東營(yíng)凹陷沙三下亞段頁(yè)巖氣前景分析

趙季初

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州　253015)

東營(yíng)凹陷沙三下亞段頁(yè)巖氣前景分析

趙季初

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州253015)

頁(yè)巖氣作為我國(guó)最近列入的新型礦產(chǎn)，其勘探與開(kāi)發(fā)引起了全國(guó)的高度重視。位于魯西北平原區(qū)的東營(yíng)凹陷是勝利油田的主產(chǎn)地，古近紀(jì)地層中油氣資源豐富，必將成為我國(guó)下步頁(yè)巖氣勘查與開(kāi)發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。該文在東營(yíng)凹陷牛38井的取芯分析結(jié)果基礎(chǔ)上，對(duì)東營(yíng)凹陷沙三下亞段的頁(yè)巖孔隙度、總有機(jī)碳含量、熱演化程度及脆性礦物含量進(jìn)行系統(tǒng)分析，預(yù)測(cè)該段地層具備頁(yè)巖氣藏的形成條件。

頁(yè)巖氣；總有機(jī)碳含量；脆性礦物含量；熱演化程度；東營(yíng)

引文格式：趙季初.東營(yíng)凹陷沙三下亞段頁(yè)巖氣前景分析[J].山東國(guó)土資源，2015,31(3):25-28.ZHAO Jichu.Prospect Analysis of Shale Gas at the Bottom of the Third Section of Shahejie Formation in Dongying Sag[J].Shandong Land and Resources,2015，31(3)：25-28.

東營(yíng)凹陷是渤海灣裂谷系內(nèi)大型寬緩的中、新生代張扭型半地塹伸展盆地[1]。凹陷北以陳南斷層為界，與陳家莊凸起相鄰，南以齊河-廣饒斷裂為界，與魯西隆起及廣饒凸起相鄰，向西以平南斷層和高青斷層為界，向東與青坨子凸起相鄰。根據(jù)基底構(gòu)造形態(tài)，可劃分為北部陡坡帶、南部緩坡帶、中央隆起帶及洼陷帶4個(gè)單元(圖1)，面積5700km2[2，3]。凹陷中發(fā)育有巨厚的古近紀(jì)地層，主要由湖相成因的砂巖和泥巖組成[4]。據(jù)前人研究成果，東營(yíng)凹陷內(nèi)富有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖層主要賦存于古近紀(jì)沙河街組沙四上亞段、沙三下亞段與沙一段[5]。該文重點(diǎn)對(duì)沙三下亞段頁(yè)巖氣的前景進(jìn)行分析。

圖1　東營(yíng)凹陷位置與構(gòu)造綱要圖

1　沙三下亞段巖性特征

沙三下亞段為深斷陷期潮濕氣候條件下的深湖—半深湖相沉積，巖性主要為灰色、灰褐色油頁(yè)巖與深灰色泥巖組成的不等厚互層。下部巖性為厚層泥巖、灰質(zhì)泥巖夾薄層油頁(yè)巖，厚度較小；中部以油頁(yè)巖為主，夾泥巖、灰質(zhì)泥巖，厚度較大；上部為泥巖、灰質(zhì)泥巖夾油頁(yè)巖。該亞段沉積時(shí)期，湖水較深，湖內(nèi)浮游生物極為繁盛，溝鞭藻類、疑源類、介形類及魚(yú)等生物遺體常形成夾在泥質(zhì)紋層中間的有機(jī)質(zhì)富集層(圖2)。泥頁(yè)巖的發(fā)育以中部湖擴(kuò)展體系域最為有利，有機(jī)質(zhì)更為富集。暗色泥巖厚度一般在300m左右，最厚可達(dá)500m，富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度為150～200m。

圖2　巖芯中發(fā)現(xiàn)的魚(yú)化石(牛38井，3306m)

2　頁(yè)巖氣形成條件分析

頁(yè)巖作為烴源巖，頁(yè)巖氣的產(chǎn)量與其總有機(jī)碳含量(TOC)、有機(jī)質(zhì)的成熟度(以鏡質(zhì)體反射率Ro大小衡量)、有效厚度等密切相關(guān)[6，7]?！俄?yè)巖資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[7](DZ/T0254-2004)附錄中對(duì)頁(yè)巖孔隙度、總機(jī)碳含量、熱演化程度及脆性礦物含量進(jìn)行分類。該文通過(guò)對(duì)比分析區(qū)內(nèi)沙三下亞段頁(yè)巖這幾個(gè)指標(biāo)的狀況，研究頁(yè)巖氣的形成條件。

2.1頁(yè)巖孔隙度

據(jù)以往研究成果，東營(yíng)凹陷內(nèi)古近紀(jì)碎屑巖地層經(jīng)歷了強(qiáng)烈的壓實(shí)壓溶作用和膠結(jié)作用，原生孔隙消失殆盡；但由于方解石類、黃鐵礦、高嶺石及綠泥石等成巖礦物大量析出形成較高的次生孔隙，且后期溶解作用使深層碎屑巖產(chǎn)生粒間溶孔、溶縫、溶蝕填隙物內(nèi)孔隙和鑄模孔等次生孔隙[8]。根據(jù)東營(yíng)凹陷內(nèi)的萊38-8井及樊3井測(cè)井解譯成果，沙三亞段的孔隙度在11%～18%之間(圖3)，是孔隙度高的頁(yè)巖，有利頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集。

圖3　沙三下亞段泥巖孔隙度

2.2總機(jī)碳含量

有機(jī)碳含量是頁(yè)巖氣藏評(píng)價(jià)中的一個(gè)重要指標(biāo)，有機(jī)碳含量愈高，氣藏富集程度愈高[9]，據(jù)Boyer等對(duì)美國(guó)主要頁(yè)巖氣藏統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，頁(yè)巖的含氣量(吸附氣及游離氣總量)隨頁(yè)巖中有機(jī)碳含量的增加呈線性增大(圖4)。規(guī)范中關(guān)于儲(chǔ)量起算標(biāo)準(zhǔn)為：總有機(jī)碳含量下限標(biāo)準(zhǔn)TOC≥1.0%。

圖4　頁(yè)巖中有機(jī)碳含量與含氣量關(guān)系曲線圖(據(jù)Boyer，2006年；1SCF=0.0283m3)

東營(yíng)凹陷區(qū)內(nèi)沙三下亞段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度比較高，TOC多數(shù)為2%～5%，其中油頁(yè)巖的TOC為5%～19%。干酪根類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，推測(cè)水生生物是烴源巖有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源[10]。據(jù)東營(yíng)凹陷中南部的牛38井連續(xù)取芯與測(cè)試分析結(jié)果，在埋深3170～3260m區(qū)段，巖性以泥巖與砂質(zhì)泥巖為主，夾粉細(xì)砂薄層，TOC含量1.2%～4.3%，平均含量2.2%；在埋深3260～3330m區(qū)段，巖性為鈣質(zhì)泥巖與泥巖互層，TOC含量1.6%～5.9%，平均含量3.1%；在埋深3330～3368m區(qū)段，巖性為粉細(xì)砂與油頁(yè)巖互層，TOC含量0.5%～13.4%，平均含量4.5%(圖5)。由此可見(jiàn)，東營(yíng)凹陷內(nèi)沙三下亞段為總有機(jī)碳含量高的頁(yè)巖，可以形成頁(yè)巖氣藏。

2.3鏡質(zhì)體反射率(Ro)

頁(yè)巖氣藏按其天然成因可分為熱成因型、生物成因型及混合成因型三大類[11]，東營(yíng)凹陷沙三下亞段頁(yè)巖氣藏為熱成因型。頁(yè)巖中有機(jī)物的熱成熟度是熱成因型頁(yè)巖氣藏形成的關(guān)鍵因素之一，通常用鏡質(zhì)體反射率Ro來(lái)衡量，有機(jī)質(zhì)熱變質(zhì)作用愈深，鏡質(zhì)體反射率愈大。規(guī)范規(guī)定頁(yè)巖氣儲(chǔ)量起算標(biāo)準(zhǔn)的鏡質(zhì)體反射率Ro的下限標(biāo)準(zhǔn)Ro≥0.7%。有機(jī)質(zhì)的成熟度與其在地質(zhì)歷史時(shí)期所遭受的最高溫度具有良好的相關(guān)關(guān)系，據(jù)陳墨香等選用的2眼標(biāo)準(zhǔn)井建立的相關(guān)關(guān)系[12]，遼河油田西部凹陷的馬深1井關(guān)系式為：

圖5　牛38井沙三下亞段巖性與TOC含量柱狀圖

Ro=0.00000285T2.591

華北油田饒陽(yáng)凹陷的寧3井關(guān)系式為：

Ro=T/80.9494-0.745

通過(guò)對(duì)東營(yíng)凹陷內(nèi)75眼沙一至沙三段油井溫度的統(tǒng)計(jì)資料，東營(yíng)凹陷內(nèi)頁(yè)巖的現(xiàn)狀溫度與深度之間的關(guān)系式為：

T=11.32+0.0367H

式中：T為溫度(℃)，H為埋深(m)，Ro為鏡質(zhì)體反射率(%)

采用上述關(guān)系式對(duì)牛38井沙三下亞段不同深度處頁(yè)巖的鏡質(zhì)體反射率進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明該井頁(yè)巖的鏡質(zhì)體反射率Ro在0.82%～0.93%之間(表1)，據(jù)張美珍等研究成果，東營(yíng)凹陷沙三下亞段有效烴源巖的真實(shí)成熟度一般應(yīng)在0.56%～1.01%范圍內(nèi)[12]，為熱演化程度低的頁(yè)巖，但大于頁(yè)巖氣儲(chǔ)量起算標(biāo)準(zhǔn)下限Ro=0.7%。此外，據(jù)萬(wàn)從禮等研究成果，東營(yíng)凹陷沙三段地層中發(fā)育有面積超過(guò)28km2的輝長(zhǎng)巖侵入巖體，這些侵入巖體的熱作用與催化作用能大大提高周邊頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的熱成熟度[13]。綜上所述，東營(yíng)凹陷沙三下亞段具備形成頁(yè)巖氣藏的有機(jī)質(zhì)熱成熟度。

表1　牛38井沙三下亞段不同深度處頁(yè)巖的Ro值

2.4脆性礦物含量

根據(jù)規(guī)范，脆性礦物含量大小與頁(yè)巖產(chǎn)層壓裂改造的難易程度有關(guān)，要獲得較好的壓裂效果，頁(yè)巖中脆性礦物含量要大于30%。東營(yíng)凹陷沙三下亞段泥巖中脆性礦物含量高，據(jù)李政等測(cè)試的78塊泥巖樣品中[14]，陸源礦物碎屑(長(zhǎng)石、石英)及黃鐵礦等脆性礦物平均含量達(dá)35.9%，此外，脆性略差的碳酸鹽礦物平均含量達(dá)38.3%(表2)，為脆性礦物含量高—中的頁(yè)巖。因此，東營(yíng)凹陷沙三下亞段泥巖具備頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的脆性礦物含量。

表2　東營(yíng)凹陷沙三下亞段泥頁(yè)巖礦物組成統(tǒng)計(jì)

3　結(jié)論

綜上所述，東營(yíng)凹陷內(nèi)沙三下亞段具備頁(yè)巖氣藏形成的頁(yè)巖孔隙度、總機(jī)碳含量、熱演化程度及脆性礦物含量，其中最有利的層段為沙三下亞段中部的鈣質(zhì)泥巖與泥巖互層段(如牛38井的3260～3330m區(qū)段)。

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Prospect Analysis of Shale Gas at the Bottom of the Third Section of Shahejie Formation in Dongying Sag

ZHAO Jichu

(Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253015, China)

Shale gas has been listed as a new type of mineral resource recently in China. Its exploration and development has been paid great attention. Dongying sag is located in Luxibei plains. It is a main producing area of Shengli oilfield. Oil and gas resources are rich in Paleogene strata. It will become one of the key area of shale gas exploration and development in our country in the next step. Based on the core analysis results of No.38 Niu well in Dongying sag, porosity, total organic carbon content, thermal evolution degree and the brittleness mineral content of mudstone at the bottom of the third section of Shahejie formation in Dongying sag have been analyzed comprehensively. It is predicated that there is bright future for shale gas prospecting in this area.

Shale gas; total organic carbon content; brittleness mineral content; thermal evolution degree; Dongying city

2014-08-28；

2014-10-23；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

趙季初(1975—)，男，湖南邵東人，高級(jí)工程師，主要從事礦產(chǎn)與水工環(huán)地質(zhì)勘查；E-mail:zhaojichu_1@163.com

P618.13

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