美國(guó)Barnett頁(yè)巖與鄂爾多斯盆地張家灘頁(yè)巖對(duì)比研究

楊 陽(yáng)

(西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065)

朱 超

(西北大學(xué)地質(zhì)系，陜西 西安 710069)

陳 博

(中石油長(zhǎng)慶油田分公司第六采油廠，陜西 榆林 718606)

應(yīng)華偉，董云鵬

(西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065)

美國(guó)Barnett頁(yè)巖與鄂爾多斯盆地張家灘頁(yè)巖對(duì)比研究

楊 陽(yáng)

(西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065)

朱 超

(西北大學(xué)地質(zhì)系，陜西 西安 710069)

陳 博

(中石油長(zhǎng)慶油田分公司第六采油廠，陜西 榆林 718606)

應(yīng)華偉，董云鵬

(西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065)

鄂爾多斯盆地發(fā)育分布廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高的頁(yè)巖，由于目前相關(guān)的試驗(yàn)性頁(yè)巖氣開(kāi)采較少，對(duì)其潛力缺少定量或相對(duì)定量方面的評(píng)估。北美地區(qū)Barnett頁(yè)巖是頁(yè)巖氣開(kāi)采歷史最長(zhǎng)，產(chǎn)量最高的頁(yè)巖，建立了可靠的頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。從沉積背景、頁(yè)巖氣形成條件、儲(chǔ)集特點(diǎn)等方面，對(duì)美國(guó) Fort Worth 盆地Barnett 頁(yè)巖和鄂爾多斯延長(zhǎng)組張家灘頁(yè)巖進(jìn)行了對(duì)比性研究，2套頁(yè)巖具有相似的沉積背景、厚度、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型及熱演化程度。通過(guò)對(duì)比，預(yù)測(cè)了延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組張家灘頁(yè)巖的有利探測(cè)區(qū)。

鄂爾多斯盆地；張家灘頁(yè)巖；Fort worth 盆地； Barnett頁(yè)巖

頁(yè)巖氣的實(shí)質(zhì)是主體上以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁(yè)巖及粉砂質(zhì)巖類(lèi)夾層中的天然氣。近年來(lái)，由于天然氣供需關(guān)系、市場(chǎng)價(jià)格以及開(kāi)采技術(shù)進(jìn)步等因素的影響，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)在美國(guó)取得極大成功，使得頁(yè)巖氣的開(kāi)采成為全球資源開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。北美地區(qū)Barnett頁(yè)巖是頁(yè)巖氣開(kāi)采歷史最長(zhǎng)、產(chǎn)量最高的頁(yè)巖，建立了可靠的頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。鄂爾多斯盆地發(fā)育分布廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高的頁(yè)巖，由于目前相關(guān)的試驗(yàn)性頁(yè)巖氣開(kāi)采較少，對(duì)其潛力缺少定量或相對(duì)定量方面的評(píng)估。下面，筆者主要從沉積背景、頁(yè)巖氣形成條件等方面，對(duì)美國(guó) Fort Worth 盆地Barnett頁(yè)巖和鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組張家灘頁(yè)巖進(jìn)行對(duì)比性研究，探討鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組張家灘頁(yè)巖氣勘探前景。

1 Barnett 頁(yè)巖與張家灘頁(yè)巖沉積地質(zhì)背景

1.1Barnett頁(yè)巖

Fort Worth盆地是一個(gè)邊緣陡、向北加深的凹陷[1-2]，是晚古生代沃希托造山運(yùn)動(dòng)形成的幾個(gè)弧后前陸盆地之一，沃希托造山運(yùn)動(dòng)是由泛古大陸變形引起的板塊碰撞(北美板塊和南美板塊)形成逆沖斷層的主要事件[3]。Barnett頁(yè)巖具有分布廣、厚度大和有機(jī)質(zhì)含量高的特點(diǎn)[2]，沉積于早石炭世板塊匯聚的早期淺海陸棚沉積，富含有機(jī)質(zhì)的厚層頁(yè)巖主要沉積在臺(tái)內(nèi)早期擠壓拗陷內(nèi)。Barnett頁(yè)巖在盆地東北部Muenster隆起以南厚度大，最大厚度達(dá)300m[4]。

1.2張家灘頁(yè)巖

鄂爾多斯盆地是中國(guó)的主要含油氣區(qū)，其構(gòu)造形態(tài)總體顯示為東翼寬緩～西翼陡窄的不對(duì)稱(chēng)大向斜，盆地邊緣斷裂、褶皺較發(fā)育，而盆地內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，以低幅鼻狀隆起為主，地層平緩，傾角一般不足1°[5]。鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組是一套內(nèi)陸湖泊-三角洲沉積體系形成的重要油氣儲(chǔ)集層。根據(jù)沉積序列，延長(zhǎng)組可劃分為5個(gè)巖性段，即T3y1～T3y5；同時(shí)，根據(jù)油層縱向分布規(guī)律自上而下又可劃分為長(zhǎng)1～長(zhǎng)10油層組，其中“張家灘頁(yè)巖”，位于長(zhǎng)7油層組中下部。鄂爾多斯盆地中生界延長(zhǎng)組地層發(fā)育富含有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，長(zhǎng)7油層組沉積時(shí)期湖盆達(dá)到最大擴(kuò)張期，沉積了一套累積厚度在0～120m的黑色泥頁(yè)巖，俗稱(chēng)“張家灘頁(yè)巖”，形成了分布廣、厚度大、品質(zhì)較好(含油率5%～10%)的黑色頁(yè)巖。

2 頁(yè)巖氣成因

2.1Barnett頁(yè)巖

對(duì)美國(guó)5大頁(yè)巖氣盆地頁(yè)巖氣的成因研究表明，頁(yè)巖氣可以通過(guò)以下途徑演變而來(lái)：①干酪根分解成氣體和瀝青；②瀝青分解成油和氣體(步驟①和步驟②為初次裂解)；③油分解成氣體、高含碳量的焦炭或者瀝青殘余物(二次裂解)。Barnett頁(yè)巖氣就是通過(guò)來(lái)源于干酪根熱降解和殘余油的二次裂解，主要以殘余油的二次裂解為主，吸附態(tài)存在的天然氣占天然氣賦存總量的20%以上，正因?yàn)槿绱耍沟肂arnett頁(yè)巖氣具有較大資源潛力[6]。

2.2張家灘頁(yè)巖

鄂爾多斯盆地的天然氣可以劃分為2類(lèi)成因來(lái)源、6 種類(lèi)型[7]，即腐殖型成因來(lái)源的生物氣、改造型煤成氣和原生型煤成氣；腐泥型(含混合型)成因來(lái)源的改造型熱解氣、原生型熱解氣和原生型裂解氣，而中生界三疊系和侏羅系賦存的原生型和改造型熱解氣來(lái)源于三疊系湖相生油巖系的混合型有機(jī)質(zhì)。結(jié)合前人的研究成果，可以推斷鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組泥頁(yè)巖中的頁(yè)巖氣為以熱解成因?yàn)橹鞯脑托桶樯鷼狻?/p>

3 頁(yè)巖氣形成條件分析

3.1沉積環(huán)境

較快的沉積條件和封閉性較好的還原環(huán)境是黑色頁(yè)巖形成的重要條件。沉積速率較快可以使得富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖在被氧化破壞之前能夠大量沉積下來(lái)，而水體缺氧可以抑制微生物的活動(dòng)性，減小其對(duì)有機(jī)質(zhì)的破壞作用。Barnett頁(yè)巖富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖沉積于深水(120～215m)前陸盆地，具有低于風(fēng)暴浪基面和低氧帶(OMZ) 的缺氧-厭氧特征，與開(kāi)放海溝通有限[2]。延長(zhǎng)組頁(yè)巖、深灰色黑色泥巖等主要形成于湖泊相，主要是深湖～半深湖沉積環(huán)境。

3.2有效厚度

Barnett頁(yè)巖在盆地北部平均厚91m，在門(mén)斯特隆起附近厚度超過(guò)305m，夾層灰?guī)r層的厚度累計(jì)約122m[8-11]，在大草原隆起區(qū)域其厚度只有幾米到十幾米[12]。鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組“張家灘頁(yè)巖”沉積時(shí)期為湖盆最大水侵時(shí)期，廣泛發(fā)育了深灰色泥巖、頁(yè)巖及褐灰色油頁(yè)巖等，厚度一般在25～130m，最厚達(dá)300m左右。

3.3有機(jī)地球化學(xué)對(duì)比

1)總有機(jī)碳含量(TOC) 美國(guó)5大頁(yè)巖氣系統(tǒng)頁(yè)巖TOC較高，分布范圍大(0.5%～25%)，Barnett 頁(yè)巖的TOC在0.45%～4.7%之間[2]。長(zhǎng)7油層組張家灘頁(yè)巖TOC為 2.45%～5.28%[13]。

2)有機(jī)質(zhì)類(lèi)型及成熟度 Barnett頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)以易于生油的Ⅱ型干酪根為主。在鏡質(zhì)體反射率Ro小于1.1%時(shí)，以生油為主，生氣為輔[11]。干氣區(qū)主要分布在盆地東北部和沖斷帶前緣，這些地區(qū)埋藏較深，成熟度較高，Ro超過(guò)1.1%～1.4%；油區(qū)主要分布在盆地北部和西部成熟度較低的區(qū)域，Ro為0.6%～0.7%；在氣區(qū)和油區(qū)之間是過(guò)渡帶，既產(chǎn)油又產(chǎn)濕氣，Ro在0.6%～1.1%之間[8-9]。張家灘頁(yè)巖生油母質(zhì)主要為腐泥型和腐殖-腐泥型，干酪根類(lèi)型為Ⅰ～Ⅱ1型。另外，長(zhǎng)7油層組在盆地內(nèi)大部分地區(qū)處于成熟階段，Ro值分布在0.7%～1.1%之間。

通過(guò)對(duì)比Barnett頁(yè)巖與張家灘頁(yè)巖生氣條件(見(jiàn)表1)可知，兩者生氣條件相似，根據(jù)Barnett頁(yè)巖氣藏模式及勘探開(kāi)發(fā)理論可以預(yù)測(cè)，張家灘頁(yè)巖資源潛力豐厚。

表1 Barnett頁(yè)巖與張家灘頁(yè)巖生氣條件對(duì)比

4 張家灘頁(yè)巖頁(yè)巖氣評(píng)估及有利區(qū)帶

注：SP為自然電位;GR為自然伽馬;AC為聲波時(shí)差;R為電阻率。圖1 長(zhǎng)7油層組“張家灘”頁(yè)巖測(cè)井響應(yīng)特征(柳評(píng)180井)

頁(yè)巖氣為自生自儲(chǔ)的天然氣聚集，要形成規(guī)模的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量要求頁(yè)巖厚度大且分布廣泛、有機(jī)碳含量高、有機(jī)質(zhì)演化程度適中、物性相對(duì)好、裂縫發(fā)育、脆性礦物發(fā)育、含氣量高。結(jié)合鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組測(cè)井響應(yīng)特征(見(jiàn)圖1)分析認(rèn)為，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組張家灘頁(yè)巖具備頁(yè)巖氣藏形成的地質(zhì)條件。參考美國(guó)5大商業(yè)性頁(yè)巖氣盆地評(píng)價(jià)參數(shù)[14]，根據(jù)現(xiàn)有資料，將長(zhǎng)7油層組烴源巖累計(jì)厚度達(dá)到30m以上的區(qū)域以及Ro值大于0.9%的區(qū)域作為頁(yè)巖氣最有利勘探區(qū)域。

5 結(jié) 論

1)張家灘頁(yè)巖與Barnett頁(yè)巖具有極其相似的沉積背景和沉積環(huán)境，主要沉積于封閉性較好的還原環(huán)境，形成具有相似性質(zhì)的沉積有機(jī)質(zhì)。

2)Barnett頁(yè)巖與張家灘頁(yè)巖具有相似的生氣條件，具有有機(jī)碳含量高、熱演化成熟、生烴潛力大的特征，根據(jù)Barnett頁(yè)巖成藏模式及勘探開(kāi)發(fā)理論可以預(yù)測(cè)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組張家灘暗色泥頁(yè)巖具有良好的頁(yè)巖氣資源潛力。

3)參考美國(guó)5大商業(yè)性頁(yè)巖氣盆地評(píng)價(jià)方法，根據(jù)現(xiàn)有資料，將長(zhǎng)7油層組張家灘頁(yè)巖累計(jì)厚度達(dá)到30m以上，Ro值大于0.9%的區(qū)域作為頁(yè)巖氣最有利勘探區(qū)域。

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[14]《頁(yè)巖氣地質(zhì)與勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐叢書(shū)》編委會(huì).中國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)研究進(jìn)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011：69-70.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.016

P618.13

A

1673-1409(2012)12-N050-03