淺析潮水盆地紅柳園坳陷頁巖氣有利目標區

胡永興，鄧 偉，楊 濤，馬永東，宿 虎，萬旭輝

（甘肅省地質調查院，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

近年來，隨著我國經濟的發展，能源需求持續增長，加快國內天然氣等清潔能源發展，對保障國家能源安全、調整能源結構、促進節能減排等都具有十分重要的意義[1]。頁巖氣作為一種清潔、高效的能源資源和化工原料，作為傳統天然氣的有益補充，其重要性不言而喻。潮水盆地經過幾十年的勘探開發研究，已發現青土井淺油藏。以往研究表明，盆地內具厚度大且穩定的暗色泥頁巖，分析其頁巖氣資源潛力，對以后進一步工作具有重要的指導意義。

2 區域地質概況

2.1 大地構造位置

潮水盆地位于甘肅省河西走廊的北部，西起桃花拉山—龍首山一線，東至巴彥烏拉山一帶，南始龍首山—阿拉古山-青山北側，北抵北大山南麓[2]。盆地呈東西走向，帶狀展布，西窄東寬，東西長約365km，南北寬30-75km，是甘肅省西部最大的中新生代沉積盆地。根據盆地基底性質、斷裂分割情況及現今的地貌特征等，將潮水盆地劃分為三坳兩隆共5個一級構造單元，即阿右旗坳陷、金昌坳陷、紅柳園坳陷、中央隆起和石板井隆起[3]（如圖 1 所示）。

2.2 區域地層

潮水盆地地層屬華北地層大區，阿拉善地層分區，盆地基地主要為前震旦系變質巖，在此基礎上沉積了寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系。盆地內主要的含油氣層位為中下侏羅統青土井群，主要出露于盆地南部龍首山的蘆草溝、炭井溝等地，呈條帶狀展布，在盆地北緣主要出露于阿右旗及紅砂崗一帶。盆地內除隆起和部分凸起缺失外，在各凹陷中均有分布，其中黃南凹陷沉積厚度最大，達1800m。按巖性可分為三段，為一套深湖-半深湖相和湖沼相為主的沉積建造，盆地中新生代地層情況見表1。

圖1 潮水盆地構造區劃圖[4]

圖2 紅柳園坳陷青土井群殘余厚度圖（據玉門油田）

表1 潮水盆地中新生代地層簡表

3 紅柳園坳陷特征及泥頁巖分布特征

紅柳園坳陷位于潮水盆地東北部，面積約2860km2，西北以斷層與北大山相接，東南以坳陷的邊界斷層與民勤隆起相鄰，西以不明顯界線與金昌坳陷相通，東以斜坡與巴彥烏拉山相鄰。坳陷中除沉積了一套中新生代地層之外，還沉積了一套下古生代的石炭二疊系。坳陷在侏羅系末期北部抬升幅度較大，部分侏羅系和石炭二疊系遭受剝蝕，坳陷可進一步細分為西渠凹陷、萊菔山斜坡二個次級構造單元[5]（如圖 1 所示）。

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態為主要存在方式的天然氣聚集[6]。而紅柳園坳陷的泥頁巖主要位于中侏羅世青土井群，且主要沉積分布于其內部的西渠凹陷內（如圖2所示），因此研究西渠凹陷內富有機質泥頁巖特征對分析紅柳園坳陷內頁巖氣資源具有重要意義。

4 紅柳園坳陷頁巖氣有利目標區

根據頁巖氣有利目標區預測參考標準[7]：含氣頁巖層段（富有機質）厚度應大于20m；頁巖的有機質含量大于等于1.0%；有機質熱演化程度Ro=1.0-3.5%；脆性礦物含量大于40%；埋深800-4000m；含氣量大于1.5m3/t。對潮水盆地紅柳園坳陷頁巖氣有利目標區做初步分析。

4.1 富有機質頁巖厚度

通過對潮水盆地紅柳園坳陷區域地質資料的研究，可知區內鉆井共3口（潮試5井、潮參1井、潮參2井），其中潮試5井位于坳陷邊緣（如圖3所示）。三口井有機質泥頁巖厚度分別為58m、263m（煤層7.5m)、120m，證明紅柳園坳陷內存在厚度大的富有機質泥頁巖，尤其是潮參1井附近即西渠凹陷西部次級凹陷內存在厚度大的富有機質泥頁巖（見表 2）。

表2 紅柳坳陷暗色泥巖統計表

4.2 有機碳含量

潮水盆地早中侏羅世有機碳含量總體上均較高，以往資料表明紅柳園坳陷有機碳含量介于2.0%～4.0%之間，潮參1井附近總有機碳含量TOC達到3%，其次，潮參1井有效頁巖層段（含氣頁巖段）1360～1440m有機碳含量為1.5%～4.2%，平均值為2.66%（見表 2、表 3）。

表3 潮參1井青二段有機質豐度評價結果表

由表3可知，潮水盆地紅柳園坳陷潮參1井（西渠凹陷）附近青土井群具備較高的有機碳含量。

4.3 有機質成熟度

潮參1井早中侏羅世泥頁巖鏡質體反射率分布范圍0.37%～0.60%，平均0.47%，表明早中侏羅世泥頁巖處于未熟-低熟生烴演化階段。該成熟度階段，以Ⅱ2型和Ⅲ型干酪根為主的早中侏羅世有機質可產生較多的天然氣。

從圖4可知，目標層鏡質體反射率Ro在2000m以下可達到1%，富有機質泥頁巖處于生氣階段，所以推測深部目標層鏡質體反射率大于1%。

4.4 脆性礦物含量

根據以往區域地質調查資料可知，潮水盆地富有機質泥巖中石英等脆性礦物含量一般在40%以上，介于41.7%～61.9%之間，反映了泥頁巖脆性特征較好，具有較好的可改造性，有利于后期開發。粘土礦物以伊蒙混層和伊利石為主，有利于天然氣的吸附。

4.5 埋深條件

根據潮參1井、潮參2井鉆探資料和以往地震剖面資料，表明紅柳園坳陷西渠凹陷內富有機質泥巖埋深均大于800m，有效泥頁巖層段在紅柳園坳陷最大埋深可達2200m，甚至更深。

圖3 紅柳園坳陷早中侏羅世富有機質泥頁巖等值線圖（據玉門油田）

圖4 潮參1井早中侏羅世鏡質體反射率（Ro）隨深度變化曲線（據玉門油田）

4.6 生氣條件

潮參1井青土井群有三處氣測異常顯示，錄井分別解釋為炭質頁巖含氣、炭質泥巖含氣和油頁巖含殘余油氣。潮參2井在井段3237.4-3329.0m共見油氣顯示17.3m/6層。由于潮水盆地頁巖氣勘探成果極少，關于頁巖含氣量的數據和實驗很少，且等溫吸附實驗測得的吸附氣量只能反映泥巖的最大吸附能力，并不能作為含氣量的真實指標。由于泥頁巖的含氣量除了受氣儲集性能的影響之外還受生氣量、逸散氣量等多種因素的影響，故推測潮水盆地青土井群有效泥頁巖段含氣量較好。

5 結論

綜上對潮水盆地紅柳園坳陷地質特征和富有機質泥頁巖的特征分析可得到如下結論：

（1）潮水盆地紅柳園坳陷富有機質頁巖的有機碳含量（TOC）、熱成熟度（Ro）高，且厚度較大，具有較好的資源潛力。

（2）紅柳園坳陷內富有機質泥頁巖主要分布于其內的西渠凹陷，而西渠凹陷內西部次級凹陷的各項指標更有利于頁巖氣賦存，故紅柳園坳陷的頁巖氣最佳賦存位置為西渠凹陷的西部次級凹陷。