秦榮芳， 李 靖， 王崇敬， 曹代勇

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

頁巖氣是指以吸附和(或)游離狀態(tài)為主賦存于富有機質(zhì)頁巖地層中，自生自儲，在頁巖納米級孔隙中連續(xù)聚集，具有商業(yè)開發(fā)價值的生物成因和(或)熱成因及混合成因的非常規(guī)天然氣。在頁巖氣藏中，氣體也可存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖地層中，是典型的“原地成藏”模式[1]。煤系頁巖氣作為頁巖氣資源的重要組成部分，是指含氣頁巖段賦存在煤系地層中，可自生也可是煤層生成并短距運移到相近頁巖層中，其干酪根類型以III型為主(有部分為 II型干酪根)，TOC含量高，其生成環(huán)境主要為海陸交互相與陸相湖盆沉積[2]。煤系含氣頁巖在垂向上與砂巖、煤層呈互層分布。

根據(jù)國外成功勘探開發(fā)頁巖氣的經(jīng)驗分析可知，含氣頁巖一般具有有機質(zhì)含量高，泥頁巖沉積厚度大、有機質(zhì)豐度高，成熟度適合，泥頁巖礦物組分中脆性礦物含量高，含氣量較高等特點[3－4]。聚乎更礦區(qū)中侏羅統(tǒng)木里組和江倉組含煤巖系具有頁巖類巖石比例高、厚度大、有機質(zhì)含量豐富、熱演化程度高、脆性礦物含量高、構(gòu)造作用導(dǎo)致孔滲條件良好等特征[5]，構(gòu)成生成頁巖氣的良好條件，因此，開展木里地區(qū)煤系頁巖氣生烴潛力評價，對于拓寬對頁巖氣資源的認識和該區(qū)多能源的綜合開發(fā)，均具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

木里煤田位于青海省北部，屬祁連加里東褶皺系之中祁連中間隆起帶。中祁連位于北祁連新元古代—早古生代縫合帶與疏勒南山—拉雞山早古生代縫合帶之間的中祁連陸塊的北緣，呈NWW向展布，西端出省后被阿爾金NEE向左行走滑斷裂切錯，東延出省后可能和秦嶺中間陸塊相接，整個構(gòu)造帶主體由白堊紀以來的再生造山帶及相伴生的壓陷性盆地帶所組成[6]。同時又受其南特提斯—喜馬拉雅構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域形成與發(fā)展的影響，造就了該區(qū)域復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造特征。

木里煤田地層由老至新為前震旦系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、古近系—新近系和第四系。侏羅系為研究區(qū)含煤地層。下侏羅統(tǒng)熱水組(J1r)、中侏羅統(tǒng)(J2)的木里組(J2m)和江倉組(J2j)地層中有發(fā)育較好的暗色泥巖、油頁巖等烴源巖[7]。

2 頁巖氣生烴條件分析

頁巖氣生烴條件包括:沉積地層以泥/頁巖為主，單層厚度大(dmax≥10 m)，泥質(zhì)含量高(泥/頁巖地層中的純泥巖厚度百分比φ≥10%)，有機質(zhì)豐度(w(TOC)≥0.3%)及有機質(zhì)成熟度底限條件要求相對較低(Ro≥0.4%)[8]。

2.1 泥/頁巖發(fā)育情況

通過對木里煤田的野外地質(zhì)調(diào)查，并結(jié)合區(qū)域地層調(diào)研資料，掌握了該區(qū)含煤地層泥頁巖的發(fā)育特征及展布規(guī)律。

根據(jù)木里煤田泥頁巖厚度發(fā)育數(shù)據(jù)，選取了5、25、45、65 m，作為等值線值，作出了泥頁巖單層厚度分布圖(圖1)。由圖1可以看出，在四井田東南部泥巖單孔最大單層厚度大于45 m，西北部略低，大于25 m。

圖1 木里煤田煤系泥頁巖最大單層厚度分布Fig.1 Distribution of largest layer thickness in Muri coalfield

該區(qū)含煤地層沉積了厚度巨大的泥/頁巖，泥巖、粉砂巖以及粉砂質(zhì)泥巖等粒度較細的巖石，累計厚度百分比平均為40.05%(表1)，其中四井田粒度較細的巖石厚度百分比φx最大，可達53.69%。木里煤田細碎屑巖的巨大厚度比例，為頁巖氣的形成提供了有利條件(表1)。

表1 木里煤田泥頁巖厚度分析Table 1 Muri coalfield shale thickness analysis table

2.2 烴源巖評價

烴源巖是指富含有機質(zhì)、大量生成油氣與排出油氣的巖石。烴源巖應(yīng)該具備的條件:含有大量有機質(zhì)即干酪根;達到干酪根轉(zhuǎn)化成油氣的門限溫度即埋藏深度。對烴源巖的研究中，通常要從有機質(zhì)數(shù)量、有機質(zhì)類型、有機質(zhì)成熟度等三方面對其做出定性或定量評價。

2.2.1 有機質(zhì)豐度

木里煤田作為烴源巖的煤、碳質(zhì)泥巖、暗色泥巖和油頁巖分布廣泛，地層厚度巨大。

根據(jù)實驗獲得的木里煤田煤(巖)樣總有機碳分析結(jié)果(表2)，筆者對分析結(jié)果的最大值、最小值和平均值進行統(tǒng)計，參考現(xiàn)行煤系泥頁巖有機質(zhì)豐度評價標準[9]，對研究區(qū)烴源巖豐度進行評價。從表2可以看出，煤中TOC的分布為46.760% ～86.060%，平均值為73.060%。煤中S1+S2的分布為72.09～185.31 mg/g，平均值為129.21 mg/g。TOC和S1+S2的分布都證實了該處的煤是好烴源巖。油頁巖中TOC的分布為1.810% ～4.050%，平均值為2.780%。油頁巖中S1+S2的分布為1.98～11.41 mg/g，平均值為4.79 mg/g。泥巖中TOC的分布為2.330%～2.700%，平均值為2.520%。泥巖中S1+S2的分布為4.06～15.45 mg/g，平均值為9.76 mg/g。根據(jù)有機質(zhì)豐度評價標準結(jié)合TOC和S1+S2的分布來看，油頁巖和泥巖均是好的烴源巖。

表2 木里煤田巖樣總有機碳分析Table 2 Total organic carbon data of rock sample analysis of Muri coalfield

2.2.2 有機質(zhì)類型

干酪根是有機碳存在的最重要的形式，占沉積巖中分散有機質(zhì)總量的80% ～90%，甚至更高。干酪根分為Ⅰ型(細菌改造的藻質(zhì)型)，主要生成石油，II型(腐泥型)，可生成油和氣，Ⅲ型(腐殖型)，主要生成天然氣。

木里煤田聚乎更礦區(qū)一井田大部分樣品HI在100～500(表3)，表明該區(qū)域內(nèi)，有機質(zhì)類型主要為Ⅱ2－Ⅲ型干酪根。

表3 各種巖性烴源巖氫指數(shù)分布Table 3 Distribution of hydrogen index in hydrocarbon source rocks of various lithology

2.2.3 有機質(zhì)成熟度

一般認為，有機質(zhì)演化處于成熟—高成熟階段(Ro為0.8% ～1.7%)是最有利的熱生氣階段，生氣速率最大。木里煤田的煤樣及巖樣實測數(shù)據(jù)(表4)表明，巖樣鏡質(zhì)體反射率Ro為0.740% ～1.851%，平均值為1.197%，均大于有機質(zhì)成熟度的底限0.4%，可見該地區(qū)烴源巖均處于成熟—高成熟度的演化階段，有利于生氣。

表4 木里煤田鏡質(zhì)組反射率測定分析Table 4 Source rocks vitrinite reflectance data in Muri coalfield

3 結(jié)論

(1)木里煤田早、中侏羅世煤系中暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖等富含有機質(zhì)的細碎屑巖石在地層中的累計厚度百分比為31.98% ～53.69%，平均值為40.05%，為頁巖氣的生成提供了有利的物質(zhì)保障。

(2)該區(qū)泥頁巖的有機質(zhì)豐度為0.520%～86.060%，總有機碳含量大，有機質(zhì)成熟度0.740%～1.851%，有機質(zhì)熱演化程度已經(jīng)達到了生氣高峰。

(3)有機質(zhì)類型主要為Ⅱ2－Ⅲ型干酪根。該區(qū)烴源巖可以為頁巖氣的生成提供充足的氣源供應(yīng)。

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