贛西北地區(qū)荷塘組頁巖氣有機(jī)地化特征分析*

王 鶴，肖紫山

（1.江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001；2.江鈴控股有限公司，江西 南昌 330001）

為摸清江西省頁巖氣資源潛力、成藏條件及總體分布情況，江西省煤田地質(zhì)局下達(dá)了頁巖氣資源調(diào)查評價(jià)專項(xiàng)任務(wù)（贛煤地字〔2015〕46 號）。本次工作為其中的一個(gè)課題，重點(diǎn)摸清贛西北九江地區(qū)底寒武統(tǒng)荷塘組泥頁巖的頁巖氣形成條件、分布特征、主控因素與富集規(guī)律，預(yù)測頁巖氣資源量，在贛西北頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)進(jìn)一步劃分出頁巖氣有利區(qū)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

贛西北地區(qū)處于下?lián)P子陸塊的九江坳陷，由雙橋山群組成變質(zhì)褶皺基底，震旦- 三疊系組成沉積蓋層。該地區(qū)北側(cè)大致以贛鄂省界為界，南經(jīng)九江坳陷南緣滑脫斷裂帶與九嶺隆起分界，東至彭澤，西至楊津、蓮花，總體為一近東西向延伸并向南凸出的弧形地帶[1]。地理位置上位于江西省西北部，隸屬于九江地區(qū)，西起修水縣，東至彭澤縣。調(diào)查區(qū)整體處于九江行政區(qū)域，面積約10 000 km2。區(qū)內(nèi)荷塘組分布范圍較廣，整個(gè)調(diào)查區(qū)內(nèi)均有分布。在西部修水- 武寧復(fù)向斜一帶荷塘組厚度約68.8～373.11 m； 中部九江- 瑞昌復(fù)向斜荷塘組厚度約58.62～231 m； 東部彭澤向斜一帶荷塘組厚度約162.35～302.1 m。整體來看，荷塘組在調(diào)查區(qū)內(nèi)由西往東厚度逐漸增大。

2 目的層有機(jī)地化特征

頁巖中有足夠數(shù)量的有機(jī)質(zhì)是形成頁巖氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，是決定巖石生烴能力的主要因素。本次分析用有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型及有機(jī)質(zhì)成熟度來衡量和評價(jià)巖石的生烴潛力。

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度特征

頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度，指單位重量的烴源巖中有機(jī)質(zhì)的百分含量，是評價(jià)頁巖氣源巖生烴能力的重要參數(shù)之一。有機(jī)質(zhì)豐度不僅控制著頁巖的理化學(xué)性質(zhì)，影響著頁巖氣的賦存方式，也在一定程度上控制著頁巖裂縫的發(fā)育程度及頁巖的含氣量。故研究頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度，對頁巖氣儲層的評價(jià)有重要意義[2]。

頁巖氣主要以吸附態(tài)、游離態(tài)賦存于有機(jī)質(zhì)頁巖中，其中吸附氣主要吸附在有機(jī)質(zhì)顆粒表面，這就意味著頁巖中的有機(jī)質(zhì)不但可以生成頁巖氣，亦可將生成的頁巖氣吸附在有機(jī)質(zhì)表面，從而形成頁巖氣聚集。因此，有機(jī)碳含量高意味著更高的生烴潛力和對生成頁巖氣更好的吸附能力[3]。目前，常用的評價(jià)頁巖有機(jī)質(zhì)豐度的有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)有：總有機(jī)碳含量（TOC）、氯仿瀝青“A”、巖石熱解生烴潛量（S1+S2）、總烴（HC）等。

荷塘組巖性為黑色炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)硅質(zhì)頁巖，底部含石煤層。從對荷塘組所測的105 個(gè)樣品（含收集樣品數(shù)）的TOC 值統(tǒng)計(jì)情況來看，該套地層的有機(jī)碳含量總體顯高值，含量在0.29%～23.78%之間，平均4.4%，如圖1 所示。其中，統(tǒng)計(jì)分析得出，荷塘組TOC 值大多數(shù)樣品（43 塊）均集中在1%～4%，占樣品總數(shù)的44%；TOC 值大于4%多為石煤層附近采集的樣品（39 塊），占樣品總數(shù)的37%，少部分樣品為風(fēng)化樣品，TOC 值小于1%。整體來說，荷塘組頁巖有機(jī)質(zhì)豐度普遍較高，屬于非常好的烴源巖[4]。

圖1 荷塘組TOC 值含量分布

圖3 RDZ01 荷塘組TOC 值柱狀圖

在垂直向上，荷塘組TOC 值具有明顯的規(guī)律，通過恢復(fù)剖面柱狀及鉆孔樣品的統(tǒng)計(jì)，在縱向上，荷塘組整體呈現(xiàn)出由下至上TOC 值逐漸降低的變化趨勢。主要是與荷塘組巖性具有明顯的相關(guān)性。荷塘組底部為炭質(zhì)頁巖、石煤層，向上逐漸過渡為炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖、含碳頁巖，沉積環(huán)境上水體也逐漸變淺，導(dǎo)致TOC 值逐漸降低。

在橫向上，贛西北地區(qū)荷塘組泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度的變化規(guī)律：由向斜邊緣向核部逐漸升高，由西向東逐漸降低。修武盆地整體南翼要比北翼平均有機(jī)質(zhì)豐度要低。贛西北地區(qū)荷塘組以泥質(zhì)沉積為主，由西往東逐漸出現(xiàn)砂質(zhì)成分，且西部沉積厚度相對中部和東部更厚，沉積有機(jī)質(zhì)更多，因此TOC 值相對來說西部更高。

荷塘組在本次調(diào)查的地區(qū)中廣泛發(fā)育，修武盆地平均有機(jī)碳含量達(dá)到7.75%，九瑞盆地和彭澤盆地平均有機(jī)碳含量均大于2.0%。可見，荷塘組在本地區(qū)為優(yōu)質(zhì)烴源巖。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

針對荷塘組泥頁巖干酪根顯微組分做了5 個(gè)樣品的化驗(yàn)分析，另外收集到14 個(gè)樣品的分析數(shù)據(jù)。測試結(jié)果（如表1、圖4 所示）顯示荷塘組干酪根顯微組分以腐泥組占優(yōu)勢，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%～98%之間，平均為73.84%；殼質(zhì)組含量次之，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0%～95%，平均為23.16%，并且殼質(zhì)組只在位于九江- 瑞昌復(fù)向斜和彭澤復(fù)向斜的樣品中被檢測到，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，而在修水- 武寧復(fù)向斜中的樣品未能檢測到殼質(zhì)組； 鏡質(zhì)組含量較少（平均2.84%），個(gè)別樣品見少量惰性組，且只存在于九江- 瑞昌復(fù)向斜和彭澤復(fù)向斜樣品中。所有樣品均不含樹脂體。根據(jù)干酪根類型指數(shù)公式，計(jì)算出皮園村組各樣品干酪根類型指數(shù)TI，荷塘組干酪根類型指數(shù)平均為83，由表1 可知屬Ⅰ型-腐泥型干酪根。在所測試19 個(gè)樣品中有14 個(gè)為Ⅰ型干酪根，占樣品總數(shù)73.7%；5 個(gè)為Ⅱ1型干酪根，占樣品總數(shù)26.3%。根據(jù)以上分析可知，由于所屬構(gòu)造單元的不同，干酪根類型也有所差異：九江- 瑞昌復(fù)向斜和彭澤復(fù)向斜荷塘組泥頁巖干酪根類型主要為Ⅱ1型- 腐殖腐泥型，而修水-武寧復(fù)向斜荷塘組泥頁巖干酪根主要為Ⅰ型-腐泥型。

表1 荷塘組干酪根顯微組分統(tǒng)計(jì)

圖4 荷塘組干酪根顯微組分含量分布

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

頁巖中有機(jī)質(zhì)成熟度不僅可以用來預(yù)測頁巖的生烴潛能，還能用來評價(jià)高變質(zhì)頁巖儲層的潛能，是頁巖氣聚集形成的重要指標(biāo)[5]。

贛西北地區(qū)荷塘組泥頁巖測了61 個(gè)樣品的有機(jī)質(zhì)成熟度Ro 值，測試分析結(jié)果見表2。測試結(jié)果顯示，荷塘組泥頁Ro 普遍較高，主要集中在0.92%～3.48%之間，平均為2.13%。其中，絕大部分樣品有機(jī)質(zhì)成熟度在1.2%以上。反射率分布如圖5 所示。整體來看，贛西北地區(qū)荷塘組頁巖達(dá)到了成熟-過成熟演化階段[6]。

表2 荷塘組泥頁巖成熟度（Ro）統(tǒng)計(jì)

圖5 荷塘組地表樣品反射率分布

在平面上，荷塘組與皮園村組埋深大致相似，且經(jīng)歷構(gòu)造活動也大體一致，表現(xiàn)出的有機(jī)質(zhì)成熟度的變化趨勢也大致相似。修水- 武寧復(fù)向斜荷塘組泥頁巖Ro 在1.87%～3.41%之間，平均2.53%； 九江- 瑞昌復(fù)向斜荷塘組泥頁巖Ro 在0.92%～3.31%之間，平均1.71%；彭澤復(fù)向斜荷塘組泥頁巖共測5 個(gè)樣品，Ro 在3.24%～3.48%之間，平均3.33%。分析以上數(shù)據(jù)可知，在平面分布上，荷塘組頁巖整體有機(jī)質(zhì)成熟度由西向東逐漸降低再升高的變化趨勢。

贛西北地區(qū)目的層頁巖經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，后期改造、抬升剝蝕作用強(qiáng)烈。較長地史時(shí)期內(nèi)的深埋作用導(dǎo)致贛西北古生界海相烴源巖熱演化程度普遍較高，荷塘組鏡質(zhì)體反射率高于2.0%，達(dá)到了成熟-過成熟階段。

不同類型的干酪根進(jìn)入生氣窗的界限不一樣，通常為有機(jī)質(zhì)成熟度值處于1.2%～1.4%范圍，但主生氣期（即天然氣的生成量占總生氣量的70%～80%） 對應(yīng)的Ro 值，Ⅰ、Ⅱ型干酪根為1.2%～2.6%之間。目的層的有機(jī)質(zhì)成熟度Ro 值處于主生氣期范圍，有機(jī)質(zhì)均進(jìn)入大量生氣階段。

3 結(jié)論

1）荷塘組有機(jī)碳含量總體顯高值，含量在0.29%～23.78%之間，平均4.4%。其中荷塘組TOC 值大多數(shù)樣品均集中在1%～4%，占樣品總數(shù)的44%。TOC 值大于4%多為石煤層附近采集的樣品，占樣品總數(shù)的37%。可見荷塘組有機(jī)質(zhì)豐度普遍較高，屬于非常好的烴源巖。

2）九江- 瑞昌復(fù)向斜和彭澤復(fù)向斜荷塘組泥頁巖干酪根類型主要為Ⅱ1型- 腐殖腐泥型，而修水- 武寧復(fù)向斜荷塘組泥頁巖干酪根主要為Ⅰ型-腐泥型。

3）荷塘組泥頁有機(jī)質(zhì)成熟Ro 值普遍較高，主要集中在0.92%～3.48%之間，平均為2.13%。其中，絕大部分樣品有機(jī)質(zhì)成熟度Ro 值在1.2%以上。整體來看，贛西北地區(qū)荷塘組頁巖達(dá)到了成熟-過成熟演化階段。