臨興地區本溪組泥頁巖生烴潛力及生烴量研究

吳 翔 吳建光 高向東

(1.中聯煤層氣有限責任公司，北京 100016；2.中國礦業大學(北京)，北京 100083)

鄂爾多斯盆地東緣非常規天然氣資源豐富，以致密氣、頁巖氣、煤層氣為代表的非常規天然氣成為近年來勘探開發的焦點。臨興地區發現了致密氣工業氣流，前期勘探成果表明，該地區頁巖氣同樣具有資源潛力。生烴潛力是頁巖氣勘探開發的前提，生烴量的恢復為頁巖氣的資源量評價奠定了基礎，因此該研究為研究區的頁巖氣的勘探開發提供理論指導。

圖1 鄂爾多斯盆地構造單元

1 區域地質背景

鄂爾多斯盆地為一大型多旋回克拉通盆地，根據基底性質、構造發展演化史及構造特征，盆地可劃分為西緣逆沖帶、天環坳陷、伊陜斜坡、渭北撓褶帶、晉西撓褶帶和伊盟隆起等6個一級構造單元(圖1)。臨興區塊屬于晉西撓褶帶，研究區本溪組—石盒子組構造繼承性較好，構造形態基本一致，總體構造相對簡單，地層傾角不大。石炭系-二疊系早期是一套以潮坪-瀉湖-障壁島-碳酸鹽臺地沉積為主的障壁海岸沉積，沉積環境縱向演化由海相-海陸過渡相。區域石炭-二疊系地層發育相對完整。自下而上有本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組。其中，本溪組屬于石炭系底部，沉積環境屬于濱海淺水沉積。

2 泥頁巖厚度

圖2 本溪組泥頁巖厚度等值線

臨興地區本溪組平均厚度為64m，為一套潮坪相沉積。頂部為一套煤層，其下為灰色泥巖、碳質泥巖和灰白色中砂巖。底部為一套灰色灰巖，泥晶結構且較為致密。本溪組發育多套泥巖，泥巖以灰色、深灰色、灰黑色為主，深色泥巖含碳質，與砂巖、煤頻繁互層發育。層內泥頁巖累計厚度總體較薄，累積厚度為0～50m，區塊北部及中部泥頁巖較其他地區發育，累計厚度在30m之上，其他地區均小于30m，單層最大厚度普遍在15m以下，厚度區域變化較大(圖2)。泥巖厚度受控于泥巖發育時的沉積環境，一般而言，泥巖厚度較大的地方，常為區域沉降中心，較快的沉降速度導致可容空間的增長速度大于沉積物的供給速度，因此，沉積物的粒度較細，厚度較大。

3 泥頁巖生烴潛力

3.1 有機質豐度

巖石中有足夠數量的有機質是形成油氣的物質基礎，是決定巖石生烴能力的主要因素，通常用有機質豐度表示。有機質豐度的指標很多，其中TOC是國內外普遍采用的有機質豐度指標。

本溪組32個樣品的總有機碳含量分析結果表明，本溪組泥頁巖TOC在0.11%～9.1%范圍內，平均為2.99%，根據TOC分布頻率圖顯示，TOC主要集中在1%～4%范圍內，可見研究區本溪組泥頁巖的有機質豐度較高(圖3)。從TOC平面分布特征來看，本溪組泥頁巖TOC主要分布在區塊的東北部及西南部，TOC含量均在3%以上，北部受潮汐水道影響的地區有機質含量普遍低(圖4)。

圖3 本溪組泥頁巖總有機碳含量

圖4 本溪組泥頁巖TOC平面分布

3.2 有機質類型

有機質類型在決定了烴源巖生油氣的類型，一般劃分Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型三大類，我國學者將Ⅱ型細化為Ⅱ1和Ⅱ2兩類。研究區本溪組泥頁巖有機質干酪根類型分析表明，研究區本溪組泥頁巖干酪根類型均以Ⅱ、Ⅲ型干酪根為主，即有機質類型以混合型-腐植型為主，偏生氣型(圖5)。這主要是因為研究區在石炭-二疊系主要為海陸過渡相沉積環境，有機質主要來源于高等陸生植物，所以有機質類型主要以Ⅲ型干酪根為主。有機質類型在平面分布差異并不是很大，這主要是研究區在當時屬于類似的沉積環境所致。

圖5 本溪組泥頁巖有機質類型

3.3 有機質成熟度

泥頁巖的有機質豐度和類型是油氣生成的物質基礎，但是有機質只有達到一定的成熟度才能開始大量生烴，因此，有機質成熟度的評價對于泥頁巖生烴潛力而言非常重要。成熟度的研究方法很多，本次采用鏡質體反射率(RO)和巖石熱解溫度來表征。RO被認為是目前干酪根熱演化和成熟度的最佳參數之一。根據RO測試數據，研究區有機質RO基本在1.3左右，靠近紫金山火山隆起區附近的RO可達3.8左右，但是一般而言，巖漿的影響范圍有限，紫金山外圍區域屬于正常的反射率(圖6)。由RO可知，研究區泥頁巖屬于高成熟烴源巖，這對油氣生成來說至關重要，生烴量具有理論保障。

圖6 本溪組有機質反射率分布

一般情況，成熟度越高，巖石的最高熱解溫度越大，但不同的有機質的界限有所不同。熱解實驗結果表明，研究區本溪組泥頁巖最高熱解溫度Tmax在312～578℃之間，平均為491℃，最高熱解溫度很高，也就是說本溪組泥頁巖進入生氣窗。從平面分布來看，自北向南隨著埋深的增加，成熟度逐漸變大，中部地區紫金山對成熟度局部影響明顯，如LX-23井本溪組泥頁巖Tmax溫度達到541℃，主要是由于紫金山火山巖漿熱液順層侵入的影響導致局部成熟度異常(圖7)。

圖7 本溪組泥頁巖Tmax等值線

圖8 生烴量計算過程

4 泥頁巖生烴量

生烴量計算對于了解烴源巖的歷史最大生烴量以及產層的開發潛力意義重大。目前國內外用于動態評價不同時期的生烴量有兩種方法，一是模擬實驗法，二是化學動力學方法。其中排烴效率的方法主要有6種，即殘留烴量法、多相滲流理論法、生烴勢法、含烴飽和度法、熱模擬實驗法和物質平衡法。由于目前工區掌握的資料有限，此次生排烴量計算方法參考了前人的研究成果，具體流程如下(圖8)。根據該方法計算的生烴量見表1。計算結果顯示，臨興地區本溪組泥頁巖生烴量為0.33～10.69mg/g，平均為5.42mg/g，排烴量為0.31～9.82mg/g，平均為4.14mg/g，排烴效率為41%～97%，平均為75%，排烴效率很高。

表1 本溪組泥頁巖生排烴相關參數表