細(xì)粒沉積巖研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

高晨

摘 要：細(xì)粒沉積巖在沉積學(xué)中是一個相對較薄弱的領(lǐng)域，其研究程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于粗碎屑巖，但隨著頁巖氣以及致密油等非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)，細(xì)粒沉積巖受到廣泛的關(guān)注和研究。文章在結(jié)合國內(nèi)外細(xì)粒沉積巖研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了國內(nèi)細(xì)粒沉積巖在巖石定名、層序劃分、存儲特征及油氣勘探現(xiàn)狀等方面取得的成果，為今后的細(xì)粒沉積巖的研究和非常規(guī)油氣的開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：細(xì)粒沉積巖；研究現(xiàn)狀；非常規(guī)油氣

中圖分類號：P588.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）12-0068-03

Abstract： Fine-grained sedimentary rock is a relatively weak field in sedimentology， and its research degree is far lower than that of coarse clastic rock. But with the exploration and development of unconventional oil and gas such as shale gas and tight oil， fine-grained sedimentary rock has received extensive attention and research. On the basis of the present research situation of fine-grained sedimentary rocks at home and abroad， this paper focuses on the achievements of the domestic fine grain sedimentary rocks in the aspects of rock naming， sequence division， storage characteristics and present situation of oil and gas exploration， etc.， which provides some theoretical basis for future study of fine-grained sedimentary rocks and the development of unconventional oil and gas.

Keywords： fine-grained sedimentary rocks； current research situation； unconventional oil and gas

細(xì)粒沉積巖廣義上是指粒徑小于0.0625mm的長英質(zhì)礦物、粘土礦物、碳酸鹽礦物及其他自生礦物等細(xì)粒沉積物組成的沉積巖[1]。細(xì)粒沉積巖不僅是粒級上的概念，同時還涵蓋了礦物組分、有機(jī)質(zhì)含量、沉積構(gòu)造及沉積環(huán)境等信息。

細(xì)粒巖最早的研究源于17世紀(jì)中葉Hoosen泥巖概念的提出，1853年，Sorby首次通過薄片觀察泥巖的微觀特征，20世紀(jì)20年代，隨著X衍射、掃描電鏡等技術(shù)的引進(jìn)，對礦物顆粒形態(tài)及類型的認(rèn)識由定性向定量轉(zhuǎn)變。20世紀(jì)30年代，Krumbein在進(jìn)行巖石粒度分析時便提出了“細(xì)粒沉積”這一概念，目前業(yè)內(nèi)對細(xì)粒沉積已經(jīng)普遍接受，并廣泛應(yīng)用于非常規(guī)油氣勘探中[2]。通過細(xì)粒巖礦物成因及元素含量分析，可以間接指示古氣候，還原其古環(huán)境等，同時伴隨著頁巖油氣及致密油等非常規(guī)油氣的成功勘探開發(fā)，細(xì)粒沉積巖還存在重要的工業(yè)價值。

1 細(xì)粒沉積巖的研究現(xiàn)狀

1.1 定名及分類

傳統(tǒng)的細(xì)沉積巖類型的劃分以沉積物來源作為其基本類型劃分依據(jù)，如陸源碎屑巖、火山碎屑巖等，再以其成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造作為進(jìn)一步的劃分依據(jù)，如砂巖、粉砂巖、泥巖等，而這種定性的巖石定名方案已無法滿足當(dāng)前細(xì)粒沉積巖的研究需要。

國內(nèi)細(xì)粒沉積巖主要采用“三端元”的分類方法，姜在興[3]等對細(xì)粒沉積巖進(jìn)行了較為詳細(xì)的分類，即以礦物含量的10%，25%和50%分為四類，以粉砂、黏土和碳酸鹽為3個組分端元，參照傳統(tǒng)的沉積巖命名方式，并結(jié)合其礦物含量及沉積構(gòu)造特征，將細(xì)粒沉積巖劃分為粉砂巖、黏土巖、碳酸鹽巖及混合型細(xì)粒沉積巖四類。第四類混合型細(xì)粒沉積巖又可根據(jù)其主要礦物含量劃分為硅質(zhì)碎屑型細(xì)粒沉積巖、碳酸鹽型混合細(xì)粒沉積巖。同時，結(jié)合研究區(qū)特點(diǎn)，還提出了有機(jī)質(zhì)、碳酸鹽和黏土礦物的三端元分類方法。

鄢繼華[3]、周立宏[1]等認(rèn)為上述劃分方案不夠具體，實(shí)際操作也存在一些問題。因此，在姜在興方案的基礎(chǔ)上，引入X射線衍射（XRD）分析。XRD可定量測出礦物組分及含量，是礦物學(xué)研究的重要測試手段之一，而且與巖心描述和薄片鏡下鑒定相比，XRD的數(shù)據(jù)分析更準(zhǔn)確可靠?；趥鹘y(tǒng)的沉積巖命名和分類方法，結(jié)合XRD測試分析數(shù)據(jù)對沉積巖進(jìn)行綜合命名和分類。即三端元、四組分，三端元指碳酸鹽礦物、長英質(zhì)礦物、黏土礦物，四組分除了上述3種礦物類型外，還包括方沸石。采用傳統(tǒng)的命名方法，以方沸石含量的10%和25%為界，決定方沸石是否參與命名。

1.2 層序地層劃分

層序的發(fā)育的控制因素主要有構(gòu)造、古氣候、物源供給、海（湖）平面升降4個參數(shù)的影響，不同的層序格架內(nèi)具有不同的響應(yīng)特征[4]。王廣利等[5]采用分子地層學(xué)對研究區(qū)沉積相的進(jìn)行了精細(xì)劃分，并建立和完善層序地層格架，揭示了古沉積環(huán)境重建中微生物的存在和類型。吳婧等[6]采用礦物成分、巖相、地球化學(xué)、測井曲線及古生物等指標(biāo)來劃分三-四級層序及準(zhǔn)層序。姜在興等[4]以“成因控層”原理為指導(dǎo)，以氣候、相對湖平面及物源輸入3種成分的組合變化來指代層序主控因素的變化及其間的相互作用，結(jié)合巖性組合，劃分出了層序格架，為深水細(xì)粒沉積層序地層分析提供了解決方案。

1.3 存儲特征研究

泥頁巖的存儲特性主要受到礦物組成及巖石類型、有機(jī)質(zhì)類型及豐度、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、成巖作用及埋藏演化等因素影響。

美國對泥頁巖油氣資源的勘探開發(fā)最早，取得了豐碩的成果，最典型的主要有福特沃斯盆地Barnett頁巖、威利斯頓盆地的Bakken頁巖、圣瑪利亞盆地Monterrey頁巖。Barnett頁巖的主要巖性為含條帶硅質(zhì)頁巖，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ，孔隙度為2%～10%，累計(jì)厚度為60-240m，有機(jī)碳含量4%～8%，有機(jī)質(zhì)成熟度0.6%～1.4%。Bakken頁巖根據(jù)巖性可分為三部分：上部頁巖、中部粉砂質(zhì)白云巖或白云巖化粉砂巖和砂巖、下部頁巖。頁巖油的存儲層主要為中部的白云質(zhì)粉砂巖和鈣質(zhì)粉砂巖。其有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ，有機(jī)碳含量7.2%～13%，有機(jī)質(zhì)成熟度0.6～0.9厚度可達(dá)55m，孔隙度為5%～13%，孔隙類型主要為粒間孔、溶蝕孔及裂隙。Monterrey頁巖是一套含藻的硅質(zhì)頁巖，存儲空間主要以裂隙為主[7]。

近年來，我國非常規(guī)油氣的研究和開發(fā)受到了廣泛的關(guān)注，在鄂爾多斯盆地、松遼盆地、四川盆地等相繼發(fā)現(xiàn)了具有工業(yè)價值的非常規(guī)油氣資源。頁巖氣以四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖最為典型。其巖性主要為黑色頁巖，粉砂巖、黑色頁巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主，少量為Ⅱ型。有機(jī)質(zhì)豐度以五峰組黑色頁巖段最高，可達(dá)3%～6%，龍馬溪組黑色頁巖段次之，達(dá)到1%～4%，龍馬溪組上段非黑色頁巖段有機(jī)質(zhì)含量最低，為0.5%～1%。孔隙度為4%～10%，微觀孔隙主要為粒間孔、有機(jī)質(zhì)孔、粒內(nèi)孔及微裂縫，最具油氣意義的是有機(jī)質(zhì)孔和粘土片間孔[8]。鄂爾多斯盆地非常規(guī)油氣主要存儲層位為侏羅系延安組、三疊系延長組、二疊系山西組，其中以延長組的致密油最為典型。延長組優(yōu)質(zhì)烴源巖主要為在盆地廣泛發(fā)育的黑色炭質(zhì)泥頁巖、油頁巖。厚度達(dá)20～60m，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ、Ⅱ1型為主，有機(jī)質(zhì)豐度高，平均可達(dá)13.75%，有機(jī)質(zhì)成熟度一般為0.9%～1.1%[9]。

2 油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

19世紀(jì)20年代初，隨著美國頁巖氣的商業(yè)開采，標(biāo)志著頁巖氣資源的產(chǎn)業(yè)化開采開始[10]，在阿巴拉契亞、密歇根等多個盆地成功地實(shí)現(xiàn)了頁巖氣產(chǎn)量化開采，其48個州的28個盆地或殘留盆地中均有頁巖氣發(fā)現(xiàn)，其頁巖氣可采資源量為18.83萬億立方米。國外非常規(guī)油氣勘探開發(fā)早，基于成熟的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其評價方法以類比法和統(tǒng)計(jì)法為主。國內(nèi)非常規(guī)油氣勘探程度相對較低，一般采用資源豐度類比法及容積法，在勘探程度較高地區(qū)采用資源空間分布預(yù)測法和成藏?cái)?shù)值模擬法這兩種較精細(xì)的評價方法[11]。非常規(guī)油氣的勘探，關(guān)鍵是尋找其“甜點(diǎn)區(qū)”[12]，即分布范圍、厚度達(dá)到一定規(guī)模，優(yōu)質(zhì)烴源巖，存儲成藏條件好等可進(jìn)行優(yōu)先勘探開發(fā)的目標(biāo)區(qū)。非常規(guī)油氣儲集物性差，一般無自然工業(yè)產(chǎn)能，需要采取增產(chǎn)措施和特殊的技術(shù)。經(jīng)過長期的勘探與實(shí)踐，非常規(guī)油氣的開發(fā)已形成了一套高效、成本低、風(fēng)險(xiǎn)大幅降低的核心技術(shù)，包括地震儲集層預(yù)測技術(shù)、水平井鉆井技術(shù)、壓裂技術(shù)、微地震監(jiān)測技術(shù)、平臺式工廠化作業(yè)模式[13]。

3 存在的問題

細(xì)粒沉積是巖石學(xué)中的研究是一個相對較薄弱的領(lǐng)域，仍有很多急需解決的問題：

（1）對于細(xì)粒沉積體系，因其沉積環(huán)境動能相對較小，沉積物源穩(wěn)定，沉積顆粒極細(xì)小、差異小，加大了層序界面、環(huán)境變化及巖性的識別難度。

（2）加強(qiáng)湖盆細(xì)粒沉積與粗粒沉積整體性研究，分析其相互作用機(jī)理，建立不同類型細(xì)粒沉積體系的分布模式[14]。

（3）針對不同類型湖盆細(xì)粒沉積體系，建立不同的成因模式，恢復(fù)其沉積古環(huán)境，分析細(xì)粒沉積巖形成的主控因素及沉積特征。同時可對比海相細(xì)粒沉積巖，探討其儲集空間、油氣賦存狀態(tài)、聚集機(jī)理以及微觀滲流機(jī)制等。

4 細(xì)粒沉積巖發(fā)展趨勢

隨著非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的不斷深入，細(xì)粒沉積體系的研究也將愈來愈深入。未來細(xì)粒沉積巖的研究應(yīng)針對現(xiàn)今細(xì)粒沉積體系中尚未解決的一系列問題，完善其研究方法體系，開展典型湖盆細(xì)粒沉積巖特征與沉積環(huán)境解剖，針對不同的湖盆細(xì)粒沉積體系，建立不同的分布模式，并推測富有機(jī)質(zhì)頁巖的空間分布規(guī)律，推動非常規(guī)油氣的勘探進(jìn)程[2]。隨著全球納米技術(shù)的到來，將形成一些列新的關(guān)鍵技術(shù)，納米油氣透視觀測鏡、納米油氣驅(qū)替劑、納米油氣開采機(jī)器人、納米材料將廣泛應(yīng)用于整個油氣工業(yè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)油氣開采的智能化[13]。從而更好的服務(wù)于油氣勘探開發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周立宏，蒲秀剛，鄧遠(yuǎn)，等.細(xì)粒沉積巖研究中幾個值得關(guān)注的問題[J].巖性油氣藏，2016，28（01）：6-15.

[2]袁選俊，林森虎，劉群，等.湖盆細(xì)粒沉積特征與富有機(jī)質(zhì)頁巖分布模式——以鄂爾多斯盆地延長組長7油層組為例[J].石油勘探與開發(fā)，2015，42（01）：34-43.

[3]鄢繼華，蒲秀剛，周立宏，等.基于X射線衍射數(shù)據(jù)的細(xì)粒沉積巖巖石定名方法與應(yīng)用[J].中國石油勘探，2015，20（01）：48-54.

[4]姜在興，梁超，吳靖，等.含油氣細(xì)粒沉積巖研究的幾個問題[J].石油學(xué)報(bào)，2013，34（06）：1031-1039.

[5]王廣利，王鐵冠，張林曄.濟(jì)陽坳陷古近系湖相沉積的分子地層學(xué)[J].地球科學(xué)（中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)），2008（03）：371-376.

[6]吳靖，姜在興，吳明昊.細(xì)粒巖層序地層學(xué)研究方法綜述[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2015，34（05）：16-20.

[7]梁超.含油氣細(xì)粒沉積巖沉積作用與儲層形成機(jī)理[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2015.

[8]劉樹根，王世玉，孫瑋，等.四川盆地及其周緣五峰組——龍馬溪組黑色頁巖特征[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，40（06）：

621-639.

[9]姚涇利，趙彥德，鄧秀芹，等.鄂爾多斯盆地延長組致密油成藏控制因素[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2015，45（04）：983-992.

[10]竇菲菲.川東龍馬溪組下部頁巖儲層特征研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2014.

[11]宋瀟.鄂爾多斯盆地致密油形成條件研究[D].中國石油大學(xué)（華東），2015.

[12]鄒才能，陶士振，白斌，等.論非常規(guī)油氣與常規(guī)油氣的區(qū)別和聯(lián)系[J].中國石油勘探，2015，20（01）：1-16.

[13]鄒才能，張國生，楊智，等.非常規(guī)油氣概念、特征、潛力及技術(shù)——兼論非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)[J].石油勘探與開發(fā)，2013，40（04）：385-399+454.

[14]張順，陳世悅，蒲秀剛，等.斷陷湖盆細(xì)粒沉積巖巖相類型及儲層特征——以東營凹陷沙河街組和滄東凹陷孔店組為例[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，45（03）：568-581.