贛西北地區荷塘組頁巖氣有機地化特征分析*

王 鶴，肖紫山

（1.江西省煤田地質勘察研究院，江西 南昌 330001；2.江鈴控股有限公司，江西 南昌 330001）

為摸清江西省頁巖氣資源潛力、成藏條件及總體分布情況，江西省煤田地質局下達了頁巖氣資源調查評價專項任務（贛煤地字〔2015〕46 號）。本次工作為其中的一個課題，重點摸清贛西北九江地區底寒武統荷塘組泥頁巖的頁巖氣形成條件、分布特征、主控因素與富集規律，預測頁巖氣資源量，在贛西北頁巖氣遠景區內進一步劃分出頁巖氣有利區。

1 區域地質概況

贛西北地區處于下揚子陸塊的九江坳陷，由雙橋山群組成變質褶皺基底，震旦- 三疊系組成沉積蓋層。該地區北側大致以贛鄂省界為界，南經九江坳陷南緣滑脫斷裂帶與九嶺隆起分界，東至彭澤，西至楊津、蓮花，總體為一近東西向延伸并向南凸出的弧形地帶[1]。地理位置上位于江西省西北部，隸屬于九江地區，西起修水縣，東至彭澤縣。調查區整體處于九江行政區域，面積約10 000 km2。區內荷塘組分布范圍較廣，整個調查區內均有分布。在西部修水- 武寧復向斜一帶荷塘組厚度約68.8～373.11 m； 中部九江- 瑞昌復向斜荷塘組厚度約58.62～231 m； 東部彭澤向斜一帶荷塘組厚度約162.35～302.1 m。整體來看，荷塘組在調查區內由西往東厚度逐漸增大。

2 目的層有機地化特征

頁巖中有足夠數量的有機質是形成頁巖氣的物質基礎，是決定巖石生烴能力的主要因素。本次分析用有機質豐度、有機質類型及有機質成熟度來衡量和評價巖石的生烴潛力。

2.1 有機質豐度特征

頁巖的有機質豐度，指單位重量的烴源巖中有機質的百分含量，是評價頁巖氣源巖生烴能力的重要參數之一。有機質豐度不僅控制著頁巖的理化學性質，影響著頁巖氣的賦存方式，也在一定程度上控制著頁巖裂縫的發育程度及頁巖的含氣量。故研究頁巖的有機質豐度，對頁巖氣儲層的評價有重要意義[2]。

頁巖氣主要以吸附態、游離態賦存于有機質頁巖中，其中吸附氣主要吸附在有機質顆粒表面，這就意味著頁巖中的有機質不但可以生成頁巖氣，亦可將生成的頁巖氣吸附在有機質表面，從而形成頁巖氣聚集。因此，有機碳含量高意味著更高的生烴潛力和對生成頁巖氣更好的吸附能力[3]。目前，常用的評價頁巖有機質豐度的有機地球化學參數有：總有機碳含量（TOC）、氯仿瀝青“A”、巖石熱解生烴潛量（S1+S2）、總烴（HC）等。

荷塘組巖性為黑色炭質頁巖、炭質硅質頁巖，底部含石煤層。從對荷塘組所測的105 個樣品（含收集樣品數）的TOC 值統計情況來看，該套地層的有機碳含量總體顯高值，含量在0.29%～23.78%之間，平均4.4%，如圖1 所示。其中，統計分析得出，荷塘組TOC 值大多數樣品（43 塊）均集中在1%～4%，占樣品總數的44%；TOC 值大于4%多為石煤層附近采集的樣品（39 塊），占樣品總數的37%，少部分樣品為風化樣品，TOC 值小于1%。整體來說，荷塘組頁巖有機質豐度普遍較高，屬于非常好的烴源巖[4]。

圖1 荷塘組TOC 值含量分布

圖3 RDZ01 荷塘組TOC 值柱狀圖

在垂直向上，荷塘組TOC 值具有明顯的規律，通過恢復剖面柱狀及鉆孔樣品的統計，在縱向上，荷塘組整體呈現出由下至上TOC 值逐漸降低的變化趨勢。主要是與荷塘組巖性具有明顯的相關性。荷塘組底部為炭質頁巖、石煤層，向上逐漸過渡為炭質頁巖、粉砂質炭質頁巖、含碳頁巖，沉積環境上水體也逐漸變淺，導致TOC 值逐漸降低。

在橫向上，贛西北地區荷塘組泥頁巖有機質豐度的變化規律：由向斜邊緣向核部逐漸升高，由西向東逐漸降低。修武盆地整體南翼要比北翼平均有機質豐度要低。贛西北地區荷塘組以泥質沉積為主，由西往東逐漸出現砂質成分，且西部沉積厚度相對中部和東部更厚，沉積有機質更多，因此TOC 值相對來說西部更高。

荷塘組在本次調查的地區中廣泛發育，修武盆地平均有機碳含量達到7.75%，九瑞盆地和彭澤盆地平均有機碳含量均大于2.0%。可見，荷塘組在本地區為優質烴源巖。

2.2 有機質類型

針對荷塘組泥頁巖干酪根顯微組分做了5 個樣品的化驗分析，另外收集到14 個樣品的分析數據。測試結果（如表1、圖4 所示）顯示荷塘組干酪根顯微組分以腐泥組占優勢，質量分數在5%～98%之間，平均為73.84%；殼質組含量次之，質量分數在0%～95%，平均為23.16%，并且殼質組只在位于九江- 瑞昌復向斜和彭澤復向斜的樣品中被檢測到，且質量分數很高，而在修水- 武寧復向斜中的樣品未能檢測到殼質組； 鏡質組含量較少（平均2.84%），個別樣品見少量惰性組，且只存在于九江- 瑞昌復向斜和彭澤復向斜樣品中。所有樣品均不含樹脂體。根據干酪根類型指數公式，計算出皮園村組各樣品干酪根類型指數TI，荷塘組干酪根類型指數平均為83，由表1 可知屬Ⅰ型-腐泥型干酪根。在所測試19 個樣品中有14 個為Ⅰ型干酪根，占樣品總數73.7%；5 個為Ⅱ1型干酪根，占樣品總數26.3%。根據以上分析可知，由于所屬構造單元的不同，干酪根類型也有所差異：九江- 瑞昌復向斜和彭澤復向斜荷塘組泥頁巖干酪根類型主要為Ⅱ1型- 腐殖腐泥型，而修水-武寧復向斜荷塘組泥頁巖干酪根主要為Ⅰ型-腐泥型。

表1 荷塘組干酪根顯微組分統計

圖4 荷塘組干酪根顯微組分含量分布

2.3 有機質成熟度

頁巖中有機質成熟度不僅可以用來預測頁巖的生烴潛能，還能用來評價高變質頁巖儲層的潛能，是頁巖氣聚集形成的重要指標[5]。

贛西北地區荷塘組泥頁巖測了61 個樣品的有機質成熟度Ro 值，測試分析結果見表2。測試結果顯示，荷塘組泥頁Ro 普遍較高，主要集中在0.92%～3.48%之間，平均為2.13%。其中，絕大部分樣品有機質成熟度在1.2%以上。反射率分布如圖5 所示。整體來看，贛西北地區荷塘組頁巖達到了成熟-過成熟演化階段[6]。

表2 荷塘組泥頁巖成熟度（Ro）統計

圖5 荷塘組地表樣品反射率分布

在平面上，荷塘組與皮園村組埋深大致相似，且經歷構造活動也大體一致，表現出的有機質成熟度的變化趨勢也大致相似。修水- 武寧復向斜荷塘組泥頁巖Ro 在1.87%～3.41%之間，平均2.53%； 九江- 瑞昌復向斜荷塘組泥頁巖Ro 在0.92%～3.31%之間，平均1.71%；彭澤復向斜荷塘組泥頁巖共測5 個樣品，Ro 在3.24%～3.48%之間，平均3.33%。分析以上數據可知，在平面分布上，荷塘組頁巖整體有機質成熟度由西向東逐漸降低再升高的變化趨勢。

贛西北地區目的層頁巖經歷了多期構造運動，后期改造、抬升剝蝕作用強烈。較長地史時期內的深埋作用導致贛西北古生界海相烴源巖熱演化程度普遍較高，荷塘組鏡質體反射率高于2.0%，達到了成熟-過成熟階段。

不同類型的干酪根進入生氣窗的界限不一樣，通常為有機質成熟度值處于1.2%～1.4%范圍，但主生氣期（即天然氣的生成量占總生氣量的70%～80%） 對應的Ro 值，Ⅰ、Ⅱ型干酪根為1.2%～2.6%之間。目的層的有機質成熟度Ro 值處于主生氣期范圍，有機質均進入大量生氣階段。

3 結論

1）荷塘組有機碳含量總體顯高值，含量在0.29%～23.78%之間，平均4.4%。其中荷塘組TOC 值大多數樣品均集中在1%～4%，占樣品總數的44%。TOC 值大于4%多為石煤層附近采集的樣品，占樣品總數的37%。可見荷塘組有機質豐度普遍較高，屬于非常好的烴源巖。

2）九江- 瑞昌復向斜和彭澤復向斜荷塘組泥頁巖干酪根類型主要為Ⅱ1型- 腐殖腐泥型，而修水- 武寧復向斜荷塘組泥頁巖干酪根主要為Ⅰ型-腐泥型。

3）荷塘組泥頁有機質成熟Ro 值普遍較高，主要集中在0.92%～3.48%之間，平均為2.13%。其中，絕大部分樣品有機質成熟度Ro 值在1.2%以上。整體來看，贛西北地區荷塘組頁巖達到了成熟-過成熟演化階段。