潍北凹陷页岩气资源潜力分析

纪洪磊，刘莉，刘鹏飞

(1．山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州 253015；2．山东省物化探勘查院，山东 济南 250013；3．山东正维勘察测绘有限公司，山东 济南 250101)

地质与矿产

潍北凹陷页岩气资源潜力分析

纪洪磊1，刘莉2，刘鹏飞3

(1．山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州 253015；2．山东省物化探勘查院，山东 济南 250013；3．山东正维勘察测绘有限公司，山东 济南 250101)

页岩气作为一种非常规能源，在北美已经取得了相对较成熟的勘探开发经验，潍北凹陷沉积了较厚的暗色泥页岩，为摸清页岩气"家底"，笔者通过分析潍北凹陷央5井、昌64井等一系列钻井取芯测试结果，对潍北凹陷孔店组二段地层暗色泥页岩厚度、有机质类型、丰度、成熟度等页岩气形成条件进行了系统研究，结果表明，潍北凹陷孔二段泥页岩形成于浅湖相-深湖相环境，暗色泥页岩厚度较大，有机质含量、成熟度均较高，且埋藏较浅，具备页岩气形成条件，是省内页岩气勘探的有利目标层位。

潍北凹陷；页岩气；有机质；成熟度

0 引言

页岩气是指赋存于富含有机质的泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气。近年来，美国页岩气的快速勘探开发使得天然气储量迅速增加，超过俄罗斯成为世界天然气生产第一大国。截至2013年，美国页岩气产量超过2650亿m3，达到了美国天然气总产量的40%[1]。北美页岩气的成功开发引发了全球页岩气勘探热潮，2000年以来，我国也逐渐加大了对页岩气资源的研究力度[2-6]。

潍北凹陷古近系泥页岩发育广泛，累积厚度大，有机质丰度较高，有机质类型较好，演化程度分布范围较宽，大量油气源对比结果证实为有效烃源岩，具备形成页岩气的物质基础①②。

1 构造位置

潍北凹陷为一新生代断陷盆地，呈北断南超、北陡南缓、北深南浅的箕状。西以广饶凸起为界与济阳坳陷相接，东以昌邑-大店断裂与鲁东隆起相连，北邻潍北凸起，南至鲁西隆起，盆地面积约880km2。依据地层的沉积特点、构造特征，潍北潜凹陷可进一步划分为北部洼陷带、南部斜坡带、灶户断鼻带、瓦城断阶带4个次级构造单元(图1)。

图1 潍北潜凹陷构造图

2 页岩气成矿地质背景

2.1 泥页岩沉积与展布特征

凹陷内孔二段埋藏深度较浅，在1600～3800m。根据地震反射特征，凹陷北缘、东缘发育扇三角洲沉积相，凹陷北部地区发育浅湖相-半深湖相，北部、东部边缘区分布湖盆浊积扇相，南部发育河流-三角洲沉积相*汪巍，东营凹陷、潍北凹陷孔店组烃源岩地球化学特征对比研究及油源意义，成都理工大学硕士学位论文，2006年。。

潍北潜凹陷富含有机质泥页岩主要分布在北部洼陷带孔二段地层中，按岩性可分为暗色泥岩、碳质页岩、煤层和油页岩，其中以暗色泥岩为主，主要分布在北部洼陷和灶户断鼻东北部，单层厚度可达5～15m，累计厚度达500m以上。碳质页岩在剖面上呈薄层状与煤层交替，在孔二段上、中、下3个亚段均有分布，尤以下亚段和中亚段更为集中，主要分布在北部洼陷带的南侧及瓦城断阶北部一带，单层厚度最大可达3～5m，最大厚度达30m以上。

2.2 储集性特征

凹陷内黏土矿物主要由混层矿物组成(表1)[7]，根据伊/蒙混层矿物含量推测凹陷不同深度的成岩温度范围，潍北凹陷生烃深度约为3000～4000m，温度110～178℃。经统计分析，潍北潜凹陷孔隙度分布在0.9%～12.2%之间，平均孔隙度为5.6%(图2)，渗透性分布在(0.01～0.282)×10-3um2之间，均值为0.097×10-3um2。

表1 潍北凹陷黏土矿物组成

2.3 有机质类型

潍北凹陷有机组分组成具有复杂多变的特点，复杂多变性既表现在垂向上分布的差异性又表现在平面上分布不均匀性。垂向上孔二段上亚段样品有机质主要为Ⅰ型和Ⅱ型，中亚段、下亚段样品有机质主要为Ⅲ型。平面上，凹陷东北部地区有机质主要来自陆源植物碎屑，干酪根属于Ⅱ，Ⅲ型；凹陷中部地区，浮游生物和藻类相对发育，有机质干酪根中腐泥组分明显增多，最高可达90%左右，干酪根属于Ⅰ型。显示出潍北潜凹陷孔二段烃源岩非均质性，也反映了潍北潜凹陷孔二段烃源岩母质的多样性及沉积的多变性(图2)。

图2 潍北凹陷孔二段孔隙度与深度关系图

2.4 有机质丰度

在油气勘探中普遍采用有机碳含量指标来代表烃源岩的有机质丰度[8-10]。从分析结果来看，有机碳含量分布范围较宽，介于0.4%～15.9%之间，平均含量约为2.62%，有机质丰度较高，基本上达到了好烃源岩标准[11-14]。

从纵向上看，以孔二上、孔二中相对较好，孔二下较差。孔二上烃源岩有机碳达好烃源岩标准的占总数的69%左右；达较好以上烃源岩标准的高达82%。孔二中烃源岩有机碳达好烃源岩标准的占总数的34%左右；达较好以上烃源岩标准的占59%。孔二下烃源岩有机碳达好烃源岩标准的占总数的36%左右；达较好以上烃源岩标准的高达57%。并且孔二中段烃源岩厚度大，为潍北潜凹陷的主力生油亚层①。

从平面上看，有机碳含量由边缘到中部昌67、昌14、昌64等洼陷中心一带，有机质含量逐渐增多，有机质丰度逐渐变高。北部洼陷样品平均值为2.56%，部分岩屑样品有机碳含量最高值达到15.9%，这与该段富集含碳质页岩和煤层有关。灶户断鼻带地层厚度和烃源岩厚度都变薄，但烃源岩平均有机碳丰度较高。昌25井最高含量达15.8%，从样品测试结果推测，潍北凹陷内有机碳以瓦城断阶和北部洼陷两个中心富集。南部斜坡带接近沉积盆地边缘，有机碳含量较低(图3、表2)。

图3 潍北凹陷孔二段地层TOC等值线图

井名井深/m岩性干酪根类型有机碳/%烃源岩质量昌291265．0灰色泥岩Ⅱ21．51较好昌251314．0深灰碳质泥岩Ⅲ15．80好昌311760．4褐色碳质泥岩Ⅱ215．90好昌311836．2褐色泥岩Ⅱ11．52较好昌522115．0深灰色泥岩Ⅱ14．58较好昌522124．0深灰色泥岩Ⅱ19．99好昌522278．0深灰色泥岩Ⅱ22．20较好昌642443．3黑灰色泥岩Ⅱ11．10较好昌132655．0深灰色泥岩Ⅱ20．86好昌513002．0深灰色泥岩Ⅲ0．95较好昌191370．00灰色泥岩Ⅱ20．40较差昌191611．00灰色泥岩Ⅱ20．77较差昌191620．00灰色泥岩Ⅲ0．61较差昌191691．00灰色泥岩Ⅲ0．76较差昌191740．00灰色泥岩Ⅱ20．71较差昌52225．00灰色泥岩Ⅱ20．47较差昌102343．00灰色泥岩Ⅲ0．47较差昌142490．50灰色泥岩Ⅰ0．46较差昌92592．00灰色泥岩Ⅱ20．47较差昌92725．00灰色泥岩Ⅱ20．59较差

2.5 有机质成熟度

有机质成熟度一般以镜质体反射率(Ro)指标表示[14-17]。孔二段烃源岩的镜质体反射率(Ro)的变化范围在0.4%～1.62%之间，2442～3820m深度范围内平均值为1.01%，总体上呈随深度增加而增加趋势。2500m左右时，镜质体反射率就达到0.5%，当埋深达到3500m左右时，成熟度达到1.0%。由于凹陷内不同地区地层的抬升剥蚀厚度和地温梯度的差异，不同井点的生烃门限深度、生烃高峰的深度有所不同，相同埋深条件下处于凹陷中部的昌64井成熟度较高，在3000～3500m范围内成熟度为1.0%～1.33%，而位于北部边缘区域的央5井在3300～4000m深度内达到1.0%～1.62%(图4)。根据潍北凹陷实测Ro值数据显示*姜敏，东营、潍北及沾化凹陷深层烃源岩有机地球化学特征研究，成都理工大学硕士学位论文，2011年。，潍北潜凹陷孔二段烃源岩至少存在两片烃源岩成熟区，即以北部洼陷为主体并包括灶户断鼻北部在内的北部成熟区和以灶户断鼻南部为主体包括南部斜坡东段在内的东南部成熟区[18]。即以北部洼陷为主体的北部成熟区和以南部斜坡东段在内的东南部成熟区。以镜质体反射率0.5%为边界圈定的这两片地区占凹陷总面积一半以上。

图4 潍北凹陷孔二段地层成熟度与深度关系图

3 潍北凹陷页岩气资源潜力评价

根据北美地区页岩气勘探开发经验[4]及《页岩气资源/储量计算与评价技术规范》(DZ/T0254-2014)中参数分类标准，对潍北凹陷页岩气资源潜力进行初步评价[19-20]。

潍北凹陷北部洼陷和灶户断鼻东北部暗色泥岩单层厚度达5～15m，累计厚度达500m，远大于30m页岩有效厚度；孔二上、孔二中地层有机碳含量介于1.1%～15.9%之间，属于中—高—特高页岩气层。埋藏深度为1600～3800m，属于中浅层—中深层气田，相对开发投入成本较低。3000～3500m埋藏深度范围内成熟度达到1.0%～1.33%，热演化程度低～中等，孔隙度分布在0.9%～12.2%之间，平均孔隙度为5.6%，达到中等级别。

综上所述，潍北凹陷孔二段泥页岩形成于深湖-浅湖相环境，暗色泥页岩厚度较大，有机质含量、成熟度均较高，且埋藏较浅，具备页岩气形成条件，是省内页岩气勘探的有利层位。

致谢：论文在完成过程中，受到了中国石化胜利油田有限公司地质科学研究院王永诗教授和朱家俊研究员的指导，在此致以诚挚感谢。

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Potential Analysis on Shale and Gas Resources in Northern Weifang Depression

JI Honglei1, LIU Li2, LIU Pengfei3

(1. Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253015, China; 2. Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Institute, Shandong Jinan 250013, China; 3. Shandong Zhengwei Surveying and Mapping Institute, Shandong Jinan 250101, China)

Through analysis on formation conditions of dark shale thickness, organic matter type, abundance and maturity of shale and gas in the second section of Kongdian formation in Weibei depression, it is showed that shale in the second Kongdian formation in Weibei depression was formed in the shallow lacustrine facies - deep lacustrine environment. The thickness of dark shale is large, organic matter content and maturity are high, and buried in shallow part. It has shale and gas formation conditions and is favourable for the formation of shale gas exploration in the Shandong province.

Weibei depression; shale gas; organic matter; maturity

2015-09-16；

2016-08-26；编辑：曹丽丽

山东省地矿局矿产勘查项目《山东省鲁北地区页岩气资源调查》编号(KC2013015)项目

纪洪磊(1984—)，男，山东滨州人，工程师，主要从事水工环地质工作；E-mail:jhl0543@163.com ①汪巍，东营凹陷、潍北凹陷孔店组烃源岩地球化学特征对比研究及油源意义，成都理工大学硕士学位论文，2006年。 ②姜敏，东营、潍北及沾化凹陷深层烃源岩有机地球化学特征研究，成都理工大学硕士学位论文，2011年。

P618.13

A

纪洪磊，刘莉，刘鹏飞.潍北凹陷页岩气资源潜力分析[J].山东国土资源，2017,33(1)：44-47.JI Honglei, LIU Li, LIU Pengfei.Potential Analysis on Shale and Gas Resources in Northern Weifang Depression[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(1)：44-47.