濰北凹陷頁巖氣資源潛力分析

紀洪磊，劉莉，劉鵬飛

(1．山東省魯北地質工程勘察院，山東 德州 253015；2．山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013；3．山東正維勘察測繪有限公司，山東 濟南 250101)

地質與礦產

濰北凹陷頁巖氣資源潛力分析

紀洪磊1，劉莉2，劉鵬飛3

(1．山東省魯北地質工程勘察院，山東 德州 253015；2．山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013；3．山東正維勘察測繪有限公司，山東 濟南 250101)

頁巖氣作為一種非常規能源，在北美已經取得了相對較成熟的勘探開發經驗，濰北凹陷沉積了較厚的暗色泥頁巖，為摸清頁巖氣"家底"，筆者通過分析濰北凹陷央5井、昌64井等一系列鉆井取芯測試結果，對濰北凹陷孔店組二段地層暗色泥頁巖厚度、有機質類型、豐度、成熟度等頁巖氣形成條件進行了系統研究，結果表明，濰北凹陷孔二段泥頁巖形成于淺湖相-深湖相環境，暗色泥頁巖厚度較大，有機質含量、成熟度均較高，且埋藏較淺，具備頁巖氣形成條件，是省內頁巖氣勘探的有利目標層位。

濰北凹陷；頁巖氣；有機質；成熟度

0 引言

頁巖氣是指賦存于富含有機質的泥頁巖及其夾層中，以吸附或游離狀態為主要存在方式的非常規天然氣。近年來，美國頁巖氣的快速勘探開發使得天然氣儲量迅速增加，超過俄羅斯成為世界天然氣生產第一大國。截至2013年，美國頁巖氣產量超過2650億m3，達到了美國天然氣總產量的40%[1]。北美頁巖氣的成功開發引發了全球頁巖氣勘探熱潮，2000年以來，我國也逐漸加大了對頁巖氣資源的研究力度[2-6]。

濰北凹陷古近系泥頁巖發育廣泛，累積厚度大，有機質豐度較高，有機質類型較好，演化程度分布范圍較寬，大量油氣源對比結果證實為有效烴源巖，具備形成頁巖氣的物質基礎①②。

1 構造位置

濰北凹陷為一新生代斷陷盆地，呈北斷南超、北陡南緩、北深南淺的箕狀。西以廣饒凸起為界與濟陽坳陷相接，東以昌邑-大店斷裂與魯東隆起相連，北鄰濰北凸起，南至魯西隆起，盆地面積約880km2。依據地層的沉積特點、構造特征，濰北潛凹陷可進一步劃分為北部洼陷帶、南部斜坡帶、灶戶斷鼻帶、瓦城斷階帶4個次級構造單元(圖1)。

圖1 濰北潛凹陷構造圖

2 頁巖氣成礦地質背景

2.1 泥頁巖沉積與展布特征

凹陷內孔二段埋藏深度較淺，在1600～3800m。根據地震反射特征，凹陷北緣、東緣發育扇三角洲沉積相，凹陷北部地區發育淺湖相-半深湖相，北部、東部邊緣區分布湖盆濁積扇相，南部發育河流-三角洲沉積相*汪巍，東營凹陷、濰北凹陷孔店組烴源巖地球化學特征對比研究及油源意義，成都理工大學碩士學位論文，2006年。。

濰北潛凹陷富含有機質泥頁巖主要分布在北部洼陷帶孔二段地層中，按巖性可分為暗色泥巖、碳質頁巖、煤層和油頁巖，其中以暗色泥巖為主，主要分布在北部洼陷和灶戶斷鼻東北部，單層厚度可達5～15m，累計厚度達500m以上。碳質頁巖在剖面上呈薄層狀與煤層交替，在孔二段上、中、下3個亞段均有分布，尤以下亞段和中亞段更為集中，主要分布在北部洼陷帶的南側及瓦城斷階北部一帶，單層厚度最大可達3～5m，最大厚度達30m以上。

2.2 儲集性特征

凹陷內黏土礦物主要由混層礦物組成(表1)[7]，根據伊/蒙混層礦物含量推測凹陷不同深度的成巖溫度范圍，濰北凹陷生烴深度約為3000～4000m，溫度110～178℃。經統計分析，濰北潛凹陷孔隙度分布在0.9%～12.2%之間，平均孔隙度為5.6%(圖2)，滲透性分布在(0.01～0.282)×10-3um2之間，均值為0.097×10-3um2。

表1 濰北凹陷黏土礦物組成

2.3 有機質類型

濰北凹陷有機組分組成具有復雜多變的特點，復雜多變性既表現在垂向上分布的差異性又表現在平面上分布不均勻性。垂向上孔二段上亞段樣品有機質主要為Ⅰ型和Ⅱ型，中亞段、下亞段樣品有機質主要為Ⅲ型。平面上，凹陷東北部地區有機質主要來自陸源植物碎屑，干酪根屬于Ⅱ，Ⅲ型；凹陷中部地區，浮游生物和藻類相對發育，有機質干酪根中腐泥組分明顯增多，最高可達90%左右，干酪根屬于Ⅰ型。顯示出濰北潛凹陷孔二段烴源巖非均質性，也反映了濰北潛凹陷孔二段烴源巖母質的多樣性及沉積的多變性(圖2)。

圖2 濰北凹陷孔二段孔隙度與深度關系圖

2.4 有機質豐度

在油氣勘探中普遍采用有機碳含量指標來代表烴源巖的有機質豐度[8-10]。從分析結果來看，有機碳含量分布范圍較寬，介于0.4%～15.9%之間，平均含量約為2.62%，有機質豐度較高，基本上達到了好烴源巖標準[11-14]。

從縱向上看，以孔二上、孔二中相對較好，孔二下較差。孔二上烴源巖有機碳達好烴源巖標準的占總數的69%左右；達較好以上烴源巖標準的高達82%。孔二中烴源巖有機碳達好烴源巖標準的占總數的34%左右；達較好以上烴源巖標準的占59%。孔二下烴源巖有機碳達好烴源巖標準的占總數的36%左右；達較好以上烴源巖標準的高達57%。并且孔二中段烴源巖厚度大，為濰北潛凹陷的主力生油亞層①。

從平面上看，有機碳含量由邊緣到中部昌67、昌14、昌64等洼陷中心一帶，有機質含量逐漸增多，有機質豐度逐漸變高。北部洼陷樣品平均值為2.56%，部分巖屑樣品有機碳含量最高值達到15.9%，這與該段富集含碳質頁巖和煤層有關。灶戶斷鼻帶地層厚度和烴源巖厚度都變薄，但烴源巖平均有機碳豐度較高。昌25井最高含量達15.8%，從樣品測試結果推測，濰北凹陷內有機碳以瓦城斷階和北部洼陷兩個中心富集。南部斜坡帶接近沉積盆地邊緣，有機碳含量較低(圖3、表2)。

圖3 濰北凹陷孔二段地層TOC等值線圖

井名井深/m巖性干酪根類型有機碳/%烴源巖質量昌291265．0灰色泥巖Ⅱ21．51較好昌251314．0深灰碳質泥巖Ⅲ15．80好昌311760．4褐色碳質泥巖Ⅱ215．90好昌311836．2褐色泥巖Ⅱ11．52較好昌522115．0深灰色泥巖Ⅱ14．58較好昌522124．0深灰色泥巖Ⅱ19．99好昌522278．0深灰色泥巖Ⅱ22．20較好昌642443．3黑灰色泥巖Ⅱ11．10較好昌132655．0深灰色泥巖Ⅱ20．86好昌513002．0深灰色泥巖Ⅲ0．95較好昌191370．00灰色泥巖Ⅱ20．40較差昌191611．00灰色泥巖Ⅱ20．77較差昌191620．00灰色泥巖Ⅲ0．61較差昌191691．00灰色泥巖Ⅲ0．76較差昌191740．00灰色泥巖Ⅱ20．71較差昌52225．00灰色泥巖Ⅱ20．47較差昌102343．00灰色泥巖Ⅲ0．47較差昌142490．50灰色泥巖Ⅰ0．46較差昌92592．00灰色泥巖Ⅱ20．47較差昌92725．00灰色泥巖Ⅱ20．59較差

2.5 有機質成熟度

有機質成熟度一般以鏡質體反射率(Ro)指標表示[14-17]。孔二段烴源巖的鏡質體反射率(Ro)的變化范圍在0.4%～1.62%之間，2442～3820m深度范圍內平均值為1.01%，總體上呈隨深度增加而增加趨勢。2500m左右時，鏡質體反射率就達到0.5%，當埋深達到3500m左右時，成熟度達到1.0%。由于凹陷內不同地區地層的抬升剝蝕厚度和地溫梯度的差異，不同井點的生烴門限深度、生烴高峰的深度有所不同，相同埋深條件下處于凹陷中部的昌64井成熟度較高，在3000～3500m范圍內成熟度為1.0%～1.33%，而位于北部邊緣區域的央5井在3300～4000m深度內達到1.0%～1.62%(圖4)。根據濰北凹陷實測Ro值數據顯示*姜敏，東營、濰北及沾化凹陷深層烴源巖有機地球化學特征研究，成都理工大學碩士學位論文，2011年。，濰北潛凹陷孔二段烴源巖至少存在兩片烴源巖成熟區，即以北部洼陷為主體并包括灶戶斷鼻北部在內的北部成熟區和以灶戶斷鼻南部為主體包括南部斜坡東段在內的東南部成熟區[18]。即以北部洼陷為主體的北部成熟區和以南部斜坡東段在內的東南部成熟區。以鏡質體反射率0.5%為邊界圈定的這兩片地區占凹陷總面積一半以上。

圖4 濰北凹陷孔二段地層成熟度與深度關系圖

3 濰北凹陷頁巖氣資源潛力評價

根據北美地區頁巖氣勘探開發經驗[4]及《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術規范》(DZ/T0254-2014)中參數分類標準，對濰北凹陷頁巖氣資源潛力進行初步評價[19-20]。

濰北凹陷北部洼陷和灶戶斷鼻東北部暗色泥巖單層厚度達5～15m，累計厚度達500m，遠大于30m頁巖有效厚度；孔二上、孔二中地層有機碳含量介于1.1%～15.9%之間，屬于中—高—特高頁巖氣層。埋藏深度為1600～3800m，屬于中淺層—中深層氣田，相對開發投入成本較低。3000～3500m埋藏深度范圍內成熟度達到1.0%～1.33%，熱演化程度低～中等，孔隙度分布在0.9%～12.2%之間，平均孔隙度為5.6%，達到中等級別。

綜上所述，濰北凹陷孔二段泥頁巖形成于深湖-淺湖相環境，暗色泥頁巖厚度較大，有機質含量、成熟度均較高，且埋藏較淺，具備頁巖氣形成條件，是省內頁巖氣勘探的有利層位。

致謝：論文在完成過程中，受到了中國石化勝利油田有限公司地質科學研究院王永詩教授和朱家俊研究員的指導，在此致以誠摯感謝。

[1] 張金川，金之鈞，袁明生．頁巖氣成藏機理和分布[J]．天然氣工業，2004，24(7)：14-18．

[2] 戴金星．我國天然氣資源及其前景[J]．天然氣工業，1999，19(1)：3-6.

[3] 陳建渝，唐大卿，楊楚鵬．非常規含氣系統的研究和勘探進展[J]．地質科技情報，2003，22(4)：55-59．

[4] 李新景，胡素云，程克明．北美裂縫性頁巖氣勘探開發的啟示[J]．石油勘探與開發，2007，34(4)：392-400．

[5] 張林曄，孔祥星，張春榮，等．濟陽坳陷下第三系優質烴源巖的發育及意義[J]．地球化學，2003，32(1)：35-42.

[6] 楊永紅，常國貞，邊雪梅，等．山東昌濰凹陷古近系孔店組劃分與分布[J]．地層學雜志，2005，29(1)：78-83.

[7] 張增奇，田京祥，張春池，等．國內外頁巖氣研究進展及山東省頁巖氣資源潛力[J]．山東國土資源，2012，28(10)：1-6．

[8] 王永詩，李政，鞏建強，等．濟陽坳陷頁巖油氣評價方法——以沾化坳陷羅家地區為例[J]．石油學報，2013，34(1)：83-91.

[9] 李延鈞，劉歡，劉家霞，等．頁巖氣地質選區及資源潛力評價方法[J]．西南石油大學學報(自然科學版)，2011，33(2)：28-34.

[10] 宗國洪，王秉海．濟陽盆地中生代構造特征與油氣[J]．地質論評，1998，44(3)：289-294．

[11] 侯讀杰，王鐵冠．陸相油氣地球化學研究[M]．武漢：中國地質大學出版社，1996．

[12] 王文林．東營凹陷古近系深層凝析氣藏形成條件[J]．油氣地質與采收率，2007，14(3)：55-57．

[13] 金強．有效烴源巖的重要性及其研究[J]．油氣地質與采收率,2001，8(1)：1-4．

[14] 劉傳聯，徐金鯉，汪品先．藻類勃發湖相油源巖形成的一種重要機制[J]．地質論評，2001，47(2)：207-210．

[15] 李丕龍，龐雄奇．陸相斷陷盆地隱蔽油氣藏形成以濟陽坳陷為例[M]．北京：石油工業出版社，2004．

[16] 鄭和榮，黃永玲，馮有良．東營凹陷下第三系地層異常高壓體系及其石油地質意義[J]．石油勘探與開發，2000，27(4)：60-65．

[17] 趙季初．東營凹陷沙三下亞段頁巖氣前景分析[J]．山東國土資源，2015，31(3)：26-29．

[18] 王之躍,彭文泉,宋昭睿,等.頁巖氣現場解析氣量影響因素探討——以濰北凹陷昌頁參1井為例[J].山東國土資源,2015,31(9)：22-25．

[19] 王麗娟.山東魯西地區上古生界泥頁巖特征及頁巖氣遠景區預測[J].山東國土資源,2016,32(1)：21-25．

[20] 王立東,張明德,吳清華,王玲麗,張平平.濟陽坳陷區頁巖氣資源儲存可能性淺析[J].山東國土資源,2016,32(6)：28-31．

Potential Analysis on Shale and Gas Resources in Northern Weifang Depression

JI Honglei1, LIU Li2, LIU Pengfei3

(1. Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253015, China; 2. Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Institute, Shandong Jinan 250013, China; 3. Shandong Zhengwei Surveying and Mapping Institute, Shandong Jinan 250101, China)

Through analysis on formation conditions of dark shale thickness, organic matter type, abundance and maturity of shale and gas in the second section of Kongdian formation in Weibei depression, it is showed that shale in the second Kongdian formation in Weibei depression was formed in the shallow lacustrine facies - deep lacustrine environment. The thickness of dark shale is large, organic matter content and maturity are high, and buried in shallow part. It has shale and gas formation conditions and is favourable for the formation of shale gas exploration in the Shandong province.

Weibei depression; shale gas; organic matter; maturity

2015-09-16；

2016-08-26；編輯：曹麗麗

山東省地礦局礦產勘查項目《山東省魯北地區頁巖氣資源調查》編號(KC2013015)項目

紀洪磊(1984—)，男，山東濱州人，工程師，主要從事水工環地質工作；E-mail:jhl0543@163.com ①汪巍，東營凹陷、濰北凹陷孔店組烴源巖地球化學特征對比研究及油源意義，成都理工大學碩士學位論文，2006年。 ②姜敏，東營、濰北及沾化凹陷深層烴源巖有機地球化學特征研究，成都理工大學碩士學位論文，2011年。

P618.13

A

紀洪磊，劉莉，劉鵬飛.濰北凹陷頁巖氣資源潛力分析[J].山東國土資源，2017,33(1)：44-47.JI Honglei, LIU Li, LIU Pengfei.Potential Analysis on Shale and Gas Resources in Northern Weifang Depression[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：44-47.