鄂爾多斯盆地上古生界富有機(jī)質(zhì)泥頁巖特征分析

摘 要:通過國內(nèi)外頁巖氣勘探研究現(xiàn)狀給我們帶來的啟示，對鄂爾多斯盆地上古生界頁巖氣勘探研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，并對上古富有機(jī)質(zhì)泥頁巖特征進(jìn)行了描述，通過對富有機(jī)質(zhì)泥頁巖分布，地化特征(有機(jī)碳含量、成熟度等)的分析得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識:(1)鄂爾多斯盆地雖然為陸相沉積盆地，但多種非常規(guī)資源共存，有勘探頁巖氣的潛力;(2)上古生界富有機(jī)質(zhì)泥頁巖分布廣泛，機(jī)質(zhì)豐度高(TOC＞2%)，熱演化程度高(Ro＞1.3%)，鄂爾多斯盆地或許將會成為陸相頁巖氣勘探的重要突破口。

關(guān)鍵詞:鄂爾多斯盆地 上古生界 富有機(jī)質(zhì)泥頁巖 有機(jī)碳含量 成熟度

中圖分類號:P5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)12(B)-0123-02

Abstract: According to the revelation from shale gas exploration and development status at home and abroad，we analyze on the characteristics of organic-rich shale of Upper Paleozoic in Ordos Basin， including gas source rock distribution， TOC， Ro， etc.we can found:(1) although Ordos Basin is a continental sedimentary basin， there are many kinds of resources existence， the exploration potential of shale gas is great;(2)organic-rich shale of Upper Paleozoic widely distributed， characterized by high abundance of organic matter(TOC＞2%)and high levels of thermal evolution(Ro＞1.3%)， Ordos Basin may become the breakthrough of continental shale gas exploration in China.

Key words:Ordos Basin;Upper Paleozoic;Organic-rich shales;TOC;Ro

1 國內(nèi)外頁巖氣勘探研究現(xiàn)狀

全球的頁巖氣資源豐富，總資源量約為456.24×1012m3，占全球非常規(guī)氣資源量的近50%。主要分布在北美(占23.8%)、中亞和中國(占21.9%)、中東和北非(占15.8%)、拉美(占13.1%)等國家和地區(qū)[1]。

目前，美國對頁巖氣的勘探開發(fā)走在世界前列，是頁巖氣大規(guī)模商業(yè)開發(fā)取得成功的唯一國家。因此，了解美國頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀對于我國頁巖氣的勘探研究有著重要借鑒和指導(dǎo)作用。

1.1 美國頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

美國頁巖氣開采最早可追溯到1821年，當(dāng)時其第一口頁巖氣井在紐約州 Fredonia附近完鉆[2];1921年美國頁巖氣井開始投入現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn);20世紀(jì)70年代中期步入規(guī)模化發(fā)展階段;2000年以來，由于全球油氣資源供需矛盾加劇，頁巖氣等非常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)受到各國廣泛關(guān)注與高度重視;2009年，美國頁巖氣產(chǎn)量更是從2000年的122×108m3增至878×108m3[3]，占當(dāng)年天然氣產(chǎn)量的15%，其主要的頁巖氣產(chǎn)區(qū)分布在Appalachian、Michigan、Illinois、San Juan和Fort Worth等盆地。

據(jù)美國能源信息署(EIA)預(yù)測，在未來的20多年內(nèi)，頁巖氣產(chǎn)量還會繼續(xù)大幅上漲，到2035年頁巖氣產(chǎn)量將占到美國天然氣總產(chǎn)量的24.3%[4]。

1.2 中國頁巖氣勘探研究現(xiàn)狀

目前，我國頁巖氣研究仍處于探索和起步階段，要達(dá)到商業(yè)開發(fā)，仍需要一定的時間。與美國相比，中國主要盆地和地區(qū)的頁巖氣資源總量與美國大致相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)價值巨大。張金川等(2008)學(xué)者結(jié)合美國頁巖氣勘探研究成果以及我國頁巖氣成藏機(jī)理研究認(rèn)識分析認(rèn)為，中國頁巖氣發(fā)育空間廣泛，陸區(qū)的頁巖氣分布在區(qū)域上可劃分為南方(包括四川盆地等)、華北(包括鄂爾多斯、南華北及渤海灣等盆地)和西北(包括塔里木、準(zhǔn)噶爾等盆地)三大區(qū)域，其中，中、古生界地層是主體富集層位也是重點(diǎn)研究層系[5]。國內(nèi)四川盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地、江漢盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地等均有頁巖氣成藏的地質(zhì)條件，勘探潛力巨大。

2 鄂爾多斯盆地頁巖氣勘探研究現(xiàn)狀

鄂爾多斯盆地是中國內(nèi)陸的第二大沉積盆地，面積約25×104km2，屬于穩(wěn)定的克拉通盆地。盆地內(nèi)地層平緩、接觸整合、構(gòu)造穩(wěn)定，且無斷層對氣藏起破壞作用，有利于天然氣的生成與聚集。勘探實(shí)踐表明，鄂爾多斯盆地天然氣資源豐富，自20世紀(jì)50年代以來已先后在多個地區(qū)和層系發(fā)現(xiàn)了天然氣。

鄂爾多斯盆地自下而上主要發(fā)育有2套富有機(jī)質(zhì)泥頁巖層系:上古生界石炭系—二疊系海陸過渡相至陸相沉積的煤系源巖，以及中生界三疊系延長組的湖相暗色泥頁巖層。

其中，三疊系延長組富含有機(jī)質(zhì)的泥頁巖分布廣泛，厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、深度和演化程度適中、生烴能力強(qiáng)、并且在鉆井過程中，氣測顯示活躍、裂縫發(fā)育，頁巖氣勘探開發(fā)潛力巨大，已受到廣泛關(guān)注[6]。

但是，隨著美國頁巖氣勘探開發(fā)改變了世界能源的格局，我國對頁巖氣的勘探研究已經(jīng)在全面起步，全國各個盆地也都在加大勘探開發(fā)力度，所以在鄂爾多斯盆地，除了三疊系之外，上古生界石炭—二疊系也應(yīng)作為頁巖氣勘探研究的主力層系之一。

實(shí)踐證明，上古生界是天然氣勘探的主力層系。特別是90年代中期以來，上古生界天然氣的勘探不斷取得重大發(fā)現(xiàn)，相繼發(fā)現(xiàn)了榆林、烏審旗、蘇里格和鎮(zhèn)川堡等一批大中型氣藏(田)。并且在盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)了多種非常規(guī)天然氣資源，包括煤層氣、致密砂巖氣、水溶氣等，近年來，盆地內(nèi)天然氣勘探又不斷取得新的突破，含氣范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)示著良好的天然氣勘探開發(fā)前景，因此，在上古生界進(jìn)行頁巖氣勘探研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 鄂爾多斯盆地上古生界富有機(jī)質(zhì)泥頁巖特征分析

3.1 上古生界富有機(jī)質(zhì)泥頁巖分布特征

鄂爾多斯盆地上古生界的煤系源巖(包括泥巖、煤)層位上主要分布于本溪組、太原組和山西組，平面上呈現(xiàn)“廣覆型”分布，盆地東部和盆地西部厚度最大，盆地中部相對較薄，總體上分布比較穩(wěn)定[7]。其中，暗色泥巖厚度整體介于20～100m之間，盆地東部神木—榆林—安塞—高橋以東暗色泥巖整體厚度大于60m，盆地西部暗色泥巖高值主要分布在烏海—定邊—環(huán)縣以西，整體厚度大于60m。盆地中部暗色泥巖厚度相對較薄，多數(shù)介于30～50m之間。

就目前的資料來看，鄂爾多斯盆地上古生界石炭—二疊系地層埋深主要分布在1000～3500m之間，而煤系源巖發(fā)育的山西組—本溪組地層埋深平均在2500～3000m之間，總體上與美國Fort Worth盆地生產(chǎn)層位埋深較接近，在盆地內(nèi)進(jìn)行頁巖氣的開發(fā)具有一定的可行性。

3.2上 古生界富有機(jī)質(zhì)泥頁巖地化特征

目前，頁巖氣地化研究評價參數(shù)主要包括總有機(jī)碳含量，有機(jī)質(zhì)類型和成熟度等。

3.2.1 有機(jī)質(zhì)豐度與類型

總有機(jī)碳含量(TOC)是烴源巖豐度評價的重要指標(biāo)，也是衡量生烴強(qiáng)度和生烴量的重要參數(shù)。其含量的高低直接影響著頁巖含氣量的大小。一般有機(jī)質(zhì)豐度越高頁巖氣含量越大。根據(jù)北美的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為具有商業(yè)價值的頁巖氣藏有機(jī)碳含量下限應(yīng)大于2%[8]。

研究表明，上古生界暗色泥頁巖有機(jī)碳含量在0.05%～23.38%之間，平均2.25%～3.33%，地區(qū)間差異不大，有機(jī)質(zhì)豐度都相對較高。泥巖的有機(jī)質(zhì)類型主要為腐殖型，干酪根碳同位素分布于-22.4‰～-26.4‰之間[9]。

3.2.2 成熟度

熱成熟度反映有機(jī)質(zhì)是否已進(jìn)入成熟階段，成熟度高低與生氣量有著直接的關(guān)系。勘探實(shí)踐結(jié)果顯示，目前美國已發(fā)現(xiàn)的具有商業(yè)價值的頁巖氣藏成熟度Ro一般均大于1.1%。

根據(jù)鏡質(zhì)體反射率分布特征來看，盆地大部分地區(qū)已進(jìn)入高成熟階段，Ro＞1.3%[9]。其中，有機(jī)質(zhì)成熟度以盆地南部最高Ro＞2.0%，并向邊緣呈環(huán)帶狀降低。

總體來看，上古生界暗色泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高、熱演化程度高、生氣能力強(qiáng)，為古生界氣藏的形成提供了充足的氣源。

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)鄂爾多斯盆地雖然為陸相沉積盆地，但同樣具備頁巖氣成藏條件，并在盆地中發(fā)現(xiàn)了煤層氣以及致密砂巖氣等多種非常規(guī)資源，所以在鄂爾多斯盆地進(jìn)行頁巖氣的勘探與研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，并可以進(jìn)一步推動鄂爾多斯盆地多種類型天然氣共同開采的實(shí)現(xiàn)。

(2)鄂爾多斯盆地上古生界天然氣資源豐富，富有機(jī)質(zhì)泥頁巖分布廣泛，雖然單層厚度相對較薄，但有機(jī)質(zhì)豐度高(TOC＞2%)，熱演化程度高(Ro＞1.3%，已普遍達(dá)到成熟至高成熟階段)、生氣能力強(qiáng)，具有進(jìn)一步勘探的潛力。鄂爾多斯盆地或許將會成為陸相頁巖氣勘探的重要突破口。

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①作者簡介:張潔(1986年—)女，漢族，籍貫陜西延川，碩士，主要從事油氣成藏地質(zhì)學(xué)研究。E-mail: zhangjie860407@126.com.cn。