阜新盆地南部頁巖氣有利區(qū)參數評價

摘 要：頁巖氣的勘探開發(fā)與常規(guī)的油氣相比有著很大的差異，一個成功的頁巖氣項目的關鍵在于綜合考慮諸多影響因素進而選擇一個有利區(qū)進行勘探開發(fā)，這也是判斷頁巖氣能否達到商業(yè)化開采的關鍵環(huán)節(jié)。文章在大量調研國內外相關文獻基礎上，參照國內外頁巖氣開采成功經驗與理論成果，對阜新盆地南部九佛堂組和沙海組進行了主要參數評價。結論認為阜新盆地南部九佛堂組、沙海組泥頁巖富有機質泥頁巖厚度大，總有機碳含量高，有機質以偏生氣型為主，有機質成熟度適中，該區(qū)具有良好頁巖氣成藏地質基礎，具有進一步開展研究并進行工業(yè)性開發(fā)的良好資源條件。

關鍵詞：頁巖氣；有利區(qū)優(yōu)選；評價參數；主控因素；阜新盆地

引言

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中、以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。在頁巖氣藏中，天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖甚至砂巖地層中，是天然氣生成之后在源巖層內就近聚集的結果。表現為典型的原地成藏模式，具有自生自儲、無氣水界面、大面積連續(xù)成藏、低孔低滲等特征。

阜新盆地頁巖氣屬于一種新的頁巖氣類型，屬于中小型陸相斷陷盆地含煤頁巖盆地，文章試圖結合國外理論成果，結合該區(qū)以往地質資料，對阜新盆地南部九佛堂組和沙海組進行了主要參數評價，為國內中小型陸相斷陷盆地含煤型頁巖氣勘探開發(fā)的有利區(qū)優(yōu)選提供可靠借鑒。

1 阜新南地區(qū)頁巖發(fā)育地質背景

阜新盆地位于遼寧省西部，屬東北晚中生代中小型盆地群的典型代表，也是遼寧省重要的煤炭產地。盆地東部為醫(yī)巫閭山，西部為小松嶺山脈，盆地是在前寒武紀基底上發(fā)生和發(fā)展起來的晚侏羅-早白堊世地塹型斷陷盆地，基底最大埋藏深度約為6000m，南北長120km，東西寬10-20km，總面積約2000km2。

2 評價參數

2.1 頁巖厚度

頁巖作為頁巖氣的儲層，但并非都有利于成藏，作為頁巖氣勘探目的層的含氣頁巖通常是黑色富有機質的泥頁巖，特別是那些伽馬值一般大于100～150API的高伽馬黑色頁巖[2]。儲集層的厚度控制著頁巖氣藏勘探開發(fā)的經濟效益與勘探潛力，通常對于有機質含量相對較高的頁巖氣儲層，當儲層厚度達到15m以上，且區(qū)域上連續(xù)穩(wěn)定分布的儲層為有利儲層；而對于有機質含量相對較低的頁巖氣儲層，當儲層厚度達到30m以上，且位于有一定保存條件的盆地中心區(qū)或構造斜坡區(qū)的儲層為有利儲層。

根據以往工作阜參2井調查結果，九佛堂組-沙四段泥頁巖總厚度500～600m，分別占各地層總厚度的10～70%；單層厚度0.5～32m。可見白堊世早期九佛堂期及沙海晚期湖相發(fā)育過程中，沉積了廣泛發(fā)育的厚層富有機質泥頁巖，有利于頁巖氣的生成與賦存。

2.2 總有機碳含量（total organic content，TOC）

總有機碳含量是反映頁巖儲層有機質豐度的一個重要指標，是頁巖氣聚集成藏的主控因素之一。實驗結果表明，頁巖含氣量隨頁巖總有機碳含量的增加而增大。頁巖儲層成為烴源巖的總有機碳含量最低應大于2%，隨著開采技術的進步，其下限值可以適度降低。

九佛堂組泥頁巖有機顯微組分以殼質組為主，有機質類型多為II2型，總有機碳含量0.93-2.51%，平均1.66；而沙海組泥頁巖富含鏡質組，III型有機質普遍發(fā)育，總有機碳含量0.32～11.52%，平均2.13%，有機質豐度較高。

2.3 熱成熟度

頁巖中有機質成熟度可以預測頁巖儲層的生烴潛能，幫助我們判斷儲層中富存石油還是天然氣，或是不產油氣，是頁巖氣聚集成藏的重要評價指標之一。研究表明頁巖儲層從未成熟到成熟均有發(fā)現，熱成熟度變化較大。可見，成熟度的高低不是制約頁巖氣成藏的關鍵因素，但當有機質進入過成熟期后，此時有機顯微組分已經發(fā)生炭化，不利于吸附氣的賦存，產氣量明顯減少。

受沉積厚度差異及局部巖漿侵入的影響，阜新盆地白堊系泥頁巖有機質成熟度變化較大，鏡質體反射率（Ro）小于0.5%及大于2.0%均有分布，沙四段泥頁巖Ro為0.41～0.63%，屬未成熟到成熟期；九佛堂組頁巖Ro處于1.3～2.0%之間，達到過成熟階段，表明至少在局部地區(qū)，富有機質頁巖已經生成了一定量的烴類，具有形成頁巖氣的良好地質基礎。

2.4 頁巖礦物成分

頁巖主要礦物成分是黏土、石英、方解石等，其相對組成的變化影響了頁巖的巖石力學性質、孔隙結構和對氣體的吸附能力。石英和碳酸鹽礦物含量的增加，會降低頁巖的孔隙，但高含量的石英等脆性礦物能增加頁巖的脆性，在水力壓裂過程中容易形成誘導裂縫。一般認為，頁巖的石英等脆性礦物含量>40%，泥質含量20%～30%時，有利于儲層壓裂改造。

X射線衍射分析表明該區(qū)沙海組測試巖樣礦物成分包括：伊利石、高嶺石等黏土礦物，以及石英和黃鐵礦。其中石英、黏土礦物、白云石及長石為主要組成礦物。石英含量最高，34.99%～41.01%，平均37.21%；黏土礦物次之，14.11%～18.93%，平均16.09%；此外，還含有較多的白云石和長石，平均含量分別為18.04%和15.85%；方解石、菱鐵礦等較少，平均含量均小于10%。

2.5 儲層的力學性質

為了獲得理想的壓裂效果，儲層本身要有一定硬度。泊松比決定著頁巖儲層在應力作用下的壓裂能力，楊氏模量決定了頁巖儲層壓裂后的支撐能力。研究表明，當泊松比<0.25，楊氏模量>3×104MPa時，儲層壓裂時易形成網絡裂縫，有利于儲層的壓裂改造。該區(qū)沙海組巖樣楊氏模量：3.59×104～4.36×104MPa，平均3.978×104MPa；泊松比：0.1312～0.3527，平均0.241。綜合評定有利于后期壓裂改造。

3 結論

阜新盆地南部九佛堂組和沙海組富有機質泥頁巖厚度大，九佛堂及沙海組上段單組泥頁巖厚度普遍在300m以上，最厚可達750m；有機質豐度高，總有機碳含量（TOC）普遍在1%以上，最高可達12%；有機質以偏生氣型為主，有機質類型多為II2-III型；有機質成熟度適中，多處于成熟階段，該區(qū)泥頁巖具有良好頁巖氣成藏地質基礎，具有進一步開展研究并進行工業(yè)性開發(fā)的良好資源條件。

參考文獻

[1]張金川，徐波，聶海寬，等.中國頁巖氣資源勘探潛力[J].天然氣工業(yè)，2008，28（6）：136-141.

[2]王世謙，陳更生，董大忠，等.四川盆地下古生界頁巖氣藏形成條件與勘探前景[J].天然氣工業(yè)，2009，29（5）：51-58.

作者簡介：夏雪（1991，8-），女，碩士研究生，助理工程師，東北煤田地質局一O七勘探隊。