(《我國富含有機質泥頁巖發育特點與頁巖氣戰略選區》李玉喜)
受復雜地質背景和多階段演化過程的影響,我國含油氣盆地類型多、盆地結構復雜。在早三疊世及古生代,我國發育有華北、揚子和華南、塔里木等大中型海相和海陸交互相克拉通和克拉通邊緣盆地。經過中新生代改造后,這些大中型盆地普遍遭到破壞,僅在四川、鄂爾多斯、塔里木等地保留下來一部分克拉通盆地。中生代以來,陸相盆地廣泛發育。其中部分陸相盆地疊置在克拉通盆地之上,部分盆地發育在古生代褶皺帶之上。盆地的不同演化規律直接控制著富含有機質泥頁巖的發育與分布。依照形成環境,可將富含有機質泥頁巖化分為海相厚層富含有機質泥頁巖、海陸交互相及陸相煤系地層富含有機質泥頁巖、陸相富含有機質泥頁巖這3種類型。
1.海相厚層富含有機質泥頁巖
我國海相富含有機質泥頁巖主要發育于下古生界的下寒武統、下志留統—上奧陶統頂部,以揚子克拉通地區最為典型(圖1)。
下寒武統海相富含有機質泥頁巖在中上揚子區發育較好,有機質類型為腐泥型—混合型。從區域沉積環境看,川東—鄂西、川南及湘黔(熱水)3個深水陸棚區下寒武統海相富含有機質泥頁巖最發育,TOC平均高達8%左右。從盆地看,四川盆地下寒武統泥頁巖平均厚度為139m,總有機碳含量在0.5%~4.0%之間,多超過1%,有機質類型為腐泥型,Ro介于2.0%~5.0%,盆地南部埋藏較淺。麻陽盆地、洞庭盆地泥頁巖總有機碳含量多數大于1%,有機質類型為腐泥型,凹陷區Ro多超過3%,凸起區局部有熱演化程度相對較低的地區(Ro<1%)。下寒武統海相富含有機質泥頁巖的熱演化程度普遍較高,僅在上揚子南部和北部、鄂西和下揚子中部地區Ro<3.0%,其他地區下寒武統海相富含有機質泥頁巖普遍Ro>3.0%,頁巖氣的勘探前景不大。
下志留統海相富含有機質泥頁巖主要分布在川東南、川東北、鄂西渝東、中揚子、下揚子等區,以硅質巖、頁巖、碳質頁巖為主,有機質類型為腐泥型,Ro介于2.0%~4.5%,厚度為20~100m。其中渝東鄂西地區熱演化程度較低,是頁巖氣勘探較有利的地區之一。
我國南方地區下寒武統和下志留統富含有機質泥頁巖在單層厚度和有機質含量上,總體均達到了形成頁巖氣藏的基本條件,而埋深和熱演化程度則成為關乎其能否作為頁巖氣勘探靶區的主要因素。
2.海陸交互相及陸相煤系地層富含有機質泥頁巖
晚古生代克拉通海陸交互相及陸相煤系地層富含有機質泥頁巖在華北、華南地區和準噶爾盆地分布廣泛。中新生代陸相煤系地層富含有機質泥頁巖主要在兩類盆地發育:一是大型坳陷,如鄂爾多斯盆地和準噶爾盆地侏羅系、四川盆地上三疊統;二是斷陷,如我國東北地區含煤盆地中的斷陷。
華北地區海陸交互相富含有機質泥頁巖單層厚度不大,多數與煤層交互出現。總有機碳含量受沉積相影響,變化較大,一般介于0.5%~10%,其中沼澤相碳質頁巖總有機碳含量普遍較高。這類泥頁巖的有機質類型主要為混合型腐殖型,Ro多數介于0.5%~2.5%,部分超過3.0%。
華南地區海陸交互相富含有機質泥頁巖有單獨發育以及與煤層交互發育2種類型。滇黔桂地區上二疊統龍潭組深灰色頁巖厚度一般為20~60m,局部較厚。四川盆地上二疊統泥頁巖厚度為10~125m,在川中和川西南一帶一般厚80~110m,麻1井最厚,達125m;在四川盆地西北緣、北緣及東北緣較薄,多小于20m;暗色泥頁巖總有機碳含量變化介于0.5%~12.55%,平均為2.91%,多分布在3%~5%;其中瀘州地區及自貢資陽一帶總有機碳含量較低(小于3%),有機質類型以腐殖型為主,但有機質相對富氫。
準噶爾盆地石炭系滴水泉組富含有機質泥頁巖包括暗色泥巖和碳質泥巖,累計厚度為0~249m,前者有機碳含量平均為1.45%;后者有機碳含量平均為15.53%,有機質類型主要為偏腐殖混合型腐殖型,Ro介于0.51%~1.75%,平均為1.15%[。中新生代斷陷含煤盆地的暗色泥巖、煤和碳質泥巖互層分布的特點突出,暗色泥巖總有機碳含量多數超過1.0%,碳質頁巖多數超過10.0%,單層厚度普遍不大,但累計厚度較大,Ro多在1.3%以下。
總體上,我國上古生界海陸交互相富含有機質泥頁巖除上揚子及滇黔桂地區單層厚度較大且具有頁巖氣單獨勘探開發的條件外,多數地區發育的海陸交互相及陸相煤系地層富含有機質泥頁巖單層厚度都不大,不利于頁巖氣的單層獨立開發。中新生代陸相煤系富含有機質泥頁巖一般單層厚度雖然也不大,但其總有機碳含量較高、演化程度一般在過成熟早期以下,有利于成氣且泥頁巖層多與煤層、致密砂巖層互層,易形成頁巖氣、煤層氣和致密砂巖氣等多種類型性天然氣近距離疊置成藏(圖2)。這是我國煤系地層普遍存在的天然氣聚集特點。因此,進一步深入研究頁巖氣、煤層氣和致密砂巖氣等多種類型天然氣共生特點和疊置成藏規律,開展多種共生天然氣資源勘查,探索其經濟有效的多層合采開發技術,是這類天然氣資源有效開發利用的一個新課題。
3.湖泊富含有機質泥頁巖
我國準噶爾盆地等二疊紀坳陷,松遼、鄂爾多斯盆地等中新生代坳陷,渤海灣盆地等新生代斷陷,都沉積了厚層富含有機質泥頁巖。這些富含有機質泥頁巖構成了上述盆地的主力烴源巖。
準噶爾盆地二疊系蘆草溝組地層上段以灰黑色頁巖、頁巖油為主夾瀝青質頁巖,累計厚度超過200m,總有機碳含量為4.85%~10.02%,有機質類型為偏腐泥混合型,Ro介于0.54%~0.91%;二疊系紅雁池組、平地泉組也發育有較好的富含有機質暗色泥頁巖。
松遼盆地主要發育嫩江組和青山口組兩套富含有機質泥頁巖。其中,嫩江組一段為一套黑色泥頁巖,全盆地穩定分布,在中央坳陷區的厚度超過100m,平均總有機碳含量高達2.40%,有機質以偏腐泥混合型和偏腐殖混合型為主。嫩二段暗色泥頁巖分布范圍比嫩一段更廣,發育更加穩定,平均厚度在150m左右,平均總有機碳含量為1.56%。青山口組一段在中央坳陷區幾乎全部為暗色泥頁巖,厚度為60~80m,平均總有機碳含量為2.2%,但有機質類型仍以腐泥型和混合型為主。嫩江組一段和青山口組一段的Ro在齊家古龍凹陷較高(分別達到1.1%和2.0%),在三肇凹陷次之(分別為0.7%和1.3%),在盆地的邊部成熟度比較低。
鄂爾多斯盆地延長組長4+5長8段主要為湖相沉積,富含有機質的暗色泥頁巖發育。長8、長6段暗色泥頁巖有機質豐度在富縣葫蘆河地區較高,總有機碳含量分別為3.5%和3.75%,長7段暗色泥頁巖有機質豐度以華池、吳旗地區為最高,其中華池地區總有機碳含量達5.81%;Ro主要介于0.73%~1.06%,普遍達成熟階段。
總體上,湖相富含有機質泥頁巖的熱演化程度普遍不高,多數還處于生油窗內,部分泥頁巖的巖石硬度小,其中的黏土礦物遇水膨脹現象明顯,經常導致套損。這對于頁巖氣勘探開發較為不利。
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