引言

页岩气作为一种非常规天然气，已经引起世界范围内的广泛关注，被认为是未来重要的替代能源之一．与常规油气不同，页岩气是以富有机质泥页岩为气源岩、储层及封闭层，以游离态、吸附态和溶解态为主要赋存方式［１－２］，是不间断供气、持续聚集而形成的连续型天然气藏［３－５］．北美地区成功勘探开发的页岩气主要目的层系为大套海相富有机质泥页岩．我国位于欧亚、印度、太平洋三大板块的结合部位，形成复杂的地质背景和多种类型的含油气盆地，依据形成环境将富含有机质泥页岩划分为海相厚层富有机质泥页岩、海陆交互相富有机质泥页岩、陆相富有机质泥页岩类型［６－８］．在发现大量常规油气的盆地，若源岩为泥页岩，则一定会有页岩气的存在［３］．济阳拗陷在新生代拉张背景下发育多套陆相富有机质泥页岩，尤其以沙河街组三段发育的暗色泥页岩最为重要，人们研究其地球化学特征［９－１４］，认为有机碳含量高，厚度大，并且整体进入成熟阶段．随着济阳拗陷、东濮凹陷泥质岩油气藏的发现，开始将陆相泥页岩作为储集层进行研究［１５－１７］，主要对泥页岩储集层中裂缝与孔隙的类型和特征进行宏观与微观的定性分类描述．张林晔［９］对济阳拗陷古近系页岩气形成的地质条件进行分析，认为沙河街组沙四上亚段、沙三下亚段和沙一段具有较好的页岩气生成潜力．济阳拗陷页岩气研究处于起步阶段，笔者分析古近系富有机质泥页岩的地球化学特征、储层特征和含气性等，并对比美国已成功开发的产气页岩和中国南方上扬子地区海相富有机质页岩的地化特征，为济阳拗陷页岩气勘探提供宏观的参考．

１　地质背景

济阳拗陷是中国东部渤海湾盆地西南部的一个复杂的中新生代含油气断陷－拗陷盆地［１８］．平面上由东营、惠民、沾化、车镇４个凹陷和广饶、青坨子、陈家庄、义和庄、滨县、青城等６个凸起组成［１９］，整体上是被埕宁隆起和鲁西隆起所挟持的向西收敛向东撒开的、近东西走向的一个一级负向构造单元［１８］，为一典型的“北断南超”箕状断陷盆地（见图１）．自中生代以来，由于受多期构造运动的影响与力学机制的演变，济阳拗陷形成多个不同类型的断裂构造样式和被断层切割的多个断块结构．济阳拗陷古近系分布普遍，厚度大，最深达到７　０００ｍ以上，向边缘地带厚度减薄，至凸起处厚度仅为数米．根据岩石学和古生物特征，古近系分为孔店组、沙河街组、东营组（见表１）．从始新世早期开始，古济阳湖盆进入断拗阶段，构造运动相对稳定，湖盆持续下沉，沉积沙河街组地层，发育多套湖相富有机质泥页岩．其中沙河街组三段沉积时期是湖盆断陷活动强烈发育期，盆地沉降很快，同时气候湿润，淡水大量注入，水体深度变大［２０］，使得沙三段成为济阳拗陷常规油气最重要的烃源岩之一．

２　泥页岩分布与地球化学特征

济阳拗陷沙三段以湖相沉积的暗色砂、泥岩为特征，主要岩性为灰色及深灰色泥岩夹粉砂岩、油页岩及碳质泥岩，厚度变化范围大，在各拗陷的沉降中心厚度最大，超过１　０００ｍ［２１］．根据岩性和古生物特征分为３个亚段：沙三段下部亚段（沙三下）、沙三段中部亚段（沙三中）与沙三段上部亚段（沙三上）．勘探实践表明，沙河街组的沙三下段与沙三中段是济阳拗陷最重要的烃源岩层，其暗色富有机质泥页岩有机质类型好、厚度大、丰度高、发育广泛，成为济阳拗陷页岩气勘探的重点研究层系．沙三段暗色泥页岩的干酪根类型以Ⅰ型为主，Ⅱ１和Ⅱ２为辅，有机质类型富含类脂组分，其有机质中可溶部分含量较高，母质类型好．由于不同凹陷构造沉降存在差异性以及沙三早期与沙三中期沉积不同，导致各凹陷沙三下段与沙三中段的暗色泥页岩地球化学特征有所差异．沙三下段沉积时期属于济阳拗陷的深断陷期，盆地进入非补偿阶段，气候潮湿，主要为深灰色深湖—半深湖相泥岩与灰褐色油页岩的不等厚互层，夹少量灰岩及油页岩，厚度一般为１００～３００ｍ．沙三中段沉积于还原—弱还原的滨—浅湖环境［１６］，发育深灰色泥岩、油页岩为主，或夹有多组浊积砂岩或薄层碳酸盐岩，厚度一般为２００～４００ｍ．东营凹陷沙三下段烃源岩有机碳质量分数分布为１．００％～１０．５０％，频率主峰为２．００％～３．００％，沙三下段暗色泥岩厚度为１００～２００ｍ，最大厚度为２５０ｍ．沙三中段烃源岩有机碳质量分数分布为１．００％～５．００％，主峰为１．５０％～３．００％（见图２），沙三中暗色泥岩最大厚度为５００ｍ，其中沙三中下段油页岩的最大厚度为１２０ｍ［２２］．其中沙三下亚段泥页岩有机质成熟度参数Ｒｏ为０．３５％～０．８７％，主要处于成熟演化阶段．　沾化凹陷沙三段深湖相沉积持续时间较长，因此油页岩、灰质油泥岩和钙质泥岩厚度大、分布广［２２］．沙三下干酪根类 型 以Ⅰ － Ⅱ１为 主，ＴＯＣ质 量 分 数 为０．６０％ ～８．００％，绝大多数大于３．５０％，氯仿沥青“Ａ”质量分数为０．１１％～２．６６％，平均厚度为２６０ｍ．沙三中干酪根类型以Ⅱ１－Ⅱ２为主，有机碳质量分数为２．００％～８．００％，氯仿沥青“Ａ”质量分数为０．１１％～１．１３％，厚度为１４０ｍ［２３］．沾化凹陷沙河街组暗色泥页岩进入成熟阶段，但Ｒｏ以小于１％为主．车镇凹陷沙河街组暗色泥岩有机碳平均质量分数为１．７０％，氯仿“Ａ”平均质量分数为０．２１％，总烃平均质量分数为０．１９２　５％，已经达到好烃源岩标准，干酪根类型主要为Ⅰ－Ⅱ１，镜质体反射率Ｒｏ大于０．５０％，烃源岩进入成熟演化阶段［２４］．沙三下段暗色泥页岩厚度大于２５０ｍ，沙三中段主要为１５０ｍ左右的油页岩、钙质泥岩和暗色泥岩［２５］．惠民凹陷沙河街组暗色泥页岩ＴＯＣ质量分数分布为０．８３％～４．３０％，Ｒｏ为０．５８％～１．２０％，属于成熟—高成熟阶段，厚度大于２００ｍ，最厚为５６１ｍ．济阳拗陷古近系沙三段富有机质泥页岩沉积厚度大（见图３），一般大于２００ｍ，在各凹陷中心厚度为６００～８００ｍ，远远超过厚度为３０ｍ的页岩气勘探标准，各层系ＴＯＣ质量分数高，平均为１．５０％，在各凹陷中心ＴＯＣ质量分数在２．５０％以上（见图４）．干酪根类型以腐泥型Ⅰ－Ⅱ１为主，成熟度以成熟—高熟为主．与美国页岩气形成的基本条件和中国南方上扬子地区海相富有机质页岩的地球化学特征对比，沙三段陆相富有机质泥页岩具有生成页岩气的条件（见表２）．

３　储层特征

与常规油气不同的是，对于页岩气，富有机质泥页岩既是有效烃源岩，又是储集层［２７－２８］，形成自生自储型天然气藏．泥页岩层形成有效储集空间的重要条件是泥页岩中裂缝和微裂隙发育．海相与陆相环境中形成的泥页岩在储集特征上有所区别，但总体上后者优于前者．页岩储层脆性矿物含量高，则容易产生裂缝，有利于页岩气游离气量的增加和后期开发过程的水力压裂．在目前的页岩气核心区优选中，将页岩中石英等脆性矿物的质量分数大于４０％，黏土矿物质量分数小于３０％作为一个重要指标．济阳拗陷富有机质湖相泥页岩中的主要矿物以石英、长石、黏土矿物、方解石、白云石、菱矿石和黄铁矿最为常见．以东营凹陷为例［２９］，利用Ｘ线衍射分析沙三下段的暗色富有机质泥页岩矿物成分，东营凹陷富有机质泥页岩主要由碎屑矿物（石英、斜长石、钾长石）、黏土矿物（伊利石和伊／蒙混层等）、碳酸盐矿物（方解石、白云石、菱铁矿）组成，其中碎屑矿物和碳酸盐矿物质量分数高，而黏土矿物质量分数低（见图５）．其中，石英、长石等碎屑矿物所占比例最大，沙三段下部最高达到７５．５％．碎屑矿物中以石英为主，碳酸盐岩占全岩的比例变化大．黏土矿物所占比例偏小，在１０％～３０％之间．与美国Ｂａｒ－ｎｅｔｔ、Ｂｏｓｓｉｅｒ、Ｗｏｏｄｆｏｒｄ等海相页岩层系所含的矿物组分（见图６）相比，同样表现为石英等脆性矿物质量分数高，但是黏土矿物质量分数更低，碳酸盐矿物质量分数相对较高的特征．通过岩心观察、描述及薄片、扫描电镜微观分析，济阳拗陷泥页岩地层裂缝非常发育，且类型多样，裂缝发育带主要分布在钙质泥页岩内的断裂带附近和断鼻等部位，同时在异常高压带普遍发育异常压力微裂缝．如慈兴华等、王美珍等、孙焕泉等统计济阳拗陷泥页岩段的裂缝类型，主要存在４种裂缝：构造缝、层间页理缝、成岩收缩缝和异常压力缝［１７，３０－３１］（见图７），不同类型的裂缝对岩石的储集、渗流性能所起的作用也不同（见表３），构造缝在４种裂缝中占绝对优势，是泥页岩最主要的储集空间，这与美国成功开发页岩气的海相页岩层系一致．据Ｒｏｂｅｒｔ　Ｇ　Ｌ等（２００９年）研究，若页岩中有机质孔、粒间孔及颗粒内孔等发育，则页岩可以有效储集油气，成为页岩气勘探的新层系．在济阳拗陷陆相盆地中，暗色泥页岩和粉砂岩、砂岩频繁互层，粉砂或者砂质夹层孔隙可以有效改善页岩储层储集性能，这优于美国海相页岩地层．济阳拗陷富有机质泥页岩中的孔隙和普遍发育的多种类型的裂缝为页岩气提供有效的储集空间，有助于页岩气产量的提高．

４　含气性分析

页岩气的含气量以吸附气和游离气为主，溶解含量极少，可以忽略．吸附气含量受有机碳质量分数、压力、成熟度、温度、厚度、面积等因素控制；游离气含量主要受地层压力、孔隙度、含气饱和度、温度、厚度、面积等因素控制＊．济阳拗陷页岩气的研究尚处于起步阶段，还没有针对页岩气的钻探井，无法得到准确的含气量数据，但是在济阳拗陷的东营凹陷、沾化凹陷和车镇凹陷等复杂构造区，已发现多处泥质岩油气藏，并部署多口钻井．泥质岩油气藏勘探目的层与页岩气藏勘探的目的层相同，为暗色富有机质泥页岩，因此泥质岩油气藏的勘探经验对页岩气的勘探起到参考作用．如在泥质岩油气藏发育的层段，气测、录井、岩心及测井显示不同程度的异常，一般气测全烃值升高，泥浆密度降低，岩心有冒气或溢油现象［３２］，是识别泥质岩含油气的直接证据．目前，济阳拗陷在３２０余口井见到泥质岩油气显示，３０余口井在泥质岩段试油获得工业油气流［１６］，揭示陆相富有机质泥页岩地层同样可以做为储集层，具有巨大的油气潜力．通过老井重查表明，很多井在钻遇暗色泥页岩段时，有大量气测异常．沾化凹陷Ｌ１９井钻遇沙三下段泥页岩地层时，槽面上升５ｃｍ，油气溢流［３３］．车镇凹陷的车２５、老２７及东营凹陷中央隆起带的河５４、永５４、樊５、滨２、滨１３５井区及辛镇等区多处钻井发现，钻至沙三段暗色泥页岩段时，发生井涌、钻井液井口外溢现象，并且气测、槽面显示活跃，预示可能钻遇油气层，而且沙三段暗色泥页岩处于异常高压带，而异常高压带的形成与烃源岩的大量生烃关系密切［９］．岩心和测井分析证实，该段地层泥页岩裂缝发育．这些说明济阳拗陷富有机质陆相泥页岩的含气量高，含气条件优越．

５　结论

（１）济阳拗陷沙河街组三段主要包括沙三下和沙三中２套重要的陆相富有机质泥页岩．２套暗色泥页岩的沉积厚度大，有机碳质量分数高，有机质类型以Ⅰ型为主，Ⅱ１和Ⅱ２为辅，成熟度以成熟—高熟为主，与美国产气页岩和中国南方上扬子地区海相富有机质页岩地化条件具有可比性，表明济阳拗陷湖相暗色泥页岩也具有形成页岩气的地球化学条件．

（２）济阳拗陷页岩气储集条件优越，与美国成功开发页岩气的海相页岩层系相比，石英、碳酸盐岩等脆性矿物质量分数高，但是黏土矿物质量分数更低，更易形成裂缝；裂缝类型以构造裂缝为主，但是济阳拗陷中裂缝类型更加多样．此外，济阳拗陷泥页岩中砂泥岩互层频繁，粉砂或者砂质夹层孔隙可以有效改善页岩储层储集性能，从而为页岩气提供有效的储集空间．泥页岩层段气测显示异常，指示其良好的含气性．

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