鄂尔多斯盆地东北缘临兴神府地区烃源岩特征

郭明强

(1.中联煤层气有限责任公司，北京 100016;2.中海石油(中国)有限公司非常规油气非公司，北京 100016)

鄂尔多斯盆地东北缘临兴神府地区烃源岩特征

郭明强

(1.中联煤层气有限责任公司，北京 100016;2.中海石油(中国)有限公司非常规油气非公司，北京 100016)

通过对区内烃源岩区域与层域分布、烃源岩有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度研究，表明鄂尔多斯盆地东北缘临兴神府地区本溪组～山西组暗色泥岩及煤层广泛发育并具有广覆式分布特点，煤系烃源岩TOC高，生烃潜量大，有机质类型以Ⅲ型腐殖型为主，部分为Ⅱ2型和Ⅱ1型混合型；以中等成熟阶段为主，部分达到过成熟，生烃强度大。因此，研究区较好烃源岩条件为区内煤系储层提供良好的气源，区内煤层气和煤系致密砂岩气勘探潜力较好。

鄂尔多斯盆地 烃源岩 富集 有机质

1 地质背景

鄂尔多斯盆地东北缘含煤地层主要为上古生界石炭二叠系，沉积环境由海陆交互相转为陆相。海西期以来，区内经历了多期抬升、沉降及挤压、拉张变形，并伴有中生代大规模的岩浆侵入活动，导致煤系地层有效储层及其围岩显示高度非均质化特征。

研究区出露地层由东向西逐渐变新，依次发育中奥陶统马家沟组(O2m)、上石炭统本溪组(C2b)、上石炭统-下二叠统太原组(C2t-P1t)、下二叠统山西组(P1s)、中二叠统下石盒子组(P2x)和上石盒子组(P2s)、上二叠统石千峰组(P3sh)、下三叠统刘家沟组(T1l)、中三叠统和尚沟组(T1h)和纸坊组(T2z)、上三叠统延长组(T3y)、新生界第四系(Q)。含煤地层为本溪组、太原组和山西组。

2 煤系烃源岩分布特征

(1)煤层分布特征

研究区煤层在本溪组、太原组、山西组均有分布，全区稳定发育煤层为山西组4+5号煤层和本溪组8+9号煤层。从煤层厚度平面图显示(图1)，两套煤层厚度整体表现中间厚，四周薄特征，4+5号煤层厚度分布2～8m之间，平均厚度5.8m；8+9号煤层厚度在4～10m之间，平均厚度6.8m；两套煤层厚度总体东部较薄，部分地区出露地表，在紫金山地区相对较薄，部分被完全侵蚀或剥蚀，呈环带状向临兴地区逐渐增厚。

(2)暗色泥岩分布特征

研究区煤系暗色泥岩在本溪组、太原组和山西组均有发育。其中，本溪组与太原组泥岩形成于潮坪-泻湖等环境，山西组泥岩形成于湿地沼泽及三角洲环境。钻井岩心观察发现(图2)，暗色泥岩中发育大量植物茎叶化石，本溪组和太原组暗色泥岩以灰黑色为主，山西组颜色相对较浅。

图1 煤层厚度等值线图(左：山西组4+5号煤层；右：本溪组8+9号煤层)

图2 煤系暗色泥岩岩芯照片(左：X-8井，山2段，1889.5m，黑灰色泥岩，含植物茎叶化石；右：X-17井，本1段，1989.6m，灰黑色泥岩，含碳质条带)

泥岩厚度平面图(图3)显示，山西组暗色泥岩厚度最大，太原组相对较薄。山西组暗色泥岩厚度在50～90m之间，平均厚度70m，自东北向西南，厚度总体显示逐渐递增大特征，且南部整体厚度最大。太原组暗色泥岩厚度分布8.8～40.5m之间，平均厚度24.5m，发育5个厚度中心，厚度均大于30m，分别位于研究区西侧、西北侧、扒搂沟东侧、紫金山两侧。本溪组暗色泥岩厚度范围20～57.3m，平均厚度37.2m，全区厚度相对稳定，仅在研究区中部及西南侧较薄，紫金山地区厚度显示由岩体向外呈环带状逐渐增大特征。综上所述，研究区内各层系煤岩及暗色泥岩，均有较好分布，为煤系烃源岩生气提供了良好物质基础。

图3 煤系泥岩厚度等值线图

3 煤系烃源岩有机地球化学

3.1 有机质丰度

(1)总有机碳含量

研究区煤系各类烃源岩总有机碳平均含量差别不大(表1)。其中，泥质岩(暗色泥岩、碳质泥岩)TOC平均含量为3.72%，太原组泥质岩TOC平均含量略高于山西组、本溪组(图4)。研究区煤系泥质岩属于好烃源岩。

图4 研究区煤系泥质岩有机碳含量分布箱型图

山西组泥质岩TOC含量大部分区域>1.5%，西部中段神木北部-兴县南部一带TOC>3.0%，属于优质烃源岩；西北部府谷-保德、东南部佳县-临县一带TOC<1.5%，属于较差烃源岩(图5)。区内发育两个高TOC中心，是三角洲分流间湾沉积环境作用产物。区内山西组致密气探井试气7口，水平井2口，直井5口。其中，水平井B-1H对山1段试气，无阻流量为41.9×104m3/d；水平井B-2H对山2段试气，无阻流量为17.6×104m3/d，5口直井日产气量0.53～2.1×104m3/d之间，平均1.0×104m3/d。因此从试气结果分析与区内TOC分布特征较吻合，即优质烃源岩区域探井试气产量高。

太原组泥质岩TOC含量区域分布特点与山西组类似，但烃源岩TOC>3.0%的分布面积有所缩小(图5)。区内发育两个高TOC中心，为三角洲前缘分流间湾环境和碳酸盐潮坪环境。TOC含量高值区内致密气勘探井X-4井对太2段进行试气，获得13.27×104m3/d自然产能。从山西组、太原组试气结果与TOC分布特征表明具有好烃源岩是油气成藏必要条件。

本溪组泥质岩TOC含量区域分布格局与太原组和山西组明显不同，TOC>3.0%的优质烃源岩发育在南部的临县至兴县之间，呈NW向展布，区内发育两个TOC高值区，位于临县和兴县的西部(图6)，为泻湖潮坪沉积环境产物。

总体显示研究区上古生界山西组、太原组煤系泥质岩大部分区域为较好～好优质烃源岩，本溪组总体属于较差烃源岩，局部区域烃源岩较好。

(2)生烃潜量

图5 研究区煤系泥质岩总有机碳含量平面等值线图(左图：山西组；中图：太原组；右图：本溪组)

研究区山西组煤岩生烃潜量(S1+S2)在51.57～387.94mg/g之间，平均171.45mg/g；太原组煤岩生烃潜量在75.65～318.02mg/g之间，平均147.34mg/g；本溪组煤岩生烃潜量在5.15～250.00mg/g之间，平均为113.29mg/g。紫金山火山岩体侵入区域出现低值区(表1)，区内煤镜质组反射率均在2.0%以上，局部>4.0%，已达过成熟阶段。

煤系泥页岩生烃潜量变化较大，山西组和太原组平均值超过6.00mg/g，部分具有较好生烃能力；本溪组泥页岩生烃潜量平均为3.95mg/g，生烃能力属中等。

依据陈建平等评价标准(表2)，研究区煤系烃源岩生烃潜力总体较好。其中，山西组和太原组生烃潜力好，本溪组生烃潜力属于较好；山西组和太原组煤岩生烃潜力好，本溪组煤岩生烃潜力属于较好；煤系泥页岩生烃潜力总体属于较好。

表1 研究区煤系烃源岩有机质丰度统计表

表2 煤系烃源岩生烃潜力评价标准

3.2 有机质类型

确定有机质类型的方法较多，包括干酪根氢碳原子比、岩石热解参数、干酪根碳同位素δ13C等指标。其中，岩石热解法快速方便准确。根据样品岩石热解结果，研究区上古生界煤系绝大部分泥质岩有机质为Ⅲ型，部分为Ⅱ型，产气倾向性非常明显(图6)。其中：本溪组泥页岩有机质大部分为Ⅲ型，小部分为Ⅱ2型；太原组泥质岩有机质大部分为Ⅲ型，少量为Ⅱ1型；山西组泥页岩有机质大部分为Ⅲ型，小部分为Ⅱ2型和Ⅱ1型。

图6 研究区煤系泥质岩有机质类型图解

3.3 有机质成熟度

烃源岩成熟度评价常用地球化学指标有镜质体反射率(Ro)、最大裂解峰温(Tmax)以及烃类转化指标等。镜质体反射率是目前应用最广、可靠性最高成熟度指标。研究区上古生界煤系烃源岩镜质组反射率具有“西高东低、东南部异常高”的分布规律(图7)。受煤系埋藏-受热史与紫金山岩浆作用共同控制结果。

从印支期、燕山期到喜马拉雅期，鄂尔多斯盆地构造演化具有继承性，导致研究区上古生界煤系烃源岩古埋深和现代埋深均自东向西逐渐增大，形成有机质成熟度西高东低分布特征。受到东南部紫金山岩浆侵入体影响，烃源岩遭受区域岩浆热变质作用，东南部有机质成熟度异常增高。

图7 研究区煤的镜质组反射率等值线图(左图:山西组4+5号煤；右图:本溪组8+9号煤)

山西组煤镜质组反射率在0.73～1.5%之间，本溪组煤镜质组反射率在0.75～1.46%之间，烃源岩有机质成熟度处于成熟阶段中～后期，表明已有大量烃类生成。区内东南部紫金山岩浆侵入体附近，镜质组反射率超过2.0%，个别井镜质组反射率达4.0%，进入典型过成熟阶段，已有大量天然气生成，为区内煤系非常规天然气成藏提供了足够的气源。

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(责任编辑 桑逢云)

Source Rock Characteristics of Linxing-shenfu Region in the Northeast Edge of Ordos Basin

GUO Mingqiang

(1. China United Coalbed Methane Corporation, Ltd., Beijing 100016;2. Unconventional Oil and Gas Branch, CNOOC Ltd., Beijing 100016)

This study describes the regional and layer distribution of source rock, organic matter abundance of source rock, organic type, organic maturity within study area. It shows that the characteristics of dark mud stone and coal seam of Benxi to Shanxi formation in Linxing-Shenfu region in northeast edge of Ordos basin are: widely developed and extensive distributed; TOC is high; potential of generating hydrocarbon is great; the main organic material is type Ⅲ(humic), and partly is mixed type of Ⅱ2 and Ⅱ1; The mature stage is mainly in medium, and partly reach post-mature; great hydrocarbon generating ability. Therefore, the source rock demonstrate great property and it is supply sufficient gas to coal-measure reservoir. CBM and coal measure tight sandstone gas shows excellent exploration potential.

Ordos Basin; source rock; enrichment; organic material.

国家科技重大专项资助项目(2011ZX05062)，中海石油(中国)有限公司科研项目。

郭明强，硕士，主要是从事煤层气和致密气勘探开发工作。