柴達(dá)木盆地北緣侏羅系陸相頁巖氣研究現(xiàn)狀

◇長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 雷 壘

在我國(guó)現(xiàn)代能源體系調(diào)整中，柴北緣侏羅系陸相頁巖氣逐步成為我國(guó)頁巖氣研究的熱點(diǎn)，在此背景下，本文對(duì)柴北緣侏羅系陸相頁巖氣的成藏機(jī)理進(jìn)行總結(jié)，確定柴北緣下侏羅統(tǒng)累計(jì)厚度在20～1200m，埋深在3000～16000m，TOC在0.5%～4.5%之間，Ro在0.19%～6.5%之間，中侏羅統(tǒng)累計(jì)厚度在50-350m之間，埋深在200～10000m之間，TOC在0.05%～5.5%之間，Ro在0.5%～1.6%之間，有機(jī)質(zhì)類型皆以Ⅲ型為主，脆性指數(shù)均值在29.6%～74.4%之間。

1 前言

隨著我國(guó)國(guó)民生活質(zhì)量地提升，黨和國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與治理工作地不斷重視，國(guó)務(wù)院于2014年11月提出以“以氣代煤”為核心的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020）》，將天然氣置于我國(guó)“安全-清潔-高效-可持續(xù)”的現(xiàn)代能源體系調(diào)整中首要的位置[1]。但隨之而來的是我國(guó)常規(guī)天然氣開發(fā)壓力陡升，增不足耗，導(dǎo)致我國(guó)天然氣對(duì)外依存度逐年增長(zhǎng)。為緩解我國(guó)常規(guī)天然氣資源的開發(fā)壓力，以及在美國(guó)頁巖氣革命地影響下，頁巖氣作為一種以吸附或游離為主要存在狀態(tài)“原地”賦存于暗色或高碳泥頁巖中的非常規(guī)天然氣[2]，被我國(guó)逐步重視起來。其中，陸相頁巖氣以0.50～7.92萬億方的技術(shù)可采資源量在海相頁巖氣之后逐步進(jìn)入我國(guó)學(xué)者們的研究視野，而柴達(dá)木盆地北緣侏羅系發(fā)育的巨厚陸相泥頁巖逐漸成為研究熱點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，本文總結(jié)柴北緣侏羅系陸相頁巖氣的研究成果，以期為后續(xù)勘探開發(fā)提供助力。

2 柴北緣侏羅系陸相頁巖氣研究現(xiàn)狀

自1954年起，在我國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)部相關(guān)部門組織下，柴達(dá)木盆地啟動(dòng)以小比例尺為主的地質(zhì)調(diào)查，先后累計(jì)共發(fā)現(xiàn)25個(gè)常規(guī)油氣田。以2010年為界，1954～1966年開展地面調(diào)查與淺井鉆探，1967～1993年勘探重點(diǎn)向柴西轉(zhuǎn)移，柴北緣區(qū)域勘探進(jìn)度緩慢，1994年在吐哈盆地侏羅系油氣突破的帶動(dòng)下，以煤成烴理論為依據(jù)，柴北緣油氣勘探工作正式起步，“九五”、“十五”、“十一五”期間，青海油田聯(lián)合相關(guān)部門與高校學(xué)者不斷深入柴北緣油氣的勘探研究工作，對(duì)其資源潛力有了深一步了解[3]；2010年之后圍繞柴北緣侏羅系陸相頁巖氣的研究工作開始展開：2013年，由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心領(lǐng)導(dǎo)施工的CY-1井在魚卡凹陷石門溝組泥頁巖中鉆遇頁巖氣并成功壓裂，“十三五”期間，西安市地質(zhì)調(diào)查中心開始總結(jié)柴北緣侏羅系中侏羅統(tǒng)陸相頁巖氣的賦存方式與富集規(guī)律。目前，柴北緣侏羅系陸相頁巖氣在沉積特征、地質(zhì)條件特征、儲(chǔ)層特征等方面已經(jīng)有了較為深入地研究，這是多年來我國(guó)學(xué)者不斷深入探索與總結(jié)的成果。

3 柴北緣侏羅系陸相頁巖氣成藏機(jī)理

柴北緣侏羅系陸相頁巖氣的成藏條件包括厚度埋深、有機(jī)質(zhì)特征等成藏特征，礦物組成等儲(chǔ)層特征，其中泥頁巖的厚度埋深用以評(píng)價(jià)陸相頁巖氣的成藏規(guī)模，有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度、有機(jī)質(zhì)類型等有機(jī)質(zhì)特征用以評(píng)價(jià)陸相頁巖氣的生氣潛力，礦物組成用以評(píng)價(jià)陸相頁巖氣藏后期壓裂開發(fā)的效果。

3.1 厚度埋深

柴北緣下侏羅統(tǒng)陸相富有機(jī)質(zhì)泥頁巖分布較廣，分布面積可達(dá)2.10×104k m2，累計(jì)厚度在20～1200m不等[3]，厚值區(qū)主要集中在在冷湖-一里坪-南八仙一帶，整體累計(jì)厚度超過了800m，邊緣區(qū)與大煤溝地區(qū)、大頭羊地區(qū)屬于厚度中值區(qū)，累計(jì)厚度在50～200m之間，剩余全吉山西部地區(qū)、錫鐵山北部地區(qū)、埃南地區(qū)屬于厚度低值區(qū)，厚度范圍在20～50m。

中侏羅統(tǒng)陸相富有機(jī)質(zhì)泥頁巖分布面積與下侏羅統(tǒng)相近，約為2.05×104k m2，橫向連續(xù)性相對(duì)較好，但累計(jì)厚度相對(duì)下降較多，分布在50～350m之間[3]。高值區(qū)較為分散，在德令哈凹陷北部與南部地區(qū)存在兩個(gè)厚度高值區(qū)，平均累計(jì)厚度達(dá)到了300m，且分布范圍相對(duì)較大。

柴北緣下侏羅統(tǒng)泥頁巖埋藏深度呈現(xiàn)為北部山前構(gòu)造帶略淺于南部，東北-西南走向從冷湖-南八仙一帶，至鄂梁博-一里坪一帶，到紅三旱-東丘陵一帶先變深后變淺，最淺處在3000m左右，最深處可達(dá)16000m以下；中侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖埋深相對(duì)變淺，在200～10000m之間，在山前帶從北至南，從賽南地區(qū)，至綠草山-大煤溝一帶，到德令哈坳陷一帶，埋深從最深先變淺，后波動(dòng)劇烈，規(guī)律性不顯。

3.2 有機(jī)質(zhì)特征

有機(jī)質(zhì)特征包括有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟等三方面。

對(duì)于有機(jī)質(zhì)豐度，以總有機(jī)碳含量（TOC）為參數(shù)，下侏羅統(tǒng)TOC整體分布在0.5%～4.5%之間[3-4]，在冷湖-鄂梁博-一里坪一帶與大煤溝-全吉山以北一帶有機(jī)質(zhì)豐度最高，分別存在4個(gè)與1個(gè)高值區(qū)，前者高值區(qū)較為集中，后者則距其他高值區(qū)較遠(yuǎn)，TOC均在3.0%～4.5%之間，屬于優(yōu)質(zhì)TOC儲(chǔ)層；中侏羅統(tǒng)TOC較下侏羅統(tǒng)整體略有升高，分布在0.05%～5.5%之間，但受富碳的煤層發(fā)育不均影響，分布范圍略有分散，在綠梁山南北緣的魚卡、大煤溝地區(qū)，與埃姆妮克山東南緣地區(qū)共包含3個(gè)高值區(qū)，在魚卡地區(qū)TOC最高，最高可達(dá)5.5%。

對(duì)于有機(jī)質(zhì)類型，以干酪根元素組成參數(shù)（H/C，O/C）與巖石熱解參數(shù)（S1+S2）為劃分依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)見表1，I-III型干酪根，有機(jī)質(zhì)來源從以藻類為主變?yōu)橐愿叩戎参餅橹鳎鸁N類型從以生油為主變?yōu)橐陨鷼鉃橹?。調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，下侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖中除鄂梁博、冷湖西部、西大灘部分地區(qū)為Ⅱ2型外，其余地區(qū)幾乎均為Ⅲ型干酪根，中侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖除魚卡部分地區(qū)為Ⅱ1- Ⅱ2型外，其余地區(qū)幾乎均為Ⅲ型干酪根，表明柴達(dá)木盆地北緣中下侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖以生氣為主，生油為輔，有利于陸相頁巖氣成藏。

表1 有機(jī)質(zhì)類型劃分標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于有機(jī)質(zhì)成熟度，以鏡質(zhì)組反射率（Ro）為參數(shù)，將Ro值0.5%以下劃分為未成熟階段，0.5%～1.3%劃分為成熟階段，1.3%～2.0%劃分為高成熟階段，高于2.0%劃分為過成熟階段。下侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖在0.19%～6.5%，除冷湖地區(qū)波動(dòng)較大，從未成熟-成熟-高成熟等各階段均有包含，馬海-南八仙一帶受古隆起的原因處于未成熟階段，大煤溝地區(qū)處于成熟-高成熟階段，其他冷湖以西所有地區(qū)均處于高成熟-過成熟階段；中侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖成熟度較下侏羅統(tǒng)整體有所降低，大部分地區(qū)Ro值處于0.5%～1.6%之間[4]，即成熟-高成熟階段，僅大煤溝地區(qū)大頭羊剖面與德令哈凹陷南北緣分別存在1個(gè)與2個(gè)高值區(qū)，Ro值均值分別為2.18%、2.09%，處于過成熟階段。

3.3 礦物組成特征

通過西安地調(diào)中心的測(cè)試結(jié)果，得到柴北緣侏羅系發(fā)育的6套陸相泥頁巖礦物組分含量特征[4]，分析發(fā)現(xiàn)，各層段礦物組分中皆以粘土礦物為主，在9.6%～67.1%之間，整體自下而上逐漸增大再減小，石英含量在各陸相泥頁巖段中的含量?jī)H次于粘土礦物，在4.3%～64.9%之間，有自下而上整體逐漸減小再增大的趨勢(shì)，其余礦物則以白云石與菱鐵礦相對(duì)含量較高，白云石含量在柴北緣下侏羅統(tǒng)小煤溝組底部泥頁巖段至中侏羅統(tǒng)石門溝組底部泥頁巖段中不斷增加，最高達(dá)到了21.2%，菱鐵礦含量則是受到早侏羅世小煤溝組中段沉積時(shí)期與中侏羅世石門溝組沉積時(shí)期局部-大范圍湖侵作用的影響，在下侏羅統(tǒng)小煤溝組中部與中侏羅統(tǒng)石門溝組中發(fā)育的三段泥頁巖中顯著增加。根據(jù)儲(chǔ)層脆性典型計(jì)算公式：BRIT=(V硅質(zhì)礦物+V 長(zhǎng)石+V碳酸鹽礦物) /V全部礦物×100%，得出柴北緣中下侏羅統(tǒng)脆性指數(shù)均值在29.6%-74.4%之間，根據(jù)國(guó)內(nèi)典型頁巖氣開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，均滿足大于25%脆性指數(shù)的壓裂要求。

4 結(jié)論

通過對(duì)前人研究成果歸納，確定中、下侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖累計(jì)厚度在20～1200m之間，埋藏深度在200～16000m之間；有機(jī)質(zhì)豐度在0.05%～5.5%之間，有機(jī)質(zhì)類型主要在Ⅱ2-Ⅲ型，有機(jī)質(zhì)成熟度分布在0.19%～6.5%，脆性指數(shù)在29.6%～74.4%之間。