羅小平 劉 軍 徐國盛 馬若龍 鮮志堯 徐 猛

（油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059）

頁巖氣是以吸附和游離狀態(tài)同時(shí)存在于泥頁巖地層中的天然氣[1－5]。頁巖中的天然氣賦存相態(tài)具有多樣性變化特點(diǎn)，主體上包括了游離態(tài)（大量存在于頁巖孔隙和裂縫中）、吸附態(tài)（大量存在于黏土礦物顆粒、有機(jī)質(zhì)顆粒、干酪根顆粒及孔隙表面上）及溶解態(tài)（少量存在于干酪根、瀝青質(zhì)、殘留水以及液態(tài)原油中），包含了天然氣存在的幾乎所有可能的相態(tài)。其中，吸附相態(tài)存在的天然氣可占天然氣賦存總量的20%～85%[1，2，6]。

頁巖氣分布具有地質(zhì)影響因素多樣性特點(diǎn)，其分布的變化特點(diǎn)受生氣作用、吸附特點(diǎn)及賦存條件等多因素影響，如構(gòu)造背景與沉積條件、泥頁巖厚度與體積、有機(jī)質(zhì)豐度與類型、熱歷史與有機(jī)質(zhì)成熟度、孔隙度與滲透率、斷裂與裂縫以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與現(xiàn)今埋藏深度等因素，它們均是影響頁巖氣分布并決定其是否具有工業(yè)勘探開發(fā)價(jià)值的重要因素，這些影響因素的多樣性導(dǎo)致頁巖氣具有隱蔽性特點(diǎn)。

近年來隨著美國頁巖氣的成功開發(fā)[7，8]，國內(nèi)越來越多的學(xué)者開始注重頁巖氣的勘探與開發(fā)。國土資源部油氣戰(zhàn)略研究中心組織全國頁巖氣資源大調(diào)查，摸清中國頁巖氣資源及分布，為頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)及頁巖氣商業(yè)突破打下基礎(chǔ)。本文是在湘中拗陷野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用海相泥頁巖層的有機(jī)地化分析資料及泥頁巖等溫吸附測(cè)定，對(duì)泥盆－石炭系海相泥頁巖的有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度及泥頁巖的吸附性能等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行研究，初步探討湘中地區(qū)海相頁巖氣的勘探前景。

從20世紀(jì)60年代開始在湘中地區(qū)開展油氣勘探，經(jīng)歷了早期以地表油氣苗調(diào)查為主的基礎(chǔ)地質(zhì)工作階段、石油地質(zhì)普查階段到現(xiàn)今的煤成氣及淺層天然氣勘探階段[9－13]。分別在漣源凹陷8口井見天然氣或天然氣顯示，天然氣層主要分布于下石炭統(tǒng)大塘階石蹬子段（C1d1）和巖關(guān)階劉家塘段（C1y3），均為低產(chǎn)氣層，未達(dá)到商業(yè)氣層標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)天然氣勘探未獲得突破[10]；2011年中國石化華東分公司在漣源凹陷車田江向斜中部鉆探的湘頁1井，在二疊系大隆組—龍?zhí)督M見多套深灰—灰黑色含灰質(zhì)頁巖，加砂壓裂后，對(duì)井深為600～620m的泥頁巖地層測(cè)試，累計(jì)產(chǎn)氣1 245.4m3，首次在湘中拗陷頁巖氣勘探成功[14]。表明該地區(qū)頁巖氣具有一定的資源規(guī)模，有望獲得非常規(guī)天然氣的商業(yè)產(chǎn)能。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

湘中地區(qū)是以下古生界淺變質(zhì)巖系為基底發(fā)展起來的晚古生代—中生代準(zhǔn)地臺(tái)型陸表海沉積拗陷區(qū)，在長期穩(wěn)定的沉降過程中，經(jīng)歷了4次較大規(guī)模的海進(jìn)－海退沉積旋回。湘中拗陷自印支運(yùn)動(dòng)后，強(qiáng)烈褶皺隆起，長期處于隆升剝蝕狀態(tài)，僅在局部向斜盆地沉積陸相含煤碎屑巖。中侏羅世后，受太平洋板塊斜向俯沖的影響，沿雪峰山—江南隆起發(fā)生陸內(nèi)造山，遭受強(qiáng)烈褶皺沖斷并伴隨火山作用[15]；喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)再次抬升隆起，致使中－新生界遭受強(qiáng)烈剝蝕，僅局部地區(qū)殘存。

湘中拗陷是由漣源凹陷、邵陽凹陷、零陵凹陷、龍山凸起和關(guān)帝廟凸起構(gòu)成的“三凹兩凸”的構(gòu)造格局（圖1）。

圖1 湘中拗陷構(gòu)造分區(qū)及剖面位置圖Fig.1 Structural division and profile location of the Xiangzhong depression

該區(qū)泥盆－石炭系主要有中泥盆統(tǒng)跳馬澗組（D2t）與棋梓橋組（D2q）、上泥盆統(tǒng)佘田橋組（D3s）與錫礦山組（D3x）及下石炭統(tǒng)巖關(guān)階與大塘階、中上石炭統(tǒng)壺天群。其中巖關(guān)階分為3段，分別為邵東段（C1y1）、孟公坳段（C1y2）、劉家塘段（C1y3），大塘階分為石磴子段 （C1d1）、測(cè)水段（C1d2）、梓門橋段（C1d3）。其中海相泥頁巖主要分布在中上泥盆統(tǒng)的棋梓橋組、佘田橋組及大塘階測(cè)水段（表1）。

在湘中拗陷觀察的野外剖面主要位于龍山凸起與關(guān)帝廟凸起及凹陷邊緣和凹陷內(nèi)殘留背斜的剝蝕區(qū)，以及正在施工的高速公路及高鐵的隧道內(nèi)，共觀察野外剖面20條。剖面位置及分布見圖1。

表1 湘中地區(qū)泥盆—石炭系地層簡表[13]Table1 Stratigraphic division of Devonian－Carboniferous in the central area of Hunan

2 海相泥頁巖特征及分布

一般而言，在海相沉積體系中，富有機(jī)質(zhì)頁巖主要形成于盆地相、大陸斜坡、臺(tái)地凹陷等水體相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，這些沉積相帶空間展布范圍較大。湘中拗陷主要的沉積相帶為陸棚淺海盆地的一部分。根據(jù)野外剖面與鉆井資料，湘中拗陷泥盆—石炭系泥頁巖地層主要分布于下石炭統(tǒng)大塘階測(cè)水段、上泥盆統(tǒng)佘田橋組、中泥盆統(tǒng)棋梓橋組，其他地層也有零星分布，單層厚度及整體規(guī)模都比較小。

大塘階測(cè)水段為一套海陸交互相含煤地層，主要巖性為碳質(zhì)泥頁巖、深灰色泥頁巖、灰白色石英砂巖及1～2m煤層。泥頁巖單層厚度一般6～7m，最大厚度可達(dá)22.7m（金竹山剖面）；以漣源凹陷最發(fā)育，泥頁巖發(fā)育區(qū)厚度可達(dá)150m；邵陽凹陷至零陵凹陷，泥頁巖厚度減薄。

佘田橋組上部地層主要為灰?guī)r及泥灰?guī)r，下部地層為泥頁巖及泥灰?guī)r夾灰?guī)r透鏡體。在西北部及中部地區(qū)主要為陸棚環(huán)境的洼槽臺(tái)地，為頁巖發(fā)育區(qū)，地層巖性以泥頁巖、泥灰?guī)r為主，夾泥晶灰?guī)r或生物碎屑灰?guī)r。泥頁巖中均含有灰質(zhì)，少見純的泥頁巖，泥頁巖的累計(jì)厚度可達(dá)400m。工區(qū)東南部為局限—開闊臺(tái)地，主要為灰?guī)r發(fā)育區(qū)，泥頁巖多為薄層，規(guī)模較小。

棋梓橋組主要沉積相為陸棚環(huán)境洼槽臺(tái)地及局限臺(tái)地—開闊臺(tái)地，頁巖主要發(fā)育在洼槽臺(tái)地，分布在金鳳、四都、坪上、漣源等地區(qū)；地層巖性具有兩分性，下段以頁巖及泥灰?guī)r為主，夾少量的泥灰?guī)r及灰?guī)r透鏡體；上段為灰黑色泥灰?guī)r及灰?guī)r互層。泥頁巖最大厚度可達(dá)400m。

湘中拗陷棋梓橋組、佘田橋組的泥頁巖分布主要受沉積相控制，陸棚環(huán)境的洼槽臺(tái)地為頁巖發(fā)育區(qū)，局限—開闊臺(tái)地為灰?guī)r發(fā)育區(qū)，泥頁巖累計(jì)厚度可達(dá)400多米。西北部厚度比較大，而東南部的厚度則較小。其中以漣源凹陷有效泥頁巖的累計(jì)厚度最大，其次為邵陽凹陷，零陵凹陷厚度最小。大塘階測(cè)水段為海陸交互相含煤地層，以漣源凹陷分布最厚，最大厚度可達(dá)150m。

3 有機(jī)地球化學(xué)特征

泥頁巖的有機(jī)碳是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，決定頁巖的生烴強(qiáng)度，也是頁巖氣吸附的重要載體[9]。泥頁巖有機(jī)碳含量越高，泥頁巖吸附氣含量也越高；有機(jī)碳還是頁巖孔隙空間增加的重要因素之一，決定著頁巖中游離氣的多少。在相同的地質(zhì)條件及演化階段下，頁巖生烴強(qiáng)度、吸附氣量多少及新增游離氣能力與頁巖中有機(jī)碳含量呈明顯的線性正相關(guān)性，有機(jī)碳含量是頁巖氣富集的關(guān)鍵參數(shù)[2，5]。

3.1 地表泥頁巖的風(fēng)化作用及有機(jī)碳的恢復(fù)

湘中拗陷泥盆—石炭系海相地層因?yàn)橛≈谝詠黹L期處于抬升剝蝕狀態(tài)，泥頁巖地層長期暴露于地表，遭受風(fēng)化剝蝕、氧化及淋濾作用，露頭區(qū)的巖石風(fēng)化程度較高。野外剖面觀察，長期暴露地表的純泥頁巖已經(jīng)完全風(fēng)化，變?yōu)闇\黃色或褐黃色的黏土層；而含灰質(zhì)的泥頁巖為部分風(fēng)化或半風(fēng)化，純的灰?guī)r或砂巖風(fēng)化程度低或未被風(fēng)化。因此，地表剖面觀察到深灰色或黑色泥頁巖往往是含有灰質(zhì)的泥頁巖，地層中有機(jī)質(zhì)含量高的純泥頁巖往往經(jīng)歷高熱演化及風(fēng)化、淋濾，變?yōu)闇\黃色或褐黃色的黏土，黏土層中基本不含有機(jī)質(zhì)。暴露地表的棋梓橋組—佘田橋組泥頁巖風(fēng)化程度高，大塘階測(cè)水段泥頁巖風(fēng)化程度低（圖2－C）。泥頁巖抗風(fēng)化的強(qiáng)弱與泥頁巖的沉積環(huán)境相關(guān)，大塘階測(cè)水段的泥頁巖形成于濱海沼澤及潮坪環(huán)境，為弱氧化條件，巖石中還原硫含量低，抗風(fēng)化能力強(qiáng)；而泥盆系沉積于還原條件下的海相陸棚環(huán)境，巖石中還原硫含量高，極易被風(fēng)化，其中有機(jī)質(zhì)易被氧化分解。

據(jù)野外剖面觀察，棋梓橋組與佘田橋組地表泥頁巖層完全風(fēng)化層厚4m左右，部分風(fēng)化層厚度為5m左右，風(fēng)化層厚度在8～9m（圖3－A）。

泥盆系地表樣品的海相泥頁巖有機(jī)碳含量（TOC）與未風(fēng)化或鉆井巖心樣品數(shù)據(jù)有較大的差異性。地表樣品由于淋濾、風(fēng)化等因素，其有機(jī)碳測(cè)定值遠(yuǎn)低于同一地區(qū)相同巖層未風(fēng)化樣品的數(shù)據(jù)。在桃林剖面中高鐵路基挖開的棋梓橋組完全風(fēng)化后的黏土層（圖3－C）與隧道內(nèi)未風(fēng)化的含灰質(zhì)的泥頁巖層為同一套巖層（圖3－D），其有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wTOC）：完全風(fēng)化的為0.12%，隧道內(nèi)未風(fēng)化的為1.19%，兩者相差10倍左右。因此，風(fēng)化作用使地表泥頁巖基本損失。所取的地表樣品需要通過有機(jī)碳的恢復(fù)，以便形成相對(duì)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)體系。本區(qū)烴源巖地表風(fēng)化校正系數(shù)的確定，是借用湘中烴源巖在野外剖面取樣中，棋梓橋組與佘田橋組都取深灰色或灰黑色半風(fēng)化含灰質(zhì)泥頁巖，因此，其有機(jī)碳含量在一定程度上與未經(jīng)風(fēng)化的有機(jī)碳含量有一定的相關(guān)性。

圖2 湘中拗陷地表泥頁巖照片F(xiàn)ig.2 Shales from the surface of the Xiangzhong depression

圖3 湘中拗陷泥頁巖風(fēng)化作用Fig.3 The mud shale weathering in the Xiangzhong depression

本區(qū)天然氣勘探鉆至棋梓橋組、佘田橋組的井較少。野外工作中，對(duì)漣源凹陷北部的雷鳴橋剖面與南部的張家沖剖面佘田橋組地層實(shí)測(cè)并系統(tǒng)采集泥頁巖樣品。樣品測(cè)試結(jié)果為：13個(gè)樣品的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.14%～0.88%，平均值為0.33%。據(jù)文獻(xiàn)[13]，漣源凹陷鉆井9個(gè)泥頁巖樣品的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.21%～0.87%，平均值為0.69%（表2）。風(fēng)化樣品的平均值約為鉆井中未風(fēng)化樣品的有機(jī)碳含量平均值的一半，確定佘田橋組地表風(fēng)化泥頁巖的恢復(fù)系數(shù)在2左右。棋梓橋組泥頁巖沒有鉆井樣品有機(jī)碳含量的分析數(shù)據(jù)報(bào)道，考慮其沉積環(huán)境、巖性特征、抬升剝蝕時(shí)間及淋濾風(fēng)化條件與佘田橋組比較類似，因此其地表泥頁巖的風(fēng)化系數(shù)也取2。大塘階測(cè)水煤系形成于弱氧化的濱海沼澤及潮坪環(huán)境，抗風(fēng)化氧化能力強(qiáng)，地表暴露樣品有機(jī)質(zhì)損失少，不進(jìn)行風(fēng)化系數(shù)恢復(fù)。

表3 湘中地區(qū)野外剖面泥頁巖實(shí)測(cè)有機(jī)碳含量及恢復(fù)平均值Table3 Organic carbon content and the recovery average of the shales from field section in the central area of Hunan

表2 漣源凹陷佘田橋組地表與井下泥頁巖有機(jī)碳含量對(duì)比表Table2 Correlation between organic carbon contents of the surface and underground from Shetianqiao Formation in the Lianyuan depression

3.2 泥頁巖有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)類型及成熟度

3.2.1 泥頁巖有機(jī)碳含量

對(duì)湘中拗陷20條野外剖面觀察及實(shí)測(cè)，獲得泥盆－石炭系泥頁巖的有機(jī)碳含量的測(cè)定數(shù)據(jù)與5套地層有機(jī)碳含量平均值（表3）。其中大塘階測(cè)水段泥頁巖平均有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高達(dá)到2.51%；其次為佘田橋組，平均值為0.48%；棋梓橋組平均值為0.38%；錫礦山組與巖關(guān)階泥頁巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，平均值為0.25%。

根據(jù)泥頁巖有機(jī)碳分析數(shù)據(jù)對(duì)各剖面有機(jī)碳值進(jìn)行風(fēng)化系數(shù)恢復(fù)后，剔除泥頁巖恢復(fù)后有機(jī)碳不達(dá)標(biāo)（wTOC＜0.5%）的數(shù)據(jù)[16]，得到了各層系有機(jī)碳平均值：大塘階測(cè)水段平均有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.51%，棋梓橋組與佘田橋組有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.97%和1.35%，巖關(guān)階及錫礦山組有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜1.0%。

根據(jù)野外剖面測(cè)定的泥頁巖有機(jī)碳恢復(fù)數(shù)據(jù)，剔除不達(dá)標(biāo)數(shù)據(jù)，參考鉆井泥頁巖有機(jī)碳數(shù)據(jù)，結(jié)合該區(qū)泥盆系—石炭系沉積相及巖相古地理，繪制了各套地層的有機(jī)碳平面等值線圖。

棋梓橋組：在新化縣金鳳剖面和瑯塘剖面、漣源市桃林剖面、邵東縣佘田橋剖面、佘田橋鎮(zhèn)荷民村可見棋梓橋組下部泥頁巖。測(cè)得的有機(jī)碳數(shù)據(jù)經(jīng)剔除無效數(shù)據(jù)后恢復(fù)泥頁巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍在0.92%～4.32%，全區(qū)有機(jī)碳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.97%（表3）。有機(jī)碳含量高值區(qū)主要分布在工區(qū)西部的姜1井—張家沖一帶，低值區(qū)則位于東部的婁底市等地（圖4）。

佘田橋組：在漣源市七星街雷鳴橋剖面和張家沖剖面、邵東縣佘田橋剖面、東安縣花橋鎮(zhèn)江西田村剖面等可見佘田橋組泥頁巖，巖性多為灰色、深灰色、灰黑色泥頁巖及少量黑色碳質(zhì)泥巖。泥頁巖層比較發(fā)育，其有機(jī)碳含量經(jīng)恢復(fù)后有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為1.35%。有機(jī)碳含量高值區(qū)主要分布在工區(qū)西部的新化—漣深1井及南部的楊家灘—溫1井一帶，低值區(qū)則分布在工區(qū)西北、東北拗陷邊緣（圖4）。

錫礦山組：在邵東縣佘田橋鎮(zhèn)沾化村剖面、邵陽縣白倉鎮(zhèn)西寨口可見錫礦山組泥頁巖，巖性為深灰色泥巖，高值區(qū)主要分布在漣源凹陷姜1井至漣源市一帶，wTOC＞1%，范圍較?。▓D5）。

圖4 棋梓橋組和佘田橋組有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等值線Fig.4 Contour map of mass fraction of the total organic carbon in Qiziqiao Formation and Shetianqiao Formation

圖5 錫礦山組和大塘階測(cè)水段有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)等值線圖Fig.5 Contour map of mass fraction of the total organic carbon in Xikuangshan Formation and Ceshui segment of Datang Stage

大塘階測(cè)水段：在冷水江市金竹山剖面、漣源市雷鳴橋剖面、東安縣大廟口鎮(zhèn)銅鼓嶺剖面、東安縣端橋鋪鎮(zhèn)等剖面可見測(cè)水段泥頁巖，巖性多為灰黑色碳質(zhì)頁巖、深灰色泥頁巖夾煤。泥頁巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.61%～8.51%，平均為2.51%。有3個(gè)高值區(qū)呈北西向展布，分別位于漣源凹陷金竹山、冷水江及姜1井、邵陽凹陷陡嶺村—邵陽—北倉鎮(zhèn)一帶，南部零陵凹陷中的安化縣銅鼓嶺、涼水井、黃勝巖及東北部地區(qū)（圖5）。

3.2.2 有機(jī)質(zhì)類型

泥頁巖有機(jī)碳的類型也對(duì)頁巖氣富集有一定的控制作用，為頁巖氣評(píng)價(jià)的次級(jí)指標(biāo)。頁巖有機(jī)質(zhì)類型越好，甲烷的吸附量越大。根據(jù)對(duì)湘中拗陷不同野外剖面泥頁巖的有機(jī)質(zhì)鏡下鑒定統(tǒng)計(jì)，棋梓橋組泥頁巖層為Ⅰ型干酪根，佘田橋組與錫礦山組均為Ⅱ1型，大塘階測(cè)水段為Ⅱ2—Ⅲ型（表4）；有機(jī)質(zhì)類型在區(qū)域上變化不大。

表4 湘中拗陷泥頁巖干酪根類型鑒定表Table4 Kerogen type of the shales in the Xiangzhong depression

3.2.3 有機(jī)質(zhì)演化程度

泥頁巖有機(jī)質(zhì)的成熟度對(duì)頁巖氣富集也起較大的作用。有機(jī)質(zhì)成熟作用的過程不僅使泥頁巖大量生成天然氣，可供泥頁巖達(dá)到飽和吸附；而且隨作成熟度的增加，泥頁巖對(duì)天然氣的吸附量也會(huì)增加；同時(shí)，高的熱演化可以改善泥頁巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，增加游離氣含量；此外，高演化的頁巖，增加巖石的脆性，有利于對(duì)泥頁巖儲(chǔ)層的大型壓裂。

根據(jù)對(duì)野外采集樣品的鏡質(zhì)體反射率的測(cè)定，湘中拗陷泥盆系—石炭系各套地層的海相泥頁成熟度差異不大，全部為高成熟—過成熟階段（表5），演化階段為濕氣晚期及干氣階段。泥頁巖處于高熱演化階段，有利于大量的天然氣生成及頁巖氣富集。

表5 湘中拗陷野外剖面泥頁巖實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)Table5 Statistics of the reflectivity of vitrinites in the mud shales from field section in the Xiangzhong depression

湘中拗陷的棋梓橋組、佘田橋組、大塘階測(cè)水段的海相泥頁巖有機(jī)碳含量高、有機(jī)質(zhì)類型好，熱演化程度為高成熟—過成熟階段，具備頁巖氣富集的基礎(chǔ)地質(zhì)條件，可作為頁巖氣勘探的目的層系。錫礦山組與巖關(guān)階泥頁巖厚度較小、分布較局限，有機(jī)碳含量偏低，頁巖氣富集條件較差。

4 泥頁巖的吸附性能

泥頁巖的含氣量是頁巖氣資源評(píng)價(jià)及富集程度最直接的參數(shù)。含氣量大小取決于泥頁巖的吸附氣量、游離氣量及溶解氣量。地表樣品因?yàn)殚L期暴露，喪失頁巖氣保存的地質(zhì)條件，加之該區(qū)熱演化程度高，泥頁巖喪失生氣能力，所以泥頁巖基本不含吸附氣與游離氣。泥頁巖的吸附氣理論值，可以通過泥頁巖的等溫吸附實(shí)驗(yàn)來獲得。泥頁巖的吸附能力與泥頁巖的介質(zhì)條件（吸附水pH值、礦物質(zhì)含量）、礦物組成、有機(jī)質(zhì)的豐度、類型及成熟度有密切關(guān)系，泥頁巖的吸附量為上述介質(zhì)條件的綜合反映。

樣品分別取自湘中拗陷漣源地區(qū)金竹山剖面（C1d2）、金鳳剖面（D2q 下部）、張家沖剖面（D3s下段），樣品的基礎(chǔ)分析資料見表6。3條剖面3個(gè)樣品雖然有機(jī)碳含量高，但因?yàn)闊嵫莼潭雀撸_(dá)到高成熟晚期，熱解S1＋S2參數(shù)反映有機(jī)質(zhì)已沒有生氣能力（表6）。

對(duì)泥頁巖等溫吸附曲線的測(cè)定可以在一定程度上來定量分析泥頁巖理論吸附量的大小。在實(shí)驗(yàn)過程中，借用煤巖Langmuir等溫吸附實(shí)驗(yàn)方法，一般測(cè)定巖石在水平衡條件下（稱平衡水分基，簡寫成 W）與空氣干燥條件下（稱空氣干燥基，簡寫成A），泥頁巖的吸附性能。在溫度為30℃條件下測(cè)定3個(gè)泥頁巖樣品的空氣干燥基及平衡水分基的吸附量（表7）。其中平衡水分基的吸附量最接近地層條件下泥頁巖對(duì)甲烷的吸附量。

3個(gè)泥頁巖樣品對(duì)甲烷的吸附特性有一定相似性，它們?cè)诓煌慕橘|(zhì)條件下隨壓力增加，吸附量增加；在相同壓力條件下，空氣干燥基的吸附量大于平衡水分基的吸附量；吸附量大小與有機(jī)碳含量成正比例關(guān)系，即有機(jī)碳含量越高，吸附量越大。

表6 等溫吸附泥頁巖樣品基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)Table6 The basic analysis statistics of isothermal adsorption of the mud shale samples

表7 湘中拗陷泥頁巖等溫吸附量及吸附性能參數(shù)Table7 The parameters of isothermal adsorption capacity and adsorption properties from the mud shales in the Xiangzhong depression

3個(gè)泥頁巖樣品吸附特性有較明顯差異，壓力較低的條件下（p＜4.2MPa），石炭系jzs－p4（C1d2）樣品的吸附量比泥盆系的jf－3（D2q下部）和zjc－12（D2s下部）2個(gè)樣品的吸附量大；壓力較大的條件下（p＞5.4MPa），石炭系樣品吸附量逐漸達(dá)到吸附平衡，而泥盆系2個(gè)樣品的吸附量還未達(dá)到吸附平衡，隨壓力增大，吸附量還不斷地增加。說明石炭系泥頁巖已經(jīng)趨近于達(dá)到最大埋深對(duì)應(yīng)的壓力，泥盆系2個(gè)樣品還未達(dá)到最大埋深對(duì)應(yīng)的壓力，因而沒有達(dá)到飽和吸附（圖6）。

圖6 湘中拗陷泥盆—石炭系泥頁巖等溫吸附曲線Fig.6 The isothermal adsorption curve of Devonian－Carboniferous mud shales in the Xiangzhong depression

3套地層3個(gè)泥頁巖樣品的Langmuir體積差異較大。金竹山剖面大塘階測(cè)水段（jzs－p4）的平衡水分基的Langmuir體積最小，為0.51cm3／g；金鳳剖面棋梓橋組下部（jf－3）最大，為1.35 cm3／g；張家沖剖面佘田橋組下部（zjc－12）頁巖介于中間，為0.92cm3／g?？諝飧稍锘腖angmuir體積也有類似的規(guī)律。Langmuir壓力差異也較大，jzs－p4 最 小，為 1.56MPa；jf－3 最 大，為10.90MPa；zjc－12介于兩者之間（表8）。

表8 湘中拗陷頁巖等溫吸附特性參數(shù)Table8 The parameters of isothermal adsorption properties of the shales in the Xiangzhong depression

湘中拗陷3套地層的泥頁巖吸附性能好，平衡水分基Langmuir體積都較大，在0.51～1.35 cm3／g；3套泥頁巖的吸附性能差異較大，其中金鳳剖面的棋梓橋組（jf－3）泥頁巖Langmuir體積與Langmuir壓力最大，金竹山剖面大塘階測(cè)水段（jzs－p4）泥頁巖Langmuir體積與Langmuir壓力最小，張家沖剖面佘田橋組（zjc－12）泥頁巖居中。金鳳剖面的棋梓橋組泥頁巖的Langmuir體積與壓力是金竹山剖面大塘階測(cè)水段泥頁巖的近3倍和6倍。

5 結(jié)論

a.湘中拗陷泥盆—石炭系海相泥頁巖地表露頭風(fēng)化嚴(yán)重，風(fēng)化作用使泥頁巖有機(jī)碳含量降低。泥頁巖風(fēng)化后變?yōu)闇\黃色或褐黃色的黏土，在地表較純的泥頁巖層已經(jīng)完全風(fēng)化變?yōu)轲ね翆踊蝻L(fēng)化后剝蝕變?yōu)樨?fù)地形，含灰質(zhì)或砂質(zhì)的泥頁巖抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，灰?guī)r與石英砂巖基本未被風(fēng)化。

b.湘中拗陷大塘階測(cè)水煤系、佘田橋組、棋梓橋組的泥頁巖厚度大、分布范圍廣、有機(jī)碳含量高，有機(jī)質(zhì)類型好、熱演化達(dá)到高成熟—過成熟階段，具備頁巖氣富集的物質(zhì)條件；錫礦山組、巖關(guān)階泥頁巖厚度較小、分布局限，有機(jī)碳含量低，難于形成頁巖氣富集。

c.湘中拗陷棋梓橋組、佘田橋組及大塘階測(cè)水段泥頁巖的Langmuir體積較大，頁巖吸附性能好。泥頁巖的吸附性能差異大，棋梓橋組Langmuir體積及壓力最大，其次是佘田橋組泥頁巖，最小為大塘階測(cè)水段泥頁巖。

d.湘中拗陷泥盆—石炭系有3套地層具有形成頁巖氣富集的物質(zhì)條件及物理?xiàng)l件，分別為大塘階測(cè)水煤系、佘田橋組與棋梓橋組，它們?yōu)橄嬷修窒蓓搸r氣勘探的主要目的層系。

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