劉水根，謝國(guó)梁，楊金華

(江西省煤田地質(zhì)局，江西 鷹潭 335000)

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贛西北九瑞區(qū)塊王音鋪組頁(yè)巖氣成藏條件

劉水根，謝國(guó)梁，楊金華

(江西省煤田地質(zhì)局，江西 鷹潭 335000)

根據(jù)贛西北九瑞區(qū)塊下寒武統(tǒng)王音鋪組黑色頁(yè)巖實(shí)測(cè)剖面、地表樣品的測(cè)試等資料，對(duì)研究區(qū)下寒武統(tǒng)王音鋪組頁(yè)巖的分布與沉積特征、地球化學(xué)特征、儲(chǔ)層特征和頁(yè)巖氣保存條件等進(jìn)行分析。結(jié)果表明：贛西北九瑞區(qū)塊下寒武統(tǒng)頁(yè)巖分布較廣泛，沉積厚度較大，可達(dá)50～150 m，主要為深水陸棚相沉積；頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC含量高達(dá)2.0%以上，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為I型，成熟度高，達(dá)到過(guò)高成熟度階段；頁(yè)巖中脆性礦物含量高，以石英為主，黏土礦物含量中等，主要為伊利石。等溫吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)試頁(yè)巖的吸附氣含量平均為3.21 m3/t。采用信息疊合法，初選瑞昌—九江一帶為該區(qū)頁(yè)巖氣有利勘探區(qū)，采用體積法計(jì)算該區(qū)頁(yè)巖氣總資源量為0.93×1012～1.85×1012m3，顯示出研究區(qū)具有很好的頁(yè)巖氣資源潛力。

贛西北九瑞區(qū)塊；下寒武統(tǒng)；王音鋪組；頁(yè)巖氣；成藏條件；有利勘探區(qū)

0 引 言

頁(yè)巖氣是一種非常規(guī)天然氣藏，具有典型的自生自?xún)?chǔ)、原地成藏等特點(diǎn)[1]。全球頁(yè)巖氣資源量估計(jì)超過(guò)1 000×1012m3，其中中國(guó)頁(yè)巖氣資源量約為134×1012m3(不含青藏區(qū))，主要分布于上揚(yáng)子及滇黔桂區(qū)、華北及東北區(qū)、中下?lián)P子及東南區(qū)等區(qū)域[2]，頁(yè)巖氣勘探潛力巨大。江西省頁(yè)巖氣資源豐富，主要分布于贛東北、贛西北及萍樂(lè)坳陷地區(qū)[3-4]。贛西北九瑞區(qū)塊位于下?lián)P子地塊，其中下寒武統(tǒng)王音鋪組黑色頁(yè)巖廣泛分布，有機(jī)碳含量較高，具備較好的頁(yè)巖氣生烴物質(zhì)基礎(chǔ)[5]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

贛西北九瑞區(qū)塊位于江西省西北部，現(xiàn)今大地構(gòu)造位置位于下?lián)P子陸塊的九江坳陷與九嶺隆起的交接帶，主要由四堡褶皺基底、加里東—印支褶皺蓋層和燕山—喜馬拉雅大陸邊緣斷陷盆地沉積等3個(gè)構(gòu)造層組成[6]。出露的地層有新元古代雙橋山群、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、古近系和第四系等。此次研究的目的層為下寒武統(tǒng)地層王音鋪組，巖性以黑色薄層狀頁(yè)巖、黑色中薄層狀含炭頁(yè)巖為主，地層風(fēng)化嚴(yán)重，多呈灰白色或紫色。

2 頁(yè)巖分布及沉積特征

2.1 頁(yè)巖分布

剖面實(shí)測(cè)及露頭觀測(cè)表明，王音鋪組頁(yè)巖在研究區(qū)分布廣泛，沉積厚度較大，可達(dá)50～150 m，在新合鎮(zhèn)—車(chē)橋鎮(zhèn)一線附近厚度(150 m以上)最大，是沉積厚度高值條帶，向區(qū)塊南東和北西方向呈逐漸降低趨勢(shì)(圖1)。由圖1可以看出，研究區(qū)中部區(qū)域沉降速度及堆積速度較快，更利于富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的形成。

2.2 沉積特征

綜合王音鋪組頁(yè)巖巖性特征和微量元素地球化學(xué)特征，認(rèn)為王音鋪組沉積時(shí)期，水體較深，水動(dòng)力條件較弱，水體還原性較強(qiáng)，有利于有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的富集和保存。

3 地球化學(xué)特征

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

目前主要采用殘余總有機(jī)碳含量來(lái)表征頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度[7]。根據(jù)北美頁(yè)巖氣勘探經(jīng)驗(yàn)，具有較大勘探潛力泥頁(yè)巖的TOC應(yīng)該大于2.0%。贛西北九瑞區(qū)塊樣品的TCO測(cè)試結(jié)果表明，下寒武統(tǒng)王音鋪組泥頁(yè)巖TOC為2.0%～4.0%，其中橫港地區(qū)TOC在4.0%以上，以橫港地區(qū)為高值中心，TOC向區(qū)塊邊緣呈逐漸減低趨勢(shì)(圖1)。

圖1 贛西北九瑞區(qū)塊頁(yè)巖厚度、TOC及Ro等值線

3.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

黝黑的皮膚、瘦高的身材這是王寶生給記者的第一印象，他從事的工作就是在中軍帳瞭望臺(tái)進(jìn)行瞭望及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情并上報(bào)，他在這座兩層的水泥“堡壘”里一待就是十年?！拔颐刻斓墓ぷ骶褪遣t望，環(huán)繞整個(gè)中軍帳瞭望臺(tái)的防火線進(jìn)行巡查，在這能瞭望到1.3萬(wàn)畝的林地，站的高看的遠(yuǎn)，哪里有火苗拿望遠(yuǎn)鏡一看就能確定位置。”王寶生說(shuō)。

有機(jī)質(zhì)類(lèi)型決定著泥頁(yè)巖的生氣能力和含氣量[8]。王音鋪組頁(yè)巖的干酪根鏡檢結(jié)果表明，7塊樣品的鏡檢類(lèi)型指數(shù)為88～98，平均值為96，屬于I型干酪根。

進(jìn)一步對(duì)王音鋪組泥頁(yè)巖樣品進(jìn)行全巖顯微組分測(cè)定，表明王音鋪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖性主要為硅質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖，鏡下觀察黏土礦物和硅質(zhì)均勻混合，以藻屑體和微粒體居多，呈零星分布，見(jiàn)少量黃鐵礦。有機(jī)顯微組分以腐泥組為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.20%～96.50%，平均為81.34%，次生組分次之，包括固體瀝青、滲出瀝青體及微粒體等，質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為18.66%，幾乎不見(jiàn)殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組。

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是決定頁(yè)巖生烴能力的重要指標(biāo)[8]。通常用鏡質(zhì)組反射率來(lái)表征干酪根熱成熟度。贛西北九瑞區(qū)塊下寒武統(tǒng)王音鋪組頁(yè)巖的Ro為2.0%～4.0%(圖1)，普遍處于過(guò)高成熟度階段。研究證實(shí)，高—過(guò)高成熟度泥頁(yè)巖同樣具有頁(yè)巖產(chǎn)氣潛力[9]。

4 礦物儲(chǔ)層特征

4.1 礦物組分特征

泥頁(yè)巖中礦物組分特征是決定泥頁(yè)巖儲(chǔ)層發(fā)育的重要影響因素。研究區(qū)5塊頁(yè)巖樣品的X衍射分析表明(表1)，贛西北九瑞區(qū)塊泥頁(yè)巖硅質(zhì)含量較高，脆性大。王音鋪組頁(yè)巖礦物巖石組成主要為石英、長(zhǎng)石和黏土礦物。其中石英含量為62.61%～97.17%，長(zhǎng)石含量為0.00～17.10%；黏土礦物含量為8.63%～31.26%，其中伊利石相對(duì)含量最高，達(dá)75.0%～100.0%，其次為高嶺石，含量為0.0～25.0%，還有少量的伊蒙混層(2.63%)和綠泥石(4.0%)。北美產(chǎn)氣量最高的Barnett頁(yè)巖黏土礦物含量約為27.0%，石英含量為40.0%～60.0%。與北美Barnett頁(yè)巖相比，贛西北九瑞區(qū)塊王音鋪組頁(yè)巖具有黏土礦物含量中等、石英含量較高的特點(diǎn)，頁(yè)巖的礦物組成較為相似。相對(duì)較高的黏土礦物含量，可形成較多微孔隙，對(duì)頁(yè)巖孔隙度貢獻(xiàn)較大，而較高的石英含量，利于后期頁(yè)巖的人工壓裂，有利于頁(yè)巖氣的解吸和滲流。

表1 王音鋪組泥頁(yè)巖樣品礦物含量

4.2 儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間及吸附含氣性

圖2 王音鋪組頁(yè)巖孔裂隙特征的掃描電鏡分析圖像

這些微孔隙主要為納米級(jí)—微米級(jí)孔隙，孔徑多小于10.0 μm，以0.1～2.0 μm孔隙為主，部分小于0.1 μm，微裂縫一般為幾微米至數(shù)十微米，寬1.0～3.0 μm(圖2e)，可作為頁(yè)巖中游離氣的滲流空間和運(yùn)移通道，同時(shí)也利于吸附態(tài)氣體的解吸。

贛西北九瑞區(qū)塊王音鋪組為低孔、低滲儲(chǔ)層。頁(yè)巖樣品的物性表明，王音鋪組頁(yè)巖孔隙度為2.60%～9.50%，平均為6.34%，高于北美Barnett頁(yè)巖的孔隙度(平均為4.00%)；頁(yè)巖樣品的滲透率為0.003 1×10-3～0.020 9×10-3μm2，大于北美Barnett頁(yè)巖的滲透率(平均為0.001 0×10-3μm2)。可見(jiàn)，贛西北九瑞區(qū)塊王音鋪組頁(yè)巖具有好的儲(chǔ)層物性條件。

頁(yè)巖的含氣量是決定頁(yè)巖是否值得開(kāi)采的重要參數(shù)。研究區(qū)5塊王音鋪組頁(yè)巖等溫吸附測(cè)試結(jié)果顯示，王音鋪組頁(yè)巖的吸附氣含量為0.69～8.19 m3/t，平均為3.21 m3/t，朗格繆爾壓力為1.77～1.97 MPa，平均為1.87 MPa。從吸附氣量來(lái)看，遠(yuǎn)大于北美商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣下限(總含氣量1.0 m3/t)，具備商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值。

4.3 頁(yè)巖氣保存條件

頁(yè)巖氣具有自生自?xún)?chǔ)的特征，相對(duì)常規(guī)油氣而言，對(duì)保存條件的要求有所降低。研究表明，中國(guó)南方的海相頁(yè)巖與北美相比最大不同之處在于頁(yè)巖的成熟度普遍偏高，且經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，而構(gòu)造因素引起保存條件的差異是南方海相頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

贛西北九瑞區(qū)塊在地質(zhì)歷史時(shí)期，主要經(jīng)歷了加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)等3次較大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其中印支運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)對(duì)該區(qū)的影響較大，產(chǎn)生了較多褶皺和斷裂帶，對(duì)頁(yè)巖氣的保存具有一定的破壞作用。但由于頁(yè)巖氣賦存狀態(tài)的特殊性(吸附氣含量可占到總含氣量的40%～60%)，加之研究區(qū)經(jīng)歷了多次地殼的沉降和抬升，導(dǎo)致王音鋪組頁(yè)巖的溫度和壓力相應(yīng)降低，在頁(yè)巖內(nèi)發(fā)生了游離氣向吸附氣轉(zhuǎn)化的過(guò)程，使得吸附氣含量相對(duì)增多[5]，對(duì)吸附態(tài)頁(yè)巖氣的保存至關(guān)重要。

5 有利區(qū)及頁(yè)巖氣資源量預(yù)測(cè)

以地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，采用信息疊合法，利用地層厚度、埋深、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)成熟度以及斷裂發(fā)育程度等指標(biāo)，初選出瑞昌—九江縣一線為贛西北九瑞區(qū)塊的頁(yè)巖氣有利發(fā)育區(qū)(圖1)。瑞昌—九江有利區(qū)位于贛西北九瑞區(qū)塊中東部，面積為902.8 km2，有機(jī)碳含量高，TOC普遍處于2.0%～4.0%之間，Ro值中等，為2.0%～4.0%，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度為100～150 m，埋深為1 050～4 050 m，相對(duì)遠(yuǎn)離斷裂發(fā)育區(qū)域。

利用體積法對(duì)該有利區(qū)進(jìn)行資源量評(píng)價(jià)。體積法的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)是頁(yè)巖氣的蘊(yùn)藏方式，不依賴(lài)于氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，是勘探開(kāi)發(fā)前期和初期資源量及儲(chǔ)量評(píng)估的常用方法。頁(yè)巖氣含氣量主要包括吸附氣和游離氣，因此，頁(yè)巖氣總資源量為吸附氣總量和游離氣總量之和。即：

Q總=Q吸+Q游

(1)

Q總=0.01Ahρq

(2)

q=qa+qf

(3)

式中：Q總、Q吸、Q游分別為頁(yè)巖氣總資源儲(chǔ)量、吸附氣總量和游離氣總量，108m3；A為面積，km2；h為有效厚度，m；ρ為頁(yè)巖密度，t/m3；q為總含氣量，m3/t；qa為吸附氣含量，m3/t；qf為游離氣含量，m3/t。

由地質(zhì)資料可知，贛西北九瑞區(qū)塊王音鋪組頁(yè)巖分布廣泛，黑色頁(yè)巖厚度平均為112 m，密度為2.28 t/m3，吸附氣含量為3.21 m3/t，以吸附氣含量占總含氣量40%～60%，計(jì)算出總含氣量為4.012 5～8.025 0 m3/t，由式(2) 進(jìn)一步計(jì)算出瑞昌—九江有利區(qū)的頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量為0.93×1012～1.85×1012m3，顯示出較好的資源潛力。

6 結(jié) 論

(1) 贛西北九瑞區(qū)塊下寒武統(tǒng)王音鋪組頁(yè)巖分布較為廣泛，黑色頁(yè)巖厚度為50～150 m，主要為淺海陸棚沉積環(huán)境，有利于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的富集和保存；研究區(qū)王音鋪組頁(yè)巖有機(jī)碳含量高，多數(shù)為2.0%～4.0%，熱演化程度高，普遍達(dá)到過(guò)高成熟度階段。干酪根鏡檢結(jié)果顯示王音鋪組頁(yè)巖干酪根類(lèi)型為Ⅰ型。

(2) 研究區(qū)王音鋪組頁(yè)巖脆性高，以石英、長(zhǎng)石等脆性礦物為主，其中石英含量為62.61%～97.17%，平均為77.78%，長(zhǎng)石含量為0.00～17.10%，平均為5.55%，表明具有好的壓裂潛力。黏土礦物含量中等，含量為8.63%～31.26%，平均為15.22%，主要為伊利石，其次為高嶺石，以及少量的伊蒙混層和綠泥石，不見(jiàn)蒙脫石。

(3) 在系統(tǒng)研究贛西北九瑞區(qū)塊下寒武統(tǒng)王音鋪組頁(yè)巖的分布及沉積特征、地球化學(xué)特征、儲(chǔ)層特征和頁(yè)巖氣保存條件等基礎(chǔ)上，認(rèn)為研究區(qū)王音鋪組頁(yè)巖氣的成藏條件較好，采用信息疊合法，初選出研究區(qū)瑞昌—九江一線為頁(yè)巖氣的有利勘探區(qū)，并利用體積法計(jì)算該有利區(qū)的頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量為0.93×1012～1.85×1012m3，顯示出較好的頁(yè)巖氣資源前景。

[1] 鄒才能，等.中國(guó)頁(yè)巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2010，37(6)：641-653.

[2] 張大偉，李玉喜，張金川，等.全國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力調(diào)查評(píng)價(jià)[M].北京：地質(zhì)出版社，2012：1-20.

[3] 謝國(guó)梁，劉水根，沈玉林，等.贛東北荷塘組頁(yè)巖氣成藏條件及有利區(qū)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，44(4)：738-747.

[4] 杜藝，桑樹(shù)勛，王冉，等.贛東北地區(qū)荷塘組頁(yè)巖氣藏特征研究[J].特種油氣藏，2014，21(1)：77-80.

[5] 祁星，易錫華，王斌東，等.江西省瑞昌—德安下寒武統(tǒng)王音鋪組頁(yè)巖氣勘探前景[J].能源研究與管理，2014，31(4)：55-58：76.

[6] 江西省地質(zhì)礦產(chǎn)局.江西區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1984：687-688.

[7] 周卓明，沈忠民，張璽，等.松遼盆地梨樹(shù)斷陷蘇家屯次洼頁(yè)巖氣成藏條件分析[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2013，35(3)：263-268.

[8] 仰云峰，饒丹，付小東，等.柴達(dá)木盆地北緣石炭系克魯克組頁(yè)巖氣形成條件分析[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2014，36(6)：692-697.

[9] 程鵬，肖賢明.很高成熟度富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的含氣性問(wèn)題[J].煤炭學(xué)報(bào)，2013，38(5)： 737-741.

編輯 林樹(shù)龍

20150307；改回日期：20150613

江西省重大科技專(zhuān)項(xiàng)“頁(yè)巖氣賦存機(jī)理和富集規(guī)律及可采性研究”(20124ABE02103)和“江西省頁(yè)巖氣資源綜合評(píng)價(jià)”(20124ABE02108)

劉水根(1957-)，男，高級(jí)工程師，1981年畢業(yè)于江西省煤炭工業(yè)學(xué)校煤田地質(zhì)勘探專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事煤與油氣地質(zhì)勘查工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.003

TE122.1

A

1006-6535(2015)04-0008-04