鄂爾多斯盆地上古生界頁(yè)巖氣資源潛力分析

馮 帥，王婭妮，歐陽(yáng)靜蕓

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

鄂爾多斯盆地上古生界頁(yè)巖氣資源潛力分析

馮 帥，王婭妮，歐陽(yáng)靜蕓

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

從頁(yè)巖氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和儲(chǔ)集特征等方面對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界的頁(yè)巖氣資源潛力進(jìn)行了分析。該地區(qū)石炭-二疊系海陸過(guò)渡相地層中發(fā)育的暗色泥頁(yè)巖層系分布廣泛，厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高，以腐殖型為主，成熟度多集中在1.3%～2.5%，處于大量生氣階段，為頁(yè)巖氣資源提供了有利的成藏條件。

頁(yè)巖氣；資源潛力；上古生界；鄂爾多斯盆地

頁(yè)巖氣多形成于富含有機(jī)質(zhì)的暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中，并以吸附態(tài)或游離態(tài)賦存于這些地層中[1-4]。鄂爾多斯盆地上古生界石炭-二疊系海陸過(guò)渡相地層中發(fā)育了一大套暗色泥頁(yè)巖層系，為頁(yè)巖氣的成藏提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[5-7]。下面，筆者從頁(yè)巖氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和儲(chǔ)集特征等方面對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界的頁(yè)巖氣資源潛力進(jìn)行分析。

1 地層沉積特征

鄂爾多斯盆地的沉積地層發(fā)育在太古-元古代結(jié)晶基底之上。在早寒武世至早奧陶世盆地接受了一套海相地層沉積;中奧陶世由于中央古隆起的形成，盆地內(nèi)地層沉積厚度減小;之后盆地全面抬升，缺失了志留系、泥盆系和下石炭統(tǒng)[7]。到海西期，開始沉積了一套海陸交互含煤沉積，包括上石炭統(tǒng)本溪組、下二疊統(tǒng)太原組和山西組、中二疊統(tǒng)下石盒子組和上石盒子組及上二疊統(tǒng)石千峰組。地層的沉積特征見表1。由表1可知，石炭-二疊系的本溪組、太原組和山西組多發(fā)育煤層、暗色泥頁(yè)巖和含泥的生物灰?guī)r等。而暗色泥頁(yè)巖、高碳泥頁(yè)巖發(fā)育的層位正是需要重點(diǎn)研究的目標(biāo)。

表1 鄂爾多斯盆地上古生界地層沉積特征

2 頁(yè)巖氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

2.1暗色泥頁(yè)巖的分布特征

圖1 上古生界泥頁(yè)巖厚度等值線圖

鄂爾多斯盆地上古生界發(fā)育的是一套廣覆式沉積的海陸交互相含煤巖系，包括暗色泥巖、暗色頁(yè)巖、炭質(zhì)泥巖及煤層等[7]。暗色泥頁(yè)巖厚度可達(dá)60～200m，受晚石炭世和早二疊世盆地沉降和沉積體系的影響，總體分布呈“東西兩邊最厚，中部向南北變薄”的特點(diǎn)(見圖1)。其中，盆地西部最厚，在烏達(dá)-韋州地區(qū)可達(dá)200m以上；東部次之，厚度在100～130m之間；中部較薄，一般為60～100m。

2.2烴源巖地化指標(biāo)

1)有機(jī)碳含量(TOC) 有機(jī)碳含量是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣潛力最重要的指標(biāo)之一。TOC值越高，頁(yè)巖的生氣潛力就越大。有機(jī)碳具有吸附特性，其含量的多少直接控制著頁(yè)巖吸附氣的含量[1,4]。有機(jī)碳含量與甲烷吸附能力之間存在良好的正相關(guān)線性關(guān)系[8]。目前，一般認(rèn)為商業(yè)性頁(yè)巖氣開發(fā)的有機(jī)碳下限值平均為2%[1-3]。

鄂爾多斯盆地本溪組、太原組和山西組TOC多介于1.0%～3.0%(見圖2),其中本溪組、太原組和山西組二段3套頁(yè)巖TOC平均值分別為2.8%、2.7%和3.0%，均達(dá)到了形成商業(yè)性頁(yè)巖氣藏的有利標(biāo)準(zhǔn)。

2)有機(jī)質(zhì)類型 不同類型的干酪根油氣成熟度門限不同，生油、生氣的潛力也不一樣。一般來(lái)說(shuō)，Ⅰ型和Ⅱ型干酪根以生油為主，Ⅲ型干酪根則以產(chǎn)氣為主。鄂爾多斯盆地上古生界的干酪根鏡鑒結(jié)果顯示富含生氣的鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組達(dá)70.0%以上，屬于Ⅲ型干酪根；泥頁(yè)巖干酪根碳同位素值為-22.4‰～-26.4‰，區(qū)別于腐泥型干酪根的同位素值-25‰～-30‰,與腐植型干酪根同位素值多高于-25‰相一致[7];從瀝青質(zhì)特征來(lái)看，盆地上古生界煤系氣源巖具有較高的瀝青質(zhì)含量和較低的烴轉(zhuǎn)化率，該特征與腐殖型源巖的特征也相一致。整體來(lái)看，盆地上古生界顯示Ⅲ干酪根的特點(diǎn)。

圖2 上古生界TOC分布直方圖

圖3 上古生界Ro等值線圖

3)成熟度 鄂爾多斯盆地上古生界地層的鏡質(zhì)體反射率Ro值多集中在1.3%～2.5%(見圖3),且有從東北向西南遞增的趨勢(shì)，大部分已處于成熟-高成熟生氣階段，有利于氣態(tài)烴的生成。

3 頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集特征

與常規(guī)氣藏不同，頁(yè)巖氣的成藏具有“自生自儲(chǔ)”的特點(diǎn)。頁(yè)巖氣生成以后，主要以吸附狀態(tài)賦存于有機(jī)質(zhì)和粘土顆粒表面或以游離狀態(tài)賦存于孔隙和裂縫中，沒(méi)有或僅有極短距離的運(yùn)移，表現(xiàn)為典型的“原地”成藏模式[1,9]。

鄂爾多斯盆地沉積了一套暗色泥頁(yè)巖與砂巖互層、暗色泥頁(yè)巖與灰?guī)r互層的海陸交互相沉積地層，多表現(xiàn)為“灰-泥-砂-泥-煤”的層序旋回，是海平面周期性變化的結(jié)果。其中，盆地中東部的神木、佳縣、綏德、米脂等區(qū)塊中，孔隙度1%～5%，滲透率(0.1～0.5)×10-3μm2,為致密低孔低滲的儲(chǔ)集層，為頁(yè)巖氣的原地成藏提供了保障。廣泛發(fā)育的暗色泥頁(yè)巖和煤層，為頁(yè)巖氣的大量生成提供了保障，也為吸附氣的保存提供了基礎(chǔ)。砂巖夾層中的孔隙和灰?guī)r內(nèi)部的溶孔、微裂縫，為游離的頁(yè)巖氣提供了儲(chǔ)集空間，改善了孔滲特征。

4 頁(yè)巖氣資源潛力分析

將該套層系的頁(yè)巖特征與美國(guó)5大頁(yè)巖氣含氣盆地對(duì)比(見表2)，可見其與圣胡安盆地白堊紀(jì)的頁(yè)巖特征具有更多的相似性。尤其是盆地東部，泥頁(yè)巖厚度大，低孔低滲的儲(chǔ)集特征，為頁(yè)巖氣的保存提供了保障。儲(chǔ)集層大套泥頁(yè)巖之間的砂巖夾層和灰?guī)r夾層，為游離態(tài)的頁(yè)巖氣提供了有利的儲(chǔ)集空間。結(jié)合泥頁(yè)巖的沉積分布、有機(jī)質(zhì)生烴潛力及儲(chǔ)層特征分析，鄂爾多斯盆地東部神木、佳縣、綏德、米脂等區(qū)塊上古生界頁(yè)巖氣資源具有較大的潛力，有利于頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)。

表2 鄂爾多斯盆地(上古生界)與美國(guó)5大頁(yè)巖氣含氣盆地對(duì)比表

5 結(jié) 論

1)鄂爾多斯盆地上古生界有利頁(yè)巖氣層主要發(fā)育在本溪組、太原組和山西組，其巖性主要為暗色泥頁(yè)巖、碳質(zhì)泥頁(yè)巖及煤層等。

2)受古構(gòu)造和沉積體系的影響，上古生界烴源巖分布廣泛，厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度大，以腐殖型為主，成熟度高。

3)從物質(zhì)基礎(chǔ)與儲(chǔ)集特征分析，鄂爾多斯盆地上古生界具備頁(yè)巖氣成藏條件，盆地東部神木、佳縣、綏德、米脂等區(qū)塊具有更大的勘探潛力。

[1]張金川，金之鈞，袁明生.頁(yè)巖氣成藏機(jī)理和分布[J].天然氣工業(yè)，2004,24(7):15-18.

[2]林森虎，鄒才能，袁選俊，等.美國(guó)致密油開發(fā)現(xiàn)狀及啟示[J].巖性油氣藏，2011,23(4):25-30.

[3]聶海寬，張金川.頁(yè)巖氣藏分布地質(zhì)規(guī)律與特征[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010,41(2):700-708.

[4]郭秋麟，周長(zhǎng)遷，陳寧生，等.非常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)方法研究[J].巖性油氣藏，2011,23(4):13-19.

[5]楊俊杰，裴錫古.中國(guó)天然氣地質(zhì)學(xué)(第四卷)：鄂爾多斯盆地[M].北京:石油工業(yè)出版社，1996.

[6]包洪平，楊奕華，王曉方.同沉積期火山作用對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界砂巖儲(chǔ)集層形成的意義[J].古地理學(xué)報(bào)，2007，9(4): 397-406.

[7]付金華.鄂爾多斯盆地上古生界天然氣成藏條件及富集規(guī)律研究[D].西安：西北大學(xué)，2004:32-38.

[8]Lu X C,LiF C,Watson A T.Adsorption measurements in Devonian Shales[J].Fuel,1995,74(4): 599-603.

[9]鄒才能，董大忠，王社教,等.中國(guó)頁(yè)巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力[J].石油勘探與開發(fā)，2010,37(6):641-653.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.015

P618.13

A

1673-1409(2012)12-N047-03