鄂尔多斯盆地页岩气勘探潜力分析

ＤＯＩ ：１０ ．３７８７／ｊ ．ｉｓｓｎ ．１０００‐０９７６ ．２０１１ ．１２ ．００６
全球页岩气资源非常丰富 。 １９９７ 年 Ｈａｎｓ‐Ｈｏｌｇ‐ ｅｒ Ｒｏｇｎｅｒ 等预测全球页岩气资源总量约 ４５６ × １０１２ ｍ３ ，相 当 于 煤 层 气 和 致 密 砂 岩 气 资 源 量 的 总 和［１］ 。 ２０１１ 年 ，美国能源信息署 （ＥＩＡ ）估算全球页岩气技术 可采资源量为 １８７ ．４ × １０１２ ｍ３ ，其中美国为 ２４ ．４ × １０１２ ｍ３ ，中国为 ３６ ．１ × １０１２ ｍ３ ［２］ 。 美国 １８２１ 年开始 页岩气勘探 ，但规模化开发和产量快速增长始于 ２００３ 年应用水平井钻井技术 ，２０１０ 年年产量已接近 １ ５００ × １０８ ｍ３ ，约占其天然气总产量的 ２３％ ［３］ ，分析北美页 岩气成藏地质条件 ，主要表现为黑色页岩的有机碳含 量 （ Ｔ ＯＣ）不 小 于 ２ ．００％ ，有 机 质 成 熟 度 （ Ｒｏ ）介 于 １ ．１％ ～ ３ ．５％ ，页岩单层厚度逾 １５ ｍ ，脆性矿物 （石 英 、斜长石）含量大于 ４０％ ，黏土含量小于 ４０％ ，处于 斜坡或凹陷区 ，保存条件较好等［４‐６］ 。 ２０１０ 年 ，我国在四川盆地南部率先实现页岩气突 破 ，威 ２０１ 等多口井在下寒武统筇竹寺组和下志留统 龙马溪组海相页岩地层获得工业气流 。 其后 ，在四川 盆地中部的元坝 ９ 井下侏罗统自流井组湖相泥页岩层 段也获得工业气流 。
图 ２ 上三叠统延长组长 ７ 段页岩 ＴＯＣ 频率分布图
“Ａ”含量大都介于 ０ ．７０％ ～ １ ．００％ 。 热解生烃潜量主 要介于 １０ ～ ６０ ｍｇ ／ｇ ，最高逾 １００ ｍｇ ／ｇ 。 ２ ．２ 有机质类型 平凉组页岩最明显的特征是没有镜质组和惰质 组 ，具有典型的海相烃源岩有机质显微组分特征 。 腐 泥组以藻类体和沥青质体为主 ，干酪根类型为腐泥 型 — 偏腐泥混合型［８］ 。 上古生界有机质类型腐泥型 — 腐殖型均有分布 。 二叠系暗色泥岩中腐泥组及藻类含量变化较大 ，平均 含量为 ７１ ．３０％ ，最高可达 ９９ ．４０％ ，最低仅为７ ．４０％ ， 壳质组含量较少（０ ．２０％ ～ ３ ．７０％ ） ，属腐泥型 — 混合 型 ；镜质组含量变化较大 ，平均含量达 ４７ ．０８％ ，最高 含量可达 ９２ ．４０％ ，最低含量为 ０ ．６０ ％ ；惰性组含量为 ４ ．２０％ ，干酪根类型较好 ，为偏腐殖混合型 — 腐殖型 。 长 ７ 段页岩干酪根的镜下观察 ，以无定形类脂体 为主 ，见有少量的刺球藻和孢子 ，成分单一 。 透射光下 呈棕褐色 、淡黄色 ，紫外光和蓝光激发下呈亮黄色 、棕 褐色荧光 。 页岩岩石光片在紫外光激发下 ，清晰可见 沿层理分布的细条状发亮黄色荧光的类脂体 ，而且十 分发育 ，并清晰可见分散状和条带状黄铁矿 。 因此 ，长 ７ 段页岩干酪根的前身物主要为湖生低等生物和藻类 等 。 页岩干酪根镜鉴结果表明 ，干酪根显微组分以腐 泥组为主 ，镜质组 ＋ 惰质组含量很低 ，只有个别样品含 量较高 ，壳质组含量很低 ，为腐泥型干酪根 。 ２ ．３ 成熟度 平凉组页岩有机质成熟度处于生烃高峰 — 高成熟 阶段 ，Ｒｏ 介于 ０ ．７％ ～ ２ ．６％ ，南缘耀县到陇县以生气 为主 ，平凉市和环县地区正处于生油窗范围 。 环 １４ 井 至平凉一线以西地区 Ｒｏ ＜ ０ ．７％ ，为低成熟 。 西缘中 北部均进入成熟 、高成熟阶段 。 因此 ，平凉组页岩在局 部地区成熟度较低 ，大部分达到了高成熟演化阶段［８］ 。 鄂尔多斯盆地上古生界地层的 Ｒｏ 集中在 １ ．１％ ～ ２ ．５％ ，大部分处于高成熟阶段 ，其 Ｒｏ 等值线图显
基金项目 ：国家科技重大专项全球油气资源评价研究项目（编号 ：２００８Ｅ‐０５０２） 。 作者简介 ：王社教 ，１９６５ 年生 ，高级工程师 ，博士 ；主要从事新能源包括非常规油气和可再生能源的研究工作 。 地址 ：（１０００８３ ） 北京市海淀区学院路 ２０ 号中国石油勘探开发研究院资源规划所 。 电话 ：（０１０ ）８３５９８４７９ ，１ｓｊ＠ ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ ． ｃｏｍ ．ｃｎ
２ 页岩有机地球化学特征
２ ．１ 有机质丰度 平凉组页岩有机碳含量不高 。 岩心样品的平均有 机碳含量为 ０ ．５８％ ，最大为 １ ．２０ ％ ；露头样品的平均 值为 ０ ．３７％ ，最大为 １ ．７６％ ［８］ ，达不到页岩气有利区 带的最低标准 。 本溪组 、太原组和山西组 Ｔ ＯＣ 较高 （图 １ ） ，一般 介于 １ ．００％ ～ ５ ．００ ％ ，其中本溪组 Ｔ ＯＣ 最高 ，峰值在 ２ ．００％ ～ ５ ．００％ 。 本溪组 、太原组和山西组二段 ３ 套 页岩 ＴＯＣ 平均值分别为 ２ ．７９％ 、２ ．６８％ 和 ２ ．９３％ 。 长 ７ 段页岩 Ｔ ＯＣ 很高（图 ２） ，主要分布于 ６ ．００％ ～ １４ ．００ ％ 之间 ，最高可超过２６ ．００ ％ 。残留氯仿沥青
岩累计厚度介于 １００ ～ １５０ ｍ ，煤层厚 ２ ～ ６ ｍ ，石灰岩 厚度介于 １６ ～ ２８ ｍ ；中部黑色页岩厚度介于 ５０ ～ ８０ ｍ ， 煤层厚度介于 ４ ～ ８ ｍ ，石灰岩厚度介于 ５ ～ １２ ｍ 。 受构 造运动抬升影响 ，该套页岩在盆地中东部保存较好 。 １ ．２ ．３ 中生界湖相页岩 鄂尔多斯盆地上三叠统延长组长 ７ 段 （以下简称 长 ７ 段）以深湖 — 半深湖相页岩为主 ，富含有机质 ，沉 积连续 、稳定 ，分布范围广 ，埋深介于 １ ５００ ～ ２ ５００ ｍ 。 北至盐池 、定边 ，西至镇原 ，南至铜川 ，东至志丹 — 富县 的广大区域 ，以黄 ５１ — 耿 ７３ — 白 ３１ — 城 ６５ — 庄 ５３ — 宁 ４７ — 庙 ３７ 井一线为沉积中心 ，厚度超过 ３５ ｍ 。 白 ３１ 井 、里 ６５ 井附近该套页岩厚度达到 ４０ ｍ 。 该套页 岩连续厚度超过 １５ ｍ 的区域分布在姬塬 、白豹 、华 池 、庆阳 、正宁 、宜君等地区 。
网络出版时间：2011-12-24 21:15 网络出版地址：/kcms/detail/51.1179.TE.20111224.2115.005.html
第 ３１ 卷第 １２ 期 地 质 勘 探
鄂尔多斯盆地是我国重要的含油气盆地 ，古生界 和中生界发育多套页岩 ，其中奥陶系平凉组 ，石炭 — 二 叠系本溪组 、太原组和山西组 ，上三叠统延长组长 ７ 段 等 ３ 套页岩最有可能形成页岩气藏 。 笔者将重点针对 上述 ３ 套页岩形成的沉积背景 、空间展布 、有机地球化 学特征 、矿物组成等进行分析 ，进而评价其页岩气勘探 开发潜力 。
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天 然 气 工 业 ２０１１ 年 １２ 月
积了煤系地层 。 早三叠世末鄂尔多斯地块东升西降 ， 盆地雏形出现 ，至三叠世末 ，盆地定型 ，沉积了三叠纪 、 侏罗纪陆相含煤岩系 。 从古生代海相 、海陆交互相到 中生代的陆相 ，形成了盆地最主要的 ３ 套黑色页岩 ，即 奥陶系平凉页岩 、石炭 — 二叠系含煤煤系页岩 、三叠系 延长组长 ７ 段页岩 。 １ ．２ 页岩地层分布 １ ．２ ．１ 下古生界海相页岩 古生界页岩主要分布在中奥陶统平凉组中下 部［７］ 。 平凉组主要分布在盆地西南部 ，厚度介于 ５０ ～ ３５０ ｍ ，埋深介于 ２ ８００ ～ ４ ０００ ｍ ，并由盆地内侧向外 逐渐增厚 。 岩性包括页岩 、灰质泥岩 、含灰泥岩 、砂质 泥岩 、泥灰岩等 。 鄂尔多斯盆地西缘的伊 ２７ 井 、任 ３ 井 、刘庆 ７ 井 、苦深 １ 井 、环 １４ 井和南缘的永参 １ 井 、 淳探 １ 井等钻井资料 ，以及该盆地西缘桌子山 、石板 沟 、太统山 、桥头 、银洞官庄 、陇县龙门洞和南缘耀县桃 曲坡等露头剖面资料 ，证实了平凉组深灰 — 灰黑色含 笔石页岩广泛分布 ，是该组地层中最优质的烃源岩 。 页岩平均厚度介于 ８０ ～ １００ ｍ ，最厚在环 １４ 井（逾 ２００ ｍ ） ，盆地西缘北部较薄 ，一般厚度介于 ２０ ～ ５０ ｍ ；盆 地南缘地区平均厚度为 ３５ ｍ［８］ 。 １ ．２ ．２ 上古生界海陆过渡相页岩 该套页岩属含煤层系 ，具广覆型沉积特点 。 主要 发育层位为中石炭统本溪组 、下二叠统太原组和山西 组 ，分布面积大 ，厚度中等 ，有机质丰度较高 ，埋深介于 ２ ０００ ～ ３ ５００ ｍ 。 由煤层 、页岩和含泥的生物灰岩构 成 ，呈东西部厚 、中部薄而稳定的特点 。 东西部黑色页
图 １ 上古生界页岩 ＴＯＣ直方图
第 ３１ 卷第 １２ 期 地 质 勘 探
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示出（图 ３ ） ，庆城 — 宜川一带热演化程度最高 ，Ｒｏ 达 到 ３ ．０％ ；乌审旗一带 Ｒｏ 约为 ２ ．０％ ，鄂托克旗地区局 部 Ｒｏ 最高达 ３ ．０ ％ 。 除东北部杭锦旗 — 鄂尔多斯 — 府谷一线以外 、东南部大荔向外 、西南部固原以西等盆 地边缘地区 ，上古生界地层绝大部分地区 Ｒｏ 均超过 １ ．１％ ，达到了形成页岩气藏的成熟度标准 。 其中榆林 地区 Ｒｏ 介于 １ ．１ ％ ～ ２ ．５％ ，处于有利于生成页岩气 的成熟度范围内 。
１ 页岩气形成的区域地质条件
１ ．１ 沉积背景 鄂尔多斯盆地是典型的叠合盆地 ，太古宙和元古 宙结晶基底的构造形态控制着沉积盖层及区域构造形 态 ，自下而上沉积了中上元古界 、古生界和中新生界地 层 。 盆地经历了中晚元古代坳拉谷 、早古生代浅海台 地 、晚古生代近海平原 、中生代内陆湖盆和新生代周边 断陷等 ５ 个演化阶段 。 早古生代陆表海盆地沉积了寒武纪 — 中奥陶世碳 酸盐岩 ，中奥陶世后陆表海消失 。 中石炭世盆地西缘 的贺兰裂谷部位沉降最大 ，晚石炭世到二叠纪广泛沉
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鄂尔多斯盆地页岩气勘探潜力分析
王社教１ 李登华１ 李建忠１ 董大忠１ 张文正２ 马 军２
１ ．中国石油勘探开发研究院 ２ ．中国石油长庆油田公司勘探开发研究院
王社教等 ．鄂尔多斯盆地页岩气勘探潜力分析 ．天然气工业 ，２０１１ ，３１（１２） ：４０‐４６ ． 摘 要 鄂尔多斯盆地为大型富油气叠合盆地 ，发育奥陶系海相 、石炭 — 二叠系海陆过渡相和三叠系湖相等多套页 岩层系 ，具备页岩气形成的基本地质条件 。 为弄清该盆地页岩气的勘探潜力 ，通过野外地质勘查 、岩心观察 、老井资料复 查 ，结合有机地球化学和岩石学分析 、含气量测试 、等温吸附曲线测定等实验结果 ，对其页岩气勘探潜力进行了初步评 价 。 结论认为 ：① 该区中奥陶统平凉组页岩分布范围和厚度较大 ，已进入大量生气阶段 ，但有机质丰度偏低 ，不利于页岩 气成藏 ；② 上三叠统延长组长 ７ 段页岩分布范围较广 ，厚度介于 １５ ～ ４０ ｍ ，有机质丰度很高 ，处于大量生油阶段 ，页岩气 主要为热成因的伴生气 ，成藏条件较致密油要差 ；③ 石炭 — 二叠系页岩分布范围广 ，厚度介于 ５０ ～ １５０ ｍ ，有机质丰度较 高 ，处于大量生气阶段 ，含气量介于 ０ ．２１ × １０８ ～ １ ．０ × １０８ ｍ３ ／ｔ ，页岩气勘探潜力最大 。 关键词 鄂尔多斯盆地 页岩气 勘探潜力 含气量 海相地层 海陆过渡相地层 湖相地层