新疆吉木薩爾縣南部西大龍口至白楊河一帶頁巖氣特征研究

吳超

摘要：頁巖氣的富集受地層厚度、面積、有機質(zhì)豐度、生烴潛量、儲層物性等多方面因素控制。本文以準(zhǔn)噶爾盆地南緣吉木薩爾縣西大龍口至白楊河地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組烴源巖為研究對象，以石油及天然氣地質(zhì)學(xué)、有機地球化學(xué)、沉積學(xué)等為理論指導(dǎo)，利用鉆探、實驗測試分析、測井等方法手段，歸納總結(jié)區(qū)內(nèi)頁巖氣富集規(guī)律及成藏特征，了解區(qū)內(nèi)目的層位中影響頁巖氣富集的主要因素。在綜合研究的基礎(chǔ)上探索該區(qū)頁氣資源前景。

關(guān)鍵詞：蘆草溝組頁巖氣;儲層特征;含油氣性;頁巖氣資源潛力

新疆頁巖氣研究工作尚屬起步階段，但資源儲量巨大，且以準(zhǔn)噶爾盆地頁巖氣地質(zhì)條件最為良好。國內(nèi)頁巖氣開采工藝及綜合研究水平正在向國際化推進。通過已收集到資料及前期的調(diào)查評價工作顯示：準(zhǔn)南吉木薩爾縣南部構(gòu)造條件穩(wěn)點，烴源巖廣泛分布，含氣性顯示較好。在前人以往的研究中準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組作為常規(guī)油氣評價的重點烴源巖層位，具有較好的生烴條件。但僅針對頁巖氣的生氣及儲層條件、資源遠(yuǎn)景等方面的研究工作尚屬首次，所以對南準(zhǔn)噶爾頁巖氣條件及資源潛力的研究具有重要的科研及實踐意義。

1.區(qū)域地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地位于歐亞構(gòu)造域邊緣，與特提斯構(gòu)造域相鄰，夾持于哈薩克斯坦板塊、西伯利亞板塊、阿爾泰褶皺造山帶和天山褶皺造山帶之間，是我國大型含油氣盆地之一，為一復(fù)合疊加盆地，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動。研究區(qū)位于天山造山帶與準(zhǔn)噶爾盆地的結(jié)合部位，南與伊林哈比爾尕山-博格達山相鄰，北到中央坳陷（圖1），在區(qū)域上位于準(zhǔn)南沖斷帶的東段，新疆昌吉地區(qū)大黃山-大龍口向斜的東段。研究區(qū)構(gòu)造環(huán)境中處于大黃山-大龍口倒轉(zhuǎn)向斜東段，由于受到博格達山山前沖斷帶的影響，該區(qū)發(fā)育一系列以擠壓應(yīng)力為主的構(gòu)造變形。在烴源巖發(fā)育的蘆草溝組中可見受由南向北推覆作用形成的一系列揉皺變形，阜康斷裂造成該組地層僅在山前出露上段及部分中段地層，其下段被第四系覆蓋而未見，阜康斷裂屬于地表下的隱伏斷裂，僅在該區(qū)石場溝剖面中可見。

2.蘆草溝組烴源巖分布特征

在區(qū)域上以二疊系蘆草溝組上段為主要的烴源巖賦存層位，烴源巖厚度在253m～555m之間，平均厚度一般在300m左右，基本環(huán)繞博格達山北麓山前地帶出露，由西向東厚度呈明顯減薄趨勢。從地表出露情況反映：區(qū)域內(nèi)二疊系蘆草溝組在烏魯木齊-米泉一帶出露較為完整，其三分性特征明顯;在三工河-阜康白楊河一帶受構(gòu)造作用影響，該組下段僅有殘余出露，上段及中段均被剝蝕，出露不完整;但在阜康白楊河以東-吉木薩爾縣泉子街一帶二疊系蘆草溝組上段均以烴源巖發(fā)育為主要特征，總厚度為300m～400m左右，其中、下段由于第四系掩蓋或因構(gòu)造作用發(fā)育而未見。

富有機質(zhì)頁巖在縱向上分布于蘆草溝組上、中、下三段，但其厚度及巖性組合特征各異。在下段中，烴源巖巖性主要為粉砂質(zhì)炭質(zhì)泥巖與粉砂巖略呈韻律互層;在中段中，富有機質(zhì)頁巖巖性主要為較純的炭質(zhì)泥巖與中厚層狀粉砂巖呈略等厚互層狀，其總厚度約130m;在上段中，富有機質(zhì)頁巖巖性主要為泥頁巖夾泥灰?guī)r及白云巖夾層，其總厚度約300m～550m。研究區(qū)內(nèi)目前僅控制蘆草溝組上段及部分中段地層，富有機質(zhì)泥頁巖主要分布于上段地層之中，中-下段粉砂質(zhì)含量及灰質(zhì)含量均明顯增多，區(qū)內(nèi)僅出露蘆草溝組上段及部分中段地層的烴源巖。

3.蘆草溝組富有機質(zhì)頁巖生烴潛力

碳質(zhì)泥頁巖的生烴潛力主要取決于頁巖中的有機質(zhì)類型、有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)成熟度及泥頁巖厚度。

準(zhǔn)南吉木薩爾縣大龍口至白楊河一帶蘆草溝組烴源巖基本覆蓋了除南部造山帶之外的所有地區(qū)，蘆草溝組上段烴源巖厚度269.79m～525.57m之間，有機質(zhì)類型以II型為主，有機碳含量高。研究區(qū)內(nèi)321個樣品的TOC平均為3.54%，TOC大于1%的樣品占93%，平均為3.77%，有機碳含量高。區(qū)內(nèi)98個樣品的測試結(jié)果表明，有機質(zhì)成熟度Ro介于0.53%～0.95%，以0.7%～0.8%為主，約占49%，其中0.7%以上占67%，按頁巖氣相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，均處于低成熟階段，熱演化程度低，但據(jù)常規(guī)油氣評價標(biāo)準(zhǔn)，則多處于成熟階段，生烴潛量平均22.71mg/g;綜合評價為好的烴源巖。

4.含油氣性變化規(guī)律

根據(jù)該區(qū)地質(zhì)調(diào)查井巖芯觀察、測-錄井響應(yīng)、現(xiàn)場解吸試驗、等溫吸附模擬試驗等資料與成果的綜合分析，可以總結(jié)出以下幾個方面的含油氣性變化規(guī)律：

（1）在蘆草溝組，總含氣量大于1.0m3/t的樣品中，其含氣量以游離氣為主，殘余的吸附氣比重很小，基本上可以忽略不計;總含氣量低于1.0m3/t的樣品中，殘余的吸附氣所占比重較大，甚至以吸附氣為主;（2）蘆草溝組，微裂縫最為發(fā)育的層段位于上段，因此，其高含氣量發(fā)育層段也位于上段。（3）鉆井揭示高含氣段儲集空間主要為裂縫，因此，含氣量高低與有機質(zhì)含量高低無明顯的相關(guān)性。（4）根據(jù)地質(zhì)、地球化學(xué)特征及測井-錄井特征綜合解釋ZY02井含氣層共6段，其中有效層段5層，真厚度在19.33m～52.32m，累計厚度為146.75m，實驗測試其含氣量在0.7方/噸～1.47方/噸，甲烷含量在54%～74%;其中在884.4m～954.7m烴源巖平均TOC含量6.63%，Ro平均0.76%，氣測顯示該段全烴平均在5.8%，氣測甲烷平均在5%;實驗測得含氣量達到1.47方/噸（測井解釋含氣量高達3.62方/噸），甲烷平均含量為74%，為該區(qū)最為優(yōu)質(zhì)的含氣烴源巖層段。

5.頁巖氣資源有利區(qū)初選

在有利區(qū)初選評價工作中，仍然需要從有利沉積相帶、有利構(gòu)造單元、有機質(zhì)成熟度與富集程度、目的層厚度及埋藏深度等方面進行疊加與綜合評價。準(zhǔn)噶爾盆地南緣蘆草溝組頁巖氣地質(zhì)特征有以下幾個方面的獨特性：（1）從沉積背景來看，蘆草溝組、紅雁池組及八道灣組均為陸相沉積地層;（2）從巖性組合特征來看，無論是縱向上，還是橫向上，巖性巖相變化較大，非均質(zhì)性很強;（3）從富有機質(zhì)頁巖厚度來看，蘆草溝組厚度很大，最大可達700m左右;（4）從有機質(zhì)豐度來看，蘆草溝組有機碳含量很高，平均值超過4%;

（5）從成熟度來看，蘆草溝組主要處于0.34%～1.27%，以0.7%～0.8%為主;（6）構(gòu)造比較復(fù)雜。準(zhǔn)南頁巖氣地質(zhì)特征雖然有其獨特性，但對該區(qū)的調(diào)查評價與其他地區(qū)一樣，仍然需要采用共通的思路與方法。基于以上的思考與原則，通過調(diào)查評價工作，在博格達北緣西段初步確定了吉木薩爾縣大黃山-大龍口向斜東段有利區(qū)（圖2）。

吉木薩爾縣大黃山-大龍口向斜呈近東-西向延伸，其東段主要位于吉木薩爾縣南部大龍口-白楊河一帶。東段北翼出露較完整且傾角較陡（40°～70°），南翼多被第四系覆蓋。向斜中蘆草溝組為倉房溝群、小泉溝群及殘余的侏羅系八道灣組地層所覆蓋，埋深大致<5000m，為構(gòu)造相對簡單且相對穩(wěn)定的區(qū)塊。通過地表地質(zhì)調(diào)查推測覆蓋區(qū)蘆草溝組處于有利的沉積相帶，其巖性主要為碳質(zhì)泥頁巖、油頁巖、粉砂質(zhì)泥巖、含粉砂泥巖夾泥灰?guī)r、白云巖及粉-細(xì)砂巖，富有機質(zhì)頁巖厚度大于300m。通過有利區(qū)初選，大黃山-大龍口向斜東段預(yù)測地質(zhì)儲量期望值P50為1182.87×108m3。

6.結(jié)論

研究區(qū)內(nèi)中二疊世蘆草溝組為重點含頁巖氣層位及致密油重點潛力勘探層位，建立了研究區(qū)蘆草溝組頁巖氣層位精細(xì)地質(zhì)剖面。通過地質(zhì)及地球化學(xué)分析，蘆草溝組有機質(zhì)豐度高，TOC含量均值>4%;有機質(zhì)處于成熟階段;屬于特低孔、特低滲烴源巖層，其中的頁巖氣儲集空間主要為裂縫。蘆草溝組烴源巖含氣性顯示較好，在研究區(qū)內(nèi)ZY02井總含氣量介于0.02m3/t～2.49m3/t，平均值為0.46m3/t。其中測井劃分出6個含氣層，兩個干氣層和一個差油層，具有較好的油氣顯示。綜合沉積相展布、構(gòu)造、頁巖氣地質(zhì)特征及ZY02井鉆探成果，初步認(rèn)為準(zhǔn)南山前沖斷帶中的烏魯木齊向斜及大黃山-大龍口向斜為初選有利區(qū)，并分別對全區(qū)及初選有利區(qū)進行了頁巖氣預(yù)測地質(zhì)儲量初步計算，其中大黃山-大龍口向斜內(nèi)的研究區(qū)頁巖氣資源遠(yuǎn)景儲量為1182.87×108m3。

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