江西省萍樂坳陷帶樂平組頁巖氣成藏條件研究

馮玉霞 張宇文 葉 翠

（江西省煤田地質勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 區域地質概況

萍樂坳陷位于揚子板塊與華夏板塊結合處、欽杭成礦帶內，地理位置位于萍鄉-宜春-高安-南昌-景德鎮及其周邊地區。樂平組地層出露面積大，約1800km2，其主要巖性為泥巖、粉砂巖和粉砂質泥巖。本次研究目的層為樂平組老山段泥頁巖，其中豐城-樟樹地區發育最好（泥頁巖厚度最大可達80m），為一個有利的頁巖氣勘探區。

頁巖氣成藏因自生自儲和微運移特征，導致頁巖對蓋層要求沒有常規天然氣高。根據國內外研究成果，頁巖成藏主要取決于烴源巖條件、儲層物性和構造保存條件。

2 樂平組烴源巖條件

樂平組老山段下部地層為濱海沼澤相泥巖沉積，隨后水體變深，最大海泛期中部沉積了一套層位穩定的泥頁巖層，富含腕足類、菊石化石，具有豐富的有機質來源。地層中黃鐵礦含量很高，為強還原環境。區內大面積出露樂平組煤系地層，其中老山段地層厚度大，穩定性好。

頁巖中生成氣量主要取決于三個因素：（1）巖石中原始沉積的有機物質數量，即有機質豐度；（2）不同類型有機物質成因的聯系和原始生成天然氣的能力，即有機質類型；（3）有機物質轉化成烴類氣體的程度，即有機質熱演化程度。前兩個因素主要取決于沉積位置的環境，而第三個主要取決于沉積后熱演化程度。

在頁巖調查評價過程中，評價有機質豐度的指標主要有總有機碳含量TOC、干酪根類型、成熟度Ro等。這些參數對頁巖的生烴量和吸附量都有重要的影響。

2.1 有機碳含量

研究區采樣分為地表采樣和鉆井采樣兩種，其中地表采樣一共采集了145件做TOC測試。樣品主要分布于萍樂坳陷中西部地區，從萍鄉-宜春-新余-豐城一線均有大量樣品分布，萍樂坳陷東部在余干和樂平地區有部分樣品分布。根據出露條件和分布面積進行采樣，樣品包括樂平組（南型）老山段和樂平組北型老山段+新塘段，層位上以中老山段為主。樂平組老山段頁巖TOC一般分布在0.40%～23.40%之間，平均值為2.59%，TOC基本滿足正態分布，離散性較差。測試統計結果如圖1所示。

由圖1可以看出，萍樂坳陷樂平組老山段頁巖中TOC大于1%的樣品占70.34%；大于1.5%的樣品69個，占總樣品數的47.59%，可以認為一半左右的樣品達到海相頁巖氣有利區的TOC下限；大于2%的樣品占33.79%，約為三分之一，即有三分之一的地區達到海相頁巖氣核心區的TOC下限。所采集的樣品絕大部分是露頭樣品，由于長時間的風化，樣品碳質部分流失，導致測試值比真實值偏低。由此可知，萍樂坳陷帶內的樂平組頁巖實際TOC含量可能更高，找氣前景較好。

圖1 萍樂坳陷樂平組老山段頁巖TOC統計直方圖

如圖2所示，樂平組老山段TOC高值有三個中心。第一個在西段的天臺-竹亭-洪塘一帶，為北型樂平組老山段沉積深水區。較深的海水和還原環境使有機質保存較好。第二個TOC高值區分布在豐城-樟樹一帶，該地區是南型樂平組沉積中心，也是中老山段厚度最大的區域。該地區沉積水體較深，有機質豐富且保存條件良好，是頁巖氣勘探最有利的區域。第三個TOC高值區域分布在余干-樂平地區，該區域是南型樂平組在萍樂坳陷東部的一個沉積中心。該區域緊鄰官帽山隆起，物源豐富，海侵達到最深的時期大量的有機質堆積并保存下來，形成該區的生烴母質。整體上看，樂平組老山段TOC值全區均較高，TOC＞3%的區域呈塊狀-條帶狀分布在西部天臺-竹亭-洪塘、中部的豐城-樟樹和東部的余干-樂平三個區域，其中高值分布面積最大的區域在豐城-樟樹一帶，超過1000km2，天臺-竹亭和余干-樂平兩個地區的高值分布面積相近，分布面積約500km2。

圖2 萍樂坳陷樂平組頁巖TOC等值線圖

縱向上分布如圖3所示，樂平組的調查井YXZ01井TOC呈兩端低中間高的趨勢。中老山亞段的測試值最高，且下部高于上部，最大值達到2.48%，向上呈逐漸變小的趨勢。下老山亞段靠近煤層的含炭泥頁巖是一個高值區間，最大測試值為4.86%。中老山亞段為最大海泛期沉積產物，屬于深水陸棚沉積環境，其水體相對較深，巖層中大量發育黃鐵礦，反映了其還原保存條件較好。上老山亞段屬于高位體系域的沉積產物，其沉積環境為淺水陸棚相。下老山亞段泥炭沼澤相沉積含碳泥頁巖，有機質通常也很高。這與TOC實驗測試值基本一致。

北型樂平組YXZ02老山段采樣27件，測試結果顯示老山段泥頁巖0.50%～3.94%，平均1.55%。

南型樂平組低演化頁巖調查井的代表PL03井，其TOC在縱向可見明顯規律：老山段頁巖TOC高于王潘里段和官山段。在老山段內部，下部頁巖TOC高于上部頁巖，中老山段TOC高于上老山和下老山段，下老山高于上老山段，中老山和下老山段具有下部頁巖TOC高于上部頁巖TOC的趨勢。

2.2 有機質類型

樂平組老山段地層由于沉積環境不同，分為南、北型。

（1）南型

據顯微鏡有機質分析可得，老山段南型有機質類型為Ⅱ型，北型有機質類型為Ⅰ～Ⅱ1型。

本次研究共選送了9個樣品進行有機質類型測試，其中4個樣品來自地表（地質點），5個樣品來自PL03井。

本次采集的4個地表樣均為半風化樣，采集地點為人工露頭。由于當地居民挖碳質泥巖燒磚，揭露了較為新鮮樂平組老山段地層。地表樣品有機質類型測試結果見表1，鉆孔樣品有機質類型測試結果見表2。由實測數據可以看出，樂平組老山段頁巖的顯微組分中以殼質組為主，占77%～97%，平均90.50%，次為腐泥組，鏡質組和惰質組含量很低；干酪根指數類型為31.75%～51.50%，平均45.50%，干酪根類型為Ⅱ1～Ⅱ2型。

（2）北型

北型樂平組老山段頁巖有機質類型測試樣品采自袁州區洪塘鎮的YXZ02井，共采集3個樣品，測試結果見表3。YXZ02-01、YXZ02-04、YXZ02-07為樂平組老山段頁巖樣品。由測試結果可以看出，萍樂坳陷北型樂平組老山段頁巖的有機質類型為Ⅰ型，與當時海水較深基本相符合。

萍樂坳陷帶東部處于成熟-高熟階段，已經在生烴高峰或者剛剛出了高峰期，生成了大量的天然氣；而西部地區處于高成熟-過成熟階段，已經過了生烴高峰，整體處于熱裂解成氣階段，已經生成了大量的氣體。

2.3 有機質成熟度

本次調查評價工作共選取了68組樂平組老山段頁巖樣品進行鏡質組反射率值測定，測試結果統計如圖4所示。

由圖4可以看出，樂平組老山段頁巖的Ro值較高，一般分布在0.70%～5.49%之間，其中Ro值在1.0%～2.0%之間的成熟-高熟樣品只占33.83%，而大于2.0%的樣品占52.94%。Ro＞1.3%的樣品占總樣品數的79.42%，由此可見，樂平組老山段成熟度很高，普遍處于高熟-過熟階段。

從樂平組老山段頁巖Ro平面等值線圖（圖5）上看，樂平組老山段頁巖的成熟度南高北低，且西部地區頁巖的成熟度高于東部。西部高值出現在萍鄉-新余一帶，主要原因可能是動力變質和埋深導致有機質熱演化程度變高。中西部個別高值如分宜洞村、分宜利紅煤礦Ro在4.23%～5.49%，分析其原因主要是受蒙山巖體的影響，受巖漿巖烘烤作用，樂平組頁巖有機質成熟度等值線略呈同心圓狀，隨蒙山巖體出露往外逐漸變低。東部樂平組頁巖Ro基本保持在0.8%～1.2%之間，西部靠近武功山隆起部位Ro一般在2.5%～3.0%之間，往北逐漸降低，中部地區一般在1.0%～2.5%之間。

圖3 萍樂坳陷鉆孔資料樂平組頁巖TOC縱向分布圖

表1 老山段南型有機質類型鑒定表（地表樣實測）

表3 YXZ02井樂平組老山段頁巖有機質類型鑒定表（鉆孔樣實測）

圖4 萍樂坳陷樂平組老山段頁巖Ro統計直方圖

由此可見，研究區內烴源巖條件較好（TOC含量高，老山段南型有機質類型為Ⅱ型，北型有機質類型為Ⅰ～Ⅱ1型。成熟度為高熟-過熟階段），為生烴做好了較好的物質基礎。

3 泥頁巖儲層條件

孔隙度和滲透性是儲層的主要評價指標。儲集層中儲藏空間主要為孔隙和裂隙大小，而氣體主要通過滲透作用進行運移，儲層的性質直接制約著氣藏的大小。

3.1 儲層孔隙特征

泥頁巖微孔隙發育特征和氣體吸附能力明顯受成巖演化程度和巖石成因的影響。據資料分析, 老山段泥頁巖粘土含量適中，最小26.0%，最大為68.0%，平均為39.60%，有利于氣體吸附。粘土含量與吸附氣含量具正相關性。組分中伊蒙混層礦物、伊利石含量較高，其間存在的大量片間孔對甲烷氣體具有較強的吸附能力，為吸附氣體提供了足夠的儲集空間。

樂平組老山段泥頁巖大部分處于成熟-過成熟階段。生烴過程產生的酸性物質溶蝕了儲層內的碳酸鹽巖，在一定程度上改善了儲層物性，增加了儲層孔隙度。從圖6中能觀察到碳酸鹽上發育溶蝕孔。

從電鏡照片中可以看出，樂平組泥頁巖孔隙主要以微孔隙為主，溶蝕作用較弱，僅在一定程度上改善儲層。樂平組泥頁巖的孔隙度平均3.57%，這與北美地區優質區塊孔隙度3%～6%相當，高于標準值（標準值為2%），屬于較有潛力的頁巖儲層。

據等溫吸附實驗，樂平組老山段泥頁巖的吸附能力較強，如YXZ02井為1.0～2.6m3/t，PL03井為1.05～2.52m3/t，YXZ01 井在 1.25～2.55m3/t之間。

由上可以得出，泥頁巖的吸附能力較強，為頁巖氣藏的形成提供了較好的儲層條件。

3.2 裂隙發育及滲透性特征

樂平組老山段屬于典型的淺海陸棚相沉積環境，此沉積相帶中的沉積物硅質含量通常較高。礦物分析顯示，泥頁巖中石英含量一般為26.40%～63.20%，平均46.40%，與北美地區巴奈特頁巖石英含量35%～50%基本相似；脆性礦物含量總體上較高，碳酸鹽礦物含量較低，總體小于10%，平均3.7%。

樂平組有效孔隙度2.70%～5.09%，平均3.75%。其中樂平組南型下老山亞段有效孔隙度一般為3.33%～5.09%，中老山亞段為2.7%～4.32%，上老山亞段為3.58%～3.83%；樂平組北型老山段孔隙度為0.82%～4.64%。北美地區頁巖的孔隙度一般為3%～5%，我國四川盆地龍馬溪組頁巖孔隙度平均5.7%以上。以上可以看出樂平組孔隙度整體與之相當，除YXZ02-T3外，都達到氣藏的有利層段的標準（標準值2%）。

樂平組滲透率實測0.00031～0.00576mD，平均值0.00202mD，滲透率較低，需要后期人工改造才能獲得工業產能。

4 構造對頁巖氣保存的影響

研究區樂平組地層由于后期的造山運動，主要由印支、燕山及喜山運動等造成如今復雜的構造格局。由盆地埋藏演化史可以看出，喜馬拉雅期是頁巖氣藏成藏的關鍵時期，其間強烈抬升過程中，局部發育規模較大的斷層，頁巖氣層易受斷裂的影響，儲層壓力得到釋放，成藏遭受破壞。但在構造穩定區，這種早期沉降、后期抬升的特點，在保存條件較好的地方，有可能形成超壓，對頁巖氣藏形成有利，有可能形成頁巖氣藏。保存條件是氣體能否聚集成氣藏并保存下來的重要環節，因此，對研究區內頁巖氣保存條件的分析尤其重要。

區域性大構造活動控制了盆地演化與古地理格局：萍樂坳陷北緣的九嶺隆起和南緣的武功山、官帽山隆起控制了盆地基本形態；區域地殼的沉降、長坪-灰埠-賦春斷裂和蒙山水下隆起（蒙山背斜）控制了樂平組南北型沉積類型的分布。九嶺推覆構造導致地層由北往南滑動，使得北部靠近推覆體根帶的區域發育大量正斷層，頁巖氣逸散難以成藏；往南到坳陷中間部位出現積壓性斷層，地層重復，頁巖氣的保存條件變好；南部武功山順層拆離斷層發育，大型正斷層較多；往北到坳陷中部發育三層樓構造，使巖層上覆地層加厚，有利于頁巖氣的保存。在兩大構造體系的對接部位，坳陷的中部是構造影響較弱的區域。該區域分布在新余-高安-豐城-樟樹一帶，地層傾角較小，構造作用影響不大，是研究區內頁巖氣勘探最有利的區域。

5 結語

江西省萍樂坳陷帶內樂平組頁巖氣成藏條件較好。經本次研究，總結以下幾點：

（1）烴源巖條件良好。樂平組泥頁巖在區內連續分布，TOC含量高，老山段南型有機質類型為Ⅱ型，北型有機質類型為Ⅰ～Ⅱ1型；官山段為Ⅱ2、III型，其有機質熱演化程度普遍處于高-過成熟階段，經歷了生烴高峰，已經生成大量烴類氣體，顯示較好的成藏物質基礎。

（2）儲層物性條件。泥頁巖儲層孔隙主要以微孔隙為主，平均孔隙度3.17%，巖石微裂隙較發育，利于氣體保存，滲透率較低，需要后期人工改造才能獲得工業產能。

（3）構造保存條件。萍樂坳陷帶西段北部九嶺隆起和南部武功山隆起對頁巖的沉積分布、頁巖氣的生成和保存具有重要的控制作用，區內小型構造直接影響局部地區的頁巖氣成藏。新余、高安、樟樹、豐城一帶，地層傾角小，構造影響不大，是研究區內頁巖氣勘探最有利的地區。