鄂爾多斯盆地泥頁巖差異性對(duì)比
——以上古生界與長7段為例

邵瑞琦,張瑞堯

（西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069）

鄂爾多斯盆地是我國最主要的產(chǎn)油氣盆地，盆地中已經(jīng)探明了幾套可靠的泥頁巖地層，主要有奧陶系平?jīng)鼋M海相泥頁巖，石炭—二疊系本溪組、太原組和山西組海陸過渡相泥頁巖以及上三疊系延長組湖相泥頁巖[1]。因此，隨著頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，這幾套頁巖將會(huì)成為我國北方頁巖氣產(chǎn)氣主力區(qū)。本文對(duì)這幾套頁巖進(jìn)行地質(zhì)對(duì)比，對(duì)其發(fā)育層位的地質(zhì)條件、巖石學(xué)特征、有機(jī)地球化學(xué)特征等多方面來進(jìn)行差異對(duì)比分析，以建立一套適用于鄂爾多斯盆地頁巖氣勘探開發(fā)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為以后鄂爾多斯盆地的頁巖氣開發(fā)打好基礎(chǔ)并提供一些相應(yīng)的借鑒。

1 頁巖氣形成的區(qū)域地質(zhì)條件

鄂爾多斯盆地內(nèi)部穩(wěn)定。盆地自中晚古代至新生代以來一共經(jīng)歷了5個(gè)演化階段[2-7]，形成現(xiàn)如今的盆地構(gòu)造(圖1)。中奧陶世鄂爾多斯盆在加里東運(yùn)動(dòng)的影響下開始抬升，其西南緣為臺(tái)地、斜坡和深海。盆地西緣被賀蘭海槽所淹沒，平?jīng)鼋M繼續(xù)在其上沉積。下平?jīng)鼋M時(shí)期，海平面總體繼續(xù)下降，形成穩(wěn)定分布的筆石頁巖層。晚古生代，包括鄂爾多斯在內(nèi)的整個(gè)華北陸塊發(fā)生了巨大的變化，沉積環(huán)境逐漸從海相沉積過渡為陸盆相沉積。該段時(shí)期類，盆地主要以海相沉積以及海陸過渡相沉積。盆地演化至中生代三疊系時(shí)期，強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)使得湖盆急劇擴(kuò)張，整個(gè)盆地處于湖相沉積環(huán)境，為后期沉積發(fā)育優(yōu)質(zhì)的烴源巖提供了良好的基礎(chǔ)。到三疊紀(jì)后期，盆地的構(gòu)造演化逐漸趨于穩(wěn)定，沉積了含煤泥頁巖。從古生代至中生代盆地中逐漸沉積了一系列的泥頁巖。

2 頁巖氣發(fā)育層位

平?jīng)鼋M地層主要發(fā)育在鄂爾多斯盆地西部邊緣地帶，發(fā)育有一套灰黑色筆石頁巖，是該組中最好的一套烴源巖。平?jīng)鼋M泥頁巖平均厚度在80～100m，最厚者可達(dá)350m。晚古生代海陸過渡相頁巖主要發(fā)育在本溪組、山西組、太原組。本溪組頁巖分布面積較大，厚度最厚可達(dá)40m。山西組時(shí)期，盆地沉積環(huán)境進(jìn)入海陸交互相，盆地內(nèi)部發(fā)育三角洲沉積體系，因此山西組的泥頁巖主要以深色為主，有機(jī)質(zhì)含量較高，沉積厚度普遍在50m以上，有效有機(jī)質(zhì)厚度平均在24m。海西運(yùn)動(dòng)使盆地內(nèi)出現(xiàn)了多次海進(jìn)與海退,因此太原組時(shí)盆地內(nèi)沉積了一套以深灰色泥巖為主的海陸過渡相的地層，巖層厚度展布穩(wěn)定，平均厚度在87.3m。鄂爾多斯盆地進(jìn)入延長組長7階段時(shí)，盆地大面積發(fā)育湖盆，沉積了中生界最主要的一套頁巖，該套頁巖在盆地中發(fā)育范圍非常廣泛。長7頁巖以黑色泥頁巖為主。泥頁巖單層連續(xù)厚度可達(dá)13m，最大厚度超過100m，頁巖富含有機(jī)質(zhì)，含氣烴源巖主要發(fā)育在長7底部，從湖盆邊緣至中心厚度變化范圍介于5～60m。盆地內(nèi)主要頁巖氣聚集區(qū)如圖1所示。

3 儲(chǔ)層巖石組分分析

泥頁巖儲(chǔ)集層中不同的礦物組控制著儲(chǔ)層的裂隙以及孔滲情況的發(fā)育。脆性礦物含量越高，越有益于產(chǎn)生天然或誘導(dǎo)裂縫，減小地層壓力，有利于吸附在頁巖中的天然氣解吸、滲流以及成藏開采。粘土礦物對(duì)油氣的吸附作用使機(jī)質(zhì)更富集。在頁巖氣生成過程中吸附有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)生氣過程中起催化作用，粘土礦物中的伊利石和蒙脫石可以促進(jìn)干酪根的裂解。粘土礦物在頁巖氣賦存與運(yùn)聚過程中也起著重要的作用，頁巖氣的主要的賦存方式之一就是粘土礦物的吸附方式。此外，粘土礦物也是頁巖氣運(yùn)聚的良好載體。但是后期的次生粘土礦物會(huì)充填到裂縫之中，尤其是碳酸巖膠結(jié)物對(duì)裂隙的填充,使得開采難度加大[3]。

本溪組、山西組以及太原組發(fā)育海陸交互相泥頁巖。其中本溪組泥頁巖脆性礦物含量低而粘土礦物含量高，長石及石英總的平均含量約14.2%，粘土礦物平均含量為69.4%，其中以伊利石（占26.6%）和高嶺石（占48%）為主（圖2）。伊利石和高嶺石中的裂隙可以增大泥頁巖的儲(chǔ)集空間。碳酸鹽及其它礦物平均含量16.4%。依據(jù)對(duì)礦物巖石學(xué)特性的研究，粘土礦物對(duì)烴類物質(zhì)的吸附能力依次為蒙皂石→伊利石→綠泥石→高嶺石[8]。本溪組泥頁巖吸附能力較強(qiáng)，可以聚集有效的頁巖氣藏。但脆性礦物含量較低，不利于后期開發(fā)過程中對(duì)儲(chǔ)層的改造。山西組和太原組的礦物組成中石英含量較高，粘土礦物含量也較高。

圖2 本溪組泥頁巖粘土礦物測(cè)試數(shù)據(jù)

其中太原組石英含量在46.51%～54.04%。粘土礦物含量為20.9%～65.2%。石英、方解石等脆性礦物含量很高，有很好的儲(chǔ)層后期改造和開發(fā)潛力（圖3）。山西組同樣發(fā)育的是一套海陸過渡相的頁巖，一般都是脆性礦物與粘土礦物的含量都較為豐富（圖3）。延長組脆性礦物總量平均為44.96%，石英平均含量平均在23%，粘土礦物含量較高，平均在45%（圖3）。長7野外露頭所采樣品中脆性礦物含量較高，而粘土礦物含量偏低。

4 有機(jī)質(zhì)類型與成熟度

圖3 山西組、太原組、延長組長7泥頁巖巖石礦物基本組分三角圖

古生界沉積環(huán)境為海陸過渡相,有機(jī)質(zhì)類型以腐泥型、腐殖型均有分布。上古生界沉積的泥頁巖與煤層、致密砂巖層互層發(fā)育，有利于成氣，上古生界有機(jī)質(zhì)中主要以含腐殖質(zhì)為主，RO值為0.43%～2.10%。平均大于0.70%，處于低成熟—成熟階段。本溪組中腐泥組為主,其次主要含鏡質(zhì)組,惰質(zhì)組和殼質(zhì)組含量較低。而盆地中山西組和太原組暗紅色泥頁巖中有機(jī)質(zhì)類型主要以鏡質(zhì)組為主，體積分?jǐn)?shù)在70%以上，其次為腐泥組。同樣惰質(zhì)組和殼質(zhì)組含量較低。總體都為腐殖型干酪根特點(diǎn)，也即以Ⅲ型干酪根為主。盆地靠近東南面泥頁巖Ro值大于2.0%，源巖演化已達(dá)過成熟階段（圖4、圖5）。有機(jī)質(zhì)類型不論是Ⅰ、Ⅱ型還是Ⅲ型干酪根，只要達(dá)到高的熱演化程度，都可以產(chǎn)生天然氣[9]。

中生界延長組屬于湖相沉積，頁巖鏡質(zhì)組反射率RO在1.25%～1.33%之間，生烴成熟度介于成熟—高成熟演化階段，生氣潛力較高。有機(jī)質(zhì)類型干酪根顯微組分中腐泥組含量最高，其次以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組和殼質(zhì)組含量很低。其干酪根類型主要以Ⅰ1—Ⅱ2為主。

5 結(jié)論

（1）古生界各個(gè)時(shí)期的單套泥頁巖在盆地中的分布范圍小，厚度變化范圍較大，中生界泥頁巖在盆地中較為穩(wěn)定的分布，長7段暗色頁巖單層厚度大，發(fā)育連續(xù)穩(wěn)定。上古生界海陸過渡相頁巖在盆地中分布面積廣泛，主要發(fā)育深灰色與黑色泥頁巖，延展穩(wěn)定，單層厚度不大，連續(xù)，厚度較大，平均厚度在80m。

（2）古生界沉積地層沉積環(huán)境從海相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹ｊ戇^渡相，本溪組時(shí)期由于盆地剛進(jìn)入海陸過渡相時(shí)期，石英、長石等脆性礦物含量豐富，但比粘土礦物含量低。其余地層脆性礦物含量均在45%～55%左右，而粘土礦物的含量低與脆性礦物，平均含量在40%～45%。因此古生界泥頁巖對(duì)烴類的吸附能力較好，地層的后期改造能力相比中生界要差。而中生界陸相長7泥頁巖中脆性礦物含量同樣也很豐富，而粘土礦物的含量高于古生界地層，平均含量為45%。其吸附能力較強(qiáng)，可以形成儲(chǔ)量豐富的頁巖氣藏。

圖5 研究區(qū)泥頁巖干酪根顯微組成三角圖

（3）上古生界泥頁巖有機(jī)質(zhì)類型主要是Ⅲ型干酪根，Ro介于0.43%～2.10%，平均值大于0.7%。古生界的泥頁巖具有較高的生烴潛力，理論上可以形成相當(dāng)規(guī)模頁巖氣藏，開發(fā)潛力大。中生界長7有機(jī)質(zhì)干酪根主要類型為Ⅰ1—Ⅱ2型，成熟度介于成熟—高成熟階段。鏡質(zhì)組反射率Ro在1.25%～1.33之間，有機(jī)碳含量普遍高，具有形成頁巖氣藏的條件。