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鄂尔多斯中南部资源储藏潜力分析——以延安组页岩气为例 鄂尔多斯盆地页岩气研究现状

发布时间:2020-06-05 10:44 论文编辑:admin 价格: 所属栏目:毕业论文

(一)鄂尔多斯盆地中南部延安组岩石学特征 1、鄂尔多斯盆地中南部延安组岩相类型及组合特征 鄂尔多斯盆地中南部中生代延安组岩石类型多样,沉积构造、颜色丰富,组成的岩相类型也比较多,共识别出砾岩、各粒径砂岩、粉砂岩、泥质岩、可燃有机岩、生物化学岩

(一)鄂尔多斯盆地中南部延安组岩石学特征
1、鄂尔多斯盆地中南部延安组岩相类型及组合特征
鄂尔多斯盆地中南部中生代延安组岩石类型多样,沉积构造、颜色丰富,组成的岩相类型也比较多,共识别出砾岩、各粒径砂岩、粉砂岩、泥质岩、可燃有机岩、生物化学岩等6种岩石类型,24种岩相类型。
鄂尔多斯的砾岩相为块状-叠瓦状砾岩相,块状,分选、磨圆中等-好,有不同程度的叠瓦排列,较多泥质、砂粒充填,具有冲刷面,为河床滞留沉积形成。钻孔中少见,大理河延安组一段,可见0.20m左右,陕北中鸡一带,厚度0.55m,砾石成分多为石英岩、石灰岩等,底部具有冲刷面,向上往往过渡为砂岩。砂岩相根据沉积构造、岩石结构、颜色等砂岩相可细分为:块状含砾砂岩相、槽状交错层理砂岩相、块状砂岩相、平行层理砂岩相、板状层理砂岩相、包卷层理砂岩相、楔状层理砂岩相、双向交错层理砂岩相、风暴扰动块状砂岩相、含泥砾块状砂岩相等10种岩相类型。
粉砂岩相根据其特征可分为块状粉砂岩、沙纹层理粉砂岩相、水平层理粉砂岩相和包卷层理粉砂岩相等4种主要类型。泥岩相根据泥岩的岩性特征和颜色,可将泥岩相细分为灰色、深灰色泥岩相,暗色泥岩相、根土岩相、炭质泥岩相等4种类型。可燃有机岩包括煤和油页岩相2种岩相类型。煤炭是延安组的主要矿产之一,形成于泥炭沼泽,具水平层理、条带状结构或块状构造,前者为原地堆积且形成于平静的水地条件下,后者形成于动荡的水动力条件。煤层中裂隙发育,裂隙充填方解石及黄铁矿薄膜。延安组各段均有煤层富集,其一般位于沉积旋回的上部及顶部,常与炭质泥岩、根土岩共生,煤层顶部也经常被上覆砂岩冲刷、剥蚀。油页岩相在研究区内发育较少,深褐灰色、具水平层理、层面平坦,含介形虫等动物化石,主要形成于湖泊环境,常见于中部的延安组二段和四段。
生物化学岩相包括碳酸盐岩和菱铁质岩,前者形成于湖泊环境,后者形成于分流间湾或湖泊环境,呈透镜状、结枝状、条带状、串珠状夹于泥质粉砂岩中,本文不具体研究。延安组岩相组合表现的6种岩相类型的岩石类型、颜色、成分、结构、沉积构造等方面的分析,各种岩相都不是孤立存在,彼此之间有着相互密切的关联,因此可以将延安组归纳出6种岩相组合类型。
综上所述,延安组各种岩石组合类型在垂向上的组合关系、分布特征形成了一定环境下的岩石组合,代表了一定的沉积环境及沉积相单元,具有重要的意义。
2、鄂尔多斯盆地中南部延安组沉积相与沉积体系
通常把沉积体系包含有特定的岩性、沉积构造、化石及地化特征,但是受到沉积作用过程、沉积参数和发展规律的限制。鄂尔多斯盆地中南部延安组隶属于鄂尔多斯盆地,与盆地内及盆地内其他地区的延安组具有一脉相承的沉积相特征与沉积体系。鄂尔多斯盆地延安组为一套典型的由陆源碎屑岩(砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质岩)、煤层多次交替叠置组成的含煤地层。根据各类岩相在垂向上的组合关系及平面上的分布,共识别出3种沉积沉积体系。
(1)河流沉积体系
河流沉积体系在含煤岩系中占有重要的位置,各种类型含煤岩系中均有发育。在长期沉降的潮湿地区,河流所携带的沉积物大量堆积下来,在河流中、下游地区形成冲积平原。按泛滥盆地发育程度可将河流沉积体系划分为曲流河和辫状河,其中辫状河河道砂岩发育,泛滥盆地不太发育,曲流河则相反。沉积相单元包括河床相、堤岸相、泛滥盆地相,沉积微相细分为河床滞流沉积、边滩(或心滩)、天然堤、决口扇、泛滥盆地、河漫湖泊、泥炭沼等,在垂向上为向上变细的正粒序结构,曲流河二元结构明显,辫状河则不明显。延安组河流沉积体系发育,特别是第一段和第五段,前者代表盆地扩张初始期、后者代表盆地萎缩期,河流沉积物大量充填于湖泊中。延安组第一段的宝塔山砂岩以及第五段的卫星砂岩和真武洞砂岩为典型的河流沉积。延安地区宝塔山砂岩段沉积厚度较大,厚约75m,根据岩石特征和岩相类型可知,其下部45m属辫状河沉积,上部30m为曲流河沉积。
(2)湖泊三角洲沉积体系
湖泊三角洲是包含多种沉积环境的沉积体系,湖泊三角洲沉积体系在延安组沉积过程中占据着重要的地位,延安组各段几乎都有湖泊三角洲沉积,以延安组第二段至第四段为主。在鄂尔多斯盆地,根据湖泊三角洲垂向的岩性组合以及平45面上的展布特征,湖泊三角洲相可以划分为三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相和前三角洲亚相。一般情况下,三角洲平原亚相最发育,分布范围最广,三角洲前缘亚相其次,分布范围较小,而前三角洲亚相最差,常常被后期改造而无法识别,垂向上具向上变粗的逆粒序旋回,砂体形态呈朵状或伸长条状。
(3)湖泊沉积体系
鄂尔多斯盆地中侏罗统延安组沉积过程中,湖泊沉积体系分布面积仅次于河流沉积体系,沉积地层从延安组第一段中期至第四段晚期均有发育,沉积范围大致位于安塞-志丹-吴旗-甘泉-葫芦河一带。延安组沉积时期鄂尔多斯盆地地势较平坦,湖泊以浅水沉积为主,其生长和衰退影响较大范围,并且和湖泊三角洲呈此消彼长的负相关关系,延安组第四段晚期,随着地势的抬升,湖泊逐渐进入萎缩期,河流相、三角洲相逐渐占据着盆地内部。利用湖相泥岩的分布范围和厚度变化可以摸清湖泊的沉积范围与沉积中心。湖泊中沉积物以细粒的砂泥质、泥质为主,水平层理、波状层理发育,富含动、植物化石,有机质丰富,是寻找有利生储层的有利位置。
(二)鄂尔多斯盆地中南部延安组层序地层学特征
层序地层的划分主要依靠层序中的关键界面,鄂尔多斯盆地延安组的关键层序界面的识别主要依靠层序地层界面和最大湖泛面等,层序地层格架下延安组的沉积特征、岩相古地理特征以及页岩气等非常规天然气矿产富集特征。鄂尔多斯盆地中南部延安组的发展经历了盆地初始充填阶段-扩张充填阶段-退覆充填阶段三个完整的盆地充填序列。延安组可作为一个盆地充填层序,盆地充填层序内部由区域性不整合面、河流下切谷冲刷面、古土壤、根土岩、地层突变面、厚煤层等层序地层界面将延安组地层划分为3个三级层序,9个体系域。
延安组三级层序SQ1以延安组底部宝塔山砂岩与富县组或延长组的界限为底部界面,顶部以延安组第三段中下部的裴庄砂岩之底(或与其相对应的界面)为顶界,最大湖泛面位于5-2煤组的顶部(或顶部泥岩中),代表了湖侵作用加强聚煤作用结束;三级层序SQ2包含延安组第三段中下部裴庄砂岩之底至延安组第五段底部真武洞砂岩之底(或与其相对应的界面),最大湖泛面位于3-1煤层的顶部(或顶部泥岩中),该层序沉积时期湖泊进入面的扩张充填阶段,湖面范围扩大,研究区中部延安等地无煤区的最大湖泛面应位于3-1煤层相当层位的厚层泥岩中,不易识别;三级层序SQ3底界为延安组第五段底部的真武洞砂岩之底(或与其相对应的界面),顶界为直罗组侵蚀下伏地层形成的区域性不整合面,即直罗组直罗砂岩之底,该层序沉积时期盆地已经进入湖泊萎缩期,最大湖泛面一般位于中下部的1煤组的顶部或其顶部泥岩中。湖泊萎缩导致河流的进积作用十分强烈,加之燕山运动第Ⅰ幕晚期至第Ⅱ幕早期构造对地层的挤压、抬升等作用,共同导致河道砂体(特别是直罗砂体)对下伏地层进行强烈的侵蚀作用,使SQ3在研究区中南部局部地区发育不完整,甚至缺失。
四、鄂尔多斯盆地中南部延安组页岩气资源量估算
(一)延安组页岩气资源优选区划分与分级
根据鄂尔多斯盆地中南部的研究可以将其延安组页岩气资源优选区划分为以下几部分:
1)远景区范围:一般在陆相盆地中,湖沼相和三角洲相沉积产物一般是页岩气成藏的最好条件,其通常位于或接近于盆地的沉降-沉积中心处,有利烃源岩集中于盆地中心处。远景区主要以沉积环境为主,结合钻孔资料、构造与埋藏深度资料圈定,陕北侏罗纪煤田延安组以河流-三角洲相沉积环境为主,东部主要为砂泥页岩互层,泥页岩单层厚度大于6m,构造简单,延安组泥页岩埋深小于500m,黄陇侏罗纪煤田延安组以湖泊和河流相沉积为主,经统计泥页岩占比比较大,有大于5m的厚层泥页岩,泥页岩厚度达57.7m,煤层埋深在100-1100m。
2)有利区:在远景区基础上,按照下列参数取圈定有利区范围,有利区面积不小于500km2,厚度15-30米,埋深大于300米,有机碳不小于1.5%,有机成熟度不小于0.5%,气含量不小于0.5m3/t,硅质含量不要求,资源量丰度不小于50×106m3/km2,保存条件中等到好。
3)核心区:在鄂尔多斯盆地中南部采用不同层位、立体式的划分方法,将研究区层序格架内厚层泥岩分布区划分出远景区、有利区和核心区三大类。三级层序SQ1厚层泥岩主要集中于横山、定边-吴起-志丹-安塞-延安-富县一线以西及黄陵以北,延安西北泥页岩厚度一般6-101m,陕14井厚层泥岩总厚度达到101m,黄陵矿区及其以北-富县以南,厚层泥岩厚度超过30m,且厚度较均匀,沉积环境为湖泊环境。神木以北地区泥岩厚度较薄,根据沉积环境分析,该区域为河流沉积环境,不利于有利烃源岩沉积,烃源岩的关键地质参数较差。定边-吴旗-志丹一带厚层泥岩总厚度较大,平均59.5m,伴生于煤系地层中,深1431-1735m,可作为页岩气有利区区域。
(二)鄂尔多斯盆地中南部页岩气资源潜力评价
利用资源量估算结果和有利选区分级方法划分研究区内的页岩气有利分区,可知鄂尔多斯盆地中南部延安组页岩气资源量丰富,达到36064.475×108m3,其中核心区页岩气资源量1647.579×108m3,有利区页岩气含气量25609.016×108m3,远景区页岩气资源量8807.88×108m3,显示了很好的资源潜力。
根据泥岩生、储、含气性和含气量的分析,得出研究区内黄陵矿区北部-富县以南的区域内为页岩气核心区,具有丰富的页岩气资源量,达到164757.9×108m3,是将来勘探开发利用的首选区块,定边-靖边-吴旗一带为页岩气有利区,厚层页岩分布面积大,是页岩气勘探、发现页岩气藏的潜力区。
五、结论
本文通过对鄂尔多斯盆地中南部构造演化和构造分区分析研究,分析侏罗统地层特别是中侏罗统延安组地层的发育特征及延安组泥岩发育特征对比,通过识别延安组发育的层序界面,如区域性不整合面、河流下切谷冲刷面、地层突变面、大面积厚煤层等,研究区泥页岩的有机质组成也有较大差异,说明研究区页岩气主要以生物成因气为主,延安组泥页岩的生气能力较好。同时本文分析陆相页岩气资源潜力评价的关键参数,包括埋深、泥页岩厚度、有机碳含量、有机质成熟度与干酪根类型、泥页岩岩石组成与脆性矿物含量、泥页岩含气量、资源储量丰度等,以及陆相页岩气有利选区的划分与标准。通过比较各种页岩气资源量计算方法的优劣,提出使用体积法估算页岩气资源量,为鄂尔多斯盆地中南部中延安组页岩气勘探开发指明了方向。