臨興地區海陸過渡相頁巖及頁巖氣地球化學特征

陳 鑫，吳 鵬，高計縣，胡維強，丁萬貴，李洋冰，柳雪青，馬立濤，劉 成，孔 為，曹 地，陳建奇，李 勇

臨興地區海陸過渡相頁巖及頁巖氣地球化學特征

陳 鑫1,2，吳 鵬3，高計縣3，胡維強1,2，丁萬貴3，李洋冰1,2，柳雪青1,2，馬立濤1,2，劉 成1,2，孔 為1,2，曹 地1,2，陳建奇4，李 勇4

(1. 中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452；2. 中海油能源發展股份有限公司非常規勘探開發重點實驗室，天津 300452；3.中聯煤層氣有限責任公司，北京 100011；4.中國礦業大學(北京) 地球科學與測繪工程學院，北京 100083)

為揭示鄂爾多斯盆地東緣上古生界海陸過渡相頁巖及頁巖氣地球化學特征，選取臨興地區頁巖樣，開展薄片鑒定、全巖和黏土含量、掃描電鏡、有機碳、巖石熱解、干酪根顯微組分和干酪根碳同位素測試，分析頁巖解吸氣的氣體組分和碳同位素組成。結果表明：臨興地區過渡相頁巖礦物組分主要是石英和黏土礦物，含少量方解石、斜長石、鉀長石、白云石和黃鐵礦等。受礦物成因、沉積環境等多方面的影響，不同礦物組分與有機質賦存方式各異。石英與有機質存在2種賦存方式，黏土礦物存在3種賦存方式，黃鐵礦存在4種賦存方式。有機質類型為Ⅱ2–Ⅲ型，有機碳含量平均值大于2.0%，干酪根碳同位素介于–24.5‰～–23.2‰。鏡質體反射率介于0.92%～1.30%，max值介于427～494℃，有機質熱演化達到成熟階段。頁巖氣中烴類氣以甲烷為主，含有少量乙烷、丙烷，總體屬于干氣。甲烷碳同位素均值為–40.0‰，介于海相頁巖氣和陸相頁巖氣甲烷碳同位素之間；乙烷碳同位素值介于–26.8‰～–22.56‰，均大于–29‰，整體呈現出13C1＜13C2＜13C3正碳序列。研究認為，該區頁巖具備大量生成頁巖氣的潛力，頁巖氣主要來源于上古生界偏腐殖型頁巖，屬于由干酪根裂解而生成的有機熱成因煤成氣。

鄂爾多斯盆地東緣；海陸過渡相；頁巖氣；地球化學；成因類型

隨著非常規油氣的勘探開發，頁巖氣已經逐漸發展為一種重要的非常規天然氣資源[1-3]。頁巖氣具有其獨特的賦存方式，主要以游離和吸附狀態賦存于頁巖孔裂隙中，具有典型的“自生自儲，原地成藏”的特點[4-9]。根據沉積環境，富有機質頁巖主要分為海相頁巖、海陸過渡相頁巖和陸相頁巖三大類。目前，四川盆地五峰組–龍馬溪組的海相頁巖氣勘探開發取得巨大成功[10-12]，民和盆地窯街組、雅布賴盆地新河組以及鄂爾多斯盆地延長組的陸相頁巖氣勘探開發也取得長足進展[13-15]，而海陸過渡相頁巖氣勘探開發還處于起步階段，研究工作相對較少。近年來，我國先后在鄂爾多斯盆地、柴達木盆地以及四川盆地等圍繞海陸過渡相頁巖地層進行鉆探，氣測顯示良好，部分頁巖段壓裂測試獲得工業氣流，表明海陸過渡相頁巖氣具有良好的勘探開發前景[16-22]。

中國海陸過渡相頁巖主要發育于石炭–二疊系，分布在西北的柴達木盆地、準噶爾盆地，華北的鄂爾多斯盆地、沁水盆地和南華北盆地的石炭–二疊系和南方地區的四川盆地和中下揚子地區的二疊系[16-24]。匡立春等[24]研究認為，鄂爾多斯盆地東緣有望在海陸過渡相頁巖氣領域率先實現突破，形成規模化產能，進而成為中國天然氣產業新的戰略接替資源。筆者通過對鄂爾多斯盆地東緣臨興地區的5口鉆井頁巖巖心樣品現場解吸含氣性、碳同位素測試以及頁巖地球化學參數等測試，探討頁巖地球化學特征及其成因類型，并與典型的海相、陸相頁巖氣地球化學特征差異進行對比分析，以期為該區塊頁巖氣資源勘探評價與開發提供借鑒。

1 區域地質背景

鄂爾多斯盆地是我國華北地臺西部的一個大型含油氣克拉通盆地[25-26]。臨興地區地處晉西撓褶帶上(圖1a)，總體為簡單的東高西低單斜構造[27-28]。在早白堊世，由于中東部紫金山巖體的侵入，形成紫金山隆起區，導致其周圍斷層裂縫較為發育[29-30]，且導致研究區中部地層傾角顯著大于周邊，中部等深線更密集。在晚古生代古地理演化過程中主要經歷了陸表海盆地為主的海相沉積、近海湖盆為主的海陸過渡相沉積以及內陸坳陷湖盆為主的陸相沉積[31-33]。受紫金山隆起和區域地質構造運動的影響，水體動蕩較為頻繁，主要形成濱淺海—三角洲前緣—濱淺湖相多期沉積旋回，發育多套海相和海陸過渡相沉積地層，并夾有多套煤層。含煤沉積地層自下而上依次為本溪組(C2)、太原組(P1)和山西組(P1)[5,22,24,33]。在本溪組—太原組主要發育陸表海環境下的潮汐三角洲–障壁海岸沉積體系，隨后發生海退，山西組主要發育海陸過渡環境下的淺水三角洲沉積體系。

圖１ 研究區位置及樣品采集點

臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖主要為富有機質暗色頁巖和炭質頁巖，累計頁巖厚度90～120 m，平均頁巖厚度105 m[34]。上古生界海陸過渡相煤系頁巖與致密砂巖、煤層頻繁交互沉積，導致頁巖單層沉積厚度較薄、累積沉積厚度較大，為該區頁巖氣生成與富集奠定了良好的物質基礎。

2 樣品采集與實驗方法

2.1 樣品采集

本次共采集臨興地區5口頁巖氣井(圖1b)26個氣樣，300余個頁巖樣品。鉆井取心后，立即將頁巖巖心樣品放入頁巖專用解吸罐內，然后將解吸罐放入與地層溫度一致的45℃的恒溫水浴鍋中進行恒溫加熱解吸。按照SY/T 6940—2020《頁巖含氣量測定方法》對頁巖氣現場解吸，得到現場解吸氣量，并將巖心和頁巖解吸氣樣均運回實驗室用于后續實驗。

2.2 實驗方法

將采集到的氣樣進行頁巖氣組分分析和頁巖氣碳同位素測試；頁巖樣進行熱解、有機碳、鏡質體反射率、氯仿瀝青“A”、干酪根顯微組分和碳同位素分析，以上測試均由中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司非常規實驗中心完成。利用Agilent 7890B氣相色譜儀對26樣次的頁巖解吸氣進行組分分析，Agilent 7890B氣相色譜儀與Elementar isoprime vision同位素測定儀聯測對26樣次的頁巖解吸氣進行穩定碳同位素分析，Rock-Eval 6熱解分析儀對107樣次的頁巖進行巖石熱解分析，CS-744碳硫分析儀對107樣次頁巖進行有機碳含量分析，CRAIC 508PV顯微鏡光度計對42樣次頁巖進行鏡質體反射率分析，YSB2全自動多功能抽提儀對19樣次頁巖進行氯仿瀝青“A”分析，DM4P生物熒光顯微鏡對7樣次頁巖干酪根進行顯微組分鑒定，Vario MICRO cube有機元素分析儀與Elementar isoprime vision同位素測定儀聯測對7樣次頁巖干酪根進行碳同位素測定。

3 結果與討論

3.1 頁巖礦物與有機質特征

3.1.1 頁巖礦物組成

臨興地區上古生界頁巖段的巖性主要為黑色–灰黑色炭質頁巖、深灰色暗色頁巖夾粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖等，其中粉砂巖和泥質粉砂巖主要以夾層或條帶狀形式發育。通過對頁巖樣品進行薄片鑒定和X-衍射全巖黏土分析表明，研究區頁巖中礦物成分主要為石英和黏土礦物，含少量長石和碳酸鹽巖類礦物，偶見黃鐵礦，有機質呈紋層狀分布(圖2a)，見部分炭屑、炭質條帶。石英質量分數主要介于25%～52%，均值為37.0%。黏土礦物主要介于25%～73%，均值為52.7%。碳酸鹽巖類礦物含量較少，偶見方解石充填微裂縫(圖2b)、鐵白云石膠結交代碎屑顆粒(圖2c)。膠結物主要為泥質，在顆粒間呈不均勻分布，主要呈紋層狀、條帶狀或斑狀聚集(圖2d)。

3.1.2 礦物與有機質賦存關系

1) 石英與有機質

研究區頁巖石英成因主要有2種：陸源石英和成巖自生石英。不同的石英成因類型，導致其與有機質賦存方式不同。陸源石英的顆粒較大，其邊緣主要呈次圓狀—次棱角狀，有機質充填于顆粒間，有機質與陸源石英顆粒呈突變接觸，具有清晰的邊界線(圖3a)。早期有機質通過塑性流動充填在陸源石英顆粒之間，后期經過熱裂解呈固定形態。在成巖過程中，蒙脫石向伊利石轉化析出的硅質形成成巖自生石英，自生石英主要以微米級的顆粒鑲嵌于有機質中(圖3b)。

圖3 頁巖中石英與有機質賦存關系

2) 黏土礦物與有機質

研究區上古生界頁巖黏土礦物主要以3種方式充填于有機質中。第一種充填方式是黏土礦物層間充填有相對較硬的固體顆粒，如自生石英、黃鐵礦等(圖4a)，黃鐵礦顆粒呈條帶狀，且形態各異，與黏土礦物呈緊密接觸，支撐片狀黏土礦物，為烴類充注提供儲存空間；第二種充填方式是黏土礦物層間充填少量或者無固體顆粒，主要呈定向性的片狀堆積，通常會富集部分無定形有機質分散于相對較大粒徑的固體顆粒之間(圖4b)。第三種充填方式是固體顆粒間的黏土礦物多呈現混亂而無定向堆積充填于大片連續有機質中(圖4c)。

3) 黃鐵礦與有機質

黃鐵礦一般是在強還原環境下形成，其分布與有機質有著密切的關系。研究區頁巖中黃鐵礦以多種形態存在，如莓狀單體、莓狀集合體、自形晶體、自形晶集合體、他形晶體及他形晶體集合體等形態。莓狀單體及其集合體黃鐵礦的內部存在有機質(圖5a)；自形晶體黃鐵礦通常分布于黏土礦物層間，被有機質包圍(圖5b)；自形晶集合體及其內部富集有機質(圖5c)；在有機質附近，可見大小不一的他形顆粒狀黃鐵礦(圖5d)。

3.2 頁巖地球化學特征

3.2.1 有機質豐度

有機質豐度是衡量和評價頁巖生烴潛力的一個關鍵性指標。本文利用總有機碳含量(TOC)和生烴潛量(1+2)來進行綜合評價。通過對臨興地區上古生界頁巖樣品總有機碳、巖石熱解進行測試分析(表1)表明，山西組頁巖TOC質量分數主要分布于0.52%～8.63%，中位值為1.58%；(1+2)主要分布于0.31～17.50 mg/g，中位值為1.17 mg/g。太原組頁巖TOC質量分數主要分布于0.51%～7.87%，中位值為2.12%；1+2主要分布于0.26～11.090 mg/g，中位值為1.68 mg/g。本溪組頁巖TOC質量分數主要分布于0.56%～17.10%，中位值為1.73%；1+2主要分布于0.20～31.60 mg/g，中位值為1.17 mg/g。從整體來看，研究區頁巖有機質豐度較高，主要分布于1.0%～3.0%，為生成大量頁巖氣奠定物質基礎。

圖4 頁巖中黏土礦物與有機質賦存關系

圖5 頁巖中黃鐵礦與有機質賦存關系

表1 臨興地區上古生界頁巖有機質豐度分布

注：0.52～8.63/1.58(37)表示最小～最大值/中位值(樣品數)，下文同。

3.2.2 有機質類型

不同有機質類型的生烴門限、產物類型和生烴潛力等方面存在較大差異，是頁巖生氣能力評價的一個重要指標。本文利用巖石熱解參數、干酪根鏡檢參數，以及干酪根碳同位素參數等來綜合判識研究區有機質類型。臨興地區上古生界頁巖熱解實驗表明，氫指數主要分布于24.15～287.38 mg/g，其中氫指數小于150 mg/g的占99%，僅有1%的樣品氫指數介于150～350 mg/g，表明其有機質類型以腐殖型為主，含有少量腐泥–腐殖型。

研究區干酪根顯微組分鑒定及碳同位素測定結果(表2)顯示，臨興地區山西組頁巖干酪根顯微組分以鏡質組為主，其次是惰質組和殼質組，含有少量腐泥組，干酪根類型指數小于0，干酪根碳同位素13C值主要分布于–23.00‰～–24.00‰(表2)，表明其母質類型主要來源于陸生高等植物，具有腐殖型特征，屬于Ⅲ型。太原組–本溪組頁巖干酪根顯微組分以殼質組為主，其次是鏡質組，含有少量惰質組和腐泥組，干酪根類型指數介于0～40，干酪根碳同位素13C值主要分布于–23.00‰～–25.00‰(表2)，表明其母質具有偏腐殖型特征，屬于Ⅱ2型。綜合分析認為，臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖有機質類型不單一，主要為腐殖型，含有部分腐泥–腐殖型，有機質整體屬于Ⅱ2–Ⅲ型，為頁巖生氣提供多元有機質，具有生成大量頁巖氣的潛力。

3.2.3 有機質成熟度

有機質熱演化成熟度是富含有機質頁巖生氣條件評價的一個重要參數。本文利用頁巖干酪根鏡質體隨機反射率(ran)和頁巖最高熱解峰溫(max)來進行綜合評價。臨興地區上古生界頁巖ran和max測試結果(表3)表明，ran值主要介于0.92%～1.30%，均值為1.07%；max介于427～494℃，均值為466.9℃。其中，山西組頁巖ran值介于0.92%～1.11%，均值為1.02%，max介于427～486℃，均值為464.1℃；太原組頁巖ran值介于1.01%～1.09%，均值為1.06%，max介于451～481℃，均值為465.4℃；本溪組頁巖ran值介于1.06%～1.30%，均值為1.15%，max介于428～494℃，均值為470.9℃。根據有機質成熟度階段劃分標準[35-36]，研究區頁巖有機質處于成熟階段，有利于生成大量頁巖氣。

表2 臨興地區上古生界頁巖干酪根鏡檢和碳同位素測試結果

表3 臨興地區上古生界頁巖Rran和tmax值統計結果

臨興地區受區域地質構造運動的影響，水體動蕩較為頻繁，主要形成濱淺海—三角洲前緣—濱淺湖相多期沉積旋回，發育多套海相和海陸過渡相沉積地層，并夾有多套煤層，有利于頁巖氣資源富集。本溪組—太原組發育一套潮汐三角洲–障壁海岸沉積頁巖層系，隨后發生海退，在山西組發育一套淺水三角洲沉積頁巖層系。

由于海陸過渡相頁巖沉積與煤層、煤線、炭質泥巖、粉砂巖、砂巖互層，并且橫向變化較快，導致海陸過渡相頁巖TOC值一般高于海相和陸相頁巖。臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖與國內海相、陸相及海陸過渡相頁巖地球化學特征對比(表4)表明，海陸過渡相、海相及陸相頁巖有機碳含量均較高，其均值都大于2%，具有良好的生氣基礎。從有機質類型來看，由于沉積環境不同，母源物質來源不同，導致有機質類型各異。臨興地區海陸過渡相頁巖與國內民和盆地、雅布賴盆地及延長探區陸相頁巖相似，主要是Ⅱ2–Ⅲ型，以生氣為主，而海相頁巖有機質主要是Ⅰ型，初始階段以生油為主，熱演化程度升高，一方面是原油發生裂解，另一方面，有機質由生油逐漸轉變為生氣。從有機質熱演化程度來看，由于地層時代、埋深、地質構造運動等原因，導致不同地方不同沉積環境的有機質熱演化差別較大，從成熟–高成熟–過成熟頁巖都有分布。一般海陸過渡相頁巖處于成熟–高成熟階段，海相頁巖處于高成熟–過成熟階段，陸相頁巖處于低成熟–成熟階段。對比發現，臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖處于成熟階段，遠遠低于四川盆地龍馬溪組和黔北地區牛蹄塘組海相頁巖，而高于民和盆地窯街組和雅布賴盆地新河組陸相頁巖，有利于生成頁巖氣。參考頁巖氣地質評價方法[36]對比分析臨興地區海陸過渡相頁巖氣有利區劃分條件指標表明，臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖埋深主要介于1 700～2 300 m，泥地比大于70%，總含氣量主要介于0.52～2.49 m3/t，均值為1.11 m3/t，有機碳質量分數平均值為2.58%，ran值均大于0.9%，有機質類型為Ⅱ2–Ⅲ型，頁巖氣有一定厚度的上覆地層，構造穩定，保存條件良好，具有良好生成頁巖氣的物質基礎。

表4 臨興地區海陸過渡相頁巖與海相、陸相頁巖地球化學特征對比

3.3 頁巖氣地球化學特征

3.3.1 頁巖氣組分

臨興地區上古生界頁巖現場解吸含氣量測試共26個，取樣深度主要分布在1 721.9～2 231.05 m，屬于中深含氣層。由于海陸過渡相頁巖具有很強的非均質性，導致頁巖中的含氣量差異性較大。通過現場頁巖氣解吸，解吸樣品含氣量主要介于0.10～ 0.56 m3/t，均值為0.25 m3/t。

臨興地區上古生界頁巖烷烴氣組分含量測試結果(表5)表明，主要是烴類氣(CH4、C2H6、C3H8、C4H10)和非烴類氣(CO2和N2)。

研究區頁巖解吸氣樣品烴類氣體中，以甲烷為主，含有少量其余烴類氣。其中，甲烷占比90.75%～ 98.74%，平均值為96.53%，甲烷氣含量分布范圍較廣，表明該區頁巖含氣性非均質性較強。除了甲烷氣外，其余烴類氣體含量較少，其中乙烷占比0.91%～8.05%，均值為3.06%，丙烷占比0.14%～ 1.04%，均值為0.35%，C4以上的烷烴氣不超過0.1%，沒有檢測出C5+以上的組分。研究區干燥系數(C1/C1-5)介于0.907～0.987，均值為0.965，其中干燥系數大于0.95的頁巖氣占88%以上，屬于干氣，僅有3個頁巖氣樣品屬于濕氣。

表5 臨興地區上古生界頁巖氣中烴類氣體組成統計結果

3.3.2 頁巖氣碳同位素

臨興地區上古生界頁巖氣碳同位素測試結果(表6)表明，13C1平均值本溪組最大，山西組其次，太原組最小；13C2平均值太原組最大，本溪組其次，山西組最小；13C3平均值山西組最大，太原組其次，本溪組最小。研究區海陸過渡相頁巖氣甲烷碳同位素值均小于–30‰，并且整體呈現出13C1<13C2<13C3的現象(表6)，屬于有機成因氣。

通過臨興地區海陸過渡相與中國海相、陸相頁巖氣碳同位素對比(表6)表明，臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖氣13C1主要介于–43.7‰～–35.1‰，13C2主要介于–26.8‰～–18.6‰；四川盆地焦石壩地區龍馬溪組、五峰組–龍馬溪組和東北地區下寒武統、宜昌地區水井沱組海相頁巖氣13C1主要介于–33.8‰～–28.36‰，13C2主要介于–39.2‰ ～–33.6‰；鄂爾多斯盆地延長組陸相頁巖氣13C1主要介于–53.4‰～–44.9‰，13C2主要介于–41.1‰～–31.1‰。綜合分析以上3種不同沉積環境頁巖氣碳同位素對比顯示，陸相頁巖氣的13C1最輕，海相頁巖氣的13C1最重，海陸過渡相頁巖氣的13C1介于它們之間。

表6 臨興地區海陸過渡相與海相、陸相頁巖氣碳同位素對比表

注：–43.7～–36.3/–40.0表示最小～最大值/平均值。

3.4 頁巖氣成因類型

頁巖氣屬于非常規天然氣，其成因類型主要有3種：生物成因氣、熱成因氣和混合成因氣[42-44]。前人對天然氣組分相關研究結果[45]表明，干酪根裂解氣和原油裂解氣的1/2值和2/3值呈現出不同變化趨勢。其中，干酪根裂解氣表現出1/2值快速增大，2/3值基本上保持不變；原油裂解氣表現出1/2值基本上保持不變；2/3值迅速增大。鑒于不同成因天然氣的1/2值和2/3值的不同表現形式，可以利用ln(1/2)和ln(2/3) 的變化關系來判識成因。從臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖氣的ln(1/2)和ln(2/3)關系圖(圖6)來看，ln(1/2) 值與ln(2/3)值相差不大，樣品點主要分布在干酪根初次裂解范圍內，表明研究區頁巖氣主要是干酪根初次裂解氣。

圖6 臨興地區上古生界頁巖氣ln(C1/C2)和ln(C2/C3)關系

通常天然氣組分及其碳同位素是判識天然氣成因類型的重要參數[46-48]。根據不同成因的天然氣組分和碳同位素的關系，國內外許多研究學者建立了相應的天然氣成因判識圖版。其中，張義綱[49]建立的13C1–(13C2–13C1)天然氣成因類型判識圖版和M. J. Whiticar(1999)建立的13C1–1/(2+3)天然氣成因鑒別圖版[50]顯示，臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖氣樣品數據點均散落在熱成因氣范圍內(圖7)，表明研究區頁巖氣均屬于有機熱成因氣。另外，據圖8顯示，樣品點基本上都分布在Ⅱ–Ⅲ型干酪根附近，表明研究區頁巖氣主要來源于腐殖型有機質，這與前文分析的頁巖有機質類型一致。

圖7 臨興地區上古生界頁巖氣δ13C1–(δ13C2–δ13C1)關系(圖版據張義綱[49]，1991)

圖8 臨興地區上古生界頁巖氣δ13C1–C1/(C2+C3)關系(圖版據M. J. Whiticar[50]，1999)

有機熱成因氣主要分為煤成氣、油型氣和煤成氣與油型氣的混合氣。根據前人的研究成果[46-52]，天然氣中13C2的特征主要是繼承了其母質干酪根碳同位素特征，所以天然氣13C2是研究判識天然氣成因類型的一個重要參數。其中，13C2>–29‰屬于煤成氣，13C2<–30‰屬于油型氣，13C2為–30‰～ –29‰屬于煤成氣與油型氣的混合氣。臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖干酪根碳同位素分布于–23.2‰～–24.5‰，頁巖氣13C2為–26.8‰～ –22.56‰，均大于–29‰，繼承了干酪根碳同位素特征，屬于自生自儲的煤成氣。利用戴金星等(2012)建立的天然氣中13C1–(13C2–13C3)有機成因鑒別圖版[51]顯示(圖9)，臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖氣絕大部分分布在煤成氣區域，僅有少部分散落在煤成氣、油型氣和混合氣區。根據孫少平(2012)建立的13C2–13C1天然氣成因類型判識圖版[52]表明(圖10)，臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖氣均屬于成熟煤成氣。

圖9 臨興地區上古生界頁巖氣δ13C1–δ13C2–δ13C3關系(圖版據戴金星等[51]，2012)

圖10 臨興地區上古生界頁巖氣δ13C2–δ13C1關系(圖版據孫平安等[52]，2012修改)

4 結論

a.臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖礦物組分主要是石英和黏土礦物，含少量方解石、斜長石、鉀長石、白云石和黃鐵礦等。石英與有機質存在2種賦存方式，有機質主要賦存于石英顆粒間；黏土礦物存在3種賦存方式，有機質主要賦存于黏土礦物層間；黃鐵礦存在4種賦存方式，有機質主要賦存于莓狀黃鐵礦集合體。

b. 臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖有機碳質量分數含量平均值為2.58%，大于海陸過渡相頁巖生氣下線；干酪根碳同位素介于–24.5‰～–23.2‰，整體屬于Ⅱ2–Ⅲ型，為頁巖生氣提供多元有機質；鏡質體反射率值介于0.92%～1.30%，max值介于427～ 494℃，有機質整體處于成熟階段，具備生成大量頁巖氣的潛力。

c. 臨興地區上古生界海陸過渡相頁巖氣烴類氣體中以甲烷為主，含有少量乙烷和丙烷，總體屬于干氣。頁巖氣甲烷碳同位素值介于–43.7‰～ –35.1‰，均小于–30‰，介于海相頁巖氣和陸相頁巖氣甲烷碳同位素之間；乙烷碳同位素值介于–26.8‰～–22.56‰，均大于–29‰，并且整體呈現出13C1<13C2<13C3正碳序列。頁巖氣主要來源于上古生界偏腐殖型頁巖的干酪根初次裂解氣，整體屬于自生自儲的有機熱成因煤成氣。

d. 對比臨興地區海陸過渡相頁巖不同礦物組成與有機質賦存方式、有機質豐度、類型、成熟度、氣體組成和碳同位素等參數指標，綜合分析頁巖生烴潛力和頁巖氣成因類型，預測該區擁有較好的頁巖氣成藏條件，具備良好的頁巖氣資源前景，值得進一步深入研究，為研究區后期海陸過渡相頁巖氣勘探開發提供重要指導依據。

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Geochemical characteristics of marine-continental transitional facies shale and shale gas in Linxing area

CHEN Xin1,2, WU Peng3, GAO Jixian3, HU Weiqiang1,2, DING Wangui3, LI Yangbing1,2, LIU Xueqing1,2,MA Litao1,2, LIU Cheng1,2, KONG Wei1,2, CAO Di1,2, CHEN Jianqi4, LI Yong4

(1. CNOOC Energy Technology-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China; 2. CNOOC Energy Technology & Services Limited Key Laboratory for Exploration & Development of Unconventional Resources, Tianjin 300452, China; 3.China United Coalbed Methane Corporation Ltd., Beijing 100011, China; 4.School of Geoscience and Surveying, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing 100083, China)

In order to reveal the geochemical characteristics of shale and shale gas on the east edge of Ordos Basin, thin section identification, full rock and clay content, scanning electron microscope , organic carbon, rock pyrolysis, kerogen macerals, and kerogen carbon isotopes were tested, and the gas component and carbon isotopes composition of shale were analyzed. The results show that the mineral component of the transitional facies shale in Linxing area is mainly quartz and clay minerals, containing a small amount of calcite, plagioclase, potassium feldspar, dolomite and pyrite. Affected by the mineral genesis and deposition environment, different mineral components and organic matter occur in different ways. There are two deposit patterns of quartz and organic matter, 3 patterns of clay minerals, and 4 patterns of pyrite. The organic matter type is Ⅱ2-Ⅲ type, the average organic carbon content is greater than 2.0%, and the kerogen carbon isotopes are from –24.5‰ to –23.2‰. The vitrinite reflectivity is from 0.92% to 1.30%,maxis 427～494℃, and the thermal evolution of organic matter reaches maturity. In shale gas, hydrocarbon gas is mainly methane, containing a small amount of ethane and propane, which is generally dry gas. The mean methane carbon isotope is –40.0‰, between marine shale gas and terrestrial shale gas, ethane carbon isotopes from –26.8‰ to –22.56‰, both more than –29 ‰, showing13C1<13C2<13C3positive carbon sequence. It is believed that the shale in the area has the potential to generate shale gas. The shale gas is mainly derived from humic shale in the upper Paleozoic boundary, which belongs to the organic thermal coal gas generated by the cracking of cheese root.

eastern margin of Ordos Basin; marine-continental transitional facies; shale gas; geochemistry; genetic type

語音講解

TP028.8

A

1001-1986(2021)06-0012-12

2021-05-10；

2021-07-23

國家自然科學基金項目(42072194)；國家科技重大專項項目(2016ZX05066)

陳鑫，1981年生，男，河南漯河人，工程師，從事天然氣成藏及相關實驗研究工作. E-mail：chenxin3@cnooc.com.cn

吳鵬，1988年生，男，山東泰安人，博士，高級工程師，從事非常規油氣勘探與開發工作. E-mail：wupeng19@cnooc.com.cn

陳鑫，吳鵬，高計縣，等. 臨興地區海陸過渡相頁巖及頁巖氣地球化學特征[J]. 煤田地質與勘探，2021，49(6)：12–23. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.06.002

CHEN Xin，WU Peng，GAO Jixian，et al. Geochemical characteristics of marine-continental transitional facies shale and shale gas in Linxing area[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(6)：12–23. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021. 06.002

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(責任編輯 范章群 聶愛蘭)