沁水盆地页岩气资源前景
(1.中国联合煤层气有限责任公司北京10011 2。中国矿业大学(北京)北京100083)
沁水盆地是中国主要的含煤盆地。暗色碳质页岩广泛发育于山西组3号煤层和太原组15号煤层的顶底板。摘要:在分析沁水盆地古生界暗色页岩空间分布、地球化学特征和储层特征的基础上，对沁水盆地页岩气资源前景进行了展望，初步提出了沁水盆地页岩气远景靶区。
关键词:页岩气沁水盆地
沁水盆地页岩气资源前景
古杨娇叶建平方超邵龙义
(中国联合煤层气有限责任公司，北京100083，中国中国矿业大学，北京100083，中国)
摘要:沁水盆地是我国主要的含煤盆地，暗色碳质页岩广泛分布于山西组3 #煤层和太原组15#煤层的顶底板。通过对沁水盆地页岩气的空间分布、地球化学特征和储层条件等特征的详细分析，对沁水盆地的页岩气远景进行了分析，并初步提出了页岩气远景靶区
关键词:页岩气；沁水盆地
基金项目:沁水盆地页岩气资源战略调查与选择项目(项目编号:2009 GXQ15-07-03)，中国北方页岩气资源战略调查与选择子项目，国土资源部油气资源战略研究中心项目。
作者简介:顾，女，煤田地质高级工程师，多年从事煤田地质勘探、设计和科研工作，现就职于中联煤层气有限责任公司
介绍
页岩气是一种新能源，几乎存在于所有的盆地。页岩气主要以吸附和游离状态赋存于暗色泥/页岩、高碳泥/页岩及互层粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩甚至砂岩中，具有自生自储的特点(张金川等，2008)。
我国页岩气资源广泛分布于海相和陆相盆地，境内各个地质历史时期都有页岩气资源。页岩气的开发带大致对应板块划分为四个区域，分别是南方、华北、东北、西北和青藏，在中国广泛分布于海相页岩地层、陆海页岩地层和陆相地层(张大伟，2011)。从图1可以看出，位于华北地台的沁水盆地也属于中国页岩气有利区。
图1中国页岩气有利勘探领域示意图(根据张大伟，2011)。
1沁水盆地页岩气开发的地质背景
沁水盆地概况1.1
沁水盆地位于山西省东南部，北纬35° 15 '至38° 10 '，东经111° 45 '至113° 45 '。盆地的长轴一般为北北东向。
图2交通位置图
沁水盆地是一个中生代形成的近南北走向的大型复式向斜盆地，位于华北克拉通西部。像华北大部分地区一样，从寒武纪到中奥陶世地壳稳定沉降，在古老的结晶基底上形成浅海碳酸盐沉积。中奥陶世以后，由于加里东地壳运动，整个华北地台隆升，导致盆地内晚奥陶世至早石炭世沉积缺失。到中石炭世，海西运动使该区地壳继续沉降，再次接受沉积，表现为地壳整体缓慢沉降，盆地没有形成明显的断层和褶皱，沉积了石炭-二叠纪含煤地层，形成早、晚古生代两套烃源岩。盆地内整体构造相对简单，以内部次级褶皱发育为特征。构造线分布在东北部，南北两端受边界构造影响，构造线方向偏向东北或近东西向。
1.2页岩发育及分布
石炭-二叠系地层在盆地内广泛分布，保存完整，厚度稳定。根据盆地8个矿区85个煤田的钻孔资料，石炭系太原组总厚度为84.27-125.33m，平均105.02m，最大厚度位于寿阳、阳泉和顺作泉(表1)。其中泥质岩总厚度为46.61 ~ 64.15m，最大厚度位于寿阳、阳泉、和顺左权，其百分含量为50.56% ~ 57.18%，尤以沁源、高平范庄为甚。
表1沁水盆地太原组页岩厚度及百分比变化表
根据盆地8个矿区88个煤田的钻井资料，下二叠统山西组总厚度为43.63-102.43米，平均60.12米(表2)，最厚处位于沁源地区。泥质岩总厚度多为27.62 ~ 71.36 m，最厚处也位于沁源地区，其百分含量为56.69% ~ 72.22%，以和顺-左权、沁源地区最高。
表2沁水盆地山西组页岩厚度和百分比变化表
盆地内二叠系下石盒子组厚60 ~ 90m，一般厚70m左右，主要由砂岩、粉砂岩和泥质岩组成。
盆地内二叠系上石盒子组厚380～580m，由杂色砂泥岩组成。
这两组地层在全盆地基本发育。在盆地北部寿阳已建的参数井P5和P6以及南部的TL006井，气测曲线显示这两组地层均有气显示。
山西组和太原组的埋藏深度从盆地边缘向盆地中心逐渐加深，最深超过1000m(见图3和图4)。
图3山西组暗色泥岩埋深等值线图
图4太原组暗色泥岩埋深等值线图
1.3页岩地层地球化学特征
1.3.1 TOC(总有机碳)含量
TOC(总有机碳)含量是评价页岩气的重要标准。斯伦贝谢公司根据北美含页岩气盆地的统计(表3)，提出页岩气资源总有机碳含量的最低标准原则上应超过2%。
表3页岩气源岩总有机碳含量评价标准
(根据Schlumberger的数据)，2006年
通过对沁水盆地太原组和山西组页岩TOC(总有机碳)含量的取样测定(见表4)，盆地北部阳泉地区山西组页岩TOC值为7.33% ~ 8.64%，太原组页岩TOC值为0.96% ~ 1.54%，盆地南部山西组页岩TOC值为1.77%。根据上述标准，沁水盆地页岩干酪根质量大多良好。
1.3.2有机质成熟度(Ro)
沁水盆地北部、中部和南部取样测试有机质成熟度。统计结果如表5所示。全流域Ro值在2.24%-2.95%之间。根据北美页岩气开采经验，页岩气地层最低Ro值为0.4%，沁水盆地泥页岩有机质成熟度也满足页岩气形成条件。
表4沁水盆地页岩总有机碳分析测试数据一览表
总之，沁水盆地石炭-二叠系页岩地层在空间分布、厚度和地球化学指标上都有利于页岩气的开发和勘探。
表5沁水盆地泥页岩测试统计表
2沁水盆地页岩气储层特征及含气性
2.1岩石和矿石特征
一般页岩以粘土矿物为主，可作为烃源岩，由粘土矿物和有机质组成。
盆地内样品经薄片鉴定，页岩主要有7种岩性组合:黑色泥岩、碳质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质白云岩、白云质泥岩和生物碎屑灰岩。结果表明，该区泥页岩的矿物组成主要为粘土矿物，碎屑矿物包括应时、长石颗粒、云母、粒状黄铁矿等。，含少量有机质，符合油页岩矿物组成的基本特征。
2.2渗透率和孔隙度特征
页岩气是典型的“自生自储”型天然气藏，气源来自具有产气能力的页岩本身。作为页岩气藏，页岩地层的孔隙度很低。据统计，进入生烃门限后，页岩地层的基质孔隙度普遍低于10%。大多数页岩的渗透率也很差，渗透率通常小于1mD。美国阿科马盆地伍德福德页岩中油、气、水所占的平均总基质孔隙度仅为6.515%，其中有效孔隙度仅为4.22%，密歇根盆地安特里姆页岩的平均孔隙度为5% ~ 6%。在这种孔隙条件下，页岩的渗透率甚至低于含气致密砂岩。经测试，沁水盆地北部山西组页岩渗透率为0.895mD，孔隙度为6.7%。沁水盆地南部山西组页岩渗透率为0.545mD，孔隙度为3.3%(见表6)。
表6沁水盆地页岩渗透率和孔隙度分析表
2.3含气样品取自沁水盆地北部的寿阳和南部的晋城，以测试页岩气含量(见表7)。
表7沁水盆地页岩气含量测试统计表
寿阳地区山西组含量较高，可与美国已工业化开采的上侏罗统海恩斯维尔页岩、上泥盆统伍德福德页岩和费耶特维尔页岩相媲美。晋城地区山西组和寿阳地区太原组测试数据虽不高，但基本达到工业开采下线，可与美国上泥盆统NewAlbany页岩相媲美(据李玉玺2010)。
3沁水盆地页岩气前景
沁水盆地石炭-二叠系页岩地层不仅分布广、厚度大、有机碳含量高、成熟度中等，而且出露面积大、埋藏浅，是页岩气开发的有利层位(见表8)。石炭系太原组暗色页岩厚度84.27 ~ 125.33 m，平均105.02m，总有机碳含量0.96% ~ 1.54%，Ro 2.35% ~ 2.77%，二叠系山西组暗色页岩厚度43.63 ~ 65433。二叠系上下石盒子组页岩累计厚度超过200米..
表8沁水盆地有利页岩气层参数表
根据只有总有机碳含量(TOC)大于2%、热成熟度(Ro)大于0.4%的泥岩或页岩才具备形成具有工业价值的页岩气的基本条件，以及厚度大、埋深适中、在暗色页岩中有气显示等条件。此外，盆地内页岩的矿物组成、渗透率和孔隙度都达到了页岩气藏的条件，表明沁水盆地的页岩气前景值得期待。
4结论
沁水盆地是我国主要的含煤盆地(石炭纪-二叠纪)，全盆地煤田地质勘探程度高，特别是煤层气勘探开发程度高，是目前我国最高的盆地。含煤地层是一个复杂的地层组合，包含煤层、暗色页岩、砂岩，有时还包含碳酸盐岩。其中，煤层、暗色页岩和泥灰岩都可以生成油气，砂岩和碳酸盐岩可以成为常规和/或非常规储层。排烃运移后残留在生烃层中的一些烃类，分别称为煤层气和页岩气/油。煤系中的砂岩和碳酸盐岩具有良好的孔隙度和渗透率时，可以形成常规油气藏(特别是气藏)，孔隙度和渗透率较差时，非常规致密气藏也是可能的。显然，在海陆过渡(交替)相煤系中，煤层气与页岩气/油伴生应该是更为普遍的现象。
页岩气和煤层气的赋存机理有共同之处，两者都有相当一部分气体处于吸附状态。在开发之前，煤层气大部分吸附在煤颗粒的表面和内部，而根据美国已开发页岩气田的测试值，吸附气体的比例可以达到20% ~ 80%。另一部分气体以游离状态存在于页岩的微裂缝和煤层的裂隙中。他们开发的主要手段是水平井和压裂，都有很长的有效生产期。主要区别在于，煤层气开发采用排水降压解吸，而页岩气分段压裂造缝能力更强，开发井降压生产可逐渐产生吸附气。
沁水盆地如果页岩气、煤层气、致密砂岩气在空间上紧密伴生，那么下一步将研究综合勘探开发的可行性。
参考
张大伟。2011.加快中国页岩气勘探开发利用的主要途径。天然气行业，31(5)；1~5
张金川，徐波，聂海宽，等2008。中国页岩气资源的勘探潜力[J].天然气工业，28(6)；136~141