鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油页岩特征与页岩气资源潜力研究

张 惠，孟祥振

(1.西北大学地质学系，陕西西安710069;2.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安710065;3.延长油田股份有限公司，陕西 延安717111)

据不完全统计，全球油页岩蕴藏着巨大的资源量，产层从寒武系至第三系，主要分布在美国、扎伊尔、巴西、意大利、摩洛哥、约旦、澳大利亚、中国和加拿大等9个国家［1-2］。我国页岩气广泛分布，主要分布在川南、川东、渝东南、黔北、鄂西、渤海湾、鄂尔多斯、塔里木和准噶尔等含油气盆地，可采资源量约为26×1012m3，与美国的28.3×1012m3大致相当，具有很大的资源前景和开发潜力。鄂尔多斯盆地作为我国油页岩资源最丰富的盆地之一，纵向上分布在石炭系、二叠系山西组、三叠系延长组等层位，其中延长组是盆地内油页岩的主要产出层位，占鄂尔多斯盆地油页岩资源总量的90%以上。鉴于此，本文对该盆地延长组长7油页岩特征进行细致分析，并对其页岩气资源量予以估算。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地是位于我国中东部中、新生代的大型坳陷内陆沉积盆地，地跨中国北部的陕西、甘肃、宁夏、山西和内蒙古等五省区，为一个沉积稳定，坳陷迁移，扭动明显的多旋回克拉通叠加盆地［3］，沉积面积约25×104km2。

区域地质研究表明［4-7］，鄂尔多斯盆地早古生代为海相沉积，晚古生代以海陆过渡相沉积为主，到了晚三叠世，受印支运动影响，鄂尔多斯盆地遭受了有史以来的重大变革，在沉积上实现了由海相、过渡相向陆相的根本性转变，开始进入内陆坳陷盆地发展阶段，发育了大型内陆湖泊，沉积了厚逾千米的上三叠统生、储油岩系，延长组记录了湖盆形成、发展和萎缩的全过程。延长组沉积时期，鄂尔多斯盆地具面积大、水域广、深度浅、地形平坦和分割性较弱的特点(曾少华，1992)，而长7油页岩正是之一时期形成的。

2 长7油页岩特征

2.1 油页岩的成因类型

油页岩通常根据成因可分为海相和陆相。一般情况下，地质学家把油页岩沉积分为三大类:第一类为黑色的、极少见的浅棕色海相地台型油页岩，它们与碳酸盐岩、硅质岩和含磷酸盐的岩系伴生。这类油页岩层一般都很薄，厚度不超过几米，厚达10 m的极少。第二类是黑色湖相油页岩，形成于深湖-半深湖沉积环境中。这类油页岩厚度可达几百米，是季节性气候旋回直接控制下湖盆内部水体生物与化学环境周期变化的产物，为盆内成因或湖控成因［8］。它代表了盆地发育的鼎盛期，油页岩往往是含油气盆地的主要烃源岩，纵向上油页岩处于储盖组合之下，这种成因类型的油页岩具有厚度大、分布范围广的特点［9］。第三类是与煤层伴生的油页岩，包括海陆交替相和沼泽相沉积环境形成的油页岩，一般分布在煤层的底部或煤层之间，多数为煤层底板，厚度相对较薄。

鄂尔多斯盆地的油页岩可分为湖相油页岩、海陆交替相油页岩和沼泽相油页岩三类。而延长组长7油页岩则属于大型内陆湖盆的湖相油页岩，代表了盆地发育的鼎盛期，是主要的烃源岩。

2.2 油页岩平面分布特征

长7期，盆地在继承前期的基础上，基底整体强烈下沉，湖水覆盖面积约达10×104km2，湖盆水体也明显加深。湖岸线大幅度向外扩展，东部大致扩展至横山-子洲-清涧-延川-赵家河一带，西部推移至环县西-华亭一线;南部抵达旬邑东一线;北部最远可达乌审旗一带。

研究表明，鄂尔多斯盆地长7油页岩的发育厚度与沉积相的展布密切相关。半深—深亚相沉积广泛分布于黄陵-富县-甘泉-吴旗-定边-姬塬—环县-西峰西一线以内的广大地区，呈北西-南东向不对称分布。该区黑色泥岩厚80～120 m，油页岩厚一般大于30 m，最厚处可达60 m以上，最厚处在盆地南部的吴旗、庆阳和正宁等地附近，普遍发育水平层理、微细波状层理。垂向上浊积岩、深湖湘泥岩交替。动植物化石丰富，黄铁矿结核普遍分布，是鄂尔多斯盆地主要的烃源岩发育区。西部以粗粒三角洲和浊积岩沉积为主，庆阳-合水-固城川的浊积扇连成一片，规模达到最大;东南部、西北部发育扇三角洲成因有关的浊积扇;东部局部发育与三角洲有关的浊积岩。浅湖亚相沉积呈环带状沿深湖区展布，具有西部狭窄，东部宽阔的特点。灰色、灰黑色泥岩厚达60～80 m，油页岩厚度一般小于30 m，10～20 m居多，分布在定边、靖边、延安、子长、富县、铜川和彬县一带。具有水平或波状层理，含植物化石碎片，也是重要的烃源岩发育区;东部发育定边三角洲、志丹—靖边三角洲、乌审旗三角洲、安塞三角洲、延安三角洲、富县三角洲等三角洲前缘亚相沉积，此处页岩不太发育，厚度较小，一般多在20 m以下(图1)。

由此可见，鄂尔多斯盆地长7油页岩的分布受沉积环境的控制作用显著，深湖—半深湖相形成的油页岩具有分布广泛、厚度大的特点，浅湖和三角洲相形成的油页岩不仅分布范围小，且厚度小。

图1 鄂尔多斯盆地长7期沉积相与油页岩厚度等值线图

2.3 油页岩纵向分布特征

长7油页岩纵向上常为1～3层，单层厚度一般10～30 m，深湖区单层厚度达50 m以上。水平层理发育，具密度流碎屑沉积夹层或隔层，厚度较大的油页岩段纵向上分布集中且稳定(图2)。

图2 长7油页岩对比剖面

2.4 油页岩电性特征

从测井曲线上看，长7油页岩段自然伽马曲线值一般为91～243.5APⅠ，平均 134 APⅠ，是泥岩的 3 倍以上;深感应电阻率曲线值一般为29～196Ω·m，平均61Ω·m，是泥岩的4倍以上;4米视电阻率曲线值一般为63～540Ω·m，平均234Ω·m;声波时差曲线值一般为 230～362μs/m，平均282μs/m;自然电位曲线值一般为 -38～-5mv，平均 -21mv。总之，油页岩测井响应明显，易于识别，具有高伽马、高电阻、高时差、自然电位偏正等特征(图2)，可以利用鄂尔多斯盆地大量的钻孔测井资料进行油页岩定性解释评价。

3 长7页岩气资源潜力

3.1 页岩气资源评价方法概述

页岩气发育条件及富集机理的特殊性，决定了相应资源评价方法和参数取值的特殊性［10］。页岩气藏储层连续分布，具有较强的非均质性，包括多种气体富集机制、控制产能的多样性。因此，页岩气资源评价中既要考虑地质因素的不确定性，也要考虑技术、经济上的不确定性。当页岩物性超出下限(孔隙度小于1%)、页岩含气量达不到工业标准或者埋藏深度超出经济下线(埋深4 km)时，页岩气资源量与储量计算结果宜采取适当办法予以总量中的扣除［11］。

目前，页岩气资源评价方法评价方法主要有资源丰度类比法、成因法、统计法、容积法、综合分析法等［10-11］。本次长7页岩气资源量估算采用资源丰度类比法，该方法是勘探开发程度较低地区常用的方法，也是一种简单快速的评价方法。简要过程是:首先确定评价区页岩系统展布面积、有效页岩厚度;其次根据评价区页岩吸附气含量、页岩地化特征、储层特征等关键因素，结合页岩沉积、构造演化等地质条件，已知含气页岩对比，按地质条件相似程度，估算评价区资源丰度或单储系数;最终按如下方式估算评价区页岩气资源量:

式中:Q为评价区页岩气资源量，108m3;S为评价区效页岩面积，km2;h为有效页岩厚度，m;k为页岩气资源丰度，108m3/km2;a为页岩气单储系数，108m3/(km2·m)。其中有效页岩面积有严格的限定，指有效厚度大于15 m、有机碳含量大于2%、热演化程度处于生气窗以内、埋藏深度位于氧化带(300 m)以下页岩的展布面积。

3.2 长7页岩气资源量估算

3.2.1 长7油页岩厚度

根据区域地质、钻井资料等对长7油页岩的厚度、埋深的统计及分布规律研究，鄂尔多斯盆地延长组长7有效页岩面积约58 867 km2，有效厚度15～50 m，最厚处在盆地南部的吴旗、庆阳和正宁等地附近。为便于页岩气资源估算后的进一步经济评价，对不同埋深下的有效页岩面积做了统计，埋深大于2 000 m的有效页岩面积为28 053.5 km2，埋深2 000～1 000 m的有效页岩面积24 671.2 km2;埋深小于1 000 m的有效页岩面积6 142.5 km2(图3)。

图3 鄂尔多斯盆地长7油页岩厚度、埋深等值线及有效页岩厚度分布图

3.2.2 长7页延气资源丰度

区域测试资料表明，长7油页岩的残余有机碳含量主要分布于6%～14%之间，最高可达30%～40%，说明长7油页岩是有机质高度富集的优质烃源岩;长7段优质烃源岩分布的绝大部分地区均已达到了成熟—高成熟早期 (Ro:0.9%～1.1%)的生油高峰阶段，反映有机质的热演化程度较高［12］。

将长7油页岩特征与美国五大页岩气含气盆地及四川盆地对比(表1)，确定出鄂尔多斯盆地延长组长7页岩气资源丰度为 0.76×108～1.50×108m3/km2。

3.2.3 长7页岩气资源量

依据资源丰度 0.76×108～1.50×108m3/km2、有效页岩面积58 867 km2，根据资源丰度类比法估算出鄂尔多斯盆地延长组长页岩气资源量为:

Q=Sk=58 867 km2×(0.76～1.50)×108m3/km2=(4.47～8.83)×1012m3

3.3 长7页岩气试气初探

通过对区内三口长7油页岩综合录井及试气资料统计分析，录井显示含气特征明显(图4)，试气结果火苗高度最大可达5～6 m，最小也在0.5 m左右，具有一定的产气能力。

4 结语

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油页岩主要是湖相环境形成的，分布受沉积环境的控制作用显著，深湖—半深湖相形成的油页岩品质较好。该沉积环境下形成的长7油页岩具有分布范围广、厚度大的特点，且通过生产证实含气特征明显且具有一定的产气能力，说明其页岩气资源潜力巨大，而且盆地构造简单，开采地质条件优越，具有广阔的开发利用前景。鄂尔多斯盆地页岩气的开采将有利于解决我国油气等常规能源供需矛盾突出的问题。

表1 鄂尔多斯盆地延长组长7页岩气资源丰度表

图4 鄂尔多斯盆地页岩气井长7油页岩特征图

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