邵瑞琦,張瑞堯

（西北大學地質學系/大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安710069）

鄂爾多斯盆地是我國最主要的產(chǎn)油氣盆地，盆地中已經(jīng)探明了幾套可靠的泥頁巖地層，主要有奧陶系平?jīng)鼋M海相泥頁巖，石炭—二疊系本溪組、太原組和山西組海陸過渡相泥頁巖以及上三疊系延長組湖相泥頁巖[1]。因此，隨著頁巖氣勘探開發(fā)技術的不斷進步，這幾套頁巖將會成為我國北方頁巖氣產(chǎn)氣主力區(qū)。本文對這幾套頁巖進行地質對比，對其發(fā)育層位的地質條件、巖石學特征、有機地球化學特征等多方面來進行差異對比分析，以建立一套適用于鄂爾多斯盆地頁巖氣勘探開發(fā)的評價標準，為以后鄂爾多斯盆地的頁巖氣開發(fā)打好基礎并提供一些相應的借鑒。

1 頁巖氣形成的區(qū)域地質條件

鄂爾多斯盆地內部穩(wěn)定。盆地自中晚古代至新生代以來一共經(jīng)歷了5個演化階段[2-7]，形成現(xiàn)如今的盆地構造(圖1)。中奧陶世鄂爾多斯盆在加里東運動的影響下開始抬升，其西南緣為臺地、斜坡和深海。盆地西緣被賀蘭海槽所淹沒，平?jīng)鼋M繼續(xù)在其上沉積。下平?jīng)鼋M時期，海平面總體繼續(xù)下降，形成穩(wěn)定分布的筆石頁巖層。晚古生代，包括鄂爾多斯在內的整個華北陸塊發(fā)生了巨大的變化，沉積環(huán)境逐漸從海相沉積過渡為陸盆相沉積。該段時期類，盆地主要以海相沉積以及海陸過渡相沉積。盆地演化至中生代三疊系時期，強烈的構造活動使得湖盆急劇擴張，整個盆地處于湖相沉積環(huán)境，為后期沉積發(fā)育優(yōu)質的烴源巖提供了良好的基礎。到三疊紀后期，盆地的構造演化逐漸趨于穩(wěn)定，沉積了含煤泥頁巖。從古生代至中生代盆地中逐漸沉積了一系列的泥頁巖。

2 頁巖氣發(fā)育層位

平?jīng)鼋M地層主要發(fā)育在鄂爾多斯盆地西部邊緣地帶，發(fā)育有一套灰黑色筆石頁巖，是該組中最好的一套烴源巖。平?jīng)鼋M泥頁巖平均厚度在80～100m，最厚者可達350m。晚古生代海陸過渡相頁巖主要發(fā)育在本溪組、山西組、太原組。本溪組頁巖分布面積較大，厚度最厚可達40m。山西組時期，盆地沉積環(huán)境進入海陸交互相，盆地內部發(fā)育三角洲沉積體系，因此山西組的泥頁巖主要以深色為主，有機質含量較高，沉積厚度普遍在50m以上，有效有機質厚度平均在24m。海西運動使盆地內出現(xiàn)了多次海進與海退,因此太原組時盆地內沉積了一套以深灰色泥巖為主的海陸過渡相的地層，巖層厚度展布穩(wěn)定，平均厚度在87.3m。鄂爾多斯盆地進入延長組長7階段時，盆地大面積發(fā)育湖盆，沉積了中生界最主要的一套頁巖，該套頁巖在盆地中發(fā)育范圍非常廣泛。長7頁巖以黑色泥頁巖為主。泥頁巖單層連續(xù)厚度可達13m，最大厚度超過100m，頁巖富含有機質，含氣烴源巖主要發(fā)育在長7底部，從湖盆邊緣至中心厚度變化范圍介于5～60m。盆地內主要頁巖氣聚集區(qū)如圖1所示。

3 儲層巖石組分分析

泥頁巖儲集層中不同的礦物組控制著儲層的裂隙以及孔滲情況的發(fā)育。脆性礦物含量越高，越有益于產(chǎn)生天然或誘導裂縫，減小地層壓力，有利于吸附在頁巖中的天然氣解吸、滲流以及成藏開采。粘土礦物對油氣的吸附作用使機質更富集。在頁巖氣生成過程中吸附有機質，有機質生氣過程中起催化作用，粘土礦物中的伊利石和蒙脫石可以促進干酪根的裂解。粘土礦物在頁巖氣賦存與運聚過程中也起著重要的作用，頁巖氣的主要的賦存方式之一就是粘土礦物的吸附方式。此外，粘土礦物也是頁巖氣運聚的良好載體。但是后期的次生粘土礦物會充填到裂縫之中，尤其是碳酸巖膠結物對裂隙的填充,使得開采難度加大[3]。

本溪組、山西組以及太原組發(fā)育海陸交互相泥頁巖。其中本溪組泥頁巖脆性礦物含量低而粘土礦物含量高，長石及石英總的平均含量約14.2%，粘土礦物平均含量為69.4%，其中以伊利石（占26.6%）和高嶺石（占48%）為主（圖2）。伊利石和高嶺石中的裂隙可以增大泥頁巖的儲集空間。碳酸鹽及其它礦物平均含量16.4%。依據(jù)對礦物巖石學特性的研究，粘土礦物對烴類物質的吸附能力依次為蒙皂石→伊利石→綠泥石→高嶺石[8]。本溪組泥頁巖吸附能力較強，可以聚集有效的頁巖氣藏。但脆性礦物含量較低，不利于后期開發(fā)過程中對儲層的改造。山西組和太原組的礦物組成中石英含量較高，粘土礦物含量也較高。

圖2 本溪組泥頁巖粘土礦物測試數(shù)據(jù)

其中太原組石英含量在46.51%～54.04%。粘土礦物含量為20.9%～65.2%。石英、方解石等脆性礦物含量很高，有很好的儲層后期改造和開發(fā)潛力（圖3）。山西組同樣發(fā)育的是一套海陸過渡相的頁巖，一般都是脆性礦物與粘土礦物的含量都較為豐富（圖3）。延長組脆性礦物總量平均為44.96%，石英平均含量平均在23%，粘土礦物含量較高，平均在45%（圖3）。長7野外露頭所采樣品中脆性礦物含量較高，而粘土礦物含量偏低。

4 有機質類型與成熟度

圖3 山西組、太原組、延長組長7泥頁巖巖石礦物基本組分三角圖

古生界沉積環(huán)境為海陸過渡相,有機質類型以腐泥型、腐殖型均有分布。上古生界沉積的泥頁巖與煤層、致密砂巖層互層發(fā)育，有利于成氣，上古生界有機質中主要以含腐殖質為主，RO值為0.43%～2.10%。平均大于0.70%，處于低成熟—成熟階段。本溪組中腐泥組為主,其次主要含鏡質組,惰質組和殼質組含量較低。而盆地中山西組和太原組暗紅色泥頁巖中有機質類型主要以鏡質組為主，體積分數(shù)在70%以上，其次為腐泥組。同樣惰質組和殼質組含量較低。總體都為腐殖型干酪根特點，也即以Ⅲ型干酪根為主。盆地靠近東南面泥頁巖Ro值大于2.0%，源巖演化已達過成熟階段（圖4、圖5）。有機質類型不論是Ⅰ、Ⅱ型還是Ⅲ型干酪根，只要達到高的熱演化程度，都可以產(chǎn)生天然氣[9]。

中生界延長組屬于湖相沉積，頁巖鏡質組反射率RO在1.25%～1.33%之間，生烴成熟度介于成熟—高成熟演化階段，生氣潛力較高。有機質類型干酪根顯微組分中腐泥組含量最高，其次以鏡質組為主，惰質組和殼質組含量很低。其干酪根類型主要以Ⅰ1—Ⅱ2為主。

5 結論

（1）古生界各個時期的單套泥頁巖在盆地中的分布范圍小，厚度變化范圍較大，中生界泥頁巖在盆地中較為穩(wěn)定的分布，長7段暗色頁巖單層厚度大，發(fā)育連續(xù)穩(wěn)定。上古生界海陸過渡相頁巖在盆地中分布面積廣泛，主要發(fā)育深灰色與黑色泥頁巖，延展穩(wěn)定，單層厚度不大，連續(xù)，厚度較大，平均厚度在80m。

（2）古生界沉積地層沉積環(huán)境從海相逐漸轉變?yōu)楹ｊ戇^渡相，本溪組時期由于盆地剛進入海陸過渡相時期，石英、長石等脆性礦物含量豐富，但比粘土礦物含量低。其余地層脆性礦物含量均在45%～55%左右，而粘土礦物的含量低與脆性礦物，平均含量在40%～45%。因此古生界泥頁巖對烴類的吸附能力較好，地層的后期改造能力相比中生界要差。而中生界陸相長7泥頁巖中脆性礦物含量同樣也很豐富，而粘土礦物的含量高于古生界地層，平均含量為45%。其吸附能力較強，可以形成儲量豐富的頁巖氣藏。

圖5 研究區(qū)泥頁巖干酪根顯微組成三角圖

（3）上古生界泥頁巖有機質類型主要是Ⅲ型干酪根，Ro介于0.43%～2.10%，平均值大于0.7%。古生界的泥頁巖具有較高的生烴潛力，理論上可以形成相當規(guī)模頁巖氣藏，開發(fā)潛力大。中生界長7有機質干酪根主要類型為Ⅰ1—Ⅱ2型，成熟度介于成熟—高成熟階段。鏡質組反射率Ro在1.25%～1.33之間，有機碳含量普遍高，具有形成頁巖氣藏的條件。