鄂爾多斯盆地東北緣臨興神府地區(qū)烴源巖特征

郭明強

(1.中聯(lián)煤層氣有限責任公司，北京 100016;2.中海石油(中國)有限公司非常規(guī)油氣非公司，北京 100016)

鄂爾多斯盆地東北緣臨興神府地區(qū)烴源巖特征

郭明強

(1.中聯(lián)煤層氣有限責任公司，北京 100016;2.中海石油(中國)有限公司非常規(guī)油氣非公司，北京 100016)

通過對區(qū)內(nèi)烴源巖區(qū)域與層域分布、烴源巖有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)類型、有機質(zhì)成熟度研究，表明鄂爾多斯盆地東北緣臨興神府地區(qū)本溪組～山西組暗色泥巖及煤層廣泛發(fā)育并具有廣覆式分布特點，煤系烴源巖TOC高，生烴潛量大，有機質(zhì)類型以Ⅲ型腐殖型為主，部分為Ⅱ2型和Ⅱ1型混合型；以中等成熟階段為主，部分達到過成熟，生烴強度大。因此，研究區(qū)較好烴源巖條件為區(qū)內(nèi)煤系儲層提供良好的氣源，區(qū)內(nèi)煤層氣和煤系致密砂巖氣勘探潛力較好。

鄂爾多斯盆地 烴源巖 富集 有機質(zhì)

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地東北緣含煤地層主要為上古生界石炭二疊系，沉積環(huán)境由海陸交互相轉(zhuǎn)為陸相。海西期以來，區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期抬升、沉降及擠壓、拉張變形，并伴有中生代大規(guī)模的巖漿侵入活動，導致煤系地層有效儲層及其圍巖顯示高度非均質(zhì)化特征。

研究區(qū)出露地層由東向西逐漸變新，依次發(fā)育中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)、上石炭統(tǒng)本溪組(C2b)、上石炭統(tǒng)-下二疊統(tǒng)太原組(C2t-P1t)、下二疊統(tǒng)山西組(P1s)、中二疊統(tǒng)下石盒子組(P2x)和上石盒子組(P2s)、上二疊統(tǒng)石千峰組(P3sh)、下三疊統(tǒng)劉家溝組(T1l)、中三疊統(tǒng)和尚溝組(T1h)和紙坊組(T2z)、上三疊統(tǒng)延長組(T3y)、新生界第四系(Q)。含煤地層為本溪組、太原組和山西組。

2 煤系烴源巖分布特征

(1)煤層分布特征

研究區(qū)煤層在本溪組、太原組、山西組均有分布，全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育煤層為山西組4+5號煤層和本溪組8+9號煤層。從煤層厚度平面圖顯示(圖1)，兩套煤層厚度整體表現(xiàn)中間厚，四周薄特征，4+5號煤層厚度分布2～8m之間，平均厚度5.8m；8+9號煤層厚度在4～10m之間，平均厚度6.8m；兩套煤層厚度總體東部較薄，部分地區(qū)出露地表，在紫金山地區(qū)相對較薄，部分被完全侵蝕或剝蝕，呈環(huán)帶狀向臨興地區(qū)逐漸增厚。

(2)暗色泥巖分布特征

研究區(qū)煤系暗色泥巖在本溪組、太原組和山西組均有發(fā)育。其中，本溪組與太原組泥巖形成于潮坪-瀉湖等環(huán)境，山西組泥巖形成于濕地沼澤及三角洲環(huán)境。鉆井巖心觀察發(fā)現(xiàn)(圖2)，暗色泥巖中發(fā)育大量植物莖葉化石，本溪組和太原組暗色泥巖以灰黑色為主，山西組顏色相對較淺。

圖1 煤層厚度等值線圖(左：山西組4+5號煤層；右：本溪組8+9號煤層)

圖2 煤系暗色泥巖巖芯照片(左：X-8井，山2段，1889.5m，黑灰色泥巖，含植物莖葉化石；右：X-17井，本1段，1989.6m，灰黑色泥巖，含碳質(zhì)條帶)

泥巖厚度平面圖(圖3)顯示，山西組暗色泥巖厚度最大，太原組相對較薄。山西組暗色泥巖厚度在50～90m之間，平均厚度70m，自東北向西南，厚度總體顯示逐漸遞增大特征，且南部整體厚度最大。太原組暗色泥巖厚度分布8.8～40.5m之間，平均厚度24.5m，發(fā)育5個厚度中心，厚度均大于30m，分別位于研究區(qū)西側(cè)、西北側(cè)、扒摟溝東側(cè)、紫金山兩側(cè)。本溪組暗色泥巖厚度范圍20～57.3m，平均厚度37.2m，全區(qū)厚度相對穩(wěn)定，僅在研究區(qū)中部及西南側(cè)較薄，紫金山地區(qū)厚度顯示由巖體向外呈環(huán)帶狀逐漸增大特征。綜上所述，研究區(qū)內(nèi)各層系煤巖及暗色泥巖，均有較好分布，為煤系烴源巖生氣提供了良好物質(zhì)基礎。

圖3 煤系泥巖厚度等值線圖

3 煤系烴源巖有機地球化學

3.1 有機質(zhì)豐度

(1)總有機碳含量

研究區(qū)煤系各類烴源巖總有機碳平均含量差別不大(表1)。其中，泥質(zhì)巖(暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖)TOC平均含量為3.72%，太原組泥質(zhì)巖TOC平均含量略高于山西組、本溪組(圖4)。研究區(qū)煤系泥質(zhì)巖屬于好烴源巖。

圖4 研究區(qū)煤系泥質(zhì)巖有機碳含量分布箱型圖

山西組泥質(zhì)巖TOC含量大部分區(qū)域>1.5%，西部中段神木北部-興縣南部一帶TOC>3.0%，屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖；西北部府谷-保德、東南部佳縣-臨縣一帶TOC<1.5%，屬于較差烴源巖(圖5)。區(qū)內(nèi)發(fā)育兩個高TOC中心，是三角洲分流間灣沉積環(huán)境作用產(chǎn)物。區(qū)內(nèi)山西組致密氣探井試氣7口，水平井2口，直井5口。其中，水平井B-1H對山1段試氣，無阻流量為41.9×104m3/d；水平井B-2H對山2段試氣，無阻流量為17.6×104m3/d，5口直井日產(chǎn)氣量0.53～2.1×104m3/d之間，平均1.0×104m3/d。因此從試氣結(jié)果分析與區(qū)內(nèi)TOC分布特征較吻合，即優(yōu)質(zhì)烴源巖區(qū)域探井試氣產(chǎn)量高。

太原組泥質(zhì)巖TOC含量區(qū)域分布特點與山西組類似，但烴源巖TOC>3.0%的分布面積有所縮小(圖5)。區(qū)內(nèi)發(fā)育兩個高TOC中心，為三角洲前緣分流間灣環(huán)境和碳酸鹽潮坪環(huán)境。TOC含量高值區(qū)內(nèi)致密氣勘探井X-4井對太2段進行試氣，獲得13.27×104m3/d自然產(chǎn)能。從山西組、太原組試氣結(jié)果與TOC分布特征表明具有好烴源巖是油氣成藏必要條件。

本溪組泥質(zhì)巖TOC含量區(qū)域分布格局與太原組和山西組明顯不同，TOC>3.0%的優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育在南部的臨縣至興縣之間，呈NW向展布，區(qū)內(nèi)發(fā)育兩個TOC高值區(qū)，位于臨縣和興縣的西部(圖6)，為瀉湖潮坪沉積環(huán)境產(chǎn)物。

總體顯示研究區(qū)上古生界山西組、太原組煤系泥質(zhì)巖大部分區(qū)域為較好～好優(yōu)質(zhì)烴源巖，本溪組總體屬于較差烴源巖，局部區(qū)域烴源巖較好。

(2)生烴潛量

圖5 研究區(qū)煤系泥質(zhì)巖總有機碳含量平面等值線圖(左圖：山西組；中圖：太原組；右圖：本溪組)

研究區(qū)山西組煤巖生烴潛量(S1+S2)在51.57～387.94mg/g之間，平均171.45mg/g；太原組煤巖生烴潛量在75.65～318.02mg/g之間，平均147.34mg/g；本溪組煤巖生烴潛量在5.15～250.00mg/g之間，平均為113.29mg/g。紫金山火山巖體侵入?yún)^(qū)域出現(xiàn)低值區(qū)(表1)，區(qū)內(nèi)煤鏡質(zhì)組反射率均在2.0%以上，局部>4.0%，已達過成熟階段。

煤系泥頁巖生烴潛量變化較大，山西組和太原組平均值超過6.00mg/g，部分具有較好生烴能力；本溪組泥頁巖生烴潛量平均為3.95mg/g，生烴能力屬中等。

依據(jù)陳建平等評價標準(表2)，研究區(qū)煤系烴源巖生烴潛力總體較好。其中，山西組和太原組生烴潛力好，本溪組生烴潛力屬于較好；山西組和太原組煤巖生烴潛力好，本溪組煤巖生烴潛力屬于較好；煤系泥頁巖生烴潛力總體屬于較好。

表1 研究區(qū)煤系烴源巖有機質(zhì)豐度統(tǒng)計表

表2 煤系烴源巖生烴潛力評價標準

3.2 有機質(zhì)類型

確定有機質(zhì)類型的方法較多，包括干酪根氫碳原子比、巖石熱解參數(shù)、干酪根碳同位素δ13C等指標。其中，巖石熱解法快速方便準確。根據(jù)樣品巖石熱解結(jié)果，研究區(qū)上古生界煤系絕大部分泥質(zhì)巖有機質(zhì)為Ⅲ型，部分為Ⅱ型，產(chǎn)氣傾向性非常明顯(圖6)。其中：本溪組泥頁巖有機質(zhì)大部分為Ⅲ型，小部分為Ⅱ2型；太原組泥質(zhì)巖有機質(zhì)大部分為Ⅲ型，少量為Ⅱ1型；山西組泥頁巖有機質(zhì)大部分為Ⅲ型，小部分為Ⅱ2型和Ⅱ1型。

圖6 研究區(qū)煤系泥質(zhì)巖有機質(zhì)類型圖解

3.3 有機質(zhì)成熟度

烴源巖成熟度評價常用地球化學指標有鏡質(zhì)體反射率(Ro)、最大裂解峰溫(Tmax)以及烴類轉(zhuǎn)化指標等。鏡質(zhì)體反射率是目前應用最廣、可靠性最高成熟度指標。研究區(qū)上古生界煤系烴源巖鏡質(zhì)組反射率具有“西高東低、東南部異常高”的分布規(guī)律(圖7)。受煤系埋藏-受熱史與紫金山巖漿作用共同控制結(jié)果。

從印支期、燕山期到喜馬拉雅期，鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化具有繼承性，導致研究區(qū)上古生界煤系烴源巖古埋深和現(xiàn)代埋深均自東向西逐漸增大，形成有機質(zhì)成熟度西高東低分布特征。受到東南部紫金山巖漿侵入體影響，烴源巖遭受區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用，東南部有機質(zhì)成熟度異常增高。

圖7 研究區(qū)煤的鏡質(zhì)組反射率等值線圖(左圖:山西組4+5號煤；右圖:本溪組8+9號煤)

山西組煤鏡質(zhì)組反射率在0.73～1.5%之間，本溪組煤鏡質(zhì)組反射率在0.75～1.46%之間，烴源巖有機質(zhì)成熟度處于成熟階段中～后期，表明已有大量烴類生成。區(qū)內(nèi)東南部紫金山巖漿侵入體附近，鏡質(zhì)組反射率超過2.0%，個別井鏡質(zhì)組反射率達4.0%，進入典型過成熟階段，已有大量天然氣生成，為區(qū)內(nèi)煤系非常規(guī)天然氣成藏提供了足夠的氣源。

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(責任編輯 桑逢云)

Source Rock Characteristics of Linxing-shenfu Region in the Northeast Edge of Ordos Basin

GUO Mingqiang

(1. China United Coalbed Methane Corporation, Ltd., Beijing 100016;2. Unconventional Oil and Gas Branch, CNOOC Ltd., Beijing 100016)

This study describes the regional and layer distribution of source rock, organic matter abundance of source rock, organic type, organic maturity within study area. It shows that the characteristics of dark mud stone and coal seam of Benxi to Shanxi formation in Linxing-Shenfu region in northeast edge of Ordos basin are: widely developed and extensive distributed; TOC is high; potential of generating hydrocarbon is great; the main organic material is type Ⅲ(humic), and partly is mixed type of Ⅱ2 and Ⅱ1; The mature stage is mainly in medium, and partly reach post-mature; great hydrocarbon generating ability. Therefore, the source rock demonstrate great property and it is supply sufficient gas to coal-measure reservoir. CBM and coal measure tight sandstone gas shows excellent exploration potential.

Ordos Basin; source rock; enrichment; organic material.

國家科技重大專項資助項目(2011ZX05062)，中海石油(中國)有限公司科研項目。

郭明強，碩士，主要是從事煤層氣和致密氣勘探開發(fā)工作。