準噶爾盆地南緣山前沖斷帶蘆草溝組儲層含氣性及主控因素分析

梁斌　雷國明　黨犇　史美超　劉明　安文濤　賀鵬

摘? 要：在野外地質(zhì)考察、重磁電勘探成果基礎(chǔ)上，在準噶爾盆地南緣山前沖斷帶烏魯木齊一帶進行了頁巖氣參數(shù)井——米參2井施工。綜合鉆探、地質(zhì)綜合錄井、測井和分析測試數(shù)據(jù)，進行該區(qū)蘆草溝組泥頁巖儲層含氣性評價，并對儲層有機碳含量、孔隙度、礦物組分和頁巖裂縫發(fā)育特征等方面進行研究。分析儲層含氣性主控因素，旨在對識別準噶爾盆地南緣山前復(fù)雜構(gòu)造帶頁巖氣“甜點”及勘探開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。結(jié)果表明，該區(qū)蘆草溝組泥頁巖含氣層累計有效厚度206.9 m （34層），其中氣層有效厚29 m（3層） ，最大總含氣量1.64 m3/t;儲層總含氣量與有機碳含量、核磁有效孔隙度和礦物成分之間相關(guān)性較弱，與核磁自由流體孔隙度和裂縫密度呈較好的正相關(guān)，認為在準噶爾盆地南緣山前沖斷帶，應(yīng)以在遠離斷裂的構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)域?qū)ふ伊芽p型“甜點”為主。

關(guān)鍵詞：蘆草溝組;泥頁巖;特殊測井;含氣性;準噶爾盆地南緣山前沖斷帶

準噶爾盆地南緣二疊系蘆草溝組因沉積演化形成了巨厚的灰黑色-黑色泥頁巖層，成為集烴源巖、儲層、蓋層為一體的頁巖氣重點勘查層系[1-2]。2016—2019年，新疆地礦局第九地質(zhì)大隊在準噶爾盆地南緣沖斷帶烏魯木齊一帶開展了頁巖氣戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查，實施的米參2井地層壓裂測試，產(chǎn)氣量達3 500 m3/天，估算烏魯木齊向斜資源量459×108 m3，顯示了極好的頁巖氣資源潛力。

前人對準噶爾盆地南緣沖斷帶東段蘆草溝組開展了大量研究工作，主要涵蓋了層序地層、沉積相、構(gòu)造演化、烴源巖有機地化特征、儲層特征等方面[3-9]，取得了諸多成果，但涉及頁巖層系含氣性評價及控制作用的研究較少。盡管眾多學(xué)者對于四川和鄂爾多斯等盆地開展了頁巖氣儲層含氣性控制作用研究[10-11]，但因準噶爾盆地南緣沖斷帶構(gòu)造極其復(fù)雜、儲層類型多樣、較強的非均質(zhì)性和各向異性，使得前人總結(jié)的評價體系并不完全適用，儲層和勘探“甜點”識別難度依然較大，制約了準噶爾盆地南緣沖斷帶頁巖氣勘探開發(fā)的進程。本文以米參2井（MC02）為例，在系統(tǒng)總結(jié)鉆井、綜合錄井、常規(guī)測井、特殊測井（核磁共振測井、電成像測井等）和分析測試數(shù)據(jù)等成果的基礎(chǔ)上，進行了蘆草溝組泥頁巖儲層含氣性評價，分析了儲層特征對含氣性的影響，對識別復(fù)雜構(gòu)造帶頁巖氣“甜點”及勘探開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

1? 地質(zhì)概況

準噶爾盆地南緣山前帶位于天山造山帶與準噶爾盆地結(jié)合部位，南與伊連哈比爾尕山-博格達山相鄰，北至昌吉凹陷。本次研究區(qū)位于準南沖斷帶東段阜康斷裂帶烏魯木齊一帶（圖1）。上二疊統(tǒng)蘆草溝組為區(qū)內(nèi)頁巖氣勘探目標層段，地層平均厚度約1 057 m，沉積環(huán)境自下至上，總體為一個湖擴展伴隨相對湖平面上升的過程，屬扇三角洲-湖相沉積體系。巖性主要為灰黑-黑色泥頁巖、粉砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)白云巖，富有機質(zhì)泥頁巖厚度平均554.6 m，最大可達886.5 m。TOC含量平均5.18%，R0平均0.93%，干酪根以Ⅱ1型為主?。

2? 泥頁巖儲層含氣性評價

根據(jù)鉆探、綜合錄井、測井及現(xiàn)場解吸等成果，綜合解釋MC02井蘆草溝組泥頁巖含氣層34層，單層有效厚度1.4～38.1 m，累計厚206.9 m，含氣量為0.5～1.64 m3/t，平均0.84 m3/t。其中，21、25和71號氣層有效厚度1.9～22.5 m，累計厚29 m，含氣量1.11～1.64 m3/t，平均1.34 m3/t，達到頁巖氣工業(yè)標準。

含氣層測井特征表現(xiàn)為為自然伽馬均值48～92.91 API;電阻率均值15.6～837.39 Ω·m;聲波時差均值65.22～784.59 ?s/ft;密度均值1.91～2.5 g/cm3。其中，3層氣層（21、25、71號層）測井特征表現(xiàn)為（表1）：自然伽馬均值59.1～61.6 API;電阻率均值27.3～32.5 Ω·m;聲波時差均值為72.4～77.2 ?s/ft;密度均值1.9～2.3 g/cm3。含氣層較干層具高電阻率、高孔隙度、低密度和高含氣飽和度的特征。

3? 含氣性主控因素

頁巖儲層具有滲透率低、非均質(zhì)性較強、礦物組分復(fù)雜等特點。因此，影響頁巖氣含氣量的因素繁多，主要包括頁巖有機碳含量、有機質(zhì)類型、有機質(zhì)成熟度、孔隙度、礦物組分、頁巖層厚度與埋深、裂縫發(fā)育程度等?？偤瑲饬繙y試和解吸氣組分研究是量化識別頁巖氣甜點層最直接的方法[12-13]，本次對MC02井蘆草溝組的16件樣品進行解吸實驗（表2），采用測試總含氣量為直接指標，探討有機碳含量、孔隙度、礦物組分和裂縫發(fā)育程度等間接指標與總含氣量的相關(guān)性，總結(jié)其對含氣性的影響。

3.1? 有機碳含量

有機碳含量用來反映頁巖的有機質(zhì)豐度，是頁巖氣成藏的主要控制因素之一。國內(nèi)外測試結(jié)果表明，有機質(zhì)含量與頁巖的含氣量存在較好的正相關(guān)性[11，14]。通過建立蘆草溝組頁巖含氣量與有機質(zhì)含量（TOC）關(guān)系（圖2），顯示總含氣量與有機碳含量呈弱正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)僅為0.12。同時可看出，有機碳含量高的井段含氣量不一定高，但含氣量高的井段有機碳含量一般較高，該結(jié)果與四川等盆地略有不同。

3.2? 孔隙度

孔隙度是評價泥頁巖儲層物性的關(guān)鍵參數(shù)，核磁共振測井技術(shù)能定量評價頁巖儲層的孔隙度[15-17]。核磁有效孔隙度主要包括可動流體孔隙度和束縛流體孔隙度，核磁自由流體孔隙度這里主要為可動烴孔隙度。對應(yīng)16個解吸樣品深度的核磁共振測井解譯成果顯示，核磁有效孔隙度為2%～30%，平均16.2%，核磁自由流體孔隙度2%～6%，平均2.53%，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析中可看出，核磁有效孔隙度和核磁自由流體孔隙度與總含氣量均呈正相關(guān)。其中核磁自由流體孔隙度與總含氣量相關(guān)性更好，相關(guān)系數(shù)為0.72（圖3），說明核磁共振測井是快速識別頁巖氣“甜點”的重要方法之一。

3.3? 礦物組分

國內(nèi)研究認為，粘土礦物含量的增加能夠增加粘土礦物晶間孔、收縮縫等初級空間，且能夠明顯增大頁巖比表面積，有利于吸附氣量和含氣量的提升[18]。石英抗壓實能力強，顆?？蓸?gòu)成一個相對剛性的格架，有利于孔隙的保存，因此，石英含量越高，孔隙度越大，含氣量越高[19]。通過對MC02井蘆草溝組泥頁巖樣品進行全巖X-衍射分析，儲層礦物組分以粘土礦物和石英為主，含鉀長石、斜長石、方解石、鐵白云石等，脆性礦物含量較高，介于44%～62%，平均51.5%，主要為石英、長石，屬高脆性礦物儲層，有利于壓裂改造。從礦物含量與總含氣量關(guān)系可看出，石英含量和粘土含量與總含氣量相關(guān)關(guān)系并不明顯，相關(guān)系數(shù)分別只有0.10和0.11（圖4），說明在準噶爾盆地南緣山前復(fù)雜構(gòu)造帶頁巖礦物組分與總含氣量并無太大關(guān)系。

3.4? 頁巖裂縫

頁巖裂縫的發(fā)育對于頁巖氣的保存具有重要影響，同時，裂縫的發(fā)育又受到褶皺、區(qū)域斷裂和地應(yīng)力等諸多因素的影響。準噶爾盆地南緣山前沖斷帶經(jīng)歷了多期次構(gòu)造改造，在區(qū)域應(yīng)力場由張性轉(zhuǎn)變?yōu)閴号ば缘谋尘跋?，與褶皺伴生的逆沖斷裂較發(fā)育，這些斷裂對于頁巖氣的保存具有較大的破壞作用[9，21-23]。因此，本次工作在充分收集區(qū)內(nèi)二維地震資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合重磁電解譯成果，優(yōu)選遠離斷裂、構(gòu)造相對穩(wěn)定的位置施工MC02井。

電成像測井結(jié)果顯示，蘆草溝組地層裂縫類型有直劈縫、斜交縫、誘導(dǎo)縫、充填縫，總體欠發(fā)育，結(jié)合鉆探和綜合錄井認為，MC02井未見規(guī)模大、延伸遠的斷層，局部小裂縫較發(fā)育。按照裂縫寬度，可分為巨縫、大縫、中縫、小縫、微縫和超微縫5類[20]。據(jù)MC02井巖心裂縫統(tǒng)計，蘆草溝組含氣層段裂縫密度介于1～56 條/m之間，平均18 條/m，其中現(xiàn)場解吸樣品相鄰?fù)瑢訋r心（現(xiàn)場解吸樣品在巖心出筒后立即裝罐，無法統(tǒng)計裂縫）裂縫密度介于3～56 條/m，平均20 條/m。裂縫以高角度中小縫為主，分布不均勻，從裂縫密度與總含氣量關(guān)系圖上可看出，裂縫密度和總含氣量具較好的正相關(guān)性（圖5），說明對于中小縫發(fā)育的頁巖而言，一般不會出現(xiàn)頁巖氣的遠距離運移，但裂縫的發(fā)育增加了頁巖的儲集空間，頁巖氣可以近距離運移到裂縫發(fā)育的井段。所以，山前復(fù)雜構(gòu)造帶裂縫對于頁巖氣的富集具有較大影響，應(yīng)以在遠離斷裂的構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)域?qū)ふ伊芽p型“甜點”為主。

4? 結(jié)論

（1） 利用鉆探、綜合測錄井、現(xiàn)場解吸等成果綜合解釋MC02井蘆草溝組泥頁巖含氣層34層，單層有效厚度1.4～38.1 m，累計厚206.9 m，含氣量為0.5～1.64 m3/t，平均0.84 m3/t。其中，氣層29 m/3層，含氣量為1.11～1.64 m3/t，平均1.34 m3/t，均超過頁巖氣單直井工業(yè)標準，具有較好的頁巖氣開發(fā)前景。

（2） 頁巖含氣性受諸多因素影響，準南山前復(fù)雜構(gòu)造帶頁巖含氣量與有機碳含量、核磁有效孔隙度和礦物組分相關(guān)性均不明顯，與核磁自由流體孔隙度和裂縫密度呈較好的正相關(guān)性，這一結(jié)果與四川盆地等存在差異。

（3） 準南山前復(fù)雜構(gòu)造帶受到斷裂影響較大，頁巖儲層裂縫較發(fā)育，但在相對穩(wěn)定區(qū)域主要發(fā)育中小縫，影響頁巖氣儲存和富集，應(yīng)以在遠離斷裂的構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)域?qū)ふ伊芽p型“甜點”為主。

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Abstract： On the basis of field geological investigation and gravity， magnetic and electric exploration results， a shale gas parameter MC02 well was constructed in Urumqi area of piedmont thrust belt in the southern margin of Junggar basin. Based on the comprehensive drilling， geological logging， logging and analysis of test data， the gas bearing property of Lucaogou Formation shale reservoir is evaluated in this area.The organic carbon content， porosity， mineral composition and fracture development characteristics of shale are studied.The main controlling factors of gas bearing property of reservoir are analyzed.The purpose of this study is to provide a geological basis for identifying the "sweet spot" of shale gas and exploration and development in the Piedmont complex structural belt in the southern margin of Junggar Basin. The results show that there are 34 gas-bearing shale gas layers in the Lucaogou Formation in this area， with a cumulative effective thickness of 206.9 m， including 29 m（3 layers）， 177.9 m（31 layers）， and a maximum gas content of 1.64 m3/t; The total gas content of the reservoir is not significantly correlated with TOC，NMR effective porosity and mineral composition， and has a good positive correlation with the NMR free fluid porosity and crack density.It is believed that the piedmont complex structural belt in the southern margin of the Junggar Basin should look for "crack-type sweet spots" in the relatively stable area far from the fault.

Key words： Lucaogou Formation;Mud shale;Special logging;Gas bearing layer;Piedmont belt in the south margin of Junggar basin