鄂爾多斯盆地南部延長組油頁巖特征及頁巖氣有利區預測

陳治軍，高怡文，袁芳政，焦莉麗，韓小琴

（陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院，陜西西安 710075）

鄂爾多斯盆地南部延長組油頁巖特征及頁巖氣有利區預測

陳治軍，高怡文，袁芳政，焦莉麗，韓小琴

（陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院，陜西西安 710075）

基于對鉆井資料和油頁巖樣品化驗資料的分析，研究了鄂爾多斯盆地南部（旬邑－洛川－甘泉－正寧一帶）油頁巖的特征，預測出頁巖氣勘探有利區。研究表明：研究區中－北部延長組（長7段和長9段）油頁巖不僅厚度大，而且有機質含量高、母質類型好、演化程度較高，推算頁巖氣資源量2.34×1012m3，加上該區許多頁巖氣勘探的成功案例，頁巖氣有著巨大的勘探潛力。

鄂爾多斯盆地南部；延長組；油頁巖特征；頁巖氣；有利區預測

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離態為主要存在方式聚集的天然氣［1］。隨著世界能源消耗的不斷增加，包括頁巖氣在內的非常規能源的勘探開發已成研究的焦點。頁巖氣作為新能源之一，它既是常規天然氣的潛在補充能源，也是清潔環保能源。目前除美國、加拿大外，很少有國家對頁巖氣進行規模開發。我國對頁巖氣的勘探起步較晚，但是近年來發展很快，無論在海相地層還是陸相地層，頁巖氣的勘探都陸續有新的突破［2－3］。

鄂爾多斯盆地是我國第二大沉積盆地，該盆地的中生界，特別是陸相地層的延長組發育了多套油頁巖。本文基于對200余口井的鉆井資料和部分油頁巖樣品化驗資料的分析，研究鄂爾多斯盆地南部（旬邑－洛川－甘泉－正寧一帶）油頁巖的特征，探討頁巖氣勘探前景。

1 研究區地質背景

1.1 構造背景

鄂爾多斯盆地是一個多旋回克拉通疊合盆地，經歷了早古生代華北陸表海、晚古生代華北濱淺海、中生代內陸湖盆和新生代周緣斷陷等多旋回演化，形成了現在的構造格局［4］。根據構造形態，盆地可劃分為6個一級構造單元：伊盟隆起、渭北隆起、西緣沖斷帶、晉西撓褶帶、天環坳陷和陜北斜坡［5］。研究區中－北部位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡南部，構造平緩，地層為傾角不足1°的西傾單斜，東南部處在渭北隆起（圖1）。

圖1 研究區位置

1.2 沉積背景

鄂爾多斯盆地的沉積演化經歷了早古生代的海洋沉積體系、晚古生代的海陸過渡沉積體系、中生代內陸湖盆（三角洲為主）的沉積體系、新生代河流－湖泊沉積體系4個階段［6］。

晚三疊世，鄂爾多斯盆地進入了大型內陸差異沉積盆地的形成和發展時期，形成了凹陷中心偏南部的不對稱多中心的凹陷，發育了完整的河流－湖泊相碎屑巖沉積體系，沉積厚度巨大。晚三疊世延長期的沉積經歷了四個演化階段，即湖盆形成及擴張期、鼎盛期、回返期、萎縮消亡期：長10、長9至長8期由滿盆的河流到迅速的湖進，長9期末發育一套“李家畔”油頁巖代表著一次較大規模的湖進［7］；至長7期北西和北東向斷裂活動明顯加強，基底整體下沉劇烈，湖盆發育達鼎盛期，“張家灘”油頁巖非常發育，分布面積廣，累積厚度大；長6期三角洲大規模充填，湖盆萎縮開始；長4＋5期在盆地西北部出現短暫的湖泛，整體來看湖盆仍繼續萎縮，地層巖性以泥巖為主；長3期湖泊面積減小，深湖區向東南部退縮；長2期河流沉積廣泛，湖岸線萎縮幅度較大，深湖衰竭，至長1期演化為三角洲平原［8］。

2 油頁巖特征

2.1 延長組油頁巖分布特征

2.1.1 油頁巖縱向分布特征

鉆探證實，長9段“李家畔”油頁巖和長7段“張家灘”油頁巖在本區均有發育，為本區延長組油氣藏主要烴源巖。長7段“張家灘”油頁巖在縱向上有3套，其中底部一套分布最為穩定，厚度為0～30m，整體上南部厚度略大于北部；中間一套相對穩定，但在局部地區純度變差，厚度為0～25m；頂部一套最不穩定，厚度為0～13m，北部沒有發育。長9段“李家畔”油頁巖位于長9段的頂部，僅發育1套，雖然整體厚度不大，但在局部地區發育較好（圖2）。

2.1.2 油頁巖平面分布特征

圖2 鄂爾多斯盆地南部油頁巖剖面對比

平面上，長7段“張家灘”油頁巖呈北西－南東向展布，整體厚度為0～96m，平均為34 m，厚度最大區域分布于研究區西部、南部正寧－宜君－黃陵縣一帶和北部甘泉縣街鎮一帶，厚度都大于70 m。同時，從厚度分布圖可以看出，在富縣直羅鎮－黃陵縣槐樹莊農場、上畛子農場一帶出現一個向西南方向推進的厚度相對“低值區”（圖3）。這種分布受控于區域沉積特征，長7期是鄂爾多斯盆地中生代湖盆發育的鼎盛期，沉陷幅度大，湖盆范圍廣［9］，此時，研究區大部分地區處于湖盆沉降中心，深湖－半深湖相分布面積大，暗色泥巖、油頁巖非常發育，烴源巖累積厚度大。富縣直羅鎮－黃陵縣槐樹莊農場、上畛子農場一帶的厚度“低值區”可能與此處存在的富縣三角洲沉積有關（圖4）。

圖3 鄂爾多斯盆地南部長7段油頁巖厚度等值線

圖4 陜北地區長73油層段沉積相圖（據龐軍剛等，修改）

長9段“李家畔”油頁巖總體厚度不大，在研究區的東北部比較發育，呈北西－南東向展布，最大厚度達25 m以上，向西南方向厚度變小、純度變差，至旬邑和正寧地區，“李家畔”油頁巖已變成炭質泥巖、泥巖（圖5）。

圖5 鄂爾多斯盆地南部長9段油頁巖厚度等值線

2.2 油頁巖巖性、電性特征

鉆井、露頭等資料顯示，研究區長7段和長9段油頁巖具有相似的巖性特征：外觀呈黑色層狀、質硬，偶見介形蟲及魚鱗化石、星點狀黃鐵礦，可見泥包砂等深水沉積構造，深湖－半深湖相沉積特征明顯；局部地區油頁巖有原油外滲現象，表明油頁巖正處于生排烴高峰期；鏡下觀測及電鏡－能譜測試顯示，油頁巖具有紋層狀、有機質含量高、莓狀黃鐵礦豐富－極豐富、膠磷礦豐富等特征，常見晶屑、凝灰質紋層［10］；化驗分析可知油頁巖礦物組成為石英平均含量28.25%，長石含量26.7%，碳酸鹽礦物7.9%，黃鐵礦1.4%；油頁巖露頭呈黑色、黑褐色薄層－紙狀。

長7段和長9段油頁巖在測井剖面上響應特征明顯，易于識別，均表現為“高伽馬、高電阻、高時差、低密度”特征，是盆地內部地層對比的良好標志層。從長7段油頁巖與長9段油頁巖電性特征對比來看，長7段油頁巖的自然伽馬、側向電阻率和聲波時差值都高于長9段油頁巖（表1）。

表1 長7段與長9段油頁巖電性特征對比

2.3 油頁巖地球化學特征

長7段油頁巖形成于水體較深、鹽度不高、水體分層不明顯、還原的沉積環境，有機質來源以貧13C的湖生低等生物－藻類為主，干酪根類型為Ⅰ－Ⅱ1型［11］；有機質豐度很高，有機碳含量（TOC）基本在1.76%～5.88%，平均3.24%；Ro值一般為0.52%～1.13%，平均為0.72%。總體上，研究區長7段油頁巖源巖母質類型好，有機質含量高，演化程度較高，為一套優質的源巖［12－13］。

長9段油頁巖有機顯微組分以腐泥無定型為主，其次為惰質組和鏡質組，有機質類型主要為Ⅱ2型，個別為Ⅲ型；有機質豐度高，TOC在0.88%～7.44%，平均4.05%；Ro值在0.52%～1.0%，平均為0.74%。研究區長9段油頁巖源巖母質類型也較好，有機質含量高，并且有機質已達到成熟演化階段，亦為一套優質的源巖。

3 頁巖氣勘探潛力和有利區預測

油頁巖有效厚度、總有機碳含量、成熟度是頁巖氣評價的決定性要素。

3.1 有機碳含量

李玉喜（2011年）、李延鈞（2011年）等認為產氣頁巖中的總有機碳含量一般大于2.0%，最好在2.5%～3.0%以上，較高的TOC值往往代表更高的產氣能力［14－15］。研究區長7段油頁巖TOC值基本在1.76%～5.88%，平均3.24%；長9段油頁巖 TOC值基本在0.88%～7.44%，平均4.05%，所以它們都應該有很高的產氣能力。

3.2 有機質成熟度

目前國內大多數學者認為頁巖氣藏的熱演化成熟度大于1.1%，臨界值為0.4%～0.6%，頁巖氣的生成從有機質向烴類轉化開始，并伴隨整個演化過程［14，16］。本區長7段油頁巖Ro值一般為0.52%～1.13%，平均為0.72%；長9段油頁巖Ro值在0.52%～1.0%，平均為0.74%，它們均有一定的產氣潛力。

3.3 有效厚度

美國5大頁巖氣勘探開采區的頁巖凈厚度為9.14～91.44m，其中產氣量較高的Barnett頁巖和Lewis頁巖的平均厚度在30.48m以上［17］。李玉喜（2011年）等認為頁巖氣要具有勘探開發潛力，油頁巖有效厚度應達到一定標準，一般情況下，總有機碳含量較低的油頁巖厚度應大于30m，富含有機質的油頁巖有效厚度應大于15m［12］。研究區長7段3套油頁巖單層厚度均不大為0～30m，但累計厚度較大，大多數區域在50～80m之間；長9段油頁巖單層厚度也不大，但局部地區厚度大于20m。考慮到本區長7段和長9段油頁巖總有機碳含量高，能夠彌補單層厚度小的不足。

3.4 勘探潛力分析

研究區延長組油頁巖厚度較大，母質類型好、有機質含量高、有機質演化程度較高，頁巖氣資源量很大，有廣闊的勘探前景。延長組頁巖氣的勘探在本區有許多成功案例，如研究區北部的LP177井，在延長組長7油頁巖段獲得日產氣2 000m3的頁巖氣，被認為是中國乃至世界上第一口陸相頁巖氣井，該井的成功為陸相頁巖氣的勘探開創了新局面。繼該井后，又有一大批井在長7段頁巖和長9段頁巖獲得工業氣流，這表明研究區延長組頁巖氣有著巨大的勘探潛力。

3.5 有利區預測

研究區延長組油頁巖有機質含量高、有機質演化程度也較高（普遍達有效頁巖氣源巖的下限），油頁巖厚度可作為頁巖氣評價的最主要指標。長7段油頁巖在縱向上有3套，總有機碳含量高，取累計厚度大于50m的地區作為勘探有利區；長9段油頁巖總有機碳含量高，取厚度大于15m的地區作為勘探有利區。由此預測出頁巖氣有利區分布在研究區中－北部，有利區面積1.02×104km2。估算長7段和長9段累計頁巖氣資源量為2.34×1012m3（圖6）。

圖6 鄂爾多斯盆地南部延長組頁巖氣有利區預測

4 結論

（1）鄂爾多斯盆地南部延長組主要發育長7段“張家灘”和長9段“李家畔”兩套油頁巖，長7段油頁巖縱向上可分3套，平面上呈北西－南東向展布，厚度最大區域分布于研究區西部、南部正寧－宜君－黃陵縣一帶和北部甘泉縣街鎮一帶；“李家畔”油頁巖為1套發育于長9段頂部的油頁巖，總體厚度不大，在研究區的東北部厚度比較大，向西南方向厚度變小、純度也變差；長7段和長9段油頁巖的測井響應明顯，均易于識別，表現為“高伽馬、高電阻、高時差、低密度”的特征，是盆地內部地層對比的良好標志層；長7段和長9段油頁巖均形成于半深湖－深湖沉積環境，母質類型好、有機質含量高、有機質演化程度較高，均為優質的源巖。

（2）研究區中－北部延長組（長7段和長9段）油頁巖不僅厚度大，而且有機質含量高、母質類型好、演化程度較高，有利區面積1.02×104km2，估算頁巖氣資源量為2.34×1012m3，加上該區有許多頁巖氣勘探的成功案例，表明該區延長組頁巖氣有著巨大的勘探潛力。

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shale；shale gas；favorable area prediction

15Oil shale features and shale gas favorable area prediction in Yanchang formation of the south area in Ordos basin

Chen Zhijun et al（Shaanxi Yanchang Petroleum（Group）Co.Ltd，Institute，Xi'an，Shaanxi 710075）

Based on drilling data and oil shale sample testing analysis，the oil shale features of the south of Ordos basin has been studied，which predicted the shale gas favorable exploration area.The study shows that：in the mid－north Yanchang formation，the oil shale is large in thickness，rich in organic matter，good in kerogen type and sufficient for thermal maturity.The shale gas quantity is estimated to 2.34×1012m3，coupled with many successful cases in shale gas exploration，which shows great exploration potential of shale gas in the study area.

Ordos basin；Yanchang formation；oil

TE112.115

A

1673－8217（2012）04－0015－04

2012－01－10；改回日期：2012－03－20

陳治軍，工程師，1980年生，2009年獲中國石油大學（北京）巖石學、礦物學、礦床學專業碩士學位，現從事石油天然氣勘探研究工作。

吳官生