劉水根，謝國梁，楊金華

(江西省煤田地質(zhì)局，江西 鷹潭 335000)

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贛西北九瑞區(qū)塊王音鋪組頁巖氣成藏條件

劉水根，謝國梁，楊金華

(江西省煤田地質(zhì)局，江西 鷹潭 335000)

根據(jù)贛西北九瑞區(qū)塊下寒武統(tǒng)王音鋪組黑色頁巖實測剖面、地表樣品的測試等資料，對研究區(qū)下寒武統(tǒng)王音鋪組頁巖的分布與沉積特征、地球化學(xué)特征、儲層特征和頁巖氣保存條件等進(jìn)行分析。結(jié)果表明：贛西北九瑞區(qū)塊下寒武統(tǒng)頁巖分布較廣泛，沉積厚度較大，可達(dá)50～150 m，主要為深水陸棚相沉積；頁巖的有機質(zhì)豐度高，TOC含量高達(dá)2.0%以上，有機質(zhì)類型主要為I型，成熟度高，達(dá)到過高成熟度階段；頁巖中脆性礦物含量高，以石英為主，黏土礦物含量中等，主要為伊利石。等溫吸附實驗測試頁巖的吸附氣含量平均為3.21 m3/t。采用信息疊合法，初選瑞昌—九江一帶為該區(qū)頁巖氣有利勘探區(qū)，采用體積法計算該區(qū)頁巖氣總資源量為0.93×1012～1.85×1012m3，顯示出研究區(qū)具有很好的頁巖氣資源潛力。

贛西北九瑞區(qū)塊；下寒武統(tǒng)；王音鋪組；頁巖氣；成藏條件；有利勘探區(qū)

0 引 言

頁巖氣是一種非常規(guī)天然氣藏，具有典型的自生自儲、原地成藏等特點[1]。全球頁巖氣資源量估計超過1 000×1012m3，其中中國頁巖氣資源量約為134×1012m3(不含青藏區(qū))，主要分布于上揚子及滇黔桂區(qū)、華北及東北區(qū)、中下?lián)P子及東南區(qū)等區(qū)域[2]，頁巖氣勘探潛力巨大。江西省頁巖氣資源豐富，主要分布于贛東北、贛西北及萍樂坳陷地區(qū)[3-4]。贛西北九瑞區(qū)塊位于下?lián)P子地塊，其中下寒武統(tǒng)王音鋪組黑色頁巖廣泛分布，有機碳含量較高，具備較好的頁巖氣生烴物質(zhì)基礎(chǔ)[5]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

贛西北九瑞區(qū)塊位于江西省西北部，現(xiàn)今大地構(gòu)造位置位于下?lián)P子陸塊的九江坳陷與九嶺隆起的交接帶，主要由四堡褶皺基底、加里東—印支褶皺蓋層和燕山—喜馬拉雅大陸邊緣斷陷盆地沉積等3個構(gòu)造層組成[6]。出露的地層有新元古代雙橋山群、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、古近系和第四系等。此次研究的目的層為下寒武統(tǒng)地層王音鋪組，巖性以黑色薄層狀頁巖、黑色中薄層狀含炭頁巖為主，地層風(fēng)化嚴(yán)重，多呈灰白色或紫色。

2 頁巖分布及沉積特征

2.1 頁巖分布

剖面實測及露頭觀測表明，王音鋪組頁巖在研究區(qū)分布廣泛，沉積厚度較大，可達(dá)50～150 m，在新合鎮(zhèn)—車橋鎮(zhèn)一線附近厚度(150 m以上)最大，是沉積厚度高值條帶，向區(qū)塊南東和北西方向呈逐漸降低趨勢(圖1)。由圖1可以看出，研究區(qū)中部區(qū)域沉降速度及堆積速度較快，更利于富有機質(zhì)頁巖的形成。

2.2 沉積特征

綜合王音鋪組頁巖巖性特征和微量元素地球化學(xué)特征，認(rèn)為王音鋪組沉積時期，水體較深，水動力條件較弱，水體還原性較強，有利于有機質(zhì)泥頁巖的富集和保存。

3 地球化學(xué)特征

3.1 有機質(zhì)豐度

目前主要采用殘余總有機碳含量來表征頁巖的有機質(zhì)豐度[7]。根據(jù)北美頁巖氣勘探經(jīng)驗，具有較大勘探潛力泥頁巖的TOC應(yīng)該大于2.0%。贛西北九瑞區(qū)塊樣品的TCO測試結(jié)果表明，下寒武統(tǒng)王音鋪組泥頁巖TOC為2.0%～4.0%，其中橫港地區(qū)TOC在4.0%以上，以橫港地區(qū)為高值中心，TOC向區(qū)塊邊緣呈逐漸減低趨勢(圖1)。

圖1 贛西北九瑞區(qū)塊頁巖厚度、TOC及Ro等值線

3.2 有機質(zhì)類型

黝黑的皮膚、瘦高的身材這是王寶生給記者的第一印象，他從事的工作就是在中軍帳瞭望臺進(jìn)行瞭望及時發(fā)現(xiàn)火情并上報，他在這座兩層的水泥“堡壘”里一待就是十年?！拔颐刻斓墓ぷ骶褪遣t望，環(huán)繞整個中軍帳瞭望臺的防火線進(jìn)行巡查，在這能瞭望到1.3萬畝的林地，站的高看的遠(yuǎn)，哪里有火苗拿望遠(yuǎn)鏡一看就能確定位置?！蓖鯇毶f。

有機質(zhì)類型決定著泥頁巖的生氣能力和含氣量[8]。王音鋪組頁巖的干酪根鏡檢結(jié)果表明，7塊樣品的鏡檢類型指數(shù)為88～98，平均值為96，屬于I型干酪根。

進(jìn)一步對王音鋪組泥頁巖樣品進(jìn)行全巖顯微組分測定，表明王音鋪組富有機質(zhì)頁巖巖性主要為硅質(zhì)頁巖、粉砂巖，鏡下觀察黏土礦物和硅質(zhì)均勻混合，以藻屑體和微粒體居多，呈零星分布，見少量黃鐵礦。有機顯微組分以腐泥組為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.20%～96.50%，平均為81.34%，次生組分次之，包括固體瀝青、滲出瀝青體及微粒體等，質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為18.66%，幾乎不見殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組。

3.3 有機質(zhì)成熟度

有機質(zhì)成熟度是決定頁巖生烴能力的重要指標(biāo)[8]。通常用鏡質(zhì)組反射率來表征干酪根熱成熟度。贛西北九瑞區(qū)塊下寒武統(tǒng)王音鋪組頁巖的Ro為2.0%～4.0%(圖1)，普遍處于過高成熟度階段。研究證實，高—過高成熟度泥頁巖同樣具有頁巖產(chǎn)氣潛力[9]。

4 礦物儲層特征

4.1 礦物組分特征

泥頁巖中礦物組分特征是決定泥頁巖儲層發(fā)育的重要影響因素。研究區(qū)5塊頁巖樣品的X衍射分析表明(表1)，贛西北九瑞區(qū)塊泥頁巖硅質(zhì)含量較高，脆性大。王音鋪組頁巖礦物巖石組成主要為石英、長石和黏土礦物。其中石英含量為62.61%～97.17%，長石含量為0.00～17.10%；黏土礦物含量為8.63%～31.26%，其中伊利石相對含量最高，達(dá)75.0%～100.0%，其次為高嶺石，含量為0.0～25.0%，還有少量的伊蒙混層(2.63%)和綠泥石(4.0%)。北美產(chǎn)氣量最高的Barnett頁巖黏土礦物含量約為27.0%，石英含量為40.0%～60.0%。與北美Barnett頁巖相比，贛西北九瑞區(qū)塊王音鋪組頁巖具有黏土礦物含量中等、石英含量較高的特點，頁巖的礦物組成較為相似。相對較高的黏土礦物含量，可形成較多微孔隙，對頁巖孔隙度貢獻(xiàn)較大，而較高的石英含量，利于后期頁巖的人工壓裂，有利于頁巖氣的解吸和滲流。

表1 王音鋪組泥頁巖樣品礦物含量

4.2 儲層儲集空間及吸附含氣性

圖2 王音鋪組頁巖孔裂隙特征的掃描電鏡分析圖像

這些微孔隙主要為納米級—微米級孔隙，孔徑多小于10.0 μm，以0.1～2.0 μm孔隙為主，部分小于0.1 μm，微裂縫一般為幾微米至數(shù)十微米，寬1.0～3.0 μm(圖2e)，可作為頁巖中游離氣的滲流空間和運移通道，同時也利于吸附態(tài)氣體的解吸。

贛西北九瑞區(qū)塊王音鋪組為低孔、低滲儲層。頁巖樣品的物性表明，王音鋪組頁巖孔隙度為2.60%～9.50%，平均為6.34%，高于北美Barnett頁巖的孔隙度(平均為4.00%)；頁巖樣品的滲透率為0.003 1×10-3～0.020 9×10-3μm2，大于北美Barnett頁巖的滲透率(平均為0.001 0×10-3μm2)。可見，贛西北九瑞區(qū)塊王音鋪組頁巖具有好的儲層物性條件。

頁巖的含氣量是決定頁巖是否值得開采的重要參數(shù)。研究區(qū)5塊王音鋪組頁巖等溫吸附測試結(jié)果顯示，王音鋪組頁巖的吸附氣含量為0.69～8.19 m3/t，平均為3.21 m3/t，朗格繆爾壓力為1.77～1.97 MPa，平均為1.87 MPa。從吸附氣量來看，遠(yuǎn)大于北美商業(yè)開發(fā)的頁巖氣下限(總含氣量1.0 m3/t)，具備商業(yè)開發(fā)價值。

4.3 頁巖氣保存條件

頁巖氣具有自生自儲的特征，相對常規(guī)油氣而言，對保存條件的要求有所降低。研究表明，中國南方的海相頁巖與北美相比最大不同之處在于頁巖的成熟度普遍偏高，且經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造運動，而構(gòu)造因素引起保存條件的差異是南方海相頁巖氣富集高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

贛西北九瑞區(qū)塊在地質(zhì)歷史時期，主要經(jīng)歷了加里東運動、印支運動和燕山運動等3次較大的構(gòu)造運動，其中印支運動和燕山運動對該區(qū)的影響較大，產(chǎn)生了較多褶皺和斷裂帶，對頁巖氣的保存具有一定的破壞作用。但由于頁巖氣賦存狀態(tài)的特殊性(吸附氣含量可占到總含氣量的40%～60%)，加之研究區(qū)經(jīng)歷了多次地殼的沉降和抬升，導(dǎo)致王音鋪組頁巖的溫度和壓力相應(yīng)降低，在頁巖內(nèi)發(fā)生了游離氣向吸附氣轉(zhuǎn)化的過程，使得吸附氣含量相對增多[5]，對吸附態(tài)頁巖氣的保存至關(guān)重要。

5 有利區(qū)及頁巖氣資源量預(yù)測

以地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，采用信息疊合法，利用地層厚度、埋深、有機碳含量、有機質(zhì)成熟度以及斷裂發(fā)育程度等指標(biāo)，初選出瑞昌—九江縣一線為贛西北九瑞區(qū)塊的頁巖氣有利發(fā)育區(qū)(圖1)。瑞昌—九江有利區(qū)位于贛西北九瑞區(qū)塊中東部，面積為902.8 km2，有機碳含量高，TOC普遍處于2.0%～4.0%之間，Ro值中等，為2.0%～4.0%，富有機質(zhì)頁巖厚度為100～150 m，埋深為1 050～4 050 m，相對遠(yuǎn)離斷裂發(fā)育區(qū)域。

利用體積法對該有利區(qū)進(jìn)行資源量評價。體積法的評價基礎(chǔ)是頁巖氣的蘊藏方式，不依賴于氣井的生產(chǎn)動態(tài)趨勢，是勘探開發(fā)前期和初期資源量及儲量評估的常用方法。頁巖氣含氣量主要包括吸附氣和游離氣，因此，頁巖氣總資源量為吸附氣總量和游離氣總量之和。即：

Q總=Q吸+Q游

(1)

Q總=0.01Ahρq

(2)

q=qa+qf

(3)

式中：Q總、Q吸、Q游分別為頁巖氣總資源儲量、吸附氣總量和游離氣總量，108m3；A為面積，km2；h為有效厚度，m；ρ為頁巖密度，t/m3；q為總含氣量，m3/t；qa為吸附氣含量，m3/t；qf為游離氣含量，m3/t。

由地質(zhì)資料可知，贛西北九瑞區(qū)塊王音鋪組頁巖分布廣泛，黑色頁巖厚度平均為112 m，密度為2.28 t/m3，吸附氣含量為3.21 m3/t，以吸附氣含量占總含氣量40%～60%，計算出總含氣量為4.012 5～8.025 0 m3/t，由式(2) 進(jìn)一步計算出瑞昌—九江有利區(qū)的頁巖氣地質(zhì)資源量為0.93×1012～1.85×1012m3，顯示出較好的資源潛力。

6 結(jié) 論

(1) 贛西北九瑞區(qū)塊下寒武統(tǒng)王音鋪組頁巖分布較為廣泛，黑色頁巖厚度為50～150 m，主要為淺海陸棚沉積環(huán)境，有利于富有機質(zhì)泥頁巖的富集和保存；研究區(qū)王音鋪組頁巖有機碳含量高，多數(shù)為2.0%～4.0%，熱演化程度高，普遍達(dá)到過高成熟度階段。干酪根鏡檢結(jié)果顯示王音鋪組頁巖干酪根類型為Ⅰ型。

(2) 研究區(qū)王音鋪組頁巖脆性高，以石英、長石等脆性礦物為主，其中石英含量為62.61%～97.17%，平均為77.78%，長石含量為0.00～17.10%，平均為5.55%，表明具有好的壓裂潛力。黏土礦物含量中等，含量為8.63%～31.26%，平均為15.22%，主要為伊利石，其次為高嶺石，以及少量的伊蒙混層和綠泥石，不見蒙脫石。

(3) 在系統(tǒng)研究贛西北九瑞區(qū)塊下寒武統(tǒng)王音鋪組頁巖的分布及沉積特征、地球化學(xué)特征、儲層特征和頁巖氣保存條件等基礎(chǔ)上，認(rèn)為研究區(qū)王音鋪組頁巖氣的成藏條件較好，采用信息疊合法，初選出研究區(qū)瑞昌—九江一線為頁巖氣的有利勘探區(qū)，并利用體積法計算該有利區(qū)的頁巖氣地質(zhì)資源量為0.93×1012～1.85×1012m3，顯示出較好的頁巖氣資源前景。

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編輯 林樹龍

20150307；改回日期：20150613

江西省重大科技專項“頁巖氣賦存機理和富集規(guī)律及可采性研究”(20124ABE02103)和“江西省頁巖氣資源綜合評價”(20124ABE02108)

劉水根(1957-)，男，高級工程師，1981年畢業(yè)于江西省煤炭工業(yè)學(xué)校煤田地質(zhì)勘探專業(yè)，現(xiàn)從事煤與油氣地質(zhì)勘查工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.003

TE122.1

A

1006-6535(2015)04-0008-04