阳信洼陷沙一段生物泥页岩气成藏条件分析

甘志红

（中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东 东营 257015）

0 引言

页岩气为非常规天然气的重要类型之一，资源量巨大，并在北美等地区成功开发，是当今世界的研究热点［1-2］。页岩气分为生物成因气、热成因气及两者结合成因气，为典型的“自生自储”型气藏［3］。

济阳坳陷在阳信洼陷沙一段首次发现生物气，多口井获得工业气流。研究认为，沙一段生物灰岩及粉砂岩储层中的生物气来自沙一段烃源岩，表明阳信洼陷广泛分布的品质良好的沙一段烃源岩内可能蕴含丰富的生物成因页岩气。

笔者通过分析阳信洼陷沙一段烃源岩微观地化特征、平面分布特征、沉积环境等，研究了阳信洼陷沙一段生物泥页岩气的成藏地质条件，提出了阳信洼陷具备形成中小型生物泥页岩气的成藏条件。

1 地质概况

阳信洼陷位于济阳坳陷惠民凹陷东北部，北接无棣凸起，东邻流钟洼陷，南接林樊家构造，为典型的北断南超型箕状结构，面积约为1 290 km2。该区已完钻探井46口，其中14口井在沙一段共解释气层42层78.4 m，并有3口井试气获得工业气流。

沙一段生物灰岩、生物白云岩和砂岩是生物气藏的重要储集层。气藏埋藏较浅，一般为1 309～1 520 m。天然气组分中，甲烷质量分数为95.00%～98.49%，平均97.30%，重烃和非烃少，质量分数一般小于1.30%，天然气相对密度为0.560 0～0.596 2，表明天然气为干气。阳15、阳16、阳101井3个气样的甲烷碳同位素分析表明，δ13C1值分布于-56.46‰～-60.88‰，平均-59.31‰，说明沙一段的天然气属于生物成因气。阳24井沙一段1260～1302m烃源岩吸附气的δ13C1值分布于-50.20‰～-61.60‰，与上述3口井天然气甲烷碳同位素比较接近，说明沙一段的烃类气主要来源于沙一段烃源岩。

研究发现，沙一段与含气储层互层或在其上部的泥页岩段气测显著异常，泥页岩集中分布，厚度较大，如阳101井，全烃异常值为1.00%～13.90%（基值为0.40%），甲烷异常值为 1.50%～11.75%（基值为0.40%），气测异常段厚度为132 m；因此，阳信洼陷沙一段泥页岩是潜在的生物泥页岩气的勘探对象。

2 沙一段泥页岩特征

生物页岩气是指生物成因的泥页岩气，具体是指微生物作用于烃源岩中的有机质，生成的以甲烷为主的烃类和非烃类气体。这些天然气以吸附或游离态赋存在页岩中，成为生物成因页岩气［4］。沙一段泥页岩是生物页岩气的资源基础，该区泥页岩具备生成生物泥页岩气的有利条件。

2.1 适宜的地温条件

在生物泥页岩气的形成过程中，产甲烷菌等微生物起到重要作用。甲烷菌生存的基础条件是地温适宜，温度范围一般在0～75℃，且在35～65℃具有较大的生理活性。通过阳信洼陷7口井的测试分析，沙一段地层由于埋深浅，小于1 800 m，地温介于54.0～63.0℃，平均为56.9℃，处于生物气的生烃高峰时期，具有晚期大量生成生物气的环境，也有利于生物气及生物页岩气的成藏与保存。

2.2 面积较大，具有咸化、快速沉积的特征

阳信洼陷沙一段泥页岩厚度20～140 m，分布面积1 200 km2，同时还具有快速沉积的特征，沉积速率达0.60 mm/a。其快速沉积的背景不仅提供了较厚的气源岩，而且使沙一段沉积有机质在快速堆积中避免受到浅表氧化细菌的降解作用，从而为生物泥页岩气的生成创造了有利条件。

阳信洼陷沙一段快速沉积的背景，还有利于形成有机质进行生物化学作用的地球化学环境。首先，快速沉积形成了沙一段水体相对较深的半深湖或浅湖环境，水中游离氧较贫乏，使早期沉积物快速堆积，得到迅速埋藏和保存，同时减少了上覆水体中不断补给的溶解的硫酸盐，为微生物群落的生成和繁殖创造有利环境。其次，快速堆积促进了有机质不断进入生物气的主生气带，由于上覆沉积物的重力作用和静水柱压力作用，已经生成的甲烷不容易散失，从而得以保存。

阳信洼陷沙一段沉积时期，湖盆总体为咸化环境。咸化环境的水体抑制了有机质的生物降解,使其得以大量保存。沙一段7块样品的微量元素统计分析结果显示，Fe/Mn 比值为 0.10～0.54，均小于 1.0，Sr/Ba 比值为1.15～2.29，表明沙一段为咸化湖相环境。另外，沙一段泥岩的色-质谱特征表明，阳14井沙一段1 444.58 m处泥岩伽马蜡烷质量分数高达24.83%，伽马蜡烷/C30-藿烷为1.87；阳16井沙一段1 275.38 m泥岩伽马蜡烷质量分数为6.72%,伽马蜡烷/C30-藿烷为1.01，也反映阳信洼陷沙一段为咸化沉积环境。这种咸化环境可有效抑制甲烷菌对沉积有机质的分解作用，减缓有机质向生物气的转化，是沙一段生物气能够大量生成并富集的重要原因。

阳信洼陷沙一段泥页岩厚度大，满洼分布，并已获得了工业气流，沙一段泥页岩中未排出的生物泥页岩气具有较大的勘探潜力。

2.3 泥页岩地化指标

阳信洼陷沙一段为滨浅湖沉积环境，灰色、灰黑色泥岩、油泥岩与油页岩累计厚度为20～140 m，烃源岩的地化指标较好（见图1）。泥页岩有机碳质量分数为3.04%～20.00%，平均3.95%，氯仿沥青“A”质量分数为0.0800%～0.5000%，平均 0.130 6%，S1最大可达 20 mg/g，为好烃源岩。泥页岩演化程度低，Ro平均0.35%。干酪根类型为Ⅰ型。

2.4 泥页岩段集中分布

阳信洼陷沙一段泥页岩段具有泥岩分布集中、电阻率高的特征（见图2）。沙一段泥岩电阻率相对于上覆东营组、下伏沙二段，均表现为高阻特征，高阻异常段页岩主要分布于沙一段中、下部。沙一段是一个水体由上升到下降的旋回，其中、下部对应着低位域及湖侵域，是该段水体相对较大、湖盆发育的时期。稳定、快速沉积的湖相泥页岩，有机质质量分数较高，有机碳质量分数平均3.95%，丰富的有机质导致泥岩电阻率较高。据统计，沙一段中、下部电阻率一般为3～17 Ω·m，平均5 Ω·m。

钻井揭示高阻段页岩厚度10.0～96.8 m（见图3）。这些高阻段泥页岩为生物泥页岩气的生成提供了物质基础［5］。

图1 阳信洼陷阳16井烃源岩地球化学综合剖面

图2 阳信洼陷阳6井—阳17井沙一段东西向地层对比

图3 阳信洼陷沙一段页岩厚度

3 生物泥页岩气成藏分析

3.1 泥页岩储集性能

生物泥页岩气的储集空间主要为原生孔隙及少量次生孔隙［6］。沙一段泥页岩埋藏浅，为 1 200～1 800 m，处于成岩作用早期，泥岩中的原生孔隙得以保留，测井解释孔隙度一般为 2%～7%，渗透率（0.1～0.5）×10-3μm2，具备一定的储集能力。

岩心观察发现，沙一段稳定沉积的湖相泥页岩页理发育，这些页理也可以构成生物页岩气的有利储集空间。

3.2 生物泥页岩气保存条件

沙一段沉积时期，洼陷边部阳信断层断裂活动较弱，洼陷内部二级及三级断层不发育, 同时沙一段泥岩内部裂缝也不发育，减少了生物泥页岩气的散失。东营组沉积时期，洼陷遭到整体抬升，发育河流相沉积；东营组沉积以后，洼陷整体进入坳陷期。区域构造背景形成阳信洼陷沙一段、东营组及新近系断层不发育、形态类似“平底锅”的构造特征，减少了生物页岩气纵向上的散失，有利于生物页岩气的大量保存。另外，大断裂附近地表水较为丰富，水质较淡，甲烷菌异常活跃，促使有机质早期分解，不利于有机质保存和生物页岩气的形成。因此，生物页岩气的主要富集区带为远离断裂的泥岩有利发育区。

3.3 生物泥页岩气成藏模式

生物泥页岩气藏主要位于烃源岩中的暗色泥页岩或高碳泥页岩中，是生物气在烃源岩内就近聚集的结果，成藏特征为典型的原地成藏模式［7］。

阳信洼陷自沙一段烃源岩沉积时期一直到第四纪，区域构造活动较弱。以湖相水生生物母质为主，滨浅湖相稳定快速沉积的沙一段优质烃源岩得到很好保存。随着埋深加大，古地温在35～65℃，烃源岩进入生物气生成高峰阶段。沙一段烃源岩生成的生物页岩气，在烃源岩内就近聚集，形成“自生自储”的原地成藏模式［8-17］。

烃源岩中吸附的天然气导致沙一段气测异常明显。钻井统计气测全烃异常最大值可达20%，均值为8%。沙一段气测异常段厚度15～120 m，厚度中心在阳101鼻状构造带、洼陷带阳23及阳29井一带。沙一段气测异常值与围岩基值的倍数为2～25，最大倍数在阳16井一带。气测异常较大值区带预测是生物泥页岩气的有利发育区。

4 结束语

阳信洼陷沙一段泥页岩具备形成生物页岩气的有利条件。沙一段泥页岩为优质烃源岩，处于生物气生成的高峰时期。沙一段地层具有快速沉积、咸化湖盆的特征，为烃源岩的保存及生物泥页岩气的生成提供了有利沉积背景。烃源岩生成的生物泥页岩气在烃源岩内就近聚集，表现为典型的原地成藏模式。沙一段沉积时期，洼陷内部二级、三级断层不发育，减少了生物泥页岩气的散失。洼陷中部气测异常较大值区带，预测是生物泥页岩气的有利发育区。

［1］孟庆峰，侯贵亭.页岩气成藏地质条件及中国上扬子区页岩气潜力［J］.油气地质与采收率，2012，19（1）：11-14.

［2］范柏江，师良，庞雄奇.页岩气成藏特点与勘探选区条件［J］.油气地质与采收率，2011，18（6）：9-13.

［3］邵晓州，余川，付勋勋，等.页岩气研究新进展及开发瓶颈分析［J］.断块油气田，2012，19（6）：764-766.

［4］孟庆峰，侯贵亭.页岩气成藏地质条件及中国上扬子区页岩气潜力［J］.油气地质与采收率，2012，19（1）：11-14.

［5］梁超，姜在兴，郭岭，等.黔北地区下寒武统黑色页岩沉积特征及页岩气意义［J］.断块油气田，2012，19（1）：22-26.

［6］李智锋，李治平，王杨，等.页岩气储层渗透性测试方法对比分析［J］.断块油气田，2012，19（6）：762-764.

［7］徐波，李敬含，李晓革，等.辽河油田东部凹陷天然气运移特征［J］.断块油气田，2011，18（4）：409-412.

［8］盘昌林，刘树根，马永生，等.川东北地区须家河组天然气成藏主控因素分析［J］.断块油气田，2011，18（4）：418-423.

［9］刘成林，葛岩，范柏江，等.页岩气成藏模式研究［J］.油气地质与采收率，2010，17（5）：1-5.

［10］李红霞，史建南，郑荣才.安徽地区古生界页岩气勘探潜力［J］.断块油气田，2013，20（1）：14-18.

［11］葛明娜，张金川，李晓光，等.辽河东部凸起上古生界页岩含气性分析［J］.断块油气田，2012，19（6）：722-726.

［12］陈会年，张卫东，谢麟元，等.世界非常规天然气的储量及开采现状［J］.断块油气田，2010，17（4）：439-442.

［13］王文炯.陕甘宁盆地中部大气田成藏条件分析［J］.断块油气田，1995，2（1）：10-15.

［14］吕延仓，刘绍光，刘新刚.陕北富县勘探区古生界天然气成藏条件分析及勘探部署意见［J］.断块油气田，2000，7（2）：18-20，43.

［15］杨显成.东营凹陷天然气成藏及分布主控因素分析［J］.断块油气田，2005，12（4）：11-13.

［16］薛永超，程林松，付广.深层封盖条件对天然气成藏的控制作用［J］.断块油气田，2005，12（2）：11-13.

［17］沈扬.义南地区天然气成藏条件和勘探潜力分析［J］.断块油气田，2004，11（1）：16-17.