康永尚 饒 權(quán) 趙 群 王紅巖

1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院 2.油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3.中國石油勘探開發(fā)研究院

0 引言

借鑒北美頁巖氣勘探開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我國在不同地區(qū)開展了大量頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)及開發(fā)試驗(yàn)工作，在四川盆地實(shí)現(xiàn)了海相頁巖氣工業(yè)化開采，在陸相頁巖氣勘探開發(fā)中也取得了一定的突破[1-2]。例如，鄂爾多斯盆地第一口頁巖氣井——LP177井上三疊統(tǒng)延長組7段頁巖氣于2011年點(diǎn)火成功，初始測(cè)試日產(chǎn)氣量為2 350 m3[3]；渤海灣盆地歧口凹陷XG57井古近系始新統(tǒng)沙河街組三段頁巖氣測(cè)試獲日產(chǎn)氣量13.7×104m3的工業(yè)氣流[4]。我國沉積盆地廣泛發(fā)育陸相富有機(jī)質(zhì)頁巖，陸相頁巖氣可采資源量占我國頁巖氣總資源量超過30%[5]，勘探開發(fā)實(shí)踐已證實(shí)我國陸相頁巖氣具有可觀的資源遠(yuǎn)景。

阜新盆地是我國東北地區(qū)典型的陸相斷陷盆地。早在20世紀(jì)90年代，東梁構(gòu)造帶所鉆探井FC2井、FQ1井和L4井均在下白堊統(tǒng)沙海組中獲得油氣顯示[6]，但近年來該區(qū)油氣勘探研究相對(duì)滯后。為此，筆者在系統(tǒng)總結(jié)了鄂爾多斯盆地、四川盆地、渤海灣盆地等典型陸相頁巖地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，根據(jù)阜新盆地沙海組頁巖氣評(píng)價(jià)的需要，開展了巖石總有機(jī)碳含量（TOC）、巖石比表面和孔徑分布以及全巖X射線衍射分析，對(duì)沙海組頁巖地質(zhì)特征進(jìn)行了深入分析，并與典型海/陸相頁巖地質(zhì)特征進(jìn)行對(duì)比研究，評(píng)價(jià)沙海組頁巖氣儲(chǔ)層與資源潛力，以期為阜新盆地頁巖氣勘探開發(fā)提供參考。

1 陸相盆地頁巖地質(zhì)特征

中國陸相富有機(jī)質(zhì)頁巖多分布于中、新生代盆地，主要由黏土礦物和粉砂級(jí)陸源碎屑組成，如鄂爾多斯盆地三疊系、四川盆地侏羅系、渤海灣盆地古近系和松遼盆地白堊系等[7]。陸相頁巖只要具備一定的資源潛力和良好的開發(fā)條件，也能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化開采。

鄂爾多斯盆地是我國第二大沉積盆地，其延長組廣泛發(fā)育半深湖—深湖泥頁巖，在盆地內(nèi)穩(wěn)定分布，是頁巖氣勘探開發(fā)的重要層系[8]。延長組頁巖厚度介于50～120 m；TOC變化范圍大，介于1.95%～16.13%，平均值為6.46%，其中長7段頁巖TOC最高；礦物成分以石英和黏土礦物為主，石英含量平均值為33.15%，最高值為44.07%，黏土礦物含量平均值為34.08%，長石含量平均值為9.57%，可見黃鐵礦，碳酸鹽礦物含量相對(duì)較少[5,9]。有機(jī)質(zhì)類型多樣，有機(jī)質(zhì)顯微組分主要為腐泥組和鏡質(zhì)組，干酪根類型以混合型為主[10]。延長組頁巖鏡質(zhì)體反射率（Ro）多超過1.0%，平均值為1.3%[11]，處于熱成熟階段，能夠大量生氣，有利于頁巖氣藏的形成。

渤海灣盆地沙河街組發(fā)育湖相頁巖，以鈣質(zhì)頁巖、黑色頁巖為主，賦存于沙河街組一段、三段、四段[12]。前人[4,13]對(duì)濟(jì)陽凹陷和黃驊凹陷沙河街組的研究表明，沙河街組頁巖厚度介于40～200 m，鈣質(zhì)紋層、泥質(zhì)紋層及有機(jī)質(zhì)紋層發(fā)育，其中沙三段分布范圍廣，厚度最大；沙河街組有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC主要介于0.5%～10.0%，有機(jī)質(zhì)類型為腐泥型—偏腐泥混合型；石英含量平均值為25%，碳酸鹽含量相對(duì)較高，平均值為30%，最高值為45%，與海相頁巖及鄂爾多斯盆地陸相頁巖存在明顯不同；縱向上，相比沙一、沙二段，沙三段Ro最高，多超過0.9%，屬于成熟烴源巖，頁巖處于生氣階段。

四川盆地下侏羅統(tǒng)自流井組沉積環(huán)境以濱淺湖—半深湖為主，發(fā)育一套湖相泥巖與介殼灰?guī)r互層沉積，頁巖氣主要賦存于自流井組大安寨段、東岳廟段及珍珠沖段。大安寨段沉積時(shí)期為最大水進(jìn)期，水體較深，黑色頁巖發(fā)育，厚度介于30～50 m，半深湖—深湖區(qū)頁巖TOC最大，一般大于2%，濱湖—淺湖相對(duì)較??；大安寨段TOC最高接近3%，局部地區(qū)不到1%；干酪根類型為混合型—腐殖型，以混合型為主，混合型多分布于盆地中心較深水區(qū)，腐殖型多見于盆地邊緣較淺水區(qū)；Ro介于1.05%～1.82%，處于生氣窗內(nèi)，具有良好的生氣潛力[14]。涪陵地區(qū)XL101井自流井組礦物成分以石英和黏土礦物為主，石英含量介于22.0%～29.5%，黏土礦物含量介于51.2%～62.3%，其中大安寨段泥頁巖中由于夾有薄層碳酸鹽巖而使整體脆性增加，有利于后期壓裂改造[15]。

與海相頁巖相比，陸相頁巖一般形成于深湖—半深湖相帶，形成時(shí)代晚，TOC差異大，有機(jī)質(zhì)類型多樣，Ro較低，石英含量相對(duì)較低，黏土礦物及碳酸鹽礦物含量相對(duì)較高，僅總脆性礦物（石英＋長石＋碳酸鹽）含量與海相頁巖相當(dāng)。

2 阜新盆地沙海組頁巖氣儲(chǔ)層特征及可壓裂性

研究的樣品采自阜新盆地生產(chǎn)試驗(yàn)井FY-1井及參數(shù)井DY-1沙海組（其中FY-1井樣品2個(gè)、DY-1井樣品20個(gè)），對(duì)樣品進(jìn)行了全巖礦物X射線衍射、巖石比表面和孔徑分布及巖石總有機(jī)碳含量分析。全巖礦物X射線衍射分析采用RINT-TTR3型X射線衍射儀，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《SY/T 5163—2010 沉積巖中黏土礦物和常見非黏土礦物X射線衍射分析方法》，檢測(cè)樣品22個(gè)，實(shí)驗(yàn)溫度為24 ℃，濕度為35%。巖石總有機(jī)碳含量采用Leco碳硫測(cè)定儀，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《GB/T 19145—2003 沉積巖中總有機(jī)碳的測(cè)定》，檢測(cè)樣品19個(gè)，實(shí)驗(yàn)條件為1 000 ℃，恒溫時(shí)間為2 h，載氣為氧氣（99.99%）。巖石比表面和孔徑分布采用Micromeritics ASAP 2420比表面測(cè)定儀，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《SY/T 6154—1995 巖石比表面和孔徑分布測(cè)定靜態(tài)氮吸附容量法》，檢測(cè)樣品27個(gè)，實(shí)驗(yàn)溫度為120℃，抽真空3 h，真空度為1.0×10-3Pa。

2.1 沙海組頁巖儲(chǔ)層特征

2.1.1 巖石礦物學(xué)特征

巖樣X射線衍射結(jié)果表明，阜新盆地沙海組泥頁巖礦物成分主要包括黏土礦物、石英、長石、碳酸鹽礦物、黃鐵礦等，在垂向上分布較為穩(wěn)定（圖1）。黏土礦物含量介于16.7%～48.6%，平均值為35.6%；以伊蒙混層為主（平均值為62.9%），含伊利石和綠泥石，蒙皂石和高嶺石少見。石英含量介于12.9%～34.9%，平均值為22.7%。長石含量介于12.2%～31.6%，平均值為17.8%，其中鉀長石含量介于0～5.50%，平均值為2.7%，斜長石含量介于9.7%～31.6%，平均值為15.2%。碳酸鹽礦物含量介于9.8%～37.3%，平均值為22.1%，其中方解石含量介于0～19.8%，平均值為6.5%，白云石含量介于6.5%～35.6%，平均值為15.6%。黃鐵礦含量較少，介于0～4.5%，平均值為1.8%（圖2）。

圖1 阜新盆地沙海組頁巖礦物垂向分布圖

圖2 阜新盆地沙海組頁巖礦物組分圖

圖3 沙海組頁巖孔隙直徑與BET比表面積、BJH總孔體積關(guān)系圖

2.1.2 儲(chǔ)層物性與儲(chǔ)集空間特征

頁巖氣屬于自生自儲(chǔ)式天然氣藏，儲(chǔ)層物性與儲(chǔ)集空間直接決定了頁巖的儲(chǔ)氣能力，影響頁巖氣賦存形式及含氣量大小。據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)，大孔隙的孔隙直徑大于50 nm，介孔隙的孔隙直徑介于2～50 nm，微孔隙的孔隙直徑小于2 nm[16]。巖石比表面和孔徑分布實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，沙海組頁巖BET比表面積介于4.46～27.27 m2/g，平均值為13.51 m2/g；BJH總孔體積介于0.02～0.05 mL/g，平均值為0.03 mL/g，孔隙直徑介于7.93～19.54 nm，平均值為12.20 nm，孔隙大小以介孔為主。沙海組頁巖孔隙直徑與BET比表面積、BJH總孔體積均表現(xiàn)出較好的負(fù)相關(guān)性，說明頁巖內(nèi)部直徑小的微納米孔對(duì)頁巖BET比表面積及BJH總孔體積貢獻(xiàn)較大（圖3）。對(duì)比典型陸相頁巖儲(chǔ)層孔滲特征發(fā)現(xiàn)[4,17-18]，陸相頁巖孔隙度變化范圍大，均值一般不超過10%，滲透率極低，且頁巖孔隙度與滲透率表現(xiàn)出一定正相關(guān)性（圖4，該圖延長組7段資料來自本文參考文獻(xiàn)[17]，自流井組大安寨段資料來自本文參考文獻(xiàn)[18]，沙河街組資料來自本文參考文獻(xiàn)[4]）。頁巖儲(chǔ)層只有具備一定的孔隙度，才能聚集大量氣體而形成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能，多數(shù)學(xué)者將陸相頁巖孔隙度下限標(biāo)準(zhǔn)定為2%[19-20]。阜新盆地沙海組頁巖孔隙度介于2.84%～4.10%，平均值為3.47%，高于陸相頁巖孔隙度下限值，有利于氣體賦存；儲(chǔ)集空間類型包括有機(jī)質(zhì)納米孔、黏土礦物粒間孔、巖石骨架礦物孔、古生物化石孔以及微裂縫等[21]。頁巖儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)孔與黏土礦物粒間孔往往具備較大的比表面積，有利于吸附態(tài)氣體聚集，而骨架顆粒間孔、古生物化石孔與微裂縫等能夠?yàn)橛坞x態(tài)天然氣提供大量的儲(chǔ)集空間及滲流通道，頁巖游離氣占比越大，越易在開發(fā)早期獲得高產(chǎn)。

圖4 典型陸相頁巖儲(chǔ)層物性特征圖

2.2 沙海組有機(jī)地球化學(xué)特征

2.2.1 天然氣組成

阜新盆地沙海組頁巖氣CH4含量介于91.83%～94.42%，含少量 C2H6、C3H8、CO2及 N2（表 1）。

與四川盆地龍馬溪組海相頁巖氣組成相比，沙海組頁巖氣CH4含量相對(duì)較低（小于95%），重?zé)N氣（C2）含量相對(duì)較高，屬典型的濕氣，而龍馬溪組頁巖氣為典型的干氣（CH4含量大于95%）。這種差異可能與頁巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度有關(guān)，隨著熱演化程度增高，重?zé)N氣逐步裂解為穩(wěn)定的CH4，龍馬溪組頁巖熱演化程度較沙海組頁巖高而表現(xiàn)出高CH4含量；沙海組頁巖氣非烴氣體組分CO2和N2含量較龍馬溪組頁巖氣高，可能與頁巖有機(jī)質(zhì)類型有關(guān)，沙海組頁巖有機(jī)質(zhì)類型以混合型—腐殖型為主[6]，而龍馬溪組頁巖有機(jī)質(zhì)類型以腐泥型—混合型為主。

表1 阜新盆地沙海組頁巖氣組分與典型海相頁巖氣組分對(duì)比分析表

2.2.2 總有機(jī)碳含量

阜新盆地沙海組頁巖總有機(jī)碳含量變化范圍較大，介于0.6%～9.5%，平均值為4.0%，主要介于2%～6%，占總樣品數(shù)的比例為79%，大部分樣品TOC超過2%（圖5）?？v向上，淺層TOC＞2%，深層TOC＜1%（圖6）。井段1 150～1 250 m的TOC波動(dòng)幅度大，介于2%～10%，表現(xiàn)出較明顯的非均質(zhì)性；井段770～1 150 m的TOC相對(duì)穩(wěn)定（約4%）。

圖5 沙海組頁巖TOC分布直方圖

2.2.3 有機(jī)質(zhì)類型與成熟度

阜新盆地沙海組頁巖有機(jī)質(zhì)類型主要為混合型和腐殖型，以生氣為主[6]。阜新盆地白堊系頁巖熱演化過程分為3個(gè)階段：①未成熟階段，埋深小于600 m，Ro＜0.5%；②成熟階段，埋深介于600～1 200 m，Ro介于0.5%～1.3%；③高成熟階段，埋深大于1 200 m，Ro＞1.3%[6]。對(duì)阜新盆地沙海組頁巖不同深度樣品的Ro分析結(jié)果（表2）顯示，沙海組頁巖Ro介于1.45%～1.86%，平均值為1.66%，表明沙海組頁巖進(jìn)入了高成熟演化階段，以熱裂解生濕氣為主。其中，埋深1 117.2 m的頁巖樣品Ro平均值為1.57%；埋深1 248.31 m的頁巖Ro平均值為1.68%；埋深為2 057.1 m的樣品Ro平均值為1.77%，可見沙海組頁巖Ro隨埋深表現(xiàn)出一定的正相關(guān)。頁巖中混合型和腐殖型有機(jī)質(zhì)在Ro＞0.9%時(shí)就已達(dá)到成熟階段，開始大量生氣[20]；沙海組頁巖Ro適中，整體處在生氣階段，該階段頁巖內(nèi)部往往因生烴膨脹而產(chǎn)生大量微裂縫，有利于頁巖氣聚集成藏。

圖6 沙海組頁巖TOC與埋藏深度關(guān)系圖

表2 阜新盆地沙海組頁巖樣品鏡質(zhì)體反射率測(cè)定統(tǒng)計(jì)表

2.2.4 含氣量

含氣量是頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)與資源潛力評(píng)估的關(guān)鍵性地質(zhì)參數(shù)，對(duì)有利區(qū)優(yōu)選及頁巖氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)有著重要意義。前人研究表明頁巖含氣量與TOC之間為正相關(guān)關(guān)系[23]。一方面，頁巖TOC高，生氣潛力大，單位體積內(nèi)含氣量高；另一方面，頁巖有機(jī)質(zhì)比表面積較大，具有很強(qiáng)的吸附性，能夠大量吸附保存天然氣，減少氣體逸散損失而使含氣量增高。四川盆地下侏羅統(tǒng)千佛崖組、自流井組及鄂爾多斯盆地延長組頁巖基本地質(zhì)資料對(duì)比發(fā)現(xiàn)（表3）[10,15,24-25]，各盆地內(nèi)部頁巖TOC差異較小，含氣量與TOC之間關(guān)系不明顯；不同盆地之間頁巖TOC差異較大，與四川盆地相比，鄂爾多斯盆地Ro低、TOC較高，頁巖表現(xiàn)出明顯的高含氣量。典型陸相頁巖含氣量與TOC表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)性，擬合優(yōu)度為0.876（圖7），與前人研究成果一致。由此可見，陸相頁巖含氣量受TOC影響大而受Ro影響相對(duì)較小。

阜新盆地頁巖氣勘探開發(fā)尚處于起步階段，相關(guān)含氣量數(shù)據(jù)缺乏，利用陸相頁巖含氣量與TOC的關(guān)系，對(duì)沙海組頁巖的含氣量進(jìn)行了初步預(yù)測(cè)。陸相頁巖含氣量與TOC關(guān)系式為：

式中V表示含氣量，m3/t。

結(jié)合沙海組頁巖TOC分布范圍介于0.6%～9.5%、平均值為4.0%，預(yù)測(cè)沙海組頁巖含氣量介于0.90～7.20 m3/t、平均值為3.3 m3/t。

2.3 沙海組頁巖可壓裂性

頁巖儲(chǔ)層具有低孔低滲的特性，需要運(yùn)用水力壓裂技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開采。頁巖脆性是評(píng)價(jià)頁巖可壓裂性的重要參數(shù)，與頁巖中總脆性礦物含量有關(guān)。石英、長石、碳酸鹽礦物是頁巖儲(chǔ)層中的易脆成分，容易在外部應(yīng)力作用下產(chǎn)生復(fù)雜網(wǎng)縫[26]，決定了頁巖脆性大小，影響儲(chǔ)層壓裂效果。美國高產(chǎn)海相頁巖石英含量介于28%～52%，碳酸鹽礦物含量介于4%～16%，石英等脆性礦物總含量超過40%，壓裂品質(zhì)較好[7]。中國陸相頁巖石英含量一般相對(duì)較低，但長石、碳酸鹽礦物含量較高[11,15,27-29]。陸相頁巖石英含量雖然較海相頁巖低，但總脆性礦物含量一般超過40%，同樣可通過壓裂改造實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)（表4），這說明除石英外，長石、碳酸鹽礦物含量對(duì)頁巖脆性的貢獻(xiàn)不容忽略。四川盆地涪陵地區(qū)自流井組是南方陸相頁巖勘探開發(fā)的有利層位，巖性為泥頁巖夾薄層介殼灰?guī)r；涪陵XL101井、FS1井自流井組大安寨石灰?guī)r段測(cè)試日產(chǎn)氣量均超過10×104m3，可見碳酸鹽礦物對(duì)產(chǎn)能起到了積極作用。一方面，石灰?guī)r夾層作為裂縫型儲(chǔ)集層，有利于頁巖氣聚集[14]；另一方面，石灰?guī)r層與泥頁巖圍巖接觸界面處不存在碳酸鹽結(jié)晶體而使抗拉強(qiáng)度低[26]，在壓裂時(shí)更易沿脆弱面產(chǎn)生大量裂縫，有利于頁巖氣開采。高碳酸鹽礦物含量的頁巖層段一般有兩種表現(xiàn)形式，其一為頁巖層系內(nèi)部夾石灰?guī)r層，如四川盆地自流井組，其二為純頁巖（夾層少）組分中碳酸鹽礦物占比高，如渤海灣盆地沙河街組，二者都能夠提高頁巖儲(chǔ)層脆性，有助于壓裂改造。但陸相頁巖碳酸鹽礦物過高可能導(dǎo)致黏土礦物低，從而使有機(jī)質(zhì)含量降低，不利于獲得高產(chǎn)，如渤海灣盆地沙河街組H54井、L42井頁巖碳酸鹽礦物含量可達(dá)58.1%，測(cè)試產(chǎn)氣量并不高。

阜新盆地沙海組頁巖組分除石英外，還包括較多長石、碳酸鹽礦物，總脆性礦物（石英＋長石＋碳酸鹽）含量平均值為60.5%，達(dá)到了北美商業(yè)性開發(fā)頁巖總脆性礦物含量下限值，碳酸鹽礦物含量與四川盆地自流井組高產(chǎn)頁巖相當(dāng)（表4），具備良好的可壓裂性。

表3 典型陸相盆地頁巖基本地質(zhì)特征參數(shù)對(duì)比表

圖7 典型陸相頁巖總含氣量與TOC相關(guān)性圖

3 阜新盆地沙海組頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)與資源潛力

3.1 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

陸相頁巖石英含量較低，黏土礦物含量相對(duì)較高[17,30-33]。元壩、涪陵地區(qū)自流井組大安寨段陸相富有機(jī)質(zhì)頁巖TOC與石英含量為負(fù)相關(guān)，與黏土礦物含量為正相關(guān)，擬合優(yōu)度R2為0.541，其相關(guān)性與四川盆地大面積分布的海相頁巖恰好相反，海相頁巖TOC與石英含量多為正相關(guān)，與黏土礦物含量為負(fù)相關(guān)[34]。鄂爾多斯盆地發(fā)育良好的陸相富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，其延長組頁巖TOC與石英含量均有負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)，與黏土礦物含量呈正相關(guān)性，擬合優(yōu)度R2大部分超過0.50（圖8）。

表4 典型陸相盆地頁巖主要脆性礦物與頁巖氣測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖8 陸相頁巖TOC與石英、黏土礦物含量的關(guān)系圖

陸相富有機(jī)質(zhì)頁巖礦物組成中石英以碎屑成因?yàn)橹鳎叶嗯c黏土礦物呈現(xiàn)此消彼長的關(guān)系，黏土礦物能大量吸附有機(jī)質(zhì)而形成穩(wěn)定的有機(jī)—黏土復(fù)合體[35]，有利于有機(jī)質(zhì)的聚集和保存，對(duì)有機(jī)質(zhì)富集起決定作用，而使頁巖TOC與石英含量一般為負(fù)相關(guān)，而與黏土礦物含量為良好正相關(guān)。

阜新盆地沙海組陸相頁巖埋藏深度淺，TOC均值較高，Ro適中，總脆性礦物含量高，整體兼?zhèn)涞刭|(zhì)上的資源潛力與工程上的可壓裂性，具有良好的勘探開發(fā)前景。陸相頁巖TOC與石英含量一般為負(fù)相關(guān)，與黏土礦物為正相關(guān)，恰好與海相頁巖相反，決定了陸相頁巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)不能完全借鑒海相頁巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。參考前人對(duì)陸相頁巖有利區(qū)評(píng)價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1,19,20,25,36]（表5），綜合阜新盆地已有的地質(zhì)資料，從TOC、Ro、孔隙度、含氣量及總脆性礦物含量等角度，提出沙海組頁巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表6），并將沙海組頁巖儲(chǔ)層分為3類。

表5 不同學(xué)者的陸相頁巖有利區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)表

沙海組頁巖TOC介于0～2%、2%～4%及大于4%等3個(gè)區(qū)間，且頁巖TOC下限值一般為2%，故取2%及4%作為3類儲(chǔ)層TOC劃分界限值。多數(shù)學(xué)者將陸相頁巖Ro評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)定于大于0.9%或大于1.1%，而將含氣量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)定為1 m3/t或2 m3/t，故取Ro值0.9%與1.1%以及含氣量值1 m3/t與2 m3/t作為3類儲(chǔ)層劃分界限值。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為頁巖孔隙度小于2%就不具備經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值，而將2%作為頁巖孔隙度下限值（表5）；研究表明孔隙度從0.5%增大到4.2%時(shí)，頁巖游離態(tài)氣體含量能從原來的5%增加到50%[37]，故選取孔隙度2%及4%作為3類儲(chǔ)層劃分的界限。陸相頁巖TOC與石英、黏土礦物含量相關(guān)性表明陸相頁巖石英等脆性礦物含量過高會(huì)導(dǎo)致TOC變小，而石英含量過低則不利于壓裂改造；根據(jù)典型陸相盆地脆性礦物含量與頁巖氣測(cè)試結(jié)果資料（表4），頁巖脆性礦物含量大于70%，測(cè)試日產(chǎn)氣量一般較低，而脆性礦物含量介于40%～50%，測(cè)試日產(chǎn)氣量則較高，故將70%作為頁巖總脆性礦物含量上限，下限取多數(shù)學(xué)者所定值40%。Ⅰ類儲(chǔ)層兼?zhèn)淞己玫馁Y源潛力和可壓裂性，最具勘探開發(fā)價(jià)值，為目標(biāo)儲(chǔ)層；Ⅱ類儲(chǔ)層次之，為有利儲(chǔ)層；Ⅲ類儲(chǔ)層地質(zhì)條件相對(duì)較差，勘探開發(fā)潛力小，為無效儲(chǔ)層。

表6 阜新盆地沙海組頁巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)表

3.2 資源潛力評(píng)價(jià)

頁巖TOC是生烴的物質(zhì)基礎(chǔ)，是頁巖氣藏資源潛力評(píng)價(jià)的重要因素。阜新盆地沙海組頁巖總有機(jī)碳含量變化范圍大，但其平均值4%遠(yuǎn)超過北美商業(yè)性頁巖氣藏下限值2%，具有良好的生烴基礎(chǔ)，且Ro平均值為1.66%，處于生氣階段，資源潛力可觀。美國Fort Worth 盆地Barnett頁巖厚度只有30 m就足以獲得商業(yè)開采[38]，而阜新盆地沙海組頁巖有效厚度介于60～100 m[21]，平均值為80 m，頁巖分布面積介于500～1 000 km2[39]，平均值為750 km2，為天然氣提供了充足的儲(chǔ)集空間，且厚度大不利于頁巖中部烴類排出，從而有利于烴類保存。根據(jù)頁巖氣資源量容積法計(jì)算公式：

式中Q表示頁巖氣資源量，108m3；S表示頁巖分布面積，km2；h表示頁巖厚度，m；ρ表示頁巖密度，g/cm3；V表示頁巖含氣量，m3/t。

據(jù)梁冰等[21]實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)，阜新盆地沙海組頁巖密度取2.70 g/cm3。由于沙海組頁巖氣勘探處于早期，頁巖平面展布及井剖面資料不足，難以準(zhǔn)確圈定各類儲(chǔ)層分布面積及厚度，現(xiàn)假定沙海組3類頁巖儲(chǔ)層分布面積及有效厚度相等（各占總面積的1/3），對(duì)沙海組頁巖氣資源量進(jìn)行了初步估算。Ⅰ類儲(chǔ)層含氣量取本文的預(yù)測(cè)平均值3.3 m3/t，初步估算Ⅰ類儲(chǔ)層頁巖氣資源量為1 782×108m3。Ⅱ類儲(chǔ)層含氣量取1～2 m3/t，同樣可估算Ⅱ類儲(chǔ)層頁巖氣資源量介于540×108～1 080×108m3。Ⅲ類儲(chǔ)層地質(zhì)條件差，頁巖氣資源量不計(jì)。綜合Ⅰ類、Ⅱ類儲(chǔ)層頁巖氣資源量估算阜新盆地沙海組頁巖氣總資源量介于2 322×108～ 2 862×108m3。

4 結(jié)論

1）與海相頁巖相比，陸相頁巖形成時(shí)代較晚，TOC變化范圍大，有機(jī)質(zhì)類型以混合型、腐殖型為主，熱演化程度低，總脆性礦物含量與海相頁巖相當(dāng)。在有機(jī)質(zhì)豐度高、熱演化程度適中、總脆性礦物含量高、埋藏深度淺區(qū)域同樣具有較大的商業(yè)化開發(fā)潛力。

2）阜新盆地沙海組頁巖埋藏深度淺，礦物成分以石英、黏土礦物、長石及碳酸鹽礦物為主；BET比表面積平均值為13.51 m2/g，BJH總孔體積平均值為0.03 mL/g，孔隙直徑平均值為12.20 nm，以介孔隙為主，孔隙度大，儲(chǔ)集空間類型多樣，有利于游離態(tài)及吸附態(tài)氣體聚集。TOC變化范圍大，介于0.6%～9.5%，平均值為4.0%；有機(jī)質(zhì)類型以混合型和腐殖型為主，Ro介于0.8%～2.0%，處于中—高成熟度；利用四川盆地及鄂爾多斯盆地頁巖TOC與含氣量相關(guān)性，結(jié)合沙海組頁巖TOC，預(yù)測(cè)其含氣量介于0.90～7.20 m3/t，平均值為3.3 m3/t。沙海組頁巖總脆性礦物含量平均值為60.5%，具備良好的可壓裂性。

3）陸相頁巖TOC與石英含量一般為負(fù)相關(guān)，而與黏土礦物含量為正相關(guān)，與海相頁巖相反。沙海組頁巖儲(chǔ)層可分為3類，Ⅰ類儲(chǔ)層地質(zhì)條件匹配最優(yōu)，是勘探開發(fā)目標(biāo)儲(chǔ)層；Ⅱ類儲(chǔ)層次之，為有利儲(chǔ)層；Ⅲ類儲(chǔ)層勘探開發(fā)潛力小，為無效儲(chǔ)層。沙海組頁巖累積厚度大，分布面積廣，初步估算沙海組頁巖氣資源量介于2 322×108～2 862×108m3。