鄂爾多斯盆地東緣臨興地區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣地質(zhì)特征及成藏潛力

吳 鵬，曹 地，朱光輝，柳雪青，李 勇，李洋冰，胡維強(qiáng)，劉再振，孔 為，費(fèi)景亮

鄂爾多斯盆地東緣臨興地區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣地質(zhì)特征及成藏潛力

吳 鵬1，曹 地2,3，朱光輝1，柳雪青2,3，李 勇4，李洋冰2,3，胡維強(qiáng)2,3，劉再振2,3，孔 為2，費(fèi)景亮2,3

(1. 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；3. 中海油能源發(fā)展股份有限公司非常規(guī)勘探開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300452；4. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083)

海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣是我國(guó)頁(yè)巖氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要接替領(lǐng)域，基于鄂爾多斯盆地東緣臨興地區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖實(shí)驗(yàn)和研究資料，選取山西組、太原組和本溪組頁(yè)巖層系為研究對(duì)象，從沉積環(huán)境、頁(yè)巖展布、有機(jī)地球化學(xué)特征、礦物學(xué)特征、物性特征和含氣性特征等方面，系統(tǒng)總結(jié)解剖研究區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣地質(zhì)特征，分析其富集成藏潛力。結(jié)果表明：鄂爾多斯盆地在晚石炭世–早二疊世受區(qū)域內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)影響，水體環(huán)境變化頻繁，形成多期次的濱淺海–三角洲前緣–濱淺湖組合的沉積旋回，沉積多套海陸過(guò)渡相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖；臨興地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東部晉西撓折帶的中北地區(qū)，區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境穩(wěn)定，海陸過(guò)渡相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖廣泛分布；巖性主要為灰白色–淺灰色細(xì)粒砂巖和暗色泥頁(yè)巖互層發(fā)育，垂向上頁(yè)巖累計(jì)厚度大，為60～180 m；頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2–Ⅲ型干酪根，總有機(jī)質(zhì)碳含量較高，平均TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.07%，處于成熟生氣階段；頁(yè)巖礦物成分以石英和黏土類礦物為主，長(zhǎng)石和碳酸鹽巖類礦物含量較少；宏觀上主要孔隙類型為無(wú)機(jī)孔隙和有機(jī)質(zhì)孔隙，裂縫不發(fā)育，微觀上孔隙受黏土礦物控制，孔隙形態(tài)多為開(kāi)放狹縫狀的微孔和介孔。研究區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖具有低孔低滲的物性特征，但平均含氣量為1.15 m3/t，具有較好的含氣特征，確定研究區(qū)內(nèi)山西組北部、太原組東北部、本溪組東部和北部為頁(yè)巖氣潛力區(qū)。研究認(rèn)識(shí)為該區(qū)后期頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供理論據(jù)。

晚石炭–早二疊世；頁(yè)巖氣；海陸過(guò)渡相；鄂爾多斯盆地；資源潛力

2000年以來(lái)全球天然氣需求量逐年攀升，作為戰(zhàn)略資源，天然氣在化石能源的地位不斷升高，而頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)是天然氣資源的重要補(bǔ)充[1-4]。目前全球頁(yè)巖氣勘探和開(kāi)發(fā)主要放在海相頁(yè)巖層系，在中國(guó)南方長(zhǎng)寧區(qū)塊龍馬溪組海相頁(yè)巖的成功開(kāi)發(fā)更是促進(jìn)了這一趨勢(shì)[3-4]。中國(guó)頁(yè)巖氣資源儲(chǔ)量豐富、類型多樣，海陸過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖氣同樣具有資源潛力，其中海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣資源量約為19.8萬(wàn)億m3，占中國(guó)頁(yè)巖氣資源總量的四分之一，鄂爾多斯盆地和四川盆地海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量合計(jì)為13.5萬(wàn)億m3，占全國(guó)地質(zhì)資源量的68%，是中國(guó)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣資源的主體[5-10]。南方海相頁(yè)巖氣的中深層勘探開(kāi)發(fā)和開(kāi)采技術(shù)已經(jīng)成熟，勘探深度已由中深層轉(zhuǎn)向深層。北方海陸過(guò)渡相頁(yè)巖埋深為1 500～2 500 m，遠(yuǎn)小于海相頁(yè)巖埋深，勘探和開(kāi)發(fā)難度低于深層海相頁(yè)巖[11-13]。近年來(lái)在全國(guó)多地投入了大量鉆探試井開(kāi)展對(duì)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣的試采和研究，鄂爾多斯盆地西北部的鄂頁(yè)1井和東南部大吉地區(qū)的5口直井在二疊系獲得工業(yè)氣流，沁水盆地壽陽(yáng)Y01、漣源盆地湘頁(yè)1井和四川盆地川東2口頁(yè)巖井等都在二疊系取得良好的頁(yè)巖氣顯示[13-20]。鉆探結(jié)果揭示了中國(guó)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖具有顯著的勘探開(kāi)發(fā)潛力，鄂爾多斯盆地最有望實(shí)現(xiàn)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的突破，形成規(guī)?；a(chǎn)能，進(jìn)而為全國(guó)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供理論實(shí)踐依據(jù)，增加我國(guó)天然氣資源的戰(zhàn)略儲(chǔ)備[21-24]。雖然南方海相頁(yè)巖氣的成功開(kāi)發(fā)已經(jīng)提供了大量的理論和技術(shù)參考，但北方海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣在構(gòu)造演化、沉積環(huán)境、頁(yè)巖氣成因、巖石礦物學(xué)特征、地球化學(xué)特征、儲(chǔ)層特征和頁(yè)巖氣成藏模式等與海相頁(yè)巖存在較大差異，海相頁(yè)巖氣的理論和技術(shù)不能完全適用，當(dāng)前急需建立海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣地質(zhì)理論和評(píng)價(jià)體系，明確頁(yè)巖氣有利層段和“甜點(diǎn)”區(qū)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)高效適用的鉆井和儲(chǔ)層改造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣規(guī)?；拈_(kāi)發(fā)和開(kāi)采。

鄂爾多斯盆地海陸過(guò)渡相頁(yè)巖主要發(fā)育在石炭–二疊系，已有部分專家學(xué)者根據(jù)鄂爾多斯盆地西北部和東南部的鉆探井結(jié)果，取得了初步的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，肯定了鄂爾多斯盆地二疊系海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣的資源潛力[22-25]。受限于資料數(shù)據(jù)的稀缺和區(qū)域性問(wèn)題，鄂爾多斯盆地海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣研究一直未取得系統(tǒng)性結(jié)論。為此，筆者擬通過(guò)系統(tǒng)梳理鄂爾多斯盆地東緣臨興地區(qū)本溪組–太原組–山西組海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地質(zhì)特征，明確研究區(qū)內(nèi)有利頁(yè)巖氣儲(chǔ)層層段分布，以期為鄂爾多斯盆地海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣未來(lái)的勘探開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)和借鑒。

1 地質(zhì)背景

1.1 臨興地區(qū)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地東北部，晉西撓褶帶的中北地區(qū)，北至興縣，南抵臨縣，構(gòu)造上為北東–南西向單斜，地層整體西傾[21-30]。本次研究對(duì)象為上石炭統(tǒng)本溪組、下二疊統(tǒng)太原組和山西組地層，其中，山西組的巖性為灰白–淺灰白含礫中–細(xì)砂巖、粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，偶見(jiàn)薄煤層，頁(yè)巖沉積往往與細(xì)粉砂巖互層，但整體沉積厚度較大；太原組主要發(fā)育含礫中砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖，偶見(jiàn)薄煤層，部分地區(qū)頁(yè)巖沉積較厚；本溪組受海相沉積影響較大，巖性特征復(fù)雜，灰色細(xì)粒砂巖、灰色灰?guī)r和暗色頁(yè)巖互層沉積，偶見(jiàn)薄煤層和煤線發(fā)育[24, 31-36](圖1)。

圖１ 鄂爾多斯盆地臨興區(qū)塊地理位置及巖性綜合柱狀圖(據(jù)匡立春等[24]，修改)

1.2 沉積環(huán)境和頁(yè)巖展布特征

研究區(qū)內(nèi)地層發(fā)育特征受控于鄂爾多斯盆地的沉積構(gòu)造演化，中奧陶世區(qū)塊整體隆升，上部地層發(fā)生剝蝕缺失；晚石炭世–早二疊世，鄂爾多斯盆地沉積穩(wěn)定，廣泛發(fā)育一套海相、海陸過(guò)渡相沉積層系，部分地區(qū)伴生有煤層。受區(qū)域內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)影響，水體環(huán)境變化頻繁，形成多期次的濱淺海–三角洲前緣–濱淺湖組合的沉積旋回，沉積多套海陸過(guò)渡相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，累計(jì)厚度60～180 m。本文研究目的地層為上石炭統(tǒng)本溪組、下二疊統(tǒng)太原組和山西組，主要巖性為暗色頁(yè)巖、灰色砂巖和碳酸鹽巖，其中暗色頁(yè)巖為海陸過(guò)渡相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。研究區(qū)內(nèi)本溪組時(shí)期主要為濱淺海、淺水陸棚沉積，向上到太原組，水體環(huán)境逐漸變淺，濱岸相沉積增多，到山西組時(shí)期，沉積水深持續(xù)變淺，開(kāi)始以三角洲相和濱淺湖相沉積為主[31-40]。對(duì)比研究區(qū)山西組、太原組和本溪組累計(jì)頁(yè)巖厚度可以發(fā)現(xiàn)，山西組頁(yè)巖累計(jì)厚度為12.50～54.65 m，平均厚度為34.51 m，平面上呈自南向北逐漸增厚的趨勢(shì)，表明山西組海陸過(guò)渡相頁(yè)巖沉積發(fā)育時(shí)期，北側(cè)水體更深；太原組頁(yè)巖累計(jì)厚度為29.00～76.02 m，平均厚度為49.03 m，平面上呈南北厚中間薄的展布特征；本溪組頁(yè)巖累計(jì)厚度為20.00～59.03 m，平均厚度為38.05 m，平面上呈中間厚南北薄和西薄東厚的趨勢(shì)，但整體厚度差距不大(圖2)。

2 有機(jī)地化特征

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

根據(jù)研究區(qū)山西組、太原組和本溪組3套地層143個(gè)頁(yè)巖樣品測(cè)試數(shù)據(jù)，山西組頁(yè)巖總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%～37.3%，平均2.26%，主頻段為0～1%和1%～2%，共占山西組樣品總數(shù)的72%，主頻段均值為0.85%，有28%的頁(yè)巖樣品總有機(jī)碳含量大于2%；太原組頁(yè)巖總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.26%～34.7%，平均3.8%，主頻段為0～1%、1%～2%和2%～3%，共占太原組樣品總數(shù)的80%，主頻段均值為1.73%，有60%的頁(yè)巖樣品總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2%；本溪組頁(yè)巖總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.09%～20.6%，平均3.17%，主頻段為0～1%、1%～2%和2%～3%，共占本溪組樣品總數(shù)的77.2%，主頻段均值為1.38%，有41%的頁(yè)巖樣品總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2%(圖3)。

圖2 目的層累計(jì)頁(yè)巖厚度等值線

圖3 頁(yè)巖TOC分布頻率

對(duì)比研究區(qū)山西組、太原組和本溪組3套地層頁(yè)巖樣品的殘余氯仿瀝青“A”含量可知，山西組頁(yè)巖樣品氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.006 6%～0.250 4%，平均0.093 7%；太原組頁(yè)巖樣品氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.033 5%～0.203 9%，平均0.080 0%；本溪組頁(yè)巖樣品氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0208%～0.0506%，平均0.0385%。依據(jù)SY/T 5739—1995《陸相烴源巖地球化學(xué)評(píng)價(jià)方法》，殘余氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.05%～0.10%時(shí)都為中等。山西組和太原組頁(yè)巖樣品有機(jī)質(zhì)豐度都為中等，且太原組的數(shù)據(jù)更為穩(wěn)定。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

利用偏光顯微鏡和顯微分光光度計(jì)對(duì)頁(yè)巖樣品進(jìn)行鏡下顯微組分觀察與特征描述。研究區(qū)山西組、太原組和本溪組頁(yè)巖干酪根顯微組分中殼質(zhì)組最發(fā)育，其次為鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，腐泥組最不發(fā)育。其中殼質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)為11%～83%，平均61%，鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)為7%～76%，平均為29%。依照四分法范式圖解作研究區(qū)頁(yè)巖干酪根顯微組分三角圖(圖4)，由圖中可知，山西組頁(yè)巖樣品落在腐殖型區(qū)域，太原組和本溪組頁(yè)巖樣品落在混合型區(qū)域。綜上研究認(rèn)為研究區(qū)暗色頁(yè)巖具有2種干酪根類型，山西組以Ⅲ型為主，太原組和本溪組以Ⅱ2(偏腐殖型)為主(圖4)。

圖4 頁(yè)巖干酪根顯微組分三角圖

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

本文對(duì)選取的107個(gè)頁(yè)巖樣品進(jìn)行成熟度分析，進(jìn)行鏡質(zhì)體反射率測(cè)試實(shí)驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果表明山西組37個(gè)頁(yè)巖樣品有機(jī)質(zhì)成熟度ran值為0.92%～1.11%，平均1.03%；太原組34個(gè)頁(yè)巖樣品ran值為1.01%～1.09%，平均1.06%；本溪組36個(gè)頁(yè)巖樣品ran=1.06%～1.30%，平均1.15%；有機(jī)質(zhì)熱演化程度與埋藏深度呈正相關(guān)性，由山西組向下至本溪組，暗色頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)成熟度逐漸遞增。研究區(qū)整體頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度ran值為0.92%～1.30%，處于成熟熱演階段，具有可觀的生烴能力。與四川盆地龍馬溪組、美國(guó)Marcellus和Ohio海相頁(yè)巖對(duì)比，不同于龍馬溪組頁(yè)巖的高成熟度特征，研究區(qū)暗色頁(yè)巖的成熟度與美國(guó)的海相頁(yè)巖更相近，仍具有很高的生氣潛力。

3 儲(chǔ)集層物性特征

3.1 礦物特征

對(duì)研究區(qū)184個(gè)頁(yè)巖樣品進(jìn)行鏡下薄片鑒定和X-衍射分析，鏡下薄片鑒定結(jié)果表明：①研究區(qū)暗色頁(yè)巖中碎屑成分主要為石英、長(zhǎng)石、酸性噴出巖和變質(zhì)巖，少量的云母等巖屑，其中，石英體積分?jǐn)?shù)為1.0%～93.0%，平均40.0%。②膠結(jié)物有泥質(zhì)、鐵方解石、方解石、鐵白云石、菱鐵礦和黃鐵礦等，以泥質(zhì)為主，其余膠結(jié)物含量極少。③由于黃鐵礦和碳酸鹽礦物含量較少，選擇石英和長(zhǎng)石作為脆性礦物，對(duì)比研究區(qū)山西組、太原組和本溪組的礦物脆性指數(shù)特征。山西組暗色頁(yè)巖平均脆性指數(shù)為47.08%，本溪組平均脆性指數(shù)最小，為39.37%，太原組介于二者之間，為42.28%，說(shuō)明山西組頁(yè)巖儲(chǔ)層的后期可壓裂性更好(圖5，表1)。

圖5 頁(yè)巖礦物含量三角圖

表1 X-全巖衍射實(shí)驗(yàn)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及脆性指數(shù)特征

注：脆性指數(shù)=(石英+長(zhǎng)石)/(石英+長(zhǎng)石+碳酸鹽巖類礦物+黏土礦物)×100%

3.2 物性特征

研究區(qū)頁(yè)巖樣品巖心物性(圖6)分析表明，山西組66.7%的頁(yè)巖樣品滲透率小于0.05×10–3μm2，孔隙率為1.15%～3.03%，平均2.14%；太原組75%的頁(yè)巖樣品滲透率小于0.10×10–3μm2，孔隙率為0.79%～ 3.62%，平均1.97%；本溪組66.7%的頁(yè)巖樣品滲透率小于0.01×10–3μm2，孔隙率全部小于1.0%，平均0.53%。研究區(qū)海陸過(guò)渡相暗色頁(yè)巖整體孔隙率和滲透率較低，最高孔隙率為3.62%，平均2.06%。初步表明研究區(qū)整體上海陸過(guò)渡相頁(yè)巖物性較差，且山西組和太原組差距不大。

3.3 孔隙結(jié)構(gòu)類型

采用氬離子拋光–掃描電鏡定性觀察頁(yè)巖孔隙類型，采用低溫氮?dú)馕建C脫附實(shí)驗(yàn)定量化表征頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)。研究區(qū)內(nèi)選取了68個(gè)頁(yè)巖樣品進(jìn)行氬離子拋光–掃描電鏡實(shí)驗(yàn)，162個(gè)頁(yè)巖樣品進(jìn)行低溫氮?dú)馕建C脫附實(shí)驗(yàn)[41-43]。

3.3.1 孔隙類型定性表征

氬離子拋光–掃描電鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，研究區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖發(fā)育微納米級(jí)孔隙，主要由無(wú)機(jī)孔隙和有機(jī)質(zhì)孔隙兩類共同構(gòu)成，其中無(wú)機(jī)孔隙較為發(fā)育，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育程度較低。無(wú)機(jī)孔隙主要包括黏土礦物片間孔、長(zhǎng)石溶蝕孔和礦物邊緣孔。頁(yè)巖中含有的少量長(zhǎng)石和碳酸鹽礦物遭受侵蝕后，容易發(fā)生礦物溶解，產(chǎn)生礦物溶蝕孔隙，但由于礦物本身含量較少，溶蝕孔隙發(fā)育規(guī)模也不大，孔徑一般在幾十至幾百納米，呈圓形、橢圓形和不規(guī)則形，主要發(fā)育在礦物顆粒的粒間和粒內(nèi)。黏土礦物片間孔發(fā)育在絲縷狀伊利石或書(shū)頁(yè)狀高嶺石中，形態(tài)呈扁平狹縫，沿黏土礦物層理近平行排列，孔徑為微納米級(jí)。還有部分發(fā)育在兩種礦物顆粒或礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)之間的礦物邊緣孔，孔徑呈納米級(jí)，孔隙形態(tài)為縫狀、條帶狀或不規(guī)則狀，但在研究區(qū)頁(yè)巖內(nèi)極少發(fā)育(圖7)。

受頁(yè)巖熱演化階段的影響，研究區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育程度較低，主要為原始有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)孔隙和有機(jī)質(zhì)內(nèi)部生烴孔隙，部分與黃鐵礦伴生?？紫缎螒B(tài)呈圓形、橢圓形、三角形或不規(guī)則形，孔徑為幾至幾百納米，連通性較好(圖7)。

3.3.2 孔隙結(jié)構(gòu)定量表征

根據(jù)國(guó)際應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)對(duì)孔隙的分類，孔徑小于2 nm的為微孔，2～50 nm的為介孔，大于50 nm的為宏孔。選用低溫氮?dú)馕建C脫附實(shí)驗(yàn)來(lái)定量表征研究區(qū)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明，研究區(qū)頁(yè)巖孔隙主要為介孔，其中山西組頁(yè)巖孔隙孔徑為6.35～24.47 nm，平均孔徑為12.69 nm；太原組頁(yè)巖孔隙孔徑為9.37～16.94 nm，平均孔徑為13.87 nm；本溪組頁(yè)巖孔隙孔徑為11.32～25.84 nm，平均孔徑最大，為16.29 nm。

圖6 孔隙率與滲透率分布頻率直方圖

圖7 頁(yè)巖孔隙類型

低溫氮?dú)馕建C脫附曲線的回滯環(huán)曲線形態(tài)一定程度上反映了孔隙的形態(tài)特征。參照IUPAC的氮?dú)馕建C脫附曲線分類方案，研究區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖樣品回滯曲線為H3和H4兩類。

H3型回滯曲線在低壓段吸附和脫附曲線基本重合，表明微孔徑范圍內(nèi)為一段封閉的不透氣氣孔；中壓段出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，遲滯環(huán)變寬大，說(shuō)明孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，類型多樣；高壓段曲線斜率增大，說(shuō)明大孔徑范圍存在縫狀開(kāi)放型孔隙，可能與黏土礦物片間孔有關(guān)(圖8)。

H4型回滯曲線在低壓和中壓段吸附曲線和脫附曲線基本重合，高壓段吸附曲線和脫附曲線斜率明顯增大，說(shuō)明孔隙類型主要為開(kāi)放型圓筒狀孔隙，含狹窄裂隙孔(圖8)。

3.4 含氣性特征

針對(duì)研究區(qū)4口井79塊不同層位的頁(yè)巖樣品現(xiàn)場(chǎng)解吸數(shù)據(jù)，過(guò)去采用的直線擬合法計(jì)算損失氣，計(jì)算結(jié)果低于實(shí)際數(shù)值。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)解吸數(shù)據(jù)，考慮到頁(yè)巖取心周期長(zhǎng)，氣體損失時(shí)間增加和氣體損失速率的動(dòng)態(tài)變化，本文采用多項(xiàng)式法計(jì)算總含氣量。研究區(qū)山西組總含氣量為0.60～2.49 m3/t，平均1.04 m3/t；太原組總含氣量為0.48～2.46 m3/t，平均含氣量為1.30 m3/t；本溪組總含氣量為0.61～1.74 m3/t，平均1.11 m3/t。研究區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖表現(xiàn)良好的含氣性特征，且太原組優(yōu)于山西組和本溪組(圖9)。

圖8 研究區(qū)頁(yè)巖氮?dú)馕建C脫附特征曲線

圖9 頁(yè)巖含氣量分布直方圖

4 綜合潛力評(píng)價(jià)

不同類型頁(yè)巖氣的基本地質(zhì)條件，如埋深、有效頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度、有機(jī)質(zhì)豐度、物性、孔隙結(jié)構(gòu)、含氣性、壓力系數(shù)等參數(shù)存在明顯差異，尤其在四川盆地海相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)取得重大成功，相應(yīng)綜合潛力評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)也陸續(xù)建立，而海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣盡管表現(xiàn)出良好的勘探前景，但近年來(lái)始終未取得革命性突破，相應(yīng)評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有建立。與四川盆地龍馬溪組海相頁(yè)巖相比，臨興地區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖在有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度、孔隙率、脆性指數(shù)等多項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)都處于劣勢(shì)，這極大地影響了頁(yè)巖氣的勘探潛力。但海陸過(guò)渡相頁(yè)巖同樣有優(yōu)勢(shì)性地質(zhì)特征，Ⅱ2、Ⅲ型干酪根意味著海陸過(guò)渡相頁(yè)巖不需要頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度達(dá)到過(guò)熟就能大量產(chǎn)氣，有效頁(yè)巖厚度大和埋深淺同樣意味著海陸過(guò)渡相頁(yè)巖不僅有較好的儲(chǔ)集性能，也更方便未來(lái)的勘探和開(kāi)發(fā)。

本文依據(jù)鄂爾多斯盆地東緣臨興地區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖基本地質(zhì)特征，參考海相頁(yè)巖評(píng)價(jià)方法和GB/T 31483—2015《頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)方法》，從烴源巖、儲(chǔ)集性和產(chǎn)能3個(gè)方面出發(fā)，選取TOC、有機(jī)質(zhì)成熟度ran、有機(jī)質(zhì)類型、礦物脆性指數(shù)、孔隙率、含氣量和有效頁(yè)巖厚度等多個(gè)參數(shù)[41-45]，初步提出相對(duì)有利區(qū)劃分指標(biāo)，指示研究區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖相對(duì)有利區(qū)分布特征(表2)。臨興地區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖有利區(qū)主要位于研究區(qū)的北部、東部和東北部，其中山西組北部、太原組東北部、本溪組東部和北部是主要的相對(duì)有利區(qū)。整體而言，說(shuō)明研究區(qū)北部片區(qū)頁(yè)巖氣綜合潛力較大，可以作為未來(lái)主要勘探區(qū)域(圖10)。

表2 海陸過(guò)渡相頁(yè)巖評(píng)價(jià)參數(shù)及指標(biāo)

圖10 臨興地區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖相對(duì)有利區(qū)分布

5 結(jié)論

a. 鄂爾多斯盆地東緣臨興地區(qū)山西組、太原組和本溪組以三角洲、潮坪等海陸過(guò)渡相沉積為主，地層穩(wěn)定，發(fā)育頁(yè)巖與砂巖韻律互層，夾薄煤層，頁(yè)巖單層厚度小，但累計(jì)厚度大；有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2、Ⅲ型，頁(yè)巖ran值為0.92%～1.30%，處于成熟熱演階段，具有較強(qiáng)的生氣能力；是頁(yè)巖孔隙類型主要為黏土礦物片間孔、長(zhǎng)石溶蝕孔、礦物邊緣孔和有機(jī)質(zhì)孔，孔徑以微孔和介孔為主，是頁(yè)巖氣主要的儲(chǔ)集場(chǎng)所和運(yùn)移通道；頁(yè)巖礦物以石英和黏土礦物為主，碳酸鹽礦物和長(zhǎng)石次之，山西組的礦物脆性指數(shù)最大，具有良好的可壓裂性。

b. 與四川盆地龍馬溪組海相頁(yè)巖相比，臨興地區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖在有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度、孔隙率、脆性指數(shù)等多項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)都處于劣勢(shì)，但其Ⅱ2、Ⅲ型的有機(jī)質(zhì)類型、有效頁(yè)巖厚度大和埋深淺意味著海陸過(guò)渡相頁(yè)巖同樣具有較好的儲(chǔ)集性能和生烴潛力。

c. 依據(jù)鄂爾多斯盆地東緣臨興地區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖基本地質(zhì)特征，參考南方海相頁(yè)巖評(píng)價(jià)方法和GB/T 31483—2015《頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)方法》，從烴源巖、儲(chǔ)集性和產(chǎn)能3個(gè)方面出發(fā)，選取TOC、有機(jī)質(zhì)成熟度ran、有機(jī)質(zhì)類型、礦物脆性指數(shù)、孔隙率、含氣量和有效頁(yè)巖厚度等多個(gè)參數(shù)，初步嘗試劃分臨興地區(qū)目的層海陸過(guò)渡相頁(yè)巖相對(duì)有利區(qū)分布特征。結(jié)果表明，山西組北部、太原組東北部、本溪組東部和北部是主要有利分布區(qū)。整體而言，研究區(qū)北部片區(qū)頁(yè)巖氣綜合潛力較大，可以作為未來(lái)主要勘探區(qū)域。

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Geological characteristics and reservoir-forming potential of shale gas of transitional facies in Linxing area, eastern margin of Ordos Basin

WU Peng1, CAO Di2,3, ZHU Guanghui1, LIU Xueqing2,3, LI Yong4, LI Yangbing2,3, HU Weiqiang2,3, LIU Zaizhen2,3, KONG Wei2, FEI Jingliang2,3

(1. China United Coalbed Methane Company Limited, Beijing 100011, China; 2. CNOOC Energy Tech-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China; 3. Key Laboratory for Exploration & Development of Unconventional Resources, CNOOC Energy Technology & Services CO., Ltd., Tianjin 300452, China; 4. School of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing 100083, China)

Shale gas of transitional facies is the important replacing area for increase of shale gas reserves and production. On the basis of the experiment and research data of shale of transitional facies of Linxing area in the eastern margin of Ordos Basin, by selecting the strata series of Shanxi Formation, Taiyuan Formation and Benxi Formation as the research object, from the sedimentary environments, shale distribution, organic geochemical characteristics, mineralogy, physical characteristics and gas-bearing characteristics, etc., the geology characteristics of the shale gas transitional facies in the study area were summarized and dissected systematically to analyze its enrichment and reservoir-forming potential. During the Late Carboniferous to the Early Permian, the Ordos Basin was affected by the active tectonic activities in the region, and the water environment changed frequently, resulting in the formation of multiple sedimentary cycles of littoral shallow sea, delta front and littoral shallow lake assemblages, and many sets of organic-rich shales of marine-continental transition facies were deposited. The study area is located in the north-central area of the western Shanxi flexural belt in the eastern part of the Ordos Basin, where the sedimentary environments are stable and organic-rich transitional shale is widely distributed. The rock characteristics of the shale are mainly interbedded gray-light gray fine-grained sandstone and dark mudstone, and the accumulated vertical thickness of the shale is big(60-180 m). The organic matter types of the organic-rich transitional shale in the study area are Ⅱ2-Ⅲ type kerogen, and the total organic matter carbon content is high, with TOC 3.07% which is in the mature gas generation stage. The mineral composition of the shale is mainly quartz and clay, and the content of feldspar and carbonate minerals is low. Macroscopically, the main types of pores are inorganic pores and organic pores, and the fractures are not developed. Microscopically, the pores are controlled by clay minerals, and the pore morphology is mostly open slit micropores and mesopores. The shale of the transitional facies in the study area has the physical characteristics of low porosity and low permeability, but has good gas-bearing characteristics, the average gas content is 1.15 m3/t. The comprehensive analysis of the shales’ characteristics shows that the shale gas in the study area has great potential, providing a theoretical basis for the exploration and development of shale gas in the later stage of the area.

Late Carboniferous-Early Permian; shale gas; transitional facies; Ordos Basin; resource potential

語(yǔ)音講解

TP028.8

A

1001-1986(2021)06-0024-11

2021-05-20；

2021-09-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(42072194)；國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2016ZX05066)

吳鵬，1988年生，男，山東泰安人，博士，高級(jí)工程師，從事非常規(guī)油氣勘探與開(kāi)發(fā)工作. E-mail：wupeng19@cnooc.com.cn

曹地，1993年生，男，河南濮陽(yáng)人，碩士，助理工程師，從事非常規(guī)油氣勘探與開(kāi)發(fā)工作. E-mail：caodi19931116@163.com

吳鵬，曹地，朱光輝，等. 鄂爾多斯盆地東緣臨興地區(qū)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣地質(zhì)特征及成藏潛力[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2021，49(6)：24–34. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.06.003

WU Peng，CAO Di，ZHU Guanghui，et al. Geological characteristics and reservoir-forming potential of shale gas of transitional facies in Linxing area, eastern margin of Ordos Basin[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(6)：24–34. doi: 10.3969/ j.issn.1001-1986.2021.06.003

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