近年我国已经在寒武系、志留系取得了页岩气的勘探突破,部分区块实现了页岩气的产能建设,但探明资源储量和产能规模仍然较小,需进一步扩大勘探层位和勘探范围。贵州省属于页岩气资源大省,发育有多套黑色页岩层系,其中石炭系打屋坝组便是其中之一。本文通过对区域地层岩性、打屋坝组岩性组合及沉积、有机地球化学、储层物性、含气性及成藏特征进行研究,取得认识如下:(1)通过分析水城—紫云裂陷槽沉积格局,划分了石炭系打屋坝组沉积相。水城—紫云裂陷槽控制了贵州石炭系打屋坝组的沉积和分布,经调查研究该裂陷槽具有北东盘高、南西盘低的非对称沉积格局,发育有紫云、威宁2个沉积凹陷中心,并在水城—六枝之间形成隆起区。裂陷槽内复杂的沉积地貌环境造成石炭系打屋坝组地层厚度及岩石组合的快速变化。根据沉积环境变化将打屋坝组沉积相划分为裂谷边缘斜坡相、过渡浅海—半深海相、槽盆相、隆起区浅海相,并与威宁地层泻湖相旧司组相变过渡。(2)建立了石炭系打屋坝组沉积模式,并对其有机地球化学条件的控制规律进行了研究探讨。石炭系打屋坝组具裂谷边缘斜坡—槽盆相滞留沉积模式,其边缘斜坡相海水浅,蒸发作用强,发育大量碳酸盐岩夹层,陆缘物源丰富,有机质丰度低,干酪根类型为Ⅱ₂-Ⅲ型;进入过渡浅海—半深海相,滞留还原环境明显增强,受陆缘物源影响较小,碳酸盐岩含量降低,黄铁矿逐渐富集增多,发育骨针类化石,干酪根类型为Ⅱ₁-Ⅱ₂型;在进入裂陷槽核部滞留槽盆相,沉积水体进一步加深,还原环境强,浮游生物更加发育,发育有骨针类、藻类化石,受陆源物源影响较弱,碳酸盐岩逐渐消失,变为硅质岩的大量出现,黄铁矿丰富,有机质丰度高,干酪根类型为Ⅰ-Ⅱ₁型。(3)研究了石炭系打屋坝组页岩储层特征,以及沉积环境对页岩储层条件的影响。打屋坝组黑色页岩主要由石英和黏土矿物组成,还含有方解石及少量长石、白云石、黄铁矿等。黏土矿物以伊利石和伊蒙混层为主,脆性矿物含量在30%-60%之间。镜下见发育有裂缝孔隙、颗粒间孔隙、晶间孔隙、黏土矿物片间孔隙、刚性颗粒边缘裂缝、黄铁矿结核晶间孔隙、颗粒边缘裂缝及有机质内孔隙等微观孔隙类型,孔径在3.37-16.84nm之间,平均为7.09nm,微孔和介孔最为发育,对比表面积贡献最大。沉积环境的变化对微观孔隙有重要影响,表现在碳酸盐矿物富集的边缘相比表面积一般小于12m²/g,而碳酸盐矿物含量较低的裂陷槽半深海槽盆相比表面积一般在20 m²/g以上。(4)归纳了目前勘探程度下石炭系打屋坝组页岩气成藏规律,并总结提出其成藏模式。研究区石炭系打屋坝组黑色页岩含气量多在1m³/t以上,与有机质丰度、石英含量、黄铁矿含量和比表面积具有正相关关系,不同的物质组影响了页岩气富集的成藏。此外,燕山期构造运动对打屋坝组页岩气成藏富集影响较大,在构造变形较小的稳定区域内对页岩气成藏最为有利,强烈挤压变形区在较好的封盖保存条件下可形成裂缝型页岩气藏。当地层埋深较浅时,页岩气富集受井深影响较大,需要页岩自身具有足够的厚度以提供有利的封盖条件;埋深增大,封盖页岩厚度可逐渐减小。根据以上页岩气富集特征,总结提出贵州石炭系打屋坝组浅海—槽盆相弱变形区页岩气成藏模式。(5)对比研究了石炭系打屋坝组页岩气勘探前景,优选6个页岩气有利区。通过与焦石坝龙马溪组以及美国Antrim、Ohio、New Albany、Lewis和Barnett页岩地质条件进行对比,显示石炭系打屋坝组黑色页岩厚度大,其含气量、石英含量、TOC与其它页岩层相似,虽然干酪根类型复杂,成熟度变化较大,孔隙度偏低,但总体具备形成页岩气的良好物质基础,有着良好的页岩气勘探前景。鉴于当前打屋坝组页岩气勘探程度较低,根据其页岩气成藏规律,以沉积环境、有机质丰度、页岩厚度、构造变形强度及断裂发育等参数为条件,参考矿物组成、比表面积和勘探程度,优选出长顺、晴隆、水城、望谟、罗甸、关岭6个有利区,按照概率体积法计算P₅₀下页岩气资源量分别约为5157、6245、5660、7460、2619、1282亿m³,总地质资源量达到28423亿m³,为下一步页岩气勘探指明了方向。