西藏崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)頁(yè)巖氣資源潛力

杜佰偉，彭清華，謝尚克，鄭　博

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川成都610081）

西藏崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)頁(yè)巖氣資源潛力

杜佰偉，彭清華，謝尚克，鄭博

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川成都610081）

西藏崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖分布廣泛，通過分析其厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)演化程度及脆度，評(píng)價(jià)了頁(yè)巖氣勘探潛力。研究區(qū)下白堊統(tǒng)崗巴東山組和察且拉組為一套陸棚—斜坡沉積環(huán)境下的含菱鐵礦結(jié)核或條帶的頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖，地層橫向分布范圍較廣，主要分布在定日、定結(jié)—崗巴以及江孜—浪卡子地區(qū)，厚度一般超過100m；有機(jī)質(zhì)類型良好，以腐泥型或者偏腐泥的Ⅱ1型為主，總體處于高成熟—過成熟演化階段，以生成濕氣—干氣為主；頁(yè)巖礦物成分以石英、長(zhǎng)石為代表的脆性礦物為主，易于形成誘導(dǎo)性裂縫，同時(shí)吸附性能較強(qiáng)。通過分析有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)及借鑒其他地區(qū)頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐，認(rèn)為崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖具有形成頁(yè)巖氣藏的有利條件。

頁(yè)巖氣下白堊統(tǒng)地球化學(xué)特征勘探潛力崗巴—定日盆地

頁(yè)巖氣資源勘探與開發(fā)已經(jīng)成為能源研究的新領(lǐng)域，美國(guó)和加拿大等國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣商業(yè)勘探開發(fā)，且勘探開發(fā)技術(shù)相對(duì)成熟，而中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)尚處于起步階段［1-4］。李玉喜等研究了中國(guó)廣泛分布的海相、海陸交互相及湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，認(rèn)為頁(yè)巖氣有利勘探區(qū)域主要包括中上揚(yáng)子地區(qū)、鄂爾多斯地區(qū)及滇東、黔西等地區(qū)［5］。在西藏特提斯構(gòu)造域中，喜馬拉雅北坡崗巴—定日一帶發(fā)育了侏羅系、白堊系深海沉積，其中尤以下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖厚度巨大且分布廣泛，具有形成頁(yè)巖氣的有利地質(zhì)條件，為此，筆者結(jié)合北美頁(yè)巖氣研究及中國(guó)頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐，對(duì)研究區(qū)下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)演化程度及脆度進(jìn)行研究，初步認(rèn)為其具有良好的頁(yè)巖氣勘探潛力。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

崗巴—定日盆地位于北喜馬拉雅北部東段，北以貢當(dāng)—孜松—多巴斷層為界與雅魯藏布江縫合帶毗鄰，南與高喜馬拉雅結(jié)晶巖帶（構(gòu)造帶）毗鄰［6-7］（圖1）；東西長(zhǎng)度約為900 km，南北寬度約為50～70 km，面積約為7×104km2。研究區(qū)白堊紀(jì)自下而上分為古錯(cuò)村組、崗巴東山組、察且拉組、崗巴村口組及宗山組［8］，目前通常將古錯(cuò)村組、崗巴東山組、察且拉組歸為下白堊統(tǒng)，其中古錯(cuò)村組可能跨上侏羅統(tǒng)，察且拉組可能跨上白堊統(tǒng)，仍須進(jìn)一步論證，在此不做地層時(shí)限論述。

圖1　　崗巴—定日盆地區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1　Regionalstructural location of the Gamba-Tingribasin

2　泥頁(yè)巖分布特征

崗巴—定日盆地在白堊紀(jì)基本繼承了侏羅紀(jì)沉積格局，主要表現(xiàn)為被動(dòng)大陸邊緣的古地理環(huán)境，為淺海陸棚相沉積，埋藏呈逐漸變深的趨勢(shì)。沉積相及地層分布明顯受到雅魯藏布江洋向北俯沖的影響，崗巴—定日盆地東、西部都為次深海—淺海環(huán)境的沉積，呈現(xiàn)出北深南淺的被動(dòng)陸緣海洋格局。崗巴東山組和察且拉組為一套陸棚—斜坡沉積環(huán)境下的含菱鐵礦結(jié)核或條帶的頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖，代表了低能和強(qiáng)還原的沉積環(huán)境，地層橫向分布范圍較廣，縱向厚度大。崗巴東山組在盆地內(nèi)分布廣泛，主要出露于定日、崗巴地區(qū)；巖性主要為深灰—灰黑色薄層狀頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖，底部夾灰黑色泥灰?guī)r，產(chǎn)菊石、雙殼等化石，頁(yè)巖中含鐵質(zhì)結(jié)核，其厚度為190～1 100m，與下伏古錯(cuò)村組呈整合接觸。察且拉組主要出露于定日、崗巴地區(qū)，與下伏崗巴東山組及上覆崗巴村口組呈整合接觸；巖性以灰、灰黑色薄層狀頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖為主，含灰黃色、褐色菱鐵礦結(jié)核或條帶，厚度為98～541.9m。

厚度較大且分布較廣泛的頁(yè)巖才能為頁(yè)巖氣生成、吸附滯留及聚集提供足夠的儲(chǔ)集空間［9-10］。因此，理論上講，頁(yè)巖的厚度越大，形成的頁(yè)巖氣就越多。北美工業(yè)性頁(yè)巖氣藏的頁(yè)巖厚度一般在20 m以上，而崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)頁(yè)巖厚度一般在100m以上；江孜縣甲不拉北溝剖面發(fā)育的灰黑色鈣質(zhì)頁(yè)巖厚度可達(dá)777.8m，崗巴縣崗巴東山組黑色頁(yè)巖和粉砂質(zhì)頁(yè)巖厚度達(dá)388m；定日縣美姆、多吉一帶灰黑色頁(yè)巖發(fā)育，厚度為541.9～1 300m。平面上，下白堊統(tǒng)頁(yè)巖主要分布在定日、定結(jié)—崗巴以及江孜—浪卡子地區(qū)，形成3個(gè)頁(yè)巖厚度高值區(qū)域，并以定結(jié)—崗巴地區(qū)頁(yè)巖厚度最大。不同地區(qū)黑色頁(yè)巖中物質(zhì)成分略有差異，定日縣美姆、多吉一帶黑色頁(yè)巖中鈣質(zhì)含量較小，砂質(zhì)含量略高。

3　泥頁(yè)巖地球化學(xué)特征

有機(jī)質(zhì)豐度崗巴—定日盆地察且拉組黑色頁(yè)巖有機(jī)碳含量為0.59%～1.31%，平均為1.03%，生烴潛力為0.03～0.12mg/g，平均為0.07mg/g，具備一定的生烴能力。崗巴東山組有機(jī)碳含量為0.44%～1.13%，平均為0.95%（表1）。理論上，海相水體較深的沉積環(huán)境的沉積物有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)該較高，但是由于崗巴—定日盆地經(jīng)過了高原隆升及風(fēng)化剝蝕作用，使得地表泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率較高，因而殘留的有機(jī)碳含量相對(duì)較小。

表1　崗巴—定日盆地主干剖面下白堊統(tǒng)黑色頁(yè)巖有機(jī)地球化學(xué)特征Table 1　Organic geochem ical characteristicsof themain section in the lower Cretaceousblack shale，Gamba-Tingribasin

有機(jī)質(zhì)類型崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)頁(yè)巖干酪根顯微組分包括腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組4種類型，以腐泥組占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次為殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組，惰質(zhì)組含量最小。按干酪根中各顯微組分所占比例計(jì)算的有機(jī)質(zhì)類型指數(shù)為-30～76；58%的樣品類型指數(shù)為40～76，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型；37%的樣品類型指數(shù)為0～40，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2型；5%的樣品類型指數(shù)小于0，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型。依據(jù)干酪根顯微組分分布（圖2），崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)灰黑色薄層狀頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型主要為腐泥型，有機(jī)質(zhì)類型良好，與干酪根鏡檢得出的結(jié)論一致（表1）。

圖2　崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)頁(yè)巖干酪根顯微組分分布Fig.2　Kerogenmaceralsof the Lower Cretaceous shale in Gamba-Tingribasin

有機(jī)質(zhì)成熟度通過對(duì)崗巴—定日盆地路線剖面與基干剖面下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖樣品分析測(cè)試發(fā)現(xiàn)，總體上鏡質(zhì)組反射率為1.43%～2.23%，平均值為1.87%，處于高成熟—過成熟演化階段，其中78%的樣品鏡質(zhì)組反射率為1.3%～2%，屬高成熟演化階段，22%的樣品處于鏡質(zhì)組反射率大于2%的過成熟演化階段；而巖石最高熱解峰溫為410～609℃，平均值為574℃，反映出巖石演化程度較高。結(jié)合鏡質(zhì)組反射率與最高熱解峰溫的關(guān)系（圖3）可知，崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)演化程度較高，總體處于高成熟—過成熟演化階段，以生成濕氣—干氣為主，這對(duì)于頁(yè)巖氣的生成、聚集是非常有利的。

圖3　崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖最高熱解峰溫與鏡質(zhì)組反射率關(guān)系Fig.3　Relationship between Tmaxand Roof the Lower Cretaceousshale in theGamba-Tingribasin

巖石脆度崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖常見礦物包括伊利石、蒙皂石、高嶺石等粘土礦物，還混雜石英、長(zhǎng)石、云母、方解石、白云石、黃鐵礦等礦物。以石英和長(zhǎng)石為代表的脆性礦物含量為53%～70%，碳酸鹽礦物含量為1%～10%，粘土礦物含量為29%～37%，對(duì)比不同地區(qū)頁(yè)巖X射線熒光衍射分析結(jié)果［11］發(fā)現(xiàn)，定日—崗巴盆地下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖中各礦物含量與北美、川東北、渝東南頁(yè)巖存在顯著的差異，主要表現(xiàn)為以石英、長(zhǎng)石等為代表的脆性礦物含量偏高，粘土礦物和碳酸鹽礦物含量相對(duì)偏低（表2）。在相同條件下，研究區(qū)下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖脆性礦物含量偏高，說明其在后期壓裂改造過程中容易形成裂縫；碳酸鹽礦物含量偏低則說明在相同條件下頁(yè)巖不易溶蝕，溶蝕孔隙、孔洞可能相對(duì)較少。

表2　不同地區(qū)泥頁(yè)巖X射線熒光衍射分析結(jié)果Table2　Statisticsdataof XRD analysisof shale reservoirs in differentareas

巖石吸附性能基于頁(yè)巖氣與煤層氣具有相似的吸附機(jī)理，借鑒煤層氣中吸附氣的評(píng)價(jià)方法，對(duì)崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖樣品在溫度為30℃、濕度為2.2%的條件下進(jìn)行等溫吸附實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與Langmuir公式計(jì)算得到的數(shù)據(jù)非常吻合（圖4）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，研究區(qū)下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖等溫吸附測(cè)試的理論吸附氣含量為2.3～2.68 cm3/g，說明其具有較強(qiáng)的吸附能力。另外，隨著有機(jī)碳含量和鏡質(zhì)組反射率的增加，泥頁(yè)巖的吸附能力增強(qiáng)（圖4）。同時(shí)，在定日—崗巴盆地的臨區(qū)，尼泊爾木斯塘地區(qū)侏羅系頁(yè)巖中產(chǎn)大量燃燒的天然氣［12］，說明該區(qū)泥頁(yè)巖存在吸附氣體的能力。

圖4　崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖等溫吸附曲線Fig.4　Adsorption isotherm curvesof the Lower Cretaceous shale in the Gamba-Tingribasin

4　結(jié)論

崗巴—定日盆地下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖發(fā)育廣泛，尤其在定日、定結(jié)—崗巴以及江孜—浪卡子等地區(qū)。研究區(qū)下白堊統(tǒng)泥頁(yè)巖厚度大，為280～1 600m；有機(jī)碳含量為0.44%～1.31%；有機(jī)質(zhì)類型良好，總體以腐泥型或者偏腐泥的Ⅱ1型為主；有機(jī)質(zhì)熱演化處于高成熟—過成熟演化階段，以生成濕氣—干氣為主要特征。巖石礦物成分以脆性礦物（石英、長(zhǎng)石等）為主，在外力作用下易于形成誘導(dǎo)性儲(chǔ)集空間。根據(jù)與北美、川東北、渝東南頁(yè)巖對(duì)比研究認(rèn)為，研究區(qū)無論從泥頁(yè)巖的分布、厚度、有機(jī)質(zhì)含量、有機(jī)質(zhì)類型、成熟度及巖石脆度、吸附性等方面均滿足產(chǎn)生頁(yè)巖氣的條件，特別是在定結(jié)—崗巴地區(qū)泥頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度均顯示有形成頁(yè)巖氣的可能性。同時(shí)，在臨近定日—崗巴盆地的尼泊爾木斯塘地區(qū)泥頁(yè)巖中已發(fā)現(xiàn)溢出的天然氣，則說明高原隆升對(duì)頁(yè)巖氣的生成、保存影響不大，也進(jìn)一步說明崗巴—定日盆地頁(yè)巖氣地質(zhì)研究的前景是樂觀的。

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編輯經(jīng)雅麗

Exp loration potentialanalysisof shalegas in the Lower Cretaceous，Gamba-Tingribasin of Tibet

Du Baiwei，PengQinghua，Xie Shangke，Zheng Bo
（Chengdu CenterofChina Geological Survey，Chengdu City，Sichuan Province，610081，China）

The shale developing in the Lower Cretaceous distributeswidely in Gamba-Tingribasin.The shale gas exploration potentialhasbeen evaluated through theanalysisof its thickness，organic abundance，organic evolution and brittleness. Cretaceous Gamba-Dongshan Formation in the study area consists of a setof shale or silty shale having siderite nodules or strips，which was formed under shelf-slope depositionalenvironment.The formation distributeswidely in the horizon direction including Tingri，Tingjie-Bamba and Gyangze-Nagarzeareas，where shale thickness isgenerally over 100m.Itsorganic type is goodmainly developing sapropelic or partial sapropelicⅡ1type.And the organicmatter is overall highmature or overmature and generatesmoisture-dry gasmainly.The shalemineral composition mainly consists of brittle quartz and feldspar，which is favorable for induced fracture formation and has strong adsorption at the same time.It is concluded that the shale in the Lower Cretaceous of the Gamba-Tingribasin has favorable conditions for shale gas accumulation based on organic geochemicalparametersanalysisand other shalegasexploration practice.

shale gas；the Lower Cretaceous；geochemical characteristics；exploration potential；Gamba-Tingribasin

TE122.2

A

1009-9603（2015）02-0051-04

2015-01-21。

杜佰偉（1976—），男，四川成都人，高級(jí)工程師，從事青藏高原石油地質(zhì)和非常規(guī)油氣調(diào)查研究。聯(lián)系電話：13688012881，E-mail：dbw88@163.com。

地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)專項(xiàng)“青藏高原非常規(guī)油氣調(diào)查”（1212011221106），國(guó)家油氣重大專項(xiàng)“青藏地區(qū)海相碳酸鹽巖成藏條件與有利勘探區(qū)帶評(píng)價(jià)”（2011ZX05004-001-006）。