東營凹陷沙三下亞段頁巖氣前景分析

趙季初

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州　253015)

東營凹陷沙三下亞段頁巖氣前景分析

趙季初

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州253015)

頁巖氣作為我國最近列入的新型礦產(chǎn)，其勘探與開發(fā)引起了全國的高度重視。位于魯西北平原區(qū)的東營凹陷是勝利油田的主產(chǎn)地，古近紀地層中油氣資源豐富，必將成為我國下步頁巖氣勘查與開發(fā)的主戰(zhàn)場之一。該文在東營凹陷牛38井的取芯分析結(jié)果基礎上，對東營凹陷沙三下亞段的頁巖孔隙度、總有機碳含量、熱演化程度及脆性礦物含量進行系統(tǒng)分析，預測該段地層具備頁巖氣藏的形成條件。

頁巖氣；總有機碳含量；脆性礦物含量；熱演化程度；東營

引文格式：趙季初.東營凹陷沙三下亞段頁巖氣前景分析[J].山東國土資源，2015,31(3):25-28.ZHAO Jichu.Prospect Analysis of Shale Gas at the Bottom of the Third Section of Shahejie Formation in Dongying Sag[J].Shandong Land and Resources,2015，31(3)：25-28.

東營凹陷是渤海灣裂谷系內(nèi)大型寬緩的中、新生代張扭型半地塹伸展盆地[1]。凹陷北以陳南斷層為界，與陳家莊凸起相鄰，南以齊河-廣饒斷裂為界，與魯西隆起及廣饒凸起相鄰，向西以平南斷層和高青斷層為界，向東與青坨子凸起相鄰。根據(jù)基底構(gòu)造形態(tài)，可劃分為北部陡坡帶、南部緩坡帶、中央隆起帶及洼陷帶4個單元(圖1)，面積5700km2[2，3]。凹陷中發(fā)育有巨厚的古近紀地層，主要由湖相成因的砂巖和泥巖組成[4]。據(jù)前人研究成果，東營凹陷內(nèi)富有機質(zhì)的頁巖層主要賦存于古近紀沙河街組沙四上亞段、沙三下亞段與沙一段[5]。該文重點對沙三下亞段頁巖氣的前景進行分析。

圖1　東營凹陷位置與構(gòu)造綱要圖

1　沙三下亞段巖性特征

沙三下亞段為深斷陷期潮濕氣候條件下的深湖—半深湖相沉積，巖性主要為灰色、灰褐色油頁巖與深灰色泥巖組成的不等厚互層。下部巖性為厚層泥巖、灰質(zhì)泥巖夾薄層油頁巖，厚度較小；中部以油頁巖為主，夾泥巖、灰質(zhì)泥巖，厚度較大；上部為泥巖、灰質(zhì)泥巖夾油頁巖。該亞段沉積時期，湖水較深，湖內(nèi)浮游生物極為繁盛，溝鞭藻類、疑源類、介形類及魚等生物遺體常形成夾在泥質(zhì)紋層中間的有機質(zhì)富集層(圖2)。泥頁巖的發(fā)育以中部湖擴展體系域最為有利，有機質(zhì)更為富集。暗色泥巖厚度一般在300m左右，最厚可達500m，富含有機質(zhì)頁巖厚度為150～200m。

圖2　巖芯中發(fā)現(xiàn)的魚化石(牛38井，3306m)

2　頁巖氣形成條件分析

頁巖作為烴源巖，頁巖氣的產(chǎn)量與其總有機碳含量(TOC)、有機質(zhì)的成熟度(以鏡質(zhì)體反射率Ro大小衡量)、有效厚度等密切相關[6，7]。《頁巖資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》[7](DZ/T0254-2004)附錄中對頁巖孔隙度、總機碳含量、熱演化程度及脆性礦物含量進行分類。該文通過對比分析區(qū)內(nèi)沙三下亞段頁巖這幾個指標的狀況，研究頁巖氣的形成條件。

2.1頁巖孔隙度

據(jù)以往研究成果，東營凹陷內(nèi)古近紀碎屑巖地層經(jīng)歷了強烈的壓實壓溶作用和膠結(jié)作用，原生孔隙消失殆盡；但由于方解石類、黃鐵礦、高嶺石及綠泥石等成巖礦物大量析出形成較高的次生孔隙，且后期溶解作用使深層碎屑巖產(chǎn)生粒間溶孔、溶縫、溶蝕填隙物內(nèi)孔隙和鑄模孔等次生孔隙[8]。根據(jù)東營凹陷內(nèi)的萊38-8井及樊3井測井解譯成果，沙三亞段的孔隙度在11%～18%之間(圖3)，是孔隙度高的頁巖，有利頁巖氣的儲集。

圖3　沙三下亞段泥巖孔隙度

2.2總機碳含量

有機碳含量是頁巖氣藏評價中的一個重要指標，有機碳含量愈高，氣藏富集程度愈高[9]，據(jù)Boyer等對美國主要頁巖氣藏統(tǒng)計數(shù)據(jù)，頁巖的含氣量(吸附氣及游離氣總量)隨頁巖中有機碳含量的增加呈線性增大(圖4)。規(guī)范中關于儲量起算標準為：總有機碳含量下限標準TOC≥1.0%。

圖4　頁巖中有機碳含量與含氣量關系曲線圖(據(jù)Boyer，2006年；1SCF=0.0283m3)

東營凹陷區(qū)內(nèi)沙三下亞段烴源巖有機質(zhì)豐度比較高，TOC多數(shù)為2%～5%，其中油頁巖的TOC為5%～19%。干酪根類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，推測水生生物是烴源巖有機質(zhì)的主要來源[10]。據(jù)東營凹陷中南部的牛38井連續(xù)取芯與測試分析結(jié)果，在埋深3170～3260m區(qū)段，巖性以泥巖與砂質(zhì)泥巖為主，夾粉細砂薄層，TOC含量1.2%～4.3%，平均含量2.2%；在埋深3260～3330m區(qū)段，巖性為鈣質(zhì)泥巖與泥巖互層，TOC含量1.6%～5.9%，平均含量3.1%；在埋深3330～3368m區(qū)段，巖性為粉細砂與油頁巖互層，TOC含量0.5%～13.4%，平均含量4.5%(圖5)。由此可見，東營凹陷內(nèi)沙三下亞段為總有機碳含量高的頁巖，可以形成頁巖氣藏。

2.3鏡質(zhì)體反射率(Ro)

頁巖氣藏按其天然成因可分為熱成因型、生物成因型及混合成因型三大類[11]，東營凹陷沙三下亞段頁巖氣藏為熱成因型。頁巖中有機物的熱成熟度是熱成因型頁巖氣藏形成的關鍵因素之一，通常用鏡質(zhì)體反射率Ro來衡量，有機質(zhì)熱變質(zhì)作用愈深，鏡質(zhì)體反射率愈大。規(guī)范規(guī)定頁巖氣儲量起算標準的鏡質(zhì)體反射率Ro的下限標準Ro≥0.7%。有機質(zhì)的成熟度與其在地質(zhì)歷史時期所遭受的最高溫度具有良好的相關關系，據(jù)陳墨香等選用的2眼標準井建立的相關關系[12]，遼河油田西部凹陷的馬深1井關系式為：

圖5　牛38井沙三下亞段巖性與TOC含量柱狀圖

Ro=0.00000285T2.591

華北油田饒陽凹陷的寧3井關系式為：

Ro=T/80.9494-0.745

通過對東營凹陷內(nèi)75眼沙一至沙三段油井溫度的統(tǒng)計資料，東營凹陷內(nèi)頁巖的現(xiàn)狀溫度與深度之間的關系式為：

T=11.32+0.0367H

式中：T為溫度(℃)，H為埋深(m)，Ro為鏡質(zhì)體反射率(%)

采用上述關系式對牛38井沙三下亞段不同深度處頁巖的鏡質(zhì)體反射率進行計算，結(jié)果表明該井頁巖的鏡質(zhì)體反射率Ro在0.82%～0.93%之間(表1)，據(jù)張美珍等研究成果，東營凹陷沙三下亞段有效烴源巖的真實成熟度一般應在0.56%～1.01%范圍內(nèi)[12]，為熱演化程度低的頁巖，但大于頁巖氣儲量起算標準下限Ro=0.7%。此外，據(jù)萬從禮等研究成果，東營凹陷沙三段地層中發(fā)育有面積超過28km2的輝長巖侵入巖體，這些侵入巖體的熱作用與催化作用能大大提高周邊頁巖中有機質(zhì)的熱成熟度[13]。綜上所述，東營凹陷沙三下亞段具備形成頁巖氣藏的有機質(zhì)熱成熟度。

表1　牛38井沙三下亞段不同深度處頁巖的Ro值

2.4脆性礦物含量

根據(jù)規(guī)范，脆性礦物含量大小與頁巖產(chǎn)層壓裂改造的難易程度有關，要獲得較好的壓裂效果，頁巖中脆性礦物含量要大于30%。東營凹陷沙三下亞段泥巖中脆性礦物含量高，據(jù)李政等測試的78塊泥巖樣品中[14]，陸源礦物碎屑(長石、石英)及黃鐵礦等脆性礦物平均含量達35.9%，此外，脆性略差的碳酸鹽礦物平均含量達38.3%(表2)，為脆性礦物含量高—中的頁巖。因此，東營凹陷沙三下亞段泥巖具備頁巖氣開發(fā)的脆性礦物含量。

表2　東營凹陷沙三下亞段泥頁巖礦物組成統(tǒng)計

3　結(jié)論

綜上所述，東營凹陷內(nèi)沙三下亞段具備頁巖氣藏形成的頁巖孔隙度、總機碳含量、熱演化程度及脆性礦物含量，其中最有利的層段為沙三下亞段中部的鈣質(zhì)泥巖與泥巖互層段(如牛38井的3260～3330m區(qū)段)。

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Prospect Analysis of Shale Gas at the Bottom of the Third Section of Shahejie Formation in Dongying Sag

ZHAO Jichu

(Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253015, China)

Shale gas has been listed as a new type of mineral resource recently in China. Its exploration and development has been paid great attention. Dongying sag is located in Luxibei plains. It is a main producing area of Shengli oilfield. Oil and gas resources are rich in Paleogene strata. It will become one of the key area of shale gas exploration and development in our country in the next step. Based on the core analysis results of No.38 Niu well in Dongying sag, porosity, total organic carbon content, thermal evolution degree and the brittleness mineral content of mudstone at the bottom of the third section of Shahejie formation in Dongying sag have been analyzed comprehensively. It is predicated that there is bright future for shale gas prospecting in this area.

Shale gas; total organic carbon content; brittleness mineral content; thermal evolution degree; Dongying city

2014-08-28；

2014-10-23；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

趙季初(1975—)，男，湖南邵東人，高級工程師，主要從事礦產(chǎn)與水工環(huán)地質(zhì)勘查；E-mail:zhaojichu_1@163.com

P618.13

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