松遼盆地南部白堊系青山口組頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及生儲(chǔ)有利區(qū)預(yù)測

趙佳楠，陳永進(jìn)，姜文斌

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083； 2.中國地質(zhì)大學(xué) 教育部海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

0 引言

隨著美國頁巖氣勘探開發(fā)取得顯著成功，頁巖氣作為一種新能源逐漸受到各國重視，并迅速成為天然氣開發(fā)的重點(diǎn)研究對(duì)象.頁巖氣屬非常規(guī)天然氣，世界范圍內(nèi)頁巖氣資源儲(chǔ)量巨大，約為456×1012m3，占非常規(guī)天然氣總儲(chǔ)量的1／2，與煤層氣和致密砂巖氣資源總量相當(dāng)［1］.中國頁巖氣開發(fā)正處于探索階段，以分布面積廣、資源類型多、沉積環(huán)境多樣和資源潛力巨大為特征［2-3］.中國頁巖氣可采資源總量為31×1012m3［4］，中國南部頁巖氣可開采量約占總量的1／2，且古生代有機(jī)質(zhì)頁巖產(chǎn)氣量約占中國頁巖氣資源總量的66.7%［5-6］.

松遼盆地是中國大中型含油氣盆地之一，廣泛分布湖相中厚層富含有機(jī)質(zhì)頁巖［7］.湖相富有機(jī)質(zhì)頁巖主要形成于古生代晚期二疊紀(jì)、中生代和新生代早期［8］.松遼盆地發(fā)育中生代白堊紀(jì)湖相富有機(jī)質(zhì)頁巖，賦存于下白堊統(tǒng)青山口組、嫩江組、沙河子組和營城組頁巖中［9］，且全盆地廣泛分布.筆者分析松遼盆地南部白堊統(tǒng)青山口組烴源巖質(zhì)量、儲(chǔ)層特征和資源潛力，根據(jù)青山口組頁巖氣形成條件，預(yù)測松遼盆地南部白堊系青山口組頁巖氣生儲(chǔ)有利區(qū)，有利于該地區(qū)頁巖氣進(jìn)一步勘探開發(fā).

1 地質(zhì)背景

松遼盆地位于中國東北部，橫跨吉林、遼寧和黑龍江三省，是中國大型中、新生代陸相含油氣盆地，是中國陸相油氣資源最豐富的盆地之一.以嫩江、松花江和拉林江為界，將盆地分為南北兩部分，松遼盆地南部主要位于吉林省境內(nèi)，面積約為13.3×104km2，占松遼盆地總面積的51.2%.松遼盆地構(gòu)造位置處于天山—興安褶皺帶的東部，為西伯利亞板塊和中朝板塊間的古亞洲洋消亡閉合過程中形成的，且盆地屬于下斷陷上拗陷的復(fù)合構(gòu)造疊合樣式，下部斷陷盆地富含天然氣，上部拗陷盆地聚集石油.松遼盆地主要發(fā)育中、新生代地層，由老到新地層依次為侏羅系火石林組，白堊系沙河子組、營城組、登樓庫組、泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組、明水組，新近系大安組、泰康組及第四系［10］，其中下白堊統(tǒng)沙河子組、營城組、青山口組和嫩江組具生油氣潛力，以青山口組最佳（見表1）.

表1 沙河子組、營城組、青山口組、嫩江組巖性特征和沉積特征及生油氣潛力評(píng)價(jià)Table 1 Lithologic features，sedimentary features and hydrocarbon potential evaluation，compared Shahe formation，Yingcheng formation，Qingshankou formation and Nenjiang formation

2 含有機(jī)質(zhì)頁巖評(píng)價(jià)

頁巖氣產(chǎn)于極低孔低滲富含有機(jī)質(zhì)的頁巖中，氣體成分主要為甲烷，以吸附氣和游離氣并存的方式賦存于儲(chǔ)集層中，屬自生自儲(chǔ)、原位飽和成藏［11-17］.松遼盆地南部下白堊統(tǒng)青山口組具良好的生氣儲(chǔ)氣潛能.通過烴源巖質(zhì)量、儲(chǔ)層潛力和產(chǎn)能評(píng)價(jià)，綜合分析生氣地質(zhì)條件，為優(yōu)選頁巖氣生儲(chǔ)有利區(qū)提供依據(jù).

2.1 烴源巖質(zhì)量

2.1.1 有機(jī)質(zhì)豐度

根據(jù)陸相烴源巖行業(yè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用烴源巖殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w（TOC））、烴源巖殘余氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w（“A”））、烴源巖總烴含量（HC）和烴源巖生烴潛能（S1＋S2）對(duì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行評(píng)價(jià).青山口組沉積環(huán)境為半咸水湖環(huán)境［18-19］，且青山口組一段（簡稱“青一段”，K1q1）w（TOC）＞2%，烴源巖質(zhì)量優(yōu)于青山口組二＋三段（簡稱“青二＋三段”，K1q2＋3）（見表2）.根據(jù)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度行業(yè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，青山口組一段烴源巖可視為最好烴源巖，青山口組二＋三段烴源巖為好烴源巖，沉積相為半深湖-深湖相.

表2 松遼盆地南部青山口組富有機(jī)質(zhì)泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度Table 2 Organic matter abundance of Qingshankou formation organic-rich shale in southern Songliao basin

2.1.2 有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型是反映有機(jī)質(zhì)來源和化學(xué)組成的主要標(biāo)志，也是評(píng)價(jià)烴源巖生烴能力的重要指標(biāo).采用巖石熱解法（見圖1，其中，IH為烴源巖原始熱解氫指數(shù)；Tmax為烴源巖熱解最高峰溫度）和干酪根元素法（見圖2），對(duì)有機(jī)質(zhì)類型進(jìn)行“三類四分”的綜合判定，表明烴源巖已演化至成熟階段，青一段有機(jī)質(zhì)為Ⅰ＋ⅡA型，青二＋三段有機(jī)質(zhì)為ⅡA型，Ro（烴源巖干酪根在油侵條件下的鏡質(zhì)體反射率）平均為0.89%，平均碳?xì)湓颖葹?.29.通過Ro的空間展布分析，青二＋三段的烴源巖成熟度高于青一段的，并且長嶺凹陷的青一段有利于頁巖氣生成，而位于長嶺凹陷和長嶺凹陷上部及其德惠凹陷的青二＋三有利于頁巖氣生成，是頁巖氣生氣排氣的重要層位（見圖3和圖4）.青二＋三段成熟度較高，生氣烴源巖條件優(yōu)于青一段.

2.2 儲(chǔ)層潛力

分析松遼盆地南部青山口組儲(chǔ)層巖心物性數(shù)據(jù)，青山口組儲(chǔ)層孔隙度與滲透率變化范圍較大，青一段平均孔隙度為6.77%，平均滲透率為131.04×10-3μm2；青二＋三段平均孔隙度為9.64%，平均滲透率為874.79×10-3μm2（見表3），并且青二＋三段儲(chǔ)層滲透能力優(yōu)良，有助于烴源巖生氣排氣，提供良好的儲(chǔ)備空間，原位頁巖氣儲(chǔ)集潛能巨大.

根據(jù)青一段和青二＋三段孔隙度和滲透率空間分布，位于松遼盆地南部的西北部、中部和東南部的青一段和青二＋三段孔滲能力較好，且青二＋三段的孔滲等值線分布密度大于青一段的，位于長嶺凹陷和長嶺凹陷西北部及德惠凹陷的青二＋三段的孔滲能力優(yōu)于青一段的（見圖5～8）.分析青山口組孔隙度和滲透率空間分布，結(jié)合烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度評(píng)價(jià)，得出松遼盆地南部青二＋三段較青一段孔滲能力強(qiáng)，且以長嶺凹陷及其西北部和德惠凹陷處的孔滲相關(guān)性最好，烴源巖生氣排氣能力最強(qiáng)，是頁巖氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，并且青二＋三段是生氣的關(guān)鍵層；青一段在長嶺凹陷處的孔滲能力較好，可成為頁巖氣生儲(chǔ)的有效層之一.

表3 松遼盆地南部青山口組孔滲分布范圍Table 3 Porosity and permeability range of Qingshankou formation in southern Songliao basin

2.3 產(chǎn)能評(píng)價(jià)

青山口組烴源巖（泥頁巖）的產(chǎn)出深度和有效連續(xù)厚度是決定頁巖氣是否達(dá)到工業(yè)開采價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)，也是評(píng)價(jià)頁巖氣開采方式和烴源巖產(chǎn)能的重要指標(biāo)［20-22］.

2.3.1 泥頁巖產(chǎn)出深度

松遼盆地南部泥頁巖以中淺埋深產(chǎn)出［18-19，23］，通過孤6井、乾101井和新171井泥頁巖聲波探測，表明泥頁巖欠壓實(shí)帶底界面平均深度為1 578.8m（見圖9），泥頁巖產(chǎn)出深度受古地理環(huán)境限制，泥頁巖向中央拗陷區(qū)埋深增加.分析中央拗陷周圍海6井、黑43井和大20井鉆井資料，中央最大埋深可達(dá)2 051.0 m，平均埋深為1 749.6m.泥頁巖向西部斜坡區(qū)和東南隆起區(qū)埋深變淺，中央拗陷周圍平均埋深為732.9 m，最大淺部埋深為437.3m.中央拗陷區(qū)泥頁巖埋藏深度深，產(chǎn)出厚度大，具地層超壓，符合頁巖氣工業(yè)開采的基本地質(zhì)條件.

2.3.2 泥頁巖有效連續(xù)厚度

根據(jù)松遼盆地南部鉆孔泥頁巖數(shù)據(jù)，分析區(qū)域泥頁巖等值線，暗色泥頁巖累計(jì)較深區(qū)為長嶺凹陷和德惠凹陷，并且含有機(jī)質(zhì)泥頁巖累計(jì)沉積深度最深至182.0m.青一段的含有機(jī)質(zhì)泥頁巖的沉積厚度較青二＋三段的略少，并且青一段和青二＋三段泥頁巖沉積最厚地區(qū)位于長嶺凹陷的西北部，但青一段具備生烴能力的含有機(jī)質(zhì)泥頁巖連續(xù)單層厚度最大可達(dá)19.0m，有效連續(xù)累計(jì)厚度可達(dá)37.1m，青二＋三段的泥頁巖有效連續(xù)厚度可達(dá)28.3m，略少于青一段的（見圖10和圖11）.青一段和青二段含有機(jī)質(zhì)泥頁巖有效連續(xù)厚度達(dá)到開采標(biāo)準(zhǔn)，并且德惠凹陷和長嶺凹陷的中部最具開采潛力.

3 頁巖氣生儲(chǔ)有利區(qū)預(yù)測

松遼盆地南部含油氣區(qū)分布廣泛，頁巖氣具有普遍存在性，但考慮烴源巖質(zhì)量、含氣程度、儲(chǔ)層潛力、埋藏深度等，只有少數(shù)含油氣區(qū)具有頁巖氣工業(yè)開采價(jià)值.根據(jù)美國頁巖氣開發(fā)要求和中國頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)際［24-27］，具備工業(yè)價(jià)值的頁巖氣開采基本地質(zhì)條件：烴源巖殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（TOC）＞2%，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ和Ⅱ型，成熟度較高（Ro≥1.0%），孔滲能力好，孔隙度大于2%，生氣后具良好的保存條件，并且存在超壓（見表4）.

表4 美國頁巖氣與中國頁巖氣優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)Table 4 The preferred standard of shale gas compared USA with China

評(píng)價(jià)烴源巖質(zhì)量、儲(chǔ)層潛能和產(chǎn)能，綜合有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)熱演化程度、古地溫和泥頁巖有效連續(xù)厚度結(jié)果，得出青山口組一段頁巖氣生儲(chǔ)最有利區(qū)位于長嶺凹陷中偏南部；位于長嶺凹陷中部、長嶺凹陷中部以北部分地區(qū)和德惠凹陷中部的青山口組二＋三段為頁巖氣成藏發(fā)育最有利區(qū)帶（見圖12和圖13）.

4 結(jié)論

（1）松遼盆地南部白堊系青山口組沉積相為半咸水半深湖—深湖相，有機(jī)質(zhì)豐度高，青一段有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ＋ⅡA型，青二＋三段有機(jī)質(zhì)類型為ⅡA型，均演化至成熟階段，烴源巖質(zhì)量好，且青二＋三段的烴源巖質(zhì)量優(yōu)于青一段的，兩者具有可觀的頁巖氣生儲(chǔ)潛能.

（2）青二＋三段較青一段孔隙度和滲透率變化范圍大，孔滲相關(guān)性好，更具有頁巖氣自生自儲(chǔ)潛能；兩者具有地層超壓，青一段的含有機(jī)質(zhì)泥頁巖的有效連續(xù)厚度略高于青二＋三段的，并且達(dá)到開采標(biāo)準(zhǔn).

（3）結(jié)合烴源巖質(zhì)量、儲(chǔ)層特征和產(chǎn)能評(píng)價(jià)，認(rèn)為青一段頁巖氣生儲(chǔ)最有利區(qū)位于長嶺凹陷中偏南部；青二＋三段頁巖氣成藏發(fā)育最有利區(qū)帶位于長嶺凹陷中部、長嶺凹陷中部以北部分地區(qū)和德惠凹陷中部.

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