張 惠，孟祥振

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069;2.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安710065;3.延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安717111)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球油頁(yè)巖蘊(yùn)藏著巨大的資源量，產(chǎn)層從寒武系至第三系，主要分布在美國(guó)、扎伊爾、巴西、意大利、摩洛哥、約旦、澳大利亞、中國(guó)和加拿大等9個(gè)國(guó)家［1-2］。我國(guó)頁(yè)巖氣廣泛分布，主要分布在川南、川東、渝東南、黔北、鄂西、渤海灣、鄂爾多斯、塔里木和準(zhǔn)噶爾等含油氣盆地，可采資源量約為26×1012m3，與美國(guó)的28.3×1012m3大致相當(dāng)，具有很大的資源前景和開(kāi)發(fā)潛力。鄂爾多斯盆地作為我國(guó)油頁(yè)巖資源最豐富的盆地之一，縱向上分布在石炭系、二疊系山西組、三疊系延長(zhǎng)組等層位，其中延長(zhǎng)組是盆地內(nèi)油頁(yè)巖的主要產(chǎn)出層位，占鄂爾多斯盆地油頁(yè)巖資源總量的90%以上。鑒于此，本文對(duì)該盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油頁(yè)巖特征進(jìn)行細(xì)致分析，并對(duì)其頁(yè)巖氣資源量予以估算。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是位于我國(guó)中東部中、新生代的大型坳陷內(nèi)陸沉積盆地，地跨中國(guó)北部的陜西、甘肅、寧夏、山西和內(nèi)蒙古等五省區(qū)，為一個(gè)沉積穩(wěn)定，坳陷遷移，扭動(dòng)明顯的多旋回克拉通疊加盆地［3］，沉積面積約25×104km2。

區(qū)域地質(zhì)研究表明［4-7］，鄂爾多斯盆地早古生代為海相沉積，晚古生代以海陸過(guò)渡相沉積為主，到了晚三疊世，受印支運(yùn)動(dòng)影響，鄂爾多斯盆地遭受了有史以來(lái)的重大變革，在沉積上實(shí)現(xiàn)了由海相、過(guò)渡相向陸相的根本性轉(zhuǎn)變，開(kāi)始進(jìn)入內(nèi)陸坳陷盆地發(fā)展階段，發(fā)育了大型內(nèi)陸湖泊，沉積了厚逾千米的上三疊統(tǒng)生、儲(chǔ)油巖系，延長(zhǎng)組記錄了湖盆形成、發(fā)展和萎縮的全過(guò)程。延長(zhǎng)組沉積時(shí)期，鄂爾多斯盆地具面積大、水域廣、深度淺、地形平坦和分割性較弱的特點(diǎn)(曾少華，1992)，而長(zhǎng)7油頁(yè)巖正是之一時(shí)期形成的。

2 長(zhǎng)7油頁(yè)巖特征

2.1 油頁(yè)巖的成因類型

油頁(yè)巖通常根據(jù)成因可分為海相和陸相。一般情況下，地質(zhì)學(xué)家把油頁(yè)巖沉積分為三大類:第一類為黑色的、極少見(jiàn)的淺棕色海相地臺(tái)型油頁(yè)巖，它們與碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖和含磷酸鹽的巖系伴生。這類油頁(yè)巖層一般都很薄，厚度不超過(guò)幾米，厚達(dá)10 m的極少。第二類是黑色湖相油頁(yè)巖，形成于深湖-半深湖沉積環(huán)境中。這類油頁(yè)巖厚度可達(dá)幾百米，是季節(jié)性氣候旋回直接控制下湖盆內(nèi)部水體生物與化學(xué)環(huán)境周期變化的產(chǎn)物，為盆內(nèi)成因或湖控成因［8］。它代表了盆地發(fā)育的鼎盛期，油頁(yè)巖往往是含油氣盆地的主要烴源巖，縱向上油頁(yè)巖處于儲(chǔ)蓋組合之下，這種成因類型的油頁(yè)巖具有厚度大、分布范圍廣的特點(diǎn)［9］。第三類是與煤層伴生的油頁(yè)巖，包括海陸交替相和沼澤相沉積環(huán)境形成的油頁(yè)巖，一般分布在煤層的底部或煤層之間，多數(shù)為煤層底板，厚度相對(duì)較薄。

鄂爾多斯盆地的油頁(yè)巖可分為湖相油頁(yè)巖、海陸交替相油頁(yè)巖和沼澤相油頁(yè)巖三類。而延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油頁(yè)巖則屬于大型內(nèi)陸湖盆的湖相油頁(yè)巖，代表了盆地發(fā)育的鼎盛期，是主要的烴源巖。

2.2 油頁(yè)巖平面分布特征

長(zhǎng)7期，盆地在繼承前期的基礎(chǔ)上，基底整體強(qiáng)烈下沉，湖水覆蓋面積約達(dá)10×104km2，湖盆水體也明顯加深。湖岸線大幅度向外擴(kuò)展，東部大致擴(kuò)展至橫山-子洲-清澗-延川-趙家河一帶，西部推移至環(huán)縣西-華亭一線;南部抵達(dá)旬邑東一線;北部最遠(yuǎn)可達(dá)烏審旗一帶。

研究表明，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油頁(yè)巖的發(fā)育厚度與沉積相的展布密切相關(guān)。半深—深亞相沉積廣泛分布于黃陵-富縣-甘泉-吳旗-定邊-姬塬—環(huán)縣-西峰西一線以內(nèi)的廣大地區(qū)，呈北西-南東向不對(duì)稱分布。該區(qū)黑色泥巖厚80～120 m，油頁(yè)巖厚一般大于30 m，最厚處可達(dá)60 m以上，最厚處在盆地南部的吳旗、慶陽(yáng)和正寧等地附近，普遍發(fā)育水平層理、微細(xì)波狀層理。垂向上濁積巖、深湖湘泥巖交替。動(dòng)植物化石豐富，黃鐵礦結(jié)核普遍分布，是鄂爾多斯盆地主要的烴源巖發(fā)育區(qū)。西部以粗粒三角洲和濁積巖沉積為主，慶陽(yáng)-合水-固城川的濁積扇連成一片，規(guī)模達(dá)到最大;東南部、西北部發(fā)育扇三角洲成因有關(guān)的濁積扇;東部局部發(fā)育與三角洲有關(guān)的濁積巖。淺湖亞相沉積呈環(huán)帶狀沿深湖區(qū)展布，具有西部狹窄，東部寬闊的特點(diǎn)?；疑⒒液谏鄮r厚達(dá)60～80 m，油頁(yè)巖厚度一般小于30 m，10～20 m居多，分布在定邊、靖邊、延安、子長(zhǎng)、富縣、銅川和彬縣一帶。具有水平或波狀層理，含植物化石碎片，也是重要的烴源巖發(fā)育區(qū);東部發(fā)育定邊三角洲、志丹—靖邊三角洲、烏審旗三角洲、安塞三角洲、延安三角洲、富縣三角洲等三角洲前緣亞相沉積，此處頁(yè)巖不太發(fā)育，厚度較小，一般多在20 m以下(圖1)。

由此可見(jiàn)，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油頁(yè)巖的分布受沉積環(huán)境的控制作用顯著，深湖—半深湖相形成的油頁(yè)巖具有分布廣泛、厚度大的特點(diǎn)，淺湖和三角洲相形成的油頁(yè)巖不僅分布范圍小，且厚度小。

圖1 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7期沉積相與油頁(yè)巖厚度等值線圖

2.3 油頁(yè)巖縱向分布特征

長(zhǎng)7油頁(yè)巖縱向上常為1～3層，單層厚度一般10～30 m，深湖區(qū)單層厚度達(dá)50 m以上。水平層理發(fā)育，具密度流碎屑沉積夾層或隔層，厚度較大的油頁(yè)巖段縱向上分布集中且穩(wěn)定(圖2)。

圖2 長(zhǎng)7油頁(yè)巖對(duì)比剖面

2.4 油頁(yè)巖電性特征

從測(cè)井曲線上看，長(zhǎng)7油頁(yè)巖段自然伽馬曲線值一般為91～243.5APⅠ，平均 134 APⅠ，是泥巖的 3 倍以上;深感應(yīng)電阻率曲線值一般為29～196Ω·m，平均61Ω·m，是泥巖的4倍以上;4米視電阻率曲線值一般為63～540Ω·m，平均234Ω·m;聲波時(shí)差曲線值一般為 230～362μs/m，平均282μs/m;自然電位曲線值一般為 -38～-5mv，平均 -21mv。總之，油頁(yè)巖測(cè)井響應(yīng)明顯，易于識(shí)別，具有高伽馬、高電阻、高時(shí)差、自然電位偏正等特征(圖2)，可以利用鄂爾多斯盆地大量的鉆孔測(cè)井資料進(jìn)行油頁(yè)巖定性解釋評(píng)價(jià)。

3 長(zhǎng)7頁(yè)巖氣資源潛力

3.1 頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)方法概述

頁(yè)巖氣發(fā)育條件及富集機(jī)理的特殊性，決定了相應(yīng)資源評(píng)價(jià)方法和參數(shù)取值的特殊性［10］。頁(yè)巖氣藏儲(chǔ)層連續(xù)分布，具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，包括多種氣體富集機(jī)制、控制產(chǎn)能的多樣性。因此，頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)中既要考慮地質(zhì)因素的不確定性，也要考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上的不確定性。當(dāng)頁(yè)巖物性超出下限(孔隙度小于1%)、頁(yè)巖含氣量達(dá)不到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者埋藏深度超出經(jīng)濟(jì)下線(埋深4 km)時(shí)，頁(yè)巖氣資源量與儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果宜采取適當(dāng)辦法予以總量中的扣除［11］。

目前，頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)方法主要有資源豐度類比法、成因法、統(tǒng)計(jì)法、容積法、綜合分析法等［10-11］。本次長(zhǎng)7頁(yè)巖氣資源量估算采用資源豐度類比法，該方法是勘探開(kāi)發(fā)程度較低地區(qū)常用的方法，也是一種簡(jiǎn)單快速的評(píng)價(jià)方法。簡(jiǎn)要過(guò)程是:首先確定評(píng)價(jià)區(qū)頁(yè)巖系統(tǒng)展布面積、有效頁(yè)巖厚度;其次根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)頁(yè)巖吸附氣含量、頁(yè)巖地化特征、儲(chǔ)層特征等關(guān)鍵因素，結(jié)合頁(yè)巖沉積、構(gòu)造演化等地質(zhì)條件，已知含氣頁(yè)巖對(duì)比，按地質(zhì)條件相似程度，估算評(píng)價(jià)區(qū)資源豐度或單儲(chǔ)系數(shù);最終按如下方式估算評(píng)價(jià)區(qū)頁(yè)巖氣資源量:

式中:Q為評(píng)價(jià)區(qū)頁(yè)巖氣資源量，108m3;S為評(píng)價(jià)區(qū)效頁(yè)巖面積，km2;h為有效頁(yè)巖厚度，m;k為頁(yè)巖氣資源豐度，108m3/km2;a為頁(yè)巖氣單儲(chǔ)系數(shù)，108m3/(km2·m)。其中有效頁(yè)巖面積有嚴(yán)格的限定，指有效厚度大于15 m、有機(jī)碳含量大于2%、熱演化程度處于生氣窗以內(nèi)、埋藏深度位于氧化帶(300 m)以下頁(yè)巖的展布面積。

3.2 長(zhǎng)7頁(yè)巖氣資源量估算

3.2.1 長(zhǎng)7油頁(yè)巖厚度

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)、鉆井資料等對(duì)長(zhǎng)7油頁(yè)巖的厚度、埋深的統(tǒng)計(jì)及分布規(guī)律研究，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7有效頁(yè)巖面積約58 867 km2，有效厚度15～50 m，最厚處在盆地南部的吳旗、慶陽(yáng)和正寧等地附近。為便于頁(yè)巖氣資源估算后的進(jìn)一步經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，對(duì)不同埋深下的有效頁(yè)巖面積做了統(tǒng)計(jì)，埋深大于2 000 m的有效頁(yè)巖面積為28 053.5 km2，埋深2 000～1 000 m的有效頁(yè)巖面積24 671.2 km2;埋深小于1 000 m的有效頁(yè)巖面積6 142.5 km2(圖3)。

圖3 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油頁(yè)巖厚度、埋深等值線及有效頁(yè)巖厚度分布圖

3.2.2 長(zhǎng)7頁(yè)延氣資源豐度

區(qū)域測(cè)試資料表明，長(zhǎng)7油頁(yè)巖的殘余有機(jī)碳含量主要分布于6%～14%之間，最高可達(dá)30%～40%，說(shuō)明長(zhǎng)7油頁(yè)巖是有機(jī)質(zhì)高度富集的優(yōu)質(zhì)烴源巖;長(zhǎng)7段優(yōu)質(zhì)烴源巖分布的絕大部分地區(qū)均已達(dá)到了成熟—高成熟早期 (Ro:0.9%～1.1%)的生油高峰階段，反映有機(jī)質(zhì)的熱演化程度較高［12］。

將長(zhǎng)7油頁(yè)巖特征與美國(guó)五大頁(yè)巖氣含氣盆地及四川盆地對(duì)比(表1)，確定出鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖氣資源豐度為 0.76×108～1.50×108m3/km2。

3.2.3 長(zhǎng)7頁(yè)巖氣資源量

依據(jù)資源豐度 0.76×108～1.50×108m3/km2、有效頁(yè)巖面積58 867 km2，根據(jù)資源豐度類比法估算出鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)頁(yè)巖氣資源量為:

Q=Sk=58 867 km2×(0.76～1.50)×108m3/km2=(4.47～8.83)×1012m3

3.3 長(zhǎng)7頁(yè)巖氣試氣初探

通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)三口長(zhǎng)7油頁(yè)巖綜合錄井及試氣資料統(tǒng)計(jì)分析，錄井顯示含氣特征明顯(圖4)，試氣結(jié)果火苗高度最大可達(dá)5～6 m，最小也在0.5 m左右，具有一定的產(chǎn)氣能力。

4 結(jié)語(yǔ)

鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油頁(yè)巖主要是湖相環(huán)境形成的，分布受沉積環(huán)境的控制作用顯著，深湖—半深湖相形成的油頁(yè)巖品質(zhì)較好。該沉積環(huán)境下形成的長(zhǎng)7油頁(yè)巖具有分布范圍廣、厚度大的特點(diǎn)，且通過(guò)生產(chǎn)證實(shí)含氣特征明顯且具有一定的產(chǎn)氣能力，說(shuō)明其頁(yè)巖氣資源潛力巨大，而且盆地構(gòu)造簡(jiǎn)單，開(kāi)采地質(zhì)條件優(yōu)越，具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景。鄂爾多斯盆地頁(yè)巖氣的開(kāi)采將有利于解決我國(guó)油氣等常規(guī)能源供需矛盾突出的問(wèn)題。

表1 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7頁(yè)巖氣資源豐度表

圖4 鄂爾多斯盆地頁(yè)巖氣井長(zhǎng)7油頁(yè)巖特征圖

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