东营凹陷沙三下亚段页岩气前景分析

赵季初

(山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州　253015)

东营凹陷沙三下亚段页岩气前景分析

赵季初

(山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州253015)

页岩气作为我国最近列入的新型矿产，其勘探与开发引起了全国的高度重视。位于鲁西北平原区的东营凹陷是胜利油田的主产地，古近纪地层中油气资源丰富，必将成为我国下步页岩气勘查与开发的主战场之一。该文在东营凹陷牛38井的取芯分析结果基础上，对东营凹陷沙三下亚段的页岩孔隙度、总有机碳含量、热演化程度及脆性矿物含量进行系统分析，预测该段地层具备页岩气藏的形成条件。

页岩气；总有机碳含量；脆性矿物含量；热演化程度；东营

引文格式：赵季初.东营凹陷沙三下亚段页岩气前景分析[J].山东国土资源，2015,31(3):25-28.ZHAO Jichu.Prospect Analysis of Shale Gas at the Bottom of the Third Section of Shahejie Formation in Dongying Sag[J].Shandong Land and Resources,2015，31(3)：25-28.

东营凹陷是渤海湾裂谷系内大型宽缓的中、新生代张扭型半地堑伸展盆地[1]。凹陷北以陈南断层为界，与陈家庄凸起相邻，南以齐河-广饶断裂为界，与鲁西隆起及广饶凸起相邻，向西以平南断层和高青断层为界，向东与青坨子凸起相邻。根据基底构造形态，可划分为北部陡坡带、南部缓坡带、中央隆起带及洼陷带4个单元(图1)，面积5700km2[2，3]。凹陷中发育有巨厚的古近纪地层，主要由湖相成因的砂岩和泥岩组成[4]。据前人研究成果，东营凹陷内富有机质的页岩层主要赋存于古近纪沙河街组沙四上亚段、沙三下亚段与沙一段[5]。该文重点对沙三下亚段页岩气的前景进行分析。

图1　东营凹陷位置与构造纲要图

1　沙三下亚段岩性特征

沙三下亚段为深断陷期潮湿气候条件下的深湖—半深湖相沉积，岩性主要为灰色、灰褐色油页岩与深灰色泥岩组成的不等厚互层。下部岩性为厚层泥岩、灰质泥岩夹薄层油页岩，厚度较小；中部以油页岩为主，夹泥岩、灰质泥岩，厚度较大；上部为泥岩、灰质泥岩夹油页岩。该亚段沉积时期，湖水较深，湖内浮游生物极为繁盛，沟鞭藻类、疑源类、介形类及鱼等生物遗体常形成夹在泥质纹层中间的有机质富集层(图2)。泥页岩的发育以中部湖扩展体系域最为有利，有机质更为富集。暗色泥岩厚度一般在300m左右，最厚可达500m，富含有机质页岩厚度为150～200m。

图2　岩芯中发现的鱼化石(牛38井，3306m)

2　页岩气形成条件分析

页岩作为烃源岩，页岩气的产量与其总有机碳含量(TOC)、有机质的成熟度(以镜质体反射率Ro大小衡量)、有效厚度等密切相关[6，7]。《页岩资源/储量计算与评价技术规范》[7](DZ/T0254-2004)附录中对页岩孔隙度、总机碳含量、热演化程度及脆性矿物含量进行分类。该文通过对比分析区内沙三下亚段页岩这几个指标的状况，研究页岩气的形成条件。

2.1页岩孔隙度

据以往研究成果，东营凹陷内古近纪碎屑岩地层经历了强烈的压实压溶作用和胶结作用，原生孔隙消失殆尽；但由于方解石类、黄铁矿、高岭石及绿泥石等成岩矿物大量析出形成较高的次生孔隙，且后期溶解作用使深层碎屑岩产生粒间溶孔、溶缝、溶蚀填隙物内孔隙和铸模孔等次生孔隙[8]。根据东营凹陷内的莱38-8井及樊3井测井解译成果，沙三亚段的孔隙度在11%～18%之间(图3)，是孔隙度高的页岩，有利页岩气的储集。

图3　沙三下亚段泥岩孔隙度

2.2总机碳含量

有机碳含量是页岩气藏评价中的一个重要指标，有机碳含量愈高，气藏富集程度愈高[9]，据Boyer等对美国主要页岩气藏统计数据，页岩的含气量(吸附气及游离气总量)随页岩中有机碳含量的增加呈线性增大(图4)。规范中关于储量起算标准为：总有机碳含量下限标准TOC≥1.0%。

图4　页岩中有机碳含量与含气量关系曲线图(据Boyer，2006年；1SCF=0.0283m3)

东营凹陷区内沙三下亚段烃源岩有机质丰度比较高，TOC多数为2%～5%，其中油页岩的TOC为5%～19%。干酪根类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，推测水生生物是烃源岩有机质的主要来源[10]。据东营凹陷中南部的牛38井连续取芯与测试分析结果，在埋深3170～3260m区段，岩性以泥岩与砂质泥岩为主，夹粉细砂薄层，TOC含量1.2%～4.3%，平均含量2.2%；在埋深3260～3330m区段，岩性为钙质泥岩与泥岩互层，TOC含量1.6%～5.9%，平均含量3.1%；在埋深3330～3368m区段，岩性为粉细砂与油页岩互层，TOC含量0.5%～13.4%，平均含量4.5%(图5)。由此可见，东营凹陷内沙三下亚段为总有机碳含量高的页岩，可以形成页岩气藏。

2.3镜质体反射率(Ro)

页岩气藏按其天然成因可分为热成因型、生物成因型及混合成因型三大类[11]，东营凹陷沙三下亚段页岩气藏为热成因型。页岩中有机物的热成熟度是热成因型页岩气藏形成的关键因素之一，通常用镜质体反射率Ro来衡量，有机质热变质作用愈深，镜质体反射率愈大。规范规定页岩气储量起算标准的镜质体反射率Ro的下限标准Ro≥0.7%。有机质的成熟度与其在地质历史时期所遭受的最高温度具有良好的相关关系，据陈墨香等选用的2眼标准井建立的相关关系[12]，辽河油田西部凹陷的马深1井关系式为：

图5　牛38井沙三下亚段岩性与TOC含量柱状图

Ro=0.00000285T2.591

华北油田饶阳凹陷的宁3井关系式为：

Ro=T/80.9494-0.745

通过对东营凹陷内75眼沙一至沙三段油井温度的统计资料，东营凹陷内页岩的现状温度与深度之间的关系式为：

T=11.32+0.0367H

式中：T为温度(℃)，H为埋深(m)，Ro为镜质体反射率(%)

采用上述关系式对牛38井沙三下亚段不同深度处页岩的镜质体反射率进行计算，结果表明该井页岩的镜质体反射率Ro在0.82%～0.93%之间(表1)，据张美珍等研究成果，东营凹陷沙三下亚段有效烃源岩的真实成熟度一般应在0.56%～1.01%范围内[12]，为热演化程度低的页岩，但大于页岩气储量起算标准下限Ro=0.7%。此外，据万从礼等研究成果，东营凹陷沙三段地层中发育有面积超过28km2的辉长岩侵入岩体，这些侵入岩体的热作用与催化作用能大大提高周边页岩中有机质的热成熟度[13]。综上所述，东营凹陷沙三下亚段具备形成页岩气藏的有机质热成熟度。

表1　牛38井沙三下亚段不同深度处页岩的Ro值

2.4脆性矿物含量

根据规范，脆性矿物含量大小与页岩产层压裂改造的难易程度有关，要获得较好的压裂效果，页岩中脆性矿物含量要大于30%。东营凹陷沙三下亚段泥岩中脆性矿物含量高，据李政等测试的78块泥岩样品中[14]，陆源矿物碎屑(长石、石英)及黄铁矿等脆性矿物平均含量达35.9%，此外，脆性略差的碳酸盐矿物平均含量达38.3%(表2)，为脆性矿物含量高—中的页岩。因此，东营凹陷沙三下亚段泥岩具备页岩气开发的脆性矿物含量。

表2　东营凹陷沙三下亚段泥页岩矿物组成统计

3　结论

综上所述，东营凹陷内沙三下亚段具备页岩气藏形成的页岩孔隙度、总机碳含量、热演化程度及脆性矿物含量，其中最有利的层段为沙三下亚段中部的钙质泥岩与泥岩互层段(如牛38井的3260～3330m区段)。

[1]马丽娟，何新贞，孙明江,等. 东营凹陷北部砂砾岩储层描述方法[J].石油物探，2002，41(3)：354-358.

[2]游国庆，潘家华，刘淑琴,等. 东营凹陷古近系砂岩成岩作用与孔隙演化[J].岩石矿物学杂志，2006，25(3)：237-242.

[3]叶兴树，王伟锋，戴俊生,等. 东营凹陷沙三—东营期断裂活动特征[J].中国石油大学学报(自然科学版) ，2006，30(4)：7-11.

[4]李丕龙，姜在兴，马在平．东营凹陷储集体与油气分布[M]．北京：石油工业出版社，2000：11-38.

[5]张林晔，李政，朱日房,等.济阳坳陷古近系存在页岩气资源的可能性[J].天然气工业，2008，28(12)：26-29.

[6]张利萍，潘仁芳.页岩气的主要成藏要素与气储改造[J].中国石油勘探，2009，(3)：20-23.

[7]中华人民共和国国土资源部.页岩气资源/储量计算与评价技术规范[S].北京：中国标准出版社，2014.

[8]袁静.东营凹陷下第三系深层成岩作用及次生孔隙发育特征[J].煤田地质与勘探，2003，31(3)：20-22.

[9]陈更生，董大忠，王世谦.页岩气藏形成机理与富集规律初探[J].天然气工业，2009，29(5)：17-21.

[10]朱光有，金强，张水昌,等. 东营凹陷湖相烃源岩TOC与Sr的正相关性及原因[J].地学前缘(中国地质大学，北京)，2005，12(4)：551-559.

[11]李登华，李建忠，王社教，等.页岩气藏形成条件分析[J].天然气工业，2009，29(5)：22-26.

[12]张美珍，李志明，秦建中，等. 东营凹陷有效烃源岩成熟度评价[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2008，(3)：12-16.

[13]万从礼，金强. 东营凹陷纯西辉长岩对烃源岩异常生排烃作用研究[J].长安大学学报(地球科学版)，2003，25(1)：20-25.

[14]李政.东营凹陷页岩气勘探潜力初步评价[D].成都：成都理工大学，2011：68-69.

Prospect Analysis of Shale Gas at the Bottom of the Third Section of Shahejie Formation in Dongying Sag

ZHAO Jichu

(Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253015, China)

Shale gas has been listed as a new type of mineral resource recently in China. Its exploration and development has been paid great attention. Dongying sag is located in Luxibei plains. It is a main producing area of Shengli oilfield. Oil and gas resources are rich in Paleogene strata. It will become one of the key area of shale gas exploration and development in our country in the next step. Based on the core analysis results of No.38 Niu well in Dongying sag, porosity, total organic carbon content, thermal evolution degree and the brittleness mineral content of mudstone at the bottom of the third section of Shahejie formation in Dongying sag have been analyzed comprehensively. It is predicated that there is bright future for shale gas prospecting in this area.

Shale gas; total organic carbon content; brittleness mineral content; thermal evolution degree; Dongying city

2014-08-28；

2014-10-23；编辑：陶卫卫

赵季初(1975—)，男，湖南邵东人，高级工程师，主要从事矿产与水工环地质勘查；E-mail:zhaojichu_1@163.com

P618.13

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