摘要：鄂爾多斯盆地富縣區(qū)塊靠近盆地中心，發(fā)育大套黑色頁巖，是頁巖氣成藏的有利區(qū)，分析其成藏條件對(duì)于明確該區(qū)頁巖氣下一步勘探方向具有重要意義。為此，根據(jù)頁巖氣成藏類型及成藏要素，對(duì)該區(qū)頁巖分布、頁巖埋藏深度、有機(jī)質(zhì)豐度及類型、有機(jī)質(zhì)熱演化程度、孔隙度和滲透率、微裂縫、等溫吸附特征與含氣性等成藏條件進(jìn)行了分析。結(jié)論認(rèn)為：該區(qū)中生界延長組“張家灘頁巖”具備頁巖氣富集成藏的條件;頁巖厚度、有機(jī)碳含量、干酪根類型、成熟度、埋深和裂縫發(fā)育程度是該區(qū)頁巖氣勘探選區(qū)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)。結(jié)合勘探過程中鉆井氣測異常的分布情況，指出該區(qū)塊西南部和中部為下一步應(yīng)關(guān)注的2個(gè)有利勘探目標(biāo)。

　　關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地;富縣區(qū)塊;頁巖氣;成藏條件;勘探方向;有機(jī)質(zhì)含量;等溫吸附特征;氣測異常

　　鄂爾多斯盆地富有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育，在上三疊統(tǒng)延長組長9、長7、長6+5、長4+3等層均有發(fā)育。該套泥頁巖屬陸相盆地中三角洲及湖岸沼澤相、淺湖、半深湖相產(chǎn)物[1]。已有的研究成果表明，延長組富有機(jī)質(zhì)泥巖厚度大，在盆地中南部地區(qū)分布穩(wěn)定[1]，是頁巖氣成藏有利區(qū)域。

　　富縣區(qū)塊位于延長組富有機(jī)質(zhì)泥巖分布區(qū)的南部，構(gòu)造上屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡南部，面積約3834km2，是中國石化華北分公司鄂爾多斯南部勘探區(qū)塊之一。筆者根據(jù)富縣地區(qū)的地質(zhì)、鉆井巖心分析、測井、錄井等資料開展區(qū)內(nèi)頁巖氣成藏地質(zhì)條件研究，提出勘探方向。這不僅對(duì)該區(qū)今后的頁巖氣勘探開發(fā)具有指導(dǎo)作用，也為將來全盆中生界、甚至上古生界的頁巖氣成藏評(píng)價(jià)具有借鑒作用。

　　1 頁巖氣藏類型及成藏要素

　　頁巖氣藏的形成是天然氣在烴源巖中大規(guī)模滯留的結(jié)果，按天然氣成因可分為生物成因和熱成因兩種主要類型，以及兩種類型的混合成因型[2]。頁巖氣藏是“自生自儲(chǔ)”式氣藏[3～5]，運(yùn)移距離極短，其現(xiàn)今保存狀態(tài)基本上可以反映烴類運(yùn)移的狀況，即天然氣主要以游離相、吸附相和溶解相存在。在生物化學(xué)生氣階段，天然氣首先吸附在有機(jī)質(zhì)和巖石顆粒表面，飽和后則富余的天然氣以游離相或溶解相進(jìn)行運(yùn)移;當(dāng)達(dá)到熱裂解生氣階段，由于壓力升高，若頁巖內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，則天然氣以游離相為主向其中運(yùn)移聚集，受周圍致密頁巖烴源巖層遮擋、圈閉，易形成工業(yè)性頁巖氣藏。

　　要形成頁巖氣藏，烴源巖總有機(jī)碳含量必須大，有機(jī)質(zhì)成熟度要適中，有效烴源巖厚度足夠大且分布廣。總有機(jī)碳含量與產(chǎn)氣率密切相關(guān)，實(shí)踐表明其值大于2%才有工業(yè)價(jià)值。如美國主要的產(chǎn)生物氣頁巖TOC平均為6%，產(chǎn)熱成因氣頁巖TOC平均為3%[6～7]。在熱成因頁巖氣藏中，含氣量會(huì)隨有機(jī)質(zhì)成熟度的逐漸增大而增加;但當(dāng)有機(jī)質(zhì)進(jìn)入過成熟期，生氣量會(huì)明顯減少，如美國Fort Worth盆地Barnett頁巖氣藏，其Ro為1.1%～3%的范圍是熱成因氣藏的有利分布區(qū)。

　　2 富縣區(qū)塊頁巖氣成藏條件及勘探方向

　　2.1 成藏條件

　　2.1.1 頁巖分布

　　在陸相盆地中，湖沼相和i角洲相沉積產(chǎn)物一般是頁巖氣成藏的最好條件，其通常位于或接近于甕地的沉降-沉積中心處，導(dǎo)致頁巖氣的分布有利區(qū)主要集中于盆地中心處。鄂爾多斯盆地頁巖氣的有利發(fā)育區(qū)位于鄂爾多斯盆地中南部地區(qū)：定邊-華池-富縣的“L”形區(qū)域是最有利發(fā)育區(qū)，該區(qū)發(fā)育大套黑色頁巖，分布面積廣、沉積厚度大，埋藏深度適中，有機(jī)質(zhì)含量高、成熟度適中、斷裂構(gòu)造不發(fā)育，富縣探區(qū)靠近盆地中心方向，頁巖氣資源豐富。

　　富縣區(qū)塊上三疊統(tǒng)延長組7段為半深湖 深湖相沉積體系，厚度一般在100m左右，最小約為70m，最厚超過130m?？v向上長7段油層組為厚層灰黑色-深灰色泥巖、碳質(zhì)泥巖、油頁巖等夾灰綠色中-薄層狀粉細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，特別是厚層狀的灰黑色、深灰色泥巖和油頁巖連續(xù)性較好，全區(qū)可以對(duì)比;電性呈塊狀高伽馬、高時(shí)差、高電阻等異常。

　　該區(qū)長7段并非全部為泥質(zhì)巖，其中粉-細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等常占多數(shù)，具多個(gè)小型泥-砂反旋回序列，真正的頁巖厚度為10～50m，東北薄，西南厚，發(fā)育在長7段底部，俗稱“張家灘頁巖”。長7段頁巖頂面構(gòu)造平緩，呈東高西低單斜構(gòu)造，無大型斷層裂縫，有利于頁巖氣成藏(圖1)。長8段為湖泊、三角洲沉積體系，頁巖只在工區(qū)內(nèi)西南部發(fā)育，油頁巖厚度可超過20m。

　　2.1.2 頁巖埋藏深度

　　長7頁巖頂面埋深，總體上東南部淺，西北部深;東部埋深一般為650～800 rn，西部埋深一般為780～1200m(圖2)，埋藏深度合適。上覆地層巖性以厚層泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，封閉條件好。

　　2.1.3 有機(jī)質(zhì)豐度及類型

　　有機(jī)質(zhì)含量是影響頁巖氣富集的一個(gè)根本性因素，不僅決定著頁巖的生氣量，也直接影響頁巖的含氣量。因?yàn)轫搸r中有機(jī)質(zhì)含量對(duì)氣體具有重要的吸附作用，大量的氣體就是以吸附形式存在于干酪根表面。因此，高的TOC就意味著高的生氣量和吸附量。美國5大頁巖具有豐富的有機(jī)質(zhì)含量，其TOC大多介于1.5%～20%，通常認(rèn)為總有機(jī)碳含量超過0.5%的頁巖是有潛力的烴源巖[2]。蔣裕強(qiáng)等則提出TOC至少應(yīng)為2%[8]。據(jù)該區(qū)鉆井巖心的有機(jī)地化項(xiàng)目分析，長7段頁巖有機(jī)碳含量一般為2.54%～6.16%，平均值為3.74%(17塊樣品);由有機(jī)質(zhì)干酪根類型分析、生油巖熱解分析等資料(表1、2)可以看出：長7段頁巖有機(jī)質(zhì)類型多為腐泥型、混合型。

　　2.1.4 有機(jī)質(zhì)熱演化程度

　　根據(jù)美國和加拿大的勘探開發(fā)結(jié)果，形成頁巖氣的頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度(Ro)值為0.4%～3.0%。如Barnett頁巖的成熟度就屬于中等-較高范圍，Ro為1.0%～2.1%[9]。區(qū)域上對(duì)延長組有機(jī)質(zhì)熱演化的研究表明，早白堊世中期進(jìn)入成熟門限，早白堊世末期進(jìn)入大量生烴門限，古近紀(jì)進(jìn)入高成熟期。富縣地區(qū)曾經(jīng)是埋深最大的生油中心，Ro值大于1%，有機(jī)質(zhì)成熟度較高。該區(qū)中富2、中富30、葫43井主要生油巖長7段鏡質(zhì)體反射率分別為1.13%、1.06%、1.10%;總體上西部頁巖有機(jī)質(zhì)演化程度高于東部(圖3)。

　　2.1.5 孔隙度和滲透率

　　頁巖是由大量的黏土礦物、有機(jī)質(zhì)及細(xì)粒碎屑組成的易碎裂的沉積巖。據(jù)美國含氣頁巖統(tǒng)計(jì)，頁巖巖心孔隙度小于6.5%，平均為5.2%;滲透率一般為0.001～2mD，平均為0.0409mD[10]，由此可知其自身的有效基質(zhì)孔隙度和滲透率都很低。富縣區(qū)塊油頁巖的孔隙分析報(bào)告顯示，孔隙度高的大于2%，滲透率高的大于0.5mD(不含裂縫樣品)，具備含氣頁巖有效孔滲條件。

　　2.1.6 微裂縫

　　頁巖氣藏投入開發(fā)后，初期產(chǎn)量來自頁巖的裂縫和基質(zhì)孔隙，因此天然裂縫的發(fā)育既可作為儲(chǔ)集空間，同時(shí)也是很好的滲流通道。巖石中的礦物成分是控制裂縫發(fā)育程度的主要因素，美國頁巖氣主產(chǎn)盆地頁巖Si02含量一般超過30%。硅質(zhì)含量越高，頁巖脆性越大，越有利于形成裂縫。富縣區(qū)塊頁巖中石英含量一般為18%～70%，平均為43%。區(qū)內(nèi)頁巖中微裂縫發(fā)育，鉆井氣測異?；钴S，中富18、中陜32井等鉆井都有很好的頁巖氣顯示。

　　2.1.7 等溫吸附特征與含氣性分析

　　氣體在頁巖儲(chǔ)層中主要以兩種主要的方式儲(chǔ)集：在天然裂縫及有效的大孔隙中以游離狀態(tài)存在;在有機(jī)質(zhì)或礦物固體顆粒表面以吸附狀態(tài)存在。頁巖吸附能力的大小通常與頁巖的許多特征有關(guān)，如總有機(jī)碳含量、干酪根成熟度、儲(chǔ)層溫度、壓力、頁巖原始含水量和天然氣組分等。

　　為了解該區(qū)頁巖的吸附能力，在鉆井巖心中采集4個(gè)樣品進(jìn)行等溫吸附試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：試驗(yàn)溫度為35℃(大約相當(dāng)于1000m埋深的地溫)，采用純甲烷在平衡濕度條件進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果為：蘭氏體積為0.98～3.96cm3/g，平均為1.75cm3/g;蘭氏壓力為5.19～19.23MPa，平均為11.89MPa(圖4)。此結(jié)果說明該區(qū)頁巖具有一定的天然氣吸附能力，但能力大小有差別，其影響因素尚待進(jìn)一步探索。

　　頁巖含氣量是指每噸巖石中所含天然氣折算到標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下(1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，25℃)的天然氣總量。頁巖中的天然氣賦存相態(tài)具有多樣性變化特點(diǎn)，主體上包括了游離態(tài)(大量存在于頁巖孔隙和裂縫中)、吸附態(tài)(大量存在于黏土礦物顆粒、有機(jī)質(zhì)顆粒、干酪根顆粒及孔隙表面上)及溶解態(tài)(少量存在于干酪根、瀝青質(zhì)、殘留水以及液態(tài)原油中)，包含了天然氣存在的幾乎所有可能相態(tài)。其中，吸附相態(tài)存在的天然氣可占天然氣賦存總量的20%(Barnett Shale)～85%(Lewis Shale)[6]。目前該區(qū)還沒有通過鉆井取心進(jìn)行頁巖含氣量測試的資料，因此尚無法確切知道該區(qū)頁巖含氣量數(shù)據(jù)。但是，可以通過頁巖的等溫吸附特征和頁巖賦存的地質(zhì)條件對(duì)頁巖含氣量進(jìn)行估算。

　　該區(qū)頁巖埋深一般為1000m左右，按靜水壓力計(jì)算，地層壓力為10MPa，投影到圖4的頁巖等溫吸附曲線上，其吸附氣量為0.34～1.35m3/t，平均為0.75m3/t。若吸附相態(tài)存在的天然氣能夠占到天然氣賦存總量的50%，則頁巖的含氣量可達(dá)1.5m3/t。頁巖氣資源強(qiáng)度可達(dá)1.08×108m3/km2(頁巖平均厚度為30m)。因此，該區(qū)頁巖具有良好天然氣資源基礎(chǔ)。

　　2.1.8 探井氣測異常顯示

　　對(duì)富縣區(qū)塊探井的氣測資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，由于氣測全烴受鉆井液密度、黏度、鉆時(shí)等因素的影響較大，在系統(tǒng)分析氣測值與泥漿密度、黏度、鉆時(shí)關(guān)系后認(rèn)為：在同等條件下，泥漿密度越小，氣測值越大;泥漿黏度越小，氣測值越大;鉆時(shí)越小，氣測值越大。

　　綜合考慮上述影響因素，繪制的長7段頁巖氣測全烴異常高值區(qū)圖顯示(圖5)東部、中部、西部均有氣測異常分布區(qū)：東部為中富54井區(qū)和牛東4井區(qū);中部為中富18井區(qū);西部為中陜32井區(qū)，中富54、中富18、中陜32井長7段頁巖隨鉆全烴值高達(dá)70%。

　　實(shí)際錄井資料表明，在長7段泥巖段氣測異?；钴S，在氣測全烴異常高值分布區(qū)，泥巖厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、勘探潛力較好。

　　2.2 頁巖氣勘探方向

　　頁巖氣藏是“白生自儲(chǔ)”型氣藏[5～6，10～11]，成藏要求頁巖厚度足夠大且分布廣、適當(dāng)?shù)穆裆?、總有機(jī)碳含量必須大、有機(jī)質(zhì)成熟度要適中、較好的儲(chǔ)集孔滲條件、微裂縫發(fā)育[2，5～6，9]。

　　根據(jù)富縣地區(qū)長7段泥巖地質(zhì)特征，綜合分析后認(rèn)為，該區(qū)具有良好的頁巖氣成藏地質(zhì)條件，主要泥巖發(fā)育層段具有泥巖厚度大、分布穩(wěn)定、有機(jī)碳含量、成熟度和埋深適中的特征。參考國外頁巖氣評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)[2，5～6]，根據(jù)富縣地區(qū)已有的資料，分析后認(rèn)為該區(qū)應(yīng)

　　關(guān)注的頁巖氣勘探方向如下：

　　2.2.1 區(qū)塊西南部中富25-中富28井區(qū)

　　該區(qū)長7段頁巖厚度最為發(fā)育，厚度可達(dá)50m;埋藏深度為800～1200m，有機(jī)碳含量高，Ro>1.1%。區(qū)內(nèi)大部分鉆井均有較好的氣測異常顯示。因此，該井區(qū)是頁巖氣勘探的最有利方向。

　　2.2.2 區(qū)塊中部中富19一一中富29井井區(qū)

　　該區(qū)長7段頁巖厚度也較發(fā)育，最大厚度可超過30m;埋藏深度為1000m左右，有機(jī)碳含量高，Ro值介于1.0%～1.1%。區(qū)塊北部部分井均有較高的氣測異常，因此，該井區(qū)也是探索頁巖氣藏的有利方向之一。

　　3 結(jié)論

　　鄂爾多斯盆地南部上三疊統(tǒng)延長組是中國陸相頁巖發(fā)育地區(qū)之一，富縣區(qū)塊整個(gè)靠近鄂爾多斯盆地中心區(qū)，全區(qū)發(fā)育大套黑色頁巖。通過研究后認(rèn)為，該區(qū)具有頁巖氣的成藏地質(zhì)條件：頁巖分布面積廣，厚度大，埋藏深度適中，有機(jī)質(zhì)含量高，成熟度適中，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。實(shí)際鉆井資料表明，該區(qū)大部分完鉆井在泥頁巖發(fā)育的長7段，氣測顯示高異常。綜合分析認(rèn)為該區(qū)具有較好的頁巖氣勘探潛力，目前的勘探有利地區(qū)為：區(qū)塊西南部中富25 中富28井區(qū)、中部中富19-中富29井井區(qū)。

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　　(本文作者：周文1，2 蘇瑗2 王付斌3 陳小梅3 周小勇3 “油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué);2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院;3.中國石化華北分公司勘探開發(fā)研究院)