网络出版时间：2015-12-15 15:30:55网络出版地址：/kcms/detail/21.1357.TE.20151215.1530.004.html鄂尔多斯盆地东缘太原组页岩气成藏特征周 帅1，陈尚斌1，2，司庆红3，韩宇富1，张 超3（1.中国矿业大学，江苏 徐州 221116；2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室 中国矿业大学，江苏 徐州 221116；3.天津地质调查中心矿产资源调查院，天津 河东 300170） 摘要：以鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相太原组泥页岩为研究对象，通过野外调查和实验测试，分析太原组泥页岩的空间展布、储层地球化学与物性特征以及页岩气成藏特征，估算页岩气资源潜力。
研究认为：鄂尔多斯盆地东缘太原组泥页岩沉积于三角洲平原和潮坪—潟湖环境，沉积厚度为30～70m，自东向西变薄；泥页岩有机质为Ⅲ型干酪根，有机碳含量为4.06%，成熟度为0.90%～2.40%，处于中等—过成熟阶段；储层孔隙以微孔为主，脆性矿物含量超过45%，具较好的页岩气源岩和储层条件；页岩气藏主要为深埋热作用与岩浆热作用叠加的热成因型气藏，形成于早白垩世的生烃高峰期。
采用体积法估算页岩气资源量约为1.9243×1012m3；初步优选出临县—兴县和石楼—隰县—大宁—蒲县等2个勘探有利区，有利区页岩气资源潜力约为0.92×1012m3，该研究为鄂尔多斯盆地东缘页岩气勘探开发提供了依据。
关键词：海陆过渡相页岩气；成藏特征；资源潜力；太原组；鄂尔多斯盆地东缘中图分类号：TE122.2 文献标识码：A0 引 言中国富有机质泥页岩广泛发育，页岩气资源潜力巨大，页岩气储层按沉积条件可分为海相页岩、陆相页岩和海陆过渡相页岩3种类型[1-2]。
中国页岩气可采资源总量约为25.08×1012m3，其中海陆过渡相页岩气可采资源量达到8.97×1012m3，主要勘探区域为南华北盆地、鄂尔多斯盆地和银额盆地。
前期勘探和试井生产显示鄂尔多斯盆地临兴地区煤层气、页岩气和致密砂岩气（海陆过渡相地层）勘探开发具有良好的前景，近期在鄂尔多斯盆地石炭—二叠系见工业气流，鄂尔多斯北部地区鄂页1井经压裂改造后在太原组获得1.95×104m3/d的稳定产量[3]。
鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相太原组泥页岩分布范围大、厚度连续性好，具备较好的页岩气成藏基础条件。
分析其储层成藏特征，估算页岩气资源潜力，优选勘探有利的“甜点区”，为研究区页岩气勘探开发提供依据。
1 地质背景研究区鄂尔多斯盆地东缘位于山西省西部，西、北以黄河为界，东、南以离石—紫金山————————收稿日期：20150907；改回日期：20151123基金项目：中国博士后科学基金第八批“储层微观非均质性对页岩气赋存机理的影响研究”（2015T80595）；江苏省基础研究计划青年基金“成熟度对页岩气储层微观非均质性影响机理研究”（BK20130177）；中国博士后科学基金“储层微观孔隙非均质性对吸附态页岩气赋存的影响研究”（2014M551684）作者简介：周帅（1994-），男，2014年毕业于中国矿业大学地质工程专业，现为该校矿产普查与勘探专业在读硕士研究生，主要从事页岩气地质研究。
通讯作者：陈尚斌（1983-），男，副教授，2006年毕业于中国矿业大学资源环境与城乡规划管理专业，2012年毕业于该校地质资源与地质工程专业，获博士学位，现主要从事页岩气地质研究。
断裂带为界，南北长约400km，东西宽约80km，总面积约17174km2。
地层总体向西偏南倾斜，自东向西依次出露石炭系、二叠系和三叠系地层。
以离石—紫荆山断裂带为主断裂线，北部为走向近南北、西倾的河东单斜，中部离石形成东部翘起、向西倾没的鼻状构造，发育离石向斜和玉家会背斜，南部内部呈现背斜向斜相间的构造，东侧边缘地层倾角较大，形成褶皱挠曲带。
晚石炭世—二叠纪末，海西运动主导多期次海进海退，沉积了海陆过渡相为主的太原组地层。
中生代以来，鄂尔多斯盆地东缘经历了3个构造演化阶段[4]：三叠纪—侏罗纪，地层稳定沉积，未形成较大褶皱；早侏罗世之后，库拉—太平洋板块向华北板块俯冲，形成北东向挤压应力，同时地壳垂直运动加强，形成东隆西坳的构造格局，区内表现为西倾单斜；新生代期间，喜山运动形成北东—南西向张应力，在研究区南部形成乡宁褶皱挠曲带。
2 太原组页岩气储层特征2.1 储层发育特征2.1.1 岩相及沉积环境北部扒楼沟和南部甘草山太原组剖面实测表明：太原组岩性以深灰色、黑色泥岩与深灰色灰岩为主；底部以薄层石英砂岩与本溪组分界；下部为浅灰色泥岩、泥页岩夹薄层细砂岩；中部为深灰色厚层含燧石结核生屑灰岩夹泥岩；上部为深灰色、黑色泥岩和浅灰色中厚层中细粒石英砂岩；顶部以深灰色、灰黑色砂质泥岩与山西组岩屑石英杂砂岩分界（图1）。
a 保德扒楼沟b 乡宁甘草山图1 河东煤田太原组柱状图太原组沉积南北不同，北部下段以潟湖、潮坪与三角洲交互沉积为主，上段为河流沉积；南部下段以潟湖潮坪、障壁岛沉积为主，上部为三角洲平原和前缘沉积。
太原组泥页岩主要发育于三角洲平原沼泽微相和潟湖沼泽微相，其中前者页岩厚度连续性好，有机质含量较高，是主要的页岩气储层段。
2.1.2 空间发育特征太原组全区广泛发育，厚度稳定。
据区内实测3条剖面和收集的9个煤田钻井资料统计：太原组厚度为60.46～126.00m，平均为87.33m，其中泥页岩厚度为20.15～71.07m，平均为38.67m。
太原组岩性南北差异较大，自北向南沉积物中砂泥岩含量减少且粒度变细，煤厚减薄，灰岩厚度增加。
太原组泥页岩厚度具有自北向南、自东向西变薄的趋势，富有机质TOC，平均为4.06%（2.3.1 物质组成样品全岩及黏土矿物X射线衍射分析实验表明，矿物组成主要以黏土和石英为主。
黏土矿物含量为20.9%～65.2%，平均为48.7%，主要由伊/蒙混层和高岭石组成；石英含量为33.5%～61.7%，平均为45.3%，另含有少量方解石和黄铁矿。
石英和碳酸盐岩等脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙和微裂缝发育、含气性及压裂改造的重要因素[6]，区内储层脆性指数达到45%，有很好的压裂改造潜力[7]。
2.3.2 孔裂隙结构太原组泥页岩孔隙主要发育粒间孔（图2a、b、c）和微裂缝（图2d），孔径一般小于5μm，粒间孔孔隙之间连通性较好；微裂缝宽度较小，伸展较长。
页岩内部存在的微孔隙和微裂隙较多，页岩储层有较强的吸附能力[2]。
a 粒间孔（BP-5）b 粒间孔（BP-10）c 粒间孔（BP-10）d 微裂缝（BP-5）图2 太原组泥页岩SEM镜下照片高压压汞实验和低温液氮吸附实验测试表明，太原组的孔容为0.0169～0.0694mL/g，平均为0.0353mL/g，比表面积为 5.92～15.98m2/g，平均为9.24m2/g；孔隙度为 3.38%～12.52%，平均为6.87%；平均孔径为8.3～15.0nm。
图3为太原组页岩岩样高压压汞曲线和低温液氮吸附曲线。
根据退汞曲线近于平行，退汞量较少，滞留汞量大的特点，可知孔隙以开放型为主，封闭或半封闭孔较少；进汞曲线上对应较大孔径的低压段进汞较少，指示大孔含量较少；进汞曲线高压段和液氮吸附线相对低压段有较大的吸附量，反映有较多的微孔；液氮等温吸附曲线属于H2型，含有较多的不规则孔隙；相对压力为0.2～0.7段吸附量增加缓慢，孔隙的连续性较差，脱附曲线存在明显的转折点，显示含有一定“墨水瓶”型孔隙。
a 高压压汞曲线b 低温液氮吸附曲线图3 太原组页岩样压汞曲线和液氮吸附曲线3 页岩气成藏过程3.1 海陆过渡相页岩气成藏特殊性近年来的页岩气勘查研究工作已初步形成了海相页岩气成藏评价体系，而海陆过渡相页岩气评价较为复杂，目前尚处于起步阶段。
海陆过渡相储层由于沉积环境的横向变化大，导致在同一盆地中往往出现多个沉积中心，页岩厚度和分布不稳定。
平面上表现为富有机质页岩厚度、有机质类型和有机碳含量变化大；纵向上垂向岩性变化不稳定，由于沉积环境变化较快，导致富有机质页岩单层厚度较小且常与砂岩或者灰岩互层，影响储层空间发育和封盖性能。
鉴于海陆过渡相页岩的特殊性，需要从页岩的生烃、储层特征和保存等方面建立适合海陆过渡相页岩气的成藏评价体系（表2）。
表2 海陆过渡相页岩气藏评价标准评价项目 海相评价标准（参考） 海陆过渡相评价标准生气条件TOC/% 均值大于1.5 均值大于1.5 R o/% >1.2 >0.7有机质类型 Ⅰ、Ⅱ型为主 Ⅱ、Ⅲ型为主储层条件地层总厚度/m ≥30 ≥30 单层厚度/m — ≥6 含气性/（m3・t-1） ≥0.5 ≥0.5综上可知，页岩气主要形成于早白垩世的生烃高峰期，并体现出深埋热作用与岩浆热作用叠加的热成因型成藏特征。
3.3 页岩气保存条件页岩气属自生自储式成藏，渗透率低，运移距离短，页岩气成藏几乎没有运、聚过程[9]。
泥页岩达到一定厚度其保存不需要盖层即可形成自我封闭页岩气藏[10]。
研究区内太原组的岩性主要为灰色、灰黑色泥页岩和泥质灰岩，厚度连续性较好，内部又夹有煤层，上部为生屑灰岩或泥灰岩封盖，向下有本溪组铁质铝土岩封堵，不易散失。
从储层条件来看，富有机质页岩气藏主要分布在北部地区的太原组中段和南部的中上段。
研究区构造简单，主体为平缓的单斜，只在边界附近断裂发育，对页岩气藏的影响较弱。
早白垩世后，鄂尔多斯盆地东部抬升，太原组上覆地层遭受剥蚀。
但据区内钻井资料统计，太原组埋深为300～3000m，主体在1000～2500m，页岩气的保存较好。
4 资源潜力计算与有利区优选4.1 资源潜力计算参数的确定根据《页岩气资源/储量计算与评价技术规范》（DZ/T 0254-2014），研究区勘查程度中等，资源量估算采用体积法。
其计算公式为：z y g z 01.0C h A G ρ= （1）y x z C C C +≈ （2）式中：G z 为页岩气总地质储量，108m 3；A g 为含气面积，km 2；h 为页岩有效厚度，m；ρy 为页岩质量密度,t/m 3；C z 、C x 、C y 分别为页岩总含气量、吸附含气量、游离含气量，m 3/t。
研究区构造简单，平均坡度小于1°，A g 可依照平面面积计算；h 可根据野外资料和钻井数据，绘制页岩厚度等值线图进行计算；据中国矿业大学的测试结果，页岩质量密度取值为2.63g/cm 3；区内太原组沉积、岩性及埋深等特征与邻区沁水盆地相似，页岩含气量可借鉴其测试结果，根据等温吸附实验的推算[11]，本次采用C z 为1.75m 3/t。
4.2 资源潜力评价与计算估算全区页岩气潜在资源量为1.9243×1012m 3，埋深小于500m 的区域封盖保存条件差，没有进行资源量计算；埋深为500～1000m 的资源量为0.3401×1012m 3，埋深为1000～2000m 的资源量为1.0853×1012m 3，埋深大于2000m 的资源量为0.4989×1012m 3。
