鄂爾多斯盆地北部杭錦旗頁巖氣成藏條件分析

李金濤,李　恒（內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局,呼和浩特010010）

鄂爾多斯盆地北部杭錦旗頁巖氣成藏條件分析

李金濤,李恒
（內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局,呼和浩特010010）

杭錦旗地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，完鉆井揭示本溪組、山西組泥頁巖單層厚度較大，且平面分布穩(wěn)定。取心化驗分析結(jié)果表明，本溪組、山西組段頁巖有機質(zhì)豐度較高，熱演化程度適中；錄井和測井解釋見到了較好的含氣性和較厚的暗色泥頁巖，因此本區(qū)具備較大的頁巖氣勘查潛力。

杭錦旗；頁巖氣；條件分析

0　引言

杭錦旗區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地北部伊盟隆起帶上，其總體呈東西向展布，隆起北部是河套斷陷，南面與伊陜斜坡、天環(huán)坳陷呈過渡關(guān)系，東西以清水河斷層及桌子山斷層為界，內(nèi)部發(fā)育有東西走向的北傾逆斷層，是一個繼承性很強的隆起。寒武系和下奧陶統(tǒng)向其南坡超覆尖滅，石炭二疊紀在西北部有較厚沉積。

目前，頁巖氣、煤層氣及天然氣綜合勘探已成為共識。杭錦旗地區(qū)發(fā)育一套上古生界石炭-二疊系太原組、山西組頁巖氣目的層系。針對天然氣資源，在本區(qū)已取得重大突破，展示出較好的勘探潛力。因此在本區(qū)有望同時獲得頁巖氣資源或天然氣圈閉聚集。

1　地質(zhì)背景

1.1構(gòu)造背景

鄂爾多斯地塊位于華北克拉通的西部，盆地位于華北石炭二疊紀及三疊紀之上，繼承了前期構(gòu)造的穩(wěn)定性。杭錦旗區(qū)塊所在的伊盟隆起區(qū)是由次一級的烏蘭格爾凸起、杭錦旗斷階、公卡汗斷塊和烏加廟凹陷構(gòu)成的（圖1），現(xiàn)今的構(gòu)造格局呈東西走向，略向南突出的弧形，整體表現(xiàn)為一西南傾大型單斜構(gòu)造。隆起內(nèi)部發(fā)育多條深層隱伏斷層，使盆地基底結(jié)構(gòu)、構(gòu)造差異明顯，如杭錦旗三眼井地區(qū)為近東西向航磁異常，發(fā)育有三眼井斷層；泊爾江海子斷層控制著隆起中北部構(gòu)造和沉積的發(fā)育。杭錦旗地區(qū)自中元古代開始隆起后，直到晚石炭世才開始接受沉積，沒有受到明顯的后期改造，一直處于穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境中，整體處于沉降狀態(tài)。因此，本區(qū)上古生界暗色泥頁巖主要是伴隨煤系地層而形成的，其分布是受到局部地質(zhì)構(gòu)造的影響。

1.2沉積背景

從結(jié)晶基底形成以后直到早古生代末，杭錦旗地區(qū)基本處于隆起剝蝕狀態(tài)，其頂部缺失中新元古界和下古界，直到石炭紀全區(qū)才開始普遍接受沉積。晚石炭世太原組沉積主要為一套海陸交互相的含煤碎屑巖沉積，主要分布在杭錦旗區(qū)塊南部。二疊紀沉積主要呈現(xiàn)具近源特征的沖積扇—河流相的沉積組合。

在晚石炭世至早二疊世，鄂爾多斯盆地北部具有很強的穩(wěn)定性和繼承性，表現(xiàn)出克拉通盆地的發(fā)育特征，盆地由裂陷型轉(zhuǎn)化為寬廣坳陷型，北部地區(qū)構(gòu)造特點也由中間隆起、東西兩側(cè)坳陷的鞍形特征變?yōu)樾逼绿卣鳌：煎\旗地區(qū)穩(wěn)定下降，沉積作用明顯減弱，東西兩側(cè)坳陷而積不斷增大，沉積體系的充填和遷移建造了穩(wěn)定而又開闊的淺水平臺，因而有利于泥炭沉積的持續(xù)發(fā)育。早期基底北高南低的繼承性隆升構(gòu)造特點，直接導(dǎo)致了鄂爾多斯盆地北部地區(qū)上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組地層由南向北減薄。山西組沉積期，盆地的北緣抬升和廣泛的海退事件，杭錦旗地區(qū)中央古隆起已趨于消失，使聚煤中心發(fā)生了由北向南的遷移，已由內(nèi)蒙退至山西省境內(nèi)。

2　暗色泥頁巖生烴條件

2.1發(fā)育特征與分布

杭錦旗地區(qū)上古生界石炭-二疊系本溪組、山西組泥巖發(fā)育，累積和單層厚度大，巖性以中層泥頁巖及薄層粉砂巖、砂巖不等厚互層為主，泥頁巖橫向發(fā)育穩(wěn)定，泥頁巖有機質(zhì)豐度、成熟度高，對于頁巖氣富集成藏條件較為有利。

杭錦旗南部生烴潛力明顯大于北部，具有南厚北薄、東厚西薄、凹陷最為發(fā)育的特點。研究區(qū)上古生界烴源巖暗色泥巖總厚一般60～80m，南部最厚可達120m，煤層發(fā)育相對較薄，一般為5-10m，南部煤層最厚可達20m，均為該區(qū)頁巖氣的形成提供了較好的物質(zhì)基礎(chǔ)，見圖2。

暗色泥巖厚度是評價其生氣能力大小的基本指標之一；鉆探揭露本區(qū)在侏羅系中下統(tǒng)延安組、三疊系上統(tǒng)延長組、二疊系下統(tǒng)山西組及石炭系太原組均存在一定厚度的烴源巖，據(jù)錦71井資料顯示：延安組厚109.0m；延長組厚137.0m；山西組厚28.39m；太原組厚34.1m。而且延安組、山西組和太原組發(fā)育數(shù)套一定厚度的煤層也是該區(qū)較好的烴源巖，錦71井煤層厚35.3m（其中延安組厚19.0m；山西組厚5.8m；太原組厚10.5m）；錦10井煤層厚17.1m；錦21井煤層厚10m；錦7井15m，錦32井煤層厚31.9m，說明杭錦旗地區(qū)生烴條件較好，是杭錦旗地區(qū)頁巖氣資源較為充裕的地區(qū)。另外，下古生界奧陶系灰色灰?guī)r類也具一定的生烴能力，是本區(qū)另一重要烴源巖。

2.2儲層特征

杭錦旗地區(qū)石炭二疊系地層受到基底斷裂的影響，構(gòu)造節(jié)理裂隙較為發(fā)育。據(jù)本區(qū)鉆井資料顯示，本區(qū)節(jié)理裂縫均較為發(fā)育，部分被方解石和石膏充填。裂縫的發(fā)育將提高儲層的連通和滲流能力，對頁巖氣運移成藏及儲滲均有重要意義。

本區(qū)石炭二疊系暗色泥巖礦物成分以石英和粘土礦物為主，石英長石平均含量達60%左右，粘土礦物平均含量為30%左右。粘土礦物含量高，表明泥巖的微孔隙較為發(fā)育；石英長石含量較高有利于巖層壓裂產(chǎn)生裂縫。

本區(qū)上古生界為中孔、低滲層，上古生界孔隙度平均值為10.20%，滲透率平均值5.22×10-3μm2。據(jù)研究區(qū)西部伊22井測井資料顯示，山西組及太原組地層平均孔隙度8.5%，對后期頁巖氣壓裂開發(fā)較為有利。

2.3有機質(zhì)豐度及類型

有機質(zhì)類型是研究烴源巖特征的重要參數(shù)，它控制著生成烴類的數(shù)量，生成烴類的類型。本區(qū)石炭二疊系煤巖類型屬腐煤—腐殖型，干酪根H/C為0.54-0.59，飽和烴/芳香烴為0.125-0.46。

杭錦旗地區(qū)Ro值為1.2%左右，表明烴源巖的成烴演化已普遍進入成熟階段，說明勘查區(qū)上古生界烴源巖均已進入成熟階段、還沒有進入生氣高峰期。據(jù)本區(qū)伊23井資料顯示，山西組及太原組煤層鏡質(zhì)組反射率達4%，有機碳含量0.81-1.38%之間，氯仿瀝青“A”含量一般介于0.025-0.035%之間，有機質(zhì)豐度高，生烴潛力較大。

3　含氣量

杭錦旗地區(qū)石盒子組天然氣勘查開發(fā)程度較高，已探明的天然氣儲量500億立方米，目前已有4口井伊1、錦6、錦7、鄂3、錦11、錦9及錦71井均獲工業(yè)氣流，年可向杭錦旗供氣3-5億立方米，是鄂爾多斯大氣田的主要組成部分。因此對該區(qū)石炭二疊系頁巖展布及含氣性控制程度也相對較高，但目前還幾乎沒有開展對該層位的頁巖氣資源進行開發(fā)。

錦71井位于研究區(qū)南部，揭露山西組地層厚度為67.7m，太原組地層厚度為40m，均為大段暗色泥頁巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，氣測異常層位多達10層，累計厚度為41m，其中山西組暗色泥頁巖現(xiàn)場氣測值最高可達9.15%，太原組暗色泥頁巖現(xiàn)場氣測值最高可達16.58%。根據(jù)其測井資料顯示，太原組3141.1m-3143.8m暗色泥巖段為氣層，含氣飽和度為55.3%，滲透率為0.97md，孔隙度為13.3%，顯示出較好的頁巖氣資源賦存條件及勘查潛力。

4　結(jié)論

通過分析杭錦旗地區(qū)頁巖氣資源賦存條件可知，本區(qū)發(fā)育一套上古生界石炭-二疊系太原組、山西組頁巖氣目的層系，生烴條件較好、有機碳含量高、儲層物性條件好、埋深較大及控制程度高等有利條件。本區(qū)石盒子組及山西組砂巖天然氣勘查程度較高，但針對石炭二疊系頁巖氣資源還缺乏專門的研究與勘查開發(fā)，因此，下一步可加大本區(qū)頁巖氣資源的勘查研究。