南祁连盆地阳康地区尕勒得寺组泥页岩有机地球化学及储层特征

肖龙 杨成 赵金成 王佳 刘超 祁海瑞 边君

摘要：基于南祁连盆地下日哈坳陷和哈拉湖坳陷剖面及井内样品测试分析，从有机质类型、有机质丰度、成熟度、孔隙类型、物性特征及孔隙结构方面对尕勒得寺组泥页岩有机质地球化学特征及储层特征进行了评价。认为尕勒得寺组有机质类型较好，以Ⅱ型为主，有机质丰度达到了中等—好烃源岩级别，成熟度达到了过成熟阶段，以滞留烃裂解生气为主，具备一定的产气能力。矿物组分以黏土矿物为主，次为石英，脆性指数低，页岩气开发阶段对储层改造要求较大；蒙脱石在伊蒙混层中含量较低，显示为晚成岩作用阶段。尕勒得寺组孔体积较好，以微孔和中孔为主；比表面积较大，主要受纳米级微孔控制，黏土矿物粒间孔及有机质孔贡献较大，总体来说尕勒得寺组具备较好的生储条件。

关键词：南祁连盆地；尕勒得寺组；有机地球化学；储层特征

南祁连盆地广泛发育陆相半深湖—深湖相上三叠统尕勒得寺组，是南祁连盆地油气地质条件最有利的地层[1]，近年来该地层在木参1井、木参2井及DK-9井见有高原冻土层天然气水合物及油气显示[2、3、4]。但开展的研究工作多集中在木里坳陷，而缺少对阳康周边哈拉湖坳陷和下日哈坳陷的页岩气相关调查研究工作，本次通过4条实测剖面、1口钻井及分析测试等资料，从TOC、Ro、有机质类型、矿物组成、孔隙类型、孔隙结构、物性特征等方面探讨其有机地球化学特征及储层特征，为南祁连地区页岩气勘探提供基础资料。

1.地质背景

南祁连盆地位于青藏高原东北部，是指沉积在加里东褶皱基底之上的二叠—三叠系分布地区[5]，大地构造位置处于北祁连构造带、宗务隆构造及阿尔金走滑断裂之间[6]，上三叠统尕勒得寺组分布面积约6100km2（图1），地球化学指标好[7]。木里坳陷DK-10钻孔遇高压可燃气体，工业气量可达4800m3/d，木参2井见气测录井异常段达79m，均见有良好的含气显示，诸多现象表明南祁连地区具备有一定的页岩气成藏地质条件。

2.样品采集与测试

本次泥页岩样品共采集4个地质剖面和1口钻井的样品（图1），采样间距在1m～3m。其中，HPGD-1采集57件，HPGC-2采集22件，XPGA-1采集12品件，XPGA-2采集8件，天页1井采集257件。样品均送至重庆矿产资源监督检测中心，经总有机碳测试仪器总碳分析仪/ZJ294，岩石热解测试仪器油气评价仪/OG-2000V，氯仿沥青“A”测试仪器电子天平AE240，干酪根显微组分测试仪器偏光显微镜/Leica DM4500P，碳同位素分析测试仪器FinnganMAT—252质谱仪，元素分析测试仪器元素分析仪vario Macro，扫描电镜/JEOL JSM-6610LV，全岩、黏土X衍射测试仪器X射线衍射仪/ZJ207 Bruker D8 advance，孔渗测试仪器为覆压孔渗仪AP608，比表面积和微孔分析仪ASAP202，孔径分析仪/MicroActiveASAP2460测试。

3.有机地球化特征

（1）有机质类型。由于南祁连地区烃源岩样品受热演化和风化程度影响较大，热解参数和可溶有机组分反映有机质类型可信度低，因此，在分析有机质类型时采用碳同位素为主，镜下鉴定为辅[8-9]。

通过泥页岩干酪根碳同位素显示（图2），碳同位素13C值介于-29.59‰～-24.71‰，主要属于Ⅱ型[10]。尕勒得寺组页岩显微组分主要为镜质组和腐泥组，少量惰质组和壳质组（表1），有机质类型指数在-80～61，有机质类型主要为Ⅱ2-Ⅲ型。由于尕勒得寺組泥页岩热演化程度较高，镜下显微组分颗粒难以区分，导致镜检组分划分有机质类型可靠程度较低，与干酪根碳同位素有所差异。按照范氏（Van Krevelen）的H/C、O/C比值进行干酪根分类方案级投点（图3），尕勒得寺组甚至完全落在了Ⅲ型干酪根区间[11]，与碳同位素方法反应结果有一定差异，原因应为其热演化程度异常高，氢和碳大量流失，使H/C含量降低，岩石热解法对高成熟度有机质类型划分准确性不高。

（2）有机质丰度。通过对泥页岩样品有机碳含量（TOC）分析测试统计可知（图4），TOC介于0.01%～17.25%，平均值为1.25%，其中中等烃源岩级别占26.80%，好的烃源岩级别占36.74%，大部分达到了中等—好烃源岩级别。通过可溶有机组分可知，氯仿沥青“A”含量分布范围为0.0005%～0.02225%，平均值为0.00403%，均低于烃源岩标准的下限0.015%（表2），生烃潜量（S1+S2）分布范围为0.009mg/g～0.416mg/g，亦均小于烃源岩最低标准2mg/g。两者均反应为非烃源岩级别，但受热演化程度影响较大，生烃岩中所生成的烃类大都已热解破坏，与TOC反应结果不符。

（3）热演化程度。前人研究表明，Ro值大于1.6%后干酪根生气逐渐衰竭，滞留在页岩内的液态烃和沥青的裂解成为气源的主要供给，能持续到Ro值等于4.0%[12]。研究区尕勒得寺组Ro值范围为2.33%～3.42%，平均值为2.91%，达到了过成熟—裂解气阶段，仍具备一定的产气能力。Tmax值在未成熟至过成熟阶段均有分布，考虑到区内烃源岩总热演化程度较高，热解生烃峰值不明显，Tmax℃值无法较准确确定，导致Tmax不能有效判断热演化程度，而Ro随温度升高具有不可逆性，被认为是确定有机质热演化的良好指标（图5）。

4.儲层特征

（1）矿物组成。尕勒得寺组主要成分为石英、长石、黏土矿物及少量碳酸盐岩矿物（表3）。其中石英含量介于27%～38.1%，长石含量介于4.18%～12.8%，碳酸盐岩含量介于0.4%～11.9%，黏土矿物含量介于43.4%～62.6%，总体尕勒得寺组页岩黏土矿物含量较高，主要受其湖相沉积环境所致。黏土矿物主要以伊利石和伊蒙混层为主，含大量的绿泥石矿物。伊蒙混层比在10（%S）～15（%S）之间，显示为晚成岩作用阶段，与有机质热演化程度为成熟相对应[13]。

（2）孔隙类型。据扫描电镜结果显示，泥页岩孔隙类型主要受泥页岩矿物组分及其含量、有机质含量、成岩作用等因素控制（图6）。

①粒间孔。根据扫描镜显示，受黏土矿物组分含量较多影响，脆性矿物之间的粒间孔发育较少，主要发育为黏土矿物晶间孔，多为鳞片状伊利石定向排列晶间孔隙，其次发育黏土矿物与脆性矿物之间孔隙和脆性矿物之间孔隙。孔径大小以3um～5um居多。

②有机质孔。有机质孔是页岩中非常发育的一类孔隙，其发育结构特征对页岩气赋存富集有着至关重要的影响，拥有较多的有机质孔隙，形态多样，主要为聚集有机质发育形成的蜂窝状、狭缝状、椭圆形、圆形等形态，这类孔隙主要为有机质生烃过程，其本身骨架结构形成，主要与有机质成熟度相关，有机质孔隙随成熟增高发育，区内热演化程度较高，这也是这类有机质发育原因之一[14]。孔径多介于10nm～1000nm，平均孔径100nm。这类孔隙孔为纳米级孔隙，均质性强，对页岩气吸附储集是主要贡献。

③粒内溶蚀孔。通过镜下观察黑色页岩中粒内溶孔较为发育，尤其是在长石和白云石等易溶矿物表面，这类孔隙对页岩气储集的贡献不大，但由于粒内孔主要存在与石英、长石和碳酸盐岩等脆性矿物中，在后期开发压裂过程中易形成诱导裂缝，使得孔隙互相交织沟通，提高此类孔隙的渗流能力。该类孔隙的可改造能力强，为后期页岩渗流重要通道。

（3）孔渗特征。天页1井尕勒得寺组泥页岩样品测试显示，孔隙度范围0.23%～1.71%，渗透率范围0.0000347～0.133110-3um3，属于特低孔特低渗储层。按矿物组成对孔隙度影响统计（图7），孔隙度与石英及黏土矿物含量均呈明显正相关性特征，可能与脆性矿物粒间孔及黏土矿物粒间孔有关[15]。

（4）孔隙结构。氮气吸附法测试的孔径范围在1nm～300nm，能对微孔—中孔的发育情况进行详细的描述[16]。通过页岩的孔体积分布曲线显示（图8），泥页岩的孔径小于10nm时，累计孔体积曲线较平缓，孔径大于10nm时，孔体积累计曲线明显变陡，说明页岩中孔和大孔对孔体积贡献最大。

尕勒得寺组泥页岩比表面积为2.11cm2/g～20.74cm2/g，平均值为7.35m2/g，通过比表面积分布曲线图可以看出（图8），在泥页岩孔径小于10nm，累计比表面积曲线明显变陡，而大于10nm时，累计曲线明显变缓，说明泥页岩中小于10nm的微孔和中孔对比表面积贡献最大。通过比表面积与TOC及黏土矿物含量关系图可以看出（图9），比表面积与有机碳及黏土矿物含量呈明显的正相关关系，说明了有机质孔及黏土矿物粒间孔对比表面积贡献最大。

5.结论

（1）尕勒得寺组有机质类型较好，以Ⅱ1、Ⅱ2为主，有机质丰度达到了中等—好烃源岩级别，成熟度达到了过成熟阶段，以滞留烃裂解生气为主，具备一定的产气能力。（2）尕勒得寺组矿物组分以黏土矿物为主，次为石英，脆性指数低，约0.4，页岩气开发阶段对储层改造要求较大；蒙脱石在伊蒙混层中含量较低，显示为晚成岩作用阶段。（3）尕勒得寺组孔体积较好，主要以微孔和中孔为主；比表面积较大，主要受纳米级微孔控制，黏土矿物粒间孔及有机质孔贡献较大。

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