吐哈盆地下侏罗统八道湾组页岩气成藏条件分析

2014-04-11李靖

化工矿产地质 2014年3期

李靖

中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京 100013

中国是能源消费大国，能源需求量与日俱增，常规能源的能源形势日趋紧张，因此寻求可以替代常规天燃气且储量相对丰富的非常规资源，才是缓解当前问题的当务之急。随着页岩气在全球油气资源领域异军突起【1】，加快页岩气勘探开发步伐，已经成为世界主要页岩气资源大国和地区的共同选择。我国北方地区煤系普遍发育，并且煤系中发育大套厚度很大的暗色泥页岩，碳质泥岩、暗色泥岩等，所以含煤岩系中具有页岩气发育的良好的地质条件。立足国内，加快国内页岩气勘探开发【2】，对于改变中国油气资源格局，甚至改变整个能源消费结构，缓解能源短缺，保障国家能源安全，减少碳排放，促进经济社会发展有着十分重要的意义【3,4】。

1 区域地质及盆地发育概况

吐哈盆地位于新疆东部，东西长660km，南北宽60～100km，总面积为53 500km2，有效勘探面积 35 000km2。盆地内部煤炭、石油。天然气均资源丰富。

吐哈盆地在褶皱基底上沉积了厚达近万米的二叠系—第四系，盆地煤系侏罗系是一套分布广、发育较齐全的一套沉积地层，该套沉积岩层主要为河湖相的碎屑岩和河沼及泥沼相煤系建造，总厚度约 4000 m，自下而上分为下侏罗统八道湾组、三工河组，中侏罗统西山窑组、三间房组、七克台组及上侏罗统齐古组、喀拉扎组【5,6】。其中，煤层主要分布于中、下侏罗统的八道湾组及西山窑组（图1）。

盆地受多期构造变动的叠加复合作用，吐哈盆地总体以南北向分带为基本特征（图2），盆地出现构造成带分布特点。

2 泥/页岩地层发育情况

吐哈盆地侏罗系八道湾组泥页岩主要分布于托克逊凹陷、台北凹陷及哈密凹陷，在这些凹陷之间存在沼和泉隆起和了墩隆起。盆地南部大南湖、沙尔湖及艾丁湖一带缺失八道湾组沉积。该组厚度在0～570m之间，一般为100～500m。八道湾组沉积期为吐哈盆地重新沉降初期，盆缘断裂活动较强烈，地形高差悬殊，因此，沉积物普遍较粗，主要是辫状河三角洲及曲流河三角洲体系沉积[6]。

该组形成于盆地沉降初期、为沿断裂活动强烈期的冲积和湖泊环境。当时的沉积相展布单元主要有冲积平原、上三角洲平原、下三角洲平原、水下三角洲和滨浅湖等。该期沉积体系以三角洲为主，包括辫状河三角洲和低弯度曲流河三角洲（图3）。

八道湾组在盆地内分布较广，总体上是一套潮湿气候条件下的河流体系，主要为准平原化后的河流-沼泽相，沉积于托克逊台北凹陷和哈密凹陷。在台北凹陷、胜北次凹和丘东次凹最为发育，最大厚度可达800 m；在托克逊凹陷该组主要分布于凹陷中心，岩性较粗，煤层厚度大、层数多，底部多为角砾岩，厚度约200～400 m。在吐鲁番坳陷，八道湾组含煤岩系厚度总体显示西厚东薄的变化特征。在哈密凹陷，该地层呈北厚南薄、西厚东薄趋势，凹陷北部厚度可达700 m，向南至南缘超覆尖灭，岩性横向变化大。

八道湾组煤层也较发育，一般厚度在40～60m，最厚100m（托克逊凹陷）。哈密拗陷八道湾组煤层一般厚度 10m。八道湾组暗色泥岩一般厚度在50～200m，全盆地以吐鲁番、葡萄沟北、草湖次凹陷北部和哈密拗陷哈 2井区一带暗色泥岩最发育，表现出湖沼多沉积中心的特点（图4）。

图1 吐哈盆地含煤岩系柱状图Fig.1 Coal Bearing Strata of Turpan-Hami Basin

图2 吐哈盆地构造分区图[6]Fig. 2 Tectonic Division of Turpan-Hami Basin

3 泥/页岩地球化学特征

3.1 总有机碳含量

八道湾组泥岩有机碳含量一般为0.5%～3.0%，最高含量3.93%，高值区主要分布在胜北次凹和托克逊凹陷（表1），哈密拗陷八道湾组暗色泥岩有机碳含量一般仅1%，见图5。

图3 吐哈盆地早侏罗世八道湾期古地理图Fig.3 Paleogeographic Map of Turpan-Hami Basin,J1b

图4 吐哈盆地早侏罗世八道湾组暗色泥页岩厚度等值线图【7】Fig. 4 Thickness Isoline Map of The Dark Mudstone in Turpan-Hami Basin,J1b

表1 吐哈盆地各凹（拗）陷泥岩有机质丰度数据表【7】Table 1 The Organic Matter Abundance Data of Mudstone in Turpan-Hami Basin Each Concave

图5 新疆吐哈盆地八道湾组泥/页岩TOC等值线图【7】Fig.5 Toc Isoline Map of The Mudstone in Turpan-Hami Basin,J1b

3.2 有机质类型

侏罗系煤以及煤系泥岩的干酪根的 H/C与O/C相关点群分布位于Ⅲ1和Ⅲ2型之间（图6），即该区绝大部分源岩干酪根属于典型的腐殖型和含腐泥腐殖型母质。其中，中侏罗统西山窑组和下侏罗统三工河组泥岩干酪根主要为腐殖型和含腐泥腐殖型，仅少部分下侏罗统八道湾组泥岩干酪根属于腐殖腐泥型，反应本区中下侏罗统为湖沼沉积特征，主要有机母源输入以高等植物为主。

图6 新疆吐哈盆地干酪根元素组成分类图[7]Fig. 6 Classification Map of Kerogen Elemental Composition in Turpan-Hami Basin

3.3 有机质成熟度

八道湾组顶的镜质组反射率区域变化，在胜北次凹及草湖次凹已达到肥煤阶段，哈密只达到长焰煤阶段（图 7）。大部分地区的成熟度高于0.5%（表2），达到了成熟阶段，有利于烃类气体的生成。

4 储集层特征

基于岩心观察及大量薄片鉴定分析，下侏罗统八道湾组储层以灰色、灰白色岩屑砂岩和长石岩屑砂岩为主。石英含量的主要分布范围为 3.7%～48.8%，均值为31. 54 %;长石为9. 4%～29. 9%，均值为19. 75%;岩屑含量较高，分布范围为30.9%～60.7%，均值为48. 73%，其类型以岩浆岩屑为主，少量变质岩屑，不含沉积岩屑。填隙物以硅质胶结、粘土矿物为主，次为方解石胶结。

根据吐哈盆地现有探井岩性分析，台北凹陷北部山前带泥岩脆性矿物含量高，物性好，石英含量普遍高于35%，各类脆性矿物含量一般大于60%（表3）。吐哈盆地台北凹陷页岩岩石硬度(杨氏模量大于 5 MPG大，脆性高(硅质含量大于35%)，评价为较好—好页岩气储集层。

图7 吐哈盆地侏罗系八道湾组顶面现今镜质体反射率等值线图【7】Fig. 7 Vitrinite Reflectance Isoline Map of The Mudstone in Turpan-Hami Basin,J1b

表2 吐哈盆地早侏罗世八道湾组烃源岩实测镜质体反射率（%）统计表Table 2 Measured Vitrinite Reflectance of Hydrocarbon Source Rocks in Turpan-Hami basin,J1b

表3 吐哈盆地台北凹陷全岩X-射线衍射定量分析【8】Table 3 X- ray Diffraction Quantitative Analysis of Whole Rock in Taipei Sag in Turpan-Hami Basin

5 八道湾组有利远景区预测

基于泥/页岩平面分布情况、烃源岩地化特征及地层含气性等相关方面的研究，采用多因素叠加、综合地质评价、地质类比等多种方法，开展页岩气有利区优选。此次优选标准采用中国地调局油气中心和中国地质大学（北京）制定的陆相、海陆过渡相页岩气有利区优选参考标准（表4），结合资料整理和实验数据整理，圈定出吐哈盆地下侏罗统八道湾组页岩气有利远景区如图 8所示。