鄂尔多斯盆地上三叠统延长组含气页岩地质特征及资源评价

刘岩 周文 邓虎成

“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学

中国的页岩气资源潜力较大，但是认识程度较低[1]，存在着地质研究起步较晚、资源潜力认识不清、开发技术相对落后等问题[2]。为了加快中国页岩气发展，实现产业化、跨越式发展，必须加强对页岩气资源的认识和基础研究，重视对不同页岩气资源的分类评价[3]，及时掌握页岩气资源“家底”，明确页岩气勘探开发方向[4]。

虽然前人已从不同角度对鄂尔多斯盆地上三叠统延长组页岩气资源潜力进行过评价[5－6]，但由于未采用相对统一的原则、思路和方法，无法进行有效的对比分析。笔者通过对延长组富有机质页岩野外剖面调查、钻井岩心观察，测井、录井显示、测试资料分析等手段，详细剖析其页岩气富集条件特征，划分了含气泥页岩段评价单元，并采用概率统计分析法获得了体积法关键参数取值，计算出其地质资源量及可采资源量。

1 延长组含气页岩段地质特征

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组湖相页岩埋深较浅，分布面积较广，黑色页岩厚度大，早期常规钻井中页岩气显示频繁，例如延长石油集团的柳评177井、新57井在延长组7段页岩进行小型测试压裂试验，均获天然气并成功点火，展示良好的页岩气资源前景[5－7]。

1.1 展布特征

通过盆内野外露头调查及钻井岩心的观察，延长组含气页岩层系主要发育于延长组长9段、长7段和长4＋5段。在此基础上依据有机碳含量、热成熟度、钻井页岩气显示等实测数据，在单井上划分出含气页岩段，并以参数井含气层段作为标定样本，建立了延长组含气页岩段测井响应模型（高伽马值、高声波时差值）。在此采用ΔlgR方法将声波时差和电阻率曲线重叠进行含气页岩识别[8－10]。利用这一方法对盆内54口钻井进行了长9段、长7段和长4＋5段内含气页岩层段标定识别。

下面以长7段为例说明含气页岩段分布规律。由长7段含气页岩段对比图知，含气页岩段主要发育于长7段底部，从盆外往湖盆中心其厚度介于5～60m（图1）。在平面上长7段含气页岩段存在2个沉积厚度中心：一个在白207井—柳评180井—富县—固城一带，厚度介于40～60m；另一个在宁东3—环县一线，厚度超过40m。

1.2 有机地球化学特征

1.2.1 有机质类型

图1 鄂尔多斯盆地长7段含气页岩段厚度分布图

按照蒂索的H／C、O／C原子比划分法，分析统计长4＋5、长7、长9段H／C、O／C原子比，可得出长4＋5段页岩干酪根类型以偏腐泥混合型（50%）—腐殖型（40%）为主，含部分腐泥型有机质；长7段页岩以混合型为主（63.64%），次为腐殖型（36.36%）；长9段页岩为偏腐殖混合型—腐殖型。同时按干酪根类型分析、热解分析结果也证明长4＋5段有机质类型为偏腐泥混合型，长7段为偏腐殖混合型，长9段为腐殖型。

1.2.2 有机碳含量

盆地内延长组含气（油）页岩样品有机碳含量（TOC）测定值表明，延长组长9、长7、长4＋5段含气（油）页岩残余有机碳含量普遍较高（一般大于1%），总体呈现出较高有机质丰度的特点。纵向上，长4＋5段含气（油）页岩样品TOC介于0.51%～16.73%，平均值为4.11%；长7段TOC介于0.51%～22.6%，平均值为2.56%；长9段TOC介于0.391%～4.2%，平均值为1.36%。以实测TOC结合测井模型TOC计算值为数据点，编制了长4＋5、长7、长9段含气（油）页岩TOC分布图（图2）。在平面上，长7段含气（油）页岩有机碳含量在盆地中南部为3%～8%，其中耿7井、庆深1井为2个高值中心，分别达到8%、7%，全盆地有机碳含量围绕这2个高值区向外呈环状减小。

1.2.3 有机质热演化程度

盆地内延长组含气（油）页岩有机质热演化值Ro主要分布在0.5%～1.1%，总体上属于未成熟—成熟演化阶段[11]。其中长7段含气（油）页岩分布区内Ro分布于0.7%～1.1%，总体上与现今埋深不完全对应，含气（油）页岩分布区西北部由吴旗至宁东1井以北盐池、惠安堡地区，随着埋深的加大，热演化程度逐渐增高（超过1.0%）；中南部以环县至富县地区带状高值区逐渐向四周降低；西南面庆阳地区至平凉地区热演化程度最低（一般低于0.8%），如图3所示。

图2 长7段含气页岩TOC平面分布图

图3 长7段含气页岩Ro平面分布图

页岩中天然气赋存状态多种多样，主要表现为在形式上游离气和吸附气并存，在存储空间上基质孔隙和次生裂缝并存[12]。通过对含气页岩岩心环境扫描电镜分析得出，其主要储集空间为有机质内微孔、粒间微孔、粒内微孔、晶间微孔、片理缝、微裂缝。其中以有机质内微孔、晶间微孔为主，有机质内微孔在氩粒子抛光后环境扫描电镜下可观察其直径大小；其次为粒间微孔，其他孔隙类型所占比例较小（图4）。延长组孔径大小分布在0～7μm，大孔径孔隙主要以有机质内微孔和粒间微孔为主，直径超过4μm，样品实测孔隙度（气体法测）介于1%～6%，主要分布在3%～5%，平均为3.8%。

1.3 储层特征

通过对延长组内部含气页岩段薄片及全岩X射线衍射分析得出：在纵向上长4＋5段页岩以灰色、深灰色纹层状泥页岩、泥质粉砂岩为主，有机质含量相对较少；长7段页岩以灰黑色、黑色纹层状泥页岩、粉砂质泥岩为主，有机质含量最高；长9段以深灰色、黑色粉砂质泥页岩为主。页岩中脆性矿物主要以石英＋长石、石英＋方解石2种组合出现，长4＋5、长7、长9段内页岩脆性矿物平均分别为42%、35%、44%，黏土矿物含量在45%左右，以伊利石＋绿泥石为主。

1.4 页岩含气性分析

图4 延长组含气（油）页岩内不同孔隙类型

由于目前页岩气勘探尚处于起步阶段，盆地内泥页岩岩心多为兼探取心，数量比较有限，在万169井长7含气（油）页岩段岩心样品现场解析获得其含气量值为2.43m3／t。笔者通过对部分岩心和野外的页岩样品做等温吸附实验来获得页岩的最大吸附气量值（图5）：长7段实测10个样品，获得理论吸附气量为1.1～4.7 m3／t，平均为2.24m3／t；长4＋5段地面样品5个，获得理论吸附气量为0.8～4.8m3／t，平均为2.1m3／t。

图5 延长组含气页岩等温吸附曲线图

2 地质资源量计算

页岩气藏具有较强的非均质性，在资源评价中既要考虑地质因素的不确定性，也要考虑技术、经济上的不确定性。不同勘探开发阶段适用的方法不同[13]，其中体积法适用于页岩气勘探开发的各阶段和各种地质条件，尤其用来计算新区的页岩气地质资源量。笔者以盆内延长组各含气页岩段为评价单元，采用体积法计算延长组可能具有潜在利用价值的页岩气地质资源量，为后期页岩气勘探开发决策提供理论依据。

体积法资源量 计算参数主要包括了面积、厚度、（裂隙）孔隙度、游离含气饱和度、吸附含气量、总含气量、Langmuir（兰氏）体积、Langmuir（兰氏）压力和压缩因子等。通过对各项参数进行系统整理，依据参数分析、概率分布、统计规律及地质经验等方法对各项参数分别进行条件概率赋值，填写体积法资源量计算参数表。

依据参数取值可计算出各含气泥页岩段不同条件概率下的地质资源量值。下面主要以长7段含气页岩段为例说明关键参数取值原则及其取值情况。

页岩面积的大小及其有效性主要取决于有机碳含量的大小及其变化，可据此对面积的条件概率予以赋值。在扣除了缺失面积的计算单元内，以TOC平面分布等值线图为基础，依据不同TOC含量等值线所占据的面积（表1），分别求取与之对应的面积概率值。

表1 鄂尔多斯盆地延长组含气页岩段TOC概率取值表

有效厚度的概率取值主要采用厚度相对面积占有法来确定。根据编制的各套含气泥页岩段厚度分布图，依照不同厚度所占据的相对面积大小进行厚度估计和赋值（表2）。即从最大厚度中心处（可为单厚度或多厚度中心）开始，依不同厚度等值线所占评价单元有效面积的相对多寡求取对应的条件概率。

本次含气量取值主要依据柳评171井、万169井长8、长7段12个岩心样品现场解析值，以及20个页岩样品的等温吸附值（依据国内外吸附气与游离气比例进行了总含气量的估算）。将所得到的离散总含气量值进行概率赋值。国外页岩气可采系数的取值范围为20%～30%。在此借鉴国外经验，采用专家评判分析后综合赋值确定为28%。

根据上述体积法原理，获得不同地质概率下的资源量值。按照评价单元划分，长9段含气（油）页岩段50%地质概率资源总量为0.414 5×1012m3，可采资源总量为0.116 1×1012m3；长7段含气（油）页岩段50%地质概率资源总量为1.150 6×1012m3，可采资源总量为0.322 2×1012m3；长4＋5段含气（油）页岩段50%地质概率资源总量为0.255 1×1012m3，可采资源总量为0.071 4×1012m3。盆地中生界延长组页岩气50%地质概率资源量合计为1.820 2×1012m3，可采概率资源总量为0.509 7×1012m3。计算结果表明鄂尔多斯盆地延长组页岩气资源巨大。

表2 鄂尔多斯盆地长7段含气泥页岩段体积法计算参数概率取值表

3 结论

1）通过野外调查、钻井岩心观察、老井复查、测井资料处理，明确了中生界含气（油）页岩的主要赋存层段为延长组长4＋5、长7、长9段，其中长7段页岩品质条件最好，其次为长9段和长4＋5段。

2）以陆相延长组含气页岩段为对象，研究表明延长组湖相页岩分布面积较广，厚度大，干酪根为腐泥型，有机碳含量高、分布差异性大，吸附能力强，含气量值与海相页岩相当，纳米级微孔隙发育等形成页岩气有利条件。

3）以延长组含气页岩段作为评价单元，依靠关键参数的概率取值，采用体积法计算出延长组长9段含气（油）页岩段50%地质概率资源总量为0.414 5×1012m3；长7段为1.150 6×1012m3；长4＋5段为0.255 1×1012m3。其中长7段页岩气资源量占总资源量的63%，为下一步页岩气勘探开发优先选择段。结论认为：鄂尔多斯盆地延长组页岩气资源量巨大，是未来值得重视的重要天然气勘探开发新领域。

[1]胡文瑞，翟光明，李景明.中国非常规油气的潜力和发展[J].中国工程科学，2010，12（5）：25－29.HU Wenrui，ZHAI Guangming，LI Jingming.Potential and development of unconventional hydrocarbon resources in China[J].Engineering Sciences，2010，12（5）：25－29.

[2]康玉柱.中国非常规泥页岩油气藏特征及勘探前景展望[J].天然气工业，2012，32（4）：1－5.KANG Yuzhu.Characteristics and exploration prospect of unconventional shale gas reservoirs in China[J].Natural Gas Industry，2012，32（4）：1－5.

[3]翟光明，何文渊，王世洪.中国页岩气实现产业化发展需重视的几个问题[J].天然气工业，2012，32（2）：1－4.ZHAI Guangming，HE Wenyuan，WANG Shihong.A few issues to be highlighted in the industrialization of shale gas in China[J].Natural Gas Industry，2012，32（2）：1－4.

[4]张大伟.《页岩气发展规划（2011—2015年）》解读[J].天然气工业，2012，32（4）：6－8.ZHANG Dawei.Important measures for promoting the shale gas exploration and development in China：An explanation ofTheShaleGasDevelopmentProgrammingfrom2011to2015[J].Natural Gas Industry，2012，32（4）：6－8.

[5]王社教，李登华，李建忠，等.鄂尔多斯盆地页岩气勘探潜力分析[J].天然气工业，2011，31（12）：40－46.WANG Shejiao，LI Denghua，LI Jianzhong，et al.Exploration potential of shale gas in the Ordos Basin[J].Natural Gas Industry，2011，31（12）：40－46.

[6]徐士林，包书景.鄂尔多斯盆地三叠系延长组页岩气形成条件及有利发育区预测[J].天然气地球科学，2009，20（3）：40－46.XU Shilin，BAO Shujing.Preliminary Analysis of shale gas resource potential and favorable areas in Ordos Basin [J].Natural Gas Geoscience，2009，20（3）：40－46.

[7]雷宇，王凤琴，刘红军，等.鄂尔多斯盆地中生界页岩气成藏地质条件[J].天然气与石油，2011，29（6）：49－54.LEI Yu，WANG Fengqin，LIU Hongjun，et al.Geological conditions for shale gas accumulation in Ordos Basin Mesozoic[J].Natural Gas and Oil，2011，29（6）：49－54.

[8]齐宝权，杨小兵，张树东，等.应用测井资料评价四川盆地南部页岩气储层[J].天然气工业，2011，31（4）：44－47.QI Baoquan，YANG Xiaobing，ZHANG Shudong，et al.Logging evaluation of shale gas reservoirs in the southern Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry，2011，31（4）：44－47.

[9]朱振宇，刘洪，李幼铭.ΔlogR技术在烃源岩识别中的应用与分析[J].地球物理学进展，2003，18（4）：647－649.ZHU Zhenyu，LIU Hong，LI Youming.The analysis and application ofΔlogRmethod in the source rock＇s identification[J].Progress in Geophysics，2003，18（4）：647－649.

[10]PASSEY Q R，CREANEY S，KULLA J B，et al.A practical model for organic richness from porosity and Resistivity logs[J].AAPG Bulletin，1990，74（12）：1777－1794.

[11]周文，苏瑗，王付斌，等.鄂尔多斯盆地富县区块中生界页岩气成藏条件与勘探方向[J].天然气工业，2011，31（2）：29－33.ZHOU Wen，SU Yuan，WANG Fubin，et al.Shale gas pooling conditions and exploration targets in the Mesozoic of Fuxian Block，Ordos Basin[J].Natural Gas Industry，2011，31（2）：29－33.

[12]熊伟，郭为，刘洪林，等.页岩的储层特征以及等温吸附特征[J].天然气工业，2012，32（1）：113－116.XIONG Wei，GUO Wei，LIU Honglin，et al.Shale reservoir characteristics and isothermal adsorption properties[J].Natural Gas Industry，2012，32（1）：113－116.

[13]董大忠，程克明，王世谦，等.页岩气资源评价方法及其在四川盆地的应用[J].天然气工业，2009，29（5）：33－39.DONG Dazhong，CHENG Keming，WANG Shiqian，et al.An evaluation method of shale gas resource and its application in the Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry，2009，29（5）：33－39.