江漢盆地潛江凹陷陸相頁巖油地質(zhì)特征

吳世強(qiáng)， 唐小山， 杜小娟， 梁文華， 賀 欽

(中國石化江漢油田分公司，湖北 潛江 433124)

隨著北美地區(qū)頁巖油氣的成功開發(fā)和地質(zhì)理論研究的發(fā)展，頁巖油氣的開采給世界油氣勘探開發(fā)帶來了重大變革，正逐漸影響著世界能源供需的格局。江漢盆地潛江凹陷潛江組廣泛發(fā)育富有機(jī)質(zhì)泥、頁巖，油氣顯示非常豐富，且多口井獲工業(yè)油流，但過去一直按照常規(guī)油藏的思路在進(jìn)行勘探開發(fā)，效果一直不佳。通過借鑒北美頁巖油地質(zhì)理論和工藝技術(shù)來重新認(rèn)識潛江組這套地層，發(fā)現(xiàn)其是典型的頁巖油，具有頁巖油勘探開發(fā)潛力。本文按照頁巖油研究思路詳細(xì)分析江漢鹽湖盆地頁巖油地質(zhì)特征，對江漢盆地頁巖油勘探開發(fā)具有指導(dǎo)意義，對國內(nèi)外鹽湖盆地頁巖油研究也具有參考價(jià)值。

古近紀(jì)晚始新世—早漸新世是江漢鹽湖發(fā)育的極盛時(shí)期，湖盆的沉降中心、匯水中心、濃縮中心均位于盆地中部潛江凹陷(陳波等，2007)。在北部單向陸源水系、高鹽度、強(qiáng)蒸發(fā)環(huán)境下沉積了厚達(dá)6 000 m的潛江組鹽系地層，由鹽韻律和砂泥巖段頻繁交互而成。潛江組縱向上共有193個含鹽韻律，累計(jì)厚度達(dá)2 000 m以上;平面上自西北向東南方向依次沉積三角洲沉積區(qū)-半咸水湖過渡區(qū)-鹽湖沉積區(qū)，油浸泥巖夾白云巖的頁巖油藏主要發(fā)育在半咸水湖過渡區(qū)，鹽間頁巖油主要位于鹽湖沉積區(qū)。江漢盆地獨(dú)特陸相鹽湖盆地沉積背景、北部單向物源，造成在烴源巖區(qū)砂巖儲層欠發(fā)育，大量油氣滯留在泥頁巖系統(tǒng)中，形成了非常豐富的頁巖油資源。截止目前，在該地層中見到了豐富的油氣顯示，鉆井過程中共有128口井井口見顯示，其中自噴井32口，井涌、井溢井19口，槽面見油花氣泡井60口，有多口井獲工業(yè)油流，其中千噸井3口。初步建立開發(fā)試驗(yàn)區(qū)1個，先后共投產(chǎn)生產(chǎn)井14口，累積產(chǎn)油4.2萬噸，采出程度14%，展現(xiàn)出良好的頁巖油勘探開發(fā)前景。

1 陸相鹽湖盆地沉積特征

潛江凹陷潛江組沉積時(shí)期潛江凹陷從潛四上開始古地貌表現(xiàn)為北深南淺地形相對平緩的特點(diǎn)，在高鹽度、強(qiáng)蒸發(fā)、封閉的、潮濕與干旱氣候交替環(huán)境下沉積了鹽系地層，縱向上由鹽韻律和砂泥巖段頻繁交互而成(戴世昭，1997)。受北部單向物源影響，平面上自西北向東南方向依次沉積三角洲沉積區(qū)-半咸水湖過渡區(qū)-鹽湖沉積區(qū)(圖1)，以含鹽系地層為主，北部夾砂巖，通常稱之為“滿盆鹽、滿盆泥、半盆砂”，蒸發(fā)巖沉積占主導(dǎo)地位。鹽湖盆地地層受化學(xué)沉積和機(jī)械沉積作用雙重影響。根據(jù)鉆井巖芯觀察、巖芯樣品分析，在鹽湖沉積區(qū)由193個鹽韻律組成，一個韻律通常經(jīng)歷了一個從咸化-淡化-咸化的過程，其縱向巖性自下往上為:氯化鹽巖(鹽巖)-硫酸鹽巖(鈣芒硝巖)-碳酸鹽巖(白云巖)-碎屑巖(泥巖)-碳酸鹽巖(白云巖)-硫酸鹽巖(鈣芒硝巖)-氯化鹽巖(鹽巖)。在半咸水湖沉積區(qū)縱向上巖性組合為泥頁巖夾碳酸鹽巖或薄層砂巖。在三角洲沉積區(qū)縱向上巖性組合為砂巖、泥巖頻繁互層。

圖1 潛江凹陷Eq34油組積巖相圖Fig.1 Diagram of depositional facies for the four oil layer of Qian three segment(Eq34)in Qianjiang depression

2 頁巖油地層巖性組合、地化、儲集、含油性特征

根據(jù)鹽湖盆地巖性巖相縱橫向組合規(guī)律、砂巖和鹽巖尖滅線將頁巖油分為兩種類型:一是油浸泥巖夾白云巖的頁巖油藏，主要位于半咸水湖區(qū);二是鹽間油浸泥質(zhì)白云巖的頁巖油藏，主要位于鹽湖區(qū)。下面分別介紹這兩類頁巖油的巖性組合、地化、儲集、含油性等地質(zhì)特征(圖2，3)。

2.1 巖性組合及脆性礦物含量

油浸泥巖夾白云巖的頁巖油藏:由5～6個旋回組成，每個旋回巖性巖相組合類似，單個旋回的巖性組合特征表現(xiàn)為上、下段為深灰色云質(zhì)泥巖、頁巖，中段為泥質(zhì)云巖，三段累計(jì)厚度約20 m。通過X衍射全巖分析，上段粘土含量為30% ～40%，石英含量30%，白云石含量30%，方解石含量5%～10%，脆性礦物為石英、白云石、方解石，脆性礦物總含量達(dá)到60% ～70%;中段粘土含量為15%～25%，石英含量35%，白云石含量35%，方解石含量為5% ～15%，脆性礦物總含量達(dá)到75% ～85%;下段粘土含量為30% ～40%，石英含量25%～30%，白云石含量30%，方解石含量小于5%，脆性礦物總含量達(dá)到60% ～70%(楊振恒等，2010)(圖2)。

鹽間頁巖油:鹽間為上下兩套鹽巖層所夾持的一套地層，鹽間層自下而上主要發(fā)育鈣芒硝巖－白云巖－泥質(zhì)白云巖－白云質(zhì)泥巖－泥質(zhì)白云巖－白云巖－鈣芒硝巖，脆性礦物主要為白云石，脆性礦物含量達(dá)到40% ～60%(圖3)。

2.2 地球化學(xué)特征

油浸泥巖夾白云巖的頁巖油藏:有機(jī)質(zhì)類型以I型和Ⅱ1型為主，上云質(zhì)泥巖、頁巖段 TOC、S1、S2 分布為4.5% ～9.2%、6～9 mg/g、40～70 mg/g，下

云質(zhì)頁巖段分別為 4.4% ～17.0%、6 ～11 mg/g、40～100 mg/g，參考國外頁巖油標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的烴源條件(盧雙舫等，2012)(圖2)。

圖2 油浸泥巖夾白云巖型頁巖油AA井綜合柱狀圖Fig.2 The integrated profile of AA well for the shale oil of oil-immersed mudstone with dolomite

圖3 鹽間頁巖油BB井鹽間綜合柱狀圖Fig.3 The integrated profile of BB well for the shale oil of inter-salt type

鹽間頁巖油:TOC平均值為1.2%，鹽間層中存在一些具有較高有機(jī)碳含量的藻類薄層，它們的TOC可達(dá)3.5%。有機(jī)質(zhì)類型以I型和Ⅱ1型為主。S1一般大于5 mg/g，氯仿瀝青“A”含量普遍大于0.2%。烴含量都在200 mg/kg以上，其中蚌湖和周磯洼陷烴含量可達(dá)800 mg/kg以上，具有較好的烴源條件。

2.3 儲集特征

油浸泥巖夾白云巖的頁巖油藏:上云質(zhì)泥巖、頁巖段孔隙度7% ～12%，滲透率0.01～0.89×10－3μm2;中白云巖段孔隙度6% ～15%，滲透率0.01 ～6.33 ×10－3μm2;下頁巖段段孔隙度 4% ～8%。相對于中段而言，上段和下段孔隙度和滲透率要小很多(圖2)，參考美國巴肯組頁巖油，該儲集條件與其相當(dāng)。

鹽間頁巖油:儲集空間類型為原生孔隙(白云石晶間孔、鈣芒硝晶間孔)、次生孔隙(次生晶間孔、次生晶間溶孔、洞、縫)兩大類(方志雄，2002)。平均連通孔隙度13.9%，滲透率因裂縫影響而變化大，一般為0.129 ～94 ×10－3μm2，該儲集條件略好與美國巴肯組頁巖油。

2.4 含油性特征

根據(jù)近年的勘探成果，借鑒國內(nèi)外類似地層的勘探經(jīng)驗(yàn)，研究表明潛江凹陷潛江組鹽間泥質(zhì)白云巖主要采用熱解色譜的S1及S1/TOC參數(shù)，結(jié)合巖心、巖屑、井壁取心、氣測、熒光、電測等資料綜合評價(jià)其含油性，效果較好。熱解色譜的S1參數(shù)是巖樣加熱不超過300℃時(shí)揮發(fā)出的烴類總含量，一般為C7-C33的烴類，代表了該巖樣中可抽提的烴類總含量，S1/TOC可反映游離烴量，據(jù)Dan Jarvie研究成果，當(dāng)S1/TOC＞100時(shí)頁巖油地層具有產(chǎn)油能力(Jarvie et al.，2007)。

油浸泥巖夾白云巖的頁巖油藏:上云質(zhì)泥巖、頁巖段S1/TOC在70～230之間，平均為115，中白云巖段S1/TOC在54～420之間，平均為114，下頁巖段S1/TOC在70～120之間，平均為90(圖2)。總體來看S1/TOC＞100占較大比例，具有較好的含油性。

鹽間頁巖油:S1/TOC在80～1 400之間，小于100的只有一個點(diǎn)，一般都在300以上，平均為570，具有很好的含油性(圖3)。

3 潛力分析

江漢盆地獨(dú)特陸相鹽湖盆地沉積背景、北部單向物源，受沉積相控制從北往南依次發(fā)育砂巖油藏-油浸泥巖夾白云巖的頁巖油藏-鹽間頁巖油藏。

油浸泥巖夾白云巖的頁巖油藏，分布于砂巖到鹽巖的過渡帶，烴源巖累計(jì)厚度在600～1 400 m，TOC＞2%，儲集條件和含油性均較好，脆性礦物含量高便于大規(guī)模進(jìn)行工藝措施，對直井進(jìn)行老井復(fù)查均獲少量油流，展現(xiàn)出較大的勘探潛力。

鹽間頁巖油藏，烴源巖累計(jì)厚度在600～2 000 m，分布于鹽巖發(fā)育區(qū)，頁巖油藏上下巖層均為鹽巖，生成的油氣被鹽巖封隔在鹽間地層中無法排出，蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源。其 TOC一般大于1%，儲集條件和含油性均較好，勘探過程中在鹽間頁巖油發(fā)育層段油氣顯示十分豐富，表現(xiàn)在縱向上潛二段—潛四上段58個韻律層中，有32個鹽韻律見油氣顯示。平面上滿凹皆“油浸”，鉆井過程中共有128口井井口見顯示，其中自噴井32口，井涌、井溢井19口，槽面見油花氣泡井60口，井口出瀝青井11口。其中有3口井發(fā)生強(qiáng)烈井噴，日噴油達(dá)千噸，展現(xiàn)出良好的勘探開發(fā)潛力。

4 結(jié)論

(1)鹽湖盆地的沉積地層為機(jī)械沉積、化學(xué)沉積復(fù)合沉積產(chǎn)物，江漢鹽湖盆地潛江凹陷自北向南發(fā)育三角洲沉積區(qū)-半咸水湖過渡區(qū)-鹽湖沉積區(qū)，在半咸水湖過渡區(qū)形成了油浸泥巖夾白云巖型頁巖油，在鹽湖沉積區(qū)形成了鹽間型頁巖油。

(2)明確了兩類頁巖油的巖性組合及脆性含量、烴源、儲集、含油性等地質(zhì)特征，通過分析認(rèn)為兩類頁巖油具有較高的脆性礦物含量，優(yōu)越的烴源條件，較好的儲集和含油性條件，均具有較大的勘探潛力。

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