劉福春，程日輝，解啟來(lái)，胡望水，湯濟(jì)廣，李忠博，楊秀輝，徐 浩，周隸華

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 1300612.中國(guó)石化東北油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，長(zhǎng)春 1300623.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣州 5106424.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 4301005.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣州 5106406.新疆油田采油一廠，新疆 克拉瑪依 834000

松遼盆地梨樹(shù)斷陷頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)

劉福春1,2，程日輝1，解啟來(lái)3，胡望水4，湯濟(jì)廣4，李忠博2，楊秀輝2，徐 浩5，周隸華6

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 1300612.中國(guó)石化東北油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，長(zhǎng)春 1300623.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣州 5106424.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 4301005.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣州 5106406.新疆油田采油一廠，新疆 克拉瑪依 834000

松遼盆地梨樹(shù)斷陷縱向上發(fā)育白堊系沙河子組和營(yíng)城組兩套主力泥頁(yè)巖烴源巖層系，其沉積環(huán)境有利、厚度大、分布廣。沙河子組以Ⅱ段頁(yè)巖氣地質(zhì)條件最好，其w(TOC)分布范圍為0.11%～8.20%(平均值1.45%)；營(yíng)城組發(fā)育兩段優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖，Ⅰ段w(TOC)為0.26%～12.01%(平均值1.96%)，Ⅱ段w(TOC)為0.06%～5.03%(平均值1.06%)。有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1-Ⅲ型為主，含少量I型。沙河子組Ro普遍較高，斷陷西部基本進(jìn)入過(guò)成熟階段，緩坡帶處于成熟-高成熟階段。營(yíng)城組Ro變化范圍較大，小城子、孤家子和十屋地區(qū)Ro達(dá)到2.00%以上。兩套泥頁(yè)巖脆性礦物體積分?jǐn)?shù)為32.10%～62.90%，具有較好的儲(chǔ)集性能。斷陷內(nèi)有多口探井在沙河子組和營(yíng)城組的厚層泥頁(yè)巖段鉆遇高氣測(cè)顯示。營(yíng)城組I段泥頁(yè)巖含氣量為0.62～3.09 m3/t。采用概率法初步預(yù)測(cè)出沙河子組和營(yíng)城組頁(yè)巖氣資源量為6 645.34× 108m3。秦家屯地區(qū)和蘇家屯次洼為頁(yè)巖氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)，桑樹(shù)臺(tái)深洼帶為較有利目標(biāo)區(qū)。

頁(yè)巖氣；資源潛力評(píng)價(jià)；白堊系泥頁(yè)巖；梨樹(shù)斷陷；松遼盆地

0 引言

頁(yè)巖氣是連續(xù)的生物成因氣、熱成因氣或二者的混合氣，是繼致密砂巖層和煤層甲烷之后的又一種重要的非常規(guī)油氣資源，主要表現(xiàn)為以游離態(tài)儲(chǔ)存在頁(yè)巖孔隙和天然裂縫中，以吸附態(tài)存在于干酪根和黏土顆粒表面，甚至以溶解狀態(tài)存在于干酪根和瀝青質(zhì)中。而且，其含氣分布廣、圈閉隱蔽、蓋層巖性多樣、烴類運(yùn)移距離相對(duì)較短，是一種典型的自生自儲(chǔ)、近原地富集的天然氣[1-12]。張金川等[13]認(rèn)為頁(yè)巖氣主體應(yīng)位于暗色泥頁(yè)巖或高炭泥頁(yè)巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集，也可存在于泥頁(yè)巖中的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖甚至砂巖等夾層中，是一種烴源巖層的近距離聚集的氣藏。

頁(yè)巖氣由于具有特殊的賦存機(jī)理，以及資源量大、開(kāi)采周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)[14-15]，梨樹(shù)斷陷位于松遼盆地東南隆起區(qū)東南緣，是松遼盆地?cái)嘞輰酉抵幸?guī)模較大的斷陷，斷陷面積2 300 km2，最大埋深逾萬(wàn)米，斷陷層最大厚度達(dá)8 000 m。其中，沙河子組和營(yíng)城組是主力烴源巖層，具有優(yōu)質(zhì)的生烴基礎(chǔ)。根據(jù)第3次資源評(píng)價(jià)結(jié)果*唐黎明，張玉明，何興華，等．松遼盆地南部探區(qū)油氣資源評(píng)價(jià)．長(zhǎng)春:中石化東北油氣分公司，2002．，梨樹(shù)斷陷總生烴量為215×108t，排烴量為154×108t，潛在的非常規(guī)資源量為61×108t。

1 構(gòu)造區(qū)帶劃分

在NNE向斷裂控制下，梨樹(shù)斷陷總體上呈NNE向構(gòu)造格局，由“兩坡一隆一洼”4個(gè)構(gòu)造單元構(gòu)成，分別為中央構(gòu)造帶、東南斜坡帶、北部斜坡帶和桑樹(shù)臺(tái)深洼帶[16](圖1)。

圖1 梨樹(shù)斷陷構(gòu)造區(qū)劃圖Fig.1 Tectonic division of Lishu fault depression

1.1 中央構(gòu)造帶

位于梨樹(shù)斷陷腹地，呈NE向展布，沿小寬-八屋-太平莊一帶縱貫梨樹(shù)斷陷，面積約240 km2，是受營(yíng)城期末、登婁庫(kù)期末及嫩江期末疊加改造而成的大型走滑褶皺構(gòu)造帶。該構(gòu)造帶西南緊鄰沙河子-營(yíng)城組沉降中心，聚集了梨樹(shù)斷陷主要的油氣資源[17-19]。

1.2 東南斜坡帶

東南斜坡帶位于梨樹(shù)斷陷東部，與中央構(gòu)造帶以小寬斷裂為界限，該區(qū)帶沿金山-小城子-秦家屯一帶展布，呈NE-SW走向，面積538 km2，最大埋深5 000 m。通過(guò)構(gòu)造演化分析，該帶在沙河子-營(yíng)城期，受NE向斷裂影響，與雙龍次洼具有一定的成因聯(lián)系，沙河子組及營(yíng)城組厚度沿該帶呈一定程度增加，具有坳陷特征。同時(shí)，由于登婁庫(kù)期末兩側(cè)斷層對(duì)沖，形成了向斜特征，導(dǎo)致其現(xiàn)今構(gòu)造面貌為NE走向的低凹帶。又由于其處于向斜部位，斷裂構(gòu)造變形相對(duì)簡(jiǎn)單。

1.3 北部斜坡帶

北部斜坡帶緊鄰斷陷生烴次凹，向楊大城子呈弧形EW方向展布，面積約375 km2。在該帶西北角和東北角，分別發(fā)育2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的桑樹(shù)臺(tái)次洼和雙龍次洼。生烴次凹源巖埋藏較淺，演化程度適中，以生成大量液態(tài)烴為主?？碧浇Y(jié)果表明，該區(qū)帶主要發(fā)育大型巖性-地層油氣藏，已發(fā)現(xiàn)十屋油田和皮家氣田。

1.4 桑樹(shù)臺(tái)深洼帶

受桑樹(shù)臺(tái)控陷大斷裂的控制，桑樹(shù)臺(tái)深洼帶在桑樹(shù)臺(tái)斷裂東側(cè)呈SN向展布，面積約430 km2，被皮家斷裂分為北部的蘇家屯次洼和南部的桑樹(shù)臺(tái)次洼主體部分。由于目的層埋藏較深，熱演化程度高，烴源巖大部分處于高成熟-過(guò)成熟階段，以生成天然氣為主。目前尚無(wú)鉆井鉆至營(yíng)城組和沙河子組[1]。

2 沉積構(gòu)造特征

梨樹(shù)斷陷發(fā)育兩套沉積體系，分別為下部斷陷層沉積體系(火石嶺組(K1h)、沙河子組(K1sh)、營(yíng)城組(K1yc)、登婁庫(kù)組(K1d))和上部坳陷層沉積體系(泉頭組(K1q)、青山口組(K2qn)、姚家組(K2y)、嫩江組(K2n))，以及第四系(Q)覆蓋，缺失上白堊統(tǒng)四方臺(tái)組、明水組和第三系。

斷陷主要經(jīng)歷了斷陷期、坳陷期和反轉(zhuǎn)期等階段。其中，斷陷期分為初始裂陷期、強(qiáng)烈斷陷期和斷坳轉(zhuǎn)換期3個(gè)階段。相應(yīng)的主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有火石嶺末期、營(yíng)城末期、登婁庫(kù)末期及明水末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[13](表1)。

2.1 斷陷期

初始裂陷期 初始裂陷期為火石嶺組沉積時(shí)期，受NW-SE向拉張應(yīng)力作用，形成一系列NNE、NE向斷層，發(fā)育了多米諾式的NE走向早期小型斷陷盆地群。各小型斷陷群湖盆邊緣發(fā)育夾火山碎屑巖的扇三角洲體系，此時(shí)期湖域范圍小而淺，斷陷內(nèi)大部分為濱淺湖相沉積，僅在西部桑樹(shù)臺(tái)控盆斷裂之下的水體較深，形成沖積扇或水下扇沉積體系。

強(qiáng)烈斷陷期 在沙河子-營(yíng)城期盆地進(jìn)入了強(qiáng)烈斷陷發(fā)育期。沙河子時(shí)期斷裂受近EW向張應(yīng)力作用不斷擴(kuò)展，以構(gòu)造沉降為主，是斷陷層生長(zhǎng)最快的時(shí)期。斷陷內(nèi)半深湖-深湖相沉積范圍廣，代表了斷陷層最大水進(jìn)期，沿東、南、北3個(gè)方向擴(kuò)展為濱淺湖相沉積。在西部桑樹(shù)臺(tái)斷裂主要為沖積扇-扇三角洲-近岸水下扇等沉積體系，而北部、東南部斜坡帶形成了強(qiáng)勁的扇三角洲沉積體系。泥巖以黑色為主，且分布范圍廣，沉積厚度大。

表1 梨樹(shù)斷陷構(gòu)造演化分析表

營(yíng)城期繼承沙河子期沉積特征，沉積范圍擴(kuò)大，為箕狀斷陷的定型期，形成以單一主控?cái)鄬涌刂频奈鲾鄸|超的斷陷結(jié)構(gòu)。由于當(dāng)時(shí)處于溫暖潮濕的氣候環(huán)境，物源供給相對(duì)不足，處于欠補(bǔ)償沉積狀態(tài)，加之沉降速率較大，因此以深湖、半深湖相為主，發(fā)育扇三角洲、水下扇和三角洲等沉積體系，但水體相對(duì)較淺，泥巖以灰色為主。

斷坳轉(zhuǎn)換期 登婁庫(kù)沉積時(shí)期是斷坳轉(zhuǎn)換期，地層沉降開(kāi)始擺脫斷裂控制，形成統(tǒng)一的沉降中心，結(jié)束了梨樹(shù)斷陷的斷槽沉積，進(jìn)入廣盆式的坳陷期沉積。

2.2 坳陷期

泉頭-嫩江期是梨樹(shù)斷陷的坳陷期，從泉頭期開(kāi)始梨樹(shù)斷陷進(jìn)入廣盆式沉積。

2.3 反轉(zhuǎn)期

明水期末是斷陷的構(gòu)造反轉(zhuǎn)期。由于明水期末構(gòu)造運(yùn)動(dòng)受區(qū)域擠壓應(yīng)力場(chǎng)的作用，坳陷期的厚層沉積體擠壓抬升，形成以大型寬緩背斜為主的擠壓構(gòu)造，但斷層并不十分發(fā)育。

3 烴源巖發(fā)育特征

梨樹(shù)斷陷主要發(fā)育沙河子組和營(yíng)城組2套主力烴源巖層系，其巖性以泥巖、泥頁(yè)巖、炭質(zhì)泥巖/頁(yè)巖或煤層為主。斷陷內(nèi)沙二段和營(yíng)一段泥頁(yè)巖縱向厚度大、平面分布廣，具有良好的生烴基礎(chǔ)。

沙河子時(shí)期暗色泥巖沉積較厚。鉆井揭示，沙河子組厚度為24.00～917.40 m，平均為319.30 m，暗色泥巖厚度達(dá)16.00～594.50 m，平均為180.60 m，占地層厚度的17.50%～95.50%，平均為57.08%。在桑樹(shù)臺(tái)斷裂附近，地層厚度達(dá)1 800 m以上，推測(cè)該區(qū)暗色泥巖厚度最大可達(dá)600 m。自西向東，由桑樹(shù)臺(tái)斷裂附近至后五家子、四五家子，暗色泥巖厚度逐漸減小。雙龍地區(qū)出現(xiàn)另一高值區(qū)，最大暗色泥巖厚度可達(dá)300 m以上，東部秦家屯地區(qū)暗色泥巖最大厚度也在200 m左右(圖2)。

圖2 沙河子組暗色泥巖等厚圖Fig.2 Isopach map of dark mudstone of Shahezi Formation

沙河子組二段被證實(shí)為最有潛力的有效含油氣泥頁(yè)巖層段，其TOC實(shí)測(cè)分布范圍為0.11%～8.20%，平均值1.45%；斷陷西南部的孤家子、十屋和后五家子區(qū)域發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，其TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，可達(dá)3.00 %以上；雙龍和秦家屯地區(qū)也局部發(fā)育好的烴源巖。氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.02%～4.32%，平均為0.40%，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2-Ⅲ型，斷陷邊緣主要為Ⅲ型。有機(jī)質(zhì)成熟度變化范圍較大，全區(qū)普遍較高，斷陷西部地區(qū)已基本進(jìn)入過(guò)成熟階段，自西往東成熟度逐漸降低，緩坡帶目前處于成熟-高成熟階段。

營(yíng)城組沉積時(shí)期湖盆范圍相對(duì)沙河子組更廣，但水體相對(duì)較淺，泥巖以灰色為主，地層厚度為95.50～1 662.00 m，平均為511.70 m，暗色泥巖累積厚度大于沙河子組，為50.00～891.8 m，平均為305.99 m，占地層厚度的9.40%～80.50%，平均為58.28%。與沙河子組相比，暗色泥巖較厚區(qū)域往南遷移，主要分布在十屋、孤家子和后五家子地區(qū)，最厚區(qū)域位于孤家子一帶，可達(dá)1 000 m以上。同樣因軸向物源影響，自西向東逐漸變緩，由孤家子到后五家子、四五家子地區(qū)，再至太平莊，暗色泥巖厚度逐漸減小至300 m以下，斷陷邊緣地區(qū)暗色泥巖厚度普遍在100 m以下。NE方向雙龍區(qū)塊是另一高值區(qū)，暗色泥巖厚度最大可達(dá)300 m以上(圖3)。

圖3 營(yíng)城組暗色泥巖等厚圖Fig.3 Isopach map of dark mudstone of Yingcheng Formation

營(yíng)城組烴源巖主要在斷陷西南部和雙龍地區(qū)較為發(fā)育。在四五家子、小城子和后五家子一帶也發(fā)育大面積優(yōu)質(zhì)烴源巖，相對(duì)于沙河子組優(yōu)質(zhì)烴源巖面積偏大，緩坡帶主要發(fā)育中等-好的烴源巖，雙龍地區(qū)局部發(fā)育好的烴源巖。營(yíng)城組一段發(fā)育2段泥頁(yè)巖：Ⅰ段泥頁(yè)巖TOC實(shí)測(cè)分布范圍為0.26%～12.01%，平均為1.96%，氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%～0.35%，平均為0.19%；Ⅱ段泥頁(yè)巖w(TOC)為0.06%～5.03%，平均為1.06%，氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%～1.15%，平均為0.33%。有機(jī)質(zhì)類型主要以Ⅱ1-Ⅲ型為主，含少量Ⅰ型，斷陷邊緣有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型。營(yíng)城組烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度變化范圍較大，西南部小城子、孤家子和十屋地區(qū)的成熟度較高，Ro達(dá)到2.00%以上，處于過(guò)成熟階段，緩坡帶目前處于成熟-高成熟階段，NE方向雙龍地區(qū)尚處于低熟-成熟階段。

梨樹(shù)斷陷重點(diǎn)取心探井蘇2井營(yíng)一段3 282～3 332 m段泥頁(yè)巖樣品也顯示出較高的有機(jī)質(zhì)豐度，其w(TOC)主要為0.5%～4.0%，最高值可達(dá)4.0%以上，均值為1.9%，其中w(TOC)>2.0%的樣品占到44.4%，顯示出較大的生烴潛力。該井段泥頁(yè)巖的熱演化程度較高，Ro值為1.7%～2.3%，以生氣為主。氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)受成熟度較高的影響呈現(xiàn)出低值，甚至低于0.01%，從H/C(原子比)和O/C(原子比)來(lái)看，營(yíng)一段泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2型和Ⅲ型(圖4)。

4 泥頁(yè)巖礦物組成特征

X射線衍射分析結(jié)果表明，沙河子組泥頁(yè)巖主要礦物組成為石英(10.00%～31.90%)、鈉長(zhǎng)石(5.80%～34.90%)、伊利石(10.60%～36.80%)、蒙脫石(7.60%～33.60%)、綠泥石(0～20.00%)(圖5)；營(yíng)城組泥頁(yè)巖主要礦物組成為石英(14.00%～29.80%)、鈉長(zhǎng)石(9.10%～36.90%)、伊利石(4.00%～43.80%)、蒙脫石(5.90%～22.50%)、綠泥石(0～21.60%)(圖6)?？傮w上，營(yíng)城組和沙河子組脆性礦物(石英和鈉長(zhǎng)石)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為32.10%～62.90 %，表明可壓性較好。

圖5 沙河子組泥頁(yè)巖礦物組成柱狀圖Fig.5 Histogram of mineral compositions of mud shale from Shahezi Formation

圖6 營(yíng)城組泥頁(yè)巖礦物組成柱狀圖Fig.6 Histogram of mineral compositions of mud shale from Yingcheng Formation

5 泥頁(yè)巖儲(chǔ)集特征

在非常規(guī)儲(chǔ)層中，物性指標(biāo)是儲(chǔ)層特征研究的主要參數(shù)，影響著頁(yè)巖的含氣量，包括吸附氣含量和游離氣含量。

通過(guò)對(duì)泥頁(yè)巖樣品的物性分析，梨樹(shù)斷陷沙河子組泥頁(yè)巖孔隙度為1.09%～6.22%，平均為2.97%，滲透率為(0.20～1.40)×10-6μm2，平均0.80×10-6μm2(圖7)；營(yíng)城組泥頁(yè)巖孔隙度為1.79%～6.86%，平均為3.89%，滲透率為(0.20～1.30)×10-6μm2，平均0.50×10-6μm2(圖8)，具有較好的儲(chǔ)集性能。

探井的巖心觀察顯示，梨樹(shù)斷陷沙河子組和營(yíng)城組泥頁(yè)巖的頁(yè)理和裂縫較發(fā)育，可以作為頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間(圖9)。從蘇家屯次洼的蘇2井營(yíng)一段泥頁(yè)巖掃描電鏡分析結(jié)果來(lái)看，營(yíng)一段泥頁(yè)巖層間裂縫發(fā)育，且多被高等植物殘?bào)w充填，黏土礦物順層發(fā)育，高等植物殘片內(nèi)有機(jī)微孔隙發(fā)育良好，且多被炭化，炭化孢子囊中內(nèi)部微孔隙和氣孔發(fā)育良好，具備較好的油氣儲(chǔ)集空間(圖10)。

6 具有較高的氣測(cè)顯示和含氣量

通過(guò)對(duì)老井復(fù)查以及新探井的統(tǒng)計(jì)表明，在多口井的的沙河子組和營(yíng)城組的泥頁(yè)巖中獲得了良好的油氣顯示，特別是在河山1井沙河子組中鉆遇了3套高氣測(cè)顯示的泥頁(yè)巖(表2)。

圖7 沙河子組泥頁(yè)巖孔隙度和滲透率分布直方圖Fig.7 Bar charts of porosity and permeability of mud shale from Shahezi Formation

圖8 營(yíng)城組泥頁(yè)巖孔隙度和滲透率分布直方圖Fig.8 Bar charts of porosity and permeability of mud shale from Yingcheng Formation

左圖, SN56, K1sh；右圖, SN138, K1yc。圖9 黑色炭質(zhì)頁(yè)巖頁(yè)理與黑色泥頁(yè)巖高角度微裂縫Fig.9 Lamellation of black carbonaceous shale and High angle micro-fracture of black mud shale

左圖為層間裂縫,3 282.8 m;右圖為氣孔,3 325.5 m。圖10 蘇2井營(yíng)一段泥頁(yè)巖掃描電鏡圖片F(xiàn)ig.10 Mud shale of Yingyi member under scanning electron microscope in Su 2 well

井號(hào)層位井段/m鉆/錄井顯示巖性SN65K1sh1693.13～1696.32巖心完整,呈柱狀,表面局部見(jiàn)氣泡逸出,灰黑色炭質(zhì)泥巖夾砂質(zhì)條帶1696.32～1696.50持續(xù)時(shí)間約25min灰黃色黏土巖1696.50～1697.40灰黑色炭質(zhì)泥巖1698.07～1699.61灰黑色炭質(zhì)泥巖夾黏土巖薄層1700.20～1701.61灰黑色炭質(zhì)泥巖SN163K1sh2955.00～2959.00氣測(cè)全烴值ΣC:0.08%～25.08%,C1:15.13%,相對(duì)93.90%,含氣層深灰色泥巖SN165K1sh2310.00～2315.20∑C:0.03%～8.45%,C1:3.19%裂隙含氣層深灰色泥巖SN26K1yc1636.00～1700.00氣測(cè)全烴值ΣC:0.03%,C1:0.01%;氣樣分析C1:0.03%黑色泥巖K1sh2037.00～2071.00氣測(cè)全烴值ΣC:0.01%,C1:0.002%黑色泥巖河山1K1sh2715.00～2717.00氣測(cè)全烴值ΣC:18.89%～74.96%,C1:13.13%～54.57%,裂縫含氣黑灰色泥巖2769.00～2770.00氣測(cè)全烴值ΣC:80.58%,C1:50.72%,裂縫含氣黑色泥巖2770.00～2771.00氣測(cè)全烴值ΣC:82.72%,C1:51.63%,裂縫含氣黑色泥巖2771.00～2772.00氣測(cè)全烴值ΣC:5.46%,C1:3.48%黑色泥巖

對(duì)蘇2井營(yíng)一段3 300～3 330 m井段的8個(gè)泥頁(yè)巖樣品進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)解析實(shí)驗(yàn)(表3)，測(cè)得其含氣量范圍為0.62～3.09 m3/t，平均為1.66 m3/t。其中，烴類氣體成分分析顯示甲烷所占比例為93.19%(均值)，乙烷為6.27%(均值)，丙烷為0.38%(均值)，丁烷為0.13%(均值)，戊烷為0.03%(均值)。與國(guó)外典型頁(yè)巖相比，營(yíng)一段頁(yè)巖氣含氣量較San Juan盆地Lewis頁(yè)巖高，但均較其他頁(yè)巖低；而相對(duì)于國(guó)內(nèi)各盆地，除了較蘇北盆地阜寧組和泰州組頁(yè)巖含氣量低外，均較元壩、彭水區(qū)塊、泌陽(yáng)凹陷和湘鄂西地區(qū)頁(yè)巖高。

基于樣品的TOC實(shí)測(cè)值，系統(tǒng)建立了梨樹(shù)斷陷泥頁(yè)巖含氣量與TOC關(guān)系(圖11)?？梢钥闯?，蘇2井含氣量與TOC具有良好的線性關(guān)系，在此基礎(chǔ)上建立了TOC與含氣量的回歸方程。并根據(jù)TOC等值線圖得到梨樹(shù)斷陷營(yíng)一段含油氣泥頁(yè)巖Ⅰ、Ⅱ段及沙二段含油氣泥頁(yè)巖段的含氣量平面分布特征。

表3 蘇2井營(yíng)一段泥頁(yè)巖樣品實(shí)測(cè)含氣量

Table 3 Measured gas content of mud shale samples of Yingyi member in Su 2 well

樣品深度/m實(shí)測(cè)總含氣量/(m3/t)w(TOC)/%3304.65～3304.852.801.703308.96～3309.162.091.203312.06～3312.280.800.693314.09～3314.270.720.543319.02～3319.230.620.363322.72～3322.971.040.833326.31～3326.512.131.293329.45～3329.663.091.46

圖11 蘇2井營(yíng)一段泥頁(yè)巖實(shí)測(cè)含氣量與TOC擬合關(guān)系Fig.11 Fitting relationship between gas content and TOC of mud shale of Yingyi member in Su 2 well

含氣量與TOC擬合關(guān)系為：含氣量/(m3/t)=2.003×w(TOC)/(%)-0.359。

計(jì)算結(jié)果顯示：營(yíng)一段Ⅱ段泥頁(yè)巖含氣量為1.0～3.5 m3/t，Ⅰ段泥頁(yè)巖含氣量為1.50～3.50 m3/t；沙二段含油氣泥頁(yè)巖段含氣量為1.00～3.00 m3/t，高值區(qū)分布于桑樹(shù)臺(tái)洼陷，最大超過(guò)3.00 m3/t；蘇家屯次洼最大含氣量超過(guò)2.00 m3/t。

7 頁(yè)巖氣資源量預(yù)測(cè)

目前，常用的油氣資源量評(píng)估方法主要有：容積法、類比法(面積豐度類比法、體積豐度類比法和特爾菲法等)和物質(zhì)平衡法等[20]。其中，類比法適用于勘探程度低且是鉆探前的遠(yuǎn)景資源量；物質(zhì)平衡法是油氣藏開(kāi)采階段的評(píng)價(jià)方法；容積法作為油氣地質(zhì)資源量評(píng)價(jià)的主要方法，包括確定法和概率法，前者計(jì)算參數(shù)是各參數(shù)的算術(shù)平均值，后者是對(duì)獨(dú)立變量的不確定性進(jìn)行量化估計(jì)的一種風(fēng)險(xiǎn)分析方法[5,20-24]。

由于頁(yè)巖氣分布的物理邊界的不確定性和聚藏地質(zhì)條件的復(fù)雜性，相關(guān)計(jì)算參數(shù)難以準(zhǔn)確把握，故針對(duì)概率法本身能夠?qū)τ?jì)算參數(shù)的不確定性進(jìn)行概率分布的量化?？紤]到梨樹(shù)斷陷進(jìn)行的非常規(guī)油氣勘探還不成熟，頁(yè)巖氣資源量的各項(xiàng)參數(shù)資料尚待完善，因此在綜合研究區(qū)內(nèi)泥頁(yè)巖地質(zhì)與地球化學(xué)特征的基礎(chǔ)上，采用概率法[19-22]對(duì)梨樹(shù)斷陷沙河子組沙二段和營(yíng)城組營(yíng)一段的Ⅰ、Ⅱ段泥頁(yè)巖3個(gè)評(píng)價(jià)單元進(jìn)行頁(yè)巖氣資源量的合理估算，取概率值P50作為頁(yè)巖氣的最終資源量。

通過(guò)對(duì)各項(xiàng)資源評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行合理的賦值與計(jì)算，初步估算出梨樹(shù)斷陷頁(yè)巖氣總資源量為6 645.34×108m3，其中營(yíng)城組頁(yè)巖氣資源量為4 520.48×108m3，沙河子組頁(yè)巖氣資源量為2 124.86×108m3(表4)。

8 有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選

根據(jù)鉆井顯示情況、烴源巖分布特征、沉積特征以及頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果，在梨樹(shù)斷陷初步選出2個(gè)頁(yè)巖氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)(秦家屯地區(qū)、蘇家屯次洼)，以及1個(gè)較有利目標(biāo)區(qū)(桑樹(shù)臺(tái)深洼帶)(圖12)。

表4 梨樹(shù)斷陷3個(gè)含油氣泥頁(yè)巖評(píng)價(jià)單元P50頁(yè)巖氣資源量

Table4P50shale gas resources of three mud shale evaluation units of Lishu fault depression

評(píng)價(jià)單元十屋地區(qū)/(108m3)小城子-孤家子地區(qū)/(108m3)總資源量/(108m)營(yíng)一段Ⅱ段1697.95485.102183.05營(yíng)一段Ⅰ段1963.54373.892337.43沙二段1869.96254.902124.86合計(jì)6645.34

圖12 梨樹(shù)斷陷目標(biāo)區(qū)預(yù)測(cè)圖Fig.12 Forecast figure of target area in Lishu fault depression

8.1 秦家屯地區(qū)

秦家屯位于梨樹(shù)斷陷的東南斜坡帶。該區(qū)是一個(gè)在基底古斜坡背景上斷陷層逐層超覆尖滅的單斜構(gòu)造，坡度較緩，長(zhǎng)35 km、寬10～20 km，基底最大埋深處位于南部桑樹(shù)臺(tái)控盆斷裂，中部埋深可達(dá)7 000 m左右，最小埋深位于北部秦家屯的東部古凸起，僅有1 100 m。該地區(qū)斷陷層南部為泛濫平原相沉積，北部營(yíng)城組、沙河子組為淺湖-半深湖相沉積，營(yíng)城組烴源巖Ro為1.47%～1.75 %，沙河子組烴源巖Ro為1.66%～1.99 %，均處于高成熟階段。

秦家屯地區(qū)沙河子組暗色泥巖發(fā)育，其中河山1井泥巖厚度達(dá)267 m，單層最大厚度42 m，在沙河子組鉆遇3套高氣測(cè)顯示泥巖段，最高氣測(cè)值達(dá)84%，對(duì)2 711.00～2 730.50 m井段進(jìn)行常規(guī)測(cè)試，日產(chǎn)油最高7.67 m3。綜合沉積和烴源巖分布特征，預(yù)測(cè)秦家屯地區(qū)為頁(yè)巖氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)。

8.2 蘇家屯次洼

蘇家屯次洼位于梨樹(shù)斷陷北部斜坡帶，皮家走滑斷裂以西，面積165 km2，區(qū)內(nèi)已鉆井3口，分別在營(yíng)城組和火石嶺組獲得了工業(yè)油氣流。蘇家屯次洼整體上表現(xiàn)為“南斷北剝、東西超覆”的特征。洼陷南部受皮家走滑斷裂控制形成桑樹(shù)臺(tái)次洼的斷階，洼陷北部受SN向曲家屯斷層分割形成西部洼陷帶和東部斷階帶，西部洼陷帶地層沉積穩(wěn)定且斷層不發(fā)育，東部斷階帶受一系列近SN向的正斷層分割，形成多個(gè)斷塊。

蘇家屯次洼營(yíng)城組和沙河子組發(fā)育大套暗色泥巖，w(TOC)主要為0.75%～2.00 %，最大值可達(dá)4.00%以上，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ和Ⅱ2型為主，多處于高成熟-過(guò)成熟演化階段，為蘇家屯次洼的主力烴源巖。沙河子組和營(yíng)一段暗色泥巖厚度超過(guò)350 m，泥地比為85%。蘇家屯次洼為頁(yè)巖氣勘探的較好領(lǐng)域，其泥巖夾薄層砂巖條帶中鉆遇高氣測(cè)顯示，十屋33X井最高氣測(cè)值達(dá)37%，砂層最薄顯示段厚度為1 m，氣測(cè)值為12%。綜合沉積和烴源巖分布特征，預(yù)測(cè)蘇家屯次洼為頁(yè)巖氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)。

8.3 桑樹(shù)臺(tái)深洼帶

受桑樹(shù)臺(tái)控陷大斷裂的控制，桑樹(shù)臺(tái)深洼帶在桑樹(shù)臺(tái)斷裂東側(cè)呈SN向展布，該區(qū)發(fā)育大型斜坡扇體和深洼水下扇儲(chǔ)集體，沖積扇體發(fā)育，以粗碎屑沉積為主。由于目的層埋藏較深，暗色泥巖發(fā)育，處于高成熟-過(guò)成熟演化階段，為梨樹(shù)斷陷主力烴源巖發(fā)育區(qū)，預(yù)測(cè)該區(qū)為頁(yè)巖氣勘探的較有利目標(biāo)區(qū)。

9 結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)已鉆遇頁(yè)巖氣顯示井的綜合評(píng)價(jià)，確定了下白堊統(tǒng)沙河子組和營(yíng)城組為梨樹(shù)斷陷頁(yè)巖氣的發(fā)育主要層位。

2)沙河子組和營(yíng)城組泥頁(yè)巖厚度大，有機(jī)碳含量高，有機(jī)質(zhì)類型較好，熱演化程度較高，生烴潛力較大，具備形成頁(yè)巖氣的良好條件。而且其孔隙和裂縫發(fā)育，具有較好的孔滲條件，頁(yè)巖吸附氣量大，可以為頁(yè)巖氣成藏提供充足的儲(chǔ)集空間。

3)運(yùn)用“概率法”初步估算出梨樹(shù)斷陷營(yíng)城組、沙河子組頁(yè)巖氣資源量為6 645.34×108m3，表明具有較大的勘探潛力。優(yōu)選出蘇家屯次洼、秦家屯地區(qū)作為梨樹(shù)斷陷下一步頁(yè)巖氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)。

[1] 劉福春, 王德海．松遼盆地東南隆起區(qū)十屋斷陷油氣聚集規(guī)律[J]．油氣地質(zhì)與采收率，2001，8(2):14-17． Liu Fuchun, Wang Dehai. Oil-Gas Accumulation Rules of Shiwu Fault Depression at Southeast Uplift Area of Songliao Basin[J]. Petrolume Geology and Recovery Efficiency, 2001, 8(2):14-17.

[2] Curtis J B. Fractured Shale-Gas System[J]. AAPG Bull, 2002, 86(11):1921-1938.

[3] Matt Mavor. Barnett Shale Gas-in-Place Volume Inclu-ding Sorbed and Free Gas Volume[C]//AAPG Southwest Section Meeting. Texas: The AAPG，2003.

[4] 張金川, 聶海寬, 徐波, 等. 四川盆地頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件[J] .天然氣工業(yè), 2008, 28(2):151-156． Zhang Jinchuan, Nie Haikuan, Xu Bo, et al. Geological Condition of Shale Gas Accumulation in Sichuan Basin[J].Nature Gas Industry, 2008, 28(2):151-156.

[5] 李延鈞, 劉歡, 劉家霞, 等.頁(yè)巖氣地質(zhì)選區(qū)及資源潛力評(píng)價(jià)方法[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào),2011,33(2): 28-34． Li Yanjun, Liu Huan, Liu Jiaxia, et al. Geological Regional Selection and Evaluation Method of Resource Potential of Shale Gas[J]. Journal of Southwest Petroleum University, 2011, 33(2):28-34.

[6] 張金川, 汪宗余, 聶海寬, 等. 頁(yè)巖氣及其勘探研究意義[J] . 現(xiàn)代地質(zhì), 2008, 22(4):640-646． Zhang Jinchuan, Wang Zongyu, Nie Haikuan, et al. Shale Gas and Its Significance for Exploration[J]. Geo-science, 2008, 22(4):640-646.

[7] 劉成林, 李景明, 李劍, 等. 中國(guó)天然氣資源研究[J]. 西南石油學(xué)院學(xué)報(bào), 2004, 26(1): 9-12． Liu Chenglin, Li Jingming, Li Jian, et al. The Resource of Natural Gas in China[J].Journal of Southwest Petroleum Institute, 2004, 26(1):9-12.

[8] Hill J R, Zhang E T, Katz J B, et al. Modeling of Gas Generation from Barnett Shale, Forth Worth Basin, Texas[J]. AAPG Bulletin, 2007, 91(4):501-521.

[9] Jarvie M D, Hill J R, Pollastro M R.Assessment of the Gas Potential and Yields from Shales: The Barnett Shale Model[C]//Unconventional Energy Resources in the Southern Mid-Continent, 2004 Sysposium. Leonard: Oklahoma Geological Survey Circular 110, 2005:37-50.

[10] Jarvie M D. Unconventional Shale Resource Plays: Shale Gas and Shale-Oil Opportunities[M]. Texas: Christian University Worldwide Geochemistry, 2008.

[11] Jarvie M D, Hill J R, Roble E M, et al. Uncon-ventional Shale-Gas System: The Mississippian Barnett Shale Gas of North-Central Texas as One Model for Thermogenic Shale-Gas Assessment[J]. AAPG Bulletin, 2007, 91(4):475-499.

[12] 鄒才能, 朱如凱, 吳松濤, 等．常規(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機(jī)理及展望：以中國(guó)致密油和致密氣為例[J] .石油學(xué)報(bào), 2012,33(2):173-187． Zou Caineng, Zhu Rukai, Wu Songtao, et al. Types, Characteristics, Genesis and Prospects of Conventional and Unconventional Hydrocarbon Accumulations: Taking Tight Oil and Tight Gas in China as an Instance[J]. Acta Petrolei Sinica, 2012, 33(2):173-187.

[13] 張金川, 金之鈞, 袁明生.頁(yè)巖氣成藏機(jī)理和分布[J].天然氣工業(yè), 2004, 24(7):15-18． Zhang Jinchuan, Jin Zhijun, Yuan Mingsheng. Reservoiring Mechanism of Shale Gas and Its Distribution[J]. Nature Gas Industry, 2004, 24(7):15-18.

[14] 楊立英, 李瑞磊, 張江濤, 等. 松遼盆地南部十屋斷陷構(gòu)造特征研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2005,20(3)：775-779． Yang Liying, Li Ruilei, Zhang Jiangtao, et al. Study of Structure Character with Seismic Data in Shiwu Fault Depression in South of Songliao Basin[J]. Progress in Geophysics, 2005, 20(3):775-779.

[15] 董福湘, 劉立, 唐黎明.十屋斷陷盆地古構(gòu)造坡折帶特征及其對(duì)沉積體系的控制[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版, 2003, 34(2): 222-226． Dong Fuxiang, Liu Li, Tang Liming. The Characteristics of Underformed Structural Slope-Break Bone and its Influnce on Deposition System on Shiwu Fault Basin[J]. Journal of Jilin University：Earth Science Edition, 2003, 34(2):222-226.

[16] 鄢偉, 樊太亮, 王宏語(yǔ), 等.梨樹(shù)斷陷層關(guān)鍵不整合面特征及剝蝕恢復(fù)[J].石油天然氣學(xué)報(bào), 2012， 34(9):12-17． Yan Wei, Fan Tailiang, Wang Hongyu,et al. Characteristics and Denudation Restoration of Key Uncon-Formities in Lishu Fault Depression[J]. Journal of Oil and Gas Technology, 2012, 34(9):12-17.

[17] 俞凱, 侯洪斌, 郭念發(fā), 等. 松遼盆地南部斷陷層系石油天然氣地質(zhì)[M] . 北京:石油工業(yè)出版社, 2002． Yu Kai, Hou Hongbin, Guo Nianfa, et al. Petroleum and Natural Gas Geology of Fault Depressions in Southern Songliao Basin[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2002.

[18] 董清水，趙占銀. 半地塹式斷陷盆地的油氣成藏模式：以松遼盆地梨樹(shù)斷陷為例[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版, 2003, 33(1):43-47． Dong Qingshui, Zhao Zhanyin. The Model for Formation Reservoir in Half Graben Mode of Fault Depression Basin:Taking the Lishu Fault Depression in Songliao Basin as an Example[J]. Journal of Jilin University ：Earth Science Edition, 2003,33(1): 43-47.

[19] 周卓明,宋振響,湛小紅.梨樹(shù)斷陷油氣藏分布特征與成藏模式[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版,2012, 42(增刊2):131-140. Zhou Zhuoming, Song Zhenxiang, Zhan Xiaohong. Distribution Characteristics and Accumulation Mode of Oil and Gas Reservoirs in Lishu Fault Depression[J]. Journal of Jilin University：Earth Science Edition, 2012, 42(Sup.2):131-140.

[20] 楊通佑.石油及天然氣儲(chǔ)量計(jì)算方法[M] .北京:石油工業(yè)出版社, 1990． Yang Tongyou. Estimation of Oil and Gas Reserves[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1990.

[21] 石石, 冉莉娜. 基于概率法的油氣儲(chǔ)量不確定性分析[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā), 2011, 34(1):18-22． Shi Shi, Ran Lina. Probability Method Based Reserves Uncertainty Analysis[J]. Natural Gas Exploration and Development, 2011, 34(1):18-22.

[22] 周總瑛, 唐躍剛.油氣資源評(píng)價(jià)中風(fēng)險(xiǎn)分析方法探討[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版,2004, 27(1)：108-111． Zhou Zongying, Tang Yuegang. Discussions on Method of Risk Analysis for Oil and Gas Resources Evaluation[J]. Journal of Yangtze University：Social Sciences, 2004, 27(1):108-111.

[23] 賈成業(yè),賈愛(ài)林,何東博, 等.概率法在油氣儲(chǔ)量計(jì)算中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè), 2009,29(11):83-85． Jia Chengye, Jia Ailin, He Dongbo, et al. Application of the Stochastic Method to Oil and Gas Reserves Estimation[J]. Nature Gas Industry, 2009, 29(11):83-85.

[24] 張金川, 林臘梅, 唐玄,等．頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)方法與技術(shù): 概率體積法[J]．地學(xué)前緣, 2012,19(2):184-191. Zhang Jinchuan, Lin Lamei, Tang Xuan, et al. The Method of Shale Gas Assessment: Probability Volume Method[J]. Earth Science Frontiers, 2012,19(2):184-191.

The Potential Evaluation of Shale Gas Resources of Lishu Fault Depression in Songliao Basin

Liu Fuchun1, 2, Cheng Rihui1, Xie Qilai3, Hu Wangshui4, Tang Jiguang4, Li Zhongbo2, Yang Xiuhui2, Xu Hao5, Zhou Lihua6

1.College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China2.Exploration and Development Institutes, Northeast Petroleum Company of SINOPEC, Changchun 130062, China3.College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China4.The College of Earth Sciences, Yangtze University, Wuhan 430100, China5.Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China6.The First Oil Factory, Xinjiang Oil Field, Karamay 834000, Xinjiang，China

Two sets of main hydrocarbon source rocks, Shahezi Formation and Yingcheng Formation, developed in the Lishu fault depression of Songliao basin, which had a favorable sedimentary environment, large thickness and wide distribution. The member Ⅱ of Shahezi Formation possessed the best conditions of forming shale gas, its TOC distribution range was 0.11%-8.20% (average value was 1.45%); Yingcheng Formation developed two members of high quality mud shale: TOC distribution range of the member Ⅰ was 0.26%-12.01% (average value was 1.96%)，and that of the member Ⅱ was 0.06%-5.03% (average value was 1.06%). The main organic matter types were Ⅱ1-Ⅲ, with few was type Ⅰ. The vitrinite reflectance (Ro) in Shahezi Formation was generally higher, whereas, in western fault depression it basically entered into over-mature phase, and it came into mature to high mature phase in gentle slope belt. In Yingcheng Formation, the range of variation of vitrinite reflectance (Ro) was large, and it reached over 2.00% in Xiaochengzi, Gujiazi and Shiwu. Mass fractions of brittle minerals of two sets of mud shale were 32.10%-62.90% which represents good reservoir properties. In the fault depression, there were several exploratory wells drilled with high gas logging show in the thick layers of mud shale in Shahezi Formation and Yingcheng Formation. The gas content was 0.62-3.09 m3/t in the member Ⅰ of Yingcheng Formation. With assessment by using the probability method, we preliminaryly forecast that Yingcheng Formation and Shahezi Formation possess shale gas resources amounting to 6 645.34 ×108m3. It is believed that Qinjiatun region and Sujiatun subsag are favorable target areas of shale gas exploration, and Sangshutai deep subsag belt is a relatively fine target area.

shale gas; resources potential evaluation; Cretaceous mud shale; Lishu fault depression; Songliao basin

10.13278/j.cnki.jjuese.201403105.

2013-11-18

國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心頁(yè)巖氣資源調(diào)查項(xiàng)目(2009QYXQ15-07-09)；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣調(diào)查項(xiàng)目(1212011220752)

劉福春(1969-)，男，博士研究生，高級(jí)工程師，主要從事石油地質(zhì)及油氣勘探規(guī)劃研究，E-mail:liufc.dbsj@sinopec.com

解啟來(lái)(1964-)，男，教授，博士, 主要從事油氣地球化學(xué)及環(huán)境地球化學(xué)研究，E-mail:xieql@scau.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201403105

P618.13

A

劉福春，程日輝，解啟來(lái),等.松遼盆地梨樹(shù)斷陷頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià).吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2014,44(3):762-773.

Liu Fuchun, Cheng Rihui, Xie Qilai,et al.The Potential Evaluation of Shale Gas Resources of Lishu Fault Depression in Songliao Basin.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(3):762-773.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201403105.