楊 陽

(西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065)

朱 超

(西北大學(xué)地質(zhì)系，陜西 西安 710069)

陳 博

(中石油長慶油田分公司第六采油廠，陜西 榆林 718606)

應(yīng)華偉，董云鵬

(西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065)

美國Barnett頁巖與鄂爾多斯盆地張家灘頁巖對(duì)比研究

楊 陽

(西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065)

朱 超

(西北大學(xué)地質(zhì)系，陜西 西安 710069)

陳 博

(中石油長慶油田分公司第六采油廠，陜西 榆林 718606)

應(yīng)華偉，董云鵬

(西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065)

鄂爾多斯盆地發(fā)育分布廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高的頁巖，由于目前相關(guān)的試驗(yàn)性頁巖氣開采較少，對(duì)其潛力缺少定量或相對(duì)定量方面的評(píng)估。北美地區(qū)Barnett頁巖是頁巖氣開采歷史最長，產(chǎn)量最高的頁巖，建立了可靠的頁巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。從沉積背景、頁巖氣形成條件、儲(chǔ)集特點(diǎn)等方面，對(duì)美國 Fort Worth 盆地Barnett 頁巖和鄂爾多斯延長組張家灘頁巖進(jìn)行了對(duì)比性研究，2套頁巖具有相似的沉積背景、厚度、有機(jī)質(zhì)類型及熱演化程度。通過對(duì)比，預(yù)測了延長組長7油層組張家灘頁巖的有利探測區(qū)。

鄂爾多斯盆地；張家灘頁巖；Fort worth 盆地； Barnett頁巖

頁巖氣的實(shí)質(zhì)是主體上以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣。近年來，由于天然氣供需關(guān)系、市場價(jià)格以及開采技術(shù)進(jìn)步等因素的影響，頁巖氣開發(fā)在美國取得極大成功，使得頁巖氣的開采成為全球資源開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。北美地區(qū)Barnett頁巖是頁巖氣開采歷史最長、產(chǎn)量最高的頁巖，建立了可靠的頁巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。鄂爾多斯盆地發(fā)育分布廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高的頁巖，由于目前相關(guān)的試驗(yàn)性頁巖氣開采較少，對(duì)其潛力缺少定量或相對(duì)定量方面的評(píng)估。下面，筆者主要從沉積背景、頁巖氣形成條件等方面，對(duì)美國 Fort Worth 盆地Barnett頁巖和鄂爾多斯盆地延長組張家灘頁巖進(jìn)行對(duì)比性研究，探討鄂爾多斯盆地延長組張家灘頁巖氣勘探前景。

1 Barnett 頁巖與張家灘頁巖沉積地質(zhì)背景

1.1Barnett頁巖

Fort Worth盆地是一個(gè)邊緣陡、向北加深的凹陷[1-2]，是晚古生代沃希托造山運(yùn)動(dòng)形成的幾個(gè)弧后前陸盆地之一，沃希托造山運(yùn)動(dòng)是由泛古大陸變形引起的板塊碰撞(北美板塊和南美板塊)形成逆沖斷層的主要事件[3]。Barnett頁巖具有分布廣、厚度大和有機(jī)質(zhì)含量高的特點(diǎn)[2]，沉積于早石炭世板塊匯聚的早期淺海陸棚沉積，富含有機(jī)質(zhì)的厚層頁巖主要沉積在臺(tái)內(nèi)早期擠壓拗陷內(nèi)。Barnett頁巖在盆地東北部Muenster隆起以南厚度大，最大厚度達(dá)300m[4]。

1.2張家灘頁巖

鄂爾多斯盆地是中國的主要含油氣區(qū)，其構(gòu)造形態(tài)總體顯示為東翼寬緩～西翼陡窄的不對(duì)稱大向斜，盆地邊緣斷裂、褶皺較發(fā)育，而盆地內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)簡單，以低幅鼻狀隆起為主，地層平緩，傾角一般不足1°[5]。鄂爾多斯盆地延長組是一套內(nèi)陸湖泊-三角洲沉積體系形成的重要油氣儲(chǔ)集層。根據(jù)沉積序列，延長組可劃分為5個(gè)巖性段，即T3y1～T3y5；同時(shí)，根據(jù)油層縱向分布規(guī)律自上而下又可劃分為長1～長10油層組，其中“張家灘頁巖”，位于長7油層組中下部。鄂爾多斯盆地中生界延長組地層發(fā)育富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖，長7油層組沉積時(shí)期湖盆達(dá)到最大擴(kuò)張期，沉積了一套累積厚度在0～120m的黑色泥頁巖，俗稱“張家灘頁巖”，形成了分布廣、厚度大、品質(zhì)較好(含油率5%～10%)的黑色頁巖。

2 頁巖氣成因

2.1Barnett頁巖

對(duì)美國5大頁巖氣盆地頁巖氣的成因研究表明，頁巖氣可以通過以下途徑演變而來：①干酪根分解成氣體和瀝青；②瀝青分解成油和氣體(步驟①和步驟②為初次裂解)；③油分解成氣體、高含碳量的焦炭或者瀝青殘余物(二次裂解)。Barnett頁巖氣就是通過來源于干酪根熱降解和殘余油的二次裂解，主要以殘余油的二次裂解為主，吸附態(tài)存在的天然氣占天然氣賦存總量的20%以上，正因?yàn)槿绱?，使得Barnett頁巖氣具有較大資源潛力[6]。

2.2張家灘頁巖

鄂爾多斯盆地的天然氣可以劃分為2類成因來源、6 種類型[7]，即腐殖型成因來源的生物氣、改造型煤成氣和原生型煤成氣；腐泥型(含混合型)成因來源的改造型熱解氣、原生型熱解氣和原生型裂解氣，而中生界三疊系和侏羅系賦存的原生型和改造型熱解氣來源于三疊系湖相生油巖系的混合型有機(jī)質(zhì)。結(jié)合前人的研究成果，可以推斷鄂爾多斯盆地三疊系延長組泥頁巖中的頁巖氣為以熱解成因?yàn)橹鞯脑托桶樯鷼狻?/p>

3 頁巖氣形成條件分析

3.1沉積環(huán)境

較快的沉積條件和封閉性較好的還原環(huán)境是黑色頁巖形成的重要條件。沉積速率較快可以使得富含有機(jī)質(zhì)頁巖在被氧化破壞之前能夠大量沉積下來，而水體缺氧可以抑制微生物的活動(dòng)性，減小其對(duì)有機(jī)質(zhì)的破壞作用。Barnett頁巖富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖沉積于深水(120～215m)前陸盆地，具有低于風(fēng)暴浪基面和低氧帶(OMZ) 的缺氧-厭氧特征，與開放海溝通有限[2]。延長組頁巖、深灰色黑色泥巖等主要形成于湖泊相，主要是深湖～半深湖沉積環(huán)境。

3.2有效厚度

Barnett頁巖在盆地北部平均厚91m，在門斯特隆起附近厚度超過305m，夾層灰?guī)r層的厚度累計(jì)約122m[8-11]，在大草原隆起區(qū)域其厚度只有幾米到十幾米[12]。鄂爾多斯盆地延長組“張家灘頁巖”沉積時(shí)期為湖盆最大水侵時(shí)期，廣泛發(fā)育了深灰色泥巖、頁巖及褐灰色油頁巖等，厚度一般在25～130m，最厚達(dá)300m左右。

3.3有機(jī)地球化學(xué)對(duì)比

1)總有機(jī)碳含量(TOC) 美國5大頁巖氣系統(tǒng)頁巖TOC較高，分布范圍大(0.5%～25%)，Barnett 頁巖的TOC在0.45%～4.7%之間[2]。長7油層組張家灘頁巖TOC為 2.45%～5.28%[13]。

2)有機(jī)質(zhì)類型及成熟度 Barnett頁巖的有機(jī)質(zhì)以易于生油的Ⅱ型干酪根為主。在鏡質(zhì)體反射率Ro小于1.1%時(shí)，以生油為主，生氣為輔[11]。干氣區(qū)主要分布在盆地東北部和沖斷帶前緣，這些地區(qū)埋藏較深，成熟度較高，Ro超過1.1%～1.4%；油區(qū)主要分布在盆地北部和西部成熟度較低的區(qū)域，Ro為0.6%～0.7%；在氣區(qū)和油區(qū)之間是過渡帶，既產(chǎn)油又產(chǎn)濕氣，Ro在0.6%～1.1%之間[8-9]。張家灘頁巖生油母質(zhì)主要為腐泥型和腐殖-腐泥型，干酪根類型為Ⅰ～Ⅱ1型。另外，長7油層組在盆地內(nèi)大部分地區(qū)處于成熟階段，Ro值分布在0.7%～1.1%之間。

通過對(duì)比Barnett頁巖與張家灘頁巖生氣條件(見表1)可知，兩者生氣條件相似，根據(jù)Barnett頁巖氣藏模式及勘探開發(fā)理論可以預(yù)測，張家灘頁巖資源潛力豐厚。

表1 Barnett頁巖與張家灘頁巖生氣條件對(duì)比

4 張家灘頁巖頁巖氣評(píng)估及有利區(qū)帶

注：SP為自然電位;GR為自然伽馬;AC為聲波時(shí)差;R為電阻率。圖1 長7油層組“張家灘”頁巖測井響應(yīng)特征(柳評(píng)180井)

頁巖氣為自生自儲(chǔ)的天然氣聚集，要形成規(guī)模的頁巖氣儲(chǔ)量要求頁巖厚度大且分布廣泛、有機(jī)碳含量高、有機(jī)質(zhì)演化程度適中、物性相對(duì)好、裂縫發(fā)育、脆性礦物發(fā)育、含氣量高。結(jié)合鄂爾多斯盆地長7油層組測井響應(yīng)特征(見圖1)分析認(rèn)為，鄂爾多斯盆地長7油層組張家灘頁巖具備頁巖氣藏形成的地質(zhì)條件。參考美國5大商業(yè)性頁巖氣盆地評(píng)價(jià)參數(shù)[14]，根據(jù)現(xiàn)有資料，將長7油層組烴源巖累計(jì)厚度達(dá)到30m以上的區(qū)域以及Ro值大于0.9%的區(qū)域作為頁巖氣最有利勘探區(qū)域。

5 結(jié) 論

1)張家灘頁巖與Barnett頁巖具有極其相似的沉積背景和沉積環(huán)境，主要沉積于封閉性較好的還原環(huán)境，形成具有相似性質(zhì)的沉積有機(jī)質(zhì)。

2)Barnett頁巖與張家灘頁巖具有相似的生氣條件，具有有機(jī)碳含量高、熱演化成熟、生烴潛力大的特征，根據(jù)Barnett頁巖成藏模式及勘探開發(fā)理論可以預(yù)測鄂爾多斯盆地延長組張家灘暗色泥頁巖具有良好的頁巖氣資源潛力。

3)參考美國5大商業(yè)性頁巖氣盆地評(píng)價(jià)方法，根據(jù)現(xiàn)有資料，將長7油層組張家灘頁巖累計(jì)厚度達(dá)到30m以上，Ro值大于0.9%的區(qū)域作為頁巖氣最有利勘探區(qū)域。

[1]Montgomery S L，Jarvie D M，Bowker K A,et al.Mississippian Barnett Shale，F(xiàn)ort Worth Basin,north-central Texas：Gas-shale play with multi-trillion cubic foot potential[J].AAPG Bulletin,2005,89(2)：155-175.

[2]Pollastro R M，Jarvie D M,Hill R J，et al.Geologic framework of the Mississippian Barnett Shale，Barnett-Paleozoic total petroleum system，Bend arch-Fort Worth Basin，Texas[J].AAPG Bulletin，2007,91(4)：405-436.

[3]Thompson D M.Fort Worth Basin[A].Sloss L L.The geology of North America[C].Geological Society of America,1988：346-352.

[4]聶海寬，張金川，張培先，等.福特沃斯盆地Barnett頁巖氣藏特征及啟示[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2009，28(2)：87-93.

[5]龐軍剛，李文厚，陳全紅.陜北地區(qū)延長組標(biāo)志層特征及形成機(jī)制[J].地層學(xué)雜志，2010，34(2)：174-178.

[6]王祥，劉玉華,張敏,等.頁巖氣形成條件及成藏影響因素研究[J].天然氣地球科學(xué)，2010， 21 (2)：350-355.

[7]惠寬洋,鄂爾多斯盆地煤成氣和油型氣成因類型鑒別模式研究[J].巖石礦物,2000 ,20 (2) :43-48.

[8]Pollastro R M.Total petroleum system assessment of undiscovered resources in the giant Barnett Shale continuous (unconventional)gas accumulation，F(xiàn)ort Worth Basin，Texas[J].AAPG Bulletin，2007，91(4)：551-578.

[9]Pollastro R M，Jarvie D M,Hill R J，et al.Geologic framework of the Mississippian Barnett Shale，Barnett-Paleozoic total petroleum system，Bend arch-Fort Worth Basin，Texas[J].AAPG Bulletin，2007,91(4)：405-436.

[10]Bowker K A.Recent development of the Barnett Shale play,Fort Worth Basin[J].West Texas Geological Society Bulletin，2003，42(6)：4-11.

[11]Pollastro R M,Hill R J，Jarvie D M,et al.Assessing undiscovered resources of the Barnett-Paleozoic total petroleum system.Bend arch-Fort Worth basin province[A].Anon.AAPG Southwest Section Convention,Fort Worth，Texas[C].2003:1-5.

[12]Cheney M G.Geology of north-central Texas[J].AAPG Bulletin,1940,24(1): 65-118.

[13]徐士林，包書景.鄂爾多斯盆地三疊系延長組頁巖氣形成條件及有利發(fā)育區(qū)預(yù)測 [J].天然氣地球科學(xué)，2009，20(3)：460-465.

[14]《頁巖氣地質(zhì)與勘探開發(fā)實(shí)踐叢書》編委會(huì).中國頁巖氣地質(zhì)研究進(jìn)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011：69-70.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.016

P618.13

A

1673-1409(2012)12-N050-03