皖南地區二疊系泥頁巖有機地球化學特征

張海峰

（甘肅省地質調查院，甘肅 蘭州 730000）

頁巖氣是指由賦存在基質礦物孔和微裂縫中的游離氣、有機質和黏土礦物微孔隙及表面的吸附氣以及瀝青或水中的溶解氣構成的非常規天然氣［1］。下揚子地區二疊系富有機質泥頁巖具分布廣、厚度大、有機質豐富（普遍＞2%），且熱演化程度較高（Ro＝1.3% ～3.0%）的特點［2-3］，具有良好的頁巖氣地質條件。本文從有機質豐度、有機質類型及成熟度三個方面來評價皖南地區二疊系泥頁巖生烴潛力，為后期該區頁巖氣的勘探和評價提供參考。

1 地質背景

下揚子地區構造演化經歷了晚新元古代至三疊紀末期的穩定大陸板塊邊緣階段和印支運動之后西太平洋大陸板塊邊緣階段，形成江南隆起帶和蘇皖構造帶兩個大的構造單元［4］。研究區位于下揚子皖南地區，屬皖南—蘇南坳陷，面積約12000km2。該地區二疊系發育有一套海陸過渡相含煤系富有機質泥頁巖，自下而上為棲霞組（P1q）、孤峰組（P2g）、龍潭組（P3l）和大隆組（P3d），自印支期以來該區經歷了多期構造運動，周緣構造活動對地層的破壞會影響頁巖儲層的儲集空間和氣體的保存［5］。蕪湖地區HC井和CC井顯示二疊系泥頁巖具厚度大、有機碳豐度高特點。因此以皖南地區二疊系頁巖為對象開展其有機地球化學特征研究。

2 樣品采集

在蕪湖HC和CC井共采集149塊巖心樣品，取樣深度為83.5～351.3 m，層位為大隆組、龍潭組和孤峰組；對樣品均進行了TOC、Rock-eval、鏡質體反射率和顯微組分分析，用來研究二疊系樣品的有機地球化學特征。

3 結果與討論

3.1 有機質豐度

從TOC縱向分布特征來看，富有機質泥頁巖主要分布在大隆組和孤峰組層位，在龍潭組泥頁巖的有機碳質量分數普遍較低。根據本次測試結果，二疊系泥頁巖的有機碳含量較高，其質量分數為0.047%～18.8%（平均為3.11%）；從TOC分布頻率上看，有機碳質量分數主要分布在0%～1%和1%～2%的范圍，但在2%～4%、4%～8%以及大于8%仍有較多的數量。生烴潛量為0.03%～4.08 mg／g（平均值為 0.90 mg／g）；從其分布頻率來看，生烴潛量主要分布在0～1 mg／g和2～4 mg／g的范圍，生烴潛量整體很低。從生烴潛力上看，泥頁巖屬于差的烴源巖級別，原因在于泥頁巖處于高過成熟階段，基本完成了生氣過程，因而，作為非常規油氣儲層，較高的有機質質量分數能為頁巖提供充足的氣源以及儲存空間。

3.2 有機質類型

巖石熱解參數是評價巖石生烴潛力的直接和較有效的參數。本次熱解分析的樣品中，氫指數（HI）分布在0.14～47.93 mg／g TOC，平均為 9.71 mg／g TOC。最大熱解峰值（Tmax）分布在448～561oC，平均為523.79oC。根據Tmax—HI圖版，多數樣品落在II2-III型有機質范圍內。

通過對樣品進行全巖顯微組分鏡下分析，二疊系泥頁巖的顯微組分為腐泥組、固體瀝青和鏡質組。固體瀝青的含量最高，分布在53.6%～85%，其次是腐泥組，含量在0～41%，鏡質組和惰質組具有少量的含量，分別為0～15%和0～8%。從顯微組成上來看，二疊系頁巖的有機質類型較為復雜，從II1—III型均有分布，其中II1型分布在大隆組和孤峰組，III型分布在龍潭組，與其形成的沉積環境密切相關。前人研究認為孤峰組泥頁巖形成于深水盆地相，干酪根碳同位素值介于-28.7‰～-26.5%，有機質類型被劃為II型；龍潭組泥頁巖形成于濱岸沼澤—三角洲相，干酪根碳同位素值介于-28.5‰～-24.3%，有機質類型被劃為II-III型；大隆組泥頁巖形成于盆地—深水陸棚相，干酪根碳同位素值介于-29‰～-24%，有機質類型被劃為II-III型，以II型為主。因此，整體上看，二疊系泥頁巖的有機質類型為II-III型，以II型為主。

3.3 成熟度

下揚子地區二疊系頁巖中含有較為豐富的鏡質組含量，可以較為精確的確定頁巖的成熟度。潘繼平等認為下揚子地區二疊系頁巖普遍處于高成熟—過成熟階段。

對于較低成熟度的泥頁巖樣品，通過巖石熱解分析獲得巖石的HI和Tmax等指，標劃分的類型初步判識成熟度高低。但是由于Tmax普遍較高，分布在448～561oC（圖1a）（平均為523.79oC），而泥頁巖樣品的HI均很低，說明熱成熟度較高，巖石熱解分析已經不適合二疊系泥頁巖的評價。本次研究的皖南地區二疊系泥頁巖巖心樣品的成熟度范圍為2.3%～2.7% （圖1b），主要分布在2.4%～2.6%的范圍內（平均為2.5%）。由此可見，高成熟度有利于泥頁巖中有機質孔的發育和保持，是頁巖氣勘探的有利成熟度范圍。

圖1 皖南地區二疊系泥頁巖成熟度分布

4 結論

皖南地區二疊系泥頁巖的有機碳含量總體較高，質量分數為 0.047% ～18.8%（平均為3.11%），富有機質泥頁巖主要分布在大隆組和孤峰組。生烴潛量為0.03～4.08mg／g（平均值為0.90 mg／g），表明生烴潛力較小，反映了二疊系頁巖已基本完成生烴過程。通過熱解參數、干酪根顯微組分綜合分析，二疊系泥頁巖的類型為II-III型，大隆組和孤峰組以II型為主，龍潭組以II-III型為主。二疊系泥頁巖的鏡質體反射率Ro為2.3%～2.7%（平均為2.5%）；最大熱解峰溫分布在448～561oC，平均為523.79oC，表明二疊系頁巖處于高過成熟階段，以生干氣為主。該認識對推動下揚子地區二疊系頁巖氣的勘探和評價具有一定的參考意義。