柴达木盆地北缘侏罗系陆相页岩气研究现状

2022-02-21长江大学地球科学学院

内江科技 2022年1期

◇长江大学地球科学学院雷垒

在我国现代能源体系调整中，柴北缘侏罗系陆相页岩气逐步成为我国页岩气研究的热点，在此背景下，本文对柴北缘侏罗系陆相页岩气的成藏机理进行总结，确定柴北缘下侏罗统累计厚度在20～1200m，埋深在3000～16000m，TOC在0.5%～4.5%之间，Ro在0.19%～6.5%之间，中侏罗统累计厚度在50-350m之间，埋深在200～10000m之间，TOC在0.05%～5.5%之间，Ro在0.5%～1.6%之间，有机质类型皆以Ⅲ型为主，脆性指数均值在29.6%～74.4%之间。

1 前言

随着我国国民生活质量地提升，党和国家对生态环境的保护与治理工作地不断重视，国务院于2014年11月提出以“以气代煤”为核心的《能源发展战略行动计划（2014-2020）》，将天然气置于我国“安全-清洁-高效-可持续”的现代能源体系调整中首要的位置[1]。但随之而来的是我国常规天然气开发压力陡升，增不足耗，导致我国天然气对外依存度逐年增长。为缓解我国常规天然气资源的开发压力，以及在美国页岩气革命地影响下，页岩气作为一种以吸附或游离为主要存在状态“原地”赋存于暗色或高碳泥页岩中的非常规天然气[2]，被我国逐步重视起来。其中，陆相页岩气以0.50～7.92万亿方的技术可采资源量在海相页岩气之后逐步进入我国学者们的研究视野，而柴达木盆地北缘侏罗系发育的巨厚陆相泥页岩逐渐成为研究热点。在此基础上，本文总结柴北缘侏罗系陆相页岩气的研究成果，以期为后续勘探开发提供助力。

2 柴北缘侏罗系陆相页岩气研究现状

自1954年起，在我国地质矿产部相关部门组织下，柴达木盆地启动以小比例尺为主的地质调查，先后累计共发现25个常规油气田。以2010年为界，1954～1966年开展地面调查与浅井钻探，1967～1993年勘探重点向柴西转移，柴北缘区域勘探进度缓慢，1994年在吐哈盆地侏罗系油气突破的带动下，以煤成烃理论为依据，柴北缘油气勘探工作正式起步，“九五”、“十五”、“十一五”期间，青海油田联合相关部门与高校学者不断深入柴北缘油气的勘探研究工作，对其资源潜力有了深一步了解[3]；2010年之后围绕柴北缘侏罗系陆相页岩气的研究工作开始展开：2013年，由中国地质调查局油气资源调查中心领导施工的CY-1井在鱼卡凹陷石门沟组泥页岩中钻遇页岩气并成功压裂，“十三五”期间，西安市地质调查中心开始总结柴北缘侏罗系中侏罗统陆相页岩气的赋存方式与富集规律。目前，柴北缘侏罗系陆相页岩气在沉积特征、地质条件特征、储层特征等方面已经有了较为深入地研究，这是多年来我国学者不断深入探索与总结的成果。

3 柴北缘侏罗系陆相页岩气成藏机理

柴北缘侏罗系陆相页岩气的成藏条件包括厚度埋深、有机质特征等成藏特征，矿物组成等储层特征，其中泥页岩的厚度埋深用以评价陆相页岩气的成藏规模，有机质丰度、有机质成熟度、有机质类型等有机质特征用以评价陆相页岩气的生气潜力，矿物组成用以评价陆相页岩气藏后期压裂开发的效果。

3.1 厚度埋深

柴北缘下侏罗统陆相富有机质泥页岩分布较广，分布面积可达2.10×104k m2，累计厚度在20～1200m不等[3]，厚值区主要集中在在冷湖-一里坪-南八仙一带，整体累计厚度超过了800m，边缘区与大煤沟地区、大头羊地区属于厚度中值区，累计厚度在50～200m之间，剩余全吉山西部地区、锡铁山北部地区、埃南地区属于厚度低值区，厚度范围在20～50m。

中侏罗统陆相富有机质泥页岩分布面积与下侏罗统相近，约为2.05×104k m2，横向连续性相对较好，但累计厚度相对下降较多，分布在50～350m之间[3]。高值区较为分散，在德令哈凹陷北部与南部地区存在两个厚度高值区，平均累计厚度达到了300m，且分布范围相对较大。

柴北缘下侏罗统泥页岩埋藏深度呈现为北部山前构造带略浅于南部，东北-西南走向从冷湖-南八仙一带，至鄂梁博-一里坪一带，到红三旱-东丘陵一带先变深后变浅，最浅处在3000m左右，最深处可达16000m以下；中侏罗统陆相泥页岩埋深相对变浅，在200～10000m之间，在山前带从北至南，从赛南地区，至绿草山-大煤沟一带，到德令哈坳陷一带，埋深从最深先变浅，后波动剧烈，规律性不显。

3.2 有机质特征

有机质特征包括有机质丰度、有机质类型、有机质成熟等三方面。

对于有机质丰度，以总有机碳含量（TOC）为参数，下侏罗统TOC整体分布在0.5%～4.5%之间[3-4]，在冷湖-鄂梁博-一里坪一带与大煤沟-全吉山以北一带有机质丰度最高，分别存在4个与1个高值区，前者高值区较为集中，后者则距其他高值区较远，TOC均在3.0%～4.5%之间，属于优质TOC储层；中侏罗统TOC较下侏罗统整体略有升高，分布在0.05%～5.5%之间，但受富碳的煤层发育不均影响，分布范围略有分散，在绿梁山南北缘的鱼卡、大煤沟地区，与埃姆妮克山东南缘地区共包含3个高值区，在鱼卡地区TOC最高，最高可达5.5%。

对于有机质类型，以干酪根元素组成参数（H/C，O/C）与岩石热解参数（S1+S2）为划分依据，标准见表1，I-III型干酪根，有机质来源从以藻类为主变为以高等植物为主，生烃类型从以生油为主变为以生气为主。调研分析发现，下侏罗统陆相泥页岩中除鄂梁博、冷湖西部、西大滩部分地区为Ⅱ2型外，其余地区几乎均为Ⅲ型干酪根，中侏罗统陆相泥页岩除鱼卡部分地区为Ⅱ1- Ⅱ2型外，其余地区几乎均为Ⅲ型干酪根，表明柴达木盆地北缘中下侏罗统陆相泥页岩以生气为主，生油为辅，有利于陆相页岩气成藏。

表1 有机质类型划分标准

对于有机质成熟度，以镜质组反射率（Ro）为参数，将Ro值0.5%以下划分为未成熟阶段，0.5%～1.3%划分为成熟阶段，1.3%～2.0%划分为高成熟阶段，高于2.0%划分为过成熟阶段。下侏罗统陆相泥页岩在0.19%～6.5%，除冷湖地区波动较大，从未成熟-成熟-高成熟等各阶段均有包含，马海-南八仙一带受古隆起的原因处于未成熟阶段，大煤沟地区处于成熟-高成熟阶段，其他冷湖以西所有地区均处于高成熟-过成熟阶段；中侏罗统陆相泥页岩成熟度较下侏罗统整体有所降低，大部分地区Ro值处于0.5%～1.6%之间[4]，即成熟-高成熟阶段，仅大煤沟地区大头羊剖面与德令哈凹陷南北缘分别存在1个与2个高值区，Ro值均值分别为2.18%、2.09%，处于过成熟阶段。

3.3 矿物组成特征

通过西安地调中心的测试结果，得到柴北缘侏罗系发育的6套陆相泥页岩矿物组分含量特征[4]，分析发现，各层段矿物组分中皆以粘土矿物为主，在9.6%～67.1%之间，整体自下而上逐渐增大再减小，石英含量在各陆相泥页岩段中的含量仅次于粘土矿物，在4.3%～64.9%之间，有自下而上整体逐渐减小再增大的趋势，其余矿物则以白云石与菱铁矿相对含量较高，白云石含量在柴北缘下侏罗统小煤沟组底部泥页岩段至中侏罗统石门沟组底部泥页岩段中不断增加，最高达到了21.2%，菱铁矿含量则是受到早侏罗世小煤沟组中段沉积时期与中侏罗世石门沟组沉积时期局部-大范围湖侵作用的影响，在下侏罗统小煤沟组中部与中侏罗统石门沟组中发育的三段泥页岩中显著增加。根据储层脆性典型计算公式：BRIT=(V硅质矿物+V 长石+V碳酸盐矿物) /V全部矿物×100%，得出柴北缘中下侏罗统脆性指数均值在29.6%-74.4%之间，根据国内典型页岩气开发经验，均满足大于25%脆性指数的压裂要求。