王香增，高勝利，高潮

（陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司）

0 引言

目前全球頁巖氣勘探和開發(fā)多針對海相頁巖層系，國內(nèi)頁巖氣研究主要集中于四川盆地、鄂西地區(qū)及上揚子區(qū)的古生界海相頁巖層系[1-2]。近年來，陸相頁巖氣勘探在鄂爾多斯盆地延長石油探區(qū)實現(xiàn)突破，通過對該區(qū)中生界三疊系延長組陸相頁巖氣進行早期評價及勘探開發(fā)先導(dǎo)試驗，取得一系列地質(zhì)認識[3]，證實鄂爾多斯盆地三疊系延長組陸相頁巖層系具有頁巖氣成藏的地質(zhì)條件和較大的資源潛力，但陸相頁巖氣在構(gòu)造沉積環(huán)境、頁巖氣成因類型、地球化學(xué)特征、頁巖儲集層特征、聚集模式等方面與海相頁巖存在一定差異。因此，本文選取延長石油探區(qū)內(nèi)勘探程度較高的頁巖氣富集區(qū)域作為研究區(qū)，總結(jié)分析陸相頁巖氣地質(zhì)特征。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的甘泉地區(qū)，北至下寺灣鎮(zhèn)，南抵道鎮(zhèn)，東達甘泉，西至橋鎮(zhèn)（見圖1），面積約為2 367.5 km2。研究區(qū)陸相頁巖氣目的層發(fā)育于上三疊統(tǒng)延長組。根據(jù)標志層和沉積旋回，將延長組自上而下劃分為10段（見圖2）。作為該區(qū)主要烴源巖的頁巖層系發(fā)育于長9段和長7段：長9段主要發(fā)育深湖—半深湖相黑色頁巖，局部發(fā)育油頁巖（即李家畔黑頁巖）；長7段中下部發(fā)育黑色頁巖（即張家灘黑頁巖），其在盆地內(nèi)分布穩(wěn)定，形態(tài)為西傾單斜，傾角小于 0.5°，不發(fā)育褶皺和斷層，局部發(fā)育低幅度鼻狀隆起（軸向近東西向），是區(qū)域地層對比的重要標志層（見圖1）。露頭、巖心和鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，長7段及長 9段頁巖中廣泛發(fā)育粉砂質(zhì)夾層和粉砂質(zhì)紋層，與暗色頁巖條帶成交互層狀產(chǎn)出，是孔隙發(fā)育的主要場所，同時增強了頁巖脆性，使頁巖層系具有可壓性，在壓裂中利于形成人工裂縫。

圖1 研究區(qū)長7段頁巖頂面構(gòu)造及頁巖分布圖

2011年4月，LP177井長7段頁巖層段成功壓裂并點火試氣[3]，日產(chǎn)頁巖氣2 350 m3，成為中國第1口陸相頁巖氣出氣井。隨后區(qū)內(nèi)其他頁巖氣井相繼壓裂成功并獲頁巖氣流，其中 YYP1井和 YYP3井在長 7段日產(chǎn)頁巖氣分別超過7 800 m3和16 000 m3，表明陸相盆地中生界頁巖也具有良好的頁巖氣勘探前景。

2 頁巖分布特征

2.1 沉積背景

圖2 研究區(qū)延長組巖性及電性特征

晚三疊世早期（長10—長8段沉積期），鄂爾多斯盆地處于湖盆雛形階段[4]，長9段沉積期研究區(qū)處于半深湖相沉積環(huán)境，長9段干酪根為腐泥型和混合型[5-6]。晚三疊世中期（長7段沉積期），盆地進入內(nèi)陸湖盆時期[4]，接受深湖相、半深湖相沉積，湖盆中心位于定邊—吳起—富縣一帶，期間氣候暖熱濕潤，豐富的植物性營養(yǎng)使湖生生物大量繁殖，半深湖相頁巖發(fā)育，長7段以腐殖-腐泥型有機質(zhì)為主[5]。長 7段頁巖的總有機碳含量在湖盆中心相對較高，湖盆至其周邊區(qū)域總有機碳含量逐漸降低，盆地內(nèi)大部分區(qū)域有機質(zhì)處于成熟階段，Ro值為0.85%～1.20%。

在湖盆的形成階段（長10段—長7段沉積期），湖盆沿北西—南東向展布，湖盆中心位于定邊—吳起—富縣一線，地層砂地比小于 22%。結(jié)合實際鉆井資料，研究區(qū)位于盆地南部湖盆中心附近，區(qū)內(nèi)頁巖厚度由東北向西南方向增加，其總有機碳含量及成熟度也呈增加趨勢，從而影響頁巖氣的生成，因此，在一定程度上延長組沉積期湖盆控制頁巖氣的分布。

2.2 頁巖識別及展布

研究區(qū)長7段、長9段頁巖放射性礦物含量、總有機質(zhì)含量高，在測井曲線上表現(xiàn)為“三高”特征（見圖2），即高聲波時差、高電阻率、高自然伽馬：聲波時差一般為 250～360 μs/m，含氣頁巖段的均值約為300 μs/m；深感應(yīng)電阻率一般都大于 35 ?·m，平均70～80 ?·m；長7段頁巖自然伽馬為90～250 API，平均140 API，長9段頁巖自然伽馬為150～270 API，平均190 API?；趲r心巖性分析，利用自然伽馬、聲波時差和電阻率曲線可以較好地區(qū)分頁巖與砂質(zhì)夾層。依據(jù)巖性劃分結(jié)果對頁巖進行壓裂試氣（見表1），取得了較好成果。LP177井壓裂后初始日產(chǎn)氣量為2 350 m3。

表1 LP177井頁巖段試氣結(jié)果及測井響應(yīng)特征

研究區(qū)長 7段頁巖最大厚度區(qū)呈北西—南東向展布（見圖3），厚度為50～110 m，東北部最薄，一般小于10 m，頁巖分布穩(wěn)定，連續(xù)性較好。長9段頁巖厚度變化較大，最小為6 m，下寺灣東南部最厚，可達29.6 m（見圖4）。相對海相頁巖，高頻湖進湖退的水動力環(huán)境使得陸相頁巖中砂質(zhì)夾層發(fā)育，縱向上分割頁巖，因此頁巖單層厚度及平面展布規(guī)模相對海相頁巖要小。研究區(qū)陸相頁巖在成藏條件、氣藏特征等方面與海相頁巖不同，陸相頁巖發(fā)育及分布特征是造成這種差異的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖3 研究區(qū)長7段頁巖厚度圖

3 頁巖地球化學(xué)特征

3.1 有機質(zhì)豐度

根據(jù)長7段、長9段頁巖115個巖心測試數(shù)據(jù)，長 7段頁巖總有機碳含量為 0.46%～25.46%，主頻2%～4%，92%的樣品總有機碳含量大于2%（見圖5），長9段頁巖的有機碳含量為0.33%～25.90%，73.5%的樣品總有機碳含量大于2%，呈“雙峰”式分布，主頻分別為 1%～4%，5%～8%（見圖 6）。長 7段、長 9段頁巖的氯仿瀝青“A”峰值含量為 0.10%～1.72%，其中77.3%的樣品大于0.50%。頁巖氯仿瀝青“A”族組分中飽和烴含量為59.68%～74.80%，平均64.28%，相對較高；瀝青質(zhì)含量主要為 1.09%～2.92%，平均1.85%，含量較低；芳烴含量較低，平均 12.46%，飽和烴和芳烴含量比值為3.94～7.18，平均5.15；非烴平均含量19.69%（見表2）。

圖4 研究區(qū)長9段頁巖厚度圖

圖5 長7段頁巖TOC分布頻率直方圖

圖6 長9段頁巖TOC分布頻率直方圖

表2 頁巖氯仿瀝青“A”族組成

美國含氣頁巖總有機碳含量為1.5%～25.0%[7-8]，其中 Antrim頁巖總有機碳含量最高，以密歇根盆地Antrim頁巖為例[9]，其上部 Lachine段至 Norwood段總有機碳含量較高，為 0.5%～24.0%，埋藏較深的Paxton段總有機碳含量較低，為0.3%～8.0%。研究區(qū)陸相頁巖總有機碳含量與北美 Barnett、Woodford、Fayetteville頁巖類似[8,10-12]，比 Ohio、Antrim、New Albany頁巖總有機碳含量低，比 Lewis、Haynesville頁巖總有機碳含量高[8,11]，與海相頁巖相比，研究區(qū)陸相頁巖總有機碳含量屬于中等偏高。

統(tǒng)計研究區(qū)頁巖最大甲烷吸附量、總有機碳含量發(fā)現(xiàn)，最大甲烷吸附量（有機質(zhì)抽提前）與總有機碳含量呈現(xiàn)較好的正相關(guān)性（見表3），分析認為，該區(qū)富有機質(zhì)暗色頁巖中大規(guī)模分布吸附態(tài)頁巖氣的可能性較大。

表3 頁巖甲烷最大吸附氣量與有機地球化學(xué)參數(shù)

3.2 干酪根顯微組分

利用全巖有機巖石學(xué)分析方法，采用反射白光與熒光相結(jié)合方式，在偏光顯微鏡和顯微分光光度計上對研究區(qū)長7、長9段35個頁巖樣品進行鏡下顯微組分觀察與特征描述。由圖7可見，長7與長9段頁巖干酪根顯微組分主要為殼質(zhì)組與腐泥組。根據(jù)鏡下顯微組分含量估算，鏡質(zhì)組含量為2%～39%，平均20%，惰質(zhì)組含量為5%～34%，平均15%。長7段頁巖干酪根顯微組分中腐泥組最發(fā)育，鏡質(zhì)組次之，惰質(zhì)組最不發(fā)育。根據(jù)四分法范式圖解[13]，長 7段樣品主要落入Ⅱ1區(qū)域，僅2個樣品為Ⅲ型；長9段樣品同樣主要落入Ⅱ1區(qū)域，3個樣品為Ⅱ2型（見圖 8）；綜合以上研究認為研究區(qū)長7和長9段陸相頁巖干酪根具有混合型的特點，且以Ⅱ1型（偏腐泥型）為主。

圖7 研究區(qū)長7、長9段頁巖干酪根顯微組分三角圖

圖8 研究區(qū)長7、長9段頁巖干酪根元素分析范式圖解

3.3 有機質(zhì)成熟度

對研究區(qū)長7段6個頁巖樣品進行成熟度分析測試，測試工作由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）地球科學(xué)與資源工程實驗室完成，在光學(xué)顯微鏡下分別對鏡質(zhì)體、惰質(zhì)體和瀝青進行反射率測試，使用釔鋁石榴石的反射率作為標定（0.92%），測試過程執(zhí)行澳大利亞AS2856.3 (2000)測試標準[14]。測試結(jié)果（見表4）表明，長7段頁巖Ro值為1.25%～1.33%，處于成熟—高成熟熱演化階段，生氣能力較強；有機質(zhì)熱演化程度主要取決于其埋藏深度，由于缺少長 9段頁巖Ro值實測數(shù)據(jù)，推測長9段頁巖Ro值應(yīng)略高于長7段頁巖的Ro值，達到成熟階段，具有一定的生氣潛力。

表4 長7段頁巖Ro值測試結(jié)果統(tǒng)計表

目前全球頁巖氣源巖的熱演化程度差異較大，從未成熟到成熟甚至過成熟均有發(fā)現(xiàn)[8,11]。New Albany頁巖和 Ohio頁巖的熱成熟度較低，Ro值分別為 0.44%～1.50%和0.4%～1.3%[8,11]；Barnett頁巖氣是源巖在高成熟度（Ro≥1.1%）條件下裂解形成的[15]；Appalachian盆地Marcellus頁巖成熟度較高（Ro值>1.5%）的地區(qū)才有頁巖氣產(chǎn)出[8,16]。研究區(qū)長7、長9段頁巖有機質(zhì)成熟度與國外海相頁巖接近，有機質(zhì)處于熱成熟階段，具有生氣能力。若具備其他有利頁巖氣成藏的條件，鄂爾多斯盆地中生界可以大規(guī)模生成頁巖氣并聚集成藏，研究區(qū)頁巖氣勘探實踐已證實這一點。今后頁巖氣勘探在考慮長 7段沉積期湖盆中心位置的同時應(yīng)重點尋找熱演化程度相對高的地區(qū)。由于鄂爾多斯盆地在中生代晚期存在一期構(gòu)造熱事件[17]，在平面上，湖盆中心位置并不一定和烴源巖熱演化高值區(qū)重疊，所以開展自中生代開始的盆地構(gòu)造熱事件及熱演化程度異常差異性研究對頁巖氣勘探至關(guān)重要。湖盆中心位置區(qū)域內(nèi)的高熱演化程度地區(qū)是頁巖氣勘探的有利地區(qū)。

3.4 頁巖生氣階段與碳同位素組成特征

對研究區(qū)長7段露頭11個頁巖樣品進行熱壓模擬實驗。模擬實驗加熱溫度小于300 ℃（Ro<1.12%）時，模擬熱解產(chǎn)物以頁巖油為主，頁巖油（殘留油）的含量應(yīng)達到最大值，當(dāng)Ro值約為0.83%時，殘留油量達61.8 kg/t，恢復(fù)的總生油量可達154.5 kg/t；這一階段生成的氣態(tài)烴（濕氣）較少，累計產(chǎn)氣率達11.2 m3/t，氣油比較小，為 72.5 m3/t（由于未計算原始樣品已生成的烴類氣體，實際應(yīng)大于該值），頁巖氣含量還可增加。結(jié)合成熟度測定結(jié)果，研究區(qū)生氣階段應(yīng)為成熟—濕氣（原油伴生氣）階段。

分析長7、長9段巖心解吸氣以及長2、長6、長8段原油伴生氣共13個天然氣樣品的碳同位素組成發(fā)現(xiàn)，原油伴生氣和頁巖氣的碳同位素組成基本一致：甲烷碳同位素組成為－50.9‰～?44.3‰，乙烷碳同位素組成為?38.2‰～?31.1‰（見表5），表明其為相同的成因類型，是偏腐泥型有機質(zhì)形成的油型氣的典型特征。在天然氣來源烷烴碳同位素判識圖版中（見圖9），以δ13C2=?29‰作為區(qū)分腐泥型天然氣和腐殖型天然氣成因類型的標準[18]。研究區(qū)天然氣的同位素組成數(shù)據(jù)均位于偏腐泥型生物形成的天然氣區(qū)。

在天然氣成因類型判識圖版[19-20]上，長 7、長 9段頁巖的巖心解吸氣以及長2、長6、長8段原油伴生氣均處于油型氣區(qū)。結(jié)合成熟度分析，可以判定研究區(qū)陸相頁巖氣為以偏腐泥型為主的干酪根在成熟—濕氣（原油伴生氣）階段初次熱裂解形成的油型氣。

表5 研究區(qū)延長組各層位氣體碳同位素組成

圖9 研究區(qū)延長組天然氣成因類型烷烴碳同位素判識圖版

4 儲集層特征

4.1 礦物成分

所分析的23個頁巖樣品的X射線衍射數(shù)據(jù)顯示：①頁巖中碎屑成分主要為石英、長石、云母，少量酸性噴出巖、變質(zhì)巖等巖屑。②脆性礦物含量與海相頁巖存在差異，如石英含量為20%～30%，平均約為26.3%（見圖10），低于北美Barnett頁巖和中國南方古生界較高熱演化階段的海相頁巖（寒武系—志留系頁巖的石英含量為44%～49%）[1,8]；長石含量為10.0%～36.9%，平均為24.2%，比北美地區(qū)頁巖的長石含量（4%～17%）[8,16]要高；③膠結(jié)物主要為黏土礦物、方解石、鐵白云石、黃鐵礦等，除黏土礦物外，其余膠結(jié)物含量極低，其中方解石平均含量為1.31%，鐵白云石平均含量為0.75%，黃鐵礦含量為1.31%；④頁巖中黏土礦物含量較高且變化大，一般為37.4%～72.8%，平均為40.0%，高于北美Barnett頁巖和中國南方古生界較高熱演化階段的海相頁巖（其黏土礦物含量為10%～46%)，主要包括4類黏土礦物，其中伊/蒙混層礦物的相對含量最高（61.0%～94.0%，平均 80.0%），其次為伊利石（2.0%～26.0%，平均9.1%）和綠泥石（4.0%～14.0%，平均9.4%），還有少量高嶺石（平均含量約為 10%）。鏡下觀察可見石英和長石自生加大、長石和方解石溶蝕、絹云母和高嶺石交代等成巖現(xiàn)象。與北美地區(qū)海相頁巖相比，研究區(qū)頁巖石英含量偏低，長石和黏土礦物含量偏高。

圖10 長7、長9段頁巖與國外頁巖礦物含量三角圖

4.2 頁巖物性和微觀孔隙特征

頁巖儲集層有效孔隙度一般小于 10%，滲透率小于 1×10–3μm2，是典型的低孔低滲儲集層。美國主要產(chǎn)氣頁巖儲集層巖心的總孔隙度為 2.0%～14.0%，平均4.22%～6.51%；測井解釋孔隙度為4.0%～12.0%，平均 5.2%，滲透率一般小于 0.1×10–3μm2，平均喉道半徑小于 0.005 mm[21]?

4.2.1 物性

研究區(qū)長7段73個頁巖樣品實驗室?guī)r心物性分析表明，70%樣品的滲透率小于 0.01×10–3μm2，滲透率為（0.01～0.05）×10–3μm2的樣品占總樣品數(shù)的 21%（見圖 11）。滲透率大于 0.05×10–3μm2的樣品占總樣品數(shù)的 9%，平均滲透率為0.163×10–3μm2?？紫抖葹?.5%～4.0%，變化范圍較大（見圖12），平均為1.82%。長 9段 28個頁巖樣品實驗室分析表明，其孔隙度為1.1%～3.4%，滲透率為（0.003 4～0.020 0）× 10–3μm2。據(jù)Curtis統(tǒng)計[8]，美國典型海相產(chǎn)氣頁巖孔隙度最高為14%，阿科馬盆地 Woodford頁巖基質(zhì)總孔隙度為6.51%，有效孔隙度為4.22%，密歇根盆地Antrim頁巖孔隙度為5%～6%，其他盆地普遍高于4%。研究區(qū)長7、長9段頁巖孔隙度較低，最高為4.0%，平均孔隙度為2%，表明該區(qū)陸相頁巖物性較差，游離氣儲集條件相對較差。

4.2.2 孔隙類型

鏡下測量結(jié)果顯示，長7段頁巖孔隙以中孔為主，占總孔隙比例達50%以上，微孔隙較發(fā)育（見圖13）。長9段頁巖樣品同樣具有此特征（見圖14）。鄂爾多斯盆地長7、長9段頁巖平均孔徑主要為6～9 nm，均值為7.2 nm，以中孔為主；Barnett頁巖孔隙直徑均小于10 nm[23]，二者在孔隙結(jié)構(gòu)方面無太大差異。

圖11 研究區(qū)長7段頁巖滲透率分布

圖12 研究區(qū)長7段頁巖孔隙度分布

圖13 長7段頁巖儲集層孔隙結(jié)構(gòu)柱狀圖

圖14 長9段頁巖儲集層孔隙結(jié)構(gòu)柱狀圖

微觀尺度下，研究區(qū)陸相頁巖中發(fā)育的原生粒間孔主要包括黏土礦物粒間孔和碎屑顆粒粒間孔。黏土礦物粒間孔是由黏土礦物所圍成的孔隙空間，在掃描電鏡分辨尺度下可觀察到兩種形態(tài)：一種為等軸型（見圖15a），多為大孔級別，孔隙形態(tài)較圓滑，雜亂分布；另一種為長軸型（見圖15b），孔隙形態(tài)呈“縫”形，沿黏土礦物層理方向定向分布。此外，頁巖中粉砂質(zhì)紋層較為發(fā)育，粉砂質(zhì)紋層中的石英、長石等剛性碎屑顆粒堆積形成的孔隙空間為碎屑顆粒粒間孔，其孔隙形態(tài)呈不規(guī)則多邊形，主要為微米級大孔（見圖15c）。雜基和膠結(jié)物常充填于孔隙，殘余孔隙多由石英、自生黏土礦物等膠結(jié)物的晶間孔（見圖15d）和黏土礦物粒間孔組成（見圖15e）。溶蝕作用形成的次生孔隙在頁巖的砂質(zhì)紋層中十分常見，主要發(fā)育在長石顆粒（見圖15f）以及碎屑顆粒粒間填隙物（包括黏土礦物，見圖15g）中。部分長石顆粒溶蝕作用較強，可形成微米級大型溶蝕孔洞（見圖15h）。另外，長7、長 9段的純頁巖中較少發(fā)育有機孔，這與頁巖熱演化程度有關(guān)。有機孔形成于干酪根生烴過程中，孔徑為1～10 μm，屬大孔級別（見圖15i），孔隙形態(tài)多為圓形，兼有三角形、多邊形及不規(guī)則長條狀，主要分布于干酪根邊緣區(qū)域。

圖15 延長組頁巖孔隙類型

5 頁巖含氣性特征

5.1 總含氣量

為了保證現(xiàn)場解吸實驗的準確性，鉆井取心過程應(yīng)盡可能快。取出巖心后迅速放入密封罐內(nèi)密封，密封罐放置于預(yù)先加熱的水浴箱內(nèi)，模擬儲集層溫度。實驗得到研究區(qū) 6口井不同層位的巖心樣品現(xiàn)場解吸數(shù)據(jù)，分別應(yīng)用直線法和多項式方法回歸（見表6）并進行對比。

應(yīng)用直線法計算的總含氣量為1.91～3.05 m3/t，應(yīng)用多項式法計算的總含氣量為2.04～8.10 m3/t。一般多項式法擬合得到的損失氣量（縱坐標截距的絕對值）大于直線擬合法。LP194井長7段1 527.89 m巖心現(xiàn)場解吸數(shù)據(jù)擬合結(jié)果顯示（見圖16），與直線法擬合相比，多項式法擬合結(jié)果的相關(guān)系數(shù)較高，顯示出較好的擬合程度，且所得損失氣量也較高（多項式擬合得到的值為 6.200 m3/t，而直線擬合得到的值為 1.150 m3/t）。由于鉆井取心時間較長，損失氣體時間增加，造成直線擬合方法得到的體積值低于真實值?；谝陨戏治?，結(jié)合含氣量測井解釋結(jié)果（含氣量為 2.57～6.93 m3/t），認為多項式擬合較準確，基于多項式的計算可較為真實地反映頁巖含氣特征。

表6 兩種擬合方法所得含氣量計算結(jié)果統(tǒng)計

圖16 兩種方法計算的LP194井（1 527.89 m）頁巖損失氣量（t—時間，min；q—解吸氣含量，L）

含氣量受多種地質(zhì)條件影響，不同盆地含氣量差異較大。中國四川盆地川南地區(qū)龍馬溪組和筇竹寺組海相頁巖含氣量為0.8～2.0 m3/t[2]，四川盆地東南緣焦石壩龍馬溪組頁巖含氣量為2.30～2.96 m3/t[24]，本文研究區(qū)應(yīng)用多項式法計算的總含氣量為2.04～8.10 m3/t，相對于海相頁巖，研究區(qū)陸相頁巖含氣量表現(xiàn)出中等偏高的特征。

5.2 吸附氣含量

實際估算頁巖氣藏吸附氣含量時多采用等溫吸附曲線法，該方法采用等溫吸附模擬實驗，建立吸附氣含量與壓力、溫度的關(guān)系模型。頁巖氣吸附與煤吸附氣有相似之處，其吸附模型符合Langmuir等溫吸附規(guī)律。因此可通過分析頁巖的甲烷等溫吸附曲線特征了解其吸附能力。

研究區(qū)頁巖主要埋深為800～1 600 m，平均地?zé)崽荻葹?.3 ℃/100 m，長7、長9段頁巖平均地層溫度近50 ℃。因此本次研究在50 ℃下測試頁巖的甲烷吸附等溫曲線（見圖 17）。當(dāng)壓力小于 8 MPa時，長 7段頁巖甲烷吸附氣量隨壓力增加而顯著增大，當(dāng)頁巖甲烷吸附壓力大于8 MPa時，多數(shù)樣品的甲烷吸附量基本不再增加，最大甲烷吸附氣量為1.17～3.68 m3/t，平均2.46 m3/t。長9段頁巖全巖甲烷吸附量變化范圍相對較?。ㄒ姳?），測試壓力范圍內(nèi)（12.693 MPa）甲烷的最大吸附量為1.58～2.62 m3/t，平均2.04 m3/t。

圖17 長7段頁巖等溫吸附曲線特征

實驗結(jié)果表明長7段頁巖樣品在5 MPa壓力下最大吸附氣量均已達到最低工業(yè)標準1 m3/t，部分樣品甚至超過2 m3/t（見圖17），研究區(qū)長7段地層壓力約為7 MPa，可見在地層條件下頁巖具有很好的吸附能力，若有充足的烴源供給，頁巖吸附氣量完全可以達到工業(yè)開發(fā)要求。

表7 研究區(qū)長7、長9段各相態(tài)頁巖氣含量和資源量

5.3 游離氣含量

游離態(tài)頁巖氣主要儲存于頁巖孔隙與裂隙中，其含量與保存條件密切相關(guān)。Mavor根據(jù)Barnett頁巖氣特征認為，基質(zhì)孔隙中游離態(tài)頁巖氣占天然氣總含量的比例超過50%[25]，而Martini等[9]研究認為Michigan盆地Antrim頁巖以吸附態(tài)頁巖氣為主，游離態(tài)頁巖氣僅占頁巖氣總量的25%～30%。國內(nèi)學(xué)者研究認為氣體在頁巖層中賦存相態(tài)取決于頁巖中含氣量的大小[26-28]。

根據(jù)頁巖地層溫度和壓力，利用PVT方程計算研究區(qū)長 7段頁巖的游離氣含量。標準狀態(tài)下，研究區(qū)長 7段頁巖游離氣含量為 0.35～2.06 m3/t，平均 1.75 m3/t；長9段頁巖游離氣含氣量為0.23～1.85 m3/t，平均 1.59 m3/t（見表 7）。

5.4 溶解氣含量

采用PVT方程估算頁巖溶解氣量，該方法能較好地預(yù)測和反映實際溶解氣油比[29]。天然氣主要溶解于氯仿瀝青“A”的飽和烴和芳香烴中，瀝青和非烴中的溶解氣量很少，因此為了準確計算溶解氣含量，需求取芳香烴和飽和烴的含量。

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，頁巖中總烴的平均含量為78.5%，故總烴占氯仿瀝青“A”的平均含量取78.5%。由于缺少研究區(qū)頁巖含水飽和度實測數(shù)據(jù)，根據(jù)頁巖氣井測井解釋結(jié)論，確定頁巖中平均含水飽和度為8%。最終根據(jù)實測的氯仿瀝青“A”值和采樣深度，并結(jié)合其溫度和壓力，計算頁巖溶解氣量。

利用上述方法計算得到，長 7段頁巖溶解氣含量為0.28～1.07 m3/t，平均0.55 m3/t，長9段頁巖溶解氣含量為0.18～0.66 m3/t，平均0.43 m3/t（見表7）。

6 研究區(qū)陸相頁巖氣資源量

研究區(qū)內(nèi)既有頁巖氣井，也有石油探井，地質(zhì)資料豐富，對陸相頁巖氣地質(zhì)特點認識清楚，含氣量測試數(shù)據(jù)較豐富，因而采用靜態(tài)法中的容積法計算頁巖氣資源量準確度較高。

研究區(qū)內(nèi)頁巖分布比較穩(wěn)定，單層頁巖厚度大于10 m，累計厚度大于40 m，TOC含量大于2.0%，總含氣量大于1 m3/t；有機質(zhì)成熟度大于0.5%；資源量計算中，可確定研究區(qū)頁巖面積2 367.5 km2。分別計算兩套頁巖（長7段和長9段）吸附氣、溶解氣和游離氣的含量。吸附氣量、游離氣量、溶解氣量相加即得整個研究區(qū)的頁巖氣資源量。計算中的各參數(shù)主要為實測值，測井值為輔：長7段頁巖厚度為20.6～65.7 m，長9段頁巖厚度為6.58～29.62 m；各層頁巖密度取該層井點實測值的平均值，長7段頁巖密度為2.53 g/cm3，長9段頁巖密度為2.60 g/cm3（見表7）。估算研究區(qū)長7段頁巖氣總資源量為5 318.27×108m3，長9段頁巖氣總資源量為3 067.29×108m3，本區(qū)頁巖氣總資源量為 8 385.56×108m3。

7 結(jié)論

鄂爾多斯盆地晚三疊世早、中期湖盆發(fā)育，控制頁巖氣源巖和儲集層的形成與分布，目前已勘探并獲得頁巖氣流的井位均分布于湖盆沉積中心附近頁巖沉積較厚的區(qū)域。

研究區(qū)長7、長9段陸相頁巖TOC值較高，生氣母質(zhì)具有混合型的特征，干酪根以Ⅱ1型（偏腐泥型）為主，Ro值為1.25%～1.33%，處于成熟—濕氣（原油伴生氣）階段。頁巖礦物成分以石英、長石和黏土礦物為主。孔隙類型主要是原生粒間孔和次生溶蝕孔，多為納米級中孔，平均孔徑為7.2 nm，表現(xiàn)為低孔特低滲—致密的物性特征。

研究區(qū)陸相頁巖氣為偏腐泥型生物初次熱裂解形成的油型氣，賦存形式多樣，吸附態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)并存。采用容積法估算研究區(qū)延長組頁巖氣總資源量為8 385.56×108m3，表明該區(qū)陸相頁巖氣資源潛力較大，具有良好的勘探開發(fā)前景。

致謝：感謝中國科學(xué)院戴金星院士、羅曉容研究員及中國石油勘探開發(fā)研究院董大忠、王大銳教授等專家對本文提出的寶貴修改意見。

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