東濮凹陷北部沙三中亞段頁(yè)巖油成藏地質(zhì)條件與有利區(qū)優(yōu)選

張　鵬，張金川，劉　鴻，黃宇琪

(1.六盤水師范學(xué)院 礦業(yè)工程系，貴州 六盤水 553004;(2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083)

東濮凹陷北部沙三中亞段頁(yè)巖油成藏地質(zhì)條件與有利區(qū)優(yōu)選

張鵬1，張金川2，劉鴻1，黃宇琪1

(1.六盤水師范學(xué)院 礦業(yè)工程系，貴州 六盤水 553004;(2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083)

摘要：東濮凹陷北部頁(yè)巖油勘探處于起步階段，沙三中亞段為研究的重點(diǎn)層位，從泥頁(yè)巖空間展布、有機(jī)地球化學(xué)、儲(chǔ)層特征以及含油性等方面，研究頁(yè)巖油的富集條件，并對(duì)目標(biāo)層系進(jìn)行有利區(qū)優(yōu)選。結(jié)果表明：研究區(qū)深湖—半深湖相頁(yè)巖厚度較大，三角洲相中砂巖夾層較多；沙三中亞段有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1和Ⅱ2型為主，總有機(jī)碳含量均值0.84%，鏡質(zhì)體反射率0.8%～1.5%，有機(jī)質(zhì)處于成熟—高成熟階段；沙三中亞段頁(yè)巖礦物組成中脆性礦物含量大于50%，孔隙類型主要有粒間孔、晶間孔、次生溶蝕孔及微裂縫，有機(jī)質(zhì)孔較少；分別運(yùn)用氯仿瀝青“A”法、熱解法以及含油飽和度理論計(jì)算法，得出含油率為0.242%、0.266%和0.228%；認(rèn)為勘探有利區(qū)受沉積相控制，Ⅰ類有利區(qū)主要位于濮城—文留湖相沉積地區(qū)。

關(guān)鍵詞：東濮凹陷北部；沙三中亞段；頁(yè)巖油；地球化學(xué)特征；含油性；有利區(qū)

東濮凹陷北部地區(qū)沙三段泥頁(yè)巖段頻繁見(jiàn)到氣測(cè)異常和油氣顯示。濮深18-1井沙三上亞段泥頁(yè)巖段獲得日產(chǎn)油420 t高產(chǎn)油流，取得我國(guó)陸相頁(yè)巖油勘探突破，表明東濮凹陷具備形成泥頁(yè)巖油氣的條件和勘探潛力[1-2]。頁(yè)巖油與常規(guī)油氣在賦存狀態(tài)、富集層段、儲(chǔ)集特征、成藏機(jī)理、可采條件及開(kāi)發(fā)技術(shù)等方面差異顯著。因此，對(duì)東濮凹陷北部地區(qū)沙三段開(kāi)展泥頁(yè)巖油氣儲(chǔ)集性能及烴類賦存特征研究，探索陸相泥頁(yè)巖成藏機(jī)理，開(kāi)展東濮凹陷北部地區(qū)沙三段頁(yè)巖油可采性研究，優(yōu)選頁(yè)巖油發(fā)育目標(biāo)區(qū)，可開(kāi)拓東濮凹陷油氣接替新領(lǐng)域，為形成非常規(guī)油氣勘探理論和技術(shù)奠定重要基礎(chǔ)[3-4]。

1區(qū)域地質(zhì)概況

東濮凹陷位于渤海灣盆地西南端，東側(cè)以蘭聊斷裂為界與魯西隆起為鄰，西側(cè)以石家集、長(zhǎng)垣等斷裂為界與內(nèi)黃隆起相接，南以封丘北斷層為界與蘭考凸起相鄰，北以馬陵斷層為界與莘縣凹陷相望，具有“兩洼一隆一陡一斜坡”的構(gòu)造特征。東濮凹陷構(gòu)造展布及演化規(guī)律在海通集—橋口—白廟一線南北兩側(cè)差異較大，呈北部巖鹽沉積發(fā)育而南部不發(fā)育的南北分塊沉積格局。東濮凹陷北部地區(qū)沙三段為湖相背景下的三角洲前緣沉積(圖1)，半深湖—深湖相深灰色泥巖、黑色頁(yè)巖分布于前梨園、濮城、衛(wèi)城地區(qū)，文留地區(qū)為典型鹽湖環(huán)境，垂向上巖鹽和泥頁(yè)巖呈頻繁韻律互層分布。三角洲體系發(fā)育單層厚度小、砂泥頻繁互層的暗色泥頁(yè)巖，主要分布于凹陷邊緣[5]。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造分區(qū)及巖性特征

2頁(yè)巖油富集地質(zhì)條件

2.1頁(yè)巖空間展布特征

沙三中亞段研究區(qū)處于湖盆擴(kuò)張階段，泥頁(yè)巖厚度大，分布范圍廣，研究區(qū)中部胡狀集和前梨園附近區(qū)域最大厚度達(dá)400 m，北部小部分地區(qū)厚度小于50 m。呈中部厚度最大，向南北兩側(cè)減薄的趨勢(shì)，厚度變化受沉積相影響。

湖泊體系泥頁(yè)巖厚度大，垂向分布連續(xù)，砂巖夾層較少，其中鹽湖相發(fā)育范圍內(nèi)鹽巖大量發(fā)育，主要發(fā)育于沙三中亞段上部。三角洲沉積體系中前三角洲泥及水下分流間灣兩個(gè)微相泥頁(yè)巖發(fā)育，泥頁(yè)巖垂向連續(xù)性較差，單層厚度相對(duì)較小，砂巖夾層多，泥頁(yè)巖中粉砂質(zhì)含量高。

2.2頁(yè)巖有機(jī)地化特征

泥頁(yè)巖作為頁(yè)巖油的主要烴源巖，其地球化學(xué)指標(biāo)與常規(guī)烴源巖相同，泥頁(yè)巖的生烴潛力是各項(xiàng)地化參數(shù)綜合作用的結(jié)果，因此，有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)是頁(yè)巖油資源潛力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)[6-8]。

泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型是評(píng)價(jià)的重要參數(shù)之一，不同類型有機(jī)質(zhì)生烴潛力及產(chǎn)物均有差別。通過(guò)干酪根鏡鑒、巖石熱解等實(shí)驗(yàn)及干酪根類型指數(shù)計(jì)算[6-7]，對(duì)研究區(qū)沙三中亞段泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型進(jìn)行分析。結(jié)果表明，研究區(qū)沙三中亞段有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1和Ⅱ2型為主，有利于頁(yè)巖油的生成。有機(jī)質(zhì)豐度是頁(yè)巖油工業(yè)聚集的油源物質(zhì)基礎(chǔ)，與泥頁(yè)巖含油率有直接關(guān)系，因此有機(jī)質(zhì)豐度是資源潛力評(píng)價(jià)的一項(xiàng)極為重要指標(biāo)。有機(jī)質(zhì)豐度的常見(jiàn)評(píng)價(jià)參數(shù)有：殘余總有機(jī)碳含量(TOC)、氯仿瀝青“A”含量、總烴含量、生烴潛量(S1+S2)等。沙三中亞段TOC值主要分布在0～0.5%和0.5%～1.0%兩個(gè)區(qū)間，均值0.84%；氯仿瀝青“A”值分布在大于0.2 mg/g的區(qū)間，均值0.18 mg/g；通過(guò)上述分析認(rèn)為，沙三中亞段的生烴潛力較好。東濮凹陷北部沙三中亞段泥頁(yè)巖樣品中有機(jī)質(zhì)成熟度0.8%～1.5%，均值1.07%，說(shuō)明研究區(qū)有機(jī)質(zhì)主體處于成熟-高成熟階段，結(jié)合有機(jī)質(zhì)類型研究結(jié)果，認(rèn)為大部分有機(jī)質(zhì)處于生油高峰(圖2)。

圖2　東濮凹陷北部沙三中亞段頁(yè)巖地球化學(xué)特征

2.3泥頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

1)巖性及礦物學(xué)特征

東濮凹陷北部沙三中亞段泥頁(yè)巖類型包括普通泥巖、灰質(zhì)泥巖、云質(zhì)泥巖、膏質(zhì)泥巖及粉砂質(zhì)泥巖等，普通泥巖發(fā)育范圍廣，多為塊狀，部分發(fā)育頁(yè)理；灰質(zhì)泥巖發(fā)育于水深較大的湖盆中心處，部分發(fā)育紋層；云質(zhì)泥巖多發(fā)育于濱淺湖等湖盆邊緣過(guò)渡帶；膏質(zhì)泥巖常與鹽巖伴生，多見(jiàn)于鹽湖地區(qū)，發(fā)育紋層，但多被石膏充填；粉砂質(zhì)泥巖在三角洲沉積體系中較為常見(jiàn)。

研究區(qū)沙三中亞段泥頁(yè)巖礦物成分主要由石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽巖、石膏及粘土礦物組成(圖3)，湖相泥頁(yè)巖中粘土礦物含量達(dá)45%，明顯高于三角洲相泥頁(yè)巖，石英含量則明顯偏小，約為20%，礦物組成比例與三角洲相泥頁(yè)巖有明顯區(qū)別；三角洲沉積體系中前三角洲及三角洲前緣亞相中泥頁(yè)巖礦物組成特征相似。研究區(qū)沙三中亞段泥頁(yè)巖脆性礦物含量較高，大部分達(dá)50%，有利于勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中后期儲(chǔ)層改造。

2)儲(chǔ)集空間類型及孔滲特征

頁(yè)巖油儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、儲(chǔ)集空間類型多樣，具有儲(chǔ)集流體和提供流動(dòng)空間的雙重作用。通過(guò)對(duì)泥頁(yè)巖巖芯樣品的普通掃描電鏡及氬離子拋光照片觀察(圖4)，根據(jù)泥頁(yè)巖儲(chǔ)集空間成因、結(jié)構(gòu)及物性特征將樣品儲(chǔ)集空間進(jìn)行分類(表1)。對(duì)孔隙大小的表征采用基于場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察的微觀孔隙二分法[8-10]：1 mm～1 μm為微米級(jí)孔隙，小于1 μm為納米級(jí)孔隙。泥頁(yè)巖為低孔低滲儲(chǔ)層，研究區(qū)泥頁(yè)巖樣品平均孔隙度3.7%，平均滲透率0.091 3×10～3μm2，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)孔隙度、滲透率為異常高值，推測(cè)與泥頁(yè)巖樣品中發(fā)育微裂縫有關(guān)。

2.4泥頁(yè)巖含油性特征

頁(yè)巖含油量指每噸頁(yè)巖中含頁(yè)巖油折算到標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下(101.325 kPa，25 ℃)的百分含量，既包括原始條件下的液態(tài)原油，還包括溶解在天然氣中的凝析油，而含油率是表征頁(yè)巖含油性最直觀最關(guān)鍵的參數(shù)。由于泥頁(yè)巖含油率較難獲得，以往研究中常用氯仿瀝青“A”含量近似代替含油率[11-13]。雖然這種替代方法具有一定合理性，但泥頁(yè)巖含油率還受到其他因素影響，直接替代的方法誤差較大。因此，本研究嘗試多種方法獲取泥頁(yè)巖含油率，盡可能減小誤差[14-15]。

(a)濮148井，粒間孔發(fā)育；(b)衛(wèi)63井，黃鐵礦晶間孔發(fā)育；(c)胡83井，粘土礦物晶間孔及礦物顆粒表面溶蝕孔發(fā)育；(d)文古4井，石鹽晶體核心被溶蝕呈骨骸狀，次生溶蝕微孔隙發(fā)育；(e)文260井，有機(jī)質(zhì)孔；(f)文88～1井，微裂縫及粒間孔發(fā)育；(g)衛(wèi)79～13井，裂縫發(fā)育，裂縫中生長(zhǎng)針狀方解石晶體，部分被充填；(h)文260井，裂縫發(fā)育，被硬石膏晶體完全充填

圖4東濮凹陷北部沙三段泥頁(yè)巖典型儲(chǔ)集空間類型

Fig.4Typical types of shale reservoir space in Es3 formation, northern Dongpu depression

本次研究中巖芯樣品存放時(shí)間較長(zhǎng)，不適于進(jìn)行含油率實(shí)測(cè)，故采用地化計(jì)算法中的氯仿瀝青“A”法和熱解法進(jìn)行含油率計(jì)算(表1)。

同時(shí)采用含油飽和度公式計(jì)算法，對(duì)含油率進(jìn)行理論計(jì)算，得出東濮凹陷北部沙三中亞段含油率均值為0.227 6%，與地化計(jì)算法結(jié)果相差不大。

表1　地球化學(xué)計(jì)算法含油率計(jì)算結(jié)果表

含油率=M油/M巖石=ρ油/ρ巖石×Φ×So

其中：M油—巖石中油的質(zhì)量，g；M巖石—巖石總質(zhì)量，g；ρ油—原油密度，g/cm3；ρ巖石—巖石密度，g/cm3；Φ—孔隙度，%；So—含油飽和度，%。

雖然富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層系中可能廣泛含烴，但只有地層中含油率達(dá)到一定水平并相對(duì)富集時(shí)才具有工業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值。美國(guó)油頁(yè)巖工業(yè)開(kāi)發(fā)含油率下限為0.18%，采用3種方法對(duì)東濮凹陷北部沙三中亞段泥頁(yè)巖含油率進(jìn)行計(jì)算，平均值為0.245%，超過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)具有勘探開(kāi)發(fā)價(jià)值及潛力。

3頁(yè)巖油勘探目標(biāo)區(qū)優(yōu)選

通過(guò)對(duì)東濮凹陷北部沙三中亞段頁(yè)巖油所選評(píng)價(jià)參數(shù)綜合疊加，劃分出Ⅰ類、Ⅱ類及Ⅲ類勘探目標(biāo)有利區(qū)(圖5)。Ⅰ類有利區(qū)，主要位于濮城—文留地區(qū)，以深湖—半深湖相及鹽湖相沉積為主，泥頁(yè)巖厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度較大，含油率較高，且有機(jī)質(zhì)成熟度和埋深適中，有利于頁(yè)巖油勘探及后期開(kāi)發(fā)；Ⅱ類有利區(qū)，以Ⅰ類有利區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)向周緣地區(qū)延伸，南北為前梨園—文明寨一線，東西為柳屯—濮城以東，慶祖集附近也有小范圍地區(qū)滿足Ⅱ類有利區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，沉積相類型仍以湖相沉積為主，也有部分前三角洲相發(fā)育區(qū)域，與Ⅰ類有利區(qū)相比，Ⅱ類有利區(qū)范圍泥頁(yè)巖埋深略大，成熟度偏低；Ⅲ類有利區(qū)基本為湖相沉積分布范圍，與Ⅱ類有利區(qū)相比，主要增加了習(xí)城集、橋口附近區(qū)域。

4結(jié)論

東濮凹陷北部沙三中亞段泥頁(yè)巖厚度較大，湖泊沉積體系中泥頁(yè)巖夾層少，三角洲沉積體系中粉砂巖夾層發(fā)育，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1和Ⅱ2型為主，總有機(jī)碳含量均值0.84%，氯仿瀝青“A”均值0.18%，鏡質(zhì)體反射率0.8%～1.5%，有機(jī)質(zhì)處于成熟—高成熟階段，大部分處于生油高峰。

沙三中亞段泥頁(yè)巖礦物組合受沉積相影響，脆性礦物含量大于50%，有利于勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中后期儲(chǔ)層改造，儲(chǔ)集空間類型主要有粒間孔、晶間孔、次生溶蝕孔及微裂縫。

綜合多種頁(yè)巖含油率測(cè)試及計(jì)算方法優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本次研究特點(diǎn)，選擇氯仿瀝青“A”、熱解及含油飽和度3種方法計(jì)算含油率，平均值為0.245%。

通過(guò)參數(shù)疊合，劃分出研究區(qū)沙三中亞段勘探目標(biāo)有利區(qū)：Ⅰ類有利區(qū)位于濮城—文留地區(qū)，以深湖—半深湖相及鹽湖相沉積為主；Ⅱ類有利區(qū)以Ⅰ類有利區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)向周緣地區(qū)延伸，南北為前梨園—文明寨一線，東西為柳屯—濮城以東，慶祖集附近也有小范圍滿足Ⅱ類有利區(qū)選區(qū)標(biāo)準(zhǔn)；Ⅲ類有利區(qū)增加了習(xí)城集、橋口附近區(qū)域。

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(責(zé)任編輯：高麗華)

Geological Conditions for Accumulation and Favorable Area Selection of Shale Oil in Mid-submember of Es3 Formation, Northern Dongpu Depression

ZHANG Peng1, ZHANG Jinchuan2, LIU Hong1, HUANG Yuqi1

(1. Department of Mining Engineering, Liupanshui Normal University, Liupanshui, Guizhou 553004, China;2. School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

Abstract:The exploration of the shale oil in the northern part of Dongpu depression is in the early stage and the mid-submember of Es3 formation is the focused research horizon. The paper studied the shale oil enrichment conditions from the aspects of the spatial distribution, organic geochemistry, reservoir characteristics and oiliness of shale. The results show that the shale in deep and semi-deep lacustrine facies of the mid-submember of Es3 in the northern part of Dongpu depression is of great thickness, but there are a lot of sandstone interlays in the shale of the delta facies.WithⅡ1 and Ⅱ2 as the main organic matter types, 0.84% of the average TOC and 0.8%～1.5% of vitrinite reflectance, the organic matter in the mid-submember of Es3 in the northern part of Dongpu depression has reached the stage of maturation-high maturation. Over 50% of the shale mineral in the mid-submember of Es3 is brittle mineral and with intergranular pores, intercrystal pores, secondary dissolution pores, and microfracture as its main types of reservoir pores, few organic pores are found there. The respective oil content of shale is 0.242%, 0.266% and 0.228%,calculated with the chloroform bitumen “A” method, pyrolysis method, and oil saturation method. The favorable target areas for shale oil exploration are controlled by sedimentary facies and the type I favorable areas are mostly located in Pucheng-Wenliu lacustrine deposit area.

Key words:northern Dongpu depression; mid-submember of Es3;shale oil;organic geochemistry characteristics;oiliness; favorable areas

收稿日期：2015-09-21

基金項(xiàng)目：貴州省煤炭綠色開(kāi)采及礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(黔科通(2013)93號(hào))

作者簡(jiǎn)介：張鵬(1986—)，男，山東濟(jì)南人，副教授，博士，主要從事頁(yè)巖油氣的研究工作. E-mail:zhangpeng8611@126.com

中圖分類號(hào)：TE122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-3767(2016)03-0001-07