鄂尔多斯盆地泥页岩差异性对比——以上古生界与长7段为例

邵瑞琦,张瑞尧

（西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西西安710069）

鄂尔多斯盆地是我国最主要的产油气盆地，盆地中已经探明了几套可靠的泥页岩地层，主要有奥陶系平凉组海相泥页岩，石炭—二叠系本溪组、太原组和山西组海陆过渡相泥页岩以及上三叠系延长组湖相泥页岩[1]。因此，随着页岩气勘探开发技术的不断进步，这几套页岩将会成为我国北方页岩气产气主力区。本文对这几套页岩进行地质对比，对其发育层位的地质条件、岩石学特征、有机地球化学特征等多方面来进行差异对比分析，以建立一套适用于鄂尔多斯盆地页岩气勘探开发的评价标准，为以后鄂尔多斯盆地的页岩气开发打好基础并提供一些相应的借鉴。

1 页岩气形成的区域地质条件

鄂尔多斯盆地内部稳定。盆地自中晚古代至新生代以来一共经历了5个演化阶段[2-7]，形成现如今的盆地构造(图1)。中奥陶世鄂尔多斯盆在加里东运动的影响下开始抬升，其西南缘为台地、斜坡和深海。盆地西缘被贺兰海槽所淹没，平凉组继续在其上沉积。下平凉组时期，海平面总体继续下降，形成稳定分布的笔石页岩层。晚古生代，包括鄂尔多斯在内的整个华北陆块发生了巨大的变化，沉积环境逐渐从海相沉积过渡为陆盆相沉积。该段时期类，盆地主要以海相沉积以及海陆过渡相沉积。盆地演化至中生代三叠系时期，强烈的构造活动使得湖盆急剧扩张，整个盆地处于湖相沉积环境，为后期沉积发育优质的烃源岩提供了良好的基础。到三叠纪后期，盆地的构造演化逐渐趋于稳定，沉积了含煤泥页岩。从古生代至中生代盆地中逐渐沉积了一系列的泥页岩。

2 页岩气发育层位

平凉组地层主要发育在鄂尔多斯盆地西部边缘地带，发育有一套灰黑色笔石页岩，是该组中最好的一套烃源岩。平凉组泥页岩平均厚度在80～100m，最厚者可达350m。晚古生代海陆过渡相页岩主要发育在本溪组、山西组、太原组。本溪组页岩分布面积较大，厚度最厚可达40m。山西组时期，盆地沉积环境进入海陆交互相，盆地内部发育三角洲沉积体系，因此山西组的泥页岩主要以深色为主，有机质含量较高，沉积厚度普遍在50m以上，有效有机质厚度平均在24m。海西运动使盆地内出现了多次海进与海退,因此太原组时盆地内沉积了一套以深灰色泥岩为主的海陆过渡相的地层，岩层厚度展布稳定，平均厚度在87.3m。鄂尔多斯盆地进入延长组长7阶段时，盆地大面积发育湖盆，沉积了中生界最主要的一套页岩，该套页岩在盆地中发育范围非常广泛。长7页岩以黑色泥页岩为主。泥页岩单层连续厚度可达13m，最大厚度超过100m，页岩富含有机质，含气烃源岩主要发育在长7底部，从湖盆边缘至中心厚度变化范围介于5～60m。盆地内主要页岩气聚集区如图1所示。

3 储层岩石组分分析

泥页岩储集层中不同的矿物组控制着储层的裂隙以及孔渗情况的发育。脆性矿物含量越高，越有益于产生天然或诱导裂缝，减小地层压力，有利于吸附在页岩中的天然气解吸、渗流以及成藏开采。粘土矿物对油气的吸附作用使机质更富集。在页岩气生成过程中吸附有机质，有机质生气过程中起催化作用，粘土矿物中的伊利石和蒙脱石可以促进干酪根的裂解。粘土矿物在页岩气赋存与运聚过程中也起着重要的作用，页岩气的主要的赋存方式之一就是粘土矿物的吸附方式。此外，粘土矿物也是页岩气运聚的良好载体。但是后期的次生粘土矿物会充填到裂缝之中，尤其是碳酸岩胶结物对裂隙的填充,使得开采难度加大[3]。

本溪组、山西组以及太原组发育海陆交互相泥页岩。其中本溪组泥页岩脆性矿物含量低而粘土矿物含量高，长石及石英总的平均含量约14.2%，粘土矿物平均含量为69.4%，其中以伊利石（占26.6%）和高岭石（占48%）为主（图2）。伊利石和高岭石中的裂隙可以增大泥页岩的储集空间。碳酸盐及其它矿物平均含量16.4%。依据对矿物岩石学特性的研究，粘土矿物对烃类物质的吸附能力依次为蒙皂石→伊利石→绿泥石→高岭石[8]。本溪组泥页岩吸附能力较强，可以聚集有效的页岩气藏。但脆性矿物含量较低，不利于后期开发过程中对储层的改造。山西组和太原组的矿物组成中石英含量较高，粘土矿物含量也较高。

图2 本溪组泥页岩粘土矿物测试数据

其中太原组石英含量在46.51%～54.04%。粘土矿物含量为20.9%～65.2%。石英、方解石等脆性矿物含量很高，有很好的储层后期改造和开发潜力（图3）。山西组同样发育的是一套海陆过渡相的页岩，一般都是脆性矿物与粘土矿物的含量都较为丰富（图3）。延长组脆性矿物总量平均为44.96%，石英平均含量平均在23%，粘土矿物含量较高，平均在45%（图3）。长7野外露头所采样品中脆性矿物含量较高，而粘土矿物含量偏低。

4 有机质类型与成熟度

图3 山西组、太原组、延长组长7泥页岩岩石矿物基本组分三角图

古生界沉积环境为海陆过渡相,有机质类型以腐泥型、腐殖型均有分布。上古生界沉积的泥页岩与煤层、致密砂岩层互层发育，有利于成气，上古生界有机质中主要以含腐殖质为主，RO值为0.43%～2.10%。平均大于0.70%，处于低成熟—成熟阶段。本溪组中腐泥组为主,其次主要含镜质组,惰质组和壳质组含量较低。而盆地中山西组和太原组暗红色泥页岩中有机质类型主要以镜质组为主，体积分数在70%以上，其次为腐泥组。同样惰质组和壳质组含量较低。总体都为腐殖型干酪根特点，也即以Ⅲ型干酪根为主。盆地靠近东南面泥页岩Ro值大于2.0%，源岩演化已达过成熟阶段（图4、图5）。有机质类型不论是Ⅰ、Ⅱ型还是Ⅲ型干酪根，只要达到高的热演化程度，都可以产生天然气[9]。

中生界延长组属于湖相沉积，页岩镜质组反射率RO在1.25%～1.33%之间，生烃成熟度介于成熟—高成熟演化阶段，生气潜力较高。有机质类型干酪根显微组分中腐泥组含量最高，其次以镜质组为主，惰质组和壳质组含量很低。其干酪根类型主要以Ⅰ1—Ⅱ2为主。

5 结论

（1）古生界各个时期的单套泥页岩在盆地中的分布范围小，厚度变化范围较大，中生界泥页岩在盆地中较为稳定的分布，长7段暗色页岩单层厚度大，发育连续稳定。上古生界海陆过渡相页岩在盆地中分布面积广泛，主要发育深灰色与黑色泥页岩，延展稳定，单层厚度不大，连续，厚度较大，平均厚度在80m。

（2）古生界沉积地层沉积环境从海相逐渐转变为海陆过渡相，本溪组时期由于盆地刚进入海陆过渡相时期，石英、长石等脆性矿物含量丰富，但比粘土矿物含量低。其余地层脆性矿物含量均在45%～55%左右，而粘土矿物的含量低与脆性矿物，平均含量在40%～45%。因此古生界泥页岩对烃类的吸附能力较好，地层的后期改造能力相比中生界要差。而中生界陆相长7泥页岩中脆性矿物含量同样也很丰富，而粘土矿物的含量高于古生界地层，平均含量为45%。其吸附能力较强，可以形成储量丰富的页岩气藏。

图5 研究区泥页岩干酪根显微组成三角图

（3）上古生界泥页岩有机质类型主要是Ⅲ型干酪根，Ro介于0.43%～2.10%，平均值大于0.7%。古生界的泥页岩具有较高的生烃潜力，理论上可以形成相当规模页岩气藏，开发潜力大。中生界长7有机质干酪根主要类型为Ⅰ1—Ⅱ2型，成熟度介于成熟—高成熟阶段。镜质组反射率Ro在1.25%～1.33之间，有机碳含量普遍高，具有形成页岩气藏的条件。