鄂尔多斯盆地南部延长组油页岩特征及页岩气有利区预测

陈治军，高怡文，袁芳政，焦莉丽，韩小琴

（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安 710075）

鄂尔多斯盆地南部延长组油页岩特征及页岩气有利区预测

陈治军，高怡文，袁芳政，焦莉丽，韩小琴

（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安 710075）

基于对钻井资料和油页岩样品化验资料的分析，研究了鄂尔多斯盆地南部（旬邑－洛川－甘泉－正宁一带）油页岩的特征，预测出页岩气勘探有利区。研究表明：研究区中－北部延长组（长7段和长9段）油页岩不仅厚度大，而且有机质含量高、母质类型好、演化程度较高，推算页岩气资源量2.34×1012m3，加上该区许多页岩气勘探的成功案例，页岩气有着巨大的勘探潜力。

鄂尔多斯盆地南部；延长组；油页岩特征；页岩气；有利区预测

页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离态为主要存在方式聚集的天然气［1］。随着世界能源消耗的不断增加，包括页岩气在内的非常规能源的勘探开发已成研究的焦点。页岩气作为新能源之一，它既是常规天然气的潜在补充能源，也是清洁环保能源。目前除美国、加拿大外，很少有国家对页岩气进行规模开发。我国对页岩气的勘探起步较晚，但是近年来发展很快，无论在海相地层还是陆相地层，页岩气的勘探都陆续有新的突破［2－3］。

鄂尔多斯盆地是我国第二大沉积盆地，该盆地的中生界，特别是陆相地层的延长组发育了多套油页岩。本文基于对200余口井的钻井资料和部分油页岩样品化验资料的分析，研究鄂尔多斯盆地南部（旬邑－洛川－甘泉－正宁一带）油页岩的特征，探讨页岩气勘探前景。

1 研究区地质背景

1.1 构造背景

鄂尔多斯盆地是一个多旋回克拉通叠合盆地，经历了早古生代华北陆表海、晚古生代华北滨浅海、中生代内陆湖盆和新生代周缘断陷等多旋回演化，形成了现在的构造格局［4］。根据构造形态，盆地可划分为6个一级构造单元：伊盟隆起、渭北隆起、西缘冲断带、晋西挠褶带、天环坳陷和陕北斜坡［5］。研究区中－北部位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡南部，构造平缓，地层为倾角不足1°的西倾单斜，东南部处在渭北隆起（图1）。

图1 研究区位置

1.2 沉积背景

鄂尔多斯盆地的沉积演化经历了早古生代的海洋沉积体系、晚古生代的海陆过渡沉积体系、中生代内陆湖盆（三角洲为主）的沉积体系、新生代河流－湖泊沉积体系4个阶段［6］。

晚三叠世，鄂尔多斯盆地进入了大型内陆差异沉积盆地的形成和发展时期，形成了凹陷中心偏南部的不对称多中心的凹陷，发育了完整的河流－湖泊相碎屑岩沉积体系，沉积厚度巨大。晚三叠世延长期的沉积经历了四个演化阶段，即湖盆形成及扩张期、鼎盛期、回返期、萎缩消亡期：长10、长9至长8期由满盆的河流到迅速的湖进，长9期末发育一套“李家畔”油页岩代表着一次较大规模的湖进［7］；至长7期北西和北东向断裂活动明显加强，基底整体下沉剧烈，湖盆发育达鼎盛期，“张家滩”油页岩非常发育，分布面积广，累积厚度大；长6期三角洲大规模充填，湖盆萎缩开始；长4＋5期在盆地西北部出现短暂的湖泛，整体来看湖盆仍继续萎缩，地层岩性以泥岩为主；长3期湖泊面积减小，深湖区向东南部退缩；长2期河流沉积广泛，湖岸线萎缩幅度较大，深湖衰竭，至长1期演化为三角洲平原［8］。

2 油页岩特征

2.1 延长组油页岩分布特征

2.1.1 油页岩纵向分布特征

钻探证实，长9段“李家畔”油页岩和长7段“张家滩”油页岩在本区均有发育，为本区延长组油气藏主要烃源岩。长7段“张家滩”油页岩在纵向上有3套，其中底部一套分布最为稳定，厚度为0～30m，整体上南部厚度略大于北部；中间一套相对稳定，但在局部地区纯度变差，厚度为0～25m；顶部一套最不稳定，厚度为0～13m，北部没有发育。长9段“李家畔”油页岩位于长9段的顶部，仅发育1套，虽然整体厚度不大，但在局部地区发育较好（图2）。

2.1.2 油页岩平面分布特征

图2 鄂尔多斯盆地南部油页岩剖面对比

平面上，长7段“张家滩”油页岩呈北西－南东向展布，整体厚度为0～96m，平均为34 m，厚度最大区域分布于研究区西部、南部正宁－宜君－黄陵县一带和北部甘泉县街镇一带，厚度都大于70 m。同时，从厚度分布图可以看出，在富县直罗镇－黄陵县槐树庄农场、上畛子农场一带出现一个向西南方向推进的厚度相对“低值区”（图3）。这种分布受控于区域沉积特征，长7期是鄂尔多斯盆地中生代湖盆发育的鼎盛期，沉陷幅度大，湖盆范围广［9］，此时，研究区大部分地区处于湖盆沉降中心，深湖－半深湖相分布面积大，暗色泥岩、油页岩非常发育，烃源岩累积厚度大。富县直罗镇－黄陵县槐树庄农场、上畛子农场一带的厚度“低值区”可能与此处存在的富县三角洲沉积有关（图4）。

图3 鄂尔多斯盆地南部长7段油页岩厚度等值线

图4 陕北地区长73油层段沉积相图（据庞军刚等，修改）

长9段“李家畔”油页岩总体厚度不大，在研究区的东北部比较发育，呈北西－南东向展布，最大厚度达25 m以上，向西南方向厚度变小、纯度变差，至旬邑和正宁地区，“李家畔”油页岩已变成炭质泥岩、泥岩（图5）。

图5 鄂尔多斯盆地南部长9段油页岩厚度等值线

2.2 油页岩岩性、电性特征

钻井、露头等资料显示，研究区长7段和长9段油页岩具有相似的岩性特征：外观呈黑色层状、质硬，偶见介形虫及鱼鳞化石、星点状黄铁矿，可见泥包砂等深水沉积构造，深湖－半深湖相沉积特征明显；局部地区油页岩有原油外渗现象，表明油页岩正处于生排烃高峰期；镜下观测及电镜－能谱测试显示，油页岩具有纹层状、有机质含量高、莓状黄铁矿丰富－极丰富、胶磷矿丰富等特征，常见晶屑、凝灰质纹层［10］；化验分析可知油页岩矿物组成为石英平均含量28.25%，长石含量26.7%，碳酸盐矿物7.9%，黄铁矿1.4%；油页岩露头呈黑色、黑褐色薄层－纸状。

长7段和长9段油页岩在测井剖面上响应特征明显，易于识别，均表现为“高伽马、高电阻、高时差、低密度”特征，是盆地内部地层对比的良好标志层。从长7段油页岩与长9段油页岩电性特征对比来看，长7段油页岩的自然伽马、侧向电阻率和声波时差值都高于长9段油页岩（表1）。

表1 长7段与长9段油页岩电性特征对比

2.3 油页岩地球化学特征

长7段油页岩形成于水体较深、盐度不高、水体分层不明显、还原的沉积环境，有机质来源以贫13C的湖生低等生物－藻类为主，干酪根类型为Ⅰ－Ⅱ1型［11］；有机质丰度很高，有机碳含量（TOC）基本在1.76%～5.88%，平均3.24%；Ro值一般为0.52%～1.13%，平均为0.72%。总体上，研究区长7段油页岩源岩母质类型好，有机质含量高，演化程度较高，为一套优质的源岩［12－13］。

长9段油页岩有机显微组分以腐泥无定型为主，其次为惰质组和镜质组，有机质类型主要为Ⅱ2型，个别为Ⅲ型；有机质丰度高，TOC在0.88%～7.44%，平均4.05%；Ro值在0.52%～1.0%，平均为0.74%。研究区长9段油页岩源岩母质类型也较好，有机质含量高，并且有机质已达到成熟演化阶段，亦为一套优质的源岩。

3 页岩气勘探潜力和有利区预测

油页岩有效厚度、总有机碳含量、成熟度是页岩气评价的决定性要素。

3.1 有机碳含量

李玉喜（2011年）、李延钧（2011年）等认为产气页岩中的总有机碳含量一般大于2.0%，最好在2.5%～3.0%以上，较高的TOC值往往代表更高的产气能力［14－15］。研究区长7段油页岩TOC值基本在1.76%～5.88%，平均3.24%；长9段油页岩 TOC值基本在0.88%～7.44%，平均4.05%，所以它们都应该有很高的产气能力。

3.2 有机质成熟度

目前国内大多数学者认为页岩气藏的热演化成熟度大于1.1%，临界值为0.4%～0.6%，页岩气的生成从有机质向烃类转化开始，并伴随整个演化过程［14，16］。本区长7段油页岩Ro值一般为0.52%～1.13%，平均为0.72%；长9段油页岩Ro值在0.52%～1.0%，平均为0.74%，它们均有一定的产气潜力。

3.3 有效厚度

美国5大页岩气勘探开采区的页岩净厚度为9.14～91.44m，其中产气量较高的Barnett页岩和Lewis页岩的平均厚度在30.48m以上［17］。李玉喜（2011年）等认为页岩气要具有勘探开发潜力，油页岩有效厚度应达到一定标准，一般情况下，总有机碳含量较低的油页岩厚度应大于30m，富含有机质的油页岩有效厚度应大于15m［12］。研究区长7段3套油页岩单层厚度均不大为0～30m，但累计厚度较大，大多数区域在50～80m之间；长9段油页岩单层厚度也不大，但局部地区厚度大于20m。考虑到本区长7段和长9段油页岩总有机碳含量高，能够弥补单层厚度小的不足。

3.4 勘探潜力分析

研究区延长组油页岩厚度较大，母质类型好、有机质含量高、有机质演化程度较高，页岩气资源量很大，有广阔的勘探前景。延长组页岩气的勘探在本区有许多成功案例，如研究区北部的LP177井，在延长组长7油页岩段获得日产气2 000m3的页岩气，被认为是中国乃至世界上第一口陆相页岩气井，该井的成功为陆相页岩气的勘探开创了新局面。继该井后，又有一大批井在长7段页岩和长9段页岩获得工业气流，这表明研究区延长组页岩气有着巨大的勘探潜力。

3.5 有利区预测

研究区延长组油页岩有机质含量高、有机质演化程度也较高（普遍达有效页岩气源岩的下限），油页岩厚度可作为页岩气评价的最主要指标。长7段油页岩在纵向上有3套，总有机碳含量高，取累计厚度大于50m的地区作为勘探有利区；长9段油页岩总有机碳含量高，取厚度大于15m的地区作为勘探有利区。由此预测出页岩气有利区分布在研究区中－北部，有利区面积1.02×104km2。估算长7段和长9段累计页岩气资源量为2.34×1012m3（图6）。

图6 鄂尔多斯盆地南部延长组页岩气有利区预测

4 结论

（1）鄂尔多斯盆地南部延长组主要发育长7段“张家滩”和长9段“李家畔”两套油页岩，长7段油页岩纵向上可分3套，平面上呈北西－南东向展布，厚度最大区域分布于研究区西部、南部正宁－宜君－黄陵县一带和北部甘泉县街镇一带；“李家畔”油页岩为1套发育于长9段顶部的油页岩，总体厚度不大，在研究区的东北部厚度比较大，向西南方向厚度变小、纯度也变差；长7段和长9段油页岩的测井响应明显，均易于识别，表现为“高伽马、高电阻、高时差、低密度”的特征，是盆地内部地层对比的良好标志层；长7段和长9段油页岩均形成于半深湖－深湖沉积环境，母质类型好、有机质含量高、有机质演化程度较高，均为优质的源岩。

（2）研究区中－北部延长组（长7段和长9段）油页岩不仅厚度大，而且有机质含量高、母质类型好、演化程度较高，有利区面积1.02×104km2，估算页岩气资源量为2.34×1012m3，加上该区有许多页岩气勘探的成功案例，表明该区延长组页岩气有着巨大的勘探潜力。

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shale；shale gas；favorable area prediction

15Oil shale features and shale gas favorable area prediction in Yanchang formation of the south area in Ordos basin

Chen Zhijun et al（Shaanxi Yanchang Petroleum（Group）Co.Ltd，Institute，Xi'an，Shaanxi 710075）

Based on drilling data and oil shale sample testing analysis，the oil shale features of the south of Ordos basin has been studied，which predicted the shale gas favorable exploration area.The study shows that：in the mid－north Yanchang formation，the oil shale is large in thickness，rich in organic matter，good in kerogen type and sufficient for thermal maturity.The shale gas quantity is estimated to 2.34×1012m3，coupled with many successful cases in shale gas exploration，which shows great exploration potential of shale gas in the study area.

Ordos basin；Yanchang formation；oil

TE112.115

A

1673－8217（2012）04－0015－04

2012－01－10；改回日期：2012－03－20

陈治军，工程师，1980年生，2009年获中国石油大学（北京）岩石学、矿物学、矿床学专业硕士学位，现从事石油天然气勘探研究工作。

吴官生