陽(yáng)信洼陷沙一段頁(yè)巖氣富集規(guī)律

張 波

(1.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580；2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015)

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陽(yáng)信洼陷沙一段頁(yè)巖氣富集規(guī)律

張 波1，2

(1.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580；2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015)

為探明陽(yáng)信洼陷沙一段頁(yè)巖氣富集規(guī)律，確定下一步勘探方向，利用地球化學(xué)資料分析了頁(yè)巖氣成因類型和來源，通過對(duì)已鉆井進(jìn)行剖析，總結(jié)了頁(yè)巖氣富集的主要控制因素和頁(yè)巖氣富集規(guī)律。研究表明：陽(yáng)信洼陷沙一段頁(yè)巖氣藏屬于生物成因的“自生自儲(chǔ)”天然氣藏。陽(yáng)信洼陷沙一段頁(yè)巖氣資源量為400×108～500×108m3，氣源較充足；沙一中下亞段灰?guī)r及砂巖夾層較發(fā)育，并且沙一上亞段泥巖蓋層分布穩(wěn)定，構(gòu)造活動(dòng)也較弱，有利于頁(yè)巖氣的富集。研究區(qū)東部披覆構(gòu)造帶和南部斜坡帶夾層發(fā)育，具有單層厚度大、物性好的特點(diǎn)，是研究區(qū)頁(yè)巖氣勘探的首選區(qū)帶。

頁(yè)巖氣；富集規(guī)律；生物成因；沙一段；陽(yáng)信洼陷；濟(jì)陽(yáng)坳陷

0 引 言

頁(yè)巖氣是一種非常規(guī)天然氣資源，主要以吸附和游離狀態(tài)賦存于暗色泥頁(yè)巖中，是一種連續(xù)型天然氣聚集[1-2]。20世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)外多個(gè)盆地已經(jīng)開始了商業(yè)性頁(yè)巖氣勘探[3-10]。渤海灣盆地是中國(guó)陸相泥頁(yè)巖發(fā)育的六大主要盆地之一，主要勘探目的層是沙一段至沙三段[11]，其中濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙河街組普遍發(fā)育泥頁(yè)巖，具有頁(yè)巖厚度大、分布范圍廣、有機(jī)質(zhì)類型好、豐度高的特點(diǎn)，具備大量形成頁(yè)巖氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)[12]。濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖氣的研究與勘探相對(duì)較晚，目前還只是處于起步階段。陽(yáng)信洼陷是濟(jì)陽(yáng)坳陷發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣最早的地區(qū)，早在1976年完鉆的陽(yáng)1井就在沙一段獲得近萬(wàn)方的頁(yè)巖氣氣流，2005年上報(bào)預(yù)測(cè)天然氣含氣面積為164.5 km2，天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為146.2×108m3，具有連片含氣的特征，展示了較大的天然氣勘探潛力。從地球化學(xué)特征分析入手，在明確頁(yè)巖氣成因及來源的基礎(chǔ)上，對(duì)已發(fā)現(xiàn)氣藏進(jìn)行了深入解剖，總結(jié)了頁(yè)巖氣富集主控因素，明確了頁(yè)巖氣的富集規(guī)律和重點(diǎn)勘探方向。

1 沙一段地質(zhì)特征

陽(yáng)信洼陷隸屬于濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民凹陷東北部的次一級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元，北以陽(yáng)信斷層與無(wú)棣凸起相鄰，向南超覆于林樊家構(gòu)造之上，勘探面積約為1 300 km2。研究區(qū)已完鉆探井45口，沙一段見天然氣顯示井28口，14口井解釋為氣層，5口井試氣，3口井獲得工業(yè)氣流。

1.1 構(gòu)造特征

從研究區(qū)T2構(gòu)造圖分析來看(圖1)，沙一段沉積時(shí)期斷裂活動(dòng)較弱，除北部控洼斷層發(fā)育外，盆地內(nèi)斷層基本不發(fā)育。整體上呈“平底鍋”的形態(tài)，沉積中心位于中西部。在洼陷東部，由于沙三沉積時(shí)期巖漿噴發(fā)形成了一條近東西走向的火山山脈，后期沉積的地層披覆其上形成了大型披覆構(gòu)造帶——商店鼻狀構(gòu)造帶[13]。這種獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造特征為研究區(qū)頁(yè)巖氣的生成與聚集成藏創(chuàng)造了有利條件。

1.2 地層特征

沙一段沉積時(shí)期，陽(yáng)信洼陷氣候溫暖潮濕，湖盆水體穩(wěn)定，整體發(fā)育濱淺湖—半深湖沉積，地層厚度為0～170 m。根據(jù)巖性、電性特征的差異，將沙一段分為3個(gè)亞段。其中沙一段上亞段巖性以灰色、深灰色泥巖，砂質(zhì)泥巖，灰質(zhì)泥巖及褐灰色油泥巖為主，夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，自然電位平直，電阻率測(cè)井值低，曲線形態(tài)為鋸齒狀；沙一段中亞段以深灰色的泥巖、灰質(zhì)泥巖、褐灰色油頁(yè)巖、油泥巖互層為主，夾淺灰色泥質(zhì)灰?guī)r、生物灰?guī)r、生物白云巖薄層，自然電位整體平直，偶見低幅指狀異常，電阻率測(cè)井值較高，灰?guī)r發(fā)育段呈高幅尖峰狀；沙一段下亞段為灰色、深灰色的泥巖、灰質(zhì)泥巖為主，夾淺灰色粉砂巖、灰質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和白云巖薄層，自然電位平直，偶見低幅指狀異常，電阻率測(cè)井值略高于沙一上亞段，曲線形態(tài)為鋸齒狀。

圖1 陽(yáng)信洼陷T2構(gòu)造

2 頁(yè)巖氣成因及來源

2.1 頁(yè)巖氣成因

通過對(duì)頁(yè)巖氣天然氣地球化學(xué)特征的分析，陽(yáng)信洼陷沙一段天然氣相對(duì)密度一般為0.560 0～0.596 2，平均為0.571 1，甲烷含量為95.00%～98.49%，平均為97.30%；重?zé)N(C2+)含量平均為0.14%左右；非烴(CO2+N2)含量平均為1.88%；甲烷系數(shù)為0.998 2～0.999 2，平均為0.998 6，干燥系數(shù)為543.1～1 214.5，平均為804.7，是典型的干氣。天然氣甲烷碳同位素δ13C1為-60.88‰～-56.46‰，平均為-59.31‰，具有與國(guó)內(nèi)外典型生物氣田δ13C1(小于-55.00‰)相似的特征[14]，由此可以判定陽(yáng)信洼陷沙一段天然氣屬于生物成因氣。

2.2 頁(yè)巖氣來源

陽(yáng)信洼陷沙河街組存在沙一段、沙三段2套烴源巖，兩者熱演化程度較低，Ro值均小于0.5%，用δ13C1—Ro關(guān)系判斷天然氣來源較為困難。因此，利用源巖吸附氣碳同位素對(duì)比的方法確定頁(yè)巖氣來源。分別對(duì)研究區(qū)陽(yáng)24井沙一段和陽(yáng)25井沙三段源巖段的巖屑罐裝樣品進(jìn)行了脫氣碳同位素地球化學(xué)分析。從分析結(jié)果來看(表1)，陽(yáng)24井烴源巖吸附氣甲烷碳同位素值范圍為-61.6‰～-51.91‰，平均為-55.30‰；陽(yáng)25井烴源巖吸附氣甲烷碳同位素值范圍為-51.04‰～-47.94‰，平均為-49.7‰。可見沙一段天然氣甲烷碳同位素與沙一段源巖吸附氣甲烷碳同位素更為接近，沙一段頁(yè)巖氣藏為自源氣藏。

表1 陽(yáng)信洼陷烴源巖罐裝樣脫氣碳同位素

綜上分析，陽(yáng)信洼陷沙一段天然氣藏屬于生物成因的“自生自儲(chǔ)”的天然氣藏，且具有連片含氣的特征，是典型的頁(yè)巖氣藏。

3 頁(yè)巖氣富集主控因素

3.1 充足的氣源為頁(yè)巖氣富集提供了基礎(chǔ)

較快的沉積速率和較強(qiáng)的還原環(huán)境是黑色頁(yè)巖形成的重要條件[15]。陽(yáng)信洼陷沙一段沉積速率可達(dá)0.6 mm/a[16]，屬于較快速沉積環(huán)境，該沉積時(shí)期在陽(yáng)信洼陷形成分布范圍廣、水體相對(duì)較深的半深湖環(huán)境，有利于早期沉積物得到迅速的埋藏和保存。巖心地球化學(xué)分析結(jié)果表明，陽(yáng)信洼陷沙一段氣源巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型，腐泥組含量可達(dá)91.7%～97.7%；有機(jī)碳含量一般為1.20%～3.50%，最高可達(dá)11.80%，平均含量為4.26%；氯仿瀝青“A”含量平均為0.209 7%；Ro值為0.27%～0.35%[17]，綜合評(píng)價(jià)為優(yōu)質(zhì)的氣源巖。

還原環(huán)境和中性水介質(zhì)條件有利于生物成因氣的生成[18]。陽(yáng)信洼陷沙一段微量元素(表2)分析可以看出，泥巖微量元素鐵錳比小于1.0，鍶鋇比大于1.0，表明沙一段屬于咸化沉積環(huán)境。泥巖抽提物氣相色譜分析中姥植比為0.43～0.77，表現(xiàn)為植烷優(yōu)勢(shì)，而且沙一段源巖中富含黃鐵礦，其含量最高可達(dá)4.50%，這些證據(jù)均表明沙一段為還原沉積環(huán)境。沙一段地層水pH值為6.0～7.0，為中性水介質(zhì)條件[19]。以上分析表明，沙一段為咸水還原沉積環(huán)境和中性水介質(zhì)條件，這為沙一段頁(yè)巖氣大量生成提供了重要保障。

表2 陽(yáng)信洼陷沙一段巖樣微量元素分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

生物氣最有利的生成溫度為30～65 ℃[20]，實(shí)鉆井測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)表明沙一段地溫大多介于54～63 ℃，正處于生物氣生烴有利溫度區(qū)間。對(duì)陽(yáng)信洼陷沙一段烴源巖進(jìn)行了生氣模擬實(shí)驗(yàn)，從沙一段生烴強(qiáng)度圖中可以看出(圖2)，主生氣帶內(nèi)，生烴強(qiáng)度可以達(dá)到100×108m3/km3以上。研究表明，有機(jī)質(zhì)母質(zhì)類型越好總生氣量就越大[21]，陽(yáng)信洼陷沙一段氣源巖有機(jī)質(zhì)類型為I型，氣源巖厚度一般為10～120 m，分布面積近1 200 km2，結(jié)合生烴強(qiáng)度初步測(cè)算頁(yè)巖氣資源量為400×108～500×108m3，資源潛力較大，為頁(yè)巖氣的富集提供了充足的保障。

3.2 夾層的發(fā)育程度決定了頁(yè)巖地層的儲(chǔ)集能力

在頁(yè)巖氣藏中，天然氣不僅賦存于暗色泥頁(yè)巖中，也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖甚至砂巖地層中[22]。陽(yáng)信洼陷沙一段普遍發(fā)育薄層砂巖及灰?guī)r夾層，且以灰?guī)r夾層最為發(fā)育?；?guī)r夾層主要發(fā)育在濱淺湖區(qū)、水下高地上及周圍[23-24]，研究區(qū)灰?guī)r單層厚度一般為1.0～4.0 m，含有介形蟲、螺等大量生物碎片，原生孔隙和次生孔隙比較發(fā)育，孔隙度一般為4.6%～20.3%，滲透率為2.0×10-3～19.2×10-3μm2。砂巖夾層單層厚度一般為0.5～1.0 m，泥質(zhì)膠結(jié)，較疏松，孔隙度為8.8%～24.6%，滲透率為4.4×10-3～130.0×10-3μm2。這些夾層是天然氣的良好儲(chǔ)集體，其存在大大提高了頁(yè)巖地層的儲(chǔ)集能力，更有利于頁(yè)巖氣藏富集高產(chǎn)。

3.3 穩(wěn)定分布的泥巖和較弱的構(gòu)造活動(dòng)提供了良好的保存條件

研究區(qū)沙一段暗色泥巖縱向厚度大，尤其是沙一上亞段連續(xù)沉積泥巖厚度可達(dá)50 m，而且在平面上分布廣泛且穩(wěn)定，為頁(yè)巖氣的富集提供了良好的蓋層條件。同時(shí)研究區(qū)從沙一段沉積時(shí)期之后構(gòu)造活動(dòng)減弱，僅北部控洼斷層有所活動(dòng)，避免了頁(yè)巖氣因構(gòu)造破壞而造成大量散失。

圖2 陽(yáng)信洼陷沙一段生烴強(qiáng)度

4 頁(yè)巖氣富集規(guī)律

在對(duì)頁(yè)巖氣富集主要控制因素分析的基礎(chǔ)上，對(duì)陽(yáng)信洼陷沙一段已鉆遇頁(yè)巖氣藏進(jìn)行了剖析，明確了天然氣富集規(guī)律。

縱向上，沙一中、下亞段氣藏富集。從東西向氣藏剖面分析(圖3)，沙一中、下亞段砂巖、灰?guī)r夾層較發(fā)育，前已述及砂巖、灰?guī)r夾層雖薄，但物性極好，大大提高了泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能，因此，夾層累計(jì)厚度及氣藏厚度越大，產(chǎn)能越高。研究區(qū)東部陽(yáng)16井區(qū)夾層厚度大于中部陽(yáng)101井區(qū)，產(chǎn)能提高了1倍；沙一上亞段巖性以泥巖為主，零星發(fā)育薄層砂質(zhì)條帶，氣藏不發(fā)育，主要起到封蓋沙一中、下亞段氣藏的作用?？梢娞烊粴獾母患潭热Q于砂巖和灰?guī)r夾層的發(fā)育程度。

圖3 陽(yáng)信洼陷沙一段東西向氣藏剖面

平面上，靠近生氣中心氣藏更富集。從圖1中的已鉆井分析，在東部披覆構(gòu)造帶，陽(yáng)16井區(qū)與陽(yáng)17井區(qū)相比更靠近洼陷主體，陽(yáng)16井區(qū)8口探井中有6口井解釋氣層，1口井試氣獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，而陽(yáng)17井區(qū)2口探井均未解釋氣層。

通過頁(yè)巖氣富集規(guī)律的分析，砂巖與灰?guī)r夾層發(fā)育區(qū)是下一步的重點(diǎn)勘探區(qū)。通過已完鉆井的分析，研究區(qū)南部斜坡帶及東部披覆構(gòu)造帶是夾層發(fā)育的有利區(qū)帶，而且緊鄰?fù)菹輲?，是?yè)巖氣勘探的有利區(qū)帶。近期鉆井也證實(shí)了這一點(diǎn)：南部緩坡帶傾末端陽(yáng)101井區(qū)3口開發(fā)井均鉆遇厚度較大的灰?guī)r夾層，并解釋氣層14層26.8 m。東部披覆構(gòu)造帶陽(yáng)251井鉆遇生物灰?guī)r3層8.5 m，泥質(zhì)白云巖1層4.8 m，解釋氣層10.6 m。

5 結(jié) 論

(1) 陽(yáng)信洼陷沙一段天然氣藏屬于生物成因的“自生自儲(chǔ)”的天然氣藏，且具有連片含氣的特征，是典型的頁(yè)巖氣藏。

(2) 頁(yè)巖氣富集主要受控于3個(gè)因素：充足的氣源為頁(yè)巖氣富集提供了基礎(chǔ)；夾層的發(fā)育程度決定了頁(yè)巖地層的儲(chǔ)集能力，其存在更有利于頁(yè)巖氣藏富集高產(chǎn)；穩(wěn)定分布的泥巖和較弱的構(gòu)造活動(dòng)減少了頁(yè)巖氣的散失量，為頁(yè)巖氣的富集提供了十分有利的保存條件。

(3) 陽(yáng)信洼陷頁(yè)巖氣藏主要分布在沙一段中下部，其富集程度主要受控于夾層的發(fā)育程度。南部斜坡帶及東部披覆構(gòu)造帶夾層較發(fā)育，具有單層厚度較大、物性好的特點(diǎn)，并且鄰近生氣中心，是研究區(qū)頁(yè)巖氣勘探的首選區(qū)帶。

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編輯 張 雁

20151106；改回日期：20151229

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“深層油氣、非常規(guī)天然氣成藏規(guī)律與有利勘探區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)”(2011ZX05008-004)

張波(1972-)，男，高級(jí)工程師，1996年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)物探專業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)石油大學(xué)(華東)地質(zhì)專業(yè)在讀博士研究生，主要從事油氣地質(zhì)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.003

TE121.1

A

1006-6535(2016)02-0009-05