临兴地区海陆过渡相页岩及页岩气地球化学特征

陈 鑫，吴 鹏，高计县，胡维强，丁万贵，李洋冰，柳雪青，马立涛，刘 成，孔 为，曹 地，陈建奇，李 勇

临兴地区海陆过渡相页岩及页岩气地球化学特征

陈 鑫1,2，吴 鹏3，高计县3，胡维强1,2，丁万贵3，李洋冰1,2，柳雪青1,2，马立涛1,2，刘 成1,2，孔 为1,2，曹 地1,2，陈建奇4，李 勇4

(1. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2. 中海油能源发展股份有限公司非常规勘探开发重点实验室，天津 300452；3.中联煤层气有限责任公司，北京 100011；4.中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

为揭示鄂尔多斯盆地东缘上古生界海陆过渡相页岩及页岩气地球化学特征，选取临兴地区页岩样，开展薄片鉴定、全岩和黏土含量、扫描电镜、有机碳、岩石热解、干酪根显微组分和干酪根碳同位素测试，分析页岩解吸气的气体组分和碳同位素组成。结果表明：临兴地区过渡相页岩矿物组分主要是石英和黏土矿物，含少量方解石、斜长石、钾长石、白云石和黄铁矿等。受矿物成因、沉积环境等多方面的影响，不同矿物组分与有机质赋存方式各异。石英与有机质存在2种赋存方式，黏土矿物存在3种赋存方式，黄铁矿存在4种赋存方式。有机质类型为Ⅱ2–Ⅲ型，有机碳含量平均值大于2.0%，干酪根碳同位素介于–24.5‰～–23.2‰。镜质体反射率介于0.92%～1.30%，max值介于427～494℃，有机质热演化达到成熟阶段。页岩气中烃类气以甲烷为主，含有少量乙烷、丙烷，总体属于干气。甲烷碳同位素均值为–40.0‰，介于海相页岩气和陆相页岩气甲烷碳同位素之间；乙烷碳同位素值介于–26.8‰～–22.56‰，均大于–29‰，整体呈现出13C1＜13C2＜13C3正碳序列。研究认为，该区页岩具备大量生成页岩气的潜力，页岩气主要来源于上古生界偏腐殖型页岩，属于由干酪根裂解而生成的有机热成因煤成气。

鄂尔多斯盆地东缘；海陆过渡相；页岩气；地球化学；成因类型

随着非常规油气的勘探开发，页岩气已经逐渐发展为一种重要的非常规天然气资源[1-3]。页岩气具有其独特的赋存方式，主要以游离和吸附状态赋存于页岩孔裂隙中，具有典型的“自生自储，原地成藏”的特点[4-9]。根据沉积环境，富有机质页岩主要分为海相页岩、海陆过渡相页岩和陆相页岩三大类。目前，四川盆地五峰组–龙马溪组的海相页岩气勘探开发取得巨大成功[10-12]，民和盆地窑街组、雅布赖盆地新河组以及鄂尔多斯盆地延长组的陆相页岩气勘探开发也取得长足进展[13-15]，而海陆过渡相页岩气勘探开发还处于起步阶段，研究工作相对较少。近年来，我国先后在鄂尔多斯盆地、柴达木盆地以及四川盆地等围绕海陆过渡相页岩地层进行钻探，气测显示良好，部分页岩段压裂测试获得工业气流，表明海陆过渡相页岩气具有良好的勘探开发前景[16-22]。

中国海陆过渡相页岩主要发育于石炭–二叠系，分布在西北的柴达木盆地、准噶尔盆地，华北的鄂尔多斯盆地、沁水盆地和南华北盆地的石炭–二叠系和南方地区的四川盆地和中下扬子地区的二叠系[16-24]。匡立春等[24]研究认为，鄂尔多斯盆地东缘有望在海陆过渡相页岩气领域率先实现突破，形成规模化产能，进而成为中国天然气产业新的战略接替资源。笔者通过对鄂尔多斯盆地东缘临兴地区的5口钻井页岩岩心样品现场解吸含气性、碳同位素测试以及页岩地球化学参数等测试，探讨页岩地球化学特征及其成因类型，并与典型的海相、陆相页岩气地球化学特征差异进行对比分析，以期为该区块页岩气资源勘探评价与开发提供借鉴。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地是我国华北地台西部的一个大型含油气克拉通盆地[25-26]。临兴地区地处晋西挠褶带上(图1a)，总体为简单的东高西低单斜构造[27-28]。在早白垩世，由于中东部紫金山岩体的侵入，形成紫金山隆起区，导致其周围断层裂缝较为发育[29-30]，且导致研究区中部地层倾角显著大于周边，中部等深线更密集。在晚古生代古地理演化过程中主要经历了陆表海盆地为主的海相沉积、近海湖盆为主的海陆过渡相沉积以及内陆坳陷湖盆为主的陆相沉积[31-33]。受紫金山隆起和区域地质构造运动的影响，水体动荡较为频繁，主要形成滨浅海—三角洲前缘—滨浅湖相多期沉积旋回，发育多套海相和海陆过渡相沉积地层，并夹有多套煤层。含煤沉积地层自下而上依次为本溪组(C2)、太原组(P1)和山西组(P1)[5,22,24,33]。在本溪组—太原组主要发育陆表海环境下的潮汐三角洲–障壁海岸沉积体系，随后发生海退，山西组主要发育海陆过渡环境下的浅水三角洲沉积体系。

图１ 研究区位置及样品采集点

临兴地区上古生界海陆过渡相页岩主要为富有机质暗色页岩和炭质页岩，累计页岩厚度90～120 m，平均页岩厚度105 m[34]。上古生界海陆过渡相煤系页岩与致密砂岩、煤层频繁交互沉积，导致页岩单层沉积厚度较薄、累积沉积厚度较大，为该区页岩气生成与富集奠定了良好的物质基础。

2 样品采集与实验方法

2.1 样品采集

本次共采集临兴地区5口页岩气井(图1b)26个气样，300余个页岩样品。钻井取心后，立即将页岩岩心样品放入页岩专用解吸罐内，然后将解吸罐放入与地层温度一致的45℃的恒温水浴锅中进行恒温加热解吸。按照SY/T 6940—2020《页岩含气量测定方法》对页岩气现场解吸，得到现场解吸气量，并将岩心和页岩解吸气样均运回实验室用于后续实验。

2.2 实验方法

将采集到的气样进行页岩气组分分析和页岩气碳同位素测试；页岩样进行热解、有机碳、镜质体反射率、氯仿沥青“A”、干酪根显微组分和碳同位素分析，以上测试均由中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司非常规实验中心完成。利用Agilent 7890B气相色谱仪对26样次的页岩解吸气进行组分分析，Agilent 7890B气相色谱仪与Elementar isoprime vision同位素测定仪联测对26样次的页岩解吸气进行稳定碳同位素分析，Rock-Eval 6热解分析仪对107样次的页岩进行岩石热解分析，CS-744碳硫分析仪对107样次页岩进行有机碳含量分析，CRAIC 508PV显微镜光度计对42样次页岩进行镜质体反射率分析，YSB2全自动多功能抽提仪对19样次页岩进行氯仿沥青“A”分析，DM4P生物荧光显微镜对7样次页岩干酪根进行显微组分鉴定，Vario MICRO cube有机元素分析仪与Elementar isoprime vision同位素测定仪联测对7样次页岩干酪根进行碳同位素测定。

3 结果与讨论

3.1 页岩矿物与有机质特征

3.1.1 页岩矿物组成

临兴地区上古生界页岩段的岩性主要为黑色–灰黑色炭质页岩、深灰色暗色页岩夹粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等，其中粉砂岩和泥质粉砂岩主要以夹层或条带状形式发育。通过对页岩样品进行薄片鉴定和X-衍射全岩黏土分析表明，研究区页岩中矿物成分主要为石英和黏土矿物，含少量长石和碳酸盐岩类矿物，偶见黄铁矿，有机质呈纹层状分布(图2a)，见部分炭屑、炭质条带。石英质量分数主要介于25%～52%，均值为37.0%。黏土矿物主要介于25%～73%，均值为52.7%。碳酸盐岩类矿物含量较少，偶见方解石充填微裂缝(图2b)、铁白云石胶结交代碎屑颗粒(图2c)。胶结物主要为泥质，在颗粒间呈不均匀分布，主要呈纹层状、条带状或斑状聚集(图2d)。

3.1.2 矿物与有机质赋存关系

1) 石英与有机质

研究区页岩石英成因主要有2种：陆源石英和成岩自生石英。不同的石英成因类型，导致其与有机质赋存方式不同。陆源石英的颗粒较大，其边缘主要呈次圆状—次棱角状，有机质充填于颗粒间，有机质与陆源石英颗粒呈突变接触，具有清晰的边界线(图3a)。早期有机质通过塑性流动充填在陆源石英颗粒之间，后期经过热裂解呈固定形态。在成岩过程中，蒙脱石向伊利石转化析出的硅质形成成岩自生石英，自生石英主要以微米级的颗粒镶嵌于有机质中(图3b)。

图3 页岩中石英与有机质赋存关系

2) 黏土矿物与有机质

研究区上古生界页岩黏土矿物主要以3种方式充填于有机质中。第一种充填方式是黏土矿物层间充填有相对较硬的固体颗粒，如自生石英、黄铁矿等(图4a)，黄铁矿颗粒呈条带状，且形态各异，与黏土矿物呈紧密接触，支撑片状黏土矿物，为烃类充注提供储存空间；第二种充填方式是黏土矿物层间充填少量或者无固体颗粒，主要呈定向性的片状堆积，通常会富集部分无定形有机质分散于相对较大粒径的固体颗粒之间(图4b)。第三种充填方式是固体颗粒间的黏土矿物多呈现混乱而无定向堆积充填于大片连续有机质中(图4c)。

3) 黄铁矿与有机质

黄铁矿一般是在强还原环境下形成，其分布与有机质有着密切的关系。研究区页岩中黄铁矿以多种形态存在，如莓状单体、莓状集合体、自形晶体、自形晶集合体、他形晶体及他形晶体集合体等形态。莓状单体及其集合体黄铁矿的内部存在有机质(图5a)；自形晶体黄铁矿通常分布于黏土矿物层间，被有机质包围(图5b)；自形晶集合体及其内部富集有机质(图5c)；在有机质附近，可见大小不一的他形颗粒状黄铁矿(图5d)。

3.2 页岩地球化学特征

3.2.1 有机质丰度

有机质丰度是衡量和评价页岩生烃潜力的一个关键性指标。本文利用总有机碳含量(TOC)和生烃潜量(1+2)来进行综合评价。通过对临兴地区上古生界页岩样品总有机碳、岩石热解进行测试分析(表1)表明，山西组页岩TOC质量分数主要分布于0.52%～8.63%，中位值为1.58%；(1+2)主要分布于0.31～17.50 mg/g，中位值为1.17 mg/g。太原组页岩TOC质量分数主要分布于0.51%～7.87%，中位值为2.12%；1+2主要分布于0.26～11.090 mg/g，中位值为1.68 mg/g。本溪组页岩TOC质量分数主要分布于0.56%～17.10%，中位值为1.73%；1+2主要分布于0.20～31.60 mg/g，中位值为1.17 mg/g。从整体来看，研究区页岩有机质丰度较高，主要分布于1.0%～3.0%，为生成大量页岩气奠定物质基础。

图4 页岩中黏土矿物与有机质赋存关系

图5 页岩中黄铁矿与有机质赋存关系

表1 临兴地区上古生界页岩有机质丰度分布

注：0.52～8.63/1.58(37)表示最小～最大值/中位值(样品数)，下文同。

3.2.2 有机质类型

不同有机质类型的生烃门限、产物类型和生烃潜力等方面存在较大差异，是页岩生气能力评价的一个重要指标。本文利用岩石热解参数、干酪根镜检参数，以及干酪根碳同位素参数等来综合判识研究区有机质类型。临兴地区上古生界页岩热解实验表明，氢指数主要分布于24.15～287.38 mg/g，其中氢指数小于150 mg/g的占99%，仅有1%的样品氢指数介于150～350 mg/g，表明其有机质类型以腐殖型为主，含有少量腐泥–腐殖型。

研究区干酪根显微组分鉴定及碳同位素测定结果(表2)显示，临兴地区山西组页岩干酪根显微组分以镜质组为主，其次是惰质组和壳质组，含有少量腐泥组，干酪根类型指数小于0，干酪根碳同位素13C值主要分布于–23.00‰～–24.00‰(表2)，表明其母质类型主要来源于陆生高等植物，具有腐殖型特征，属于Ⅲ型。太原组–本溪组页岩干酪根显微组分以壳质组为主，其次是镜质组，含有少量惰质组和腐泥组，干酪根类型指数介于0～40，干酪根碳同位素13C值主要分布于–23.00‰～–25.00‰(表2)，表明其母质具有偏腐殖型特征，属于Ⅱ2型。综合分析认为，临兴地区上古生界海陆过渡相页岩有机质类型不单一，主要为腐殖型，含有部分腐泥–腐殖型，有机质整体属于Ⅱ2–Ⅲ型，为页岩生气提供多元有机质，具有生成大量页岩气的潜力。

3.2.3 有机质成熟度

有机质热演化成熟度是富含有机质页岩生气条件评价的一个重要参数。本文利用页岩干酪根镜质体随机反射率(ran)和页岩最高热解峰温(max)来进行综合评价。临兴地区上古生界页岩ran和max测试结果(表3)表明，ran值主要介于0.92%～1.30%，均值为1.07%；max介于427～494℃，均值为466.9℃。其中，山西组页岩ran值介于0.92%～1.11%，均值为1.02%，max介于427～486℃，均值为464.1℃；太原组页岩ran值介于1.01%～1.09%，均值为1.06%，max介于451～481℃，均值为465.4℃；本溪组页岩ran值介于1.06%～1.30%，均值为1.15%，max介于428～494℃，均值为470.9℃。根据有机质成熟度阶段划分标准[35-36]，研究区页岩有机质处于成熟阶段，有利于生成大量页岩气。

表2 临兴地区上古生界页岩干酪根镜检和碳同位素测试结果

表3 临兴地区上古生界页岩Rran和tmax值统计结果

临兴地区受区域地质构造运动的影响，水体动荡较为频繁，主要形成滨浅海—三角洲前缘—滨浅湖相多期沉积旋回，发育多套海相和海陆过渡相沉积地层，并夹有多套煤层，有利于页岩气资源富集。本溪组—太原组发育一套潮汐三角洲–障壁海岸沉积页岩层系，随后发生海退，在山西组发育一套浅水三角洲沉积页岩层系。

由于海陆过渡相页岩沉积与煤层、煤线、炭质泥岩、粉砂岩、砂岩互层，并且横向变化较快，导致海陆过渡相页岩TOC值一般高于海相和陆相页岩。临兴地区上古生界海陆过渡相页岩与国内海相、陆相及海陆过渡相页岩地球化学特征对比(表4)表明，海陆过渡相、海相及陆相页岩有机碳含量均较高，其均值都大于2%，具有良好的生气基础。从有机质类型来看，由于沉积环境不同，母源物质来源不同，导致有机质类型各异。临兴地区海陆过渡相页岩与国内民和盆地、雅布赖盆地及延长探区陆相页岩相似，主要是Ⅱ2–Ⅲ型，以生气为主，而海相页岩有机质主要是Ⅰ型，初始阶段以生油为主，热演化程度升高，一方面是原油发生裂解，另一方面，有机质由生油逐渐转变为生气。从有机质热演化程度来看，由于地层时代、埋深、地质构造运动等原因，导致不同地方不同沉积环境的有机质热演化差别较大，从成熟–高成熟–过成熟页岩都有分布。一般海陆过渡相页岩处于成熟–高成熟阶段，海相页岩处于高成熟–过成熟阶段，陆相页岩处于低成熟–成熟阶段。对比发现，临兴地区上古生界海陆过渡相页岩处于成熟阶段，远远低于四川盆地龙马溪组和黔北地区牛蹄塘组海相页岩，而高于民和盆地窑街组和雅布赖盆地新河组陆相页岩，有利于生成页岩气。参考页岩气地质评价方法[36]对比分析临兴地区海陆过渡相页岩气有利区划分条件指标表明，临兴地区上古生界海陆过渡相页岩埋深主要介于1 700～2 300 m，泥地比大于70%，总含气量主要介于0.52～2.49 m3/t，均值为1.11 m3/t，有机碳质量分数平均值为2.58%，ran值均大于0.9%，有机质类型为Ⅱ2–Ⅲ型，页岩气有一定厚度的上覆地层，构造稳定，保存条件良好，具有良好生成页岩气的物质基础。

表4 临兴地区海陆过渡相页岩与海相、陆相页岩地球化学特征对比

3.3 页岩气地球化学特征

3.3.1 页岩气组分

临兴地区上古生界页岩现场解吸含气量测试共26个，取样深度主要分布在1 721.9～2 231.05 m，属于中深含气层。由于海陆过渡相页岩具有很强的非均质性，导致页岩中的含气量差异性较大。通过现场页岩气解吸，解吸样品含气量主要介于0.10～ 0.56 m3/t，均值为0.25 m3/t。

临兴地区上古生界页岩烷烃气组分含量测试结果(表5)表明，主要是烃类气(CH4、C2H6、C3H8、C4H10)和非烃类气(CO2和N2)。

研究区页岩解吸气样品烃类气体中，以甲烷为主，含有少量其余烃类气。其中，甲烷占比90.75%～ 98.74%，平均值为96.53%，甲烷气含量分布范围较广，表明该区页岩含气性非均质性较强。除了甲烷气外，其余烃类气体含量较少，其中乙烷占比0.91%～8.05%，均值为3.06%，丙烷占比0.14%～ 1.04%，均值为0.35%，C4以上的烷烃气不超过0.1%，没有检测出C5+以上的组分。研究区干燥系数(C1/C1-5)介于0.907～0.987，均值为0.965，其中干燥系数大于0.95的页岩气占88%以上，属于干气，仅有3个页岩气样品属于湿气。

表5 临兴地区上古生界页岩气中烃类气体组成统计结果

3.3.2 页岩气碳同位素

临兴地区上古生界页岩气碳同位素测试结果(表6)表明，13C1平均值本溪组最大，山西组其次，太原组最小；13C2平均值太原组最大，本溪组其次，山西组最小；13C3平均值山西组最大，太原组其次，本溪组最小。研究区海陆过渡相页岩气甲烷碳同位素值均小于–30‰，并且整体呈现出13C1<13C2<13C3的现象(表6)，属于有机成因气。

通过临兴地区海陆过渡相与中国海相、陆相页岩气碳同位素对比(表6)表明，临兴地区上古生界海陆过渡相页岩气13C1主要介于–43.7‰～–35.1‰，13C2主要介于–26.8‰～–18.6‰；四川盆地焦石坝地区龙马溪组、五峰组–龙马溪组和东北地区下寒武统、宜昌地区水井沱组海相页岩气13C1主要介于–33.8‰～–28.36‰，13C2主要介于–39.2‰ ～–33.6‰；鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩气13C1主要介于–53.4‰～–44.9‰，13C2主要介于–41.1‰～–31.1‰。综合分析以上3种不同沉积环境页岩气碳同位素对比显示，陆相页岩气的13C1最轻，海相页岩气的13C1最重，海陆过渡相页岩气的13C1介于它们之间。

表6 临兴地区海陆过渡相与海相、陆相页岩气碳同位素对比表

注：–43.7～–36.3/–40.0表示最小～最大值/平均值。

3.4 页岩气成因类型

页岩气属于非常规天然气，其成因类型主要有3种：生物成因气、热成因气和混合成因气[42-44]。前人对天然气组分相关研究结果[45]表明，干酪根裂解气和原油裂解气的1/2值和2/3值呈现出不同变化趋势。其中，干酪根裂解气表现出1/2值快速增大，2/3值基本上保持不变；原油裂解气表现出1/2值基本上保持不变；2/3值迅速增大。鉴于不同成因天然气的1/2值和2/3值的不同表现形式，可以利用ln(1/2)和ln(2/3) 的变化关系来判识成因。从临兴地区上古生界海陆过渡相页岩气的ln(1/2)和ln(2/3)关系图(图6)来看，ln(1/2) 值与ln(2/3)值相差不大，样品点主要分布在干酪根初次裂解范围内，表明研究区页岩气主要是干酪根初次裂解气。

图6 临兴地区上古生界页岩气ln(C1/C2)和ln(C2/C3)关系

通常天然气组分及其碳同位素是判识天然气成因类型的重要参数[46-48]。根据不同成因的天然气组分和碳同位素的关系，国内外许多研究学者建立了相应的天然气成因判识图版。其中，张义纲[49]建立的13C1–(13C2–13C1)天然气成因类型判识图版和M. J. Whiticar(1999)建立的13C1–1/(2+3)天然气成因鉴别图版[50]显示，临兴地区上古生界海陆过渡相页岩气样品数据点均散落在热成因气范围内(图7)，表明研究区页岩气均属于有机热成因气。另外，据图8显示，样品点基本上都分布在Ⅱ–Ⅲ型干酪根附近，表明研究区页岩气主要来源于腐殖型有机质，这与前文分析的页岩有机质类型一致。

图7 临兴地区上古生界页岩气δ13C1–(δ13C2–δ13C1)关系(图版据张义纲[49]，1991)

图8 临兴地区上古生界页岩气δ13C1–C1/(C2+C3)关系(图版据M. J. Whiticar[50]，1999)

有机热成因气主要分为煤成气、油型气和煤成气与油型气的混合气。根据前人的研究成果[46-52]，天然气中13C2的特征主要是继承了其母质干酪根碳同位素特征，所以天然气13C2是研究判识天然气成因类型的一个重要参数。其中，13C2>–29‰属于煤成气，13C2<–30‰属于油型气，13C2为–30‰～ –29‰属于煤成气与油型气的混合气。临兴地区上古生界海陆过渡相页岩干酪根碳同位素分布于–23.2‰～–24.5‰，页岩气13C2为–26.8‰～ –22.56‰，均大于–29‰，继承了干酪根碳同位素特征，属于自生自储的煤成气。利用戴金星等(2012)建立的天然气中13C1–(13C2–13C3)有机成因鉴别图版[51]显示(图9)，临兴地区上古生界海陆过渡相页岩气绝大部分分布在煤成气区域，仅有少部分散落在煤成气、油型气和混合气区。根据孙少平(2012)建立的13C2–13C1天然气成因类型判识图版[52]表明(图10)，临兴地区上古生界海陆过渡相页岩气均属于成熟煤成气。

图9 临兴地区上古生界页岩气δ13C1–δ13C2–δ13C3关系(图版据戴金星等[51]，2012)

图10 临兴地区上古生界页岩气δ13C2–δ13C1关系(图版据孙平安等[52]，2012修改)

4 结论

a.临兴地区上古生界海陆过渡相页岩矿物组分主要是石英和黏土矿物，含少量方解石、斜长石、钾长石、白云石和黄铁矿等。石英与有机质存在2种赋存方式，有机质主要赋存于石英颗粒间；黏土矿物存在3种赋存方式，有机质主要赋存于黏土矿物层间；黄铁矿存在4种赋存方式，有机质主要赋存于莓状黄铁矿集合体。

b. 临兴地区上古生界海陆过渡相页岩有机碳质量分数含量平均值为2.58%，大于海陆过渡相页岩生气下线；干酪根碳同位素介于–24.5‰～–23.2‰，整体属于Ⅱ2–Ⅲ型，为页岩生气提供多元有机质；镜质体反射率值介于0.92%～1.30%，max值介于427～ 494℃，有机质整体处于成熟阶段，具备生成大量页岩气的潜力。

c. 临兴地区上古生界海陆过渡相页岩气烃类气体中以甲烷为主，含有少量乙烷和丙烷，总体属于干气。页岩气甲烷碳同位素值介于–43.7‰～ –35.1‰，均小于–30‰，介于海相页岩气和陆相页岩气甲烷碳同位素之间；乙烷碳同位素值介于–26.8‰～–22.56‰，均大于–29‰，并且整体呈现出13C1<13C2<13C3正碳序列。页岩气主要来源于上古生界偏腐殖型页岩的干酪根初次裂解气，整体属于自生自储的有机热成因煤成气。

d. 对比临兴地区海陆过渡相页岩不同矿物组成与有机质赋存方式、有机质丰度、类型、成熟度、气体组成和碳同位素等参数指标，综合分析页岩生烃潜力和页岩气成因类型，预测该区拥有较好的页岩气成藏条件，具备良好的页岩气资源前景，值得进一步深入研究，为研究区后期海陆过渡相页岩气勘探开发提供重要指导依据。

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Geochemical characteristics of marine-continental transitional facies shale and shale gas in Linxing area

CHEN Xin1,2, WU Peng3, GAO Jixian3, HU Weiqiang1,2, DING Wangui3, LI Yangbing1,2, LIU Xueqing1,2,MA Litao1,2, LIU Cheng1,2, KONG Wei1,2, CAO Di1,2, CHEN Jianqi4, LI Yong4

(1. CNOOC Energy Technology-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China; 2. CNOOC Energy Technology & Services Limited Key Laboratory for Exploration & Development of Unconventional Resources, Tianjin 300452, China; 3.China United Coalbed Methane Corporation Ltd., Beijing 100011, China; 4.School of Geoscience and Surveying, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing 100083, China)

In order to reveal the geochemical characteristics of shale and shale gas on the east edge of Ordos Basin, thin section identification, full rock and clay content, scanning electron microscope , organic carbon, rock pyrolysis, kerogen macerals, and kerogen carbon isotopes were tested, and the gas component and carbon isotopes composition of shale were analyzed. The results show that the mineral component of the transitional facies shale in Linxing area is mainly quartz and clay minerals, containing a small amount of calcite, plagioclase, potassium feldspar, dolomite and pyrite. Affected by the mineral genesis and deposition environment, different mineral components and organic matter occur in different ways. There are two deposit patterns of quartz and organic matter, 3 patterns of clay minerals, and 4 patterns of pyrite. The organic matter type is Ⅱ2-Ⅲ type, the average organic carbon content is greater than 2.0%, and the kerogen carbon isotopes are from –24.5‰ to –23.2‰. The vitrinite reflectivity is from 0.92% to 1.30%,maxis 427～494℃, and the thermal evolution of organic matter reaches maturity. In shale gas, hydrocarbon gas is mainly methane, containing a small amount of ethane and propane, which is generally dry gas. The mean methane carbon isotope is –40.0‰, between marine shale gas and terrestrial shale gas, ethane carbon isotopes from –26.8‰ to –22.56‰, both more than –29 ‰, showing13C1<13C2<13C3positive carbon sequence. It is believed that the shale in the area has the potential to generate shale gas. The shale gas is mainly derived from humic shale in the upper Paleozoic boundary, which belongs to the organic thermal coal gas generated by the cracking of cheese root.

eastern margin of Ordos Basin; marine-continental transitional facies; shale gas; geochemistry; genetic type

语音讲解

TP028.8

A

1001-1986(2021)06-0012-12

2021-05-10；

2021-07-23

国家自然科学基金项目(42072194)；国家科技重大专项项目(2016ZX05066)

陈鑫，1981年生，男，河南漯河人，工程师，从事天然气成藏及相关实验研究工作. E-mail：chenxin3@cnooc.com.cn

吴鹏，1988年生，男，山东泰安人，博士，高级工程师，从事非常规油气勘探与开发工作. E-mail：wupeng19@cnooc.com.cn

陈鑫，吴鹏，高计县，等. 临兴地区海陆过渡相页岩及页岩气地球化学特征[J]. 煤田地质与勘探，2021，49(6)：12–23. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.06.002

CHEN Xin，WU Peng，GAO Jixian，et al. Geochemical characteristics of marine-continental transitional facies shale and shale gas in Linxing area[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(6)：12–23. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021. 06.002

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(责任编辑 范章群 聂爱兰)