新疆和什托洛蓋盆地石炭系太勒古拉組泥頁巖儲層特征及含氣性

梁斌 史美超 白洪海 雷國明 劉明

摘? 要：和什托洛蓋盆地石炭紀太勒古拉組是重要的頁巖氣資源潛力區(qū)，為詳細了解其儲層特征，利用鉆孔和野外露頭資料，結(jié)合測井、綜合錄井和分析測試數(shù)據(jù)，對太勒古拉組泥頁巖巖礦特征、物性特征及儲集空間等進行綜合分析，總結(jié)泥頁巖含氣性特征。結(jié)果表明，太勒古拉組泥頁巖脆性礦物含量大于60%，黏土礦物中伊利石含量大于50%，有利于頁巖氣吸附和后期儲層改造;儲層物性屬低-特低孔隙度、特低滲透率，有利于吸附氣的形成和保存;儲集空間類型多樣，包括粒內(nèi)孔、粒間孔和有機質(zhì)微孔，裂縫多為構(gòu)造縫和成巖縫;現(xiàn)場解吸總含氣量最高1.11 m3/t，具很好的頁巖氣資源潛力。初步預(yù)測頁巖氣“甜點區(qū)”主要為太勒古拉組中上部，以尋找“裂縫型甜點”為主。

關(guān)鍵詞：和什托洛蓋盆地;太勒古拉組;泥頁巖;儲層特征;含氣性

2013—2018年新疆自然資源廳以和什托洛蓋盆地為重點區(qū)，分別開展了頁巖氣資源潛力調(diào)查評價及遠景區(qū)調(diào)查評價。盆地內(nèi)石炭系烴源巖為太勒古拉組泥頁巖，沿哈拉阿拉特山一帶出露較好[1-2]。前人對盆地內(nèi)太勒古拉組泥頁巖開展地表烴源巖特征和地球化學方面研究，認為該組烴源巖賦存條件較好，厚度大，有機質(zhì)豐度較高，有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主，熱演化程度高，具較好的生氣潛力[3-5]。優(yōu)質(zhì)烴源巖并非都能形成有經(jīng)濟價值的頁巖氣氣藏，因此，儲層評價亦是頁巖氣勘探開發(fā)研究的重點[6-7]。本文重點從巖礦分析、物性特征和儲集空間等方面對石炭紀太勒古拉組泥頁巖儲層特征進行綜合分析，以期為和什托洛蓋盆地頁巖氣勘探開發(fā)提供參考。

1? 地質(zhì)概況

和什托羅蓋盆地位于西準噶爾褶皺帶，北依謝米斯臺山-阿爾加提山，南鄰加依爾山-哈拉阿拉特山-德倫山，西抵加依爾與烏克拉嘎爾山匯聚處[8]。東西長230 km，南北寬14～46 km，平面上呈NEE向延伸，總面積約5 600 km2 [9]。

和什托洛蓋盆地是一個EW向轉(zhuǎn)NE向展布的中新生代山間斷坳型盆地。盆地邊緣主要發(fā)育2條大斷裂，分別為盆地南緣達拉布特斷裂和北緣謝米斯臺山山前斷裂，2條斷裂對盆地的形成和演化具重要控制作用[10-11]，構(gòu)造單元可劃分為“三帶”8個次級構(gòu)造單元（圖1）。研究表明，晚石炭世該盆地進入殘余洋盆演化階段。上石炭統(tǒng)太勒古拉組整體屬濱-淺海環(huán)境，具發(fā)育大規(guī)模烴源巖地質(zhì)背景[12-16]。烴源巖主要為一套灰黑-黑色含碳泥頁巖、凝灰質(zhì)泥頁巖和含碳硅質(zhì)頁巖夾粉砂-細砂巖組合（圖2），鉆井控制烴源巖厚451.4～572 m，單層厚47.94～262 m。

2? 泥頁巖儲層特征

2.1? 巖礦特征

泥頁巖儲層普遍含一定量的石英、長石和碳酸鹽巖等礦物。Barnett頁巖石英、長石和黃鐵礦含量為20%～80%（其中石英40%～60%），碳酸鹽礦物含量低于25%，粘土礦物含量通常小于50%;龍馬溪組頁巖石英+長石含量平均58.7%，粘土含量平均37.3%（表1）。研究區(qū)太勒古拉組泥頁巖礦物特征與Barnett頁巖和龍馬溪組頁巖相似，石英+長石含量高，平均61.58%，粘土礦物含量平均33.82%。粘土礦物主要為伊利石和綠泥石，另含少量高嶺石、綠-蒙間層和伊-蒙間層。研究表明，石英等脆性礦物含量高，易在外力作用下形成天然裂縫和誘導裂縫，碳酸鹽礦物易形成溶孔、溶洞，有利于頁巖氣解吸和滲流，黏土礦物含量與吸附氣含量有一定關(guān)系，其中最主要為時伊利石，蒙皂石類膨脹性黏土礦物不利于后期儲層壓裂造縫[17-18]。

2.2? 物性特征

頁巖儲層不同于常規(guī)儲層，頁巖儲層具低孔隙度、低滲透率特點[19-20]。Chalmers等認為[21]，頁巖孔隙度與頁巖氣總量呈正相關(guān)，頁巖滲透率越大，頁巖氣在孔隙中滲流阻力就越小，越有利于氣體運聚。頁巖納米孔隙發(fā)育十分完善，在孔隙很小情況下，頁巖比表面積很大，比表面積越大對氣體分子的吸附能力越強[22]。

Barnett頁巖孔隙度為1.0%～6.0%，滲透率為0.01×10-3 μm2;New Albany頁巖孔隙度5.0%～15.0%，滲透率小于0.1×10-3 μm2。龍馬溪組頁巖孔隙度3.9%～6.7%，平均5.3%，滲透率0.000 25～1.74×10-3 μm2。太勒古拉組泥頁巖孔隙度0.063%～2.426%（表2，圖3），滲透率0.000 29～0.93×10-3 μm2（圖4），孔隙體積0.006～0.185 g/cm3，比表面積為0.20～7.98 m2/g，具小孔隙體積及大比表面積特征。太勒古拉組泥頁巖屬低-特低孔隙度、特低滲透率，與北美和川南含氣頁巖相似。低孔隙度和滲透率不利于游離態(tài)頁巖氣存儲，但小的孔隙體積及大的比表面積有利于吸附態(tài)頁巖氣的吸附。

2.3? 儲集空間類型

頁巖氣儲層儲集空間分為孔隙和裂縫。Loucks（2012）把頁巖孔隙歸為粒內(nèi)孔、粒間孔、有機質(zhì)孔3類，前兩者主要賦存于頁巖基質(zhì)中，后者賦存于有機質(zhì)中。裂縫按成因可劃分為構(gòu)造縫和成巖縫，前者以宏觀裂縫為主，規(guī)模較大，后者以微裂縫為主，規(guī)模較小。

2.3.1? 孔隙

孔隙是氣體賦存的主要場所。掃描電鏡結(jié)果顯示，太勒古拉組泥頁巖見大量粒內(nèi)孔、粒間孔和有機質(zhì)孔。粒內(nèi)孔多見于粘土礦物集合體中，其內(nèi)部片狀或板狀黏土晶體之間保存有較多孔隙，多呈開口的筆直或彎曲片狀、不規(guī)則多邊形狀（圖5-a，b，c），這些孔隙的形態(tài)主要受晶體排列方式控制。粒間孔主要包括顆粒間的孔隙、晶體間的孔隙、剛性顆粒邊緣孔隙。這類孔隙多呈條帶狀或不規(guī)則多邊形狀（圖5-d，e，f）。有機質(zhì)孔隙形態(tài)多呈三角形、多邊形或狹縫狀，且較分散（圖5-g，h，i）。太勒古拉組頁巖與美國頁巖和龍馬溪組頁巖具相似孔隙類型，為良好油氣存儲空間。

2.3.2? 裂縫

裂縫是游離氣賦存的主要場所和頁巖氣滲流的重要通道。太勒古拉組泥頁巖裂縫主要為構(gòu)造縫和成巖縫。構(gòu)造裂縫分為張裂縫和剪裂縫兩類，張裂縫常以多條相互平行的裂縫成組出現(xiàn)，裂縫以高角度與層理相交或是垂直于層理，破裂面不平整，產(chǎn)狀穩(wěn)定且方向性明顯（圖5-j），因裂縫少見充填，所以井下不易識別;剪裂縫通常延伸較遠，破裂面光滑、平整，可見多條裂縫成組出現(xiàn)，有的裂縫相交形成X形共軛裂縫組（圖5-k）。成巖縫可見于粘土礦物在成巖作用下轉(zhuǎn)化脫水、體積減小后產(chǎn)生的一系列較平直的微裂縫;也可見于脆性礦物由塑性轉(zhuǎn)為剛性過程中收縮形成廣泛分布的裂縫（圖5-l～o）。這些裂縫一方面對頁巖氣保存不利，另一方面為頁巖氣的游離富集提供儲滲空間，增加泥頁巖游離氣含量。據(jù)巖心觀察，深部太勒古拉組泥頁巖裂縫多為石英充填，連通性差，以微裂縫為主，具很好的頁巖氣保存條件。

3? 含氣性及規(guī)律分析

據(jù)鉆井、綜合錄井和測井成果，和頁1井及和頁2井太勒古拉組中，和頁2井頁巖氣顯示最好。以下以和頁2井為例介紹太勒古拉組頁巖含氣性。通過井下37件樣品現(xiàn)場解吸和殘余氣分析結(jié)果（圖6），頁巖氣總含氣量0.04～1.11 m3/t，大于0.5 m3/t樣品占24%，共8層，累計厚89.43 m，大于1.0 m3/t樣品占8%，共3層，累計厚33.5 m，主要分布于太勒古拉組中上部。泥頁巖現(xiàn)場解吸含氣量一般小于0.2 m3/t，以殘余氣為主。

據(jù)地質(zhì)調(diào)查井巖心觀察、測井-錄井綜合響應(yīng)、現(xiàn)場解吸試驗等成果資料，本次施工的和頁1井、2井受不同程度斷裂帶及次生斷裂作用影響，太勒古拉組烴源巖發(fā)生一定程度破碎，裂隙較發(fā)育，游離氣大量逸散，造成總含氣量較低，以殘余吸附氣為主，總含氣量與有機質(zhì)含量無明顯相關(guān)性。中上部烴源巖層段含氣量高于下部烴源巖。初步預(yù)測頁巖氣“甜點”勘探主要為太勒古拉組中上部烴源巖，以尋找“裂縫型甜點”為主。

4? 結(jié)論

（1） 和什托洛蓋盆地太勒古拉組泥頁巖脆性礦物含量高，易形成天然裂縫，碳酸鹽巖易形成溶孔、溶洞，有利于游離氣儲集和滲流，高含量伊利石有利于頁巖氣吸附。

（2） 儲層物性屬低-特低孔隙度和特低滲透率，不利于游離態(tài)頁巖氣存儲，小的孔隙體積及大的比表面積有利于頁巖氣的吸附。

（3） 儲集空間類型多樣，包括粒內(nèi)孔、粒間孔和有機質(zhì)微孔，裂縫多為構(gòu)造縫和成巖縫。據(jù)鉆井巖心觀察，太勒古拉組泥頁巖裂縫多被石英充填，連通性差，以微裂縫為主，具較好的頁巖氣保存條件。

（4） 和頁1井和2井太勒古拉組中頁巖氣顯示，和頁2井泥頁巖總含氣量0.04～1.11 m3/t，大于0.5 m3/t，共8層，累計厚89.43 m，大于1.0 m3/t，共3層，累計厚33.5 m，頁巖氣資源潛力巨大。初步預(yù)測頁巖氣“甜點”勘探主要為太勒古拉組中上部烴源巖，以尋找“裂縫型甜點”為主。

參考文獻

[1]? ? 裴立新，高崗，王緒龍，等.新疆北部吉木乃盆地與塔城盆地石炭系烴源巖特征[J].天然氣地球科學，2012，（1）：88-91.

[2]? ? 何登發(fā)，陳新發(fā)，況軍，等.準噶爾盆地石炭系烴源巖分布與含油氣系統(tǒng)[J].石油勘探與開發(fā)，2010，（4）：397-408.

[3]? ? 石昕，王緒龍，張霞，等.準噶爾盆地石炭系烴源巖分布及地球化學特征[J].中國石油勘探，2005，（1）：34-39+2.

[4]? ? 鄭曦.新疆北部哈拉阿拉特山地區(qū)石炭系與泥頁巖氣勘探潛力分析[J].新疆有色金屬，2015，（1）：36-40.

[5]? ? 史美超，白洪海，雷國明等.新疆北部和什托洛蓋盆地石炭系太勒古拉組烴源巖特征[J].新疆地質(zhì)，2016，34（4）：504-509.

[6]? ? 劉弋生，謝軍，武浩宇.頁巖氣儲層評價技術(shù)的方法——實驗分析技術(shù)[J].內(nèi)江科技，2012，33（3）：101-102.

[7]? ? 于炳松.頁巖氣儲層的特殊性及其評價思路和內(nèi)容[J].地學前緣，2012，19（3）：252-258.

[8]? ? 胡楊，夏斌，郭峰，等.新疆和什托洛蓋盆地構(gòu)造演化特征及其對油氣成藏的影響[J].地質(zhì)與資源，2012，（4）：380-385.

[9]? ? 馬曉鳴，何登發(fā)，吳曉智，等.前陸沖斷帶的后期演化：負反轉(zhuǎn)與再次沖斷——以中國新疆和什托洛蓋盆地為例[J].地質(zhì)科學，2010，45（4）：1066-1077.

[10]? 渠洪杰，胡健民，李瑋，等.新疆西北部和什托洛蓋盆地早中生代 沉積特征及構(gòu)造演化[J].地質(zhì)學報，2008，82（4）：441-450.

[11]? 孫自明.新疆西北部和什托洛蓋盆地構(gòu)造演化與后期走滑-沖斷改造[J].西北地質(zhì)，2015，48（2）：150-158.

[12]? 馬寶林.新疆哈拉阿拉特山地區(qū)的地層和沉積環(huán)境[J].沉積學報，1987，（4）：66-77.

[13]? 王玉凈，金玉玕，江納言.論哈拉阿拉特組的時代及古環(huán)境特征[J].地層學雜志，1987，（1）：53-57.

[14]? 彭湘萍，李永軍，李衛(wèi)東，等.西準哈拉阿拉特山一帶阿臘德依克賽組層序、化石組合及沉積環(huán)境[J].新疆地質(zhì)，2016，（3）：297-301.

[15]? 靳軍，張朝軍，劉洛夫，等.準噶爾盆地石炭系構(gòu)造沉積環(huán)境與生烴潛力[J] .新疆石油地質(zhì)，2009， 30（2）：211-214.

[16]? 龍鵬宇，張金川，唐玄，等.泥頁巖裂縫發(fā)育特征及其對頁巖氣勘探和開發(fā)的影響[J].天然氣地球科學，2011，（3）：525-532.

[17]? Bowker K A .Barnett shale gas producti on ， Fort Worth Basin ：Issuesand discussion[J] .AAPG Bulletin ， 2007，91（4）：523-533 .

[18]? 蔣裕強，董大忠，漆麟，等.頁巖氣儲層的基本特征及其評價[J].天然氣工業(yè)，2010，（10）：7-12+113-114.

[19]? 李志強.微納孔隙中頁巖氣的滲流機理及滲流模型研究[D].中國石油大學（華東），2014.

[20]? 馬勇.上揚子東部海相頁巖含氣性影響因素及核心區(qū)評價預(yù)測方法[D].中國石油大學（北京），2016.

[21]? Chalmers G R L，Bustin R M. Lower Cretaceous gas shales in northeastern British Columbia， PartⅡ：Evalution of regional potential gas resource[J].Bulletin of Canadian Petroleum Geology 2008， 56 （1）： 22-61.

[22]? 鐘玲文，張慧，員爭榮，等.煤的比表面積孔體積及其對煤吸附能力的影響[J].煤田地質(zhì)與勘探，2002，（3）：26-29.

[23]? 田興旺，胡國藝，蘇桂萍，等.川南威遠地區(qū)W201井古生界海相頁巖礦物特征[J].新疆石油地質(zhì)，2018，39（4）：409-415.

The Reservoir Feature and Gas Content of Carbonaceous Tailugula Formation Mud Shale in Hoxtolgay Basin

Liang Bin1，2，Shi Meichao1，Bai Honghai1，Lei Guoming1，Liu Ming1，2

（1.N0.9 Geolgical Party，BGMRED of Xinjiang，Urumuqi，Xinjiang，830000，China;2.School of Earth Science and Resources，Chang，an University，Xi，an，Shaanxi，710054，China）

Abstract：The Carboniferous Tailugula Formation is an important shale gas resource potential zone in Hoxtolgay basin. In order to understand its reservoir features in detail， in this paper，kinds of data including drilling core，field outcrops，logging，geological comprehensive logging and testingd data have been used to analyze the features of ithological，porosity and permeability，and reservoir space of mud shale in Tailugula Formation，and according to the analysis of on-site desorption gas and residual gas，the gas content characteristics of the mud shale are summarized.The results show that the brittle minerals content of the Tailugula Formation shale is greater than 60%， and the illite content in the clay minerals is greater than 50%， which is beneficial to shale gas adsorption and later reservoir reconstruction.The reservoir physical properties are mostly low-extra low porosity and ultra-low permeability， which is conducive to the formation and preservation of adsorption gas. Various types of reservoir space， including intra-particle pores， inter-particle pores and organic micropores， and the cracks are mostly structural fissures and diagenetic fissures.The total gas content of the desorption at the site is up to 1.11m3/t， which has a good potential for shale gas resources.The preliminary prediction of shale gas “sweet spots” exploration is mainly for the upper middle source rocks of the Tailegula Formation， in order to find “crack-type sweet spots”.

Key words：Hoxtolgay Basin; Tailugula Formation; Mud shale; Reservoir feature; Gas content