宣东地区下花园组地层页岩气源岩有机地化特征分析

＊张健雅 赵利涛

（1.河北省煤田地质勘查院 河北 054000 2.河北煤炭科学研究院有限公司 河北 054000）

研究区地处张家口市宣化区东南下花园一带。主体为单斜构造，地层较平缓。区内发育两条逆冲大断层，南部黄羊山逆断层，北部宣化逆断层，东西向展布，形成于侏罗系中后期燕山运动。受南北两侧逆冲断层挤压，区内以南北向及北东－南西向正断层为主[1]。

区内地层发育为侏罗系地层直接覆盖在中上元古界地层之上。侏罗系下花园组地层为页岩气发育地层，岩性以砂岩、粉砂岩、黑色泥页岩及煤层互层为主。Ⅲ煤组上部厚层辉绿岩的侵入，为页岩气保存提供了良好的盖层[2-4]。平均埋藏深度为1275.62m，最大达1800m；厚度变化较大，在宣东深部及外围区厚度最大达500～800m（含辉绿岩），剔除辉绿岩下花园组厚度为400-600m。泥页岩有机地化特征是评价页岩气源岩生烃能力的重要指标，为页岩气赋存潜力评价提供重要的支撑依据[5]。

1.有机质类型

物源不同，沉积环境也有所不同，形成的原始有机质类型也各不相同，其结构组成及性质差异很大，导致生烃能力也不相同[6]。张页1井下花园组泥页岩样品有机显微组分显示，镜质组含量最高，惰质组次之，不同样品壳质组含量差别较大，腐泥组最低（图1）。高含量的镜质组和壳质组对泥页岩生气有利[7]。结合下花园组富有机质泥岩沉积背景可知，下花园组有机质类型以Ⅲ型为主。

图1 张页1井泥页岩有机显微组分分布

2.有机质丰度

有机质含量与页岩气生气潜力关系密切[8]。在该区张页1井、ZK1、ZK3采集下花园组泥页岩样品286块，样品基本覆盖了泥岩各层段。TOC测试结果显示：宣东地区下花园组泥页岩TOC平均为3.873%，且TOC值多数大于3%（图2）。

张页1井下花园组取泥页岩样品共120块（图2左），采样深度在470-1300m之间，均匀分布于整个钻井的下花园组，TOC分布范围较为稳定，主要在0.5%～10.0%之间，平均值为5.47%。ZK1钻孔下花园组取泥页岩样品共61块（图2中），采样深度在850m-1100m之间，基本覆盖各泥页岩层段，TOC主要分布在0.5%～3.0%之间，平均值为2.8%。ZK3钻孔下花园组取泥页岩样品共105块（图2右），采样深度在1300-1800m之间，覆盖该钻井整个下花园组，TOC分布范围主要在0.5%～5.0%之间，平均值为3.2%。

图2 下花园组页岩样品TOC分布

总体上，张页1井TOC平均值最高，ZK3钻孔次之，ZK1井最低，且三口井的TOC值整体趋势呈现分层段由上至下逐渐增高的特点。

有机质含量与页岩气生气潜力关系密切。不同样品岩性差异，测得有机碳含量差别较大。一般泥页岩中TOC大于0.5%达到生油岩标准，大于1.0%为好生油岩标准。区内下花园组泥页岩有机碳含量分布频率图（图3）显示：TOC大于0.5%占93.36%，TOC大于1.0%占72.03%，TOC大于2%占55.95%。下花园组地层暗色泥页岩有机碳含量处于富碳阶段，具有良好的生气潜力。

图3 下花园组有机碳含量分布百分比

3.有机质成熟度

图4 有机质成熟度分布图

有机质成熟度越高，有机质转化为液态生油烃与天然气程度越高，通过对下花园组泥页岩光片的镜质组反射率测试可知（图4），下花园组泥页岩成熟度主要分布在0.88%-1.59%之间，平均1.44%，属于高熟—过熟生气阶段。有两个异常高值分别为2.34%和4.43%，深度为695.54m、975.22m，位于辉绿岩附近，推测可能与辉绿岩侵入有关。

结合张页1井岩石样品热解实验，分析样品结果显示：Tmax介于450～500℃之间，平均491℃，属于高-过成熟演化阶段。生烃潜力S1+S2分布在0.27～87.53mg/g之间，平均15.91mg/g；氢指数HCI为1.82-257.99mg/g，平均101.49mg/g。综合热解Tmax值以及镜质体反射率，参考我国生油岩的Tmax范围[9]，认为下花园组暗色泥页岩处于高成熟湿气阶段，生烃潜力较高。

4.结论

宣东地区下花园组暗色泥页岩显微组分以惰质组和镜质组为主体，干酪根类型以Ⅲ型为主；有机碳含量变化范围大，平均为3.873%；镜质体反射率平均值1.44%，Tmax在451～599℃之间，平均491℃，属于高成熟湿气演化阶段。S1+S2为0.27～87.53mg/g，平均15.91mg/g；HCI在1.82～257.99mg/g之间，平均为101.49mg/g。综合有机质类型、有机质丰度和有机质成熟度，下花园组均有利于页岩气生成，且具有高有机质丰度、高热演化程度和高生烃潜力的特点，可作为页岩气有效源岩开展进一步研究工作。