青海省木里煤田煤系頁(yè)巖氣生烴條件分析

秦榮芳， 李 靖， 王崇敬， 曹代勇

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

頁(yè)巖氣是指以吸附和(或)游離狀態(tài)為主賦存于富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地層中，自生自儲(chǔ)，在頁(yè)巖納米級(jí)孔隙中連續(xù)聚集，具有商業(yè)開發(fā)價(jià)值的生物成因和(或)熱成因及混合成因的非常規(guī)天然氣。在頁(yè)巖氣藏中，氣體也可存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖地層中，是典型的“原地成藏”模式[1]。煤系頁(yè)巖氣作為頁(yè)巖氣資源的重要組成部分，是指含氣頁(yè)巖段賦存在煤系地層中，可自生也可是煤層生成并短距運(yùn)移到相近頁(yè)巖層中，其干酪根類型以III型為主(有部分為 II型干酪根)，TOC含量高，其生成環(huán)境主要為海陸交互相與陸相湖盆沉積[2]。煤系含氣頁(yè)巖在垂向上與砂巖、煤層呈互層分布。

根據(jù)國(guó)外成功勘探開發(fā)頁(yè)巖氣的經(jīng)驗(yàn)分析可知，含氣頁(yè)巖一般具有有機(jī)質(zhì)含量高，泥頁(yè)巖沉積厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高，成熟度適合，泥頁(yè)巖礦物組分中脆性礦物含量高，含氣量較高等特點(diǎn)[3－4]。聚乎更礦區(qū)中侏羅統(tǒng)木里組和江倉(cāng)組含煤巖系具有頁(yè)巖類巖石比例高、厚度大、有機(jī)質(zhì)含量豐富、熱演化程度高、脆性礦物含量高、構(gòu)造作用導(dǎo)致孔滲條件良好等特征[5]，構(gòu)成生成頁(yè)巖氣的良好條件，因此，開展木里地區(qū)煤系頁(yè)巖氣生烴潛力評(píng)價(jià)，對(duì)于拓寬對(duì)頁(yè)巖氣資源的認(rèn)識(shí)和該區(qū)多能源的綜合開發(fā)，均具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

木里煤田位于青海省北部，屬祁連加里東褶皺系之中祁連中間隆起帶。中祁連位于北祁連新元古代—早古生代縫合帶與疏勒南山—拉雞山早古生代縫合帶之間的中祁連陸塊的北緣，呈NWW向展布，西端出省后被阿爾金NEE向左行走滑斷裂切錯(cuò)，東延出省后可能和秦嶺中間陸塊相接，整個(gè)構(gòu)造帶主體由白堊紀(jì)以來(lái)的再生造山帶及相伴生的壓陷性盆地帶所組成[6]。同時(shí)又受其南特提斯—喜馬拉雅構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域形成與發(fā)展的影響，造就了該區(qū)域復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造特征。

木里煤田地層由老至新為前震旦系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、古近系—新近系和第四系。侏羅系為研究區(qū)含煤地層。下侏羅統(tǒng)熱水組(J1r)、中侏羅統(tǒng)(J2)的木里組(J2m)和江倉(cāng)組(J2j)地層中有發(fā)育較好的暗色泥巖、油頁(yè)巖等烴源巖[7]。

2 頁(yè)巖氣生烴條件分析

頁(yè)巖氣生烴條件包括:沉積地層以泥/頁(yè)巖為主，單層厚度大(dmax≥10 m)，泥質(zhì)含量高(泥/頁(yè)巖地層中的純泥巖厚度百分比φ≥10%)，有機(jī)質(zhì)豐度(w(TOC)≥0.3%)及有機(jī)質(zhì)成熟度底限條件要求相對(duì)較低(Ro≥0.4%)[8]。

2.1 泥/頁(yè)巖發(fā)育情況

通過(guò)對(duì)木里煤田的野外地質(zhì)調(diào)查，并結(jié)合區(qū)域地層調(diào)研資料，掌握了該區(qū)含煤地層泥頁(yè)巖的發(fā)育特征及展布規(guī)律。

根據(jù)木里煤田泥頁(yè)巖厚度發(fā)育數(shù)據(jù)，選取了5、25、45、65 m，作為等值線值，作出了泥頁(yè)巖單層厚度分布圖(圖1)。由圖1可以看出，在四井田東南部泥巖單孔最大單層厚度大于45 m，西北部略低，大于25 m。

圖1 木里煤田煤系泥頁(yè)巖最大單層厚度分布Fig.1 Distribution of largest layer thickness in Muri coalfield

該區(qū)含煤地層沉積了厚度巨大的泥/頁(yè)巖，泥巖、粉砂巖以及粉砂質(zhì)泥巖等粒度較細(xì)的巖石，累計(jì)厚度百分比平均為40.05%(表1)，其中四井田粒度較細(xì)的巖石厚度百分比φx最大，可達(dá)53.69%。木里煤田細(xì)碎屑巖的巨大厚度比例，為頁(yè)巖氣的形成提供了有利條件(表1)。

表1 木里煤田泥頁(yè)巖厚度分析Table 1 Muri coalfield shale thickness analysis table

2.2 烴源巖評(píng)價(jià)

烴源巖是指富含有機(jī)質(zhì)、大量生成油氣與排出油氣的巖石。烴源巖應(yīng)該具備的條件:含有大量有機(jī)質(zhì)即干酪根;達(dá)到干酪根轉(zhuǎn)化成油氣的門限溫度即埋藏深度。對(duì)烴源巖的研究中，通常要從有機(jī)質(zhì)數(shù)量、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度等三方面對(duì)其做出定性或定量評(píng)價(jià)。

2.2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

木里煤田作為烴源巖的煤、碳質(zhì)泥巖、暗色泥巖和油頁(yè)巖分布廣泛，地層厚度巨大。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的木里煤田煤(巖)樣總有機(jī)碳分析結(jié)果(表2)，筆者對(duì)分析結(jié)果的最大值、最小值和平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，參考現(xiàn)行煤系泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9]，對(duì)研究區(qū)烴源巖豐度進(jìn)行評(píng)價(jià)。從表2可以看出，煤中TOC的分布為46.760% ～86.060%，平均值為73.060%。煤中S1+S2的分布為72.09～185.31 mg/g，平均值為129.21 mg/g。TOC和S1+S2的分布都證實(shí)了該處的煤是好烴源巖。油頁(yè)巖中TOC的分布為1.810% ～4.050%，平均值為2.780%。油頁(yè)巖中S1+S2的分布為1.98～11.41 mg/g，平均值為4.79 mg/g。泥巖中TOC的分布為2.330%～2.700%，平均值為2.520%。泥巖中S1+S2的分布為4.06～15.45 mg/g，平均值為9.76 mg/g。根據(jù)有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合TOC和S1+S2的分布來(lái)看，油頁(yè)巖和泥巖均是好的烴源巖。

表2 木里煤田巖樣總有機(jī)碳分析Table 2 Total organic carbon data of rock sample analysis of Muri coalfield

2.2.2 有機(jī)質(zhì)類型

干酪根是有機(jī)碳存在的最重要的形式，占沉積巖中分散有機(jī)質(zhì)總量的80% ～90%，甚至更高。干酪根分為Ⅰ型(細(xì)菌改造的藻質(zhì)型)，主要生成石油，II型(腐泥型)，可生成油和氣，Ⅲ型(腐殖型)，主要生成天然氣。

木里煤田聚乎更礦區(qū)一井田大部分樣品HI在100～500(表3)，表明該區(qū)域內(nèi)，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2－Ⅲ型干酪根。

表3 各種巖性烴源巖氫指數(shù)分布Table 3 Distribution of hydrogen index in hydrocarbon source rocks of various lithology

2.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

一般認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)演化處于成熟—高成熟階段(Ro為0.8% ～1.7%)是最有利的熱生氣階段，生氣速率最大。木里煤田的煤樣及巖樣實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(表4)表明，巖樣鏡質(zhì)體反射率Ro為0.740% ～1.851%，平均值為1.197%，均大于有機(jī)質(zhì)成熟度的底限0.4%，可見該地區(qū)烴源巖均處于成熟—高成熟度的演化階段，有利于生氣。

表4 木里煤田鏡質(zhì)組反射率測(cè)定分析Table 4 Source rocks vitrinite reflectance data in Muri coalfield

3 結(jié)論

(1)木里煤田早、中侏羅世煤系中暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖等富含有機(jī)質(zhì)的細(xì)碎屑巖石在地層中的累計(jì)厚度百分比為31.98% ～53.69%，平均值為40.05%，為頁(yè)巖氣的生成提供了有利的物質(zhì)保障。

(2)該區(qū)泥頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度為0.520%～86.060%，總有機(jī)碳含量大，有機(jī)質(zhì)成熟度0.740%～1.851%，有機(jī)質(zhì)熱演化程度已經(jīng)達(dá)到了生氣高峰。

(3)有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2－Ⅲ型干酪根。該區(qū)烴源巖可以為頁(yè)巖氣的生成提供充足的氣源供應(yīng)。

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