福建省頁(yè)巖氣資源潛力分析

　　要: 閩西南拗陷帶發(fā)育二疊系海相、海陸過渡相、三疊系海相、侏羅系河流湖泊相等多套泥頁(yè)巖層系，具備頁(yè)巖氣形成地質(zhì)條件。依托福建省公益性基礎(chǔ)性地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，在開展野外地質(zhì)調(diào)查和巖心觀察的基礎(chǔ)上，對(duì)泥頁(yè)巖層系進(jìn)行系統(tǒng)采樣，結(jié)合有機(jī)地球化學(xué)、巖石礦物成分和儲(chǔ)層物性分析等實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)福建頁(yè)巖氣資源潛力進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。研究認(rèn)為: 下三疊統(tǒng)溪口組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度較低，初步評(píng)價(jià)認(rèn)為不具備勘探潛力; 二疊系文筆山組、童子巖組以及侏羅系梨山組泥頁(yè)巖具有較好的生烴基礎(chǔ)，有進(jìn)一步勘探研究的潛力。

　　關(guān)鍵詞: 頁(yè)巖氣; 文筆山組; 童子巖組; 二疊系; 福建省

　　0 引言

　　頁(yè)巖氣是指以吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)為主要形式存在于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中的一種非常規(guī)能源[1-4]，是一種低碳、清潔的新興能源。美國(guó)頁(yè)巖氣成功開發(fā)已經(jīng)引發(fā)全球能源領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。我國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富，但勘查開發(fā)較遲。2009 年國(guó)土資源部在國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)地區(qū)開展頁(yè)巖氣資源勘查工作，已經(jīng)在重慶涪陵[5]、四川盆地[6]、鄂爾多斯盆地[7]、貴州習(xí)水、鳳岡[8]等地取得重要突破。為了解福建省頁(yè)巖氣資源潛力，2014 年福建省國(guó)土資源廳委托福建省煤田地質(zhì)局開展《福建省頁(yè)巖氣資源潛力調(diào)查與評(píng)價(jià)》工作。此次研究對(duì)完善華東地區(qū)頁(yè)巖氣資源調(diào)查規(guī)劃布局以及查明福建省頁(yè)巖氣資源潛力有重要意義。文章依托研究課題，對(duì)福建省頁(yè)巖氣資源潛力作出客觀評(píng)價(jià)。

　　1 地質(zhì)背景

　　福建構(gòu)造巖石地層單元分區(qū)三分性比較明顯。閩北地區(qū)主要分布一套前寒武變質(zhì)巖地層。閩東地區(qū)主要分布火山巖、火成巖地層。閩西南拗陷帶主要分布古—中生代沉積巖地層。從頁(yè)巖氣成藏影響因素分析，閩北及閩東地區(qū)不具備頁(yè)巖氣形成和賦存地質(zhì)條件。閩西南拗陷帶是福建省頁(yè)巖氣資源調(diào)查的重點(diǎn)區(qū)域( 圖 1) 。閩西南拗陷帶晚泥盆世—中三疊世沉積期的各時(shí)代沉積地層巖性、巖相較為一致，差異不大，基本可對(duì)比。在此期間，經(jīng)歷了三次大的海進(jìn)到海退過程，沉積地層特征、沉積相、生物組合等顯示其沉積環(huán)境為穩(wěn)定地臺(tái)陸表海盆[9]。中二疊世-早侏羅世的文筆山組( P2w) 、童子巖組 ( P2 t) 、溪口組( T1 x) 以及梨山組( J1 l) 暗色泥頁(yè)巖最為發(fā)育，沉積累計(jì)厚度一般超過 800m，是本次頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)的重點(diǎn)對(duì)象。

　　閩西南拗陷帶自晚古生代以來，先后經(jīng)歷了華力西-印支、燕山、喜馬拉雅多起構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響。華力西-印支期陸內(nèi)疊合造山，水平擠壓造成褶皺發(fā)育，垂向構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成滑覆-推覆系統(tǒng); 燕山期表現(xiàn)為走滑、推覆大規(guī)?；顒?dòng)斷裂，深大斷裂發(fā)育; 喜馬拉雅期對(duì)中二疊世-早侏羅世的沉積地層影響較小。巖漿活動(dòng)影響則表現(xiàn)為燕山期最為激烈，該期的火山活動(dòng)使閩西南拗陷帶內(nèi)沉積地層具有較高的熱演化程度，華力西-印支期、喜馬拉雅期影響較小。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使地層完整性受到一定變形 破 壞，巖漿活動(dòng)造成部分地層發(fā)生變質(zhì)作用。

　　2 采樣方法及測(cè)試項(xiàng)目

　　此次調(diào)查采樣是先收集鉆孔柱狀圖，分析鉆孔揭露的地層后，進(jìn)行選擇性采樣; 未進(jìn)行全孔系統(tǒng)的采集; 部分地區(qū)鉆孔未揭露的地層選擇地表或生產(chǎn)礦井進(jìn)行采樣，采樣主要集中在閩西南拗陷帶內(nèi) ( 圖 1) 。共采取樣品 307 件，其中鉆孔樣品 284 件，鉆孔采樣深度介于 104～1 625m; 地表樣品 17 件，礦井巷道樣品 6 件。文筆山組樣品 85 件，童子巖組樣品 191 件，溪口組樣品 24 件，梨山組樣品 7 件。測(cè)試分析項(xiàng)目有有機(jī)碳含量、干酪根類型鑒定、Ro、礦物組成、孔隙度、滲透率、氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)。

　　測(cè)試分析項(xiàng)目主要在國(guó)土資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心( 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心) 完成，僅氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)( 武漢)教育部構(gòu)造與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

　　3 泥頁(yè)巖地球化學(xué)特征

　　3. 1 有機(jī)質(zhì)( TOC) 豐度有機(jī)碳( TOC) 測(cè)試結(jié)果表明( 表 1) ，文筆山組和童子巖組有機(jī)碳含量中等。文筆山組有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 21% ～ 12. 97%，均值為 1. 59%; 童子巖組有 機(jī) 碳 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 0. 10% ～ 14. 04%，均 值 為 1. 83%。兩組的有機(jī)碳含量測(cè)試峰值均在 1. 00% ～ 2. 00%。溪口組有機(jī)碳含量較低，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 21% ～ 1. 17%，均值為 0. 41%。梨山組有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 20% ～ 3. 19%，均值為 1. 37%。由此可知，閩西南拗陷帶內(nèi)文筆山組、童子巖組、梨山組有機(jī)質(zhì)豐度中等，溪口組有機(jī)質(zhì)豐度較差。

　　3. 2 有機(jī)質(zhì)類型

　　4 套地層共有 75 塊泥頁(yè)巖樣品進(jìn)行干酪根類型鑒定，文筆山組組 20 塊、童子巖組 44 塊、溪口組 3 塊，梨 山 組 8 塊。文筆山組干酪根 類型指數(shù)為-78. 75 ～ - 76. 00，童子巖組干酪 根類型指數(shù)為-79. 50～ -74. 00，溪口組干酪根類型指數(shù)為-78. 25 ～ - 70. 50，梨山組干酪根類型指數(shù)為 -20. 25 ～ 43. 50。干酪根鑒定結(jié)果顯示文筆山組、童子巖組、溪口組均為Ⅲ型干酪根( 腐殖型) ，最明顯的特征是此 3 套泥頁(yè)巖中均沒有腐泥組，絕大部分是鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，少量殼質(zhì)組。梨山組主要以Ⅱ1 ( 腐殖— 腐泥型) 型為主，少量Ⅱ2( 腐泥殖—腐型) 、Ⅲ( 腐殖型) 型。

　　3. 3 有機(jī)質(zhì)成熟度

　　有機(jī)質(zhì)成熟度是表征有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的熱演化反映程度，它不僅可以決定泥頁(yè)巖的生烴潛力，還可以影響有機(jī)質(zhì)表面的吸附量[11]。此次調(diào)查，文筆山組 57 塊樣品，有機(jī)質(zhì)成熟度為 3. 96% ～ 4. 91%，平均值為 4. 41%; 童子巖 89 塊樣品，有機(jī)質(zhì)成熟度為 2. 52% ～5. 80%，平均值為 4. 69%; 溪口組 4 塊樣品，有 機(jī) 質(zhì) 成 熟 度 為 2. 63% ～ 4. 22%，平 均 值 為 3. 13%; 梨山組 9 塊樣品，有機(jī)質(zhì)成熟度為 2. 60% ～ 3. 52%，平均值為 3. 09%( 表 1) 。在平面上，各組大部分地區(qū) Ro>3. 0%，結(jié)果表明，4 套地層的有機(jī)質(zhì)成熟度普遍較高，處于過成熟演化階段。垂向上，文筆山組與童子巖組測(cè)試數(shù)據(jù)較多，各選取取樣數(shù)較多的幾個(gè)鉆孔，繪制出鏡質(zhì)體反射率與深度之間的關(guān)系圖( 圖 2) ，反映文筆山組和童子巖組 Ro 值和埋藏深度之間相關(guān)性不強(qiáng)，表明地?zé)釄?chǎng)對(duì)其熱演化不具控制性。分析認(rèn)為，劇烈的巖漿活動(dòng)為各地層提供了大量的熱量，造成儲(chǔ)層達(dá)到過成熟演化狀態(tài)，促使原地?zé)釄?chǎng)失去其控制作用。

　　由于溪口組 TOC<1. 00%，達(dá)不到頁(yè)巖氣最新技術(shù)規(guī)范要求的有機(jī)碳含量的最低標(biāo)準(zhǔn)，以及梨山組礦物組成與儲(chǔ)層物性相關(guān)的分析數(shù)據(jù)較少，故下文將只針對(duì)文筆山組和童子巖組作出分析。

　　4 泥頁(yè)巖巖石學(xué)特征

　　樣品測(cè)試結(jié)果顯示文筆山組和童子巖組巖石礦物組成主要為黏土礦物和石英。文筆山組黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 69% ～ 88%，均值為 80. 14%; 石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 12% ～31%，均值為 19. 86%。黏土礦物中以伊利石和綠泥石為主，含少量高嶺石。童子巖組黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 68% ～ 90%，平均為 79. 85%; 石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10% ～ 32%，平均為 20. 15%。黏土礦物中以伊利石和綠泥石為主，同樣含少量高嶺石 ( 圖 3) 。泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的巖礦特征表明: 泥頁(yè)巖儲(chǔ)層黏土礦物含量較高，脆性礦物含量不高，這對(duì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的壓裂改造較為不利[12]。

　　5 泥頁(yè)巖儲(chǔ)層物性特征

　　泥頁(yè)巖的儲(chǔ)層物性對(duì)頁(yè)巖氣的聚集和后期的勘探開發(fā)有重要影響[13]。文筆山組泥頁(yè)巖孔隙度為 4. 53% ～6. 84%，平均值為 5. 50%，孔隙度中等; 滲透率為( 0. 000 32 ～ 0. 005 60) × 10-3 μm2 ，平 均 值 為 0. 002 08×10-3 μm2 ，滲透率極低。氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)表明文筆山組泥頁(yè)巖平均孔徑為 6. 72 ～ 9. 89nm，平均孔徑在中孔( 2 ～ 50nm) 范圍內(nèi); 比表面積為 5. 99 ～ 7. 44 m2 /g，平均比表面積為 6. 89 m2 /g，比表面積主要集中在微孔和中孔。微孔比表面積平均為 2. 95m2 /g，中孔比表面積平均為 2. 99m2 /g，大孔比表面積平均為 0. 96m2 /g。

　　童子巖組泥頁(yè)巖孔隙度介于 2. 97% ～ 5. 93%，平均為 4. 11%，孔隙度較低; 滲透率為( 0. 000 20 ～ 0. 000 47) ×10-3 μm2 ，平均為 0. 000 33×10-3 μm2 ，滲透率極低。氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)表明研究區(qū)泥頁(yè)巖平均孔徑介于 6. 10 ～ 11. 73 nm，平均孔徑在中孔( 2～ 50 nm) 范圍內(nèi); 比表面積為 2. 71 ～ 9. 94 m2 /g，平均比表面積為 6. 32 m2 /g，比表面積同樣主要集中在微孔和中孔。微孔比表面積平均為 2. 50m2 /g，中孔比表面積 平 均 為 2. 93m2 /g，大孔比表面積 平均為 0. 89m2 /g。

　　綜上所述，文筆山組和童子組泥頁(yè)巖中微孔和中孔是頁(yè)巖氣主要的吸附場(chǎng)所。同時(shí)根據(jù)北美海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)南方海相頁(yè)巖氣有利區(qū)優(yōu)先的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比結(jié)果[14-15]，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中孔滲條件一般為孔隙度> 2%，滲 透 率> 0. 01×10 -3 μm2 ，說明兩組泥頁(yè)巖滲透率條件不利于后期勘探開發(fā)。

　　6 頁(yè)巖氣資源潛力分析

　　文筆山組為地臺(tái)陸表海盆沉積環(huán)境，沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，沉積泥頁(yè)巖厚度為 58 ～ 141m，厚度較大，有機(jī)碳含量中等，均值為 1. 59%，有機(jī)質(zhì)類型為腐殖型，有機(jī)質(zhì)成熟度較高，平均為 4. 41%。礦物成分測(cè)試結(jié)果表明，文筆山組總體上黏土礦物含量較高。儲(chǔ)層物性特征說明，文筆山組泥頁(yè)巖中微孔和中孔是頁(yè)巖氣主要的吸附場(chǎng)所。

　　童子巖組為海陸交互相沉積環(huán)境，是福建省主要的含煤層系。沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，沉積厚度為 138～1 210 m，厚 度 大，有機(jī)碳含量中等，平 均 為 1. 83%，有機(jī)質(zhì)類型為腐殖型，有機(jī)質(zhì)成熟度較高，平均為 4. 69%。童子巖組同樣黏土礦物含量較高，且微孔和中孔是其頁(yè)巖氣主要的吸附場(chǎng)所。

　　溪口組平均有機(jī)碳含量為 0. 41%，有機(jī)質(zhì)豐度較低，初步評(píng)價(jià)認(rèn)該層的頁(yè)巖氣資源潛力不大。

　　梨山組為河流-湖泊相沉積環(huán)境，是一套下粗上細(xì)的沉積旋回。泥頁(yè)巖厚度 14. 4 ～ 501. 8m，有機(jī)碳含量中等，均值為 1. 37%，有機(jī)質(zhì)類型主要以Ⅱ1 ( 腐殖—腐泥型) 型為主，少量Ⅱ2( 腐泥殖—腐型) 、 Ⅲ( 腐殖型) 型，有機(jī)質(zhì)成熟度為 2. 60% ～ 3. 52%，均值為 3. 09%。綜上所述，文筆山組、童子巖組以及梨山組具有較好的生烴基礎(chǔ)，有一定的資源潛力。

　　7 結(jié)論

　　( 1) 福建閩西南拗陷帶二疊系文筆山組、童子巖組 以 及 侏 羅 系 梨 山組有機(jī)碳均值分別為 1. 59%、1. 83%、1. 37%，有機(jī)質(zhì)豐度中等，具有較好的生烴基礎(chǔ)，有進(jìn)一步勘探研究的潛力。三疊系溪口組由于有機(jī)質(zhì)豐度較低，不具備進(jìn)一步勘探研究的價(jià)值。

　　( 2) 二疊系文筆山組、童子巖組泥頁(yè)巖儲(chǔ)層均處于過成熟演化階段，分析認(rèn)為主要受研究區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)影響，使儲(chǔ)層達(dá)到過成熟演化階段; 其次，受構(gòu)造動(dòng)力影響，使儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)成熟度變高。福建地區(qū)有機(jī)質(zhì)成熟度對(duì)氣體吸附性能的影響，有待進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

　　( 3) 建議在閩西南拗陷帶受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)影響較小以及封蓋層條件較好的區(qū)塊內(nèi)，將文筆山組、童子巖組、梨山組做為下一步研究工作的重點(diǎn)，對(duì)福建省頁(yè)巖氣資源潛力獲得更深的認(rèn)識(shí)。致謝: 感謝中國(guó)地質(zhì)大學(xué)( 武漢) 地球科學(xué)學(xué)院馮慶來教授的悉心指導(dǎo)，感謝中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心的大力協(xié)助。

　　相關(guān)論文推薦：頁(yè)巖氣儲(chǔ)層損害機(jī)理及保護(hù)對(duì)策分析

　　摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，我國(guó)對(duì)能源的需求量越來越大，石油天然氣作為主要的能源物質(zhì)大大的推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但是目前的情形是常規(guī)的油氣資源勘探開發(fā)很有局限性。因此，非常規(guī)能源頁(yè)巖氣成了開發(fā)的熱點(diǎn)。但是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層在勘探開發(fā)的過程中容易受到不可逆的傷害。本文主要針對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層勘探開發(fā)過程中所受的損害機(jī)理進(jìn)行分析，并提出了一些措施及建議，對(duì)于我國(guó)頁(yè)巖勘探開發(fā)具有一定的理論指導(dǎo)意義。

《福建省頁(yè)巖氣資源潛力分析》

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