鄂爾多斯盆地東南部延長(zhǎng)組七段頁(yè)巖發(fā)育特征及勘探潛力

谷志宇，劉恩濤，王香增，李榮西，許家省，周 豹

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）海洋學(xué)院，湖北武漢 430074；2.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西西安 710075；3.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西西安 710054；4.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北武漢 430030）

鄂爾多斯盆地東南部地區(qū)在中生代廣泛發(fā)育海陸過(guò)渡相沉積，發(fā)育分布穩(wěn)定且厚度較大的泥質(zhì)巖系，形成一套具有充足生烴潛力的沉積巖，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的地質(zhì)演化形成良好的生油巖，具有豐富的頁(yè)巖氣資源。延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司于2008年開(kāi)始對(duì)鄂爾多斯盆地東南部地區(qū)進(jìn)行陸相頁(yè)巖氣資源勘探，發(fā)現(xiàn)盆地內(nèi)部延長(zhǎng)組陸相頁(yè)巖層系具備良好的頁(yè)巖氣成藏條件，具有相當(dāng)規(guī)模的頁(yè)巖氣資源量。2011 年中國(guó)第1 口陸相頁(yè)巖氣井（柳評(píng)177 井）取得重大勘探突破，獲得工業(yè)氣流，顯示出鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組具有巨大的頁(yè)巖氣勘探潛力［1-2］。

中外學(xué)者對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁(yè)巖的地質(zhì)背景、成藏條件及富集規(guī)律等進(jìn)行了大量的研究工作，但是針對(duì)盆地東南部長(zhǎng)七段頁(yè)巖的研究較少，對(duì)其頁(yè)巖發(fā)育特征缺乏系統(tǒng)研究，頁(yè)巖氣勘探潛力不明確。楊超等研究表明，頁(yè)巖發(fā)育粒間孔、粒內(nèi)孔、晶間孔、溶蝕孔、有機(jī)孔及微裂縫6 種微觀孔隙類型，其中黏土礦物集合體粒間孔和層間粒內(nèi)孔對(duì)頁(yè)巖氣的賦存和運(yùn)移貢獻(xiàn)最大［3］。姜呈馥等認(rèn)為研究區(qū)長(zhǎng)七段頁(yè)巖氣勘探資源潛力巨大，志丹-甘泉一線西南部為頁(yè)巖氣勘探的有利目標(biāo)［4］。王香增等總結(jié)出鄂爾多斯盆地中生界陸相頁(yè)巖氣的地質(zhì)特征，并采用容積法估算長(zhǎng)七段頁(yè)巖氣總資源量為5 318.27×108m3［5］。王永煒等認(rèn)為盆地?zé)嵫莼町愋?、低熟油氣生成機(jī)理以及生烴期古地層壓力研究等是解決鄂爾多斯盆地頁(yè)巖氣勘探地質(zhì)研究的關(guān)鍵理論問(wèn)題［6］。程玉群等認(rèn)為延長(zhǎng)組頁(yè)巖氣的成因?yàn)槠噘|(zhì)型烴源巖熱解形成的原油伴生氣［7］。綜上所述，前人對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)主要參照傳統(tǒng)的油氣資源評(píng)價(jià)方法，僅考慮總有機(jī)碳含量（TOC）、鏡質(zhì)組反射率（Ro）和脆性礦物含量等有限的參數(shù)，且以往研究通常以整個(gè)長(zhǎng)七段為研究對(duì)象，評(píng)價(jià)精度不夠，不能準(zhǔn)確地反映出長(zhǎng)七段內(nèi)部各層系勘探潛力的差異性。

近年來(lái)，國(guó)際上有許多關(guān)于頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)方法及參數(shù)的探討和報(bào)道，強(qiáng)調(diào)多參數(shù)、多角度精細(xì)評(píng)價(jià)，但在中國(guó)頁(yè)巖氣勘探中應(yīng)用較少。例如，JARVIE 等提出了頁(yè)巖氣五項(xiàng)星狀圖來(lái)評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣潛力，綜合考慮各種儲(chǔ)層參數(shù)，可以準(zhǔn)確揭示頁(yè)巖氣勘探潛力的主要影響因素［8］。ALEXANDER等通過(guò)在星狀圖中引入陰影區(qū)來(lái)構(gòu)建頁(yè)巖油氣窗［9］。BURNAMAN 等認(rèn)為有利的頁(yè)巖氣層系須具備高TOC值和一定的單層頁(yè)巖厚度（至少約為45 m），以此來(lái)確定水力壓裂的垂直作用范圍［10］。AN?NA 等首次在星狀圖中引入多頁(yè)巖地層數(shù)據(jù)，用于對(duì)比不同地區(qū)頁(yè)巖氣勘探潛力的差異性［11］。中國(guó)針對(duì)頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)主要按照傳統(tǒng)的油氣資源評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)參數(shù)有限，效果不理想，不能滿足頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)需要，為此，筆者選用國(guó)際上最新提出的巖相法和五項(xiàng)指標(biāo)法，從頁(yè)巖的生氣潛力、儲(chǔ)氣潛力和開(kāi)發(fā)潛力3個(gè)方面對(duì)鄂爾多斯盆地東南部長(zhǎng)七段頁(yè)巖進(jìn)行評(píng)價(jià)，并綜合2 種方法獲得的分析結(jié)果，確定有利勘探潛力層段，以期為鄂爾多斯盆地頁(yè)巖氣靶區(qū)優(yōu)選提供新思路。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北板塊，為經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加的殘余克拉通盆地，其地層以單斜形式向西傾斜［3］。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部，區(qū)域上為傾角小于1°的平緩西傾單斜構(gòu)造（圖1）。三疊系延長(zhǎng)組為湖泊-三角洲沉積，地層厚度大，發(fā)育一套完整的陸相湖泊沉積體系。盆地三疊紀(jì)延長(zhǎng)組的沉積過(guò)程也是湖盆出現(xiàn)、發(fā)展至消亡的過(guò)程，自長(zhǎng)十段至長(zhǎng)七段沉積時(shí)期反映出湖泊從生成到鼎盛階段的全過(guò)程［12］。

在長(zhǎng)七段沉積時(shí)期，盆地受構(gòu)造作用影響，湖盆擴(kuò)張至最大，主要發(fā)育深湖-半深湖沉積。巖性主要為灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)砂泥巖互層，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理。長(zhǎng)七段頂面埋深從西部定邊地區(qū)近2 400 m 向東逐漸變淺，在甘泉—直羅地區(qū)埋深為1 500～1 800 m，埋深差異約為900 m，頁(yè)巖頂面埋深為800～900 m，呈現(xiàn)出東高西低的特征［2］。

2 頁(yè)巖發(fā)育特征

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

圖1 鄂爾多斯盆地東南部長(zhǎng)七段頂面構(gòu)造特征Fig.1 Tectonic characteristics of top surface of Chang7 Member in the southeast of Ordos Basin

鄂爾多斯盆地東南部地化測(cè)試資料表明，長(zhǎng)七段頁(yè)巖的TOC值為1.76%～5.88%，平均為3.24%，表現(xiàn)出中等偏高的特征；Ro值主要為0.51%～1.25%，平均為1.02%；高有機(jī)質(zhì)成熟度頁(yè)巖主要分布于吳堡-馬家砭-張家灣一帶，Ro值一般大于1.1%，并以此為中心向東北、西南方向成熟度逐漸降低［13］。以上數(shù)據(jù)證實(shí)，鄂爾多斯盆地東南部長(zhǎng)七段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)處于成熟階段，具有較強(qiáng)的生排烴能力［14-16］。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

顯微組分鑒定結(jié)果顯示，腐泥組所占比例最大，平均質(zhì)量占比為42.1%；殼質(zhì)組次之，平均質(zhì)量占比為36.8%；惰質(zhì)組一般不發(fā)育。根據(jù)范氏圖，長(zhǎng)七段頁(yè)巖的H/C原子比較高，平均值為0.9；O/C原子比較低，平均值為0.05，樣品主要落在Ⅱ1型干酪根區(qū)域，僅有3 個(gè)樣品落入Ⅱ2型干酪根區(qū)域。頁(yè)巖樣品熱解分析結(jié)果顯示，長(zhǎng)七段頁(yè)巖的氫指數(shù)偏低，為50～400 mg/g；最高熱解峰溫為349～459 ℃，平均為442 ℃；降解率為5.5%～42%。綜合以上分析認(rèn)為，研究區(qū)長(zhǎng)七段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型干酪根為主。

2.3 頁(yè)巖厚度

在晚三疊世早期，鄂爾多斯盆地處于湖盆發(fā)育期，發(fā)育三角洲-河流相沉積。三大湖盆的沉積中心位于吳堡、馬家砭和張家灣附近，最大沉積厚度依次為80，120 和110 m，且頁(yè)巖有效厚度以此為中心向東北、西南兩側(cè)逐漸變薄。但研究區(qū)東部的沉積厚度變化較明顯，安塞-延安一線的頁(yè)巖厚度低至10 m 以下，而西邊吳起一帶頁(yè)巖厚度仍有40 m［17-19］。

2.4 儲(chǔ)集特征

全巖X 射線衍射分析結(jié)果顯示，研究區(qū)長(zhǎng)七段頁(yè)巖礦物成分主要為石英、長(zhǎng)石和黏土礦物，少量的碳酸鹽和黃鐵礦。其中石英含量為18%～44%，平均為32.4%；長(zhǎng)石含量為7%～44%，平均為19.8%；黏土礦物含量為37%～71%，平均為58.6%；碳酸鹽含量平均為5%，黃鐵礦含量平均為0.6%。對(duì)不同頁(yè)巖樣品的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)差異性較大（圖2）［20-21］。礦物組成會(huì)影響頁(yè)巖的可壓裂性、孔裂隙發(fā)育程度及氣體吸附性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：石英和長(zhǎng)石等脆性礦物含量高，有利于后期壓裂改造形成裂縫；膨脹性黏土礦物不利于后期儲(chǔ)層的壓裂改造，也不利于后期壓裂注水開(kāi)發(fā)等增產(chǎn)措施的實(shí)施［22-23］。

與中國(guó)陸相頁(yè)巖包括川西坳陷須五段頁(yè)巖、黃驊坳陷沙河街組頁(yè)巖、川東北自流井組頁(yè)巖和濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組頁(yè)巖礦物組成的對(duì)比結(jié)果（圖3，表1）表明，受沉積環(huán)境、物源和成巖作用影響，研究區(qū)長(zhǎng)七段頁(yè)巖具有高黏土礦物、低石英、低碳酸鹽礦物的組成特征，與川西坳陷須五段頁(yè)巖部分儲(chǔ)層相似［24-32］。

圖2 鄂爾多斯盆地東南部長(zhǎng)七段頁(yè)巖礦物組成分布Fig.2 Mineral composition distribution of shale in Chang7 Member in the southeast of Ordos Basin

圖3 中國(guó)主要含油氣盆地陸相頁(yè)巖礦物組成對(duì)比Fig.3 Ternary plot for mineral compositions of continental shale in main oil and gas bearing basins of China

頁(yè)巖的儲(chǔ)集物性主要受孔隙度、滲透率、儲(chǔ)層厚度及裂縫等因素影響，與常規(guī)儲(chǔ)層相比，頁(yè)巖的儲(chǔ)層物性往往更差，且即使在不同陸相頁(yè)巖儲(chǔ)層內(nèi)，其物性差距也十分明顯（表1）。MONTGOMERY等總結(jié)了大量分析測(cè)試成果，認(rèn)為美國(guó)主要產(chǎn)氣頁(yè)巖儲(chǔ)層巖心的總孔隙度為2.0%～14.0%，測(cè)井孔隙度為4.0%～12.0%，平均為5.2%；滲透率一般小于0.l mD，平均喉道半徑小于0.005 mm［33］。而中國(guó)陸相頁(yè)巖之間的孔隙度和滲透率參數(shù)相差巨大，孔隙度主要為0.5%～13.6%，滲透率主要為0.000 1～18 mD；其中，延長(zhǎng)組頁(yè)巖巖心的物性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其孔隙度的變化范圍較大，為0.5%～3.5%，平均為1.82%；滲透率為0.005 l～6 mD，平均為0.163 mD，為典型的低孔低滲透儲(chǔ)層［6，33-34］。

雖然研究區(qū)長(zhǎng)七段頁(yè)巖自身的儲(chǔ)集物性較差，但其發(fā)育多種微觀孔隙類型，以粒內(nèi)孔和粒間孔為主，少量有機(jī)孔，孔隙直徑一般小于0.005 mm，孔隙之間具有較好的連通性。除孔隙之外，裂縫也會(huì)極大地影響儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能和后期改造能力。研究區(qū)主要發(fā)育微裂隙，這些裂縫必將在改善頁(yè)巖儲(chǔ)集物性及后期壓裂改造過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

表1 中國(guó)主要含油氣盆地陸相頁(yè)巖發(fā)育特征Table1 Distribution and characteristics of continental shale in main oil and gas bearing basins of China

3 勘探潛力

與常規(guī)油氣勘探技術(shù)將頁(yè)巖段作為均質(zhì)層看待不同的是，頁(yè)巖油氣勘探往往需要更精細(xì)地研究頁(yè)巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能、有機(jī)地化參數(shù)和油氣富集方式等方面的差異變化，以明確頁(yè)巖油氣有利發(fā)育層段?；诔Ｒ?guī)測(cè)井資料，對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)七段頁(yè)巖進(jìn)行小層對(duì)比，根據(jù)巖心觀察和錄井資料開(kāi)展精細(xì)頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)，將研究區(qū)長(zhǎng)七段頁(yè)巖分為11層，分別命名為N1—N11（表2）。

頁(yè)巖氣勘探主要考慮3 個(gè)關(guān)鍵因素，即頁(yè)巖的含氣性、儲(chǔ)氣性和工業(yè)可開(kāi)發(fā)性。頁(yè)巖含氣性與生氣潛力息息相關(guān)，只有具備生氣潛力的頁(yè)巖才具有形成大規(guī)模頁(yè)巖氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)；頁(yè)巖儲(chǔ)氣性影響著頁(yè)巖氣的聚集與賦存；而頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)離不開(kāi)壓裂這一增產(chǎn)手段，其中礦物成分，特別是石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽等脆性礦物的含量是影響頁(yè)巖可壓裂性的主要因素［35］。筆者根據(jù)巖相法和五項(xiàng)指標(biāo)法評(píng)價(jià)出研究區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)最有利層段，即利于生氣、儲(chǔ)氣且易于開(kāi)發(fā)的層段，以此作為勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)層段［36］。

3.1 巖相法評(píng)價(jià)

與北美地區(qū)頁(yè)巖氣和四川盆地龍馬溪組海相頁(yè)巖氣不同，鄂爾多斯盆地頁(yè)巖屬于陸相湖盆頁(yè)巖，其巖相復(fù)雜、相變快、非均質(zhì)性強(qiáng)，且不同巖相儲(chǔ)集性能和生烴能力差異較大。因此，須進(jìn)行巖相研究，以明確有利巖相類型及分布，為頁(yè)巖油氣“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

近年來(lái)，在北美頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中針對(duì)頁(yè)巖巖相學(xué)進(jìn)行了大量研究，WANG 等利用巖心測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)井曲線將北美地區(qū)Marcellus頁(yè)巖識(shí)別出8個(gè)頁(yè)巖巖相，借此來(lái)判斷頁(yè)巖氣的儲(chǔ)氣潛力等［37-38］（圖4）。頁(yè)巖氣的主要成分為游離氣和吸附氣，天然氣可以游離態(tài)儲(chǔ)存于頁(yè)巖天然裂縫和粒間孔隙中，也可吸附于干酪根和黏土顆粒表面，故需從2 個(gè)方面考慮儲(chǔ)層儲(chǔ)氣能力的決定性因素［39-41］。為此，綜合考慮孔隙結(jié)構(gòu)和黏土礦物對(duì)儲(chǔ)氣能力的影響，通過(guò)頁(yè)巖的TOC、脆性礦物（石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽等）含量和黏土礦物相對(duì)含量等，將研究區(qū)頁(yè)巖劃分為深色富有機(jī)質(zhì)脆性頁(yè)巖、深色富有機(jī)質(zhì)塑性頁(yè)巖、灰色脆性頁(yè)巖和灰色塑性頁(yè)巖共4 種巖相類型，并對(duì)其儲(chǔ)氣能力進(jìn)行評(píng)價(jià)［42］。

深色富有機(jī)質(zhì)脆性頁(yè)巖是指脆性礦物含量高（達(dá)45%）、TOC值大于2.5%的頁(yè)巖。高TOC值反映高生烴潛力，而脆性礦物含量高則有利于頁(yè)巖儲(chǔ)層發(fā)育良好的孔隙和喉道，有利于頁(yè)巖氣的儲(chǔ)存與運(yùn)輸，所以深色富有機(jī)質(zhì)脆性頁(yè)巖被認(rèn)為是頁(yè)巖氣的高儲(chǔ)氣潛力層段。深色富有機(jī)質(zhì)塑性頁(yè)巖富含黏土礦物和有機(jī)質(zhì)，其中黏土礦物含量超過(guò)55%，TOC值大于1%；由于其具有較高的黏土礦物含量，孔隙與喉道被黏土礦物堵塞，導(dǎo)致儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率大幅降低，難以儲(chǔ)氣，而后期又很難通過(guò)水力壓裂建立大范圍的人工裂縫網(wǎng)絡(luò)，因此儲(chǔ)氣潛力一般?；疑嘈皂?yè)巖以高脆性礦物含量和低TOC值為特征，其脆性礦物含量一般大于25%，TOC值小于1%，有利于壓裂，但有機(jī)質(zhì)豐度低，生烴潛力低，因此儲(chǔ)氣潛力一般?；疑苄皂?yè)巖的黏土礦物含量大于55%，TOC值小于1%，有機(jī)質(zhì)豐度低，黏土礦物含量高，孔隙度和滲透率低，頁(yè)巖氣勘探潛力低，勘探開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)盡量避免鉆遇該類型［37-38］。例如研究區(qū)延頁(yè)12井長(zhǎng)七段N1—N11層頁(yè)巖，基于上述巖相學(xué)分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該井進(jìn)行巖相學(xué)分類，其中，N2—N10層因TOC值高、黏土礦物含量低被劃分為深色富有機(jī)質(zhì)脆性頁(yè)巖，即為高儲(chǔ)氣潛力層段（表2）。

表2 延頁(yè)12井長(zhǎng)七段頁(yè)巖勘探潛力評(píng)價(jià)結(jié)果Table2 Exploration potential evaluation of shale in Well YY12 of Chang7 Member

圖4 頁(yè)巖巖相法評(píng)價(jià)流程（據(jù)文獻(xiàn)［37-38］修改）Fig.4 Flowchart of shale petrographic analysis（Modified from References［37-38］）

3.2 五項(xiàng)指標(biāo)法評(píng)價(jià)

筆者采用五項(xiàng)指標(biāo)法來(lái)評(píng)價(jià)生氣潛力和開(kāi)發(fā)潛力。五項(xiàng)指標(biāo)法是利用頁(yè)巖氣的各項(xiàng)發(fā)育特征參數(shù)，如TOC，Ro和吸附氣比例等指標(biāo)構(gòu)建五項(xiàng)星狀圖，進(jìn)而判定其生氣或儲(chǔ)氣潛力。只有當(dāng)樣品的五項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)等于或大于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，才表明該頁(yè)巖達(dá)標(biāo)，具備形成工業(yè)化頁(yè)巖氣藏的潛力；如果其中任一項(xiàng)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)（即低于標(biāo)準(zhǔn)），則表明該頁(yè)巖勘探潛力有限，為無(wú)潛力層段［43］。

3.2.1 生氣潛力

頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)首先需確定其生氣潛力，具備生氣潛力的頁(yè)巖是勘探開(kāi)發(fā)的前提，即具備形成天然氣條件、且已形成天然氣的頁(yè)巖，其中賦存的天然氣才能被開(kāi)發(fā)利用。對(duì)于不具備生氣潛力，達(dá)不到生氣條件的頁(yè)巖，即使其物性再好、頁(yè)巖厚度再大、可壓裂性再好，也不具備頁(yè)巖氣勘探的條件。因此，頁(yè)巖生氣潛力評(píng)價(jià)是頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)的先決條件和首要任務(wù)［42］。

基于鄂爾多斯盆地東南部實(shí)際情況，結(jié)合中國(guó)陸相頁(yè)巖氣指標(biāo)選取標(biāo)準(zhǔn)，確定生氣潛力五項(xiàng)指標(biāo)為吸附氣比例、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率、氣體干燥系數(shù)、TOC和Ro，進(jìn)而繪制延長(zhǎng)組頁(yè)巖五項(xiàng)指標(biāo)星狀圖（圖5）。與其他中國(guó)陸相頁(yè)巖相比，研究區(qū)長(zhǎng)七段頁(yè)巖Ro值相對(duì)較低，而其中有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率、氣體干燥系數(shù)等指示熱演化程度的指標(biāo)相對(duì)較高，吸附氣比例相差較小（圖5a）。綜合分析中國(guó)主要含油氣盆地陸相頁(yè)巖發(fā)育特征，認(rèn)為研究區(qū)長(zhǎng)七段頁(yè)巖氣生氣潛力指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)為：TOC值大于2.5%，Ro值大于1.0%，吸附氣比例大于55%，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率大于65%，氣體干燥系數(shù)大于70%。由圖4 可以看出，研究區(qū)大部分長(zhǎng)七段頁(yè)巖樣品的投影點(diǎn)均落于標(biāo)準(zhǔn)陰影區(qū)之外，表明其延長(zhǎng)組頁(yè)巖的熱演化程度較高，具有較好的生氣潛力。

將研究區(qū)長(zhǎng)七段N1—N11 層頁(yè)巖樣品進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)，計(jì)算各層的五項(xiàng)指標(biāo)平均值，分別投影至星狀圖中，觀察各層樣品五項(xiàng)指標(biāo)是否均同時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。結(jié)果（圖5b，表2）表明，N1，N3，N5—N10共8層均為高生氣潛力層段。

3.2.2 開(kāi)發(fā)潛力

作為一種非常規(guī)資源，頁(yè)巖儲(chǔ)層通常具有極低的孔隙度和滲透率，在沒(méi)有自然裂縫或人工壓裂的情況下難以開(kāi)發(fā)利用［35］。從工業(yè)開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，水力壓裂增產(chǎn)措施是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)不可缺少的技術(shù)，而水力壓裂效果受儲(chǔ)層性質(zhì)影響。因此，評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層的勘探潛力，需對(duì)其可壓裂開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖5 延頁(yè)12井長(zhǎng)七段頁(yè)巖生氣潛力五項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比Fig.5 Five-index method for evaluating gas generation potential of shale in Well YY12 of Chang7 Member

開(kāi)發(fā)潛力的五項(xiàng)指標(biāo)更多地借鑒北美頁(yè)巖氣勘探成果。頁(yè)巖開(kāi)發(fā)潛力受多種因素影響，選取頁(yè)巖的厚度、脆性礦物含量、地層壓力系數(shù)、TOC和Ro五項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成星狀圖，確定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)陰影區(qū)（圖6a），進(jìn)行頁(yè)巖開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)。其中，頁(yè)巖的厚度決定其生烴能力，影響頁(yè)巖氣的經(jīng)濟(jì)效益，是頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)；頁(yè)巖中的石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽等脆性礦物含量與可壓裂性相關(guān)，脆性礦物含量高，有利于水力壓裂及后期改造；TOC值控制頁(yè)巖氣的生成和賦存狀態(tài)，與頁(yè)巖氣含量也有密切關(guān)系；成熟度是控制頁(yè)巖產(chǎn)氣能力和產(chǎn)物組成的重要因素。

圖6 延頁(yè)12井長(zhǎng)七段頁(yè)巖開(kāi)發(fā)潛力五項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比Fig.6 Five-index method for evaluating development potential of shale in Well YY12 of Chang7 Member

結(jié)合北美頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)成果和中國(guó)主要陸相頁(yè)巖發(fā)育特征，認(rèn)為頁(yè)巖開(kāi)發(fā)潛力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為：TOC值大于2.5%，Ro值大于1.0%，厚度大于55 m，地層壓力系數(shù)大于0.8，脆性礦物含量大于55%。由圖5a 可以看出，研究區(qū)延長(zhǎng)組頁(yè)巖與中國(guó)其他陸相頁(yè)巖的五項(xiàng)指標(biāo)星狀圖具有明顯差別，除TOC和地層壓力系數(shù)相對(duì)較高之外，其余三項(xiàng)指標(biāo)均小于中國(guó)其他陸相頁(yè)巖的平均值［44-48］。與生氣潛力分層評(píng)價(jià)類似，將研究區(qū)長(zhǎng)七段N1—N11 層樣品分層統(tǒng)計(jì)，計(jì)算各層五項(xiàng)指標(biāo)平均值，分別投影至星狀圖中。結(jié)果（圖6b，表2）表明，N2—N7，N9—N10 共9 層頁(yè)巖樣品的開(kāi)發(fā)潛力達(dá)標(biāo)，均為高開(kāi)發(fā)潛力層段。

3.3 綜合潛力評(píng)價(jià)

采用五項(xiàng)指標(biāo)法和巖相法對(duì)頁(yè)巖的生氣性、儲(chǔ)氣性和易開(kāi)采性3 個(gè)方面進(jìn)行勘探潛力評(píng)價(jià)，獲得結(jié)果具有一定的差異性。五項(xiàng)指標(biāo)法更趨向于研究區(qū)內(nèi)參數(shù)平均值的篩選，而巖相法剔除了厚度的影響因素，著重針對(duì)精細(xì)層位的勘探潛力評(píng)價(jià)。綜合來(lái)看，五項(xiàng)指標(biāo)法和巖相法共同評(píng)價(jià)出的最有利層段是通過(guò)各項(xiàng)參數(shù)評(píng)價(jià)出的利于生氣、儲(chǔ)氣、易于開(kāi)采的頁(yè)巖層段。將2種方法所得出的有利層段進(jìn)行疊加，優(yōu)選出最終的高勘探潛力層段。綜合2種方法的各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，要求高勘探潛力層段需達(dá)到各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，而其余未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的層段皆為低勘探潛力層段（表2，圖7）。其中，N3（埋深為1 615.8～1 617.9 m）、N5（埋深為1 622.2 m～1 623.7 m）、N6（埋深為1 627.4～1 629.3 m）、N7（埋深為1 632.6～1 634.3 m）和N10（埋 深 為1 651.9～1 654.1 m）層評(píng)價(jià)為高勘探潛力層段。自2011 年中國(guó)石油在研究區(qū)內(nèi)針對(duì)長(zhǎng)七段進(jìn)行勘探開(kāi)發(fā)，攻克了一批“卡脖子”技術(shù)難題，形成了適用于頁(yè)巖油氣的勘探開(kāi)發(fā)配套技術(shù)，其中N3 和N7 層被列為開(kāi)發(fā)重點(diǎn)層。2019年這2個(gè)重點(diǎn)層新增探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量為3.58×108t、預(yù)測(cè)石油地質(zhì)儲(chǔ)量為6.93×108t，目前正在建設(shè)百萬(wàn)噸級(jí)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)示范區(qū)。由此可以看出，本次研究所采用的勘探潛力評(píng)價(jià)方法具有很強(qiáng)的科學(xué)性和合理性，可以從生氣性、儲(chǔ)氣性和易開(kāi)采性等方面較為全面地反映出頁(yè)巖氣的勘探潛力，該方法可以在其他區(qū)域的頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)中推廣應(yīng)用。研究區(qū)頁(yè)巖評(píng)價(jià)結(jié)果也顯示，N5（埋深為1 622.2～1 623.7 m）、N6（埋深為1 627.4～1 629.3 m）、N10（埋深為1 651.9～1 654.1 m）層可能為未來(lái)研究區(qū)頁(yè)巖氣取得突破的重點(diǎn)層，應(yīng)引起重視。

圖7 延頁(yè)12井延長(zhǎng)組頁(yè)巖勘探潛力評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.7 Five-index method for evaluating exploration potential of shale in Well YY12 of Chang7 Member

4 結(jié)論

鄂爾多斯盆地東南部長(zhǎng)七段頁(yè)巖主要礦物為黏土礦物、石英、長(zhǎng)石及少量碳酸鹽和黃鐵礦，其礦物組成具有較強(qiáng)的差異性。有機(jī)地化分析結(jié)果顯示，研究區(qū)頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型（偏腐泥型）干酪根為主，TOC值為1.76%～5.88%，最高熱解峰溫為349～459 ℃，降解率為5.5%～42%，Ro值為0.5%～1.5%。儲(chǔ)層孔隙度的變化范圍較大，為0.5%～3.5%，平均為1.82%；滲透率為0.005 1～6.0 mD，平均為0.163 mD，屬于低孔低滲透儲(chǔ)層。

筆者提出一種多角度多參數(shù)綜合評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣勘探潛力的方法。在有機(jī)地化、礦物組成及儲(chǔ)層特征分析的基礎(chǔ)上，綜合采用巖相法和五項(xiàng)指標(biāo)法，從生氣潛力、儲(chǔ)氣潛力和開(kāi)發(fā)潛力3 個(gè)方面進(jìn)行頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)。巖相法用于評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)氣能力，根據(jù)TOC、脆性礦物含量和黏土礦物含量，將頁(yè)巖劃分為深色富有機(jī)質(zhì)脆性頁(yè)巖、深色富有機(jī)質(zhì)塑性頁(yè)巖、灰色脆性頁(yè)巖和灰色塑性頁(yè)巖4種類型；其中，深色富有機(jī)質(zhì)脆性頁(yè)巖的勘探潛力最高，為高儲(chǔ)氣潛力頁(yè)巖。五項(xiàng)指標(biāo)法用于評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣生氣潛力和開(kāi)發(fā)潛力，分別采用吸附氣比例、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率、氣體干燥系數(shù)、TOC和Ro來(lái)評(píng)價(jià)生氣潛力。再通過(guò)選取頁(yè)巖的厚度、脆性礦物含量、地層壓力系數(shù)、TOC和Ro五項(xiàng)指標(biāo)來(lái)判定頁(yè)巖的開(kāi)發(fā)潛力。將2 種方法獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，優(yōu)選出5 個(gè)最有利的頁(yè)巖油氣勘探層段。最新勘探成果證實(shí)，N3和N7層為高產(chǎn)層段，顯示出該評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性和合理性，應(yīng)具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值。