河南中牟区块页岩气特征及勘探前景分析

0 引言

页岩气作为一种非常规天然气，日益受到世界各国的关注[1-7]。近年来，受美国页岩气成功商业性开发的影响，为保障国家能源安全，我国也开始尝试对页岩气进行勘探，国土资源部已经启动了2轮页岩气矿权招标。目前重庆涪陵焦石坝、四川长宁—威远等地已取得页岩气开发重大突破，其中焦石坝地区探明页岩气地质储量1 067.5×108 m3，2015年页岩气年产达5×108 m3，由此，中国、加拿大、美国成为仅有的三个页岩气商业性开发的国家。

为顺应国际、国内清洁能源勘查大趋势，河南豫矿地质勘查投资有限公司在2012年国土资源部举

行的第二轮页岩气探矿权招标中获得了河南中牟和河南温县两个页岩气勘查区块探矿权，河南省地质调查院作为这两个页岩气区块的勘查实施单位。

河南省页岩气勘查主要针对石炭二叠系海陆过渡相岩系进行勘探，组织实施了河南省内第一口页岩气探井(牟页1井)，对该井太原组、山西组143 m厚的含气层段分三段进行分压合试，获得了日产天然气1 256 m3的较稳定气流，实现了我国北方海陆过渡相地区页岩气勘探的重大发现。随后，中国地质调查局油气调查中心组织实施的华北地区河南等省页岩气资源潜力评价、尉参1井项目的目的层也是海陆过渡相层系页岩气，表明区内石炭二叠系海陆过渡相层系页岩气具有良好的勘探前景。本文将分析河南中牟区块太原组、山西组页岩气特征、成藏条件及勘探潜力。

2) 2.4 m上层平台焊接组件最大Von Mises应力值均位于第一层平台与导轨连接的焊接件与平台组件的焊接位置，但是焊接材料的强度一般比6061-T6的强度高，且仅有此处Von Mises应力值超过240 MPa，其余各处均小于6061-T6的屈服强度，因此可认为各平台焊接组件满足施工设计要求。

1 地质概况

中牟页岩气勘查区块位于河南省郑州市东约20 km处，其区域构造位置是通许隆起尉北凸起与中牟凹陷南部斜坡的交界地带(图1)。受多方向断层的控制，形成了杜营、东吴、荆隆宫、延津、原阳等5个次凹、太平镇次凸和中牟斜坡。中牟区块为第四系和新近系覆盖区，区内勘查钻井较少且深度一般小于3 000 m，地质工作程度较低。

通过地震与钻井揭示，区内主要发育奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系。区内页岩气目的层主要为二叠系太原组、山西组，次要目的层为下石盒子组[8-9]。

图1 河南中牟页岩气区块构造背景及地理位置 Fig.1 Map showing structural background and Location of Zhongmu shale gas block, Henan province

2 页岩气区块地质特征

2.1 页岩发育及分布特征

中牟区块所处的开封坳陷及太康隆起是一个经历了早白垩世晚期、古近纪两期剪切拉张力作用而形成的断陷型坳陷和隆起，其属不同时期、不同类型盆地叠加在一起构成一个叠置坳陷；从早至晚，其形成演化大体上经历了寒武纪—中奥陶世滨浅海相沉降盆地发育时期、晚奥陶世—泥盆纪克拉通古陆隆起剥蚀期、石炭纪—二叠纪海陆交互相沉降盆地发育时期和三叠纪—第四纪陆相盆地发育时期5个演化阶段。其中，早二叠统太原组为三套灰岩夹二套黑色泥岩及煤层沉积组合，总体表现为海进序列，其中泥页岩段为潟湖相、灰岩段为局限台地相；而山西组下部主要为砂岩，上部总体为黑色泥岩与煤层，总体表现为海退序列，逐渐由前三角洲向三角洲前缘，最后发展为三角洲平原的演化历程(图2)。

2.2 页岩有机地球化学特征

(1)有机质类型

富含有机质的烃源岩能否生成油气，取决于有机质类型。干酪根的类型不但对岩石的生烃能力有一定的影响作用，还可以影响天然气吸附率和扩散率。

为确定太原组、山西组页岩层系的有效展布面积，本次工作根据中牟区块及周缘地区二维地震、钻井、前新生界基岩地质图等资料进行分析，中牟区块太原组、山西组现今埋深多在2 000 m—9 000 m之间；勘查区的南部稍浅，约在2 000 m—2 500 m之间；中部地区的埋深，约在3 100 m左右；北东部近开封凹陷中心，埋深大于9 000 m。

图2 牟页1井综合剖面图 Fig.2 The synthetical section of Muye1 well

(2)有机质丰度

通过对牟页1井二叠系山西组、太原组有机碳含量分析，中牟区块主要页岩气层段有机碳含量较高，其w(TOC)=0.16%～10%，平均2.18%，其中约45%的总有机碳含量超过2.0%。即区内的二叠系山西组、太原组目的层段泥页岩，总体属于好的烃源岩，有机质丰度满足页岩气成藏要求。

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(3)有机质成熟度

从区内页岩储层的渗透率来看，都小于0.1 mD，属于特低渗类型。总体上，区内储层的孔隙度与渗透率均较低，其泥页岩储层均为低孔低渗储层。

通过对商城县旅游业发展现状的SWOT分析，可以看出，商城县旅游业发展的前景总的来说是机遇与挑战并存。商城县拥有很多得天独厚的优势，同时也面临一定的压力。因此商城县应该充分利用优势，抓住机遇，挖掘市场潜力，开发新的旅游产品和旅游项目，加强与周边地区的合作，提高自身旅游业的综合竞争力。

太原组烃源岩在中三叠世末，达到低成熟—成熟早期；早白垩世末，大部分地区达到高成熟，以干气为主；渐新世末，仍处于干气阶段。

2.3 页岩埋深特征

对中牟区块内牟页1井山西组、太原组页岩气层段采集了55个干酪根样品，干酪根镜检结果显示牟页1井目的层段泥页岩干酪根显微组分75%为镜质组，其次为腐泥组，壳质组含量很少，无惰质组，有机质类型均为Ⅲ型，其中镜质组以黑色镜质体为主。有机质碳同位素分析显示δ(13C)均大于-27×10-3，表示有机质来源于陆地高等植物。

2.4 页岩储集特征

(1)页岩脆性矿物以石英为主，黏土矿物中伊利石含量最高

中牟区块牟页1井太原组页岩储层矿物成分以黏土矿物和石英为主，石英含量(体积分数)6%～55%；黏土矿物含量(体积分数)为32%～64%；山西组泥页岩储层矿物成分也以黏土矿物和石英为主，φ(石英)=3%～52%，φ(黏土矿物)=35%～89%。

例6：在一次后期剪辑过程中，发现临近傍晚补拍的镜头光线不足、色彩暗淡，造成相邻两个镜头之间的光线、色彩反差较大，视觉效果不连贯。剪辑时可以在时间轴上选择需要调整的片段，打开“选项”窗口中的“色彩校正”，调整色调、饱和度、亮度、对比度、Gamma等各参数的值，还可以根据需要调整白平衡，边调整边观察画面的变化情况，直到相邻镜头的色调、光线协调统一，完美流畅的展现作品。

牟页1井计算的最小水平主应力在45～65 MPa，平均值为49 MPa，最大水平主应力56～77 MPa，平均值为61 MPa，水平两向主应力差异相对较小，差异系数低于25%，易于形成体积缝网。根据各向异性提供的快横波方位及钻井诱导缝，确定最大水平主应力方向为北东东70°左右。

牟页1井山西组、太原组矿物组成及黏土矿物含量分析数据表明，牟页1井山西组页岩储层石英体积分数平均近30%，太原组页岩储层石英体积分数平均37%；山西组黏土矿物以伊利石、高岭石为主，太原组黏土矿物以伊利石、高岭石和伊蒙混层为主。充分表明区内页岩储层岩石脆性与造缝能力较强，较适宜进行压裂改造。

中牟区块牟页1井下二叠统太原组、山西组钻进中发现多次气测异常，现场解吸普遍含气(图3)，总含气量介于0.42～4.44 m3/t之间，平均为1.93 m3/t，损失气的比例要小于解析气和残余气的比例，解吸气量和残余气量相当。总含气量大小总体上可分为三段，即太原组中部2 913.08～2 960.00 m，平均含气量为2.38 m3/t；山西组下部2 832.20～2 895.50 m，平均含气量为2.01 m3/t；山西组上部2 802.0～2 832.20 m，平均含气量为1.29 m3/t；总含气量由顶到底呈现出逐渐升高的趋势。现场解吸的气体成分主要包括甲烷、二氧化碳、氮气以及少量的乙烷和丙烷，其中甲烷占80.95%～96.36%，平均值89.49%。

改进评价形式 目前国内大部分中医类高校对实践教学质量的评价工作一般都是由校内组织举行，学生或者督导专家作为评价主体，跟评价对象往往相识，在评价时难免碍于情面，导致评价结果不能客观反映教师水平和课堂质量。另外，教学质量评价工作通常在每学期末举行，属于结果性评价，可以促进教师下学期的教学改进，却不能将教学中存在的问题及时在本学期内反馈，对教师本学期提高教学质量帮助不大，学生不能及时从中受益，因此参与教学评价的意愿不够强烈，通常是妥协于学校规定，随意评价，评价结果有失客观、公正。

牟页1井录井过程中进行的孔隙度与渗透率测定结果统计表明，该区太原组含气页岩层段的孔隙度分布范围在0.4%～4.5%，平均为2.1%；渗透率分布在1.21×10-6～0.11 mD，平均为7.48×10-3 mD。山西组含气页岩层段的孔隙度分布范围在0.3%～8.8%，平均为2.3%；渗透率分布在23×10-6～0.92 mD，平均为0.045 mD。根据特殊测井解释，泥岩发育水平层理，砂岩主要发育低角度层理，局部发育交错层理。太原组灰岩中缝合线和高导缝较发育，说明储层连通性较好。

对中牟区块内牟页1井山西组、太原组页岩气层段泥页岩采集的干酪根样品进行的镜质体反射率(Ro)分析结果表明，牟页1井太原组和山西组泥页岩成熟度全部超过2.0%，Ro值介于3.0%～3.8%之间，平均3.5%，均处于过成熟晚期干气阶段。

为期6天的进博会有一个“新”的特征，它浓缩了来自全球的新技术、新消费与新服务，同样也让所有新品牌在这场盛会上感受到中国的热情。它体现新时代的中国坚守开放之路、拥抱世界的姿态。据初步统计，通过此次进博会，有5000余件展品首次进入中国，570余件新产品、新技术或服务在中国大陆甚至全球首发。

2.5 岩石力学性质

综合杨氏模量、泊松比、破裂压力和脆性指数几项分析岩石的可压性。一般情况下，杨氏模量大、泊松比小、脆性指数大、破裂压力小的地层性脆，易于压裂。根据测井成果，太原组、山西组主要含气层段岩石杨氏模量20～45 GPa之间。泊松比0.29～0.35之间，脆性指数为39%～71%，平均脆性指数接近于50%。根据岩芯单轴压缩试验测试结果，储层弹性模量9.39～38.68 GPa，平均21.22 GPa，泊松比0.15～0.24，平均0.21，与测井解释结果较接近。表明储层脆性指数大，地层易于压裂。

太原组中的黏土矿物以伊利石、高岭石和伊蒙混层为主，含少量的绿泥石，其中伊利石含量(体积分数)18%～51%，高岭石平均22.17%，伊蒙混层含量平均20.17%；山西组中的黏土矿物以伊利石、高岭石为主，含少量的绿泥石和伊蒙混层，其中伊利石体积分数平均67.36%，高岭石平均28.18%，伊蒙混层含量平均25.09% 。

目前我国处于早期页岩气勘探阶段，面临着各种不确定性因素，难以精确地预测页岩气的潜在资源量。当前国际上可用于页岩气资源潜力评价的方法主要有体积法、类比法、统计分析法、成因法和综合法，其中条件概率体积法较适用于我国现阶段页岩气资源量计算。

黑河 ，古称“弱水”，是中国第二大内陆河。黑河流经青海、甘肃、内蒙三个省区，滋润着沿岸的土地，造就了绿洲文明，被誉为“河西走廊的母亲河”。黑河汇聚了冰川雪水

2.6 页岩含气特征

(2)储层具致密特低渗物性特征

2.7 压裂测试获得海陆过渡相页岩气重大发现

牟页1井太原组、山西组，三段采用快钻桥塞分段压裂技术累计注入压裂液量5 055.9 m3，加砂量202.7 m3，各段压后放喷期间均点火成功，焰高1.0～7.5 m。抽油机采排测试，在冲程4.27 m、冲次5.0次/分的生产制度下，套压稳定在0.68 MPa，三层合采求产为1 256.0 m3/d，96小时累计产气16 240.0 m3，见稳定的页岩气气流，标志着南华北盆地海陆过渡相页岩气勘探取得重大发现，预示着目标区块具有较好的页岩气开发前景。

3 资源潜力分析

FMI测量处理解释显示，太原组、山西组含气页岩层段发育水平层理，砂岩发育低角度层理，局部见交错层理。另外，高导缝发育，见到大量的钻井诱导缝与井壁崩落，有利于多裂缝的产生。

依据北美页岩气开发经验，对中牟区块取下二叠统太原组、山西组页岩埋深小于3 500 m的区域作为该组页岩气潜力区；由概率体积法计算可知，中牟区块太原组、山西组页岩气资源量为2 056×108 m3，具有较大的资源潜力。

精准扶贫的核心是精准。习近平多次强调，“扶贫工作贵在精准，重在精准，成败之举在于精准”[1]。“精准扶贫”的基本方略可以概括为“六个精准”和“五个一批”。其中，“六个精准”是指“扶持对象精准、项目安排精准、资金使用精准、措施到户精准、因村派人精准、脱贫见效精准”，“五个一批”是指“通过扶持生产和就业发展一批，通过易地搬迁安置一批，通过生态保护脱贫一批，通过教育扶贫脱贫一批，通过低保政策兜底一批”[2]。

图3 河南中牟区块页岩气有利区预测 Fig.3 The predicted diagram of favorable areas of shale gas in Zhongmu block, Henan province

4 页岩气勘查方向

4.1 有利区、远景区评价标准

参考国土资源部确定的远景区、有利区和目标区的评价标准，结合研究区块的地质特征[10-11]，确定出页岩厚度、有机质丰度、有机质热演化程度、构造复杂性和页岩埋深等因素的评价标准，重点以埋深为重要参考依据，即以3 500 m、4 500 m、6 000 m分别作为有利目标区与有利区、有利区与一类远景区、一类远景区与二类远景区的划分界线。如此，对下二叠统太原组、山西组页岩层系进行勘探风险评价，将中牟区块划分出页岩气有利目标区和远景区各1个(图3)。

4.2 评价结果及勘查方向

(1)有利目标区。该区位于勘查区东南部和西南部，太原组底板埋深3 500～4 500 m之间，面积280 km2，目的层系太原组、山西组和下石盒子组总厚度460～520 m(牟页1井揭示目的层系厚度477 m)，泥页岩总有机碳含量w(TOC)=1.4%～4.6%，平均含量大于2.0%，平均含气量2.0 m3/t，杨氏模量20.0～45.0 GPa，泊松比0.29～0.35，即是有利的页岩气勘查目标区。

通过采用折线滑动法分别计算滑坡各剖面的稳定系数及剩余下滑力，可以得出如下结论：滑坡在自重工况下，处于稳定-基本稳定状态，与宏观分析结果一致；在暴雨工况下，滑坡处于基本稳定-不稳定状态。

(2)远景区。该区位于勘查区中部一带，太原组底板埋深3 500～4 500 m之间，面积360 km2，目的层系太原组、山西组和下石盒子组总厚度460～550 m，目的层系除埋深更大外其余特征与有利目标区相似，目前具有页岩气勘查开发的经济价值。

5 结论

(1)太原组、山西组富有机质黑色页岩层系是河南中牟区块主要勘探目的层，具有沉积稳定、厚度大、高脆性矿物、低黏土矿物，以及高TOC、含气量较高的特征，埋深适中的地区分布广泛，保存条件相对较好，具备页岩气形成、储集、保存的基本条件。

(2)通过牟页1井太原组、山西组三段含气页岩分段压裂合试，累计注入压裂液量5 055.9 m3，加砂量202.7 m3，三层合采求产为1 256 m3/d，见稳定的页岩气气流，标志着南华北盆地海陆过渡相页岩气勘探取得重大发现，预示着目标区块具有较好的页岩气开发前景。

气象观测直接关系到气象预测的准确性，进而影响农业经济发展。相关部门应加强对综合气象观测能力的重视程度。首先，应对本地区气象条件以及多发气象灾害的发生规律和发生特点进行深入了解，构建行之有效的管理机制，提高地面综合气象观测能力的有效性和及时性。其次，丰富气象观测内容，不局限于农业气象服务。旅游业、环境保护、工业生产等都会受到气象因素影响，要有针对性地提供气象服务，实现其指导生产的价值。再次，基层气象部门要抓好实时气象观测，严格依照上级主管部门要求，加强气象观测业务，提高观测结果准确性和有效性。

(3)利用体积法初步计算河南中牟区块太原组、山西组埋深3 500 m以浅页岩气资源量为2 056×108 m3，具有一定页岩气资源潜力，并优选出了页岩气勘探东南部和西南部为有利目标区。

致谢：感谢河南省地质调查院李中明副院长提出的建设性修改意见；另外，翁纪昌、安西峰、孙永豪、王鹍、李屹昆等参加了野外工作。

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