盘县地区煤系气成藏条件

    吴飞 黄宇琪 代仕康 瞿邦祖 马晨

    摘?要：盘县地区位于贵州西部，具有丰富的煤系烃源岩资源，高厚度的煤层和各储存层相互依托，复杂的地质构造造就了煤系气成藏条件，通过对盘县地区龙潭组、长兴组煤系地层系统地质分析认为，研究区两套煤系地层具有较好的生烃潜力和成藏条件，具有较大资源潜力。

    关键词：煤系气;成藏条件;盘县地区

    随着社会的进步经济的增长，我国在能源需求上也大大提高，在2018年1—2月份，我国进口原油达到8123万吨，同比增长12.2%，对外依存度超过了2017年，达到了72.7%，而进口天然气达到了241.6亿方，同比增长了18.6%，对外依存度达到了45.2%，超过来了2017年的43.2%。以这样的形式来看，我国只有加快国内天然气的勘探开发才能减少进口的依赖。

    自美国“页岩气革命”成功以来，世界各国对非常规油气的勘探开发逐渐重视，非常规天然气也成为我国天然气资源的新增长点。近年来我国非常规天然气产量持续上升，2017年达到了481亿立方米，预计2018—2020年全国页岩气产量年均增速将达到48.83%。

    六盘水盘县地区具有丰富的煤炭资源，与之伴生的页岩、致密砂岩也具有一定的天然气储量。盘县地区地表主要为山地，地下地质构造较为复杂，易造成储层与地表连通，不利于煤系气成藏，至今未实现商业开发。通过对盘县地区煤系气成藏条件的研究可以对未来开采有积极地意义。

    1 区域地质概况

    盘县位于六盘水市西南部，与云南东北部交界，在大地构造上属于上扬子板块。该区域经过复杂的构造运动形成了以山地为主的西北高、南东低的地形地貌特点，研究区主要发育有盘关向斜，土坡向斜[1]，照子河向斜以及旧普安向斜。研究区含煤层系主要包括二叠系龙潭组与长兴组，岩性主要以泥岩、粉砂岩、细砂岩和煤岩为主，并夹有炭质泥岩及少量钙质泥岩、泥灰岩、灰岩，沉积相为海陆过渡相，而上覆盖三叠系飞仙关组地层岩性致密，主要为灰岩、灰岩夹石膏、炭质泥岩和粉砂岩，是较好的区域性盖层。

    2 煤系气成藏条件

    2.1 潜质层系空间分布特征

    盘县地区煤系气潜质层系主要为区内二叠系龙潭组和长兴组，整体以海陆过渡相沉积环境为主[2]，其含烃源岩面积大约有2156km2，可开采煤系气约（3168～3681）×108m3，含煤系层21～73层，累计厚度12～124.14m，单层厚度215m～10.33m。根据观察部分出露的岩层可以判断研究区岩层的倾向在15°～60°之间，由现场提取的岩心可知该区的潜质层深度在0～1000m。在长兴组上段，煤系地层埋深540～610m，累计厚度约6～22m，埋深较大厚度较小，在龙潭组埋深620～780m，累计厚度约12～28m，埋深大厚度也大，整体烃源岩平面分布较为稳定，垂向上煤岩层系较多，厚度较大，埋深适中。

    2.2 有机地化特征

    2.2.1 有机质类型

    不同类型的有机质，对储存层系的烃源岩具有较大影响，其生成天然气的过程、总量及成分均有所不同。因此，有机质的类型在评价煤系气成藏条件中具有重要意义。

    煤系烃源岩有机质类型一般以有机地球化学方法和有机岩石学方法划分。有机地球化学方法依据H/C比和O/C比将干酪根划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型，在有机岩石学研究中，镜下显微组可划分为镜质组、壳质组、腐泥组和惰质组。结合元素分析和显微组分镜检结果认为，研究区二叠系龙潭组和长兴组页岩有机质均以Ⅱ型和Ⅲ型为主[3]。

    2.2.2 有机质丰度

    岩石中所含的有机质数量称为岩石的有机质丰度，是其烃产量多少的重要依据，有机质丰度大则岩石的生烃潜力大，反之则生烃潜力小。

    TOC能够反映岩石中有机质含量的多少，同时又能够决定烃源岩生烃能力的大小，因此，TOC的大小是评价有机质丰度的重要指标[4]。研究区潜质页岩层系中煤岩发育，煤岩有机碳TOC高，多大于4%，富有机质烃源岩的TOC介于263%～9.37%，平均约4.77%，基本均达到高碳、富碳级别，也具有较好的有机质丰度条件。能够反映盘县地区含煤潜质页岩层系具有很大的生烃潜力，研究区煤系气资源潜力巨大。

    2.2.3 有机质成熟度

    有机质成熟度是判断有机质生烃产物和生烃阶段的关键指标，有机质达到一定的成熟度，有机质才有可能生成天然气。得到有机质地球化学指标的方法较多，其中有镜质组反射率（R0）法较常用。

    R0和有机质的热演化程度成正比，同时具有稳定、广泛的可比性，因此R0是当前研究中应用最为广泛的成熟度指标。根据前人的研究将有机质的演化划分为：R0<0.5%未成熟时期;0.5%～0.7%低成熟時期;0.7%～1.3%成熟时期;1.3%～2.0%高成熟期;>2.0%过成熟时期[5]。而根据分析研究区提取的岩心可得，未成熟时期（R0<0.5%）占8%，达到低成熟时期（0.5%～0.7%）占19%，达到成熟期（0.7%～135%）占28%，达到高成熟（1.3%～2.0%）占46%。

    2.3 储层特征

    2.3.1 岩石矿物学特征

    岩石矿物组分是煤系气勘探和开发的重要依据和参数，不同矿物组分不仅能反映岩石的原始沉积环境，影响岩石的储集能力，还会直接影响后期对煤系气的开采。研究区含煤页岩层系以海陆过渡相沉积环境为主，含有大量的黏土矿物矿物，一定量的石英、长石及碳酸盐岩矿物。

    根据实验测试资料可知研究区龙潭组、长兴组含煤页岩层系中，黏土矿物含量平均约41.2%、石英含量平均约274%，此外还含有方解石、斜长石、黄铁矿、菱铁矿和锐钛矿等矿物，整体黏土矿物含量较高，且整体偏低，长石类矿物及碳酸盐岩矿物等其他脆性矿物含量也较低，这就形成了岩石塑性偏高，脆性偏低的整体特点。