濰北凹陷頁(yè)巖氣資源潛力分析

紀(jì)洪磊，劉莉，劉鵬飛

(1．山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253015；2．山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013；3．山東正維勘察測(cè)繪有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

地質(zhì)與礦產(chǎn)

濰北凹陷頁(yè)巖氣資源潛力分析

紀(jì)洪磊1，劉莉2，劉鵬飛3

(1．山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253015；2．山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013；3．山東正維勘察測(cè)繪有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

頁(yè)巖氣作為一種非常規(guī)能源，在北美已經(jīng)取得了相對(duì)較成熟的勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，濰北凹陷沉積了較厚的暗色泥頁(yè)巖，為摸清頁(yè)巖氣"家底"，筆者通過(guò)分析濰北凹陷央5井、昌64井等一系列鉆井取芯測(cè)試結(jié)果，對(duì)濰北凹陷孔店組二段地層暗色泥頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型、豐度、成熟度等頁(yè)巖氣形成條件進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明，濰北凹陷孔二段泥頁(yè)巖形成于淺湖相-深湖相環(huán)境，暗色泥頁(yè)巖厚度較大，有機(jī)質(zhì)含量、成熟度均較高，且埋藏較淺，具備頁(yè)巖氣形成條件，是省內(nèi)頁(yè)巖氣勘探的有利目標(biāo)層位。

濰北凹陷；頁(yè)巖氣；有機(jī)質(zhì)；成熟度

0 引言

頁(yè)巖氣是指賦存于富含有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖及其夾層中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣。近年來(lái)，美國(guó)頁(yè)巖氣的快速勘探開(kāi)發(fā)使得天然氣儲(chǔ)量迅速增加，超過(guò)俄羅斯成為世界天然氣生產(chǎn)第一大國(guó)。截至2013年，美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量超過(guò)2650億m3，達(dá)到了美國(guó)天然氣總產(chǎn)量的40%[1]。北美頁(yè)巖氣的成功開(kāi)發(fā)引發(fā)了全球頁(yè)巖氣勘探熱潮，2000年以來(lái)，我國(guó)也逐漸加大了對(duì)頁(yè)巖氣資源的研究力度[2-6]。

濰北凹陷古近系泥頁(yè)巖發(fā)育廣泛，累積厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度較高，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型較好，演化程度分布范圍較寬，大量油氣源對(duì)比結(jié)果證實(shí)為有效烴源巖，具備形成頁(yè)巖氣的物質(zhì)基礎(chǔ)①②。

1 構(gòu)造位置

濰北凹陷為一新生代斷陷盆地，呈北斷南超、北陡南緩、北深南淺的箕狀。西以廣饒凸起為界與濟(jì)陽(yáng)坳陷相接，東以昌邑-大店斷裂與魯東隆起相連，北鄰濰北凸起，南至魯西隆起，盆地面積約880km2。依據(jù)地層的沉積特點(diǎn)、構(gòu)造特征，濰北潛凹陷可進(jìn)一步劃分為北部洼陷帶、南部斜坡帶、灶戶(hù)斷鼻帶、瓦城斷階帶4個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。

圖1 濰北潛凹陷構(gòu)造圖

2 頁(yè)巖氣成礦地質(zhì)背景

2.1 泥頁(yè)巖沉積與展布特征

凹陷內(nèi)孔二段埋藏深度較淺，在1600～3800m。根據(jù)地震反射特征，凹陷北緣、東緣發(fā)育扇三角洲沉積相，凹陷北部地區(qū)發(fā)育淺湖相-半深湖相，北部、東部邊緣區(qū)分布湖盆濁積扇相，南部發(fā)育河流-三角洲沉積相*汪巍，東營(yíng)凹陷、濰北凹陷孔店組烴源巖地球化學(xué)特征對(duì)比研究及油源意義，成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006年。。

濰北潛凹陷富含有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖主要分布在北部洼陷帶孔二段地層中，按巖性可分為暗色泥巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、煤層和油頁(yè)巖，其中以暗色泥巖為主，主要分布在北部洼陷和灶戶(hù)斷鼻東北部，單層厚度可達(dá)5～15m，累計(jì)厚度達(dá)500m以上。碳質(zhì)頁(yè)巖在剖面上呈薄層狀與煤層交替，在孔二段上、中、下3個(gè)亞段均有分布，尤以下亞段和中亞段更為集中，主要分布在北部洼陷帶的南側(cè)及瓦城斷階北部一帶，單層厚度最大可達(dá)3～5m，最大厚度達(dá)30m以上。

2.2 儲(chǔ)集性特征

凹陷內(nèi)黏土礦物主要由混層礦物組成(表1)[7]，根據(jù)伊/蒙混層礦物含量推測(cè)凹陷不同深度的成巖溫度范圍，濰北凹陷生烴深度約為3000～4000m，溫度110～178℃。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，濰北潛凹陷孔隙度分布在0.9%～12.2%之間，平均孔隙度為5.6%(圖2)，滲透性分布在(0.01～0.282)×10-3um2之間，均值為0.097×10-3um2。

表1 濰北凹陷黏土礦物組成

2.3 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

濰北凹陷有機(jī)組分組成具有復(fù)雜多變的特點(diǎn)，復(fù)雜多變性既表現(xiàn)在垂向上分布的差異性又表現(xiàn)在平面上分布不均勻性。垂向上孔二段上亞段樣品有機(jī)質(zhì)主要為Ⅰ型和Ⅱ型，中亞段、下亞段樣品有機(jī)質(zhì)主要為Ⅲ型。平面上，凹陷東北部地區(qū)有機(jī)質(zhì)主要來(lái)自陸源植物碎屑，干酪根屬于Ⅱ，Ⅲ型；凹陷中部地區(qū)，浮游生物和藻類(lèi)相對(duì)發(fā)育，有機(jī)質(zhì)干酪根中腐泥組分明顯增多，最高可達(dá)90%左右，干酪根屬于Ⅰ型。顯示出濰北潛凹陷孔二段烴源巖非均質(zhì)性，也反映了濰北潛凹陷孔二段烴源巖母質(zhì)的多樣性及沉積的多變性(圖2)。

圖2 濰北凹陷孔二段孔隙度與深度關(guān)系圖

2.4 有機(jī)質(zhì)豐度

在油氣勘探中普遍采用有機(jī)碳含量指標(biāo)來(lái)代表烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度[8-10]。從分析結(jié)果來(lái)看，有機(jī)碳含量分布范圍較寬，介于0.4%～15.9%之間，平均含量約為2.62%，有機(jī)質(zhì)豐度較高，基本上達(dá)到了好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)[11-14]。

從縱向上看，以孔二上、孔二中相對(duì)較好，孔二下較差?？锥蠠N源巖有機(jī)碳達(dá)好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)的占總數(shù)的69%左右；達(dá)較好以上烴源巖標(biāo)準(zhǔn)的高達(dá)82%。孔二中烴源巖有機(jī)碳達(dá)好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)的占總數(shù)的34%左右；達(dá)較好以上烴源巖標(biāo)準(zhǔn)的占59%?？锥聼N源巖有機(jī)碳達(dá)好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)的占總數(shù)的36%左右；達(dá)較好以上烴源巖標(biāo)準(zhǔn)的高達(dá)57%。并且孔二中段烴源巖厚度大，為濰北潛凹陷的主力生油亞層①。

從平面上看，有機(jī)碳含量由邊緣到中部昌67、昌14、昌64等洼陷中心一帶，有機(jī)質(zhì)含量逐漸增多，有機(jī)質(zhì)豐度逐漸變高。北部洼陷樣品平均值為2.56%，部分巖屑樣品有機(jī)碳含量最高值達(dá)到15.9%，這與該段富集含碳質(zhì)頁(yè)巖和煤層有關(guān)。灶戶(hù)斷鼻帶地層厚度和烴源巖厚度都變薄，但烴源巖平均有機(jī)碳豐度較高。昌25井最高含量達(dá)15.8%，從樣品測(cè)試結(jié)果推測(cè)，濰北凹陷內(nèi)有機(jī)碳以瓦城斷階和北部洼陷兩個(gè)中心富集。南部斜坡帶接近沉積盆地邊緣，有機(jī)碳含量較低(圖3、表2)。

圖3 濰北凹陷孔二段地層TOC等值線(xiàn)圖

井名井深/m巖性干酪根類(lèi)型有機(jī)碳/%烴源巖質(zhì)量昌291265．0灰色泥巖Ⅱ21．51較好昌251314．0深灰碳質(zhì)泥巖Ⅲ15．80好昌311760．4褐色碳質(zhì)泥巖Ⅱ215．90好昌311836．2褐色泥巖Ⅱ11．52較好昌522115．0深灰色泥巖Ⅱ14．58較好昌522124．0深灰色泥巖Ⅱ19．99好昌522278．0深灰色泥巖Ⅱ22．20較好昌642443．3黑灰色泥巖Ⅱ11．10較好昌132655．0深灰色泥巖Ⅱ20．86好昌513002．0深灰色泥巖Ⅲ0．95較好昌191370．00灰色泥巖Ⅱ20．40較差昌191611．00灰色泥巖Ⅱ20．77較差昌191620．00灰色泥巖Ⅲ0．61較差昌191691．00灰色泥巖Ⅲ0．76較差昌191740．00灰色泥巖Ⅱ20．71較差昌52225．00灰色泥巖Ⅱ20．47較差昌102343．00灰色泥巖Ⅲ0．47較差昌142490．50灰色泥巖Ⅰ0．46較差昌92592．00灰色泥巖Ⅱ20．47較差昌92725．00灰色泥巖Ⅱ20．59較差

2.5 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度一般以鏡質(zhì)體反射率(Ro)指標(biāo)表示[14-17]。孔二段烴源巖的鏡質(zhì)體反射率(Ro)的變化范圍在0.4%～1.62%之間，2442～3820m深度范圍內(nèi)平均值為1.01%，總體上呈隨深度增加而增加趨勢(shì)。2500m左右時(shí)，鏡質(zhì)體反射率就達(dá)到0.5%，當(dāng)埋深達(dá)到3500m左右時(shí)，成熟度達(dá)到1.0%。由于凹陷內(nèi)不同地區(qū)地層的抬升剝蝕厚度和地溫梯度的差異，不同井點(diǎn)的生烴門(mén)限深度、生烴高峰的深度有所不同，相同埋深條件下處于凹陷中部的昌64井成熟度較高，在3000～3500m范圍內(nèi)成熟度為1.0%～1.33%，而位于北部邊緣區(qū)域的央5井在3300～4000m深度內(nèi)達(dá)到1.0%～1.62%(圖4)。根據(jù)濰北凹陷實(shí)測(cè)Ro值數(shù)據(jù)顯示*姜敏，東營(yíng)、濰北及沾化凹陷深層烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征研究，成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011年。，濰北潛凹陷孔二段烴源巖至少存在兩片烴源巖成熟區(qū)，即以北部洼陷為主體并包括灶戶(hù)斷鼻北部在內(nèi)的北部成熟區(qū)和以灶戶(hù)斷鼻南部為主體包括南部斜坡東段在內(nèi)的東南部成熟區(qū)[18]。即以北部洼陷為主體的北部成熟區(qū)和以南部斜坡東段在內(nèi)的東南部成熟區(qū)。以鏡質(zhì)體反射率0.5%為邊界圈定的這兩片地區(qū)占凹陷總面積一半以上。

圖4 濰北凹陷孔二段地層成熟度與深度關(guān)系圖

3 濰北凹陷頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)

根據(jù)北美地區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)[4]及《頁(yè)巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(DZ/T0254-2014)中參數(shù)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)濰北凹陷頁(yè)巖氣資源潛力進(jìn)行初步評(píng)價(jià)[19-20]。

濰北凹陷北部洼陷和灶戶(hù)斷鼻東北部暗色泥巖單層厚度達(dá)5～15m，累計(jì)厚度達(dá)500m，遠(yuǎn)大于30m頁(yè)巖有效厚度；孔二上、孔二中地層有機(jī)碳含量介于1.1%～15.9%之間，屬于中—高—特高頁(yè)巖氣層。埋藏深度為1600～3800m，屬于中淺層—中深層氣田，相對(duì)開(kāi)發(fā)投入成本較低。3000～3500m埋藏深度范圍內(nèi)成熟度達(dá)到1.0%～1.33%，熱演化程度低～中等，孔隙度分布在0.9%～12.2%之間，平均孔隙度為5.6%，達(dá)到中等級(jí)別。

綜上所述，濰北凹陷孔二段泥頁(yè)巖形成于深湖-淺湖相環(huán)境，暗色泥頁(yè)巖厚度較大，有機(jī)質(zhì)含量、成熟度均較高，且埋藏較淺，具備頁(yè)巖氣形成條件，是省內(nèi)頁(yè)巖氣勘探的有利層位。

致謝：論文在完成過(guò)程中，受到了中國(guó)石化勝利油田有限公司地質(zhì)科學(xué)研究院王永詩(shī)教授和朱家俊研究員的指導(dǎo)，在此致以誠(chéng)摯感謝。

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Potential Analysis on Shale and Gas Resources in Northern Weifang Depression

JI Honglei1, LIU Li2, LIU Pengfei3

(1. Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253015, China; 2. Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Institute, Shandong Jinan 250013, China; 3. Shandong Zhengwei Surveying and Mapping Institute, Shandong Jinan 250101, China)

Through analysis on formation conditions of dark shale thickness, organic matter type, abundance and maturity of shale and gas in the second section of Kongdian formation in Weibei depression, it is showed that shale in the second Kongdian formation in Weibei depression was formed in the shallow lacustrine facies - deep lacustrine environment. The thickness of dark shale is large, organic matter content and maturity are high, and buried in shallow part. It has shale and gas formation conditions and is favourable for the formation of shale gas exploration in the Shandong province.

Weibei depression; shale gas; organic matter; maturity

2015-09-16；

2016-08-26；編輯：曹麗麗

山東省地礦局礦產(chǎn)勘查項(xiàng)目《山東省魯北地區(qū)頁(yè)巖氣資源調(diào)查》編號(hào)(KC2013015)項(xiàng)目

紀(jì)洪磊(1984—)，男，山東濱州人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作；E-mail:jhl0543@163.com ①汪巍，東營(yíng)凹陷、濰北凹陷孔店組烴源巖地球化學(xué)特征對(duì)比研究及油源意義，成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006年。 ②姜敏，東營(yíng)、濰北及沾化凹陷深層烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征研究，成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011年。

P618.13

A

紀(jì)洪磊，劉莉，劉鵬飛.濰北凹陷頁(yè)巖氣資源潛力分析[J].山東國(guó)土資源，2017,33(1)：44-47.JI Honglei, LIU Li, LIU Pengfei.Potential Analysis on Shale and Gas Resources in Northern Weifang Depression[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：44-47.