江蘇地區頁巖氣資源潛力評價

李慧娥

（1.長江大學地球環境與水資源學院，湖北 武漢430100；2.中國地質調查局南京地質調查中心，江蘇 南京210016）

頁巖氣是指主體位于富有機質頁巖中，以吸附或游離態為主要方式附存于頁巖裂隙與孔隙系統中的天然氣聚集，還有一部分頁巖氣可能呈溶解態儲存于頁巖內的瀝青質和干酪根有機質中［1－2］。目前美國已經建成較大規模的頁巖氣產能，使頁巖氣引起了世界各國的廣泛關注。本世紀以來，隨著壓裂技術和水平井技術的發展，頁巖氣勘探開發進入了大發展階段。近年來，中國對于本國的頁巖氣發展取得了比較大的突破。中國發育海相、海陸過渡相—陸相煤系與陸相湖相3類富有機質頁巖，頁巖氣資源潛力大。目前勘探開發程度低，發展前景良［3－5］。本文以江蘇地區為研究區塊，對該地區進行頁巖氣資源潛力的評價。

1 區域地質概況

江蘇省位于華北準地臺和揚子準地臺的銜接部位，包括揚子陸塊。華北陸塊與黃海。東海兩大構造盆地緊密相連；地質構造復雜，郯廬斷裂帶斜貫本區西北部，將區內地層分為倆部分，記北區和南區；北區屬于華北地臺的南緣部分，位于西北部的徐州一帶，底層發育較全，太古界的泰山群片麻巖北區的基底，中元古界缺失，上元古界－古生界地層為主要蓋層，中新生代為孤零內陸盆地，第四系廣泛發育；南區為揚子準地臺的主體，地層發育齊全，新元古代到早古生代變質基底及古－中元古代變質塊體的卷入，晚古生代到中三疊世主要為淺海沉積蓋層，印支運動后全區變成統一的陸塊；進入燕山期構造動力體系經歷了由EW走向構造向NE－NNE走向構造的轉換，和以擠壓為主的構造－巖漿造山系統向以拉升為主的伸展盆嶺系統的轉換。中.新生代濱太平洋陸源活動強烈，經歷了路亞大陸、古亞洲洋、伊澤奈崎/庫拉、菲律賓海等幾大板塊的相互作用，發生了兩次前后相繼的構造動力體制大轉換；（T3－K1的東西向古亞洲構造向NE向古太平洋陸緣域轉換；K2－E的擠壓增生型溝湖體系向伸展減薄型陸內斷陷盆地轉換），印支－燕山運動形成的構造線一組為近EW走向，另一組為NE－NNE走向，陸內斷陷地發育，巖漿活動強烈［6－7］。研究區以下揚子地區為主，自晉寧運動以來經歷多次全球重大構造事件，不同類型地層出露齊全，巖漿活動強烈。

1.1 沉積特征

以郯廬斷裂為界，全省地層劃分為北區和南區，北區位于西北角，所占面積很小；南區是主體。北區出露最古老地層為泰山群老變質巖，上遠古界淮河群直接覆蓋于泰山群之上，古生界（缺失奧陶系上統－石炭系下統）為海相－海陸交互項－陸相沉積地層，中生界（缺失三疊系－侏羅系中統）為陸相沉積地層、夾中基性火山巖。南區出露新遠古代變質基底及古生界－下中生界海相穩定蓋層和中新生界陸相沉積地層。出露最老地層為中、新元古代變質巖系，與上覆地層呈不整合或斷層接觸；南華系至奧陶系以淺海相碳酸鹽為主夾碎屑巖，志留系為海相砂頁巖［8－9］。泥盆系中、下統普遍缺失，上統以石英砂巖為主，底部常為石英礫巖，與下伏地層多呈平行不整合接觸。石炭－二疊系主要為淺海碳酸鹽巖和硅泥質沉積夾濱海含煤碎屑沉積。三疊系下部為淺海相碳酸鹽巖，上部為陸相紅層及含煤地層，二者間常夾蒸發巖。侏羅－白堊系為陸相含煤碎屑巖系、紅層及火山巖。新生界多為陸相碎屑巖及松散沉積物，夾少量基性火山巖。

1.2 構造演化

江蘇地跨華北陸塊區、蘇魯造山帶、揚子陸塊區三大地質構造單元，不同歷史時期各構造單元所處的大地構造環境不斷變化，不同地質歷史時期各種大地構造環境下形成的巖石構造組合或構造相在空間上的疊加，現今的地質面貌主要是印支－燕山期構造作用對前期地質構造后的綜合反映，以燕山－喜山期斷塊作用為特征，空間上為不同斷塊的拼合，每個斷塊可能有不同地質歷史時期多個大地構造環境形成的大地構造相或巖石構造組合也可能為不同斷塊的組合部分［10－11］。在這一大的構造背景下，江蘇境內構造格局繁雜而多彩，發育了韌性變形構造、褶皺構造、斷裂構造和上疊中、新生代構造盆地等多種類型的地質構造。

2 富有機質頁巖層系地球化學特征

2.1 富有機質頁巖層系分布

自震旦紀以來發育多套富有機質頁巖（主要是暗色頁巖）層系，且面積分布廣，層位穩定，埋藏適中。其中晚震旦世－早志留世深水環境下形成的多套巨厚黑色頁巖；如早寒武世幕府山組，中晚奧陶胡樂組，早－中志留世高家邊組，茅頭組、墳頭組，石炭－二疊紀濱淺海－海陸交互相含碳頁巖層亦較發育并在南華北地區發育較厚的煤層；蘇北盆地則在早白堊世葛村組、晚白堊世浦口組和早第三紀泰州組、戴蘭組、三垛組頁巖厚度大［12－13］；這些層段都是頁巖氣資源潛力評價的重點層段，部分地段已發現具有良好的生烴潛力的烴源巖。

2.2 地球化學特征

2.2.1 徐州－豐、沛、銅地區

徐州－豐沛銅地區在區域地質上屬于魯西隆起區的黃口坳陷東部，其北部以豐沛斷層與豐沛凸起相隔，南超覆于凸起之上，整體呈東西向帶狀，坳陷北陡南緩，北深南淺，自西向東依次為后黃樓凹陷、李寨低凸起和敬安凹陷。

本區存在生油（氣）層系：①下白堊統第一、二段；②石炭、二疊系。

1）下白堊統第一、二段。有機質豐度：從有機碳含量看，第一段屬非生油巖，第二段除下部外，屬較好生油巖。有機質類型：第一段和第二段下部屬腐植型，第二段中部屬腐植－腐泥型，第二段上部屬腐泥－腐植型。綜合分析各項分析鑒定結果，趨向按熱解分析的平均值來劃分類型。，即白堊系下統第一段和第二段下部屬腐植型，生油潛力較低；第二段中部屬腐植－腐泥型，上部屬腐泥－腐植型，生油潛力較高。從這套地層的沉積環境看，白堊系下統第一段和第二段下部屬湖濱至淺湖相沉積、第二段中、上部為半深湖相沉積，這倆種環境下的生物也構成了原始母質的差異。有機質熱演化程度：根據熱解分析，白堊系下統產率指數普遍很低，其中上部一般小于0.06，下部為0.16～0.33，最高熱解溫度為424～431℃；地溫56.7～64℃，OEP為1.26～2.46，大部分大于2。白堊下統第一段，由于埋深增加，產率指數由0.43逐漸增至0.80，產率指數曲線的拐點井深為1800m，相應井深溫度為69.2℃，且此段中、下部最高熱解溫度一般為428～437℃，地溫為78.9～76.3℃，其熱演化條件較白堊系下統第二段都好，可惜其暗色泥巖有機質豐度太低。從區域上看，在繼承性較好的李寨低凸起倆側的后黃樓凹陷和敬安凹陷，該層系有隨著埋深加大，有機質豐度和成熟度增高的可能性，故考慮白堊系定為可能生油層，第二段定為生油層。

2）石炭、二疊系。石炭、二疊系中的暗色泥巖、煤層和石灰巖有一定的厚度；重要含煤層位同為太原組、山西組和下石盒子組，這為煤成氣的生成提供了較豐富的物質基礎［14］。但是、各層生氣母巖的地球化學特征有所差異。有機質豐度：煤的有機碳含量最高。太原組煤20（煤層采用徐州礦務局方案進行統一編號）C＝33.3%，煤22C＝77.25%，其次是太原組石灰巖，C＝0.47%。暗色泥巖除上石盒子組較低以外，其余各組均達1.06%～4.94%。有機質類型：據太原組石灰巖熱解分析：S2/S3＝0.76，CP/CoT＝6.5%，IH＝46mg/gcOT，S1＋S2＝0.37mg/g，屬腐植型；下石盒子組煤2的鏡質組46%，惰性組53%，殼質組1%，太原組煤4的鏡質組90%，惰性組10%，這些均為典型腐植煤特征，具有機質亦屬腐殖型。

2.2.2 蘇北地區

蘇北地區海相中、古生界發育三套泥頁巖生烴層系，分別為下寒武統幕府山組、上奧陶統五峰組－下志留統高家邊組及二疊系（孤峰組、大隆組和龍潭組）。

下寒武統灰黑色泥巖及頁巖主要發育于下部，沿北東向展布，厚達100m以上。泰州凸起上的蘇121井及黃橋的N2井均揭示幕府山組暗色泥巖，其中蘇121井幕府山組暗色泥巖，其中蘇121井幕府山組暗色巖厚116m。上奧陶統五峰組－下志留統高家邊組在蘇北地區分布廣泛。上奧陶統的厚度相對較小，一般小于30m。下志留統厚度較大，但有機質富集段主要位于底部100m左右。二疊系孤峰組、龍潭組和大隆組原始生烴層在蘇北地區全區均有分布，但在西部地區剝蝕嚴重。孤峰組以灰黑色硅質泥巖、鈣質泥巖及硅質頁巖為主，厚度一般小于50m；龍潭組以黑色頁巖、炭質頁巖及煤線為主，夾薄層灰巖、長石石英砂巖，厚度一般100～300m；大隆組以灰黑色泥頁巖，硅質泥巖及灰色灰巖為主，厚度一般小于25m。

有機質豐度總的來說，下古生界烴源巖的有機質豐度普標較高。如蘇121井2701.24～2701.8m取芯段下寒武統泥巖有機碳平均為4.18%；3492.78～3496.70m井段平均為3.4%；N2井1881.36～1886.30m取芯段下寒武統有機碳平均為2.88%；全椒地區露頭下寒武統泥巖有機碳為5.67%，有機質十分富集，屬于極好生烴層。上奧陶烴源層豐度較高的代表井為荻3井，有機碳高達2.37%，屬于好－較好生烴層。二疊大隆組、龍潭組和孤峰組有機質豐度相對較高，可達16.9%，85%以上樣品的有機質碳含量大于0.6%，多屬于較好－極好的生烴層。蘇北地區下古生界烴源巖的熱演化程度普遍較高，多達高成熟－過成熟階段（表1）。

2.2.3 蘇南地區

蘇南盆地句容地區是下揚子地區中、古生界海相地層分布區唯一取得初步突破的地區（表2）。

表1 蘇北地區下古生界熱演化程度統計表

表2 句容地區生油巖數據表

它位于江蘇南京江寧句容縣范圍內，面積約3450km2。地面和鉆井油井顯示眾多，主要見于浦口組、葛村組、上侏羅統、青龍組、二疊系、石炭系、五通組、志留系，屬孔隙、溶孔、裂隙型儲層。句12井在印支期不整合面附近油氣顯示活躍。容2、容3、井獲工業性油流。此外，容2井在白堊系葛村也獲得1.1t海相原油，標志著油氣勘探的初步突破。本區三疊系牙形刺色變指數為1～16。煤牌號屬于肥煤、氣煤處于有機質成熟階段。根據奧陶系牙形刺色指數高達4，表明下古生界有機質演化程度高于上古生界和三疊系，進入高成熟和過成熟階段［15］。

3 頁巖氣勘探有利區評價

徐州－豐、沛、銅地區產油（氣）潛力：石炭二疊系暗色泥巖和石灰巖，其有機碳含量都很高，但氯仿瀝青“A”含量都很低，一般為0.006%～0.06%，轉化率也較低，“A”/C；0.87%～3.92%，烴/C＝0.45%～1.92%，熱解分析：S1＋S2＝0.1～0.9mg/g。不同變質程度的煤的轉化率也不高，“A”/C＝0.08%～1.59%，烴/C＝0.08%～1.25%，也反映了腐植型生氣母巖有機質豐度高而產烴率低的特點，同時也說明本區石炭二疊系母巖有利于生氣而不利于生油。

根據蘇北地區的地球化學特征描述，蘇北地區二疊系大隆組、龍潭組及孤峰組烴源巖成熟度相對較低，蘇北盆地東部自北向南見到大量的海相中、上古生界油顯示。鹽城凹陷興橋X1井二疊系烴源巖Ro約1.1%～1.3%，烴源巖中瀝青“A”高達0.039%，A/C%高達9.28.向南N參2井棲霞組Ro僅0.52%～0.72%，海安凹陷臺X8井二疊系油顯示也來自二疊系本身。黃橋地區蘇174井龍潭組Ro僅為0.77%，表明蘇北地區二疊系大隆組、龍潭組及孤峰組烴源巖正處于成熟生油階段，局部地區可以生氣［13］。

根據蘇南地區地層巖性特征、國外裂縫性油氣田實例及下揚子區目前所獲得的有限縫隙性含油及油氣流資料，認為蘇南地區下志留統高家邊組、下石炭統高驪山組、下二疊統孤峰組、上二疊統以及中下三疊統泥巖、硅質頁巖，都是有利的含油氣儲集層。

4 結語

通過對江蘇盆地各區域的構造沉積演化特征的分析，以及地化數據的處理，認為江蘇盆地下揚子區所含頁巖有機質豐度高，沉積環境穩定，具有良好的生成頁巖氣的條件。根據國內認定的頁巖氣資源評價標準，江蘇地區豐沛銅地區的第三系、下白堊統、石炭系、二疊系，蘇北地區的二疊系、蘇南地區中古生界的各項指標都可達到頁巖氣成藏標準，如果僅僅從有機質豐度和成熟度分析，這些地區的頁巖氣形成具較大商業價值氣藏的潛力巨大，但由于該地區目前缺乏相應的鉆井測井資料，以及地質調查資料并不完善，江蘇地區頁巖氣成藏的進一步結論仍需驗證。

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