南祁連盆地陽康地區尕勒得寺組泥頁巖有機地球化學及儲層特征

肖龍 楊成 趙金成 王佳 劉超 祁海瑞 邊君

摘要：基于南祁連盆地下日哈坳陷和哈拉湖坳陷剖面及井內樣品測試分析，從有機質類型、有機質豐度、成熟度、孔隙類型、物性特征及孔隙結構方面對尕勒得寺組泥頁巖有機質地球化學特征及儲層特征進行了評價。認為尕勒得寺組有機質類型較好，以Ⅱ型為主，有機質豐度達到了中等—好烴源巖級別，成熟度達到了過成熟階段，以滯留烴裂解生氣為主，具備一定的產氣能力。礦物組分以黏土礦物為主，次為石英，脆性指數低，頁巖氣開發階段對儲層改造要求較大；蒙脫石在伊蒙混層中含量較低，顯示為晚成巖作用階段。尕勒得寺組孔體積較好，以微孔和中孔為主；比表面積較大，主要受納米級微孔控制，黏土礦物粒間孔及有機質孔貢獻較大，總體來說尕勒得寺組具備較好的生儲條件。

關鍵詞：南祁連盆地；尕勒得寺組；有機地球化學；儲層特征

南祁連盆地廣泛發育陸相半深湖—深湖相上三疊統尕勒得寺組，是南祁連盆地油氣地質條件最有利的地層[1]，近年來該地層在木參1井、木參2井及DK-9井見有高原凍土層天然氣水合物及油氣顯示[2、3、4]。但開展的研究工作多集中在木里坳陷，而缺少對陽康周邊哈拉湖坳陷和下日哈坳陷的頁巖氣相關調查研究工作，本次通過4條實測剖面、1口鉆井及分析測試等資料，從TOC、Ro、有機質類型、礦物組成、孔隙類型、孔隙結構、物性特征等方面探討其有機地球化學特征及儲層特征，為南祁連地區頁巖氣勘探提供基礎資料。

1.地質背景

南祁連盆地位于青藏高原東北部，是指沉積在加里東褶皺基底之上的二疊—三疊系分布地區[5]，大地構造位置處于北祁連構造帶、宗務隆構造及阿爾金走滑斷裂之間[6]，上三疊統尕勒得寺組分布面積約6100km2（圖1），地球化學指標好[7]。木里坳陷DK-10鉆孔遇高壓可燃氣體，工業氣量可達4800m3/d，木參2井見氣測錄井異常段達79m，均見有良好的含氣顯示，諸多現象表明南祁連地區具備有一定的頁巖氣成藏地質條件。

2.樣品采集與測試

本次泥頁巖樣品共采集4個地質剖面和1口鉆井的樣品（圖1），采樣間距在1m～3m。其中，HPGD-1采集57件，HPGC-2采集22件，XPGA-1采集12品件，XPGA-2采集8件，天頁1井采集257件。樣品均送至重慶礦產資源監督檢測中心，經總有機碳測試儀器總碳分析儀/ZJ294，巖石熱解測試儀器油氣評價儀/OG-2000V，氯仿瀝青“A”測試儀器電子天平AE240，干酪根顯微組分測試儀器偏光顯微鏡/Leica DM4500P，碳同位素分析測試儀器FinnganMAT—252質譜儀，元素分析測試儀器元素分析儀vario Macro，掃描電鏡/JEOL JSM-6610LV，全巖、黏土X衍射測試儀器X射線衍射儀/ZJ207 Bruker D8 advance，孔滲測試儀器為覆壓孔滲儀AP608，比表面積和微孔分析儀ASAP202，孔徑分析儀/MicroActiveASAP2460測試。

3.有機地球化特征

（1）有機質類型。由于南祁連地區烴源巖樣品受熱演化和風化程度影響較大，熱解參數和可溶有機組分反映有機質類型可信度低，因此，在分析有機質類型時采用碳同位素為主，鏡下鑒定為輔[8-9]。

通過泥頁巖干酪根碳同位素顯示（圖2），碳同位素13C值介于-29.59‰～-24.71‰，主要屬于Ⅱ型[10]。尕勒得寺組頁巖顯微組分主要為鏡質組和腐泥組，少量惰質組和殼質組（表1），有機質類型指數在-80～61，有機質類型主要為Ⅱ2-Ⅲ型。由于尕勒得寺組泥頁巖熱演化程度較高，鏡下顯微組分顆粒難以區分，導致鏡檢組分劃分有機質類型可靠程度較低，與干酪根碳同位素有所差異。按照范氏（Van Krevelen）的H/C、O/C比值進行干酪根分類方案級投點（圖3），尕勒得寺組甚至完全落在了Ⅲ型干酪根區間[11]，與碳同位素方法反應結果有一定差異，原因應為其熱演化程度異常高，氫和碳大量流失，使H/C含量降低，巖石熱解法對高成熟度有機質類型劃分準確性不高。

（2）有機質豐度。通過對泥頁巖樣品有機碳含量（TOC）分析測試統計可知（圖4），TOC介于0.01%～17.25%，平均值為1.25%，其中中等烴源巖級別占26.80%，好的烴源巖級別占36.74%，大部分達到了中等—好烴源巖級別。通過可溶有機組分可知，氯仿瀝青“A”含量分布范圍為0.0005%～0.02225%，平均值為0.00403%，均低于烴源巖標準的下限0.015%（表2），生烴潛量（S1+S2）分布范圍為0.009mg/g～0.416mg/g，亦均小于烴源巖最低標準2mg/g。兩者均反應為非烴源巖級別，但受熱演化程度影響較大，生烴巖中所生成的烴類大都已熱解破壞，與TOC反應結果不符。

（3）熱演化程度。前人研究表明，Ro值大于1.6%后干酪根生氣逐漸衰竭，滯留在頁巖內的液態烴和瀝青的裂解成為氣源的主要供給，能持續到Ro值等于4.0%[12]。研究區尕勒得寺組Ro值范圍為2.33%～3.42%，平均值為2.91%，達到了過成熟—裂解氣階段，仍具備一定的產氣能力。Tmax值在未成熟至過成熟階段均有分布，考慮到區內烴源巖總熱演化程度較高，熱解生烴峰值不明顯，Tmax℃值無法較準確確定，導致Tmax不能有效判斷熱演化程度，而Ro隨溫度升高具有不可逆性，被認為是確定有機質熱演化的良好指標（圖5）。

4.儲層特征

（1）礦物組成。尕勒得寺組主要成分為石英、長石、黏土礦物及少量碳酸鹽巖礦物（表3）。其中石英含量介于27%～38.1%，長石含量介于4.18%～12.8%，碳酸鹽巖含量介于0.4%～11.9%，黏土礦物含量介于43.4%～62.6%，總體尕勒得寺組頁巖黏土礦物含量較高，主要受其湖相沉積環境所致。黏土礦物主要以伊利石和伊蒙混層為主，含大量的綠泥石礦物。伊蒙混層比在10（%S）～15（%S）之間，顯示為晚成巖作用階段，與有機質熱演化程度為成熟相對應[13]。

（2）孔隙類型。據掃描電鏡結果顯示，泥頁巖孔隙類型主要受泥頁巖礦物組分及其含量、有機質含量、成巖作用等因素控制（圖6）。

①粒間孔。根據掃描鏡顯示，受黏土礦物組分含量較多影響，脆性礦物之間的粒間孔發育較少，主要發育為黏土礦物晶間孔，多為鱗片狀伊利石定向排列晶間孔隙，其次發育黏土礦物與脆性礦物之間孔隙和脆性礦物之間孔隙。孔徑大小以3um～5um居多。

②有機質孔。有機質孔是頁巖中非常發育的一類孔隙，其發育結構特征對頁巖氣賦存富集有著至關重要的影響，擁有較多的有機質孔隙，形態多樣，主要為聚集有機質發育形成的蜂窩狀、狹縫狀、橢圓形、圓形等形態，這類孔隙主要為有機質生烴過程，其本身骨架結構形成，主要與有機質成熟度相關，有機質孔隙隨成熟增高發育，區內熱演化程度較高，這也是這類有機質發育原因之一[14]。孔徑多介于10nm～1000nm，平均孔徑100nm。這類孔隙孔為納米級孔隙，均質性強，對頁巖氣吸附儲集是主要貢獻。

③粒內溶蝕孔。通過鏡下觀察黑色頁巖中粒內溶孔較為發育，尤其是在長石和白云石等易溶礦物表面，這類孔隙對頁巖氣儲集的貢獻不大，但由于粒內孔主要存在與石英、長石和碳酸鹽巖等脆性礦物中，在后期開發壓裂過程中易形成誘導裂縫，使得孔隙互相交織溝通，提高此類孔隙的滲流能力。該類孔隙的可改造能力強，為后期頁巖滲流重要通道。

（3）孔滲特征。天頁1井尕勒得寺組泥頁巖樣品測試顯示，孔隙度范圍0.23%～1.71%，滲透率范圍0.0000347～0.133110-3um3，屬于特低孔特低滲儲層。按礦物組成對孔隙度影響統計（圖7），孔隙度與石英及黏土礦物含量均呈明顯正相關性特征，可能與脆性礦物粒間孔及黏土礦物粒間孔有關[15]。

（4）孔隙結構。氮氣吸附法測試的孔徑范圍在1nm～300nm，能對微孔—中孔的發育情況進行詳細的描述[16]。通過頁巖的孔體積分布曲線顯示（圖8），泥頁巖的孔徑小于10nm時，累計孔體積曲線較平緩，孔徑大于10nm時，孔體積累計曲線明顯變陡，說明頁巖中孔和大孔對孔體積貢獻最大。

尕勒得寺組泥頁巖比表面積為2.11cm2/g～20.74cm2/g，平均值為7.35m2/g，通過比表面積分布曲線圖可以看出（圖8），在泥頁巖孔徑小于10nm，累計比表面積曲線明顯變陡，而大于10nm時，累計曲線明顯變緩，說明泥頁巖中小于10nm的微孔和中孔對比表面積貢獻最大。通過比表面積與TOC及黏土礦物含量關系圖可以看出（圖9），比表面積與有機碳及黏土礦物含量呈明顯的正相關關系，說明了有機質孔及黏土礦物粒間孔對比表面積貢獻最大。

5.結論

（1）尕勒得寺組有機質類型較好，以Ⅱ1、Ⅱ2為主，有機質豐度達到了中等—好烴源巖級別，成熟度達到了過成熟階段，以滯留烴裂解生氣為主，具備一定的產氣能力。（2）尕勒得寺組礦物組分以黏土礦物為主，次為石英，脆性指數低，約0.4，頁巖氣開發階段對儲層改造要求較大；蒙脫石在伊蒙混層中含量較低，顯示為晚成巖作用階段。（3）尕勒得寺組孔體積較好，主要以微孔和中孔為主；比表面積較大，主要受納米級微孔控制，黏土礦物粒間孔及有機質孔貢獻較大。

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