江苏地区页岩气资源潜力评价

2014-03-04李慧娥

中国矿业 2014年2期

李慧娥

（1.长江大学地球环境与水资源学院，湖北武汉430100；2.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京210016）

页岩气是指主体位于富有机质页岩中，以吸附或游离态为主要方式附存于页岩裂隙与孔隙系统中的天然气聚集，还有一部分页岩气可能呈溶解态储存于页岩内的沥青质和干酪根有机质中［1－2］。目前美国已经建成较大规模的页岩气产能，使页岩气引起了世界各国的广泛关注。本世纪以来，随着压裂技术和水平井技术的发展，页岩气勘探开发进入了大发展阶段。近年来，中国对于本国的页岩气发展取得了比较大的突破。中国发育海相、海陆过渡相—陆相煤系与陆相湖相3类富有机质页岩，页岩气资源潜力大。目前勘探开发程度低，发展前景良［3－5］。本文以江苏地区为研究区块，对该地区进行页岩气资源潜力的评价。

1 区域地质概况

江苏省位于华北准地台和扬子准地台的衔接部位，包括扬子陆块。华北陆块与黄海。东海两大构造盆地紧密相连；地质构造复杂，郯庐断裂带斜贯本区西北部，将区内地层分为俩部分，记北区和南区；北区属于华北地台的南缘部分，位于西北部的徐州一带，底层发育较全，太古界的泰山群片麻岩北区的基底，中元古界缺失，上元古界－古生界地层为主要盖层，中新生代为孤零内陆盆地，第四系广泛发育；南区为扬子准地台的主体，地层发育齐全，新元古代到早古生代变质基底及古－中元古代变质块体的卷入，晚古生代到中三叠世主要为浅海沉积盖层，印支运动后全区变成统一的陆块；进入燕山期构造动力体系经历了由EW走向构造向NE－NNE走向构造的转换，和以挤压为主的构造－岩浆造山系统向以拉升为主的伸展盆岭系统的转换。中.新生代滨太平洋陆源活动强烈，经历了路亚大陆、古亚洲洋、伊泽奈崎/库拉、菲律宾海等几大板块的相互作用，发生了两次前后相继的构造动力体制大转换；（T3－K1的东西向古亚洲构造向NE向古太平洋陆缘域转换；K2－E的挤压增生型沟湖体系向伸展减薄型陆内断陷盆地转换），印支－燕山运动形成的构造线一组为近EW走向，另一组为NE－NNE走向，陆内断陷地发育，岩浆活动强烈［6－7］。研究区以下扬子地区为主，自晋宁运动以来经历多次全球重大构造事件，不同类型地层出露齐全，岩浆活动强烈。

1.1 沉积特征

以郯庐断裂为界，全省地层划分为北区和南区，北区位于西北角，所占面积很小；南区是主体。北区出露最古老地层为泰山群老变质岩，上远古界淮河群直接覆盖于泰山群之上，古生界（缺失奥陶系上统－石炭系下统）为海相－海陆交互项－陆相沉积地层，中生界（缺失三叠系－侏罗系中统）为陆相沉积地层、夹中基性火山岩。南区出露新远古代变质基底及古生界－下中生界海相稳定盖层和中新生界陆相沉积地层。出露最老地层为中、新元古代变质岩系，与上覆地层呈不整合或断层接触；南华系至奥陶系以浅海相碳酸盐为主夹碎屑岩，志留系为海相砂页岩［8－9］。泥盆系中、下统普遍缺失，上统以石英砂岩为主，底部常为石英砾岩，与下伏地层多呈平行不整合接触。石炭－二叠系主要为浅海碳酸盐岩和硅泥质沉积夹滨海含煤碎屑沉积。三叠系下部为浅海相碳酸盐岩，上部为陆相红层及含煤地层，二者间常夹蒸发岩。侏罗－白垩系为陆相含煤碎屑岩系、红层及火山岩。新生界多为陆相碎屑岩及松散沉积物，夹少量基性火山岩。

1.2 构造演化

江苏地跨华北陆块区、苏鲁造山带、扬子陆块区三大地质构造单元，不同历史时期各构造单元所处的大地构造环境不断变化，不同地质历史时期各种大地构造环境下形成的岩石构造组合或构造相在空间上的叠加，现今的地质面貌主要是印支－燕山期构造作用对前期地质构造后的综合反映，以燕山－喜山期断块作用为特征，空间上为不同断块的拼合，每个断块可能有不同地质历史时期多个大地构造环境形成的大地构造相或岩石构造组合也可能为不同断块的组合部分［10－11］。在这一大的构造背景下，江苏境内构造格局繁杂而多彩，发育了韧性变形构造、褶皱构造、断裂构造和上叠中、新生代构造盆地等多种类型的地质构造。

2 富有机质页岩层系地球化学特征

2.1 富有机质页岩层系分布

自震旦纪以来发育多套富有机质页岩（主要是暗色页岩）层系，且面积分布广，层位稳定，埋藏适中。其中晚震旦世－早志留世深水环境下形成的多套巨厚黑色页岩；如早寒武世幕府山组，中晚奥陶胡乐组，早－中志留世高家边组，茅头组、坟头组，石炭－二叠纪滨浅海－海陆交互相含碳页岩层亦较发育并在南华北地区发育较厚的煤层；苏北盆地则在早白垩世葛村组、晚白垩世浦口组和早第三纪泰州组、戴兰组、三垛组页岩厚度大［12－13］；这些层段都是页岩气资源潜力评价的重点层段，部分地段已发现具有良好的生烃潜力的烃源岩。

2.2 地球化学特征

2.2.1 徐州－丰、沛、铜地区

徐州－丰沛铜地区在区域地质上属于鲁西隆起区的黄口坳陷东部，其北部以丰沛断层与丰沛凸起相隔，南超覆于凸起之上，整体呈东西向带状，坳陷北陡南缓，北深南浅，自西向东依次为后黄楼凹陷、李寨低凸起和敬安凹陷。

本区存在生油（气）层系：①下白垩统第一、二段；②石炭、二叠系。

1）下白垩统第一、二段。有机质丰度：从有机碳含量看，第一段属非生油岩，第二段除下部外，属较好生油岩。有机质类型：第一段和第二段下部属腐植型，第二段中部属腐植－腐泥型，第二段上部属腐泥－腐植型。综合分析各项分析鉴定结果，趋向按热解分析的平均值来划分类型。，即白垩系下统第一段和第二段下部属腐植型，生油潜力较低；第二段中部属腐植－腐泥型，上部属腐泥－腐植型，生油潜力较高。从这套地层的沉积环境看，白垩系下统第一段和第二段下部属湖滨至浅湖相沉积、第二段中、上部为半深湖相沉积，这俩种环境下的生物也构成了原始母质的差异。有机质热演化程度：根据热解分析，白垩系下统产率指数普遍很低，其中上部一般小于0.06，下部为0.16～0.33，最高热解温度为424～431℃；地温56.7～64℃，OEP为1.26～2.46，大部分大于2。白垩下统第一段，由于埋深增加，产率指数由0.43逐渐增至0.80，产率指数曲线的拐点井深为1800m，相应井深温度为69.2℃，且此段中、下部最高热解温度一般为428～437℃，地温为78.9～76.3℃，其热演化条件较白垩系下统第二段都好，可惜其暗色泥岩有机质丰度太低。从区域上看，在继承性较好的李寨低凸起俩侧的后黄楼凹陷和敬安凹陷，该层系有随着埋深加大，有机质丰度和成熟度增高的可能性，故考虑白垩系定为可能生油层，第二段定为生油层。

2）石炭、二叠系。石炭、二叠系中的暗色泥岩、煤层和石灰岩有一定的厚度；重要含煤层位同为太原组、山西组和下石盒子组，这为煤成气的生成提供了较丰富的物质基础［14］。但是、各层生气母岩的地球化学特征有所差异。有机质丰度：煤的有机碳含量最高。太原组煤20（煤层采用徐州矿务局方案进行统一编号）C＝33.3%，煤22C＝77.25%，其次是太原组石灰岩，C＝0.47%。暗色泥岩除上石盒子组较低以外，其余各组均达1.06%～4.94%。有机质类型：据太原组石灰岩热解分析：S2/S3＝0.76，CP/CoT＝6.5%，IH＝46mg/gcOT，S1＋S2＝0.37mg/g，属腐植型；下石盒子组煤2的镜质组46%，惰性组53%，壳质组1%，太原组煤4的镜质组90%，惰性组10%，这些均为典型腐植煤特征，具有机质亦属腐殖型。

2.2.2 苏北地区

苏北地区海相中、古生界发育三套泥页岩生烃层系，分别为下寒武统幕府山组、上奥陶统五峰组－下志留统高家边组及二叠系（孤峰组、大隆组和龙潭组）。

下寒武统灰黑色泥岩及页岩主要发育于下部，沿北东向展布，厚达100m以上。泰州凸起上的苏121井及黄桥的N2井均揭示幕府山组暗色泥岩，其中苏121井幕府山组暗色泥岩，其中苏121井幕府山组暗色岩厚116m。上奥陶统五峰组－下志留统高家边组在苏北地区分布广泛。上奥陶统的厚度相对较小，一般小于30m。下志留统厚度较大，但有机质富集段主要位于底部100m左右。二叠系孤峰组、龙潭组和大隆组原始生烃层在苏北地区全区均有分布，但在西部地区剥蚀严重。孤峰组以灰黑色硅质泥岩、钙质泥岩及硅质页岩为主，厚度一般小于50m；龙潭组以黑色页岩、炭质页岩及煤线为主，夹薄层灰岩、长石石英砂岩，厚度一般100～300m；大隆组以灰黑色泥页岩，硅质泥岩及灰色灰岩为主，厚度一般小于25m。

有机质丰度总的来说，下古生界烃源岩的有机质丰度普标较高。如苏121井2701.24～2701.8m取芯段下寒武统泥岩有机碳平均为4.18%；3492.78～3496.70m井段平均为3.4%；N2井1881.36～1886.30m取芯段下寒武统有机碳平均为2.88%；全椒地区露头下寒武统泥岩有机碳为5.67%，有机质十分富集，属于极好生烃层。上奥陶烃源层丰度较高的代表井为荻3井，有机碳高达2.37%，属于好－较好生烃层。二叠大隆组、龙潭组和孤峰组有机质丰度相对较高，可达16.9%，85%以上样品的有机质碳含量大于0.6%，多属于较好－极好的生烃层。苏北地区下古生界烃源岩的热演化程度普遍较高，多达高成熟－过成熟阶段（表1）。

2.2.3 苏南地区

苏南盆地句容地区是下扬子地区中、古生界海相地层分布区唯一取得初步突破的地区（表2）。

表1 苏北地区下古生界热演化程度统计表

表2 句容地区生油岩数据表

它位于江苏南京江宁句容县范围内，面积约3450km2。地面和钻井油井显示众多，主要见于浦口组、葛村组、上侏罗统、青龙组、二叠系、石炭系、五通组、志留系，属孔隙、溶孔、裂隙型储层。句12井在印支期不整合面附近油气显示活跃。容2、容3、井获工业性油流。此外，容2井在白垩系葛村也获得1.1t海相原油，标志着油气勘探的初步突破。本区三叠系牙形刺色变指数为1～16。煤牌号属于肥煤、气煤处于有机质成熟阶段。根据奥陶系牙形刺色指数高达4，表明下古生界有机质演化程度高于上古生界和三叠系，进入高成熟和过成熟阶段［15］。

3 页岩气勘探有利区评价

徐州－丰、沛、铜地区产油（气）潜力：石炭二叠系暗色泥岩和石灰岩，其有机碳含量都很高，但氯仿沥青“A”含量都很低，一般为0.006%～0.06%，转化率也较低，“A”/C；0.87%～3.92%，烃/C＝0.45%～1.92%，热解分析：S1＋S2＝0.1～0.9mg/g。不同变质程度的煤的转化率也不高，“A”/C＝0.08%～1.59%，烃/C＝0.08%～1.25%，也反映了腐植型生气母岩有机质丰度高而产烃率低的特点，同时也说明本区石炭二叠系母岩有利于生气而不利于生油。

根据苏北地区的地球化学特征描述，苏北地区二叠系大隆组、龙潭组及孤峰组烃源岩成熟度相对较低，苏北盆地东部自北向南见到大量的海相中、上古生界油显示。盐城凹陷兴桥X1井二叠系烃源岩Ro约1.1%～1.3%，烃源岩中沥青“A”高达0.039%，A/C%高达9.28.向南N参2井栖霞组Ro仅0.52%～0.72%，海安凹陷台X8井二叠系油显示也来自二叠系本身。黄桥地区苏174井龙潭组Ro仅为0.77%，表明苏北地区二叠系大隆组、龙潭组及孤峰组烃源岩正处于成熟生油阶段，局部地区可以生气［13］。

根据苏南地区地层岩性特征、国外裂缝性油气田实例及下扬子区目前所获得的有限缝隙性含油及油气流资料，认为苏南地区下志留统高家边组、下石炭统高骊山组、下二叠统孤峰组、上二叠统以及中下三叠统泥岩、硅质页岩，都是有利的含油气储集层。

4 结语

通过对江苏盆地各区域的构造沉积演化特征的分析，以及地化数据的处理，认为江苏盆地下扬子区所含页岩有机质丰度高，沉积环境稳定，具有良好的生成页岩气的条件。根据国内认定的页岩气资源评价标准，江苏地区丰沛铜地区的第三系、下白垩统、石炭系、二叠系，苏北地区的二叠系、苏南地区中古生界的各项指标都可达到页岩气成藏标准，如果仅仅从有机质丰度和成熟度分析，这些地区的页岩气形成具较大商业价值气藏的潜力巨大，但由于该地区目前缺乏相应的钻井测井资料，以及地质调查资料并不完善，江苏地区页岩气成藏的进一步结论仍需验证。

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