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(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 區(qū)域地質(zhì)概況

萍樂坳陷位于揚(yáng)子板塊與華夏板塊結(jié)合處、欽杭成礦帶內(nèi)，地理位置位于萍鄉(xiāng)-宜春-高安-南昌-景德鎮(zhèn)及其周邊地區(qū)。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(zhì)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(qū)發(fā)育最好（泥頁巖厚度最大可達(dá)80m），為一個有利的頁巖氣勘探區(qū)。

頁巖氣成藏因自生自儲和微運(yùn)移特征，導(dǎo)致頁巖對蓋層要求沒有常規(guī)天然氣高。根據(jù)國內(nèi)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(gòu)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(wěn)定的泥頁巖層，富含腕足類、菊石化石，具有豐富的有機(jī)質(zhì)來源。地層中黃鐵礦含量很高，為強(qiáng)還原環(huán)境。區(qū)內(nèi)大面積出露樂平組煤系地層，其中老山段地層厚度大，穩(wěn)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(jī)物質(zhì)數(shù)量，即有機(jī)質(zhì)豐度；（2）不同類型有機(jī)物質(zhì)成因的聯(lián)系和原始生成天然氣的能力，即有機(jī)質(zhì)類型；（3）有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成烴類氣體的程度，即有機(jī)質(zhì)熱演化程度。前兩個因素主要取決于沉積位置的環(huán)境，而第三個主要取決于沉積后熱演化程度。

在頁巖調(diào)查評價過程中，評價有機(jī)質(zhì)豐度的指標(biāo)主要有總有機(jī)碳含量TOC、干酪根類型、成熟度Ro等。這些參數(shù)對頁巖的生烴量和吸附量都有重要的影響。

2.1 有機(jī)碳含量

研究區(qū)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(qū)，從萍鄉(xiāng)-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(qū)有部分樣品分布。根據(jù)出露條件和分布面積進(jìn)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(tài)分布，離散性較差。測試統(tǒng)計結(jié)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(shù)的47.59%，可以認(rèn)為一半左右的樣品達(dá)到海相頁巖氣有利區(qū)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(qū)達(dá)到海相頁巖氣核心區(qū)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(fēng)化，樣品碳質(zhì)部分流失，導(dǎo)致測試值比真實值偏低。由此可知，萍樂坳陷帶內(nèi)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(tǒng)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(qū)。較深的海水和還原環(huán)境使有機(jī)質(zhì)保存較好。第二個TOC高值區(qū)分布在豐城-樟樹一帶，該地區(qū)是南型樂平組沉積中心，也是中老山段厚度最大的區(qū)域。該地區(qū)沉積水體較深，有機(jī)質(zhì)豐富且保存條件良好，是頁巖氣勘探最有利的區(qū)域。第三個TOC高值區(qū)域分布在余干-樂平地區(qū)，該區(qū)域是南型樂平組在萍樂坳陷東部的一個沉積中心。該區(qū)域緊鄰官帽山隆起，物源豐富，海侵達(dá)到最深的時期大量的有機(jī)質(zhì)堆積并保存下來，形成該區(qū)的生烴母質(zhì)。整體上看，樂平組老山段TOC值全區(qū)均較高，TOC＞3%的區(qū)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(qū)域，其中高值分布面積最大的區(qū)域在豐城-樟樹一帶，超過1000km2，天臺-竹亭和余干-樂平兩個地區(qū)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(diào)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(dá)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(qū)間，最大測試值為4.86%。中老山亞段為最大海泛期沉積產(chǎn)物，屬于深水陸棚沉積環(huán)境，其水體相對較深，巖層中大量發(fā)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(chǎn)物，其沉積環(huán)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(jī)質(zhì)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(jié)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(diào)查井的代表PL03井，其TOC在縱向可見明顯規(guī)律：老山段頁巖TOC高于王潘里段和官山段。在老山段內(nèi)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(jī)質(zhì)類型

樂平組老山段地層由于沉積環(huán)境不同，分為南、北型。

（1）南型

據(jù)顯微鏡有機(jī)質(zhì)分析可得，老山段南型有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型，北型有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ～Ⅱ1型。

本次研究共選送了9個樣品進(jìn)行有機(jī)質(zhì)類型測試，其中4個樣品來自地表（地質(zhì)點），5個樣品來自PL03井。

本次采集的4個地表樣均為半風(fēng)化樣，采集地點為人工露頭。由于當(dāng)?shù)鼐用裢谔假|(zhì)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(jī)質(zhì)類型測試結(jié)果見表1，鉆孔樣品有機(jī)質(zhì)類型測試結(jié)果見表2。由實測數(shù)據(jù)可以看出，樂平組老山段頁巖的顯微組分中以殼質(zhì)組為主，占77%～97%，平均90.50%，次為腐泥組，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量很低；干酪根指數(shù)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(jī)質(zhì)類型測試樣品采自袁州區(qū)洪塘鎮(zhèn)的YXZ02井，共采集3個樣品，測試結(jié)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(jié)果可以看出，萍樂坳陷北型樂平組老山段頁巖的有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型，與當(dāng)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(jīng)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(qū)處于高成熟-過成熟階段，已經(jīng)過了生烴高峰，整體處于熱裂解成氣階段，已經(jīng)生成了大量的氣體。

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

本次調(diào)查評價工作共選取了68組樂平組老山段頁巖樣品進(jìn)行鏡質(zhì)組反射率值測定，測試結(jié)果統(tǒng)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(shù)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(qū)頁巖的成熟度高于東部。西部高值出現(xiàn)在萍鄉(xiāng)-新余一帶，主要原因可能是動力變質(zhì)和埋深導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)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(qū)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(jī)質(zhì)類型鑒定表（地表樣實測）

表3 YXZ02井樂平組老山段頁巖有機(jī)質(zhì)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(tǒng)計直方圖

由此可見，研究區(qū)內(nèi)烴源巖條件較好（TOC含量高，老山段南型有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型，北型有機(jī)質(zhì)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(zhì)基礎(chǔ)。

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(biāo)。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(jìn)行運(yùn)移，儲層的性質(zhì)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(fā)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(jù)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(guān)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(qiáng)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(chǎn)生的酸性物質(zhì)溶蝕了儲層內(nèi)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(fā)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(qū)優(yōu)質(zhì)區(qū)塊孔隙度3%～6%相當(dāng)，高于標(biāo)準(zhǔn)值（標(biāo)準(zhǔn)值為2%），屬于較有潛力的頁巖儲層。

據(jù)等溫吸附實驗，樂平組老山段泥頁巖的吸附能力較強(qiáng)，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(qiáng)，為頁巖氣藏的形成提供了較好的儲層條件。

3.2 裂隙發(fā)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(huán)境，此沉積相帶中的沉積物硅質(zhì)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(qū)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(qū)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(dāng)，除YXZ02-T3外，都達(dá)到氣藏的有利層段的標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)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(yè)產(chǎn)能。

4 構(gòu)造對頁巖氣保存的影響

研究區(qū)樂平組地層由于后期的造山運(yùn)動，主要由印支、燕山及喜山運(yùn)動等造成如今復(fù)雜的構(gòu)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(guān)鍵時期，其間強(qiáng)烈抬升過程中，局部發(fā)育規(guī)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(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，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(huán)節(jié)，因此，對研究區(qū)內(nèi)頁巖氣保存條件的分析尤其重要。

區(qū)域性大構(gòu)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(tài)；區(qū)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(gòu)造導(dǎo)致地層由北往南滑動，使得北部靠近推覆體根帶的區(qū)域發(fā)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(xiàn)積壓性斷層，地層重復(fù)，頁巖氣的保存條件變好；南部武功山順層拆離斷層發(fā)育，大型正斷層較多；往北到坳陷中部發(fā)育三層樓構(gòu)造，使巖層上覆地層加厚，有利于頁巖氣的保存。在兩大構(gòu)造體系的對接部位，坳陷的中部是構(gòu)造影響較弱的區(qū)域。該區(qū)域分布在新余-高安-豐城-樟樹一帶，地層傾角較小，構(gòu)造作用影響不大，是研究區(qū)內(nèi)頁巖氣勘探最有利的區(qū)域。

5 結(jié)語

江西省萍樂坳陷帶內(nèi)樂平組頁巖氣成藏條件較好。經(jīng)本次研究，總結(jié)以下幾點：

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

（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(fā)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(yè)產(chǎn)能。

（3）構(gòu)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(qū)內(nèi)小型構(gòu)造直接影響局部地區(qū)的頁巖氣成藏。新余、高安、樟樹、豐城一帶，地層傾角小，構(gòu)造影響不大，是研究區(qū)內(nèi)頁巖氣勘探最有利的地區(qū)。