塔里木盆地奥陶系页岩气形成条件及有利区带预测
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第 37 卷 第 4 期 2016 年 8 月
新疆石油地质 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGY
Vol. 37，No.4 Aug. 2016
文章编号：1001-3873（2016）04-0409-08
DOI：10.7657/XJPG20160405
塔里木盆地奥陶系页岩气形成条件及有利区带预测
(1.China University of Petroleum, a.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting; b.Research Center of Basin and Reservoir, Beijing 102249, China; 2.Wuxi Institute of Petroleum Geology, Research Institute of Petroleum Exploration and Development,
2 泥页岩生烃条件
钻井及露头资料显示，奥陶系的泥页岩主要分布 于塔里木盆地东部的中-下奥陶统黑土凹组（O1-2h）以 及塔里木盆地西部的中-上奥陶统萨尔干组（O2-3s）和 上奥陶统印干组（O3y）。 2.1 泥页岩分布特征
（1）奥陶系泥页岩露头区发育情况 却尔却克 山剖面实测黑土凹组泥页岩厚度为 18.3 m，下部是页 岩夹灰岩，中部是黑色碳质页岩，上部是易破裂的黑 色硅质页岩。萨尔干组以黑色页岩夹薄层灰岩及灰 岩透镜体为主，分布稳定，露头区分布在柯坪—阿克 苏一带，呈南西—北东向长条带状展布。萨尔干组在
第 37 卷 第 4 期
乔锦琪，等：塔里木盆地奥陶系页岩气形成条件及有利区带预测
·411·
柯坪隆起的大湾沟剖面观测厚度为 13.8 m，大湾沟 南 部 剖 面 实 测 层 厚 为 18.8 m，四 石 厂 剖 面 厚 度 为 7.0 m，在柯坪水泥厂剖面中仅厚 4.0 m，在南部羊吉坎 剖面中则相变为灰岩，北部的牙尔巴哈剖面中则被 剥蚀殆尽，其露头厚度均小于 50.0 m. 印干组为灰黑 色泥岩夹泥灰岩，在不同区域与上覆铁热克阿瓦提组 砂泥岩呈平行不整合接触，局部为角度不整合 ，主 [10] 要分布在柯坪印干村一带，厚度一般小于 100.0 m，大 湾沟剖面上实测地层厚 39.7 m，大湾沟剖面东部厚
乔锦琪 1，刘洛夫 1，申宝剑 2，胡青 1
（1.中国石油大学 a.油气资源与探测国家重点实验室；b.盆地与油藏研究中心，北京 102249； 2.中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214151）
摘 要：对塔里木盆地奥陶系泥页岩岩性、地球化学特征、储层特征以及含气性进行分析认为，塔里木盆地奥陶系广
干酪根类型是决定泥页岩生烃潜力的重要因 素。在四石厂剖面及大湾沟剖面采集萨尔干组及印 干组样品，采用岩石热解参数对研究区样品进行有机 质类型的研究。
天
山
昆 仑
山 金
尔 阿 山
图 2 塔里木盆地奥陶系泥页岩分布 （图 2b 和图 2c 引自文献［9］，有修改）
结合前人对柯坪隆起、巴楚凸起、库鲁克塔克区 及塔东地区多条剖面的研究结果，表明黑土凹组干酪 根类型主要为Ⅲ型，萨尔干组除四石厂剖面为Ⅲ型 外，其他地区均为Ⅰ型和Ⅱ型，四石厂剖面干酪根类 型差是样品风化严重所致 。 [11] 印干组在分布区干酪 根类型均为Ⅱ型和Ⅲ型（图 3）。
矿物含量高，孔隙主要以介孔和大孔为主，微裂缝发育。泥页岩碎屑矿物具有良好的吸附性能，井下样品的含气量与
有机碳含量呈正相关，露头样品由于受到风化，其含气量与有机碳含量相关性不明显。优选的中-下奥陶统页岩气发
育区在塔东地区的分布面积约 1 582 km2，在尉犁地区约 1 058 km2. 油气储量为 17 814×108 m3.
泛发育，奥陶系富有机质泥页岩为黑色碳质页岩，钙质、硅质页岩，富有机质泥页岩主要发育在盆地西部的萨尔干组
（7~22 m）和盆地东部的黑土凹组（40~60 m）。萨尔干组干酪根类型为Ⅰ型和Ⅱ型，黑土凹组干酪根类型为Ⅲ型，均为
好—优质的烃源岩，热演化程度为高成熟—过成熟阶段。泥页岩矿物颗粒以石英为主，黏土矿物主要为伊利石，脆性
97.7 m. （2）钻井揭示奥陶系泥页岩发育情况 塔东 1 井、
塔东 2 井、英东 2 井和尉犁 1 井均钻遇含笔石和放射 虫的黑土凹组，厚度分别为 48 m，56 m，50 m 和 55 m.
（3）奥陶系泥页岩分布范围 笔者根据前人的研 究成果，结合地震、钻井以及露头资料对研究区泥页 岩分布范围进行预测。结果表明，黑土凹组在塔里木 盆地东部均有分布，厚度为 20~60 m（图 2a）。萨尔干 组与印干组主要发育于盆地西部柯坪隆起—阿瓦提 凹陷的盆地—斜坡相区，厚度最大为 150 m，在阿瓦提 凹陷中东部厚度最大，向北尖灭于胜利 1 井以南，向 东尖灭于满西 2 井附近台地边缘，向南止于巴楚凸 起，西南部受控于阿恰断裂带。萨尔干组与印干组泥 页岩在厚度和分布范围上也存在差异，其中印干组泥 页岩厚度较大，且其在东部、北部的分布范围（图 2b） 也大于萨尔干组（图 2c）。 2.2 泥页岩地球化学特征 2.2.1 干酪根类型
Sinopec, Wuxi, Jiangsu 214151, China) Abstract: Based on the systematic study on lithology, geochemical characteristics, reservoir characteristics and gas ⁃bearing properties of Ordovician shale in Tarim basin, the paper considers that the Ordovician strata are extensively developed in this basin, in which organic ⁃ rich shales include black carbonaceous shale, calcareous and siliceous shale. These shales are mainly found in Saergan formation ( 7~22 m in thickness) in the western Tarim basin and Heituao formation (40~60 m in thickness) in the eastern Tarim basin. The kerogen type of Saergan formation is Type Ⅰ and Ⅱ and that of Heituao formation is Type Ⅲ, all of which are good⁃high quality source rocks with the ther⁃ mal evolution degree of high⁃matured to over⁃matured stage. The shale is dominated by quartz, the clay minerals are dominated by illite, the pores by mesopores and macropores with developed microfissures, and the brittle mineral content of the shale is high. Detrital minerals of the shale have good adsorption property. The gas content of downhole samples shows a positive correlation to organic carbon content, but the correlation of outcrop samples is not obvious due to weathering. The selected Middle ⁃Lower Ordovician shale gas areas are located in the eastern Tarim basin with an area of about 1 582 km2, in Weili county with an area of about 1 058 km2, respectively. The estimated oil and gas reserves amount to 17 814×108 m3. Keywords: Tarim basin; Ordovician; Saergan formation; Heituao formation; shale gas; reservoir Characteristic; shale; gas content
关键词：塔里木盆地；奥陶系；萨尔干组；黑土凹组；泥页岩；储层特征；页岩气
中图分类号：TE112.23
文献标识码：A
Formation of Ordovician Shale Gas and Prediction of Favorable Zones in Tarim Basin
QIAO Jinqi1, LIU Luofu1, SHEN Baojian2, HU Qing1
—局限海台地发育区，其间为半局限—开阔海台地发 育区。早奥陶世，塔东地区因为缺氧事件和上涌洋 流，繁盛的浮游生物在水体底层的强还原条件下极易 保存，产自高温高盐环境的菌、藻类生物在塔里木盆 地中西部台地区蒸发 湖相盐跃层之下也保存完好。
中-晚奥陶世，塔里木盆地南缘由被动大陆边缘 转变为主动大陆边缘，盆地沉降中心急剧迁移，隆坳 分异更加显著，碎屑岩沉积与碳酸盐岩沉积共存，构 造运动逐渐频繁。在塔里木盆地东部克拉通边缘盆 地水深增加，堆积了巨厚的海底扇亚相陆源碎屑浊积 岩和盆地平原亚相泥页岩。在晚奥陶世，台缘斜坡灰 泥丘相在反气旋洋流作用下，水体底层仍含氧，底栖 生物和浮游生物繁盛，具备高有机质生产力。因此， 整个奥陶纪均存在发育有机质富集的古地理条件和 优质烃源岩发育的构造-沉积环境。
塔里木盆地古生界泥页岩发育区被视为中国页岩 气勘探的重要靶区[1]。塔里木盆地奥陶系泥页岩油气 资源丰富，以往将其视为常规烃源岩进行研究[2-7]，在烃 源岩的展布和评价方面都做了很多工作。目前的研 究很少将其视为有效的页岩气资源，奥陶系页岩气的 分布范围、含气性、保存条件、有利区带的分布尚不明 确，更没有进行过资源量的定量评价。本文针对奥陶 系页岩气的形成条件及有利区带进行研究，并对有利 区带的资源量进行预测。预测成果既可指导塔里木 盆地下一步的页岩气勘探工作，又可为掌握中国的页
收稿日期：2016-03-22
修订日期：2016-06-02
基金项目：国家自然科学基金（41372143）；国家科技重大专项（2011ZX05003-001）
作者简介：乔锦琪（1992-），男，甘肃庆阳人，硕士研究生，石油地质，（Tel）13391530973（E-mail）thestonebridge@yeah.net
·410·
新疆石油地质
山 天
库 鲁 克 塔格 山
2016 年
昆 仑
山 金 尔
阿
山
图 1 塔里木盆地构造单元划分
Fra Baidu bibliotek
由于塔里木盆地范围较大，各地区地层分层不一 致，但总体上具有可对比性（表 1）。
表 1 塔里木盆地奥陶系地层划分对比（引自文献［9］）
早奥陶世，塔里木盆地北、西、东南 3 个方向均处 于伸展构造背景中，在塔东地区发育欠补偿的半深海 —深海盆地。在塔里木盆地东南部的库南 1 井—满 参 1 井—若羌一线是向西凸出的马蹄形东倾斜坡，此 斜坡带之西，为碳酸盐台地环境，南、北两侧为半局限
岩气资源潜力提供科学、可靠的基础资料。
1 地质概况
塔里木盆地介于天山和昆仑山两大造山带之间， 面积约 56×104 km（2 图 1），是中国西北以海相古生界 克拉通为基础发育而来的叠合盆地[8]。塔里木古陆自 震旦纪开始裂解沉降，随着大陆边缘性质和板块内部 构造应力场的变化，经历了多个演化阶段，其中，奥陶 纪是塔里木台盆区震旦纪—泥盆纪的拉张—挤压构 造旋回中的应力调整时期[8]。
新疆石油地质 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGY
Vol. 37，No.4 Aug. 2016
文章编号：1001-3873（2016）04-0409-08
DOI：10.7657/XJPG20160405
塔里木盆地奥陶系页岩气形成条件及有利区带预测
(1.China University of Petroleum, a.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting; b.Research Center of Basin and Reservoir, Beijing 102249, China; 2.Wuxi Institute of Petroleum Geology, Research Institute of Petroleum Exploration and Development,
2 泥页岩生烃条件
钻井及露头资料显示，奥陶系的泥页岩主要分布 于塔里木盆地东部的中-下奥陶统黑土凹组（O1-2h）以 及塔里木盆地西部的中-上奥陶统萨尔干组（O2-3s）和 上奥陶统印干组（O3y）。 2.1 泥页岩分布特征
（1）奥陶系泥页岩露头区发育情况 却尔却克 山剖面实测黑土凹组泥页岩厚度为 18.3 m，下部是页 岩夹灰岩，中部是黑色碳质页岩，上部是易破裂的黑 色硅质页岩。萨尔干组以黑色页岩夹薄层灰岩及灰 岩透镜体为主，分布稳定，露头区分布在柯坪—阿克 苏一带，呈南西—北东向长条带状展布。萨尔干组在
第 37 卷 第 4 期
乔锦琪，等：塔里木盆地奥陶系页岩气形成条件及有利区带预测
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柯坪隆起的大湾沟剖面观测厚度为 13.8 m，大湾沟 南 部 剖 面 实 测 层 厚 为 18.8 m，四 石 厂 剖 面 厚 度 为 7.0 m，在柯坪水泥厂剖面中仅厚 4.0 m，在南部羊吉坎 剖面中则相变为灰岩，北部的牙尔巴哈剖面中则被 剥蚀殆尽，其露头厚度均小于 50.0 m. 印干组为灰黑 色泥岩夹泥灰岩，在不同区域与上覆铁热克阿瓦提组 砂泥岩呈平行不整合接触，局部为角度不整合 ，主 [10] 要分布在柯坪印干村一带，厚度一般小于 100.0 m，大 湾沟剖面上实测地层厚 39.7 m，大湾沟剖面东部厚
乔锦琪 1，刘洛夫 1，申宝剑 2，胡青 1
（1.中国石油大学 a.油气资源与探测国家重点实验室；b.盆地与油藏研究中心，北京 102249； 2.中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214151）
摘 要：对塔里木盆地奥陶系泥页岩岩性、地球化学特征、储层特征以及含气性进行分析认为，塔里木盆地奥陶系广
干酪根类型是决定泥页岩生烃潜力的重要因 素。在四石厂剖面及大湾沟剖面采集萨尔干组及印 干组样品，采用岩石热解参数对研究区样品进行有机 质类型的研究。
天
山
昆 仑
山 金
尔 阿 山
图 2 塔里木盆地奥陶系泥页岩分布 （图 2b 和图 2c 引自文献［9］，有修改）
结合前人对柯坪隆起、巴楚凸起、库鲁克塔克区 及塔东地区多条剖面的研究结果，表明黑土凹组干酪 根类型主要为Ⅲ型，萨尔干组除四石厂剖面为Ⅲ型 外，其他地区均为Ⅰ型和Ⅱ型，四石厂剖面干酪根类 型差是样品风化严重所致 。 [11] 印干组在分布区干酪 根类型均为Ⅱ型和Ⅲ型（图 3）。
矿物含量高，孔隙主要以介孔和大孔为主，微裂缝发育。泥页岩碎屑矿物具有良好的吸附性能，井下样品的含气量与
有机碳含量呈正相关，露头样品由于受到风化，其含气量与有机碳含量相关性不明显。优选的中-下奥陶统页岩气发
育区在塔东地区的分布面积约 1 582 km2，在尉犁地区约 1 058 km2. 油气储量为 17 814×108 m3.
泛发育，奥陶系富有机质泥页岩为黑色碳质页岩，钙质、硅质页岩，富有机质泥页岩主要发育在盆地西部的萨尔干组
（7~22 m）和盆地东部的黑土凹组（40~60 m）。萨尔干组干酪根类型为Ⅰ型和Ⅱ型，黑土凹组干酪根类型为Ⅲ型，均为
好—优质的烃源岩，热演化程度为高成熟—过成熟阶段。泥页岩矿物颗粒以石英为主，黏土矿物主要为伊利石，脆性
97.7 m. （2）钻井揭示奥陶系泥页岩发育情况 塔东 1 井、
塔东 2 井、英东 2 井和尉犁 1 井均钻遇含笔石和放射 虫的黑土凹组，厚度分别为 48 m，56 m，50 m 和 55 m.
（3）奥陶系泥页岩分布范围 笔者根据前人的研 究成果，结合地震、钻井以及露头资料对研究区泥页 岩分布范围进行预测。结果表明，黑土凹组在塔里木 盆地东部均有分布，厚度为 20~60 m（图 2a）。萨尔干 组与印干组主要发育于盆地西部柯坪隆起—阿瓦提 凹陷的盆地—斜坡相区，厚度最大为 150 m，在阿瓦提 凹陷中东部厚度最大，向北尖灭于胜利 1 井以南，向 东尖灭于满西 2 井附近台地边缘，向南止于巴楚凸 起，西南部受控于阿恰断裂带。萨尔干组与印干组泥 页岩在厚度和分布范围上也存在差异，其中印干组泥 页岩厚度较大，且其在东部、北部的分布范围（图 2b） 也大于萨尔干组（图 2c）。 2.2 泥页岩地球化学特征 2.2.1 干酪根类型
Sinopec, Wuxi, Jiangsu 214151, China) Abstract: Based on the systematic study on lithology, geochemical characteristics, reservoir characteristics and gas ⁃bearing properties of Ordovician shale in Tarim basin, the paper considers that the Ordovician strata are extensively developed in this basin, in which organic ⁃ rich shales include black carbonaceous shale, calcareous and siliceous shale. These shales are mainly found in Saergan formation ( 7~22 m in thickness) in the western Tarim basin and Heituao formation (40~60 m in thickness) in the eastern Tarim basin. The kerogen type of Saergan formation is Type Ⅰ and Ⅱ and that of Heituao formation is Type Ⅲ, all of which are good⁃high quality source rocks with the ther⁃ mal evolution degree of high⁃matured to over⁃matured stage. The shale is dominated by quartz, the clay minerals are dominated by illite, the pores by mesopores and macropores with developed microfissures, and the brittle mineral content of the shale is high. Detrital minerals of the shale have good adsorption property. The gas content of downhole samples shows a positive correlation to organic carbon content, but the correlation of outcrop samples is not obvious due to weathering. The selected Middle ⁃Lower Ordovician shale gas areas are located in the eastern Tarim basin with an area of about 1 582 km2, in Weili county with an area of about 1 058 km2, respectively. The estimated oil and gas reserves amount to 17 814×108 m3. Keywords: Tarim basin; Ordovician; Saergan formation; Heituao formation; shale gas; reservoir Characteristic; shale; gas content
关键词：塔里木盆地；奥陶系；萨尔干组；黑土凹组；泥页岩；储层特征；页岩气
中图分类号：TE112.23
文献标识码：A
Formation of Ordovician Shale Gas and Prediction of Favorable Zones in Tarim Basin
QIAO Jinqi1, LIU Luofu1, SHEN Baojian2, HU Qing1
—局限海台地发育区，其间为半局限—开阔海台地发 育区。早奥陶世，塔东地区因为缺氧事件和上涌洋 流，繁盛的浮游生物在水体底层的强还原条件下极易 保存，产自高温高盐环境的菌、藻类生物在塔里木盆 地中西部台地区蒸发 湖相盐跃层之下也保存完好。
中-晚奥陶世，塔里木盆地南缘由被动大陆边缘 转变为主动大陆边缘，盆地沉降中心急剧迁移，隆坳 分异更加显著，碎屑岩沉积与碳酸盐岩沉积共存，构 造运动逐渐频繁。在塔里木盆地东部克拉通边缘盆 地水深增加，堆积了巨厚的海底扇亚相陆源碎屑浊积 岩和盆地平原亚相泥页岩。在晚奥陶世，台缘斜坡灰 泥丘相在反气旋洋流作用下，水体底层仍含氧，底栖 生物和浮游生物繁盛，具备高有机质生产力。因此， 整个奥陶纪均存在发育有机质富集的古地理条件和 优质烃源岩发育的构造-沉积环境。
塔里木盆地古生界泥页岩发育区被视为中国页岩 气勘探的重要靶区[1]。塔里木盆地奥陶系泥页岩油气 资源丰富，以往将其视为常规烃源岩进行研究[2-7]，在烃 源岩的展布和评价方面都做了很多工作。目前的研 究很少将其视为有效的页岩气资源，奥陶系页岩气的 分布范围、含气性、保存条件、有利区带的分布尚不明 确，更没有进行过资源量的定量评价。本文针对奥陶 系页岩气的形成条件及有利区带进行研究，并对有利 区带的资源量进行预测。预测成果既可指导塔里木 盆地下一步的页岩气勘探工作，又可为掌握中国的页
收稿日期：2016-03-22
修订日期：2016-06-02
基金项目：国家自然科学基金（41372143）；国家科技重大专项（2011ZX05003-001）
作者简介：乔锦琪（1992-），男，甘肃庆阳人，硕士研究生，石油地质，（Tel）13391530973（E-mail）thestonebridge@yeah.net
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新疆石油地质
山 天
库 鲁 克 塔格 山
2016 年
昆 仑
山 金 尔
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山
图 1 塔里木盆地构造单元划分
Fra Baidu bibliotek
由于塔里木盆地范围较大，各地区地层分层不一 致，但总体上具有可对比性（表 1）。
表 1 塔里木盆地奥陶系地层划分对比（引自文献［9］）
早奥陶世，塔里木盆地北、西、东南 3 个方向均处 于伸展构造背景中，在塔东地区发育欠补偿的半深海 —深海盆地。在塔里木盆地东南部的库南 1 井—满 参 1 井—若羌一线是向西凸出的马蹄形东倾斜坡，此 斜坡带之西，为碳酸盐台地环境，南、北两侧为半局限
岩气资源潜力提供科学、可靠的基础资料。
1 地质概况
塔里木盆地介于天山和昆仑山两大造山带之间， 面积约 56×104 km（2 图 1），是中国西北以海相古生界 克拉通为基础发育而来的叠合盆地[8]。塔里木古陆自 震旦纪开始裂解沉降，随着大陆边缘性质和板块内部 构造应力场的变化，经历了多个演化阶段，其中，奥陶 纪是塔里木台盆区震旦纪—泥盆纪的拉张—挤压构 造旋回中的应力调整时期[8]。