张琴1,2，邱振1,2，张磊夫1,2，王玉满1,2，肖玉峰1,2，刘丹1,2，刘雯1,2，李树新3，李星涛3
（1.中国石油勘探开发研究院，北京；2.国家能源页岩气研发（实验）中心，河北廊坊；3.中石油煤层气有限责任公司，北京）DOI：10./j.issn.-..07.摘要鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县地区二叠系山西组山2段为海陆过渡相沉积，其中山23亚段具有页岩厚度大、夹层少而薄的特点，是目前中国海陆过渡相页岩气勘探开发的重点目标层段，但其储层特征等相关研究相对较少，特别是优质储层发育的主控因素有待进一步明确。综合利用有机地球化学分析、矿物成分分析以及储层微观刻画等技术手段，对大宁—吉县区块山23亚段的储层特征进行系统研究并探讨优质储层发育的主控因素。研究结果表明：山西组山23亚段上部潟湖相（底部）页岩层段具有高TOC含量、高脆性矿物含量、高BET和高BJH的特征，是最优质的页岩气储集层段；山23亚段页岩孔隙构成以黏土矿物晶间孔为主体，占总孔隙体积的76.9%，有机质孔占18.7%；扫描电镜观察显示不同矿物组分的孔隙大小分布特征不同，其中有机质孔和方解石溶蚀孔以中孔为主，黏土矿物与石英则主要发育中孔与宏孔，黄铁矿与长石孔径范围分布广，且分布较为均匀。单因素分析显示黏土矿物含量是影响山23亚段海陆过渡相页岩孔隙发育的第一控制要素，有机质含量对页岩孔隙发育存在着一定影响，有机质类型则对页岩孔隙发育的影响不明显。关键词海陆过渡相；页岩气；二叠系山西组；储层特征0引言中国页岩气资源潜力大，富有机质页岩分布面积广，海相、海陆过渡相、陆相页岩均有不同程度的发育［1］。经过多年的努力和持续攻关，目前已在四川盆地及周缘地区的五峰组—龙马溪组海相页岩中获得了突破，先后建成了涪陵、威远—长宁、昭通页岩气示范区，年页岩气产量突破亿大关［2-3］，为我国能源结构的调整和低碳排放作出了巨大贡献。相比五峰组—龙马溪组海相页岩，海陆过渡相山西组页岩的勘探开发程度较低［4］，根据原国土资源部年的资源评价结果，我国上古生界海陆过渡相页岩气资源量可达到8.97×m3，其中鄂尔多斯盆地及其周缘页岩气资源量为2.7×m3［5］，页岩气技术可采资源量为0.9×m3，占全国技术可采资源量的7%［6］。在华北地区针对二叠系山西组先后实施了多口页岩气评价井，如鄂尔多斯盆地东缘大吉51井、大吉3-4井；沁水盆地柿状北井、寿阳Y01井等，均钻遇了大套黑色页岩，气测显示良好，鄂尔多斯盆地东南部延川地区3口水平井获得测试产量（2.0~5.3）×m3/d，鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县5口直井，均获工业气流，证实了二叠系山西组具备客观的页岩气资源基础。国内一些学者通过井下或露头样品对海陆过渡相山西组进行了页岩气成藏条件、勘探前景及储层特征研究［7-14］，认为海陆过渡相页岩具有相变快、非均质性强、有机质孔隙发育程度低等特点。前人［15-19］的研究多数是基于沁水盆地钻井资料，或四川盆地二叠系龙潭组/吴家坪组展开，而针对鄂尔多斯盆地东缘山西组的已有研究多集中于致密砂岩和煤层气方面［20-23］，以页岩气为对象进行的研究尚少，页岩储层特征以及主控因素尚未明确。因此，笔者以鄂东缘大宁—吉县区块山西组为例，对其页岩储层特征进行刻画，并分析其发育的主控因素，旨在为该区页岩气开发试验先导方案提供重要的参考资料。1研究区概况鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块构造上位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东部，南邻延川南区块，区块整体呈现为“一隆一凹两斜坡”的构造格局［图1（a）］，即中部的桃园背斜带、蒲县凹陷带、东部的明珠斜坡带和西部斜坡带［21，24］。石炭系—二叠系在研究区广泛沉积。研究区山西组为一套陆表海沉积，地层岩性为致密砂岩、泥岩互层，夹多层煤层。其层内可以分为山1段和山2段。山2段与山1段相比具有页岩单层厚度大，横向分布稳定，岩性颜色深、夹层数量少且薄的特点［7，25］。山2段由上至下又可细分为山21亚段、山22亚段和山23亚段［图1（b）］，单层页岩厚度达到10m，是该地区当前页岩气重点勘探层段。图1鄂尔多斯盆地大宁—吉县区块构造纲要图［21］（a）及山西组山2段地层综合柱状图（b）Fig.1StructuralmapofDaning-JixianblocksinOrdosBasin［21］（a）andstratigraphiccolumn（b）of2ndmemberofShanxiFormation2实验样品与方法本文实验分析样品主要来自大宁—吉县地区大吉3-4井，该井位于研究区中北部，目的层位为二叠系山西组的山23亚段，针对山23亚段进行密集采样（样品总数件），分别对样品进行烃源岩地球化学（TOC、显微组分、RO）、储层微观结构（气体吸附、高压压汞、扫描电镜、孔隙度）以及储层岩石学（全岩X-射线衍射、黏土X-射线衍射）分析，实验操作流程均参照相应的行业标准或国家标准进行。3山西组页岩储层特征3.1 有机碳含量（TOC）山23亚段岩性主要为黑色页岩、黑色炭质页岩、灰黑色泥岩、深灰色泥岩、灰黑色泥质粉砂岩、灰黑色粉砂质泥岩，部分层段见细砂岩、中砂岩、泥质粉砂岩和煤层。其沉积相可划分为潟湖相、三角洲相和潮坪相，潟湖相可分为上、下2段，在文中将上部潟湖相称为上潟湖相，下部潟湖相称为下潟湖相（图2）。潮坪相泥页岩TOC含量分布在0.11%~4.46%之间，均值为1.9%；上潟湖相页岩TOC值分布在0.82%~43.9%之间，平均值为10.75%，上潟湖相页岩TOC值具有从上至下逐渐增高的特点，底部为炭质页岩；三角洲相页岩TOC值分布在0.11%~14.6%之间，均值为3.17%，个别样品为高值；下潟湖相页岩TOC值分布在1.63%~2.25%之间，均值为1.86%。相比较而言，上潟湖页岩TOC含量最高，下潟湖相页岩TOC值集中分布在2%左右，三角洲相和潮坪相的TOC值含量呈现出高低不均分布的特征。图2大吉3-4井山23亚段TOC与主要矿物成分综合柱状图（数据引自参考文献［26］）Fig.2TOCcontentandmineral
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