松辽盆地南部白垩系青山口组页岩气储层评价及生储有利区预测

赵佳楠，陈永进，姜文斌

（1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083； 2.中国地质大学 教育部海相储层演化与油气富集机理重点实验室，北京 100083）

0 引言

随着美国页岩气勘探开发取得显著成功，页岩气作为一种新能源逐渐受到各国重视，并迅速成为天然气开发的重点研究对象.页岩气属非常规天然气，世界范围内页岩气资源储量巨大，约为456×1012m3，占非常规天然气总储量的1／2，与煤层气和致密砂岩气资源总量相当［1］.中国页岩气开发正处于探索阶段，以分布面积广、资源类型多、沉积环境多样和资源潜力巨大为特征［2-3］.中国页岩气可采资源总量为31×1012m3［4］，中国南部页岩气可开采量约占总量的1／2，且古生代有机质页岩产气量约占中国页岩气资源总量的66.7%［5-6］.

松辽盆地是中国大中型含油气盆地之一，广泛分布湖相中厚层富含有机质页岩［7］.湖相富有机质页岩主要形成于古生代晚期二叠纪、中生代和新生代早期［8］.松辽盆地发育中生代白垩纪湖相富有机质页岩，赋存于下白垩统青山口组、嫩江组、沙河子组和营城组页岩中［9］，且全盆地广泛分布.笔者分析松辽盆地南部白垩统青山口组烃源岩质量、储层特征和资源潜力，根据青山口组页岩气形成条件，预测松辽盆地南部白垩系青山口组页岩气生储有利区，有利于该地区页岩气进一步勘探开发.

1 地质背景

松辽盆地位于中国东北部，横跨吉林、辽宁和黑龙江三省，是中国大型中、新生代陆相含油气盆地，是中国陆相油气资源最丰富的盆地之一.以嫩江、松花江和拉林江为界，将盆地分为南北两部分，松辽盆地南部主要位于吉林省境内，面积约为13.3×104km2，占松辽盆地总面积的51.2%.松辽盆地构造位置处于天山—兴安褶皱带的东部，为西伯利亚板块和中朝板块间的古亚洲洋消亡闭合过程中形成的，且盆地属于下断陷上拗陷的复合构造叠合样式，下部断陷盆地富含天然气，上部拗陷盆地聚集石油.松辽盆地主要发育中、新生代地层，由老到新地层依次为侏罗系火石林组，白垩系沙河子组、营城组、登楼库组、泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组，新近系大安组、泰康组及第四系［10］，其中下白垩统沙河子组、营城组、青山口组和嫩江组具生油气潜力，以青山口组最佳（见表1）.

表1 沙河子组、营城组、青山口组、嫩江组岩性特征和沉积特征及生油气潜力评价Table 1 Lithologic features，sedimentary features and hydrocarbon potential evaluation，compared Shahe formation，Yingcheng formation，Qingshankou formation and Nenjiang formation

2 含有机质页岩评价

页岩气产于极低孔低渗富含有机质的页岩中，气体成分主要为甲烷，以吸附气和游离气并存的方式赋存于储集层中，属自生自储、原位饱和成藏［11-17］.松辽盆地南部下白垩统青山口组具良好的生气储气潜能.通过烃源岩质量、储层潜力和产能评价，综合分析生气地质条件，为优选页岩气生储有利区提供依据.

2.1 烃源岩质量

2.1.1 有机质丰度

根据陆相烃源岩行业评价标准，采用烃源岩残余有机碳质量分数（w（TOC））、烃源岩残余氯仿沥青“A”质量分数（w（“A”））、烃源岩总烃含量（HC）和烃源岩生烃潜能（S1＋S2）对烃源岩有机质丰度进行评价.青山口组沉积环境为半咸水湖环境［18-19］，且青山口组一段（简称“青一段”，K1q1）w（TOC）＞2%，烃源岩质量优于青山口组二＋三段（简称“青二＋三段”，K1q2＋3）（见表2）.根据烃源岩有机质丰度行业评价标准，青山口组一段烃源岩可视为最好烃源岩，青山口组二＋三段烃源岩为好烃源岩，沉积相为半深湖-深湖相.

表2 松辽盆地南部青山口组富有机质泥页岩有机质丰度Table 2 Organic matter abundance of Qingshankou formation organic-rich shale in southern Songliao basin

2.1.2 有机质类型

有机质类型是反映有机质来源和化学组成的主要标志，也是评价烃源岩生烃能力的重要指标.采用岩石热解法（见图1，其中，IH为烃源岩原始热解氢指数；Tmax为烃源岩热解最高峰温度）和干酪根元素法（见图2），对有机质类型进行“三类四分”的综合判定，表明烃源岩已演化至成熟阶段，青一段有机质为Ⅰ＋ⅡA型，青二＋三段有机质为ⅡA型，Ro（烃源岩干酪根在油侵条件下的镜质体反射率）平均为0.89%，平均碳氢原子比为1.29.通过Ro的空间展布分析，青二＋三段的烃源岩成熟度高于青一段的，并且长岭凹陷的青一段有利于页岩气生成，而位于长岭凹陷和长岭凹陷上部及其德惠凹陷的青二＋三有利于页岩气生成，是页岩气生气排气的重要层位（见图3和图4）.青二＋三段成熟度较高，生气烃源岩条件优于青一段.

2.2 储层潜力

分析松辽盆地南部青山口组储层岩心物性数据，青山口组储层孔隙度与渗透率变化范围较大，青一段平均孔隙度为6.77%，平均渗透率为131.04×10-3μm2；青二＋三段平均孔隙度为9.64%，平均渗透率为874.79×10-3μm2（见表3），并且青二＋三段储层渗透能力优良，有助于烃源岩生气排气，提供良好的储备空间，原位页岩气储集潜能巨大.

根据青一段和青二＋三段孔隙度和渗透率空间分布，位于松辽盆地南部的西北部、中部和东南部的青一段和青二＋三段孔渗能力较好，且青二＋三段的孔渗等值线分布密度大于青一段的，位于长岭凹陷和长岭凹陷西北部及德惠凹陷的青二＋三段的孔渗能力优于青一段的（见图5～8）.分析青山口组孔隙度和渗透率空间分布，结合烃源岩有机质成熟度评价，得出松辽盆地南部青二＋三段较青一段孔渗能力强，且以长岭凹陷及其西北部和德惠凹陷处的孔渗相关性最好，烃源岩生气排气能力最强，是页岩气勘探开发的重点区域，并且青二＋三段是生气的关键层；青一段在长岭凹陷处的孔渗能力较好，可成为页岩气生储的有效层之一.

表3 松辽盆地南部青山口组孔渗分布范围Table 3 Porosity and permeability range of Qingshankou formation in southern Songliao basin

2.3 产能评价

青山口组烃源岩（泥页岩）的产出深度和有效连续厚度是决定页岩气是否达到工业开采价值的重要标准，也是评价页岩气开采方式和烃源岩产能的重要指标［20-22］.

2.3.1 泥页岩产出深度

松辽盆地南部泥页岩以中浅埋深产出［18-19，23］，通过孤6井、乾101井和新171井泥页岩声波探测，表明泥页岩欠压实带底界面平均深度为1 578.8m（见图9），泥页岩产出深度受古地理环境限制，泥页岩向中央拗陷区埋深增加.分析中央拗陷周围海6井、黑43井和大20井钻井资料，中央最大埋深可达2 051.0 m，平均埋深为1 749.6m.泥页岩向西部斜坡区和东南隆起区埋深变浅，中央拗陷周围平均埋深为732.9 m，最大浅部埋深为437.3m.中央拗陷区泥页岩埋藏深度深，产出厚度大，具地层超压，符合页岩气工业开采的基本地质条件.

2.3.2 泥页岩有效连续厚度

根据松辽盆地南部钻孔泥页岩数据，分析区域泥页岩等值线，暗色泥页岩累计较深区为长岭凹陷和德惠凹陷，并且含有机质泥页岩累计沉积深度最深至182.0m.青一段的含有机质泥页岩的沉积厚度较青二＋三段的略少，并且青一段和青二＋三段泥页岩沉积最厚地区位于长岭凹陷的西北部，但青一段具备生烃能力的含有机质泥页岩连续单层厚度最大可达19.0m，有效连续累计厚度可达37.1m，青二＋三段的泥页岩有效连续厚度可达28.3m，略少于青一段的（见图10和图11）.青一段和青二段含有机质泥页岩有效连续厚度达到开采标准，并且德惠凹陷和长岭凹陷的中部最具开采潜力.

3 页岩气生储有利区预测

松辽盆地南部含油气区分布广泛，页岩气具有普遍存在性，但考虑烃源岩质量、含气程度、储层潜力、埋藏深度等，只有少数含油气区具有页岩气工业开采价值.根据美国页岩气开发要求和中国页岩气勘探开发实际［24-27］，具备工业价值的页岩气开采基本地质条件：烃源岩残余有机碳质量分数w（TOC）＞2%，有机质类型主要为Ⅰ和Ⅱ型，成熟度较高（Ro≥1.0%），孔渗能力好，孔隙度大于2%，生气后具良好的保存条件，并且存在超压（见表4）.

表4 美国页岩气与中国页岩气优选标准Table 4 The preferred standard of shale gas compared USA with China

评价烃源岩质量、储层潜能和产能，综合有机质类型、有机质热演化程度、古地温和泥页岩有效连续厚度结果，得出青山口组一段页岩气生储最有利区位于长岭凹陷中偏南部；位于长岭凹陷中部、长岭凹陷中部以北部分地区和德惠凹陷中部的青山口组二＋三段为页岩气成藏发育最有利区带（见图12和图13）.

4 结论

（1）松辽盆地南部白垩系青山口组沉积相为半咸水半深湖—深湖相，有机质丰度高，青一段有机质类型为Ⅰ＋ⅡA型，青二＋三段有机质类型为ⅡA型，均演化至成熟阶段，烃源岩质量好，且青二＋三段的烃源岩质量优于青一段的，两者具有可观的页岩气生储潜能.

（2）青二＋三段较青一段孔隙度和渗透率变化范围大，孔渗相关性好，更具有页岩气自生自储潜能；两者具有地层超压，青一段的含有机质泥页岩的有效连续厚度略高于青二＋三段的，并且达到开采标准.

（3）结合烃源岩质量、储层特征和产能评价，认为青一段页岩气生储最有利区位于长岭凹陷中偏南部；青二＋三段页岩气成藏发育最有利区带位于长岭凹陷中部、长岭凹陷中部以北部分地区和德惠凹陷中部.

［1］Kuuskraa V A.Unconventional natural gas industry：Savior or bridge［C］.EIA Energy Outlook and Modeling Conference，2006.

［2］陈更生，董大忠，王世谦，等.页岩气形成机理及富集规律初探［J］.天然气工业，2009，29（5）：17-21.Chen Gengsheng，Dong Dazhong，Wang Shiqian，et al.A preliminary study on accumulation mechanism and enrichment pattern of shale gas［J］.Natural Gas Industry，2009，29（5）：17-21.

［3］徐建永，武爱俊.页岩气发展现状及勘探前景［J］.特种油气藏，2010，17（5）：1-7.Xu Jianyong，Wu Aijun.The development status of shale gas in the world and its exploration prospect in China［J］.Special Oil ＆Gas Reservoirs，2010，17（5）：1-7.

［4］国土资源部油气资源战略研究中心.中国重点地区页岩气资源潜力及有利区带优选项目［R］.北京：国土资源部，2010.Oil and gas resources strategic research center of ministry of land and resources.The preferred project with shale gas resource potential areas of China and the favorable areas［R］.Peking：Ministry of Land and Resources，2010.

［5］张金川，姜生玲，唐玄，等.我国页岩气富集类型及资源特点［J］.天然气工业，2009，29（12）：1-6.Zhang Jinchuan，Jiang Shengling，Tang Xuan，et al.Accumulation types and resources characteristics of shale gas in China［J］.Natural Gas Industry，2009，29（12）：1-6.

［6］张金川，徐波，聂海宽，等.中国页岩气资源勘探潜力［J］.天然气工业，2008，28（6）：136-141.Zhang Jinchuan，Xu Bo，Nie Haikuan，et al.Exploration potential of shale gas resources in China［J］.Natural Gas Industry，2008，28（6）：136-141.

［7］李玉喜，聂海宽，龙鹏宇.我国富含有机质泥页岩发育特点与页岩气战略选区［J］.天然气工业，2009，29（12）：115-118.Li Yuxi，Nie Haikuan，Long Pengyu.Development characteristics of organic-rich shale and strategic selection of shale gas exploration area in China［J］.Natural Gas Industry，2009，29（12）：115-118.

［8］秦建中.中国烃源岩［M］.北京：科学出版社，2005.Qin Jianzhong.Source rocks in China［M］.Peking：Science Press，2005.

［9］邹才能，董大忠，杨桦，等.我国页岩气富集类型及资源特点［J］.天然气工业，2011，31（12）：26-28.Zou Caineng，Dong Dazhong，Yang Hua，et al.Accumulation types and resources characteristics of shale gas in China［J］.Natural Gas Industry，2011，31（12）：26-28.

［10］赵志亏，张金亮，赵占银.松辽盆地南部坳陷湖盆沉积相和储层研究［M］.北京：石油工业出版社，2009.Zhao Zhikui，Zhang Jinliang，Zhao Zhanyin.Study on sedimentary facies and reservoir in the southern depression of Songliao basin［M］.Peking：Petroleum Industry Press，2009.

［11］张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布［J］.天然气工业，2004，24（7）：15-18.Zhang Jinchuan，Jin Zhijun，Yuan Mingsheng.Reservoiring mechanism of shale gas and its distribution［J］.Natural Gas Industry，2004，24（7）：15-18.

［12］久凯，丁文龙，黄文辉，等.渤海湾盆地济阳拗陷沙三段页岩气地质条件分析［J］.大庆石油学院学报，2012，36（2）：65-70.Jiu Kai，Ding Wenlong，Huang Wenhui，et al.Analysis of geological condition of the formation of Shahejie shale gas in Jiyang depression in Bohai bay basin［J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2012，36（2）：65-70.

［13］邹才能，董大忠，王社教，等，中国页岩气形成机理、地质特征及资源潜力［J］.石油勘探与开发，2010，37（6）：641-653.Zou Caineng，Dong Dazhong，Wang Shejiao，et al.Geological characteristics，formation mechanism and resource potential of shale gas in China［J］.Petroleum Exploration and Development，2010，37（6）：641-653.

［14］李娜.松辽盆地东南隆起区德惠凹陷中浅层成藏规律研究［D］.大庆：大庆石油学院，2009.Li Na.Research on reservoir-forming rule in Dehui depression middle-shallow layer of Songliao basin southeast uplift area［D］.Daqing：Daqing Petroleum Institute，2009.

［15］邵珠福，钟建华，于艳玲，等.从成藏条件和成藏机理对比非常规页岩气和煤层气［J］.特种油气藏，2012，19（4）：21-24.Shao Zhufu，Zhong Jianhua，Yu Yanling，et al.Compare shale gas with CBM in accumulation conditions and mechanisms［J］.Special Oil ＆ Gas Reservoirs，2012，19（4）：21-24.

［16］许长春.国内页岩气地质理论研究进展［J］.特种油气藏，2012，19（1）：9-16.Xu Changchun.Research progress in shale gas geological theory in China［J］.Special Oil ＆ Gas Reservoirs，2012，19（1）：9-16.

［17］张琴，边瑞康，唐颖，等.库车拗陷页岩气聚集条件与勘探前景［J］.大庆石油学院学报，2010，34（6）：13-17.Zhang Qin，Bian Ruikang，Tang Ying，et al.Geological condition and exploration prospect of shale gas in Kuqa depression［J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2010，34（6）：13-17.

［18］张鑫.松辽盆地南部中浅层沉积演化与油气分布［D］.青岛：中国海洋大学，2009.Zhang Xin.Sedimentary evolution and hydrocarbon distribution in the middle-shallow layer in the south of Songliao basin［D］.Qingdao：Ocean University of China，2009.

［19］侯启军，赵志奎，王立武，等.松辽盆地深层天然气富集条件的特殊性［J］.大庆石油学院学报，2009，33（2）：31-35.Hou Qijun，Zhao Zhikui，Wang Liwu，et al.Discussion of the particularity of deep natural gas enrichment conditions in Songliao basin［J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2009，33（2）：31-35.

［20］钱旭瑞，刘广忠，唐佳，等.页岩气井产能影响因素分析［J］.特种油气藏，2012，19（3）：81-83.Qian Xurui，Liu Guangzhong，Tang Jia，et al.Analysis of influencing factors on shale gas well productivity［J］.Special Oil ＆ Gas Reservoirs，2012，19（3）：81-83.

［21］朱定伟，丁文龙，邓礼华，等.中扬子地区泥页岩发育特征与页岩气形成条件分析［J］.特种油气藏，2012，19（1）：34-37.Zhu Dingwei，Ding Wenlong，Deng Lihua，et al.Development characteristics of mud shale and shale gas formation conditions in the middle Yangtze region［J］.Special Oil ＆ Gas Reservoirs，2012，19（1）：34-37.

［22］杨镱婷，张金川，王香增，等.陆相页岩气的泥页岩评价——以延长下寺湾区上三叠统延长组长7段为例［J］.东北石油大学学报，2012，36（4）：10-17.Yang Yiting，Zhang Jinchuan，Wang Xiangzeng，et al.Source rock evaluation of continental shale gas：a case study of Chang 7of mesozoic Yanchang formation in Xia Siwan area of Yanchang［J］.Journal of Northeast Petroleum University，2012，36（4）：10-17.

［23］Navigant Consulting Inc.North American natural gas supply assessment［R］.Chicago：Navigant Consulting Inc，2008.

［24］Curtis J B.Fractured shale-gas systems［J］.AAPG Bulletin，2002，86（11）：1921-1938.

［25］Richard M P.Total petroleum system assessment of undiscovered resources in the giant Barnett Shale continuous（unconventional）gas accumulation，Fort Worth basin，Texas［J］.AAPG Bulletin，2007，91（4）：551-578.

［26］董大忠，邹才能，李建忠，等.页岩气资源潜力与勘探开发前景［J］.地质通报，2011，30（2／3）：324-336.Dong Dazhong，Zou Caineng，Li Jianzhong.et al.Resource potential，exploration and development prospect of shale gas in the whole world［J］.Geological Bulletin of China，2011，30（2／3）：324-336.

［27］单衍胜，张金川，李晓光，等.辽河盆地东部凸起太原组页岩气聚集条件及有利区预测［J］.东北石油大学学报，2012，36（1）：1-7.Shan Yansheng，Zhang Jinchuan，Li Xiaoguang，et al.Shale gas accumulation factors and prediction of favorable area of Taiyuan formation in Liaohe eastern uplift［J］.Journal of Northeast Petroleum University，2012，36（1）：1-7.