宣東地區(qū)下花園組地層頁巖氣源巖有機(jī)地化特征分析

＊張健雅 趙利濤

（1.河北省煤田地質(zhì)勘查院 河北 054000 2.河北煤炭科學(xué)研究院有限公司 河北 054000）

研究區(qū)地處張家口市宣化區(qū)東南下花園一帶。主體為單斜構(gòu)造，地層較平緩。區(qū)內(nèi)發(fā)育兩條逆沖大斷層，南部黃羊山逆斷層，北部宣化逆斷層，東西向展布，形成于侏羅系中后期燕山運動。受南北兩側(cè)逆沖斷層擠壓，區(qū)內(nèi)以南北向及北東－南西向正斷層為主[1]。

區(qū)內(nèi)地層發(fā)育為侏羅系地層直接覆蓋在中上元古界地層之上。侏羅系下花園組地層為頁巖氣發(fā)育地層，巖性以砂巖、粉砂巖、黑色泥頁巖及煤層互層為主。Ⅲ煤組上部厚層輝綠巖的侵入，為頁巖氣保存提供了良好的蓋層[2-4]。平均埋藏深度為1275.62m，最大達(dá)1800m；厚度變化較大，在宣東深部及外圍區(qū)厚度最大達(dá)500～800m（含輝綠巖），剔除輝綠巖下花園組厚度為400-600m。泥頁巖有機(jī)地化特征是評價頁巖氣源巖生烴能力的重要指標(biāo)，為頁巖氣賦存潛力評價提供重要的支撐依據(jù)[5]。

1.有機(jī)質(zhì)類型

物源不同，沉積環(huán)境也有所不同，形成的原始有機(jī)質(zhì)類型也各不相同，其結(jié)構(gòu)組成及性質(zhì)差異很大，導(dǎo)致生烴能力也不相同[6]。張頁1井下花園組泥頁巖樣品有機(jī)顯微組分顯示，鏡質(zhì)組含量最高，惰質(zhì)組次之，不同樣品殼質(zhì)組含量差別較大，腐泥組最低（圖1）。高含量的鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組對泥頁巖生氣有利[7]。結(jié)合下花園組富有機(jī)質(zhì)泥巖沉積背景可知，下花園組有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主。

圖1 張頁1井泥頁巖有機(jī)顯微組分分布

2.有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)含量與頁巖氣生氣潛力關(guān)系密切[8]。在該區(qū)張頁1井、ZK1、ZK3采集下花園組泥頁巖樣品286塊，樣品基本覆蓋了泥巖各層段。TOC測試結(jié)果顯示：宣東地區(qū)下花園組泥頁巖TOC平均為3.873%，且TOC值多數(shù)大于3%（圖2）。

張頁1井下花園組取泥頁巖樣品共120塊（圖2左），采樣深度在470-1300m之間，均勻分布于整個鉆井的下花園組，TOC分布范圍較為穩(wěn)定，主要在0.5%～10.0%之間，平均值為5.47%。ZK1鉆孔下花園組取泥頁巖樣品共61塊（圖2中），采樣深度在850m-1100m之間，基本覆蓋各泥頁巖層段，TOC主要分布在0.5%～3.0%之間，平均值為2.8%。ZK3鉆孔下花園組取泥頁巖樣品共105塊（圖2右），采樣深度在1300-1800m之間，覆蓋該鉆井整個下花園組，TOC分布范圍主要在0.5%～5.0%之間，平均值為3.2%。

圖2 下花園組頁巖樣品TOC分布

總體上，張頁1井TOC平均值最高，ZK3鉆孔次之，ZK1井最低，且三口井的TOC值整體趨勢呈現(xiàn)分層段由上至下逐漸增高的特點。

有機(jī)質(zhì)含量與頁巖氣生氣潛力關(guān)系密切。不同樣品巖性差異，測得有機(jī)碳含量差別較大。一般泥頁巖中TOC大于0.5%達(dá)到生油巖標(biāo)準(zhǔn)，大于1.0%為好生油巖標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)內(nèi)下花園組泥頁巖有機(jī)碳含量分布頻率圖（圖3）顯示：TOC大于0.5%占93.36%，TOC大于1.0%占72.03%，TOC大于2%占55.95%。下花園組地層暗色泥頁巖有機(jī)碳含量處于富碳階段，具有良好的生氣潛力。

圖3 下花園組有機(jī)碳含量分布百分比

3.有機(jī)質(zhì)成熟度

圖4 有機(jī)質(zhì)成熟度分布圖

有機(jī)質(zhì)成熟度越高，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)生油烴與天然氣程度越高，通過對下花園組泥頁巖光片的鏡質(zhì)組反射率測試可知（圖4），下花園組泥頁巖成熟度主要分布在0.88%-1.59%之間，平均1.44%，屬于高熟—過熟生氣階段。有兩個異常高值分別為2.34%和4.43%，深度為695.54m、975.22m，位于輝綠巖附近，推測可能與輝綠巖侵入有關(guān)。

結(jié)合張頁1井巖石樣品熱解實驗，分析樣品結(jié)果顯示：Tmax介于450～500℃之間，平均491℃，屬于高-過成熟演化階段。生烴潛力S1+S2分布在0.27～87.53mg/g之間，平均15.91mg/g；氫指數(shù)HCI為1.82-257.99mg/g，平均101.49mg/g。綜合熱解Tmax值以及鏡質(zhì)體反射率，參考我國生油巖的Tmax范圍[9]，認(rèn)為下花園組暗色泥頁巖處于高成熟濕氣階段，生烴潛力較高。

4.結(jié)論

宣東地區(qū)下花園組暗色泥頁巖顯微組分以惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組為主體，干酪根類型以Ⅲ型為主；有機(jī)碳含量變化范圍大，平均為3.873%；鏡質(zhì)體反射率平均值1.44%，Tmax在451～599℃之間，平均491℃，屬于高成熟濕氣演化階段。S1+S2為0.27～87.53mg/g，平均15.91mg/g；HCI在1.82～257.99mg/g之間，平均為101.49mg/g。綜合有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)豐度和有機(jī)質(zhì)成熟度，下花園組均有利于頁巖氣生成，且具有高有機(jī)質(zhì)豐度、高熱演化程度和高生烴潛力的特點，可作為頁巖氣有效源巖開展進(jìn)一步研究工作。