松遼盆地長(zhǎng)嶺凹陷白堊系青山口組一段頁(yè)巖油儲(chǔ)集空間類型與富集模式

柳波，孫嘉慧，張永清，賀君玲，付曉飛，楊亮，邢濟(jì)麟，趙小青

（1.東北石油大學(xué)“陸相頁(yè)巖油氣成藏及高效開(kāi)發(fā)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163318；2.中國(guó)石油吉林油田公司，吉林松原 138000）

0 引言

隨著中國(guó)頁(yè)巖氣的成功勘探和規(guī)模開(kāi)發(fā)，對(duì)頁(yè)巖油的勘探開(kāi)發(fā)也展開(kāi)了積極探索[1-5]。松遼盆地白堊系青山口組和嫩江組沉積時(shí)期發(fā)育兩期大規(guī)模湖侵，中央坳陷區(qū)普遍發(fā)育了青山口組一、二段（簡(jiǎn)稱青一、二段），嫩江組一、二段等4套富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，其中青一段頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化程度較高，是近、中期頁(yè)巖油風(fēng)險(xiǎn)勘探的重點(diǎn)層系[6-7]。松遼盆地歷經(jīng) 60余年勘探，目前已全面進(jìn)入非常規(guī)油氣勘探階段[8-10]。2018年以來(lái)，吉林油田加快了青一段頁(yè)巖油的風(fēng)險(xiǎn)勘探[11]，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐取得了重大發(fā)現(xiàn)。但對(duì)頁(yè)巖油富集機(jī)理的認(rèn)識(shí)滯后于勘探實(shí)踐，松遼盆地中央坳陷區(qū)青山口組泥頁(yè)巖發(fā)育的地質(zhì)背景有別于其他盆地，最大差異是這套泥頁(yè)巖形成于大型坳陷陸源碎屑湖盆，具有獨(dú)特的礦物組成和巖性巖相組合。相對(duì)于海相頁(yè)巖而言，陸相頁(yè)巖具有更高的氣候敏感性，導(dǎo)致巖相縱橫向變化較快，硅質(zhì)以陸源碎屑石英為主；相對(duì)于小型斷陷內(nèi)源湖盆群，大型坳陷陸源碎屑湖盆表現(xiàn)為均一的整體沉降，湖底地形簡(jiǎn)單平緩，由于淺水三角洲物源輸入充沛，古水體性質(zhì)以淡水為主，湖盆邊緣主要沉積粗粒和富含碎屑的相帶，在半深湖—深湖區(qū)沉積的頁(yè)巖貧碳酸鹽礦物，為黏土礦物含量較高的純頁(yè)巖。因此，松遼盆地青山口組頁(yè)巖油的勘探難以照搬海相細(xì)粒沉積體系和咸化湖盆混積體系的頁(yè)巖油勘探經(jīng)驗(yàn)，在巖性巖相分析的基礎(chǔ)上，對(duì)大型坳陷陸源碎屑湖盆大面積發(fā)育的半深湖—深湖區(qū)頁(yè)巖開(kāi)展巖相空間展布、儲(chǔ)集空間類型與頁(yè)巖油富集模式研究極為重要。

1 區(qū)域地質(zhì)背景與勘探現(xiàn)狀

松遼盆地青一段沉積時(shí)期發(fā)生了大規(guī)模的水進(jìn)，形成了湖盆廣布、水深可達(dá)半深湖—深湖的大型坳陷湖盆，沉積了厚層富有機(jī)質(zhì)的暗色泥巖和頁(yè)巖。青一段既是該盆地的主力烴源巖層系，也是頁(yè)巖油主要發(fā)育層段[10]。盆地南部青一段主要發(fā)育西部、西南和東南三大物源[12]，周緣砂巖的沉積體范圍及規(guī)模因物源的不同而存在差異。西部物源垂直盆地長(zhǎng)軸，源近流短，終止于大安以西；東南部物源受青山口組沉積早、中期湖盆擴(kuò)張影響，發(fā)育范圍較小；西南部物源總體方向與盆地長(zhǎng)軸近平行，源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，分布于通榆、?？?、長(zhǎng)嶺、乾安一帶（見(jiàn)圖1）。

中央坳陷區(qū)青山口組一段泥頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根為主，有機(jī)質(zhì)豐度高（TOC值為1.0%～6.0%）、熱演化程度較高（Ro值為0.5%～1.3%，平均值為1.05%），是頁(yè)巖油風(fēng)險(xiǎn)勘探的重點(diǎn)層系[6,9]。通過(guò)頁(yè)巖“三品質(zhì)”和“七性關(guān)系”建立的甜點(diǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[11]，按照TOC值大于 2%，S1（游離烴含量）值大于1 mg/g、Ro值大于0.7%、壓力系數(shù)大于1.21，初步落實(shí)該區(qū)頁(yè)巖油有利面積為5 000 km2。受物源和沉積環(huán)境控制，松遼盆地南部由大情字井三角洲前緣—前三角洲亞相至松原—大安深湖亞相形成了區(qū)域穩(wěn)定分布的多個(gè)頁(yè)巖層系，形成了兩類頁(yè)巖油儲(chǔ)集層：①大情字井外前緣夾層型頁(yè)巖油，砂質(zhì)紋層發(fā)育，夾薄層砂巖，單層厚度小于 5 m，砂地比小于 20%；②乾安—大安純頁(yè)巖型頁(yè)巖油，砂巖及砂質(zhì)紋層不發(fā)育，有利面積分別為1 300 km2和3 700 km2。吉林油田開(kāi)展了兩種類型頁(yè)巖油井部署及提產(chǎn)改造試驗(yàn)，實(shí)施壓裂改造后，獲超10 m3/d高產(chǎn)油流，展現(xiàn)了松遼盆地南部頁(yè)巖油良好的勘探開(kāi)發(fā)前景。

2 頁(yè)巖巖相類型

2.1 頁(yè)巖基本特征

松遼盆地南部青一段以泥頁(yè)巖沉積為主，局部區(qū)域發(fā)育薄層砂巖和介形灰?guī)r（見(jiàn)圖2）。泥頁(yè)巖的顏色多為灰黑—黑色，巖心觀察呈現(xiàn)出 3種不同的沉積結(jié)構(gòu)：①破碎明顯，頁(yè)理發(fā)育，沿平行層面裂開(kāi)成薄片狀；②塊狀構(gòu)造，巖石較致密，礦物分布均勻；③毫米級(jí)砂質(zhì)紋層發(fā)育，具有明顯的薄層理（厚0.10～0.01 m）和微層理（厚度小于0.01 m）構(gòu)造。本次研究將發(fā)育頁(yè)理或水平細(xì)層厚度小于0.01 m的微層理、礦物粒度小于62 μm的細(xì)粒沉積巖統(tǒng)稱為頁(yè)巖（見(jiàn)圖2a、圖2b），以區(qū)分均質(zhì)塊狀構(gòu)造的泥巖（見(jiàn)圖2c）。砂巖以淺灰色的細(xì)砂巖為主，巖心觀察呈現(xiàn)出兩種主要沉積構(gòu)造：部分呈塊狀構(gòu)造，亦有部分含有少量泥質(zhì)紋層，可見(jiàn)層理。

圖2 松遼盆地南部1#井青一段綜合柱狀圖（GR—自然伽馬；Rt—電阻率；Δt—聲波時(shí)差；ρ—密度）

南部大情字井地區(qū)頁(yè)巖以含黏土長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖為主，脆性礦物（包括石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽礦物、黃鐵礦）含量為65%～80%，黏土礦物含量為20%～35%。乾安—大安地區(qū)以混合頁(yè)巖和黏土質(zhì)頁(yè)巖為主，脆性礦物含量為40%～65%，黏土礦物含量為35%～60%。黏土礦物以伊蒙混層為主，占黏土礦物總量的 40%～70%，測(cè)算蒙脫石含量約為10%。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度、礦物組成和沉積構(gòu)造具有明顯的關(guān)聯(lián)，隨著黏土礦物含量的增加，巖性從砂巖過(guò)渡為泥頁(yè)巖，泥頁(yè)巖的沉積構(gòu)造從紋層狀、塊狀向頁(yè)狀層理轉(zhuǎn)變（見(jiàn)圖3a），TOC值在黏土礦物含量大于 20%后與之具有明顯的正相關(guān)關(guān)系（見(jiàn)圖3b）。由此，依據(jù)“有機(jī)質(zhì)豐度-礦物成分-沉積構(gòu)造”三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[7]，以TOC值為1%和2%，黏土礦物含量20%，以及對(duì)應(yīng)的沉積構(gòu)造，將青一段劃分為5類巖相：高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相、中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相、中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相、低有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相和低有機(jī)質(zhì)豐度夾層砂巖相（見(jiàn)圖3、圖4）。通過(guò)TOC-HI（氫指數(shù)）的相關(guān)關(guān)系可知（見(jiàn)圖3c），泥頁(yè)巖各類巖相隨著TOC值的增加，HI先快速增加后穩(wěn)定在700 mg/g左右，反映了高有機(jī)質(zhì)薄片狀頁(yè)巖相具有較為單一的生源貢獻(xiàn)，以Ⅰ型干酪根為主；中—低有機(jī)質(zhì)豐度泥頁(yè)巖相則具有較大的HI變化范圍，揭示了混源有機(jī)質(zhì)來(lái)源。低有機(jī)質(zhì)豐度夾層砂巖相HI具有高值特征（大于 400 mg/g），明顯偏離泥頁(yè)巖TOC與HI的變化趨勢(shì)，顯示了運(yùn)移烴對(duì)該指數(shù)的貢獻(xiàn)。

圖3 松遼盆地南部青一段頁(yè)巖黏土礦物含量、有機(jī)質(zhì)豐度類型與沉積構(gòu)造關(guān)系

圖4 松遼盆地南部青一段巖相類型特征對(duì)比

2.2 頁(yè)巖巖相特征

2.2.1 高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相

多為純黑色，質(zhì)地細(xì)致，頁(yè)理發(fā)育，礦物成分以黏土礦物為主，含量一般大于 30%，有機(jī)質(zhì)含量高，TOC值一般大于2%。長(zhǎng)石和石英為泥級(jí)顆粒，含量小于30%，碳酸鹽含量小于20%。鏡下觀察粒級(jí)非常小，比較致密，具有水平微層理構(gòu)造，顯示了礦物和有機(jī)質(zhì)的定向排列（見(jiàn)圖4）。該類巖相在沿松花江新北地區(qū)較為發(fā)育，主要形成于湖侵、高位體系域的靜水沉積環(huán)境。

2.2.2 中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相

顏色主要呈現(xiàn)深灰色，塊狀構(gòu)造，巖石較致密，黏土礦物含量較高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相略有下降，為 25%～35%，有機(jī)質(zhì)含量較高，TOC值一般為1%～2%。石英和長(zhǎng)石含量為60%～75%，碳酸鹽礦物含量小于 15%。鏡下觀察礦物分布均勻，粒級(jí)整體相比高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相較粗，碎屑含量略有增加，形成于沉積速率較快的靜水還原環(huán)境（見(jiàn)圖4）。

2.2.3 中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相

富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)紋層夾貧有機(jī)質(zhì)砂質(zhì)紋層形成微層理構(gòu)造，顏色以深灰色—黑色夾淺灰色紋層為主。從傳統(tǒng)粒級(jí)劃分的角度，此類巖相與粉砂質(zhì)泥巖相似。有機(jī)質(zhì)含量較高，TOC值為 1%～2%。石英和長(zhǎng)石的含量為 65%～90%，碳酸鹽礦物含量小于 15%，黏土礦物含量為 15%～30%。薄片觀察可見(jiàn)明顯的明暗紋層（見(jiàn)圖4）。主要是在季節(jié)性懸浮和底流作用交替沉積的靜水環(huán)境下形成。

2.2.4 低有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相

具砂質(zhì)薄層夾泥質(zhì)紋層形成的微層理構(gòu)造，顏色呈現(xiàn)灰色夾深灰色—黑色紋層，此類巖相與傳統(tǒng)粒級(jí)劃分的泥質(zhì)粉砂巖相似。有機(jī)質(zhì)含量較低，TOC值一般小于1%。石英和長(zhǎng)石含量為65%～90%，碳酸鹽類礦物含量為5%～25%，黏土礦物含量為15%～30%，長(zhǎng)英質(zhì)含量相較于中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相更高。薄片觀察可見(jiàn)砂質(zhì)紋層明顯厚于泥質(zhì)紋層（見(jiàn)圖4），為季節(jié)性懸浮和底流作用交替的偏動(dòng)水環(huán)境下形成。

2.2.5 低有機(jī)質(zhì)豐度夾層砂巖相

主要以淺灰色的塊狀細(xì)砂巖為主，偶見(jiàn)少量泥質(zhì)紋層、炭屑，可見(jiàn)層理。有機(jī)質(zhì)含量低，TOC值一般小于1%。石英和長(zhǎng)石的含量較大，一般可達(dá)85%，碳酸鹽類礦物含量小于10%，黏土礦物的含量小于20%。薄片觀察可見(jiàn)大量的碎屑顆粒散落在基質(zhì)中，碎屑顆粒的粒級(jí)均較粗，一般形成于深水濁積或前三角洲砂體。

2.3 巖相測(cè)井識(shí)別與分布特征

利用常規(guī)測(cè)井資料難以通過(guò)交會(huì)圖版對(duì)頁(yè)巖巖相進(jìn)行有效識(shí)別。本次研究綜合測(cè)井計(jì)算TOC值和自然伽馬、補(bǔ)償密度、補(bǔ)償中子、聲波時(shí)差、深側(cè)向電阻率值，應(yīng)用基于圖像多分辨率聚類分析方法（MRGC）[13]，通過(guò)鄰近指數(shù)和核代表指數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行有序降維，尋找數(shù)據(jù)變化曲線的突變確定最優(yōu)分割數(shù)，有效識(shí)別了青一段巖相。

地質(zhì)分析將TOC值1%、2%分別作為低、中、高有機(jī)質(zhì)豐度的劃分標(biāo)準(zhǔn)后，各巖相的測(cè)井響應(yīng)特征為，高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相具有“三高（聲波時(shí)差、中子孔隙度、深側(cè)向電阻率）一中（自然伽馬）一低（密度）”特征，中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相具有“一高（自然伽馬）四中（聲波時(shí)差、密度、中子孔隙度、深側(cè)向電阻率）”特征，中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相具有“五中（聲波時(shí)差、自然伽馬、密度、中子孔隙度、深側(cè)向電阻率）”特征，低有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相具有“一高（自然伽馬）二中（聲波時(shí)差、中子孔隙度）二低（密度、深側(cè)向電阻率）”特征，低有機(jī)質(zhì)豐度夾層砂巖相具有“四低（聲波時(shí)差、自然伽馬、密度、中子孔隙度）一高（深側(cè)向電阻率）”特征。據(jù)此可見(jiàn)，沿大情字井—乾安—大安自南向北方向（見(jiàn)圖1c），隨著淺水辮狀河三角洲向湖內(nèi)推進(jìn)，水動(dòng)力逐漸減弱，底流陸源輸入逐漸減少，巖相組合類型從三角洲內(nèi)前緣（6#井：中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相夾中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相，發(fā)育夾層砂巖相）、三角洲外前緣（5#井和4#井：青一段中下部以低有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相為主）、半深湖—深湖（3#井和2#井：高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相為主，夾中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相和中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相）亞相漸變過(guò)渡（見(jiàn)圖5）。

圖5 松遼盆地南部青一段南北向巖相剖面（剖面位置見(jiàn)圖1）

從各巖相的平面組合厚度等值線圖也同樣可以認(rèn)識(shí)坳陷型陸源碎屑湖相細(xì)粒沉積體系的巖相充填漸變規(guī)律（見(jiàn)圖6），受南北和西部?jī)纱笪镌摧斎肟刂疲喜课镌匆詼\水辮狀河三角洲為特征，向湖內(nèi)延伸較遠(yuǎn)，砂巖厚度逐漸減薄，在三角洲外前緣主要以低有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相分布為特征（見(jiàn)圖6a）。乾安—大安—帶長(zhǎng)期處于半深湖—深湖沉積區(qū)，三角洲分流間灣以沉積中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相為特征，半深湖內(nèi)廣泛分布中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相，深湖區(qū)主要分布高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相（見(jiàn)圖6b）。不同巖相按前述順序表現(xiàn)出礦物組成、有機(jī)質(zhì)豐度、沉積構(gòu)造連續(xù)變化特征，體現(xiàn)了湖盆整體沉降、水動(dòng)力強(qiáng)度逐漸減弱、從湖岸陸源碎屑供給到湖心碎屑沉積物非補(bǔ)償?shù)嫩晗菪完懺此樾己鑾r性巖相分帶沉積特點(diǎn)。不同類型頁(yè)巖巖相的分布為頁(yè)巖油差異富集提供了物質(zhì)條件。

圖6 松遼盆地南部青一段優(yōu)勢(shì)巖相平面組合厚度等值線圖

3 泥頁(yè)巖儲(chǔ)集物性

青一段泥頁(yè)巖的有效孔隙度為3.4%～8.4%，水平滲透率為（0.01～1.62）×10-3μm2，除中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相具有相對(duì)較高孔隙度（平均值為6.8%，平均值高于其他巖相近 2%）和滲透率（1.2×10-3μm2，平均值高于其他巖相 5～10倍）外，不同巖相間儲(chǔ)集物性參數(shù)差異不明顯。但各巖相儲(chǔ)集空間類型多樣，孔隙結(jié)構(gòu)具有明顯的相控分類特征，為頁(yè)巖油富集提供了有利的儲(chǔ)集條件。

3.1 頁(yè)巖基質(zhì)儲(chǔ)集空間特征

儲(chǔ)集空間分類主要依據(jù)孔隙大小和產(chǎn)狀進(jìn)行定量分析和定性描述[14]。本次研究依據(jù)孔隙成因，將頁(yè)巖油儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間類型分為無(wú)機(jī)孔和有機(jī)孔，其中無(wú)機(jī)孔又分為粒（晶）間孔和粒（晶）內(nèi)孔（見(jiàn)圖7）。

圖7 松遼盆地南部青一段頁(yè)巖油儲(chǔ)集空間

3.1.1 粒（晶）間孔

粒間孔的形狀以狹長(zhǎng)形、多邊形為主，多聚集出現(xiàn)在堅(jiān)硬脆性礦物周圍。由于青一段沉積巖礦物顆粒細(xì)小，粒徑小于62 μm，并且存在大量的塑性礦物，抗壓實(shí)能力差，原生粒（晶）間孔在淺埋藏階段受壓實(shí)作用和后期膠結(jié)作用快速消亡，殘存的粒間孔主要出現(xiàn)在石英等高硬度脆性顆粒之間。后期的酸性流體沿著原生粒（晶）間孔對(duì)周圍礦物產(chǎn)生溶蝕作用，形成溶蝕邊緣孔、粒間溶孔?？紫洞笮》秶鸀?00 nm～3 μm。

3.1.2 粒（晶）內(nèi)孔

粒內(nèi)孔大小范圍為10 nm～1 μm，主要分為礦物結(jié)合體內(nèi)孔和粒內(nèi)溶蝕孔。黏土礦物集合體內(nèi)孔呈片狀與沉積方向平行，黃鐵礦集合體內(nèi)晶間孔發(fā)育，多呈三角形或多邊形，偶見(jiàn)有機(jī)質(zhì)充填孔內(nèi)。粒內(nèi)溶蝕孔主要見(jiàn)于鉀長(zhǎng)石等易溶解礦物顆粒內(nèi)部。

3.1.3 有機(jī)質(zhì)孔

有機(jī)質(zhì)孔多為長(zhǎng)條狀和橢圓狀，可分為有機(jī)質(zhì)邊緣孔（縫）和有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔，孔徑一般較小，大多小于100 nm。

基于掃描電鏡和EDX面掃描的原位自動(dòng)定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（見(jiàn)圖7），松遼盆地南部青一段不同巖相發(fā)育的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集空間類型不同，高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相和中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相黏土礦物含量最高，抗壓實(shí)能力最差，以粒內(nèi)孔為主，平均占比75%。低—中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相由于砂質(zhì)紋層發(fā)育，以粒間孔為主，平均占比80%。低有機(jī)質(zhì)豐度夾層砂巖相由于極少含有黏土礦物和黃鐵礦集合體，粒間孔占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，最高可達(dá)100%。偶見(jiàn)介形蟲(chóng)灰?guī)r，以鈣質(zhì)介殼間、介殼內(nèi)交代碳酸鹽礦物的粒間孔為主，占比為85%。一般認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)孔是頁(yè)巖油氣最為重要的儲(chǔ)集空間類型[15]。但本次研究統(tǒng)計(jì)有機(jī)質(zhì)孔欠發(fā)育，在孔隙中占比最大僅為15%，主要有兩方面的原因：①青一段有機(jī)質(zhì)以Ⅰ型干酪根為主，生烴母質(zhì)為藻類體，在強(qiáng)烈壓實(shí)作用下發(fā)生韌性變性形成層狀藻類體[16]，生烴過(guò)程中產(chǎn)生的孔隙大部分未能保存，僅有少部分受到擠壓呈橢球形、狹縫形；②有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育程度除受到有機(jī)質(zhì)類型影響外，更重要的是受到烴源巖熱演化程度的影響。大量研究認(rèn)為，傾油烴源巖只有當(dāng)Ro值大于1.2%時(shí)（即處在石油裂解期）才會(huì)大量形成有機(jī)質(zhì)孔[17]。松遼盆地南部青一段處在生油高峰，相較于以有機(jī)質(zhì)孔為主要儲(chǔ)集空間的頁(yè)巖，其熱演化程度較低，在此階段下有機(jī)質(zhì)生烴轉(zhuǎn)化后的殘存空間大多數(shù)被瀝青充填而導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)孔較少發(fā)育。

3.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

為綜合表征松遼盆地南部青一段頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)特征，本次研究進(jìn)行了高壓壓汞及低溫氮?dú)馕降穆?lián)合孔徑表征實(shí)驗(yàn)[18]（見(jiàn)圖8），并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分類[19]。

圖8 松遼盆地南部青一段頁(yè)巖油儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)定量表征（V—孔體積，cm3/g；d—孔徑，nm）

第1類孔隙結(jié)構(gòu)主要對(duì)應(yīng)于中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相，等溫線回滯環(huán)為H2型（球形介孔發(fā)育）；毛細(xì)管壓力曲線在壓力100 MPa以上平直段較長(zhǎng)，孔徑小于7.3 nm的孔居多，且退汞量較?。ㄐ∮?0%），仍為球形介孔發(fā)育特征；聯(lián)合孔徑分布特征為孔徑總體小于200 nm，且2～50 nm的介孔占主體部分。

第2類主要為高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相，等溫線回滯環(huán)為H2型（球形介孔發(fā)育），在p/p0趨近于1時(shí)，吸附曲線上揚(yáng)明顯，吸附量較上一類高，這是由于孔徑較大的紋層間縫隙產(chǎn)生吸附作用；毛細(xì)管壓力曲線在壓力100 MPa以上平直段較長(zhǎng)（但短于第1類），孔徑小于7.3 nm的孔居多，且退汞量較小（小于20%），仍反映球形介孔發(fā)育，同時(shí)曲線小于0.02 MPa也有較長(zhǎng)的平直段，為36 μm以上紋層間孔縫大量進(jìn)汞所致；聯(lián)合孔徑分布特征為孔徑總體小于400 nm，且2～50 nm的介孔占主體，同時(shí)在大于10 μm處存在大量紋層間縫隙。

第3類主要對(duì)應(yīng)低—中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相，等溫線回滯環(huán)為H3型，反映片狀顆粒的非剛性聚集體，即砂泥紋層組成的層偶發(fā)育，以狹縫型孔隙為主；毛細(xì)管壓力曲線在壓力40 MPa以上趨于平緩，表明存在著數(shù)量較多的介孔，但小于40 MPa壓力下汞所進(jìn)入的孔隙分選較差，曲線表現(xiàn)為趨于45°上升的斜線；聯(lián)合孔徑分布特征為2～100 μm孔徑的孔連續(xù)發(fā)育，其中孔徑為2～200 nm多為泥質(zhì)紋層內(nèi)孔隙，孔徑200～10 000 nm多為砂質(zhì)紋層內(nèi)孔隙，而大于10 μm多為紋層間縫隙。

第4類主要對(duì)應(yīng)低有機(jī)質(zhì)豐度夾層砂巖相，等溫線回滯環(huán)為H3型，表明孔網(wǎng)主要由大于50 nm的宏孔組成，且沒(méi)有被凝聚物完全填充；毛細(xì)管壓力曲線在大于1 MPa后趨于平緩，表明樣品宏孔較多且主體分布在小于735 nm的區(qū)間，而大于735 nm的大孔非常少；聯(lián)合孔徑分布特征為100～1 000 nm大小的孔徑最多，宏孔發(fā)育。

3.3 孔隙連通非均質(zhì)性

數(shù)字巖心孔隙結(jié)構(gòu)三維連通性模型分析進(jìn)一步證實(shí)，沉積結(jié)構(gòu)影響下的巖相類型對(duì)頁(yè)巖油儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)具有明顯控制作用（見(jiàn)圖9）。中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相孔隙形態(tài)多呈橢球形，單個(gè)孔隙體積小，多數(shù)孔隙呈分散狀，彼此孤立不連通（見(jiàn)圖9a）。高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相層理縫發(fā)育明顯（見(jiàn)圖9b），低—中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相孔隙形態(tài)呈片狀分布，是由砂質(zhì)紋層中細(xì)粒的石英、長(zhǎng)石和方解石等剛性礦物顆粒順層理定向排列形成的孔隙空間，連通性較好（見(jiàn)圖9c）。分別順著和垂直于層理面方向測(cè)量覆壓條件下紋層狀頁(yè)巖相的滲透率變化，在10～21 MPa圍壓條件下水平滲透率為（0.1～1.0）×10-3μm2，垂直滲透率為（0.000 06～0.003 00）×10-3μm2，水平滲透率是垂直滲透率的100～1 000倍。垂直滲透率隨圍壓的變化幅度具有“兩段式”特征，斜率先大后小，推測(cè)水平微裂縫閉合壓力為12～15 MPa（見(jiàn)圖9d）。

圖9 松遼盆地頁(yè)巖油儲(chǔ)集層孔隙三維連通性分析（a、b、c圖左圖為數(shù)字巖心孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，用球和管分別代表孔隙和喉道，顏色表示孔隙和喉道的相對(duì)大小；右圖為數(shù)字巖心體素模型，不同的顏色代表不同的連通孔隙簇）

綜上所述，薄片狀頁(yè)巖相和塊狀泥巖相由于富含黏土礦物，以介孔為主，基質(zhì)儲(chǔ)集物性較差，但薄片狀頁(yè)巖相由于頁(yè)理縫發(fā)育改善了其儲(chǔ)集物性。紋層狀頁(yè)巖相具有相對(duì)較為發(fā)育的宏孔，同時(shí)在紋層界面存在一定數(shù)量的層理縫，具有孔縫二元孔隙結(jié)構(gòu)特征，水平滲透率較高，夾層砂巖相宏孔最為發(fā)育。

4 頁(yè)巖油成藏機(jī)理及富集條件

4.1 頁(yè)理型頁(yè)巖油富集模式

4.1.1 薄片狀頁(yè)理形成機(jī)理

青山口組沉積時(shí)期發(fā)生了大規(guī)模的湖侵作用，松遼盆地南部的沉積中心位于長(zhǎng)嶺凹陷，長(zhǎng)期穩(wěn)定的深湖沉積使得青山口組沉積速率慢，有機(jī)質(zhì)豐度高，水平層理發(fā)育。頁(yè)巖在深湖環(huán)境下不斷沉積壓實(shí)，形成了相對(duì)封閉的流體環(huán)境，有機(jī)質(zhì)和黏土礦物等韌性物質(zhì)定向排列成層。有機(jī)質(zhì)處于成熟階段，產(chǎn)生的大量烴類流體排出受阻，在長(zhǎng)嶺凹陷青一段形成異常超壓，地層壓力一般為25～32 MPa。嫩江組—明水組沉積期末，盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，扶新隆起帶部分區(qū)域被抬升，通過(guò)Ro與埋藏深度的關(guān)系恢復(fù)抬升量最大可達(dá)600 m。構(gòu)造抬升導(dǎo)致的物理變化主要體現(xiàn)在泥頁(yè)巖變形方式的改變[20-21]和構(gòu)造裂縫的產(chǎn)生[22-23]。抬升導(dǎo)致偏韌性的巖石轉(zhuǎn)化為脆性[21,24]，有效應(yīng)力逐漸減小，泥巖處于超固結(jié)狀態(tài)，從而產(chǎn)生破裂[25]。由于先存水平層理發(fā)育，順層排列的有機(jī)質(zhì)和其他碎屑礦物的尖端效應(yīng)促使裂縫橫向擴(kuò)展，形成大量層理縫（見(jiàn)圖10）。根據(jù) 1#井和 3#井的測(cè)井和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算青一段頁(yè)巖所處的地質(zhì)應(yīng)力條件，兩口井由于青一段發(fā)育的異常壓力和構(gòu)造抬升，目前流體壓力已達(dá)頁(yè)巖破裂的臨界壓力。依據(jù)原油在地層條件下的壓縮系數(shù)和現(xiàn)今殘余超壓值計(jì)算，由于水力破裂形成的層理縫可使頁(yè)巖儲(chǔ)集空間體積擴(kuò)容 1.0～1.2倍，折合約增加孔隙度2%～3%。

圖10 松遼盆地南部構(gòu)造反轉(zhuǎn)區(qū)青一段頁(yè)巖應(yīng)力條件及層理縫形成示意圖

4.1.2 薄片狀頁(yè)巖相和塊狀泥巖相地球化學(xué)及含油性差異

薄片狀頁(yè)巖相的TOC值為2%～6%，TOC值大于2.0%的巖相占比達(dá) 73%，以高有機(jī)質(zhì)含量為特征；塊狀泥巖相TOC值為1%～4%，TOC值大于2.0%的巖相僅占 12%，以中等有機(jī)質(zhì)含量為特征。頁(yè)巖相在熒光薄片下表現(xiàn)為較強(qiáng)的淡藍(lán)色熒光，且顯示主要見(jiàn)于頁(yè)理面上，通過(guò)二維核磁共振實(shí)驗(yàn)測(cè)得的含油飽和度可達(dá)80%，平均含油飽和度為54%，含油量可達(dá)5 μL/g；泥巖相在熒光薄片下幾乎無(wú)熒光顯示，局部見(jiàn)微弱的暗黃色熒光，含油飽和度一般小于 20%，含油量一般小于 2 μL/g。由此可見(jiàn)，在陸源碎屑紋層欠發(fā)育的前提下，薄片狀頁(yè)巖相是頁(yè)巖油富集的有利巖相，塊狀泥巖相為具有封隔作用的頂?shù)装甯魧印?/p>

4.1.3 “頁(yè)理型”頁(yè)巖油富集模式

與常規(guī)油氣相比，頁(yè)巖油氣具有“源儲(chǔ)一體”且“連續(xù)成藏”特征[26]。乾安—大安純頁(yè)巖型頁(yè)巖油有利巖相為高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相，頁(yè)巖油富集模式為：青一段烴源巖大量生排烴時(shí)期為嫩江組—明水組沉積末期[27]，此時(shí)是受東南向擠壓的構(gòu)造反轉(zhuǎn)時(shí)期[28]，構(gòu)造反轉(zhuǎn)導(dǎo)致部分T2斷層復(fù)活，造成青一段頁(yè)巖壓力系數(shù)增加促進(jìn)層理縫形成[29]，同時(shí)由于應(yīng)力釋放產(chǎn)生構(gòu)造裂縫。因此，“頁(yè)理型”頁(yè)巖油富集依然需要物性致密、突破壓力高的中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相起到頂?shù)装宸馍w作用。

勘探實(shí)踐同樣表明，深湖區(qū)頁(yè)巖油富集與頁(yè)理縫密切相關(guān)，以下兩個(gè)實(shí)例可以提供佐證：①早在1999年以前，有 6口井在青山口組一段的泥頁(yè)巖中獲工業(yè)油流（1.70～6.55 t/d），因在泥巖中見(jiàn)顯示且有自然產(chǎn)能被認(rèn)為是裂縫性油氣藏[20]。目前頁(yè)巖油取心均顯示裂縫和層理縫內(nèi)普遍含油。②青一段底部（T2反射界面）發(fā)育大量的南北向小斷層且具有“V”字型密集成帶特征，老井試油結(jié)果表明，位于斷裂密集帶內(nèi)部純頁(yè)巖型頁(yè)巖油井具有比較高的產(chǎn)能，而鉆井位于斷裂密集帶之外產(chǎn)能較低。這些勘探結(jié)果說(shuō)明，斷裂活動(dòng)伴生大量構(gòu)造裂縫改造頁(yè)巖，同時(shí)深湖泥巖在晚期構(gòu)造抬升作用下促成頁(yè)理縫形成，形成有利的儲(chǔ)集空間，有利于頁(yè)巖油富集。然而，從松遼盆地南部頁(yè)巖油與常規(guī)油氣平面分布的“互補(bǔ)”規(guī)律來(lái)看，當(dāng)斷裂伴生裂縫密度較高時(shí)，反轉(zhuǎn)期活動(dòng)的斷裂成為油氣垂向運(yùn)移的通道，又不利于頁(yè)巖油富集。因此，具有超低滲透塊狀泥巖相作為頂?shù)装宸飧魧?、保存條件好壓力系數(shù)高、高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相發(fā)育的特定相序位置和區(qū)帶是該類頁(yè)巖油富集的條件。

4.2 紋層型頁(yè)巖油富集模式

中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖雖然有機(jī)質(zhì)豐度適中，相比薄片狀頁(yè)巖相有機(jī)質(zhì)豐度略低，但由于砂質(zhì)紋層發(fā)育，水平滲透率較高，有機(jī)質(zhì)含量中等，具有較好的生烴潛力，整體基質(zhì)儲(chǔ)集物性好于薄片狀頁(yè)巖相和塊狀泥巖相，具有微—毫米尺度源儲(chǔ)薄互層組合特征。

4.2.1 紋層狀頁(yè)巖相形成環(huán)境

砂質(zhì)紋層型頁(yè)巖常發(fā)育于三角洲前緣沉積環(huán)境。青山口組沉積是盆地整體下沉、湖盆的首次擴(kuò)張和其后收縮條件下的沉積，伴隨著湖平面波動(dòng)升降，三角洲外前緣由于周期性的深湖變遷和頻繁的底流活動(dòng)，常發(fā)育波痕交錯(cuò)層理和平行層理，使泥質(zhì)紋層和砂質(zhì)紋層交替沉積[30]。

4.2.2 紋層狀頁(yè)巖礦物組成與儲(chǔ)集物性特征

通過(guò)QEMSCAN對(duì)紋層狀頁(yè)巖的原位礦物分析結(jié)果表明，該巖相礦物總體以石英（含量為32.86%）、伊利石（含量為 27.52%）為主，次為鈉長(zhǎng)石（含量為18.93%），鉀長(zhǎng)石（含量為 3.41%），方解石（含量為2.61%，見(jiàn)圖11）。其中砂質(zhì)紋層中，石英含量為34.47%，伊利石含量為22.87%，鈉長(zhǎng)石含量為20.83%，鉀長(zhǎng)石含量為3.43%，方解石含量為2.38%，相對(duì)于全巖長(zhǎng)英質(zhì)含量有所提升；泥質(zhì)紋層則以伊利石（含量為39.46%）為主，次為石英（含量為 25.31%），鈉長(zhǎng)石含量為17.03%，鉀長(zhǎng)石含量為 2.42%，黃鐵礦含量為2.27%。掃描分辨率為2.5 μm時(shí)，通過(guò)CT掃描對(duì)兩種不同類型的孔隙結(jié)構(gòu)分析表明，砂質(zhì)紋層計(jì)算孔隙度為4.247%，平均孔半徑為3.801 μm，孔隙數(shù)量30 090個(gè)，孔隙總體積為17.91×106μm3，喉道平均長(zhǎng)度29.54 μm，連通體積占比為8.882%；泥質(zhì)紋層計(jì)算孔隙度為2.114%，平均孔半徑為3.496 μm，孔隙數(shù)量25 066個(gè)，孔隙總體積為 8.92×106μm3，喉道平均長(zhǎng)度為 30.16 μm，連通體積占比為5.829%。

圖11 松遼盆地南部青一段紋層狀頁(yè)巖微區(qū)礦物分布與孔隙結(jié)構(gòu)

總體而言，砂質(zhì)紋層為長(zhǎng)英質(zhì)，石英長(zhǎng)石含量大于60%，粒徑為1～60 μm，以微米孔隙為主，孔喉半徑為1～3 μm，平均占40%（28.4%～63.3%）；泥質(zhì)紋層為黏土質(zhì)，石英長(zhǎng)石含量小于 45%，石英長(zhǎng)石粒徑小于 5 μm，以納米孔隙為主，孔喉半徑為 100～300 nm，平均占60%（36.7%～71.6%）。

4.2.3 “紋層型”頁(yè)巖油富集模式

激光共聚焦熒光三維可視化分析表明（見(jiàn)圖12），細(xì)粒碎屑礦物顆粒間的含油性較好，依據(jù)熒光性有機(jī)流體對(duì)孔隙的占位作用反映，粒間孔連片分布且具有較好連通性。依據(jù)熒光波譜特性，可將熒光有機(jī)質(zhì)分為輕質(zhì)（熒光波譜為前峰型）和重質(zhì)組分（熒光波譜為后峰型）分別進(jìn)行三維表征和定量統(tǒng)計(jì)[10]。紋層狀頁(yè)巖中的輕質(zhì)組分主要賦存于由細(xì)粒的長(zhǎng)石和和石英形成的紋層中，含油率為12.64%，輕質(zhì)組分所賦存的孔隙孔徑分布具有雙峰特征，前峰位于5～8 μm，后峰位于40～50 μm。說(shuō)明青一段埋深進(jìn)入生油窗后，泥質(zhì)紋層中的有機(jī)質(zhì)大量轉(zhuǎn)化成烴，微距運(yùn)移至與其緊密疊覆、孔滲性更好的砂質(zhì)紋層，具有原地滯留微運(yùn)移富集特征。泥質(zhì)紋層含油率僅為4.3%，輕質(zhì)組分所占據(jù)的孔徑分布具有前單峰（2～5 μm）特征。此外，相較于泥質(zhì)紋層，砂質(zhì)紋層中頁(yè)巖油的輕質(zhì)組分與重質(zhì)組分比高達(dá)2.65，具有更高的流動(dòng)性。

圖12 激光共聚焦原油輕重組分分布圖

針對(duì)大情字井三角洲外前緣紋層型頁(yè)巖油的部署，實(shí)施了直井分層縫網(wǎng)壓裂，均獲得工業(yè)油流，目前已穩(wěn)定試采 200余天，展現(xiàn)了效益開(kāi)發(fā)的潛力。建產(chǎn)區(qū)平面分布緊鄰青一段致密砂巖油，具有致密油-紋層型頁(yè)巖油連片分布的特征。按照沉積環(huán)境控制下的頁(yè)巖巖相充填序列，不同類型的非常規(guī)油以及頁(yè)巖油的不同富集模式具有連續(xù)成藏的特征（見(jiàn)圖13）。

圖13 松遼盆地南部青一段淡水湖盆巖相充填序列與頁(yè)巖油富集模式

5 頁(yè)巖油有利區(qū)帶分布

據(jù)松遼盆地南部的沉積相展布特征、優(yōu)質(zhì)烴源巖分布特征、地層壓力特征、優(yōu)勢(shì)巖相分布特征以及構(gòu)造抬升的影響，優(yōu)選出頁(yè)理型與紋層型兩種頁(yè)巖油有利發(fā)育區(qū)域（見(jiàn)圖14）。根據(jù)頁(yè)理型和紋層型兩種頁(yè)巖油富集條件，劃分了 3個(gè)頁(yè)巖油有利勘探區(qū)帶，分別是頁(yè)理型有利區(qū)、頁(yè)理+紋層型有利區(qū)和紋層型有利區(qū)（見(jiàn)圖14）。

圖14 松遼盆地南部青一段頁(yè)巖油有利區(qū)分布

頁(yè)理型頁(yè)巖油有利區(qū)主要分布在扶新隆起帶的西北部，主要發(fā)育高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相，依據(jù)壓力系數(shù)大于1.2、優(yōu)勢(shì)巖相厚度（高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相）大于40 m、TOC值大于3%、石英含量大于30%圈定的有利區(qū)，其具有高有機(jī)質(zhì)豐度、高壓力系數(shù)、中低成熟度（Ro值為 0.6%～0.9%）、脆性指數(shù)低于紋層型頁(yè)巖油的特征。紋層型頁(yè)巖油分布在大安地區(qū)以及大情字井外前緣，主要發(fā)育中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相。依據(jù)壓力系數(shù)大于1.0、優(yōu)勢(shì)巖相厚度（高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相+中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相）大于45 m、TOC值為1%～2%、石英含量大于30%圈定的有利區(qū)，其具有中有機(jī)質(zhì)豐度、中壓力系數(shù)（1.0～1.2），中高成熟度（Ro值為0.85%～1.20%）、礦物含量脆性指數(shù)均高于頁(yè)理型頁(yè)巖油的特征。大安地區(qū)是頁(yè)理型有利區(qū)與紋層型有利區(qū)中間的過(guò)渡地帶，具有高有機(jī)質(zhì)豐度（大于 2%）、中壓力系數(shù)（大于 1.0）、中成熟度（Ro值為0.65%～1.00%）、脆性指數(shù)在頁(yè)理型與紋層型之間的特征，其中巖相主要發(fā)育高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相和中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀泥巖相，優(yōu)勢(shì)巖相厚度大于50 m，為頁(yè)理型和紋層型頁(yè)巖油共同富集的有利區(qū)。

不同頁(yè)巖油富集模式有利區(qū)帶的分布展現(xiàn)了松遼盆地南部青一段蘊(yùn)藏著豐富的頁(yè)巖油資源，極具戰(zhàn)略意義。但各區(qū)地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)不同，亟需積極探索各類巖相頁(yè)巖油儲(chǔ)集層適用的增產(chǎn)改造技術(shù)，強(qiáng)化地質(zhì)工程一體化技術(shù)攻關(guān)，明確合理開(kāi)發(fā)方式，加快實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油資源的效益動(dòng)用。

6 結(jié)論

依據(jù)“有機(jī)質(zhì)豐度-礦物成分-沉積構(gòu)造”將松遼盆地南部青一段劃分為高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相、中有機(jī)質(zhì)豐度塊狀泥巖相、中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相、低有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相、低有機(jī)質(zhì)豐度夾層砂巖相五大類。不同巖相類型儲(chǔ)集物性差異明顯，塊狀泥巖以球形孤立孔隙零星分布為特征，儲(chǔ)集物性最差，高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相由于頁(yè)理縫的發(fā)育改善了物性條件，紋層狀頁(yè)巖相發(fā)育的水平層理使孔隙網(wǎng)絡(luò)呈條帶狀分布于粗碎屑紋層內(nèi)，在層理縫的溝通條件下定向連通性好。夾層砂巖相宏孔比例最高。在長(zhǎng)期穩(wěn)定的深湖沉積環(huán)境，沉積速率較慢，巖相以高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相為主。該類巖相受構(gòu)造反轉(zhuǎn)抬升，頁(yè)理縫極其發(fā)育，其中納米級(jí)孔隙與層理縫是油氣儲(chǔ)集的重要場(chǎng)所。高有機(jī)質(zhì)豐度薄片狀頁(yè)巖相發(fā)育的特定相序具有超低滲透塊狀泥巖相作為頂?shù)装宸飧魧樱４鏃l件好，壓力系數(shù)高，有利于形成“頁(yè)理型”頁(yè)巖油。在深湖的周期性沉積變遷背景下，泥質(zhì)紋層有機(jī)質(zhì)富集，砂質(zhì)紋層粒間宏孔發(fā)育并且定向連通，即巖相以中有機(jī)質(zhì)豐度紋層狀頁(yè)巖相為主。當(dāng)該類巖相整體處于生油窗時(shí)，生成的石油微運(yùn)移原地滯留富集，有利于形成“紋層型”頁(yè)巖油。