(1.中國聯合煤層氣有限責任公司北京10011 2。中國礦業大學(北京)北京100083)
沁水盆地是中國主要的含煤盆地。暗色碳質頁巖廣泛發育於山西組3號煤層和太原組15號煤層的頂底板。摘要:在分析沁水盆地古生界暗色頁巖空間分布、地球化學特征和儲層特征的基礎上，對沁水盆地頁巖氣資源前景進行了展望，初步提出了沁水盆地頁巖氣遠景靶區。
關鍵詞:頁巖氣沁水盆地
沁水盆地頁巖氣資源前景
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(中國聯合煤層氣有限責任公司，北京100083，中國中國礦業大學，北京100083，中國)
摘要:沁水盆地是我國主要的含煤盆地，暗色碳質頁巖廣泛分布於山西組3 #煤層和太原組15#煤層的頂底板。通過對沁水盆地頁巖氣的空間分布、地球化學特征和儲層條件等特征的詳細分析，對沁水盆地的頁巖氣遠景進行了分析，並初步提出了頁巖氣遠景靶區
關鍵詞:頁巖氣；沁水盆地
基金項目:沁水盆地頁巖氣資源戰略調查與選擇項目(項目編號:2009 GXQ15-07-03)，中國北方頁巖氣資源戰略調查與選擇子項目，國土資源部油氣資源戰略研究中心項目。
作者簡介:顧，女，煤田地質高級工程師，多年從事煤田地質勘探、設計和科研工作，現就職於中聯煤層氣有限責任公司
介紹
頁巖氣是壹種新能源，幾乎存在於所有的盆地。頁巖氣主要以吸附和遊離狀態賦存於暗色泥/頁巖、高碳泥/頁巖及互層粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖甚至砂巖中，具有自生自儲的特點(張金川等，2008)。
我國頁巖氣資源廣泛分布於海相和陸相盆地，境內各個地質歷史時期都有頁巖氣資源。頁巖氣的開發帶大致對應板塊劃分為四個區域，分別是南方、華北、東北、西北和青藏，在中國廣泛分布於海相頁巖地層、陸海頁巖地層和陸相地層(張大偉，2011)。從圖1可以看出，位於華北地臺的沁水盆地也屬於中國頁巖氣有利區。
圖1中國頁巖氣有利勘探領域示意圖(根據張大偉，2011)。
1沁水盆地頁巖氣開發的地質背景
沁水盆地概況1.1
沁水盆地位於山西省東南部，北緯35° 15 '至38° 10 '，東經111° 45 '至113° 45 '。盆地的長軸壹般為北北東向。
圖2交通位置圖
沁水盆地是壹個中生代形成的近南北走向的大型復式向斜盆地，位於華北克拉通西部。像華北大部分地區壹樣，從寒武紀到中奧陶世地殼穩定沈降，在古老的結晶基底上形成淺海碳酸鹽沈積。中奧陶世以後，由於加裏東地殼運動，整個華北地臺隆升，導致盆地內晚奧陶世至早石炭世沈積缺失。到中石炭世，海西運動使該區地殼繼續沈降，再次接受沈積，表現為地殼整體緩慢沈降，盆地沒有形成明顯的斷層和褶皺，沈積了石炭-二疊紀含煤地層，形成早、晚古生代兩套烴源巖。盆地內整體構造相對簡單，以內部次級褶皺發育為特征。構造線分布在東北部，南北兩端受邊界構造影響，構造線方向偏向東北或近東西向。
1.2頁巖發育及分布
石炭-二疊系地層在盆地內廣泛分布，保存完整，厚度穩定。根據盆地8個礦區85個煤田的鉆孔資料，石炭系太原組總厚度為84.27-125.33m，平均105.02m，最大厚度位於壽陽、陽泉和順作泉(表1)。其中泥質巖總厚度為46.61 ~ 64.15m，最大厚度位於壽陽、陽泉、和順左權，其百分含量為50.56% ~ 57.18%，尤以沁源、高平範莊為甚。
表1沁水盆地太原組頁巖厚度及百分比變化表
根據盆地8個礦區88個煤田的鉆井資料，下二疊統山西組總厚度為43.63-102.43米，平均60.12米(表2)，最厚處位於沁源地區。泥質巖總厚度多為27.62 ~ 71.36 m，最厚處也位於沁源地區，其百分含量為56.69% ~ 72.22%，以和順-左權、沁源地區最高。
表2沁水盆地山西組頁巖厚度和百分比變化表
盆地內二疊系下石盒子組厚60 ~ 90m，壹般厚70m左右，主要由砂巖、粉砂巖和泥質巖組成。
盆地內二疊系上石盒子組厚380～580m，由雜色砂泥巖組成。
這兩組地層在全盆地基本發育。在盆地北部壽陽已建的參數井P5和P6以及南部的TL006井，氣測曲線顯示這兩組地層均有氣顯示。
山西組和太原組的埋藏深度從盆地邊緣向盆地中心逐漸加深，最深超過1000m(見圖3和圖4)。
圖3山西組暗色泥巖埋深等值線圖
圖4太原組暗色泥巖埋深等值線圖
1.3頁巖地層地球化學特征
1.3.1 TOC(總有機碳)含量
TOC(總有機碳)含量是評價頁巖氣的重要標準。斯倫貝謝公司根據北美含頁巖氣盆地的統計(表3)，提出頁巖氣資源總有機碳含量的最低標準原則上應超過2%。
表3頁巖氣源巖總有機碳含量評價標準
(根據Schlumberger的數據)，2006年
通過對沁水盆地太原組和山西組頁巖TOC(總有機碳)含量的取樣測定(見表4)，盆地北部陽泉地區山西組頁巖TOC值為7.33% ~ 8.64%，太原組頁巖TOC值為0.96% ~ 1.54%，盆地南部山西組頁巖TOC值為1.77%。根據上述標準，沁水盆地頁巖幹酪根質量大多良好。
1.3.2有機質成熟度(Ro)
沁水盆地北部、中部和南部取樣測試有機質成熟度。統計結果如表5所示。全流域Ro值在2.24%-2.95%之間。根據北美頁巖氣開采經驗，頁巖氣地層最低Ro值為0.4%，沁水盆地泥頁巖有機質成熟度也滿足頁巖氣形成條件。
表4沁水盆地頁巖總有機碳分析測試數據壹覽表
總之，沁水盆地石炭-二疊系頁巖地層在空間分布、厚度和地球化學指標上都有利於頁巖氣的開發和勘探。
表5沁水盆地泥頁巖測試統計表
2沁水盆地頁巖氣儲層特征及含氣性
2.1巖石和礦石特征
壹般頁巖以粘土礦物為主，可作為烴源巖，由粘土礦物和有機質組成。
盆地內樣品經薄片鑒定，頁巖主要有7種巖性組合:黑色泥巖、碳質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質白雲巖、白雲質泥巖和生物碎屑灰巖。結果表明，該區泥頁巖的礦物組成主要為粘土礦物，碎屑礦物包括應時、長石顆粒、雲母、粒狀黃鐵礦等。，含少量有機質，符合油頁巖礦物組成的基本特征。
2.2滲透率和孔隙度特征
頁巖氣是典型的“自生自儲”型天然氣藏，氣源來自具有產氣能力的頁巖本身。作為頁巖氣藏，頁巖地層的孔隙度很低。據統計，進入生烴門限後，頁巖地層的基質孔隙度普遍低於10%。大多數頁巖的滲透率也很差，滲透率通常小於1mD。美國阿科馬盆地伍德福德頁巖中油、氣、水所占的平均總基質孔隙度僅為6.515%，其中有效孔隙度僅為4.22%，密歇根盆地安特裏姆頁巖的平均孔隙度為5% ~ 6%。在這種孔隙條件下，頁巖的滲透率甚至低於含氣致密砂巖。經測試，沁水盆地北部山西組頁巖滲透率為0.895mD，孔隙度為6.7%。沁水盆地南部山西組頁巖滲透率為0.545mD，孔隙度為3.3%(見表6)。
表6沁水盆地頁巖滲透率和孔隙度分析表
2.3含氣樣品取自沁水盆地北部的壽陽和南部的晉城，以測試頁巖氣含量(見表7)。
表7沁水盆地頁巖氣含量測試統計表
壽陽地區山西組含量較高，可與美國已工業化開采的上侏羅統海恩斯維爾頁巖、上泥盆統伍德福德頁巖和費耶特維爾頁巖相媲美。晉城地區山西組和壽陽地區太原組測試數據雖不高，但基本達到工業開采下線，可與美國上泥盆統NewAlbany頁巖相媲美(據李玉璽2010)。
3沁水盆地頁巖氣前景
沁水盆地石炭-二疊系頁巖地層不僅分布廣、厚度大、有機碳含量高、成熟度中等，而且出露面積大、埋藏淺，是頁巖氣開發的有利層位(見表8)。石炭系太原組暗色頁巖厚度84.27 ~ 125.33 m，平均105.02m，總有機碳含量0.96% ~ 1.54%，Ro 2.35% ~ 2.77%，二疊系山西組暗色頁巖厚度43.63 ~ 65433。二疊系上下石盒子組頁巖累計厚度超過200米..
表8沁水盆地有利頁巖氣層參數表
根據只有總有機碳含量(TOC)大於2%、熱成熟度(Ro)大於0.4%的泥巖或頁巖才具備形成具有工業價值的頁巖氣的基本條件，以及厚度大、埋深適中、在暗色頁巖中有氣顯示等條件。此外，盆地內頁巖的礦物組成、滲透率和孔隙度都達到了頁巖氣藏的條件，表明沁水盆地的頁巖氣前景值得期待。
4結論
沁水盆地是我國主要的含煤盆地(石炭紀-二疊紀)，全盆地煤田地質勘探程度高，特別是煤層氣勘探開發程度高，是目前我國最高的盆地。含煤地層是壹個復雜的地層組合，包含煤層、暗色頁巖、砂巖，有時還包含碳酸鹽巖。其中，煤層、暗色頁巖和泥灰巖都可以生成油氣，砂巖和碳酸鹽巖可以成為常規和/或非常規儲層。排烴運移後殘留在生烴層中的壹些烴類，分別稱為煤層氣和頁巖氣/油。煤系中的砂巖和碳酸鹽巖具有良好的孔隙度和滲透率時，可以形成常規油氣藏(特別是氣藏)，孔隙度和滲透率較差時，非常規致密氣藏也是可能的。顯然，在海陸過渡(交替)相煤系中，煤層氣與頁巖氣/油伴生應該是更為普遍的現象。
頁巖氣和煤層氣的賦存機理有共同之處，兩者都有相當壹部分氣體處於吸附狀態。在開發之前，煤層氣大部分吸附在煤顆粒的表面和內部，而根據美國已開發頁巖氣田的測試值，吸附氣體的比例可以達到20% ~ 80%。另壹部分氣體以遊離狀態存在於頁巖的微裂縫和煤層的裂隙中。他們開發的主要手段是水平井和壓裂，都有很長的有效生產期。主要區別在於，煤層氣開發采用排水降壓解吸，而頁巖氣分段壓裂造縫能力更強，開發井降壓生產可逐漸產生吸附氣。
沁水盆地如果頁巖氣、煤層氣、致密砂巖氣在空間上緊密伴生，那麽下壹步將研究綜合勘探開發的可行性。
參考
張大偉。2011.加快中國頁巖氣勘探開發利用的主要途徑。天然氣行業，31(5)；1~5
張金川，徐波，聶海寬，等2008。中國頁巖氣資源的勘探潛力[J].天然氣工業，28(6)；136~141