沁水盆地煤系地层页岩气储层特征及评价_付娟娟

第２３卷第２期２０１６年３月地学前缘（中国地质大学（北京）；北京大学）Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ（Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ）；Ｐｅｋｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．２Ｍａｒ．２０１６ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　地学前缘，２０１６，２３（２）收稿日期：２０１５－０９－１２；修回日期：２０１５－１１－０１基金项目：中国地质调查局项目“沁水盆地及周缘页岩气资源调查评价”（２０１４－２５８）作者简介：付娟娟（１９８１—），女，博士研究生，工程师，矿产普查与勘探专业。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｕａｎｊｕａｎｆｕ＿２０１２＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ＊通讯作者简介：郭少斌（１９６２—），男，教授，博士生导师，从事层序地层学、储层评价和油气资源评价方面的教学和科研工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｏｓｂ５８＠１２６．ｃｏｍｄｏｉ：１０．１３７４５／ｊ．ｅｓｆ．２０１６．０２．０１７沁水盆地煤系地层页岩气储层特征及评价付娟娟，　郭少斌＊，　高全芳，　杨　杰中国地质大学（北京）能源学院，北京１０００８３ＦＵ　Ｊｕａｎｊｕａｎ，　ＧＵＯ　Ｓｈａｏｂｉｎ＊，　ＧＡＯ　Ｑｕａｎｆａｎｇ，　ＹＡＮＧ　ＪｉｅＳｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，ＣｈｉｎａＦＵ　Ｊｕａｎｊｕａｎ，ＧＵＯ　Ｓｈａｏｂｉｎ，ＧＡＯ　Ｑｕａｎｆａｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｉｎ　ｔｈｅＣａｒｂｏｎｉｆｅｒｏｕｓ－Ｐｅｒｍｉａｎ　ｃｏａｌ－ｂｅａｒｉｎｇ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｑｉｎｓｈｕｉ　Ｂａｓｉｎ．Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ，２０１６，２３（２）：１６７－１７５Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｑｉｎｓｈｕｉ　Ｂａｓｉｎ，ａｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏａｌ－ｂｅａｒｉｎｇ　ｂａｓｉｎｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｈａｓ　ｐｌｅｎｔｙ　ｏｆ　ｃｏａｌａｎｄ　ｃｏａｌ－ｂｅｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｈａｓ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｌｉｔｔｌｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｂａｓｉｎ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｗｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｕｐｐｅｒ　Ｐａｌｅｏｚｏｉｃ　ｏｆ　Ｑｉｎｓｈｕｉ　Ｂａｓｉｎ，Ｃｈｉｎａ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　Ｘ－ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＮＭＲ，ＦＩＢ－ＳＥＭ，ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｎｓｅｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｔｃ．ｗｅｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｒｏｃｋａｎｄ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｒｅｓ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ－ｒｉｃｈ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｏｎ　ｔｈｉｓ　ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｐｏｒｅｓ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏ　ｆｒａｃｔｕｒｅｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｈｅｒｅ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｅｎｏｕｇｈ　ｓｐａｃｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ．Ｍｉｎｅｒａｌ　ｐｏｒｅｓ，ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒ　ｐｏｒｅｓ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｐｏｒｅｓ　ｉｎ　ｓｈａｐｅｓ　ｏｆ　ｐｌａｔｅ，ｔｒｉａｎｇｌｅ　ｏｒｉｒｒｅｇｕｌａｒ　ａｒｅ　ｗｅｌｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｈｅｒｅａｓ　ｏｎｌｙ　ａ　ｓｍａｌｌ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｒｅｓ　ｉｎ　ｓｈａｐｅｓ　ｏｆ　ｄｏｔ　ｏｒ　ｏｃｃａｓｉｏｎａｌ　ｅｌｌｉｐｓｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｈａｓ　ａ　ｌａｒｇｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｒｅａ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ａ　ｒａｎｇｅ　ｆｒｏｍ　２．８４ｍ２／ｇ　ｔｏ　６．４４ｍ２／ｇ　ｗｉｔｈ　ａｎａｖｅｒａｇｅ　ｏｆ　４．２６ｍ２／ｇ．Ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｐｏｒｅ　ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　３．６４ｎｍ　ａｎｄ　１０．３４ｎｍ，ｗｈｉｃｈｍｅａｎｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｍｅｓｏ－ｐｏｒｅｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ５７．５％ｏｆ　ｃｌａｙ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ａｎｄ　４１．３％ｏｆ　ｂｒｉｔｔｌｅ　ｍｉｎｅｒａｌｓ，ｉｓ　ｐｒｅｔｔｙ　ｇｏｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｉｒｃｏ－ｐｏｒｅｓ，ｇａｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｈｉｇｈ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ＴＯＣ　ａｎｄ　Ｒｏ，ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ａｂｎｏｒｍａｌ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｉｎ　Ｍｅｓｏｚｏｉｃ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｏｒａｇｅ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ，ｔｈｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｂｕｒｉａｌ　ｄｅｐｔｈ　ｉｓｓｈａｌｌｏｗ，ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｇｒｅａｔ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｆｏｒ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃ－Ｐ　ｐｅｒｉｏｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＱｉｎｓｈｕｉＢａｓｉｎ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｍｉｎｅｒａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｒｅ　ｑｕｉｔｅｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｑｉｎｓｈｕｉ　Ｂａｓｉｎ；Ｃ－Ｐ　ｐｅｒｉｏｄ；ｓｈａｌｅ　ｇａｓ；ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ摘　要：沁水盆地是我国重要的含煤盆地，不仅其煤炭及煤层气资源丰富，在上古生界石炭纪—二叠纪地层中还有大量页岩发育。

而目前，针对该地区页岩地层的相关研究极少，该地区页岩气资源是否具有勘探开发潜力有待深入而细致的研究。

本文以沁水盆地上古生界石炭系—二叠系海陆交互相页岩储层为研究对象，通过薄片鉴定、Ｘ线衍射分析、氩离子抛光－扫描电镜分析、核磁共振、氮气吸附等实验方法，研究了富有机质页岩储层有机质含量、类型、成熟度等有机地化特征以及储集空间类型、物性、矿物组成、孔隙结构等储层特征。

在此基础上，对研究区页岩储层的勘探开发潜力进行了评价。

结果表明：沁水盆地石炭系—二叠系富有机质页岩储层中发育形态各异的不同类型孔隙及微裂缝。

其中，矿物基质孔十分发育，主要包括有呈片状、三角形及１６８ 付娟娟，郭少斌，高全芳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１６，２３（２）ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　地学前缘，２０１６，２３（２）不规则形态的粒间孔和晶间孔等；而有机质孔不发育，呈点状，偶见椭圆型。

从孔隙结构上看，孔隙具有较大的比表面积，主要分布在２．８４～６．４４ｍ２／ｇ，平均值为４．２６ｍ２／ｇ。

平均孔径分布在３．６４～１０．３４ｎｍ，以中孔隙发育为主。

从矿物组成来看，各矿物含量比例适中，黏土矿物含量较高，达到５７．５％，有利于微孔隙发育和页岩气的吸附；以石英及长石为代表的脆性矿物含量较高，达到４１．３％，易于后期压裂造缝。

从有机地化特征来看，有机碳含量高，有机质类型以腐泥腐殖型为主，且受中生代异常地温场控制，有机质热成熟度高，有利于页岩气的生成和吸附存储。

总体来说，虽然研究区石炭纪—二叠纪页岩储层埋深浅，但有机地化参数、矿物组成、孔隙发育及结构特征都有利于页岩生烃和页岩气储存，具有较大的勘探与开发潜力。

关键词：沁水盆地；石炭纪—二叠纪；页岩；储层特征中图分类号：Ｐ６１８．１３０．２１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００５－２３２１（２０１６）０２－０１６７－０９沁水盆地是我国重要的含煤盆地，近年来，针对煤炭及煤层气资源已经开展了许多详细且深入的研究工作。

在煤层及煤层气的勘探开发过程中，发现该盆地上古生界石炭纪—二叠纪地层中还有大量页岩储层发育。

该地区页岩储层的研究工作尚处于起步阶段，现有的研究仅对成藏条件进行了简单分析［１－３］，缺乏对页岩储层特征，特别是储集空间特征、孔隙结构特征的精细研究和认识。

沁水盆地石炭系—二叠系页岩储层主要为海陆交互相和陆相沉积，可借鉴鄂尔多斯等盆地在海陆交互相及陆相页岩储层的研究工作。

针对海陆交互相页岩储层，郭少斌等［４－６］开展了储层评价、含气性及其影响因素、成藏条件及有利区预测等方面的研究。

Ｔａｎｇ等［７］、王香增等［８］及杨超等［９］针对陆相页岩储层的孔隙特征及储层发育特征进行了评价。

本文以沁水盆地石炭系—二叠系页岩储层为研究对象，通过薄片鉴定、氩离子抛光－扫描电镜分析、Ｘ线衍射分析、氮气吸附等多种实验方法，研究了富有机质页岩孔隙类型与孔隙结构、物性、矿物组成等储层特征以及有机质含量、类型及成熟度等有机地化特征，探讨了石炭纪—二叠纪煤系地层页岩气成藏的基本条件。

１　研究区概况沁水盆地位于山西省东南部，东邻太行山隆起，南接中条山隆起，西邻霍山隆起，北靠五台山隆起，是中生代末在古生界基底上发育形成的近南北向的大型复式向斜构造盆地。