赣西北地区荷塘组页岩气有机地化特征分析*

2023-11-10肖紫山

江西煤炭科技 2023年4期

王鹤，肖紫山

（1.江西省煤田地质勘察研究院，江西南昌 330001；2.江铃控股有限公司，江西南昌 330001）

为摸清江西省页岩气资源潜力、成藏条件及总体分布情况，江西省煤田地质局下达了页岩气资源调查评价专项任务（赣煤地字〔2015〕46 号）。本次工作为其中的一个课题，重点摸清赣西北九江地区底寒武统荷塘组泥页岩的页岩气形成条件、分布特征、主控因素与富集规律，预测页岩气资源量，在赣西北页岩气远景区内进一步划分出页岩气有利区。

1 区域地质概况

赣西北地区处于下扬子陆块的九江坳陷，由双桥山群组成变质褶皱基底，震旦- 三叠系组成沉积盖层。该地区北侧大致以赣鄂省界为界，南经九江坳陷南缘滑脱断裂带与九岭隆起分界，东至彭泽，西至杨津、莲花，总体为一近东西向延伸并向南凸出的弧形地带[1]。地理位置上位于江西省西北部，隶属于九江地区，西起修水县，东至彭泽县。调查区整体处于九江行政区域，面积约10 000 km2。区内荷塘组分布范围较广，整个调查区内均有分布。在西部修水- 武宁复向斜一带荷塘组厚度约68.8～373.11 m；中部九江- 瑞昌复向斜荷塘组厚度约58.62～231 m；东部彭泽向斜一带荷塘组厚度约162.35～302.1 m。整体来看，荷塘组在调查区内由西往东厚度逐渐增大。

2 目的层有机地化特征

页岩中有足够数量的有机质是形成页岩气的物质基础，是决定岩石生烃能力的主要因素。本次分析用有机质丰度、有机质类型及有机质成熟度来衡量和评价岩石的生烃潜力。

2.1 有机质丰度特征

页岩的有机质丰度，指单位重量的烃源岩中有机质的百分含量，是评价页岩气源岩生烃能力的重要参数之一。有机质丰度不仅控制着页岩的理化学性质，影响着页岩气的赋存方式，也在一定程度上控制着页岩裂缝的发育程度及页岩的含气量。故研究页岩的有机质丰度，对页岩气储层的评价有重要意义[2]。

页岩气主要以吸附态、游离态赋存于有机质页岩中，其中吸附气主要吸附在有机质颗粒表面，这就意味着页岩中的有机质不但可以生成页岩气，亦可将生成的页岩气吸附在有机质表面，从而形成页岩气聚集。因此，有机碳含量高意味着更高的生烃潜力和对生成页岩气更好的吸附能力[3]。目前，常用的评价页岩有机质丰度的有机地球化学参数有：总有机碳含量（TOC）、氯仿沥青“A”、岩石热解生烃潜量（S1+S2）、总烃（HC）等。

荷塘组岩性为黑色炭质页岩、炭质硅质页岩，底部含石煤层。从对荷塘组所测的105 个样品（含收集样品数）的TOC 值统计情况来看，该套地层的有机碳含量总体显高值，含量在0.29%～23.78%之间，平均4.4%，如图1 所示。其中，统计分析得出，荷塘组TOC 值大多数样品（43 块）均集中在1%～4%，占样品总数的44%；TOC 值大于4%多为石煤层附近采集的样品（39 块），占样品总数的37%，少部分样品为风化样品，TOC 值小于1%。整体来说，荷塘组页岩有机质丰度普遍较高，属于非常好的烃源岩[4]。

图1 荷塘组TOC 值含量分布

图3 RDZ01 荷塘组TOC 值柱状图

在垂直向上，荷塘组TOC 值具有明显的规律，通过恢复剖面柱状及钻孔样品的统计，在纵向上，荷塘组整体呈现出由下至上TOC 值逐渐降低的变化趋势。主要是与荷塘组岩性具有明显的相关性。荷塘组底部为炭质页岩、石煤层，向上逐渐过渡为炭质页岩、粉砂质炭质页岩、含碳页岩，沉积环境上水体也逐渐变浅，导致TOC 值逐渐降低。

在横向上，赣西北地区荷塘组泥页岩有机质丰度的变化规律：由向斜边缘向核部逐渐升高，由西向东逐渐降低。修武盆地整体南翼要比北翼平均有机质丰度要低。赣西北地区荷塘组以泥质沉积为主，由西往东逐渐出现砂质成分，且西部沉积厚度相对中部和东部更厚，沉积有机质更多，因此TOC 值相对来说西部更高。

荷塘组在本次调查的地区中广泛发育，修武盆地平均有机碳含量达到7.75%，九瑞盆地和彭泽盆地平均有机碳含量均大于2.0%。可见，荷塘组在本地区为优质烃源岩。

2.2 有机质类型

针对荷塘组泥页岩干酪根显微组分做了5 个样品的化验分析，另外收集到14 个样品的分析数据。测试结果（如表1、图4 所示）显示荷塘组干酪根显微组分以腐泥组占优势，质量分数在5%～98%之间，平均为73.84%；壳质组含量次之，质量分数在0%～95%，平均为23.16%，并且壳质组只在位于九江- 瑞昌复向斜和彭泽复向斜的样品中被检测到，且质量分数很高，而在修水- 武宁复向斜中的样品未能检测到壳质组；镜质组含量较少（平均2.84%），个别样品见少量惰性组，且只存在于九江- 瑞昌复向斜和彭泽复向斜样品中。所有样品均不含树脂体。根据干酪根类型指数公式，计算出皮园村组各样品干酪根类型指数TI，荷塘组干酪根类型指数平均为83，由表1 可知属Ⅰ型-腐泥型干酪根。在所测试19 个样品中有14 个为Ⅰ型干酪根，占样品总数73.7%；5 个为Ⅱ1型干酪根，占样品总数26.3%。根据以上分析可知，由于所属构造单元的不同，干酪根类型也有所差异：九江- 瑞昌复向斜和彭泽复向斜荷塘组泥页岩干酪根类型主要为Ⅱ1型- 腐殖腐泥型，而修水-武宁复向斜荷塘组泥页岩干酪根主要为Ⅰ型-腐泥型。

表1 荷塘组干酪根显微组分统计

图4 荷塘组干酪根显微组分含量分布

2.3 有机质成熟度

页岩中有机质成熟度不仅可以用来预测页岩的生烃潜能，还能用来评价高变质页岩储层的潜能，是页岩气聚集形成的重要指标[5]。

赣西北地区荷塘组泥页岩测了61 个样品的有机质成熟度Ro 值，测试分析结果见表2。测试结果显示，荷塘组泥页Ro 普遍较高，主要集中在0.92%～3.48%之间，平均为2.13%。其中，绝大部分样品有机质成熟度在1.2%以上。反射率分布如图5 所示。整体来看，赣西北地区荷塘组页岩达到了成熟-过成熟演化阶段[6]。

表2 荷塘组泥页岩成熟度（Ro）统计

图5 荷塘组地表样品反射率分布

在平面上，荷塘组与皮园村组埋深大致相似，且经历构造活动也大体一致，表现出的有机质成熟度的变化趋势也大致相似。修水- 武宁复向斜荷塘组泥页岩Ro 在1.87%～3.41%之间，平均2.53%；九江- 瑞昌复向斜荷塘组泥页岩Ro 在0.92%～3.31%之间，平均1.71%；彭泽复向斜荷塘组泥页岩共测5 个样品，Ro 在3.24%～3.48%之间，平均3.33%。分析以上数据可知，在平面分布上，荷塘组页岩整体有机质成熟度由西向东逐渐降低再升高的变化趋势。

赣西北地区目的层页岩经历了多期构造运动，后期改造、抬升剥蚀作用强烈。较长地史时期内的深埋作用导致赣西北古生界海相烃源岩热演化程度普遍较高，荷塘组镜质体反射率高于2.0%，达到了成熟-过成熟阶段。

不同类型的干酪根进入生气窗的界限不一样，通常为有机质成熟度值处于1.2%～1.4%范围，但主生气期（即天然气的生成量占总生气量的70%～80%）对应的Ro 值，Ⅰ、Ⅱ型干酪根为1.2%～2.6%之间。目的层的有机质成熟度Ro 值处于主生气期范围，有机质均进入大量生气阶段。