(《我国富含有机质泥页岩发育特点与页岩气战略选区》李玉喜)
受复杂地质背景和多阶段演化过程的影响,我国含油气盆地类型多、盆地结构复杂。在早三叠世及古生代,我国发育有华北、扬子和华南、塔里木等大中型海相和海陆交互相克拉通和克拉通边缘盆地。经过中新生代改造后,这些大中型盆地普遍遭到破坏,仅在四川、鄂尔多斯、塔里木等地保留下来一部分克拉通盆地。中生代以来,陆相盆地广泛发育。其中部分陆相盆地叠置在克拉通盆地之上,部分盆地发育在古生代褶皱带之上。盆地的不同演化规律直接控制着富含有机质泥页岩的发育与分布。依照形成环境,可将富含有机质泥页岩化分为海相厚层富含有机质泥页岩、海陆交互相及陆相煤系地层富含有机质泥页岩、陆相富含有机质泥页岩这3种类型。
1.海相厚层富含有机质泥页岩
我国海相富含有机质泥页岩主要发育于下古生界的下寒武统、下志留统—上奥陶统顶部,以扬子克拉通地区最为典型(图1)。
下寒武统海相富含有机质泥页岩在中上扬子区发育较好,有机质类型为腐泥型—混合型。从区域沉积环境看,川东—鄂西、川南及湘黔(热水)3个深水陆棚区下寒武统海相富含有机质泥页岩最发育,TOC平均高达8%左右。从盆地看,四川盆地下寒武统泥页岩平均厚度为139m,总有机碳含量在0.5%~4.0%之间,多超过1%,有机质类型为腐泥型,Ro介于2.0%~5.0%,盆地南部埋藏较浅。麻阳盆地、洞庭盆地泥页岩总有机碳含量多数大于1%,有机质类型为腐泥型,凹陷区Ro多超过3%,凸起区局部有热演化程度相对较低的地区(Ro<1%)。下寒武统海相富含有机质泥页岩的热演化程度普遍较高,仅在上扬子南部和北部、鄂西和下扬子中部地区Ro<3.0%,其他地区下寒武统海相富含有机质泥页岩普遍Ro>3.0%,页岩气的勘探前景不大。
下志留统海相富含有机质泥页岩主要分布在川东南、川东北、鄂西渝东、中扬子、下扬子等区,以硅质岩、页岩、碳质页岩为主,有机质类型为腐泥型,Ro介于2.0%~4.5%,厚度为20~100m。其中渝东鄂西地区热演化程度较低,是页岩气勘探较有利的地区之一。
我国南方地区下寒武统和下志留统富含有机质泥页岩在单层厚度和有机质含量上,总体均达到了形成页岩气藏的基本条件,而埋深和热演化程度则成为关乎其能否作为页岩气勘探靶区的主要因素。
2.海陆交互相及陆相煤系地层富含有机质泥页岩
晚古生代克拉通海陆交互相及陆相煤系地层富含有机质泥页岩在华北、华南地区和准噶尔盆地分布广泛。中新生代陆相煤系地层富含有机质泥页岩主要在两类盆地发育:一是大型坳陷,如鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地侏罗系、四川盆地上三叠统;二是断陷,如我国东北地区含煤盆地中的断陷。
华北地区海陆交互相富含有机质泥页岩单层厚度不大,多数与煤层交互出现。总有机碳含量受沉积相影响,变化较大,一般介于0.5%~10%,其中沼泽相碳质页岩总有机碳含量普遍较高。这类泥页岩的有机质类型主要为混合型腐殖型,Ro多数介于0.5%~2.5%,部分超过3.0%。
华南地区海陆交互相富含有机质泥页岩有单独发育以及与煤层交互发育2种类型。滇黔桂地区上二叠统龙潭组深灰色页岩厚度一般为20~60m,局部较厚。四川盆地上二叠统泥页岩厚度为10~125m,在川中和川西南一带一般厚80~110m,麻1井最厚,达125m;在四川盆地西北缘、北缘及东北缘较薄,多小于20m;暗色泥页岩总有机碳含量变化介于0.5%~12.55%,平均为2.91%,多分布在3%~5%;其中泸州地区及自贡资阳一带总有机碳含量较低(小于3%),有机质类型以腐殖型为主,但有机质相对富氢。
准噶尔盆地石炭系滴水泉组富含有机质泥页岩包括暗色泥岩和碳质泥岩,累计厚度为0~249m,前者有机碳含量平均为1.45%;后者有机碳含量平均为15.53%,有机质类型主要为偏腐殖混合型腐殖型,Ro介于0.51%~1.75%,平均为1.15%[。中新生代断陷含煤盆地的暗色泥岩、煤和碳质泥岩互层分布的特点突出,暗色泥岩总有机碳含量多数超过1.0%,碳质页岩多数超过10.0%,单层厚度普遍不大,但累计厚度较大,Ro多在1.3%以下。
总体上,我国上古生界海陆交互相富含有机质泥页岩除上扬子及滇黔桂地区单层厚度较大且具有页岩气单独勘探开发的条件外,多数地区发育的海陆交互相及陆相煤系地层富含有机质泥页岩单层厚度都不大,不利于页岩气的单层独立开发。中新生代陆相煤系富含有机质泥页岩一般单层厚度虽然也不大,但其总有机碳含量较高、演化程度一般在过成熟早期以下,有利于成气且泥页岩层多与煤层、致密砂岩层互层,易形成页岩气、煤层气和致密砂岩气等多种类型性天然气近距离叠置成藏(图2)。这是我国煤系地层普遍存在的天然气聚集特点。因此,进一步深入研究页岩气、煤层气和致密砂岩气等多种类型天然气共生特点和叠置成藏规律,开展多种共生天然气资源勘查,探索其经济有效的多层合采开发技术,是这类天然气资源有效开发利用的一个新课题。
3.湖泊富含有机质泥页岩
我国准噶尔盆地等二叠纪坳陷,松辽、鄂尔多斯盆地等中新生代坳陷,渤海湾盆地等新生代断陷,都沉积了厚层富含有机质泥页岩。这些富含有机质泥页岩构成了上述盆地的主力烃源岩。
准噶尔盆地二叠系芦草沟组地层上段以灰黑色页岩、页岩油为主夹沥青质页岩,累计厚度超过200m,总有机碳含量为4.85%~10.02%,有机质类型为偏腐泥混合型,Ro介于0.54%~0.91%;二叠系红雁池组、平地泉组也发育有较好的富含有机质暗色泥页岩。
松辽盆地主要发育嫩江组和青山口组两套富含有机质泥页岩。其中,嫩江组一段为一套黑色泥页岩,全盆地稳定分布,在中央坳陷区的厚度超过100m,平均总有机碳含量高达2.40%,有机质以偏腐泥混合型和偏腐殖混合型为主。嫩二段暗色泥页岩分布范围比嫩一段更广,发育更加稳定,平均厚度在150m左右,平均总有机碳含量为1.56%。青山口组一段在中央坳陷区几乎全部为暗色泥页岩,厚度为60~80m,平均总有机碳含量为2.2%,但有机质类型仍以腐泥型和混合型为主。嫩江组一段和青山口组一段的Ro在齐家古龙凹陷较高(分别达到1.1%和2.0%),在三肇凹陷次之(分别为0.7%和1.3%),在盆地的边部成熟度比较低。
鄂尔多斯盆地延长组长4+5长8段主要为湖相沉积,富含有机质的暗色泥页岩发育。长8、长6段暗色泥页岩有机质丰度在富县葫芦河地区较高,总有机碳含量分别为3.5%和3.75%,长7段暗色泥页岩有机质丰度以华池、吴旗地区为最高,其中华池地区总有机碳含量达5.81%;Ro主要介于0.73%~1.06%,普遍达成熟阶段。
总体上,湖相富含有机质泥页岩的热演化程度普遍不高,多数还处于生油窗内,部分泥页岩的岩石硬度小,其中的黏土矿物遇水膨胀现象明显,经常导致套损。这对于页岩气勘探开发较为不利。