福建閩西南翠屏山組泥頁(yè)巖的地球化學(xué)特征

楊生吉

(福建省煤田地質(zhì)勘查院，福州 350005)

0　引言

頁(yè)巖氣是指以吸附狀態(tài)或游離狀態(tài)為主要形式，存在于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中的一種非常規(guī)能源[1]。中國(guó)的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)起步較晚，近年來(lái)，頁(yè)巖氣勘探相繼在揚(yáng)子地區(qū)的四川、貴州和重慶等地獲得突破[2-4]，但目前缺乏對(duì)東南地塊的頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)。筆者依托《福建省頁(yè)巖氣資源潛力調(diào)查與評(píng)價(jià)》項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)福建閩西南地區(qū)鉆孔樣品的有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)類型、熱成熟度的測(cè)試分析，探討了研究區(qū)的地球化學(xué)特征和產(chǎn)氣潛力。

1　翠屏山組泥頁(yè)巖分布特征

翠屏山組是一套以陸相為主的海陸交互相細(xì)碎屑巖沉積巖系，區(qū)域分布較為廣泛，地層較為連續(xù)[5]，與其下伏地層童子巖組形影相隨，各地巖石組合、沉積環(huán)境基本相似，可以對(duì)比。翠屏山組地層在福建閩西南地區(qū)主要出露于尤溪小坂面—德化赤水—安溪?jiǎng)Χ芬痪€以西以及將樂(lè)至南平一帶以南，空間展布上整體呈北東向。橫向上巖性基本穩(wěn)定，厚度以中部永安—龍巖一帶最大，東部和西部都較薄，由南往北也有逐漸變薄趨勢(shì)。

2　樣品及實(shí)驗(yàn)

本次研究從永安龍?zhí)?、永安豐海、龍巖黃塘、永定縣文館、永定縣東門(mén)地、永定縣石坑崠、新羅區(qū)上洋坑、新羅區(qū)孔黨等11個(gè)礦區(qū)采集了翠屏山組泥頁(yè)巖樣品34塊。

泥頁(yè)巖樣品的測(cè)試分析由國(guó)土資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心(南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所)完成。進(jìn)行3個(gè)項(xiàng)目的測(cè)試分析：有機(jī)碳含量(TOC)測(cè)定、干酪根類型分析、鏡質(zhì)體反射率(Ro)測(cè)定，分別按照GB/T19145—2003、GB/T 18602—2012、SY/T 5124—2012執(zhí)行測(cè)定。

3　結(jié)果與討論

3.1　有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是評(píng)價(jià)烴源巖優(yōu)劣的重要指標(biāo)，它代表著巖石中的有機(jī)質(zhì)含量[6]。有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)的常規(guī)指標(biāo)有總有機(jī)碳含量(TOC)、氯仿瀝青“A”以及生烴潛量，由于福建閩西南地區(qū)翠屏山組泥頁(yè)巖處于過(guò)演化階段，氯仿瀝青“A”與生烴潛量已不能反映其有機(jī)質(zhì)豐度[7]，因而采用總有機(jī)碳含量作為評(píng)價(jià)翠屏山組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的主要指標(biāo)。張金川等[1，6]認(rèn)為，要獲得具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的頁(yè)巖氣藏，有機(jī)碳的平均含量應(yīng)大于1%。

此次采集的34塊泥頁(yè)巖樣品巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖。分析表明，所測(cè)TOC含量介于0.21%～2.70%，平均值為0.62%。TOC含量主要分布在<1.0%區(qū)間，占樣品總數(shù)量的91.18%；中等品質(zhì)烴源巖(1.0%～2.0%)與高等級(jí)烴源巖(2.0%～4.0%)均較少，分別占樣品總數(shù)的2.94%、5.88%。測(cè)試結(jié)果中未出現(xiàn)特高產(chǎn)氣能力(>4%)的烴源巖樣品。此外，從圖1中觀察到低等級(jí)烴源巖中有半數(shù)以上集中在TOC<0.5%的區(qū)間。由上所述，翠屏山組烴源巖多為低等級(jí)，TOC含量較低，生烴物質(zhì)基礎(chǔ)較差。

圖1　翠屏山組泥頁(yè)巖有機(jī)碳含量分布頻率

3.2　有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型是衡量富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖產(chǎn)烴能力的參數(shù)[8-9]，它決定了形成產(chǎn)物是生油還是生氣。干酪根類型的常規(guī)檢測(cè)方法主要有干酪根形態(tài)鑒定、干酪根熱解以及飽和烴色譜鑒定[10]。研究過(guò)程中利用熱解烴(S2)和TOC作交會(huì)圖，同時(shí)與干酪根形態(tài)鑒定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

取3塊翠屏山組泥頁(yè)巖樣品進(jìn)行巖石熱解實(shí)驗(yàn)，將熱解烴(S2)和有機(jī)碳含量(TOC)作交會(huì)圖。采用3類4分法劃分有機(jī)質(zhì)類型，結(jié)果如圖2所示，3塊樣品均布于交會(huì)圖下方，即Ⅲ型所在區(qū)域。交會(huì)圖表明翠屏山組泥頁(yè)巖干酪根類型為Ⅲ型。干酪根形態(tài)鑒定結(jié)果顯示3塊泥頁(yè)巖樣品的有機(jī)質(zhì)類型同樣為Ⅲ型，其顯微組分中均是正常鏡質(zhì)體和絲質(zhì)體相對(duì)含量較高。由此判定，翠屏山組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型，分散有機(jī)質(zhì)屬于腐殖的母質(zhì)，為氣源巖。

3.3　有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是表征有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的熱演化反映程度，同時(shí)還可以用來(lái)預(yù)測(cè)頁(yè)巖儲(chǔ)層中的生烴潛力[11]，是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣藏的重要參數(shù)之一。此次研究中使用應(yīng)用最廣泛、可靠性最高的鏡質(zhì)體反射率(Ro)作為判別有機(jī)質(zhì)成熟度的依據(jù)。評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)成熟度時(shí)采用了顯微鏡油浸物鏡下鏡質(zhì)體反射率測(cè)定的方法。同時(shí)，綜合國(guó)內(nèi)外學(xué)者[12-13]的研究成果，將有機(jī)質(zhì)成熟度的有利開(kāi)發(fā)區(qū)間定為1.0%～3.5%。

測(cè)試結(jié)果表明，翠屏山組8塊泥頁(yè)巖樣品中Ro值最大的為5.45%，最小的為2.47%，平均Ro值為3.94%。當(dāng)Ro≥2.0%時(shí)即為高熱演化程度，處于高成熟的演化階段，即生干氣階段。翠屏山組泥頁(yè)巖Ro表現(xiàn)出較高的水平，平均值達(dá)到3.94%，主要的變化區(qū)間集中在3.30%～5.50%，說(shuō)明翠屏山組處于過(guò)成熟演化階段，已經(jīng)不利于后期氣體的產(chǎn)生。

圖2　干酪根類型分布圖

3.4　討論分析

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)分析，福建閩西南地區(qū)上二疊統(tǒng)翠屏山組泥頁(yè)巖儲(chǔ)層有機(jī)碳含量較低，有機(jī)碳含量(TOC)平均值為0.62%；鏡質(zhì)體反射率較高，Ro平均值為3.94%；有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型?，F(xiàn)將實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果與中、美典型盆地的頁(yè)巖儲(chǔ)層生氣條件進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。

對(duì)比美國(guó)商業(yè)化開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣盆地以及我國(guó)的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖氣富集區(qū)發(fā)現(xiàn)，翠屏山組泥頁(yè)巖儲(chǔ)層厚度和頁(yè)巖氣形成因素與以上兩者相似，主要區(qū)別在有機(jī)碳含量和有機(jī)質(zhì)成熟度上。翠屏山組烴源巖相較于中、美典型聚氣盆地有低有機(jī)質(zhì)、高演化的特點(diǎn)。翠屏山組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量低和地層巖性有較大關(guān)系，美國(guó)的聚氣地層為富含有機(jī)質(zhì)的黑色頁(yè)巖[14]，國(guó)內(nèi)的頁(yè)巖氣富集區(qū)則以泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，翠屏山組取得樣品多為粉砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖?？偨Y(jié)而言，福建閩西南地區(qū)翠屏山組的有機(jī)質(zhì)富集條件要次于以上聚氣盆地。與此同時(shí)，翠屏山組泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的過(guò)成熟演化和研究區(qū)頻繁的火山活動(dòng)有關(guān)，巖漿熱液的接觸以及烘烤作用為地層提供了大量的熱量，促使烴源巖達(dá)到過(guò)成熟狀態(tài)[15]。

4　結(jié)語(yǔ)

1)福建閩西南翠屏山組泥頁(yè)巖儲(chǔ)層有機(jī)碳平均含量為0.62%，鏡質(zhì)體反射率平均值為3.94%，干酪根類型為Ⅲ型。

2)對(duì)比中、美典型聚氣頁(yè)巖儲(chǔ)層可以看出，翠屏山組烴源巖具有低有機(jī)質(zhì)、高演化的特點(diǎn)。綜合分析認(rèn)為，翠屏山組泥頁(yè)巖儲(chǔ)層雖然有機(jī)質(zhì)類型較好，但有機(jī)質(zhì)豐度低，生烴物質(zhì)基礎(chǔ)較差，同時(shí)處于過(guò)成熟演化階段，產(chǎn)氣潛力不理想。

表1　研究區(qū)與中、美典型聚氣頁(yè)巖儲(chǔ)層生氣條件對(duì)比表(據(jù)文獻(xiàn)[6]，有改動(dòng))

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