張海峰

（甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000）

頁巖氣是指由賦存在基質(zhì)礦物孔和微裂縫中的游離氣、有機(jī)質(zhì)和黏土礦物微孔隙及表面的吸附氣以及瀝青或水中的溶解氣構(gòu)成的非常規(guī)天然氣［1］。下?lián)P子地區(qū)二疊系富有機(jī)質(zhì)泥頁巖具分布廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)豐富（普遍＞2%），且熱演化程度較高（Ro＝1.3% ～3.0%）的特點(diǎn)［2-3］，具有良好的頁巖氣地質(zhì)條件。本文從有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型及成熟度三個方面來評價皖南地區(qū)二疊系泥頁巖生烴潛力，為后期該區(qū)頁巖氣的勘探和評價提供參考。

1 地質(zhì)背景

下?lián)P子地區(qū)構(gòu)造演化經(jīng)歷了晚新元古代至三疊紀(jì)末期的穩(wěn)定大陸板塊邊緣階段和印支運(yùn)動之后西太平洋大陸板塊邊緣階段，形成江南隆起帶和蘇皖構(gòu)造帶兩個大的構(gòu)造單元［4］。研究區(qū)位于下?lián)P子皖南地區(qū)，屬皖南—蘇南坳陷，面積約12000km2。該地區(qū)二疊系發(fā)育有一套海陸過渡相含煤系富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，自下而上為棲霞組（P1q）、孤峰組（P2g）、龍?zhí)督M（P3l）和大隆組（P3d），自印支期以來該區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，周緣構(gòu)造活動對地層的破壞會影響頁巖儲層的儲集空間和氣體的保存［5］。蕪湖地區(qū)HC井和CC井顯示二疊系泥頁巖具厚度大、有機(jī)碳豐度高特點(diǎn)。因此以皖南地區(qū)二疊系頁巖為對象開展其有機(jī)地球化學(xué)特征研究。

2 樣品采集

在蕪湖HC和CC井共采集149塊巖心樣品，取樣深度為83.5～351.3 m，層位為大隆組、龍?zhí)督M和孤峰組；對樣品均進(jìn)行了TOC、Rock-eval、鏡質(zhì)體反射率和顯微組分分析，用來研究二疊系樣品的有機(jī)地球化學(xué)特征。

3 結(jié)果與討論

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度

從TOC縱向分布特征來看，富有機(jī)質(zhì)泥頁巖主要分布在大隆組和孤峰組層位，在龍?zhí)督M泥頁巖的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍較低。根據(jù)本次測試結(jié)果，二疊系泥頁巖的有機(jī)碳含量較高，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.047%～18.8%（平均為3.11%）；從TOC分布頻率上看，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要分布在0%～1%和1%～2%的范圍，但在2%～4%、4%～8%以及大于8%仍有較多的數(shù)量。生烴潛量為0.03%～4.08 mg／g（平均值為 0.90 mg／g）；從其分布頻率來看，生烴潛量主要分布在0～1 mg／g和2～4 mg／g的范圍，生烴潛量整體很低。從生烴潛力上看，泥頁巖屬于差的烴源巖級別，原因在于泥頁巖處于高過成熟階段，基本完成了生氣過程，因而，作為非常規(guī)油氣儲層，較高的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)能為頁巖提供充足的氣源以及儲存空間。

3.2 有機(jī)質(zhì)類型

巖石熱解參數(shù)是評價巖石生烴潛力的直接和較有效的參數(shù)。本次熱解分析的樣品中，氫指數(shù)（HI）分布在0.14～47.93 mg／g TOC，平均為 9.71 mg／g TOC。最大熱解峰值（Tmax）分布在448～561oC，平均為523.79oC。根據(jù)Tmax—HI圖版，多數(shù)樣品落在II2-III型有機(jī)質(zhì)范圍內(nèi)。

通過對樣品進(jìn)行全巖顯微組分鏡下分析，二疊系泥頁巖的顯微組分為腐泥組、固體瀝青和鏡質(zhì)組。固體瀝青的含量最高，分布在53.6%～85%，其次是腐泥組，含量在0～41%，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組具有少量的含量，分別為0～15%和0～8%。從顯微組成上來看，二疊系頁巖的有機(jī)質(zhì)類型較為復(fù)雜，從II1—III型均有分布，其中II1型分布在大隆組和孤峰組，III型分布在龍?zhí)督M，與其形成的沉積環(huán)境密切相關(guān)。前人研究認(rèn)為孤峰組泥頁巖形成于深水盆地相，干酪根碳同位素值介于-28.7‰～-26.5%，有機(jī)質(zhì)類型被劃為II型；龍?zhí)督M泥頁巖形成于濱岸沼澤—三角洲相，干酪根碳同位素值介于-28.5‰～-24.3%，有機(jī)質(zhì)類型被劃為II-III型；大隆組泥頁巖形成于盆地—深水陸棚相，干酪根碳同位素值介于-29‰～-24%，有機(jī)質(zhì)類型被劃為II-III型，以II型為主。因此，整體上看，二疊系泥頁巖的有機(jī)質(zhì)類型為II-III型，以II型為主。

3.3 成熟度

下?lián)P子地區(qū)二疊系頁巖中含有較為豐富的鏡質(zhì)組含量，可以較為精確的確定頁巖的成熟度。潘繼平等認(rèn)為下?lián)P子地區(qū)二疊系頁巖普遍處于高成熟—過成熟階段。

對于較低成熟度的泥頁巖樣品，通過巖石熱解分析獲得巖石的HI和Tmax等指，標(biāo)劃分的類型初步判識成熟度高低。但是由于Tmax普遍較高，分布在448～561oC（圖1a）（平均為523.79oC），而泥頁巖樣品的HI均很低，說明熱成熟度較高，巖石熱解分析已經(jīng)不適合二疊系泥頁巖的評價。本次研究的皖南地區(qū)二疊系泥頁巖巖心樣品的成熟度范圍為2.3%～2.7% （圖1b），主要分布在2.4%～2.6%的范圍內(nèi)（平均為2.5%）。由此可見，高成熟度有利于泥頁巖中有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育和保持，是頁巖氣勘探的有利成熟度范圍。

圖1 皖南地區(qū)二疊系泥頁巖成熟度分布

4 結(jié)論

皖南地區(qū)二疊系泥頁巖的有機(jī)碳含量總體較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.047% ～18.8%（平均為3.11%），富有機(jī)質(zhì)泥頁巖主要分布在大隆組和孤峰組。生烴潛量為0.03～4.08mg／g（平均值為0.90 mg／g），表明生烴潛力較小，反映了二疊系頁巖已基本完成生烴過程。通過熱解參數(shù)、干酪根顯微組分綜合分析，二疊系泥頁巖的類型為II-III型，大隆組和孤峰組以II型為主，龍?zhí)督M以II-III型為主。二疊系泥頁巖的鏡質(zhì)體反射率Ro為2.3%～2.7%（平均為2.5%）；最大熱解峰溫分布在448～561oC，平均為523.79oC，表明二疊系頁巖處于高過成熟階段，以生干氣為主。該認(rèn)識對推動下?lián)P子地區(qū)二疊系頁巖氣的勘探和評價具有一定的參考意義。