青海省木里煤田煤系页岩气生烃条件分析

秦荣芳， 李 靖， 王崇敬， 曹代勇

(中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

0 引言

页岩气是指以吸附和(或)游离状态为主赋存于富有机质页岩地层中，自生自储，在页岩纳米级孔隙中连续聚集，具有商业开发价值的生物成因和(或)热成因及混合成因的非常规天然气。在页岩气藏中，气体也可存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩地层中，是典型的“原地成藏”模式[1]。煤系页岩气作为页岩气资源的重要组成部分，是指含气页岩段赋存在煤系地层中，可自生也可是煤层生成并短距运移到相近页岩层中，其干酪根类型以III型为主(有部分为 II型干酪根)，TOC含量高，其生成环境主要为海陆交互相与陆相湖盆沉积[2]。煤系含气页岩在垂向上与砂岩、煤层呈互层分布。

根据国外成功勘探开发页岩气的经验分析可知，含气页岩一般具有有机质含量高，泥页岩沉积厚度大、有机质丰度高，成熟度适合，泥页岩矿物组分中脆性矿物含量高，含气量较高等特点[3－4]。聚乎更矿区中侏罗统木里组和江仓组含煤岩系具有页岩类岩石比例高、厚度大、有机质含量丰富、热演化程度高、脆性矿物含量高、构造作用导致孔渗条件良好等特征[5]，构成生成页岩气的良好条件，因此，开展木里地区煤系页岩气生烃潜力评价，对于拓宽对页岩气资源的认识和该区多能源的综合开发，均具有重要意义。

1 区域地质概况

木里煤田位于青海省北部，属祁连加里东褶皱系之中祁连中间隆起带。中祁连位于北祁连新元古代—早古生代缝合带与疏勒南山—拉鸡山早古生代缝合带之间的中祁连陆块的北缘，呈NWW向展布，西端出省后被阿尔金NEE向左行走滑断裂切错，东延出省后可能和秦岭中间陆块相接，整个构造带主体由白垩纪以来的再生造山带及相伴生的压陷性盆地带所组成[6]。同时又受其南特提斯—喜马拉雅构造域和滨太平洋构造域形成与发展的影响，造就了该区域复杂的地质构造特征。

木里煤田地层由老至新为前震旦系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、古近系—新近系和第四系。侏罗系为研究区含煤地层。下侏罗统热水组(J1r)、中侏罗统(J2)的木里组(J2m)和江仓组(J2j)地层中有发育较好的暗色泥岩、油页岩等烃源岩[7]。

2 页岩气生烃条件分析

页岩气生烃条件包括:沉积地层以泥/页岩为主，单层厚度大(dmax≥10 m)，泥质含量高(泥/页岩地层中的纯泥岩厚度百分比φ≥10%)，有机质丰度(w(TOC)≥0.3%)及有机质成熟度底限条件要求相对较低(Ro≥0.4%)[8]。

2.1 泥/页岩发育情况

通过对木里煤田的野外地质调查，并结合区域地层调研资料，掌握了该区含煤地层泥页岩的发育特征及展布规律。

根据木里煤田泥页岩厚度发育数据，选取了5、25、45、65 m，作为等值线值，作出了泥页岩单层厚度分布图(图1)。由图1可以看出，在四井田东南部泥岩单孔最大单层厚度大于45 m，西北部略低，大于25 m。

图1 木里煤田煤系泥页岩最大单层厚度分布Fig.1 Distribution of largest layer thickness in Muri coalfield

该区含煤地层沉积了厚度巨大的泥/页岩，泥岩、粉砂岩以及粉砂质泥岩等粒度较细的岩石，累计厚度百分比平均为40.05%(表1)，其中四井田粒度较细的岩石厚度百分比φx最大，可达53.69%。木里煤田细碎屑岩的巨大厚度比例，为页岩气的形成提供了有利条件(表1)。

表1 木里煤田泥页岩厚度分析Table 1 Muri coalfield shale thickness analysis table

2.2 烃源岩评价

烃源岩是指富含有机质、大量生成油气与排出油气的岩石。烃源岩应该具备的条件:含有大量有机质即干酪根;达到干酪根转化成油气的门限温度即埋藏深度。对烃源岩的研究中，通常要从有机质数量、有机质类型、有机质成熟度等三方面对其做出定性或定量评价。

2.2.1 有机质丰度

木里煤田作为烃源岩的煤、碳质泥岩、暗色泥岩和油页岩分布广泛，地层厚度巨大。

根据实验获得的木里煤田煤(岩)样总有机碳分析结果(表2)，笔者对分析结果的最大值、最小值和平均值进行统计，参考现行煤系泥页岩有机质丰度评价标准[9]，对研究区烃源岩丰度进行评价。从表2可以看出，煤中TOC的分布为46.760% ～86.060%，平均值为73.060%。煤中S1+S2的分布为72.09～185.31 mg/g，平均值为129.21 mg/g。TOC和S1+S2的分布都证实了该处的煤是好烃源岩。油页岩中TOC的分布为1.810% ～4.050%，平均值为2.780%。油页岩中S1+S2的分布为1.98～11.41 mg/g，平均值为4.79 mg/g。泥岩中TOC的分布为2.330%～2.700%，平均值为2.520%。泥岩中S1+S2的分布为4.06～15.45 mg/g，平均值为9.76 mg/g。根据有机质丰度评价标准结合TOC和S1+S2的分布来看，油页岩和泥岩均是好的烃源岩。

表2 木里煤田岩样总有机碳分析Table 2 Total organic carbon data of rock sample analysis of Muri coalfield

2.2.2 有机质类型

干酪根是有机碳存在的最重要的形式，占沉积岩中分散有机质总量的80% ～90%，甚至更高。干酪根分为Ⅰ型(细菌改造的藻质型)，主要生成石油，II型(腐泥型)，可生成油和气，Ⅲ型(腐殖型)，主要生成天然气。

木里煤田聚乎更矿区一井田大部分样品HI在100～500(表3)，表明该区域内，有机质类型主要为Ⅱ2－Ⅲ型干酪根。

表3 各种岩性烃源岩氢指数分布Table 3 Distribution of hydrogen index in hydrocarbon source rocks of various lithology

2.2.3 有机质成熟度

一般认为，有机质演化处于成熟—高成熟阶段(Ro为0.8% ～1.7%)是最有利的热生气阶段，生气速率最大。木里煤田的煤样及岩样实测数据(表4)表明，岩样镜质体反射率Ro为0.740% ～1.851%，平均值为1.197%，均大于有机质成熟度的底限0.4%，可见该地区烃源岩均处于成熟—高成熟度的演化阶段，有利于生气。

表4 木里煤田镜质组反射率测定分析Table 4 Source rocks vitrinite reflectance data in Muri coalfield

3 结论

(1)木里煤田早、中侏罗世煤系中暗色泥岩、碳质泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩等富含有机质的细碎屑岩石在地层中的累计厚度百分比为31.98% ～53.69%，平均值为40.05%，为页岩气的生成提供了有利的物质保障。

(2)该区泥页岩的有机质丰度为0.520%～86.060%，总有机碳含量大，有机质成熟度0.740%～1.851%，有机质热演化程度已经达到了生气高峰。

(3)有机质类型主要为Ⅱ2－Ⅲ型干酪根。该区烃源岩可以为页岩气的生成提供充足的气源供应。

[1]张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布[J].天然气工业，2004，24(7):15－18.

[2]CAO DAIYONG，LI JING，WEI YINGCHUN，et al.Study on the forming conditions of shale gas in coal measure of Wuli area，Qinghai province，China[J].Applied Mechanics and Materials，2013，295/298:2770－2773.

[3]ROSS D J K，BUSTIN R M.Characterizing the shale gas resource potential of devonian-mississippian strata in the Western Canada sedimentary basin:application of an integrated formation evaluation[J].AAPG Bulletin，2008，92(1):87 －125.

[4]CHALMERS G R L，BUSTIN R M.The organic matter distribution and methance capacity of the lower cretaceous strata of northeastern British Columbia，Canada[J].International Journal of Coal Geology，2007，70(1/3):223－239.

[5]李 靖，曹代勇，豆旭谦，等.木里地区天然气水合物成藏模式[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版，2012，31(4):484－488.

[6]曹代勇，孙红波，孙军飞.青海东北部木里煤田控煤构造样式与找煤预测[J].地质通报，2010，29(11):1696－1703.

[7]文怀军，鲁 静，尚潞君，等.青海聚乎更矿区侏罗纪含煤岩系层序地层研究[J].中国煤田地质，2006，18(5):19－21.

[8]张金川，聂海宽，徐 波，等.四川盆地页岩气成藏地质条件[J].天然气工业，2008，28(2):151－156.

[9]成海燕，李安龙，龚建明.陆相烃源岩评价参数浅析[J].海洋地质动态，2008，24(2):6－10.