◇長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 雷 壘

在我國現(xiàn)代能源體系調(diào)整中，柴北緣侏羅系陸相頁巖氣逐步成為我國頁巖氣研究的熱點，在此背景下，本文對柴北緣侏羅系陸相頁巖氣的成藏機理進行總結(jié)，確定柴北緣下侏羅統(tǒng)累計厚度在20～1200m，埋深在3000～16000m，TOC在0.5%～4.5%之間，Ro在0.19%～6.5%之間，中侏羅統(tǒng)累計厚度在50-350m之間，埋深在200～10000m之間，TOC在0.05%～5.5%之間，Ro在0.5%～1.6%之間，有機質(zhì)類型皆以Ⅲ型為主，脆性指數(shù)均值在29.6%～74.4%之間。

1 前言

隨著我國國民生活質(zhì)量地提升，黨和國家對生態(tài)環(huán)境的保護與治理工作地不斷重視，國務(wù)院于2014年11月提出以“以氣代煤”為核心的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020）》，將天然氣置于我國“安全-清潔-高效-可持續(xù)”的現(xiàn)代能源體系調(diào)整中首要的位置[1]。但隨之而來的是我國常規(guī)天然氣開發(fā)壓力陡升，增不足耗，導(dǎo)致我國天然氣對外依存度逐年增長。為緩解我國常規(guī)天然氣資源的開發(fā)壓力，以及在美國頁巖氣革命地影響下，頁巖氣作為一種以吸附或游離為主要存在狀態(tài)“原地”賦存于暗色或高碳泥頁巖中的非常規(guī)天然氣[2]，被我國逐步重視起來。其中，陸相頁巖氣以0.50～7.92萬億方的技術(shù)可采資源量在海相頁巖氣之后逐步進入我國學(xué)者們的研究視野，而柴達木盆地北緣侏羅系發(fā)育的巨厚陸相泥頁巖逐漸成為研究熱點。在此基礎(chǔ)上，本文總結(jié)柴北緣侏羅系陸相頁巖氣的研究成果，以期為后續(xù)勘探開發(fā)提供助力。

2 柴北緣侏羅系陸相頁巖氣研究現(xiàn)狀

自1954年起，在我國地質(zhì)礦產(chǎn)部相關(guān)部門組織下，柴達木盆地啟動以小比例尺為主的地質(zhì)調(diào)查，先后累計共發(fā)現(xiàn)25個常規(guī)油氣田。以2010年為界，1954～1966年開展地面調(diào)查與淺井鉆探，1967～1993年勘探重點向柴西轉(zhuǎn)移，柴北緣區(qū)域勘探進度緩慢，1994年在吐哈盆地侏羅系油氣突破的帶動下，以煤成烴理論為依據(jù)，柴北緣油氣勘探工作正式起步，“九五”、“十五”、“十一五”期間，青海油田聯(lián)合相關(guān)部門與高校學(xué)者不斷深入柴北緣油氣的勘探研究工作，對其資源潛力有了深一步了解[3]；2010年之后圍繞柴北緣侏羅系陸相頁巖氣的研究工作開始展開：2013年，由中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心領(lǐng)導(dǎo)施工的CY-1井在魚卡凹陷石門溝組泥頁巖中鉆遇頁巖氣并成功壓裂，“十三五”期間，西安市地質(zhì)調(diào)查中心開始總結(jié)柴北緣侏羅系中侏羅統(tǒng)陸相頁巖氣的賦存方式與富集規(guī)律。目前，柴北緣侏羅系陸相頁巖氣在沉積特征、地質(zhì)條件特征、儲層特征等方面已經(jīng)有了較為深入地研究，這是多年來我國學(xué)者不斷深入探索與總結(jié)的成果。

3 柴北緣侏羅系陸相頁巖氣成藏機理

柴北緣侏羅系陸相頁巖氣的成藏條件包括厚度埋深、有機質(zhì)特征等成藏特征，礦物組成等儲層特征，其中泥頁巖的厚度埋深用以評價陸相頁巖氣的成藏規(guī)模，有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)成熟度、有機質(zhì)類型等有機質(zhì)特征用以評價陸相頁巖氣的生氣潛力，礦物組成用以評價陸相頁巖氣藏后期壓裂開發(fā)的效果。

3.1 厚度埋深

柴北緣下侏羅統(tǒng)陸相富有機質(zhì)泥頁巖分布較廣，分布面積可達2.10×104k m2，累計厚度在20～1200m不等[3]，厚值區(qū)主要集中在在冷湖-一里坪-南八仙一帶，整體累計厚度超過了800m，邊緣區(qū)與大煤溝地區(qū)、大頭羊地區(qū)屬于厚度中值區(qū)，累計厚度在50～200m之間，剩余全吉山西部地區(qū)、錫鐵山北部地區(qū)、埃南地區(qū)屬于厚度低值區(qū)，厚度范圍在20～50m。

中侏羅統(tǒng)陸相富有機質(zhì)泥頁巖分布面積與下侏羅統(tǒng)相近，約為2.05×104k m2，橫向連續(xù)性相對較好，但累計厚度相對下降較多，分布在50～350m之間[3]。高值區(qū)較為分散，在德令哈凹陷北部與南部地區(qū)存在兩個厚度高值區(qū)，平均累計厚度達到了300m，且分布范圍相對較大。

柴北緣下侏羅統(tǒng)泥頁巖埋藏深度呈現(xiàn)為北部山前構(gòu)造帶略淺于南部，東北-西南走向從冷湖-南八仙一帶，至鄂梁博-一里坪一帶，到紅三旱-東丘陵一帶先變深后變淺，最淺處在3000m左右，最深處可達16000m以下；中侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖埋深相對變淺，在200～10000m之間，在山前帶從北至南，從賽南地區(qū)，至綠草山-大煤溝一帶，到德令哈坳陷一帶，埋深從最深先變淺，后波動劇烈，規(guī)律性不顯。

3.2 有機質(zhì)特征

有機質(zhì)特征包括有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)類型、有機質(zhì)成熟等三方面。

對于有機質(zhì)豐度，以總有機碳含量（TOC）為參數(shù)，下侏羅統(tǒng)TOC整體分布在0.5%～4.5%之間[3-4]，在冷湖-鄂梁博-一里坪一帶與大煤溝-全吉山以北一帶有機質(zhì)豐度最高，分別存在4個與1個高值區(qū)，前者高值區(qū)較為集中，后者則距其他高值區(qū)較遠，TOC均在3.0%～4.5%之間，屬于優(yōu)質(zhì)TOC儲層；中侏羅統(tǒng)TOC較下侏羅統(tǒng)整體略有升高，分布在0.05%～5.5%之間，但受富碳的煤層發(fā)育不均影響，分布范圍略有分散，在綠梁山南北緣的魚卡、大煤溝地區(qū)，與埃姆妮克山東南緣地區(qū)共包含3個高值區(qū)，在魚卡地區(qū)TOC最高，最高可達5.5%。

對于有機質(zhì)類型，以干酪根元素組成參數(shù)（H/C，O/C）與巖石熱解參數(shù)（S1+S2）為劃分依據(jù)，標準見表1，I-III型干酪根，有機質(zhì)來源從以藻類為主變?yōu)橐愿叩戎参餅橹?，生烴類型從以生油為主變?yōu)橐陨鷼鉃橹?。調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，下侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖中除鄂梁博、冷湖西部、西大灘部分地區(qū)為Ⅱ2型外，其余地區(qū)幾乎均為Ⅲ型干酪根，中侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖除魚卡部分地區(qū)為Ⅱ1- Ⅱ2型外，其余地區(qū)幾乎均為Ⅲ型干酪根，表明柴達木盆地北緣中下侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖以生氣為主，生油為輔，有利于陸相頁巖氣成藏。

表1 有機質(zhì)類型劃分標準

對于有機質(zhì)成熟度，以鏡質(zhì)組反射率（Ro）為參數(shù)，將Ro值0.5%以下劃分為未成熟階段，0.5%～1.3%劃分為成熟階段，1.3%～2.0%劃分為高成熟階段，高于2.0%劃分為過成熟階段。下侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖在0.19%～6.5%，除冷湖地區(qū)波動較大，從未成熟-成熟-高成熟等各階段均有包含，馬海-南八仙一帶受古隆起的原因處于未成熟階段，大煤溝地區(qū)處于成熟-高成熟階段，其他冷湖以西所有地區(qū)均處于高成熟-過成熟階段；中侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖成熟度較下侏羅統(tǒng)整體有所降低，大部分地區(qū)Ro值處于0.5%～1.6%之間[4]，即成熟-高成熟階段，僅大煤溝地區(qū)大頭羊剖面與德令哈凹陷南北緣分別存在1個與2個高值區(qū)，Ro值均值分別為2.18%、2.09%，處于過成熟階段。

3.3 礦物組成特征

通過西安地調(diào)中心的測試結(jié)果，得到柴北緣侏羅系發(fā)育的6套陸相泥頁巖礦物組分含量特征[4]，分析發(fā)現(xiàn)，各層段礦物組分中皆以粘土礦物為主，在9.6%～67.1%之間，整體自下而上逐漸增大再減小，石英含量在各陸相泥頁巖段中的含量僅次于粘土礦物，在4.3%～64.9%之間，有自下而上整體逐漸減小再增大的趨勢，其余礦物則以白云石與菱鐵礦相對含量較高，白云石含量在柴北緣下侏羅統(tǒng)小煤溝組底部泥頁巖段至中侏羅統(tǒng)石門溝組底部泥頁巖段中不斷增加，最高達到了21.2%，菱鐵礦含量則是受到早侏羅世小煤溝組中段沉積時期與中侏羅世石門溝組沉積時期局部-大范圍湖侵作用的影響，在下侏羅統(tǒng)小煤溝組中部與中侏羅統(tǒng)石門溝組中發(fā)育的三段泥頁巖中顯著增加。根據(jù)儲層脆性典型計算公式：BRIT=(V硅質(zhì)礦物+V 長石+V碳酸鹽礦物) /V全部礦物×100%，得出柴北緣中下侏羅統(tǒng)脆性指數(shù)均值在29.6%-74.4%之間，根據(jù)國內(nèi)典型頁巖氣開發(fā)經(jīng)驗，均滿足大于25%脆性指數(shù)的壓裂要求。

4 結(jié)論

通過對前人研究成果歸納，確定中、下侏羅統(tǒng)陸相泥頁巖累計厚度在20～1200m之間，埋藏深度在200～16000m之間；有機質(zhì)豐度在0.05%～5.5%之間，有機質(zhì)類型主要在Ⅱ2-Ⅲ型，有機質(zhì)成熟度分布在0.19%～6.5%，脆性指數(shù)在29.6%～74.4%之間。