吐哈盆地下侏羅統(tǒng)八道灣組頁(yè)巖氣成藏條件分析

李 靖

中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院，北京 100013

中國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，能源需求量與日俱增，常規(guī)能源的能源形勢(shì)日趨緊張，因此尋求可以替代常規(guī)天燃?xì)馇覂?chǔ)量相對(duì)豐富的非常規(guī)資源，才是緩解當(dāng)前問(wèn)題的當(dāng)務(wù)之急。隨著頁(yè)巖氣在全球油氣資源領(lǐng)域異軍突起【1】，加快頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)步伐，已經(jīng)成為世界主要頁(yè)巖氣資源大國(guó)和地區(qū)的共同選擇。我國(guó)北方地區(qū)煤系普遍發(fā)育，并且煤系中發(fā)育大套厚度很大的暗色泥頁(yè)巖，碳質(zhì)泥巖、暗色泥巖等，所以含煤巖系中具有頁(yè)巖氣發(fā)育的良好的地質(zhì)條件。立足國(guó)內(nèi)，加快國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)【2】，對(duì)于改變中國(guó)油氣資源格局，甚至改變整個(gè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，緩解能源短缺，保障國(guó)家能源安全，減少碳排放，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有著十分重要的意義【3,4】。

1 區(qū)域地質(zhì)及盆地發(fā)育概況

吐哈盆地位于新疆東部，東西長(zhǎng)660km，南北寬60～100km，總面積為53 500km2，有效勘探面積 35 000km2。盆地內(nèi)部煤炭、石油。天然氣均資源豐富。

吐哈盆地在褶皺基底上沉積了厚達(dá)近萬(wàn)米的二疊系—第四系，盆地煤系侏羅系是一套分布廣、發(fā)育較齊全的一套沉積地層，該套沉積巖層主要為河湖相的碎屑巖和河沼及泥沼相煤系建造，總厚度約 4000 m，自下而上分為下侏羅統(tǒng)八道灣組、三工河組，中侏羅統(tǒng)西山窯組、三間房組、七克臺(tái)組及上侏羅統(tǒng)齊古組、喀拉扎組【5,6】。其中，煤層主要分布于中、下侏羅統(tǒng)的八道灣組及西山窯組（圖1）。

盆地受多期構(gòu)造變動(dòng)的疊加復(fù)合作用，吐哈盆地總體以南北向分帶為基本特征（圖2），盆地出現(xiàn)構(gòu)造成帶分布特點(diǎn)。

2 泥/頁(yè)巖地層發(fā)育情況

吐哈盆地侏羅系八道灣組泥頁(yè)巖主要分布于托克遜凹陷、臺(tái)北凹陷及哈密凹陷，在這些凹陷之間存在沼和泉隆起和了墩隆起。盆地南部大南湖、沙爾湖及艾丁湖一帶缺失八道灣組沉積。該組厚度在0～570m之間，一般為100～500m。八道灣組沉積期為吐哈盆地重新沉降初期，盆緣斷裂活動(dòng)較強(qiáng)烈，地形高差懸殊，因此，沉積物普遍較粗，主要是辮狀河三角洲及曲流河三角洲體系沉積[6]。

該組形成于盆地沉降初期、為沿?cái)嗔鸦顒?dòng)強(qiáng)烈期的沖積和湖泊環(huán)境。當(dāng)時(shí)的沉積相展布單元主要有沖積平原、上三角洲平原、下三角洲平原、水下三角洲和濱淺湖等。該期沉積體系以三角洲為主，包括辮狀河三角洲和低彎度曲流河三角洲（圖3）。

八道灣組在盆地內(nèi)分布較廣，總體上是一套潮濕氣候條件下的河流體系，主要為準(zhǔn)平原化后的河流-沼澤相，沉積于托克遜臺(tái)北凹陷和哈密凹陷。在臺(tái)北凹陷、勝北次凹和丘東次凹最為發(fā)育，最大厚度可達(dá)800 m；在托克遜凹陷該組主要分布于凹陷中心，巖性較粗，煤層厚度大、層數(shù)多，底部多為角礫巖，厚度約200～400 m。在吐魯番坳陷，八道灣組含煤巖系厚度總體顯示西厚東薄的變化特征。在哈密凹陷，該地層呈北厚南薄、西厚東薄趨勢(shì)，凹陷北部厚度可達(dá)700 m，向南至南緣超覆尖滅，巖性橫向變化大。

八道灣組煤層也較發(fā)育，一般厚度在40～60m，最厚100m（托克遜凹陷）。哈密拗陷八道灣組煤層一般厚度 10m。八道灣組暗色泥巖一般厚度在50～200m，全盆地以吐魯番、葡萄溝北、草湖次凹陷北部和哈密拗陷哈 2井區(qū)一帶暗色泥巖最發(fā)育，表現(xiàn)出湖沼多沉積中心的特點(diǎn)（圖4）。

圖1 吐哈盆地含煤巖系柱狀圖Fig.1 Coal Bearing Strata of Turpan-Hami Basin

圖2 吐哈盆地構(gòu)造分區(qū)圖[6]Fig. 2 Tectonic Division of Turpan-Hami Basin

3 泥/頁(yè)巖地球化學(xué)特征

3.1 總有機(jī)碳含量

八道灣組泥巖有機(jī)碳含量一般為0.5%～3.0%，最高含量3.93%，高值區(qū)主要分布在勝北次凹和托克遜凹陷（表1），哈密拗陷八道灣組暗色泥巖有機(jī)碳含量一般僅1%，見(jiàn)圖5。

圖3 吐哈盆地早侏羅世八道灣期古地理圖Fig.3 Paleogeographic Map of Turpan-Hami Basin,J1b

圖4 吐哈盆地早侏羅世八道灣組暗色泥頁(yè)巖厚度等值線圖【7】Fig. 4 Thickness Isoline Map of The Dark Mudstone in Turpan-Hami Basin,J1b

表1 吐哈盆地各凹（拗）陷泥巖有機(jī)質(zhì)豐度數(shù)據(jù)表【7】Table 1 The Organic Matter Abundance Data of Mudstone in Turpan-Hami Basin Each Concave

圖5 新疆吐哈盆地八道灣組泥/頁(yè)巖TOC等值線圖【7】Fig.5 Toc Isoline Map of The Mudstone in Turpan-Hami Basin,J1b

3.2 有機(jī)質(zhì)類型

侏羅系煤以及煤系泥巖的干酪根的 H/C與O/C相關(guān)點(diǎn)群分布位于Ⅲ1和Ⅲ2型之間（圖6），即該區(qū)絕大部分源巖干酪根屬于典型的腐殖型和含腐泥腐殖型母質(zhì)。其中，中侏羅統(tǒng)西山窯組和下侏羅統(tǒng)三工河組泥巖干酪根主要為腐殖型和含腐泥腐殖型，僅少部分下侏羅統(tǒng)八道灣組泥巖干酪根屬于腐殖腐泥型，反應(yīng)本區(qū)中下侏羅統(tǒng)為湖沼沉積特征，主要有機(jī)母源輸入以高等植物為主。

圖6 新疆吐哈盆地干酪根元素組成分類圖[7]Fig. 6 Classification Map of Kerogen Elemental Composition in Turpan-Hami Basin

3.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

八道灣組頂?shù)溺R質(zhì)組反射率區(qū)域變化，在勝北次凹及草湖次凹已達(dá)到肥煤階段，哈密只達(dá)到長(zhǎng)焰煤階段（圖 7）。大部分地區(qū)的成熟度高于0.5%（表2），達(dá)到了成熟階段，有利于烴類氣體的生成。

4 儲(chǔ)集層特征

基于巖心觀察及大量薄片鑒定分析，下侏羅統(tǒng)八道灣組儲(chǔ)層以灰色、灰白色巖屑砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主。石英含量的主要分布范圍為 3.7%～48.8%，均值為31. 54 %;長(zhǎng)石為9. 4%～29. 9%，均值為19. 75%;巖屑含量較高，分布范圍為30.9%～60.7%，均值為48. 73%，其類型以巖漿巖屑為主，少量變質(zhì)巖屑，不含沉積巖屑。填隙物以硅質(zhì)膠結(jié)、粘土礦物為主，次為方解石膠結(jié)。

根據(jù)吐哈盆地現(xiàn)有探井巖性分析，臺(tái)北凹陷北部山前帶泥巖脆性礦物含量高，物性好，石英含量普遍高于35%，各類脆性礦物含量一般大于60%（表3）。吐哈盆地臺(tái)北凹陷頁(yè)巖巖石硬度(楊氏模量大于 5 MPG大，脆性高(硅質(zhì)含量大于35%)，評(píng)價(jià)為較好—好頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層。

圖7 吐哈盆地侏羅系八道灣組頂面現(xiàn)今鏡質(zhì)體反射率等值線圖【7】Fig. 7 Vitrinite Reflectance Isoline Map of The Mudstone in Turpan-Hami Basin,J1b

表2 吐哈盆地早侏羅世八道灣組烴源巖實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率（%）統(tǒng)計(jì)表Table 2 Measured Vitrinite Reflectance of Hydrocarbon Source Rocks in Turpan-Hami basin,J1b

表3 吐哈盆地臺(tái)北凹陷全巖X-射線衍射定量分析【8】Table 3 X- ray Diffraction Quantitative Analysis of Whole Rock in Taipei Sag in Turpan-Hami Basin

5 八道灣組有利遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)

基于泥/頁(yè)巖平面分布情況、烴源巖地化特征及地層含氣性等相關(guān)方面的研究，采用多因素疊加、綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)、地質(zhì)類比等多種方法，開(kāi)展頁(yè)巖氣有利區(qū)優(yōu)選。此次優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)采用中國(guó)地調(diào)局油氣中心和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）制定的陸相、海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣有利區(qū)優(yōu)選參考標(biāo)準(zhǔn)（表4），結(jié)合資料整理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理，圈定出吐哈盆地下侏羅統(tǒng)八道灣組頁(yè)巖氣有利遠(yuǎn)景區(qū)如圖 8所示。

表4 陸相、海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣有利區(qū)勘探優(yōu)選參考標(biāo)準(zhǔn)【9】Table 4 the reference standards of exploration and optimization of shale gas with Continental, transitional facies

圖8 吐哈盆地下侏羅統(tǒng)八道灣組頁(yè)巖氣有利遠(yuǎn)景區(qū)Fig.8 favorable areas of shale gas in Turpan-Hami Basin,J1b

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