福建省页岩气资源潜力分析

陈泉霖，邓瑞锦，张仰玉，杨生吉，程 乔

(1.中国地质大学地球科学学院， 武汉 430074； 2.福建省煤田地质局， 福州 350005；3.福建省煤田地质勘查院， 福州 350005)

0 引言

页岩气是指以吸附状态和游离状态为主要形式存在于富有机质泥页岩中的一种非常规能源[1-4]，是一种低碳、清洁的新兴能源。美国页岩气成功开发已经引发全球能源领域的一场革命。我国页岩气资源丰富，但勘查开发较迟。2009年国土资源部在国内一些重点地区开展页岩气资源勘查工作，已经在重庆涪陵[5]、四川盆地[6]、鄂尔多斯盆地[7]、贵州习水、凤冈[8]等地取得重要突破。为了解福建省页岩气资源潜力，2014年福建省国土资源厅委托福建省煤田地质局开展《福建省页岩气资源潜力调查与评价》工作。此次研究对完善华东地区页岩气资源调查规划布局以及查明福建省页岩气资源潜力有重要意义。文章依托研究课题，对福建省页岩气资源潜力作出客观评价。

1 地质背景

福建构造岩石地层单元分区三分性比较明显。闽北地区主要分布一套前寒武变质岩地层。闽东地区主要分布火山岩、火成岩地层。闽西南拗陷带主要分布古—中生代沉积岩地层。从页岩气成藏影响因素分析，闽北及闽东地区不具备页岩气形成和赋存地质条件。闽西南拗陷带是福建省页岩气资源调查的重点区域(图1)。闽西南拗陷带晚泥盆世—中三叠世沉积期的各时代沉积地层岩性、岩相较为一致，差异不大，基本可对比。在此期间，经历了三次大的海进到海退过程，沉积地层特征、沉积相、生物组合等显示其沉积环境为稳定地台陆表海盆[9]。中二叠世-早侏罗世的文笔山组(P2w)、童子岩组(P2t)、溪口组(T1x)以及梨山组(J1l)暗色泥页岩最为发育，沉积累计厚度一般超过800m，是本次页岩气资源潜力评价的重点对象。

闽西南拗陷带自晚古生代以来，先后经历了华力西-印支、燕山、喜马拉雅多起构造运动的影响。华力西-印支期陆内叠合造山，水平挤压造成褶皱发育，垂向构造运动形成滑覆-推覆系统；燕山期表现为走滑、推覆大规模活动断裂，深大断裂发育；喜马拉雅期对中二叠世-早侏罗世的沉积地层影响较小。岩浆活动影响则表现为燕山期最为激烈，该期的火山活动使闽西南拗陷带内沉积地层具有较高的热演化程度，华力西-印支期、喜马拉雅期影响较小。构造运动使地层完整性受到一定变形破坏，岩浆活动造成部分地层发生变质作用。

图1 研究区位置及采样点分布图Figure 1 Study area position and sampling point distributions

2 采样方法及测试项目

此次调查采样是先收集钻孔柱状图，分析钻孔揭露的地层后，进行选择性采样；未进行全孔系统的采集；部分地区钻孔未揭露的地层选择地表或生产矿井进行采样，采样主要集中在闽西南拗陷带内(图1)。共采取样品307件，其中钻孔样品284件，钻孔采样深度介于104～1 625m；地表样品17件，矿井巷道样品6件。文笔山组样品85件，童子岩组样品191件，溪口组样品24件，梨山组样品7件。测试分析项目有有机碳含量、干酪根类型鉴定、Ro、矿物组成、孔隙度、渗透率、氮气吸附实验。

测试分析项目主要在国土资源部华东矿产资源监督检测中心(中国地质调查局南京地质调查中心)完成，仅氮气吸附实验在中国地质大学(武汉)教育部构造与油气资源重点实验室完成。

3 泥页岩地球化学特征

3.1 有机质(TOC)丰度

有机碳(TOC)测试结果表明(表1)，文笔山组和童子岩组有机碳含量中等。文笔山组有机碳质量分数为0.21%～12.97%，均值为1.59%；童子岩组有机碳质量分数为0.10%～14.04%，均值为1.83%。两组的有机碳含量测试峰值均在1.00%～2.00%。溪口组有机碳含量较低，有机碳质量分数为0.21%～1.17%，均值为0.41%。梨山组有机碳质量分数为0.20%～3.19%，均值为1.37%。由此可知，闽西南拗陷带内文笔山组、童子岩组、梨山组有机质丰度中等，溪口组有机质丰度较差。

表1 目标地层基本信息及有机地化特征

3.2 有机质类型

4套地层共有75块泥页岩样品进行干酪根类型鉴定，文笔山组组20块、童子岩组44块、溪口组3块，梨山组8块。文笔山组干酪根类型指数为-78.75～-76.00，童子岩组干酪根类型指数为-79.50～-74.00，溪口组干酪根类型指数为-78.25～-70.50，梨山组干酪根类型指数为-20.25～43.50。干酪根鉴定结果显示文笔山组、童子岩组、溪口组均为Ⅲ型干酪根(腐殖型)，最明显的特征是此3套泥页岩中均没有腐泥组，绝大部分是镜质组和惰质组，少量壳质组。梨山组主要以Ⅱ1(腐殖—腐泥型)型为主，少量Ⅱ2(腐泥殖—腐型)、Ⅲ(腐殖型)型。

3.3 有机质成熟度

有机质成熟度是表征有机质向油气转化的热演化反映程度，它不仅可以决定泥页岩的生烃潜力，还可以影响有机质表面的吸附量[11]。此次调查，文笔山组57块样品，有机质成熟度为3.96%～4.91%，平均值为4.41%；童子岩89块样品，有机质成熟度为2.52%～5.80%，平均值为4.69%；溪口组4块样品，有机质成熟度为2.63%～4.22%，平均值为3.13%；梨山组9块样品，有机质成熟度为2.60%～3.52%，平均值为3.09%(表1)。在平面上，各组大部分地区Ro>3.0%，结果表明，4套地层的有机质成熟度普遍较高，处于过成熟演化阶段。垂向上，文笔山组与童子岩组测试数据较多，各选取取样数较多的几个钻孔，绘制出镜质体反射率与深度之间的关系图(图2)，反映文笔山组和童子岩组Ro值和埋藏深度之间相关性不强，表明地热场对其热演化不具控制性。分析认为，剧烈的岩浆活动为各地层提供了大量的热量，造成储层达到过成熟演化状态，促使原地热场失去其控制作用。

由于溪口组TOC<1.00%，达不到页岩气最新技术规范要求的有机碳含量的最低标准，以及梨山组矿物组成与储层物性相关的分析数据较少，故下文将只针对文笔山组和童子岩组作出分析。

4 泥页岩岩石学特征

样品测试结果显示文笔山组和童子岩组岩石矿物组成主要为黏土矿物和石英。文笔山组黏土矿物质量分数为69%～88%，均值为80.14%；石英质量分数为12%～31%，均值为19.86%。黏土矿物中以伊利石和绿泥石为主，含少量高岭石。童子岩组黏土矿物质量分数为68%～90%，平均为79.85%；石英质量分数为10%～32%，平均为20.15%。黏土矿物中以伊利石和绿泥石为主，同样含少量高岭石(图3)。泥页岩储层的岩矿特征表明：泥页岩储层黏土矿物含量较高，脆性矿物含量不高，这对泥页岩储层的压裂改造较为不利[12]。

图2 文笔山组与童子岩组镜质体反射率与深度关系Figure 2 Relationship between vitrinite reflectance and depth in Wenbishan and Tongziyan formations

图3 文笔山组与童子岩组泥页岩矿物组成Figure 3 Argillutite mineral compositions in Wenbishan and Tongziyan formations

5 泥页岩储层物性特征

泥页岩的储层物性对页岩气的聚集和后期的勘探开发有重要影响[13]。文笔山组泥页岩孔隙度为4.53%～6.84%，平均值为5.50%，孔隙度中等；渗透率为(0.000 32～0.005 60)×10-3μm2，平均值为0.002 08×10-3μm2，渗透率极低。氮气吸附实验表明文笔山组泥页岩平均孔径为6.72～9.89nm，平均孔径在中孔(2～50nm)范围内；比表面积为5.99～7.44 m2/g，平均比表面积为6.89 m2/g，比表面积主要集中在微孔和中孔。微孔比表面积平均为2.95m2/g，中孔比表面积平均为2.99m2/g，大孔比表面积平均为0.96m2/g。

童子岩组泥页岩孔隙度介于2.97%～5.93%，平均为4.11%，孔隙度较低；渗透率为(0.000 20～0.000 47) ×10-3μm2，平均为0.000 33×10-3μm2，渗透率极低。氮气吸附实验表明研究区泥页岩平均孔径介于6.10～11.73 nm，平均孔径在中孔(2～50 nm)范围内；比表面积为2.71～9.94 m2/g，平均比表面积为6.32 m2/g，比表面积同样主要集中在微孔和中孔。微孔比表面积平均为2.50m2/g，中孔比表面积平均为2.93m2/g，大孔比表面积平均为0.89m2/g。

综上所述，文笔山组和童子组泥页岩中微孔和中孔是页岩气主要的吸附场所。同时根据北美海相页岩气储层评价标准和我国南方海相页岩气有利区优先的标准对比结果[14-15]，页岩气储层评价标准中孔渗条件一般为孔隙度>2%，渗透率>0.01×10-3μm2，说明两组泥页岩渗透率条件不利于后期勘探开发。

6 页岩气资源潜力分析

文笔山组为地台陆表海盆沉积环境，沉积环境相对稳定，沉积泥页岩厚度为58～141m，厚度较大，有机碳含量中等，均值为1.59%，有机质类型为腐殖型，有机质成熟度较高，平均为4.41%。矿物成分测试结果表明，文笔山组总体上黏土矿物含量较高。储层物性特征说明，文笔山组泥页岩中微孔和中孔是页岩气主要的吸附场所。

童子岩组为海陆交互相沉积环境，是福建省主要的含煤层系。沉积环境相对稳定，沉积厚度为138～1 210 m，厚度大，有机碳含量中等，平均为1.83%，有机质类型为腐殖型，有机质成熟度较高，平均为4.69%。童子岩组同样黏土矿物含量较高，且微孔和中孔是其页岩气主要的吸附场所。

溪口组平均有机碳含量为0.41%，有机质丰度较低，初步评价认该层的页岩气资源潜力不大。

梨山组为河流-湖泊相沉积环境，是一套下粗上细的沉积旋回。泥页岩厚度14.4～501.8m，有机碳含量中等，均值为1.37%，有机质类型主要以Ⅱ1(腐殖—腐泥型)型为主，少量Ⅱ2(腐泥殖—腐型)、Ⅲ(腐殖型)型，有机质成熟度为2.60%～3.52%，均值为3.09%。综上所述，文笔山组、童子岩组以及梨山组具有较好的生烃基础，有一定的资源潜力。

7 结论

(1)福建闽西南拗陷带二叠系文笔山组、童子岩组以及侏罗系梨山组有机碳均值分别为1.59%、1.83%、1.37%，有机质丰度中等，具有较好的生烃基础，有进一步勘探研究的潜力。三叠系溪口组由于有机质丰度较低，不具备进一步勘探研究的价值。

(2)二叠系文笔山组、童子岩组泥页岩储层均处于过成熟演化阶段，分析认为主要受研究区内岩浆活动影响，使储层达到过成熟演化阶段；其次，受构造动力影响，使储层有机质成熟度变高。福建地区有机质成熟度对气体吸附性能的影响，有待进一步加强研究。

(3)建议在闽西南拗陷带受后期构造运动、岩浆活动影响较小以及封盖层条件较好的区块内，将文笔山组、童子岩组、梨山组做为下一步研究工作的重点，对福建省页岩气资源潜力获得更深的认识。

致谢：感谢中国地质大学(武汉)地球科学学院冯庆来教授的悉心指导，感谢中国地质调查局南京地质调查中心的大力协助。