吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖含油性評價及控制因素

張一帆 查明 丁修建 郭旭光 何文軍 蔣中發(fā) 高興

摘? 要：準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁巖是我國典型的湖相液態(tài)烴頁巖之一，具有豐富的頁巖油資源。為研究準噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖含油性及控制因素，以吉174井鉆井巖心為主要研究對象，結合相鄰井的巖心分析資料，通過頁巖地球化學分析和物性分析評價蘆草溝組頁巖含油性，指出吉174井“甜點段”并分析其控制因素。結果表明：①吉174井烴源巖有機質豐度高、有機質類型為Ⅰ和Ⅱ型，處于低熟晚期階段;烴源巖巖性復雜，石英、長石等脆性礦物含量較高;②采用氯仿瀝青“A”含量、熱解參數(shù)S1和油飽和指數(shù)（OSI）開展蘆草溝組頁巖含油性評價，分析總結吉174井有3個“甜點段”，頁巖油潛力好，2號和3號“甜點段”含油性較好;③吉174井蘆草溝組頁巖含油性主要受優(yōu)質烴源巖、物性較好的儲層和泥頁巖厚度綜合控制。

關鍵詞：頁巖油;含油性評價;吉木薩爾凹陷;蘆草溝組;控制因素

近幾十年來，隨著油氣勘探開發(fā)的深入，勘探重點由“源外”逐步轉為“源內”[1]，以頁巖油為代表的非常規(guī)油氣為國內外研究熱點。目前，蘆草溝組頁巖油地質資源總量約25.5×108 t，理論上可采資源量約4.16×108 t，技術可采資源量約0.40×108 t，主要富集于吉30井、吉174井、吉251井等附近[1]。姜在興等認為富有機質頁巖有效厚度不小于15 m[2]。吉木薩爾凹陷在縱向上具薄互層特征，前人建立的中國頁巖油有利區(qū)篩選標準并不適用[3]。為此，本文以吉木薩爾凹陷蘆草溝組為研究目標，以頁巖油富集區(qū)內吉174井為主，基于地質資料與地球化學資料，以氯仿瀝青“A”、S1和OSI等參數(shù)對蘆草溝組頁巖含油性進行綜合評價，總結蘆草溝組頁巖含油性控制因素。

1? 區(qū)域地質概況

吉木薩爾凹陷處于準噶爾盆地東部隆起的西南部，是東部隆起的二級構造帶（圖1）[5]。位于準噶爾盆地東部地區(qū)的吉木薩爾凹陷地層發(fā)育較復雜，以早—中海西期褶皺為基底，沉積了從上石炭統(tǒng)至第四系比較全的巨厚沉積蓋層。受構造、沉積物供給、氣候等因素影響，吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組形成一套巖性較細的淺湖-深湖相沉積[6]。巖性主要為白云巖、粉細砂巖、泥巖和灰?guī)r4大類，具巖性多變、礦物成分多樣、過渡性巖類多和薄互層分布為主的特點[7]。蘆草溝組具2.5個三級旋回，進一步細分成6個地層單元，烴源巖主要發(fā)育在[P2l2]和[P2l5]，也是潛在頁巖油“甜點段”（圖1）[8-10]。

2? 蘆草溝組巖石學特征和地球化學特征

2.1? 巖石學特征

蘆草溝組巖石類型主要有泥巖類、碳酸鹽巖類、粉-細砂巖類及少量其他巖類（圖2-（a），圖3）。由于沉積環(huán)境和物源特征變化，不同巖層段巖石類型及組合存在較大不同。發(fā)育交錯層理、波狀層理、透鏡狀層理等構造。礦物類型包括石英、長石（斜長石、鉀長石）、碳酸鹽類礦物（方解石、鐵白云石）、黏土礦物、黃鐵礦、赤鐵礦、方沸石、菱鐵礦以及濁沸石等（圖2-（c））。石英、長石和碳酸鹽巖礦物含量高，黏土礦物含量低，斜長石含量遠高于鉀長石，巖石類型及組合規(guī)律具極復雜特點。

2.2? 地球化學特征

蘆草溝組烴源巖巖性主要為泥巖類和灰?guī)r類。泥巖類有機質豐度最高，TOC分布范圍為0.08%～19.01%，S1+S2分布范圍為0.03～254.43 mg/g，屬好烴源巖（圖4）。有機質類型主要以Ⅰ型和Ⅱ型為主，Ⅲ型較少（圖5），是最有利于生油的有機質類型。烴源巖有機質顯微組分以腐泥組和殼質組為主，含量大于60%，惰質組含量非常低，小于10%[7]。吉174井烴源巖鏡質體反射率（Ro）值分布在0.78%～0.95%，平均0.87%（圖6），已進入富集頁巖油窗[11]，處于低成熟-成熟階段。

3? 蘆草溝組頁巖含油? ? ? ?性評價

3.1? 氯仿瀝青“A”和熱解參數(shù)S1

氯仿瀝青“A”和熱解參數(shù)S1常用來代表頁巖油量，直觀地表征頁巖含油性，其值越高，表明頁巖含油性越好[12]。據(jù)盧雙舫等提出的頁巖油資源分級標準[11]，以TOC值大于2.0%、氯仿瀝青“A”值大于0.4%和S1值大于2.0 mg/g為頁巖油富集資源標準下限，可分別得到吉174井有62.6%、58.2%和13.6%的樣品達到標準（表1）。整體來說，蘆草溝組整體頁巖含油性中等，蘆草溝組下段含油性較好。吉174井在[P2l4]和[P2l5]存在兩個較好甜點段（2號與3號甜點段），[P2l2]存在一個比前面兩個甜點段差的甜點段（1號甜點）。

3.2? 油飽和度指數(shù)OSI

Jarvie提出的油飽和度指數(shù)（OSI=S1/TOC×100）可估算頁巖的可采含油量。當OSI>100 mg/gTOC時，通常認為頁巖具產(chǎn)油能力[13]。由圖6可見，[P2l4]和[P2l5]中OSI出現(xiàn)一個較高值區(qū)域（3 254～3 335 m）。

利用OSI-Tmax圖解對蘆草溝組泥頁巖進行含油級別判識[14]。由圖7可見，吉174井OSI值范圍較大（n=265），據(jù)判別標準[14]，有小部分樣品（n=28）達到具頁巖油潛力的含油級別，油飽和指數(shù)高達到335。資料顯示“下甜點段”含油飽和度平均值為69%[8]，可驗證[P2l5]含油性較好?？傊?，垂向上吉174井[P2l4]和[P2l5]頁巖含油性較好，[P2l2]次之，其他段頁巖含油性較差。

4? 頁巖含油性主控因素

4.1? 烴源巖有機質特征保障產(chǎn)油能力

吉174井蘆草溝組有較多有效烴源巖[15]，有機質豐度整體較好，以Ⅰ型和Ⅱ型為主，烴源巖處于成熟-高成熟演化階段，具有利于生油的烴源巖條件。甜點段與非甜點段有機質豐度差距較大，1號“甜點段”TOC平均值3.17%，2號“甜點段”TOC平均值3.57%，最大值15.51%，3號“甜點段”TOC平均值為3.71%，最大值11.63%。非甜點段烴源巖TOC均值為2.88%，非甜點段烴源巖有機質豐度明顯低于甜點段。油飽和度指數(shù)OSI存在3個高值區(qū)（圖6），證明吉174井蘆草溝組有較好的頁巖油潛力（圖7）。

當頁巖有機質豐度高時，同時具有較高的排烴能力。如具有Ⅰ型干酪根烴源巖的湖相頁巖具較高的生油能力和較高的驅油能力。高排油效率可能導致Ⅰ型干酪根頁巖中殘余油含量較低[16]。蘆草溝組有機質類型主要以Ⅰ型和Ⅱ型為主?？紤]到蘆草溝組致密油含量較高[7]，不排除頁巖油經(jīng)過一次運移和二次運移導致頁巖含油量下降的可能。

4.2? 儲層特征提供儲油空間? ? ? ? ?及運移通道

蘆草溝組整體物性中等，儲層非均質性特征明顯，屬混合型頁巖儲層。蘆草溝組具石英、長石和碳酸鹽巖等脆性礦物含量高、黏土礦物含量低特點（圖2-（c））。蘆草溝組普遍發(fā)育超壓[7]，具發(fā)育大量微裂超壓頁巖儲層的條件[17]，有利于頁巖保持異常高的孔隙和頁巖油儲集[18]?！疤瘘c段”有效孔隙度范圍為1.1%～26.5%，均值8.4%?！疤瘘c段”滲透率范圍0.01×10-3～11.5×10-3 μm2，均值0.5×10-3 μm2，屬優(yōu)質的頁巖油儲層[17]。

4.3? 厚層泥頁巖夾薄層砂、碳酸鹽巖沉積特征有利? ? ? ? ? 頁巖油保存

吉174井烴源巖段垂向上沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)沉積相交替變化情況[19]。因此，烴源巖段普遍沉積厚層泥頁巖夾薄層砂巖和碳酸鹽巖層，這種高有機質豐度的泥頁巖和與其臨近的相對高孔隙度、低有機質豐度的砂巖、碳酸鹽巖和泥頁巖均可形成有利的頁巖油儲蓋組合，有利于頁巖油富集。同時，厚層泥頁巖對排烴作用有較大影響。普遍認為厚層泥頁巖超過14 m時不利于排烴[20]。吉174井蘆草溝組2號和3號“甜點段”泥頁層巖段厚度大于20 m（圖6），遠超過排烴限制范圍，是最有利于滯留烴的區(qū)域，有效提高了泥頁巖含油量。

5? 結論

（1） 吉木薩爾凹陷蘆溝草組沉積了一大套巖性較復雜的細?；旆e巖。通過井資料分析發(fā)現(xiàn)，吉174井蘆草溝組主要巖性有泥巖類、灰?guī)r類、粉砂巖類、砂巖類及白云巖類，巖石類型和組合差別較大，脆性礦物含量較高。烴源巖TOC多大于2.0%，（S1+S2）一半以上大于6 mg/g，屬較好的烴源巖。地層中泥巖相對碳酸鹽巖而言，是更好的烴源巖;有機質類型以Ⅰ、Ⅱ型干酪根為主，僅有少量Ⅲ型，烴源巖處于主生油階段;泥頁巖總體處于低-成熟階段，有利于大量生成液態(tài)烴。該區(qū)有效烴源巖的發(fā)育為頁巖油的富集提供了物質基礎。

（2） 吉174井蘆草溝組有3個“甜點段”：[P2l2]發(fā)育1號“甜點段”，[P2l4]下部和[P2l5]上部發(fā)育2號“甜點段”，[P2l5]下部發(fā)育3號“甜點段”。2號和3號“甜點段”含油性較好，具頁巖油潛力，1號“甜點段”較前兩者差一些。

（3） 吉174井蘆草溝組頁巖含油性受烴源巖有機質特征、儲層特征、脆性礦物和厚層泥頁巖夾薄層砂、碳酸鹽巖沉積特征綜合控制，形成有利的生儲蓋組合，保障了頁巖含油性。

致謝：在本文完成過程中，中國石油大學（華東）地球科學與技術學院資源系曲江秀副教授給予了悉心指導，在此表示感謝！

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