胡永興，鄧 偉，楊 濤，馬永東，宿 虎，萬旭輝

（甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求持續(xù)增長，加快國內(nèi)天然氣等清潔能源發(fā)展，對(duì)保障國家能源安全、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)能減排等都具有十分重要的意義[1]。頁巖氣作為一種清潔、高效的能源資源和化工原料，作為傳統(tǒng)天然氣的有益補(bǔ)充，其重要性不言而喻。潮水盆地經(jīng)過幾十年的勘探開發(fā)研究，已發(fā)現(xiàn)青土井淺油藏。以往研究表明，盆地內(nèi)具厚度大且穩(wěn)定的暗色泥頁巖，分析其頁巖氣資源潛力，對(duì)以后進(jìn)一步工作具有重要的指導(dǎo)意義。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

2.1 大地構(gòu)造位置

潮水盆地位于甘肅省河西走廊的北部，西起桃花拉山—龍首山一線，東至巴彥烏拉山一帶，南始龍首山—阿拉古山-青山北側(cè)，北抵北大山南麓[2]。盆地呈東西走向，帶狀展布，西窄東寬，東西長約365km，南北寬30-75km，是甘肅省西部最大的中新生代沉積盆地。根據(jù)盆地基底性質(zhì)、斷裂分割情況及現(xiàn)今的地貌特征等，將潮水盆地劃分為三坳兩隆共5個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，即阿右旗坳陷、金昌坳陷、紅柳園坳陷、中央隆起和石板井隆起[3]（如圖 1 所示）。

2.2 區(qū)域地層

潮水盆地地層屬華北地層大區(qū)，阿拉善地層分區(qū)，盆地基地主要為前震旦系變質(zhì)巖，在此基礎(chǔ)上沉積了寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系。盆地內(nèi)主要的含油氣層位為中下侏羅統(tǒng)青土井群，主要出露于盆地南部龍首山的蘆草溝、炭井溝等地，呈條帶狀展布，在盆地北緣主要出露于阿右旗及紅砂崗一帶。盆地內(nèi)除隆起和部分凸起缺失外，在各凹陷中均有分布，其中黃南凹陷沉積厚度最大，達(dá)1800m。按巖性可分為三段，為一套深湖-半深湖相和湖沼相為主的沉積建造，盆地中新生代地層情況見表1。

圖1 潮水盆地構(gòu)造區(qū)劃圖[4]

圖2 紅柳園坳陷青土井群殘余厚度圖（據(jù)玉門油田）

表1 潮水盆地中新生代地層簡表

3 紅柳園坳陷特征及泥頁巖分布特征

紅柳園坳陷位于潮水盆地東北部，面積約2860km2，西北以斷層與北大山相接，東南以坳陷的邊界斷層與民勤隆起相鄰，西以不明顯界線與金昌坳陷相通，東以斜坡與巴彥烏拉山相鄰。坳陷中除沉積了一套中新生代地層之外，還沉積了一套下古生代的石炭二疊系。坳陷在侏羅系末期北部抬升幅度較大，部分侏羅系和石炭二疊系遭受剝蝕，坳陷可進(jìn)一步細(xì)分為西渠凹陷、萊菔山斜坡二個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元[5]（如圖 1 所示）。

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集[6]。而紅柳園坳陷的泥頁巖主要位于中侏羅世青土井群，且主要沉積分布于其內(nèi)部的西渠凹陷內(nèi)（如圖2所示），因此研究西渠凹陷內(nèi)富有機(jī)質(zhì)泥頁巖特征對(duì)分析紅柳園坳陷內(nèi)頁巖氣資源具有重要意義。

4 紅柳園坳陷頁巖氣有利目標(biāo)區(qū)

根據(jù)頁巖氣有利目標(biāo)區(qū)預(yù)測(cè)參考標(biāo)準(zhǔn)[7]：含氣頁巖層段（富有機(jī)質(zhì)）厚度應(yīng)大于20m；頁巖的有機(jī)質(zhì)含量大于等于1.0%；有機(jī)質(zhì)熱演化程度Ro=1.0-3.5%；脆性礦物含量大于40%；埋深800-4000m；含氣量大于1.5m3/t。對(duì)潮水盆地紅柳園坳陷頁巖氣有利目標(biāo)區(qū)做初步分析。

4.1 富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度

通過對(duì)潮水盆地紅柳園坳陷區(qū)域地質(zhì)資料的研究，可知區(qū)內(nèi)鉆井共3口（潮試5井、潮參1井、潮參2井），其中潮試5井位于坳陷邊緣（如圖3所示）。三口井有機(jī)質(zhì)泥頁巖厚度分別為58m、263m（煤層7.5m)、120m，證明紅柳園坳陷內(nèi)存在厚度大的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，尤其是潮參1井附近即西渠凹陷西部次級(jí)凹陷內(nèi)存在厚度大的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖（見表 2）。

表2 紅柳坳陷暗色泥巖統(tǒng)計(jì)表

4.2 有機(jī)碳含量

潮水盆地早中侏羅世有機(jī)碳含量總體上均較高，以往資料表明紅柳園坳陷有機(jī)碳含量介于2.0%～4.0%之間，潮參1井附近總有機(jī)碳含量TOC達(dá)到3%，其次，潮參1井有效頁巖層段（含氣頁巖段）1360～1440m有機(jī)碳含量為1.5%～4.2%，平均值為2.66%（見表 2、表 3）。

表3 潮參1井青二段有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)結(jié)果表

由表3可知，潮水盆地紅柳園坳陷潮參1井（西渠凹陷）附近青土井群具備較高的有機(jī)碳含量。

4.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

潮參1井早中侏羅世泥頁巖鏡質(zhì)體反射率分布范圍0.37%～0.60%，平均0.47%，表明早中侏羅世泥頁巖處于未熟-低熟生烴演化階段。該成熟度階段，以Ⅱ2型和Ⅲ型干酪根為主的早中侏羅世有機(jī)質(zhì)可產(chǎn)生較多的天然氣。

從圖4可知，目標(biāo)層鏡質(zhì)體反射率Ro在2000m以下可達(dá)到1%，富有機(jī)質(zhì)泥頁巖處于生氣階段，所以推測(cè)深部目標(biāo)層鏡質(zhì)體反射率大于1%。

4.4 脆性礦物含量

根據(jù)以往區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料可知，潮水盆地富有機(jī)質(zhì)泥巖中石英等脆性礦物含量一般在40%以上，介于41.7%～61.9%之間，反映了泥頁巖脆性特征較好，具有較好的可改造性，有利于后期開發(fā)。粘土礦物以伊蒙混層和伊利石為主，有利于天然氣的吸附。

4.5 埋深條件

根據(jù)潮參1井、潮參2井鉆探資料和以往地震剖面資料，表明紅柳園坳陷西渠凹陷內(nèi)富有機(jī)質(zhì)泥巖埋深均大于800m，有效泥頁巖層段在紅柳園坳陷最大埋深可達(dá)2200m，甚至更深。

圖3 紅柳園坳陷早中侏羅世富有機(jī)質(zhì)泥頁巖等值線圖（據(jù)玉門油田）

圖4 潮參1井早中侏羅世鏡質(zhì)體反射率（Ro）隨深度變化曲線（據(jù)玉門油田）

4.6 生氣條件

潮參1井青土井群有三處氣測(cè)異常顯示，錄井分別解釋為炭質(zhì)頁巖含氣、炭質(zhì)泥巖含氣和油頁巖含殘余油氣。潮參2井在井段3237.4-3329.0m共見油氣顯示17.3m/6層。由于潮水盆地頁巖氣勘探成果極少，關(guān)于頁巖含氣量的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)很少，且等溫吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)得的吸附氣量只能反映泥巖的最大吸附能力，并不能作為含氣量的真實(shí)指標(biāo)。由于泥頁巖的含氣量除了受氣儲(chǔ)集性能的影響之外還受生氣量、逸散氣量等多種因素的影響，故推測(cè)潮水盆地青土井群有效泥頁巖段含氣量較好。

5 結(jié)論

綜上對(duì)潮水盆地紅柳園坳陷地質(zhì)特征和富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的特征分析可得到如下結(jié)論：

（1）潮水盆地紅柳園坳陷富有機(jī)質(zhì)頁巖的有機(jī)碳含量（TOC）、熱成熟度（Ro）高，且厚度較大，具有較好的資源潛力。

（2）紅柳園坳陷內(nèi)富有機(jī)質(zhì)泥頁巖主要分布于其內(nèi)的西渠凹陷，而西渠凹陷內(nèi)西部次級(jí)凹陷的各項(xiàng)指標(biāo)更有利于頁巖氣賦存，故紅柳園坳陷的頁巖氣最佳賦存位置為西渠凹陷的西部次級(jí)凹陷。