濰北凹陷孔店組二段頁巖氣資源潛力分析

彭文泉

(山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250014)

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地質與礦產

濰北凹陷孔店組二段頁巖氣資源潛力分析

彭文泉

(山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250014)

濰北凹陷是昌濰坳陷的次一級凹陷盆地，也是勝利油田外圍常規油氣開采區。濰北凹陷孔店組二段發育了較厚的暗色泥頁巖，是頁巖氣形成最有利層段，也是常規油氣的生烴母巖。利用昌頁參1井數據，結合以往資料，對濰北凹陷孔店組二段巖性特征，有機地球化學特征、礦物組成、泥頁巖含氣性特征等進行分析研究，認為孔店組二段上亞段下部和中亞段下部具備頁巖氣資源勘查開發潛力。

頁巖氣資源；孔店組二段；濰北凹陷

0 引言

濰北凹陷位于山東省濰坊市北部，是昌濰坳陷的次一級陸相沉積凹陷，為勝利油田外圍常規油氣開采區。濰北凹陷發育面積約880km2，凹陷內古近紀孔店組發育了厚層暗色泥巖，其頁巖氣生儲條件及勘探潛力一直未引起學者、專家的重視。

以往研究主要針對常規油、氣進行，集中在構造及沉積演化[1]、烴源巖特征[2]、儲層特征[3]等方面；王之躍等[4]首次對濰北凹陷孔店組二段泥巖含氣性特征進行了論述。隨著濰北凹陷頁巖氣調查評價工作的進一步推進，筆者利用昌頁參1井數據結合以往資料，對濰北凹陷孔店組二段巖性特征，有機地球化學特征、礦物組成、泥頁巖含氣性特征等進行分析研究，進而評述頁巖氣資源潛力。

1 孔店組二段巖性特征

孔店組二段為潮濕氣候條件下的深湖—半深湖相沉積，頂板埋深一般2500～3000m?？煞譃樯?、中、下3個亞段，其中上亞段為暗色泥頁巖主要發育層段，暗色泥頁巖發育厚度大、連續性強，中亞段次之。

下亞段巖性為深灰色厚層泥巖、炭質泥頁巖，夾薄層狀砂巖及泥質砂巖。鉆遇厚度80～343m。

中亞段巖性為深灰、灰色泥巖夾含礫砂巖、薄層砂巖，局部發育炭質泥巖及煤層。昌頁參1井鉆遇321.19m(未揭穿)。

上亞段巖性為黑色、深灰色泥頁巖、碳質泥頁巖、油頁巖、泥灰巖，夾薄層砂巖，局部夾含礫砂巖。昌頁參1井鉆遇249.56m。

2 有機地球化學特征

2.1 有機碳含量

孔店組二段有機碳含量(TOC)變化較大，據119塊樣品的統計分析[1]：上亞段36塊，TOC為0.13%～15.80%，平均3.08%；中亞段65塊，TOC為0.13%～19.80%，平均2.51%；下亞段18塊，TOC為0.14%～5.38%，平均1.66%。采集昌頁參1井樣品TOC最大值為9.46%。

2.2 鏡質體反射率

生油氣母質的熱裂解過程與鏡質體的演化過程關系密切，鏡質體反射率(Ro)是表征機質成熟度的重要指標，有機質熱變質作用越強，鏡質體反射率(Ro)值越大。

據昌頁參1井分析數據顯示，2700m以淺，Ro值一般小于0.8%；2700～2900m，Ro為0.78%～1.04%；2900～3100m，Ro為1.11%～1.42%；說明埋深2900m以下開始進入大量生氣階段。

2.3 干酪根

干酪根類型決定了烴源巖的生烴潛力，Ⅰ型干酪根生油、氣潛力最大，Ⅱ型次之，Ⅲ型最差[5-6]。

昌頁參1井孔店組二段上亞段和中亞段樣品中，Ⅱ1型干酪根占45.5%、Ⅱ2型干酪根占36.4%、Ⅲ型干酪根占18.1%，說明孔店組二段上亞段和中亞段干酪根類型以混合型為主。

據胡耀庭等分析結果[7]，孔店組二段下亞段以Ⅲ型干酪根為主。

從干酪根類型來看，孔店組二段上、中亞段生油氣母質生烴潛力較大，下亞段生烴潛力相對較差。

3 礦物組分及孔隙度

3.1 脆性礦物

脆性礦物含量多少直接關系到改造、壓裂頁巖氣產層的難易程度，為獲取較好的改造、壓裂效果，脆性礦物含量一般不低于30%。

昌頁參1井孔店組二段樣品X射線衍射全巖分析結果：脆性礦物總體含量占33.6%～65.2%，平均值48.3%。脆性礦物主要有石英、長石、方解石、白云石、菱鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦、鐵白云石等(圖1)。

圖1 昌頁參1井部分樣品全巖礦物百分含量圖

X射線衍射全巖分析結果顯示：石英含量為20.9%～37.2%，平均29.3%；長石含量以斜長石為主，鉀長石次之，斜長石含量為4.5%～19.6%，平均9.4%，鉀長石含量最高值5.9%；方解石在孔店組二段上亞段、中亞段上部含量較高。孔店組二段泥頁巖中脆性礦物(石英、斜長石)富集，有利于產生微裂縫(天然或誘導裂縫)[8]，利于頁巖氣儲層的壓裂改造。

3.2 粘土礦物

泥頁巖中除有機質吸附甲烷之外，粘土礦物是甲烷吸附的另一主要載體[9-10]，粘土礦物中蒙脫石對甲烷的吸附性能最強。

昌頁參1井孔店組二段樣品X射線衍射粘土分析結果：粘土礦物總體含量為34.8%～66.4%，平均51.7%，比焦頁1井龍馬溪組粘土礦物含量平均值46%略高[11]。粘土礦物主要為伊蒙混層、伊利石、高嶺石、綠泥石。伊蒙混層為47%～73%，平均59%；伊利石為18%～40%，平均28%；高嶺石為2%～15%，平均6%；綠泥石為3%～15%，平均7%。

從濰北凹陷8個鉆孔獲取的孔店組二段樣品來看，昌70、昌3-1樣品中蒙脫石含量最大(圖2)，其樣品中粘土礦物對甲烷吸附能力最大。此外相對較高的粘土礦物含量，可形成較多微孔隙[12]，有利于頁巖氣的儲集。

圖2 濰北凹陷孔店組二段粘土礦物百分含量圖

3.3 孔隙度

泥頁巖中發育的孔隙及微裂隙是頁巖氣在泥頁巖中的存儲空間和流通通道，孔隙發育程度對頁巖氣的開采有著重要意義[13]。

昌頁參1井樣品掃描電鏡拍攝的微孔隙由幾納米到幾百納米，分為礦物質孔隙、礦物顆粒內部溶蝕孔、碎屑表面溶蝕孔、泥?？缀臀⒘严?圖3)。

昌頁參1井孔店組二段孔隙度為4.27%～8.67%，平均5.62%，按規范[14]屬孔隙度中等的泥頁巖。高于北美Barntt盆地頁巖的孔隙度(平均為4.00%)。

圖3 孔店組二段泥頁巖掃描電鏡分析圖

4 泥頁巖含氣性

含氣量是評價泥頁巖含氣性的最重要指標。對昌頁參1井采集的孔店組二段樣品進行解析實驗，含氣量平均值為0.89m3/t。其中含氣量為0.50～1.00m3/t的樣品件數占61%，其次為1.00～2.00m3/t的樣品件數占21%(圖4)。孔店組二段上亞段下部與中亞段下部暗色泥頁巖發育層段，含氣量平均值均大于1m3/t。

同時研究發現不同巖性、深度含氣量的變化存在一定規律：深度相近時，泥巖解析氣量大于粉砂質泥巖解析氣量；巖性相似時，埋藏深度愈深含氣量愈大，隨深度的增加增速減小[14]。

圖4 孔店組二段含氣量樣品直方圖

5 結論

(1)濰北凹陷孔店組二段具備頁巖氣成藏的有機碳含量、孔隙度，具備易于儲層改造的脆性礦物含量。

(2)從鏡質體反射率分析，埋深2900m以淺處于生油或油氣共生階段。埋深大于2900m，進入大量生氣階段，具備形成頁巖氣藏的潛力。

(3)孔店組二段上亞段和中亞段干酪根生油氣能力強于下亞段。上亞段下部、中亞段下部暗色泥巖發育段含氣量平均值均大于1m3/t，具有頁巖氣資源勘查開發潛力。

(4)以往鉆探揭露孔店組二段暗色泥巖厚度100～400m，分布面積大于200km2，潛在頁巖氣資源量超過1000億m3，潛在經濟價值及資源潛力巨大。

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[2] 宋來亮，劉華，徐昊清，等.濰北凹陷孔店組烴源巖地化特征及油源對比[J].西南石油大學學報:自然科學版，2016,38(2):1-10.

[3] 韓榮華.濰北凹陷充填層序與有利儲層預測[D].中國石油大學,2008.

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[14] GB/T0254-2014.頁巖氣資源/儲量計算與評價技術規范[S].

Analysis on Shale Gas Resource Potential in the Second Section of Kongdian Formation in Weibei Sag

PENG Wenquan

(No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Jinan 250014, China)

Weibei sag is the secondary sag basin of Changwei depression. It is also the peripheral conventional oil and gas exploration area of Shengli oilfield. Thick dark shales developed in the second section of Kongdian formation in Weibei sag. They are not only the source rock of conventional oil and gas, but also the most favorable strata for forming shale and gas. In this paper, by using the datas of Canyijing, combining with the previous datas, lithological characteristics, organic geochemical characteristics, mineral composition, gas-bearing characteristics of clay shale have been analyzed. It is regarded that there is prospecting and developing potentiality of shale gas resource in the lower part of upper sub-formation and the lower part of middle sub-formation of the second section of Kongdian formation.

Shale gas resource; second section of Kongdian formation; Weibei sag

2016-05-12；

2016-08-05；編輯：曹麗麗

山東省國土資源廳，昌濰坳陷頁巖氣資源潛力調查評價(魯勘字[2013]2號)；山東省國土資源廳，山東省頁巖氣成礦條件研究和資源潛力預測(魯勘字[2013]1號)

彭文泉(1979—)，男，山東齊河人，高級工程師，主要從事水工環地質及頁巖氣勘查工作；E-mail：heshang7474@sina.com

P618.13

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彭文泉.濰北凹陷孔店組二段頁巖氣資源潛力分析[J].山東國土資源，2016,32(11)：35-39.PENG Wenquan.Analysis on Shale Gas Resource Potential in the Second Section of Kongdian Formation in Weibei Sag[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(11)：35-39.