鄂爾多斯盆地上古生界富有機質泥頁巖特征分析

摘 要:通過國內外頁巖氣勘探研究現狀給我們帶來的啟示，對鄂爾多斯盆地上古生界頁巖氣勘探研究現狀進行了闡述，并對上古富有機質泥頁巖特征進行了描述，通過對富有機質泥頁巖分布，地化特征(有機碳含量、成熟度等)的分析得出以下幾點認識:(1)鄂爾多斯盆地雖然為陸相沉積盆地，但多種非常規資源共存，有勘探頁巖氣的潛力;(2)上古生界富有機質泥頁巖分布廣泛，機質豐度高(TOC＞2%)，熱演化程度高(Ro＞1.3%)，鄂爾多斯盆地或許將會成為陸相頁巖氣勘探的重要突破口。

關鍵詞:鄂爾多斯盆地 上古生界 富有機質泥頁巖 有機碳含量 成熟度

中圖分類號:P5文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)12(B)-0123-02

Abstract: According to the revelation from shale gas exploration and development status at home and abroad，we analyze on the characteristics of organic-rich shale of Upper Paleozoic in Ordos Basin， including gas source rock distribution， TOC， Ro， etc.we can found:(1) although Ordos Basin is a continental sedimentary basin， there are many kinds of resources existence， the exploration potential of shale gas is great;(2)organic-rich shale of Upper Paleozoic widely distributed， characterized by high abundance of organic matter(TOC＞2%)and high levels of thermal evolution(Ro＞1.3%)， Ordos Basin may become the breakthrough of continental shale gas exploration in China.

Key words:Ordos Basin;Upper Paleozoic;Organic-rich shales;TOC;Ro

1 國內外頁巖氣勘探研究現狀

全球的頁巖氣資源豐富，總資源量約為456.24×1012m3，占全球非常規氣資源量的近50%。主要分布在北美(占23.8%)、中亞和中國(占21.9%)、中東和北非(占15.8%)、拉美(占13.1%)等國家和地區[1]。

目前，美國對頁巖氣的勘探開發走在世界前列，是頁巖氣大規模商業開發取得成功的唯一國家。因此，了解美國頁巖氣勘探開發現狀對于我國頁巖氣的勘探研究有著重要借鑒和指導作用。

1.1 美國頁巖氣勘探開發現狀

美國頁巖氣開采最早可追溯到1821年，當時其第一口頁巖氣井在紐約州 Fredonia附近完鉆[2];1921年美國頁巖氣井開始投入現代化工業生產;20世紀70年代中期步入規模化發展階段;2000年以來，由于全球油氣資源供需矛盾加劇，頁巖氣等非常規天然氣的勘探開發受到各國廣泛關注與高度重視;2009年，美國頁巖氣產量更是從2000年的122×108m3增至878×108m3[3]，占當年天然氣產量的15%，其主要的頁巖氣產區分布在Appalachian、Michigan、Illinois、San Juan和Fort Worth等盆地。

據美國能源信息署(EIA)預測，在未來的20多年內，頁巖氣產量還會繼續大幅上漲，到2035年頁巖氣產量將占到美國天然氣總產量的24.3%[4]。

1.2 中國頁巖氣勘探研究現狀

目前，我國頁巖氣研究仍處于探索和起步階段，要達到商業開發，仍需要一定的時間。與美國相比，中國主要盆地和地區的頁巖氣資源總量與美國大致相當，經濟價值巨大。張金川等(2008)學者結合美國頁巖氣勘探研究成果以及我國頁巖氣成藏機理研究認識分析認為，中國頁巖氣發育空間廣泛，陸區的頁巖氣分布在區域上可劃分為南方(包括四川盆地等)、華北(包括鄂爾多斯、南華北及渤海灣等盆地)和西北(包括塔里木、準噶爾等盆地)三大區域，其中，中、古生界地層是主體富集層位也是重點研究層系[5]。國內四川盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地、江漢盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、準噶爾盆地等均有頁巖氣成藏的地質條件，勘探潛力巨大。

2 鄂爾多斯盆地頁巖氣勘探研究現狀

鄂爾多斯盆地是中國內陸的第二大沉積盆地，面積約25×104km2，屬于穩定的克拉通盆地。盆地內地層平緩、接觸整合、構造穩定，且無斷層對氣藏起破壞作用，有利于天然氣的生成與聚集。勘探實踐表明，鄂爾多斯盆地天然氣資源豐富，自20世紀50年代以來已先后在多個地區和層系發現了天然氣。

鄂爾多斯盆地自下而上主要發育有2套富有機質泥頁巖層系:上古生界石炭系—二疊系海陸過渡相至陸相沉積的煤系源巖，以及中生界三疊系延長組的湖相暗色泥頁巖層。

其中，三疊系延長組富含有機質的泥頁巖分布廣泛，厚度大、有機質豐度高、深度和演化程度適中、生烴能力強、并且在鉆井過程中，氣測顯示活躍、裂縫發育，頁巖氣勘探開發潛力巨大，已受到廣泛關注[6]。

但是，隨著美國頁巖氣勘探開發改變了世界能源的格局，我國對頁巖氣的勘探研究已經在全面起步，全國各個盆地也都在加大勘探開發力度，所以在鄂爾多斯盆地，除了三疊系之外，上古生界石炭—二疊系也應作為頁巖氣勘探研究的主力層系之一。

實踐證明，上古生界是天然氣勘探的主力層系。特別是90年代中期以來，上古生界天然氣的勘探不斷取得重大發現，相繼發現了榆林、烏審旗、蘇里格和鎮川堡等一批大中型氣藏(田)。并且在盆地內發現了多種非常規天然氣資源，包括煤層氣、致密砂巖氣、水溶氣等，近年來，盆地內天然氣勘探又不斷取得新的突破，含氣范圍進一步擴大，預示著良好的天然氣勘探開發前景，因此，在上古生界進行頁巖氣勘探研究有著重要的現實意義。

3 鄂爾多斯盆地上古生界富有機質泥頁巖特征分析

3.1 上古生界富有機質泥頁巖分布特征

鄂爾多斯盆地上古生界的煤系源巖(包括泥巖、煤)層位上主要分布于本溪組、太原組和山西組，平面上呈現“廣覆型”分布，盆地東部和盆地西部厚度最大，盆地中部相對較薄，總體上分布比較穩定[7]。其中，暗色泥巖厚度整體介于20～100m之間，盆地東部神木—榆林—安塞—高橋以東暗色泥巖整體厚度大于60m，盆地西部暗色泥巖高值主要分布在烏海—定邊—環縣以西，整體厚度大于60m。盆地中部暗色泥巖厚度相對較薄，多數介于30～50m之間。

就目前的資料來看，鄂爾多斯盆地上古生界石炭—二疊系地層埋深主要分布在1000～3500m之間，而煤系源巖發育的山西組—本溪組地層埋深平均在2500～3000m之間，總體上與美國Fort Worth盆地生產層位埋深較接近，在盆地內進行頁巖氣的開發具有一定的可行性。

3.2上 古生界富有機質泥頁巖地化特征

目前，頁巖氣地化研究評價參數主要包括總有機碳含量，有機質類型和成熟度等。

3.2.1 有機質豐度與類型

總有機碳含量(TOC)是烴源巖豐度評價的重要指標，也是衡量生烴強度和生烴量的重要參數。其含量的高低直接影響著頁巖含氣量的大小。一般有機質豐度越高頁巖氣含量越大。根據北美的實踐經驗認為具有商業價值的頁巖氣藏有機碳含量下限應大于2%[8]。

研究表明，上古生界暗色泥頁巖有機碳含量在0.05%～23.38%之間，平均2.25%～3.33%，地區間差異不大，有機質豐度都相對較高。泥巖的有機質類型主要為腐殖型，干酪根碳同位素分布于-22.4‰～-26.4‰之間[9]。

3.2.2 成熟度

熱成熟度反映有機質是否已進入成熟階段，成熟度高低與生氣量有著直接的關系。勘探實踐結果顯示，目前美國已發現的具有商業價值的頁巖氣藏成熟度Ro一般均大于1.1%。

根據鏡質體反射率分布特征來看，盆地大部分地區已進入高成熟階段，Ro＞1.3%[9]。其中，有機質成熟度以盆地南部最高Ro＞2.0%，并向邊緣呈環帶狀降低。

總體來看，上古生界暗色泥頁巖有機質豐度高、熱演化程度高、生氣能力強，為古生界氣藏的形成提供了充足的氣源。

4 結論與認識

(1)鄂爾多斯盆地雖然為陸相沉積盆地，但同樣具備頁巖氣成藏條件，并在盆地中發現了煤層氣以及致密砂巖氣等多種非常規資源，所以在鄂爾多斯盆地進行頁巖氣的勘探與研究具有一定的現實意義，并可以進一步推動鄂爾多斯盆地多種類型天然氣共同開采的實現。

(2)鄂爾多斯盆地上古生界天然氣資源豐富，富有機質泥頁巖分布廣泛，雖然單層厚度相對較薄，但有機質豐度高(TOC＞2%)，熱演化程度高(Ro＞1.3%，已普遍達到成熟至高成熟階段)、生氣能力強，具有進一步勘探的潛力。鄂爾多斯盆地或許將會成為陸相頁巖氣勘探的重要突破口。

參考文獻

[1]張煥芝，何艷青.全球頁巖氣資源潛力及開發現狀[J].石油科技論壇，2010.

[2]趙靖舟，方朝強，張潔，等.由北美頁巖氣勘探開發看我國頁巖氣選區評價[J].西安石油大學學報(自然科學版)，2011，26(2):1-7.

[3] Kuuskraa A V．Worldwide gas shales and unconventional gas:a status report，JAF29176[R]．Advanced Resources International，Inc，2009:26．

[4] Newell，R. Annual Energy Outlook 2010[R]. Washington，DC: U.S. Energy Information Administration， 2009-12-14.

[5]張金川，徐波，聶海寬，等.中國天然氣勘探的兩個重要領域[J].天然氣工業，2007，27(11):1-6.

[6]徐士林，包書景.鄂爾多斯盆地三疊系延長組頁巖氣形成條件及有利發育區預測[J]．天然氣地球科學，2009，20(3):460-463．

[7]何自新.鄂爾多斯盆地演化與油氣[M].石油工業出版社，2003.

[8]蔣裕強，董大忠，漆麒，等.頁巖氣儲層的基本特征及其評價.天然氣工業，2010，30(10):7-12．

[9]劉新社，席勝利，付金華，等.鄂爾多斯盆地上古生界天然氣生成[J]．天然氣工業，2000，20(6):19-23.

①作者簡介:張潔(1986年—)女，漢族，籍貫陜西延川，碩士，主要從事油氣成藏地質學研究。E-mail: zhangjie860407@126.com.cn。