彭文泉

(山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南 250014)

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地質(zhì)與礦產(chǎn)

濰北凹陷孔店組二段頁巖氣資源潛力分析

彭文泉

(山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南 250014)

濰北凹陷是昌濰坳陷的次一級凹陷盆地，也是勝利油田外圍常規(guī)油氣開采區(qū)。濰北凹陷孔店組二段發(fā)育了較厚的暗色泥頁巖，是頁巖氣形成最有利層段，也是常規(guī)油氣的生烴母巖。利用昌頁參1井?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合以往資料，對濰北凹陷孔店組二段巖性特征，有機地球化學(xué)特征、礦物組成、泥頁巖含氣性特征等進行分析研究，認(rèn)為孔店組二段上亞段下部和中亞段下部具備頁巖氣資源勘查開發(fā)潛力。

頁巖氣資源；孔店組二段；濰北凹陷

0 引言

濰北凹陷位于山東省濰坊市北部，是昌濰坳陷的次一級陸相沉積凹陷，為勝利油田外圍常規(guī)油氣開采區(qū)。濰北凹陷發(fā)育面積約880km2，凹陷內(nèi)古近紀(jì)孔店組發(fā)育了厚層暗色泥巖，其頁巖氣生儲條件及勘探潛力一直未引起學(xué)者、專家的重視。

以往研究主要針對常規(guī)油、氣進行，集中在構(gòu)造及沉積演化[1]、烴源巖特征[2]、儲層特征[3]等方面；王之躍等[4]首次對濰北凹陷孔店組二段泥巖含氣性特征進行了論述。隨著濰北凹陷頁巖氣調(diào)查評價工作的進一步推進，筆者利用昌頁參1井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合以往資料，對濰北凹陷孔店組二段巖性特征，有機地球化學(xué)特征、礦物組成、泥頁巖含氣性特征等進行分析研究，進而評述頁巖氣資源潛力。

1 孔店組二段巖性特征

孔店組二段為潮濕氣候條件下的深湖—半深湖相沉積，頂板埋深一般2500～3000m?？煞譃樯稀⒅?、下3個亞段，其中上亞段為暗色泥頁巖主要發(fā)育層段，暗色泥頁巖發(fā)育厚度大、連續(xù)性強，中亞段次之。

下亞段巖性為深灰色厚層泥巖、炭質(zhì)泥頁巖，夾薄層狀砂巖及泥質(zhì)砂巖。鉆遇厚度80～343m。

中亞段巖性為深灰、灰色泥巖夾含礫砂巖、薄層砂巖，局部發(fā)育炭質(zhì)泥巖及煤層。昌頁參1井鉆遇321.19m(未揭穿)。

上亞段巖性為黑色、深灰色泥頁巖、碳質(zhì)泥頁巖、油頁巖、泥灰?guī)r，夾薄層砂巖，局部夾含礫砂巖。昌頁參1井鉆遇249.56m。

2 有機地球化學(xué)特征

2.1 有機碳含量

孔店組二段有機碳含量(TOC)變化較大，據(jù)119塊樣品的統(tǒng)計分析[1]：上亞段36塊，TOC為0.13%～15.80%，平均3.08%；中亞段65塊，TOC為0.13%～19.80%，平均2.51%；下亞段18塊，TOC為0.14%～5.38%，平均1.66%。采集昌頁參1井樣品TOC最大值為9.46%。

2.2 鏡質(zhì)體反射率

生油氣母質(zhì)的熱裂解過程與鏡質(zhì)體的演化過程關(guān)系密切，鏡質(zhì)體反射率(Ro)是表征機質(zhì)成熟度的重要指標(biāo)，有機質(zhì)熱變質(zhì)作用越強，鏡質(zhì)體反射率(Ro)值越大。

據(jù)昌頁參1井分析數(shù)據(jù)顯示，2700m以淺，Ro值一般小于0.8%；2700～2900m，Ro為0.78%～1.04%；2900～3100m，Ro為1.11%～1.42%；說明埋深2900m以下開始進入大量生氣階段。

2.3 干酪根

干酪根類型決定了烴源巖的生烴潛力，Ⅰ型干酪根生油、氣潛力最大，Ⅱ型次之，Ⅲ型最差[5-6]。

昌頁參1井孔店組二段上亞段和中亞段樣品中，Ⅱ1型干酪根占45.5%、Ⅱ2型干酪根占36.4%、Ⅲ型干酪根占18.1%，說明孔店組二段上亞段和中亞段干酪根類型以混合型為主。

據(jù)胡耀庭等分析結(jié)果[7]，孔店組二段下亞段以Ⅲ型干酪根為主。

從干酪根類型來看，孔店組二段上、中亞段生油氣母質(zhì)生烴潛力較大，下亞段生烴潛力相對較差。

3 礦物組分及孔隙度

3.1 脆性礦物

脆性礦物含量多少直接關(guān)系到改造、壓裂頁巖氣產(chǎn)層的難易程度，為獲取較好的改造、壓裂效果，脆性礦物含量一般不低于30%。

昌頁參1井孔店組二段樣品X射線衍射全巖分析結(jié)果：脆性礦物總體含量占33.6%～65.2%，平均值48.3%。脆性礦物主要有石英、長石、方解石、白云石、菱鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦、鐵白云石等(圖1)。

圖1 昌頁參1井部分樣品全巖礦物百分含量圖

X射線衍射全巖分析結(jié)果顯示：石英含量為20.9%～37.2%，平均29.3%；長石含量以斜長石為主，鉀長石次之，斜長石含量為4.5%～19.6%，平均9.4%，鉀長石含量最高值5.9%；方解石在孔店組二段上亞段、中亞段上部含量較高?？椎杲M二段泥頁巖中脆性礦物(石英、斜長石)富集，有利于產(chǎn)生微裂縫(天然或誘導(dǎo)裂縫)[8]，利于頁巖氣儲層的壓裂改造。

3.2 粘土礦物

泥頁巖中除有機質(zhì)吸附甲烷之外，粘土礦物是甲烷吸附的另一主要載體[9-10]，粘土礦物中蒙脫石對甲烷的吸附性能最強。

昌頁參1井孔店組二段樣品X射線衍射粘土分析結(jié)果：粘土礦物總體含量為34.8%～66.4%，平均51.7%，比焦頁1井龍馬溪組粘土礦物含量平均值46%略高[11]。粘土礦物主要為伊蒙混層、伊利石、高嶺石、綠泥石。伊蒙混層為47%～73%，平均59%；伊利石為18%～40%，平均28%；高嶺石為2%～15%，平均6%；綠泥石為3%～15%，平均7%。

從濰北凹陷8個鉆孔獲取的孔店組二段樣品來看，昌70、昌3-1樣品中蒙脫石含量最大(圖2)，其樣品中粘土礦物對甲烷吸附能力最大。此外相對較高的粘土礦物含量，可形成較多微孔隙[12]，有利于頁巖氣的儲集。

圖2 濰北凹陷孔店組二段粘土礦物百分含量圖

3.3 孔隙度

泥頁巖中發(fā)育的孔隙及微裂隙是頁巖氣在泥頁巖中的存儲空間和流通通道，孔隙發(fā)育程度對頁巖氣的開采有著重要意義[13]。

昌頁參1井樣品掃描電鏡拍攝的微孔隙由幾納米到幾百納米，分為礦物質(zhì)孔隙、礦物顆粒內(nèi)部溶蝕孔、碎屑表面溶蝕孔、泥?？缀臀⒘严?圖3)。

昌頁參1井孔店組二段孔隙度為4.27%～8.67%，平均5.62%，按規(guī)范[14]屬孔隙度中等的泥頁巖。高于北美Barntt盆地頁巖的孔隙度(平均為4.00%)。

圖3 孔店組二段泥頁巖掃描電鏡分析圖

4 泥頁巖含氣性

含氣量是評價泥頁巖含氣性的最重要指標(biāo)。對昌頁參1井采集的孔店組二段樣品進行解析實驗，含氣量平均值為0.89m3/t。其中含氣量為0.50～1.00m3/t的樣品件數(shù)占61%，其次為1.00～2.00m3/t的樣品件數(shù)占21%(圖4)?？椎杲M二段上亞段下部與中亞段下部暗色泥頁巖發(fā)育層段，含氣量平均值均大于1m3/t。

同時研究發(fā)現(xiàn)不同巖性、深度含氣量的變化存在一定規(guī)律：深度相近時，泥巖解析氣量大于粉砂質(zhì)泥巖解析氣量；巖性相似時，埋藏深度愈深含氣量愈大，隨深度的增加增速減小[14]。

圖4 孔店組二段含氣量樣品直方圖

5 結(jié)論

(1)濰北凹陷孔店組二段具備頁巖氣成藏的有機碳含量、孔隙度，具備易于儲層改造的脆性礦物含量。

(2)從鏡質(zhì)體反射率分析，埋深2900m以淺處于生油或油氣共生階段。埋深大于2900m，進入大量生氣階段，具備形成頁巖氣藏的潛力。

(3)孔店組二段上亞段和中亞段干酪根生油氣能力強于下亞段。上亞段下部、中亞段下部暗色泥巖發(fā)育段含氣量平均值均大于1m3/t，具有頁巖氣資源勘查開發(fā)潛力。

(4)以往鉆探揭露孔店組二段暗色泥巖厚度100～400m，分布面積大于200km2，潛在頁巖氣資源量超過1000億m3，潛在經(jīng)濟價值及資源潛力巨大。

[1] 李曉清.濰北走滑盆地形成演化與含油氣系統(tǒng)[D].中國科學(xué)院研究生院，2002.

[2] 宋來亮，劉華，徐昊清，等.濰北凹陷孔店組烴源巖地化特征及油源對比[J].西南石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2016,38(2):1-10.

[3] 韓榮華.濰北凹陷充填層序與有利儲層預(yù)測[D].中國石油大學(xué),2008.

[4] 王之躍，彭文泉，宋昭睿，等.頁巖氣現(xiàn)場解析氣量影響因素探討——以濰北凹陷昌頁參1井為例[J].山東國土資源，2015，31(9)：22-25.

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[14] GB/T0254-2014.頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范[S].

Analysis on Shale Gas Resource Potential in the Second Section of Kongdian Formation in Weibei Sag

PENG Wenquan

(No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Jinan 250014, China)

Weibei sag is the secondary sag basin of Changwei depression. It is also the peripheral conventional oil and gas exploration area of Shengli oilfield. Thick dark shales developed in the second section of Kongdian formation in Weibei sag. They are not only the source rock of conventional oil and gas, but also the most favorable strata for forming shale and gas. In this paper, by using the datas of Canyijing, combining with the previous datas, lithological characteristics, organic geochemical characteristics, mineral composition, gas-bearing characteristics of clay shale have been analyzed. It is regarded that there is prospecting and developing potentiality of shale gas resource in the lower part of upper sub-formation and the lower part of middle sub-formation of the second section of Kongdian formation.

Shale gas resource; second section of Kongdian formation; Weibei sag

2016-05-12；

2016-08-05；編輯：曹麗麗

山東省國土資源廳，昌濰坳陷頁巖氣資源潛力調(diào)查評價(魯勘字[2013]2號)；山東省國土資源廳，山東省頁巖氣成礦條件研究和資源潛力預(yù)測(魯勘字[2013]1號)

彭文泉(1979—)，男，山東齊河人，高級工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)及頁巖氣勘查工作；E-mail：heshang7474@sina.com

P618.13

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彭文泉.濰北凹陷孔店組二段頁巖氣資源潛力分析[J].山東國土資源，2016,32(11)：35-39.PENG Wenquan.Analysis on Shale Gas Resource Potential in the Second Section of Kongdian Formation in Weibei Sag[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(11)：35-39.