隴東地區(qū)長7段油頁巖地質(zhì)特征與資源潛力分析

隴東地區(qū)長7段油頁巖地質(zhì)特征與資源潛力分析

世界上的石油資源豐富，油資源量不應(yīng)小于3萬噸，相當(dāng)于傳統(tǒng)石油資源。但頁巖油研究程度低,僅少數(shù)盆地做了系統(tǒng)的資源評估,其中西西伯利亞Bakhenov油氣區(qū)頁巖油資源量1.2萬億桶,美國威利斯頓盆地0.2~0.4萬億桶,伊拉克和伊朗的Gotuia盆地約1~3萬億桶。目前,美國在威利斯頓盆地巴肯頁巖、沃斯堡巴內(nèi)特頁巖和德克薩斯州南部伊格弗得頁巖獲得了可觀的頁巖油氣產(chǎn)量,引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。我國中新生代湖相泥頁巖處于生油高峰或生氣高峰初期,生油條件好,可望成為頁巖油勘探開發(fā)的新領(lǐng)域。隴東油區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部,橫跨慶陽、平?jīng)鰞墒?面積約5×104km2,占盆地本部面積20%左右,其西部為西緣沖斷帶,中部橫跨天環(huán)坳陷和伊陜斜坡,南部為渭北隆起,受4個構(gòu)造單元控制,構(gòu)造相對比較簡單。該區(qū)是長慶石油勘探開發(fā)的最主要戰(zhàn)場。中生界上三疊統(tǒng)延長組由上到下劃分為長1到長10共10個層段,主要為河流—湖泊沉積相。構(gòu)造上主要位于陜北斜坡西南部、天環(huán)坳陷南部,部分位于西緣逆沖帶和渭北隆起西北角(圖1)。從長10期到長1期經(jīng)歷了湖水由淺變深、再由深變淺的完整過程,其中長7期為最大湖泛期,湖泊的范圍、深度最大、油頁巖發(fā)育,其油頁巖厚度大、分布穩(wěn)定,有機(jī)質(zhì)豐度高,有機(jī)質(zhì)類型以I型為主,并且處于成熟生油階段,含油率高。作為常規(guī)油氣的烴源巖,前人對長7段油頁巖進(jìn)行了大量研究,但作為非常規(guī)油氣資源還很少探討。本文主要從基礎(chǔ)地質(zhì)和地球化學(xué)角度對隴東地區(qū)長7段油頁巖段的含油性特征進(jìn)行分析,進(jìn)而估算頁巖油資源量。1油頁巖的分布特征長7油頁巖段在測井上表現(xiàn)出低自然電位(SP)、高聲波時差(AC)、高自然伽馬值GR、高電阻率Rt和低密度DEN等顯著特點(diǎn)。通過單井錄井、巖心與測井結(jié)合,對不同單井油頁巖發(fā)育特征進(jìn)行了分析,通過連井剖面對鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長7段油頁巖的地質(zhì)發(fā)育特征進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。其中油頁巖主要分布在長7段中下部,厚度相對較大,橫向上連續(xù)性好;長7段上部分布少,厚度相對小,連續(xù)性差(圖2、3,剖面位置見圖4)。根據(jù)大量單井的油頁巖厚度統(tǒng)計(jì),繪制了長7段油頁巖的平面分布圖(圖4)。可見,油頁巖分布區(qū)域以姬塬—正寧的連線為對稱線,向兩側(cè)擴(kuò)展,分布范圍較大,最大厚度超過30m,一直延伸至研究區(qū)的南北兩端,厚度中心呈北西—南東向展布(圖4)。2不同層系油頁巖含油率特征為對油頁巖含油性進(jìn)行分析,收集了大量的長7段油頁巖有機(jī)地球化學(xué)分析數(shù)據(jù),同時還補(bǔ)充采集了近30塊油頁巖樣品,對其有機(jī)質(zhì)豐度、可溶有機(jī)質(zhì)含量等進(jìn)行了分析測試。有機(jī)質(zhì)豐度作為生烴強(qiáng)度的主要影響因素決定著生烴量的多少,通常頁巖中有機(jī)碳含量與油頁巖生烴率具較好的正相關(guān)性。根據(jù)分析,長7段油頁巖有機(jī)碳含量高,主要分布在2%~18%(圖5),表明有機(jī)質(zhì)豐度較高,為好的烴源巖。從干酪根碳同位素分析可知,長7段油頁巖母質(zhì)類型總體顯示為Ⅰ型,少量為Ⅱ1型和Ⅱ2型(圖6)。氯仿瀝青“A”含量一般可以近似代表烴源巖中的殘留油,長7段油頁巖氯仿瀝青“A”含量與TOC含量具有正相關(guān)性,但在低TOC含量部分存在高氯仿瀝青“A”含量的數(shù)據(jù)點(diǎn)(圖7),這表示,其排出的油少,殘留的頁巖油較多。對于常規(guī)原油來說,這部分越多越不利,但對于非常規(guī)頁巖油來說卻是有利的。從隴東地區(qū)長7段油頁巖氯仿瀝青“A”含量數(shù)據(jù)分布來看,長7段油頁巖殘留油含量高,主要都高于0.2%,高的可以達(dá)到1.7%?？梢?長7段油頁巖具有含油率高的特點(diǎn),具備形成頁巖油的基本條件。熱演化程度主要反映了烴源巖生油氣窗演化階段,當(dāng)鏡質(zhì)體反射率(Ro)分布在0.5%~1.2%時,以生油為主。研究表明長7段油頁巖樣品Ro值主要分布在0.68%~1.08%,處于成熟階段和生烴高峰,主要是以生油為主,是頁巖油形成的決定性因素(圖8)。3油頁巖的地震采集特征油頁巖中富含有機(jī)質(zhì),使得其GR值較泥巖高,因此可以用異常高的自然伽瑪值識別出油頁巖。油頁巖中所含的有機(jī)質(zhì)不具導(dǎo)電性,而泥巖的導(dǎo)電性較好,一般表現(xiàn)為低阻(含鈣質(zhì)地層除外)。由于有機(jī)質(zhì)的密度較小,接近于1g/cm3,而粘土質(zhì)礦物的骨架密度約2.7g/cm3,因此,當(dāng)有機(jī)質(zhì)取代巖石骨架時,巖石的密度就會減小,這就使得油頁巖的密度較泥巖低。泥巖、頁巖的聲波時差隨其埋藏深度的增加而減小。但地層中含有機(jī)質(zhì)或油氣時,由于有機(jī)質(zhì)的聲波時差(570μs/m)大于巖石骨架聲波時差,有機(jī)質(zhì)含量增高就會造成地層聲波時差增加,地層出現(xiàn)高壓異常。因此,與泥巖相比,頁巖油氣層具有三高(自然伽馬、聲波、電阻率)一低(密度)的測井響應(yīng)特征。研究區(qū)油頁巖主要發(fā)育在長7段,油頁巖段在測井綜合圖上表現(xiàn)出低SP、高AC、高GR、高Rt、低DEN等顯著特點(diǎn),與湖相粉砂質(zhì)泥巖、泥巖明顯不同(圖9和圖10)。這與其高TOC含量、高S1+S2含量和高HI是一致的(圖7)。據(jù)此電性特征,結(jié)合錄井、巖心資料即可進(jìn)行單井的油頁巖厚度識別,進(jìn)而繪制油頁巖厚度分布圖(圖4)。4頁巖油地質(zhì)資源量估算有關(guān)頁巖油氣早期資源的估算還沒有成熟的方法,但有關(guān)有利區(qū)的確定已做了一些工作。有關(guān)研究區(qū)頁巖油的研究還處于早期的地質(zhì)調(diào)查研究與評價階段,所以,綜合考慮長7段油頁巖含油性、熱演化以及暗色泥巖厚度等地化和地質(zhì)特征,主要采用殘留油體積法估算頁巖油資源量,其公式為頁巖油地質(zhì)資源量=氯仿瀝青“A”含量×油頁巖體積×巖石密度隴東地區(qū)油頁巖的體積大致為2001.1km3,巖石密度取2.4t/m3。用蒙特卡洛法得到油頁巖的氯仿瀝青“A”含量符合偏態(tài)數(shù)學(xué)分布(圖11),其累積概率分布如圖12所示。通過上面的公式得到不同概率下頁巖油地質(zhì)資源量(表1)。概率為50%時對應(yīng)的氯仿瀝青“A”含量為0.59%,相應(yīng)估算的頁巖油資源量為283.2億t(表1),資源豐度為56.64×104t/km2。該資源量主要代表的是潛在的頁巖油資源量,如果考慮到采收率,則可采頁巖油資源量將大大降低。如果采收率分別取5%和10%,則可采頁巖油資源量分別為14.16億t和28.42億t,對應(yīng)可采頁巖油資源豐度分別為2.8×104t/km2和5.7×104t/km2。5不同有機(jī)質(zhì)類型及氯仿瀝青“a”含量鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)油頁巖主要分布在長7段中下部,厚度較大,連續(xù)性好,上部厚度相對較薄,橫向上連續(xù)性差。其TOC含量分布在2%~18%,有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ、Ⅱ型為主,有