6且δ13CC3H8>δ13CC2H6、δDCH4>δDC2H6的同位素'倒序'特征。与威远地区下寒武统筇竹寺组类似,宜昌地区水井沱组页岩气同样处于气态烃同位素反转阶段的早期,具有多源复合热成因气的特点。