準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組頁(yè)巖油賦存特征與影響因素

楊智峰，唐 勇，郭旭光，黃立良，王子強(qiáng)，趙辛楣

(1.中國(guó)石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；3.中國(guó)石油 新疆油田分公司 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆 克拉瑪依 834000)

1 研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，世界范圍內(nèi)頁(yè)巖油作為儲(chǔ)量豐富的非常規(guī)資源，逐漸成為勘探與開發(fā)的熱點(diǎn)，并受到世界各國(guó)的高度重視。中國(guó)陸相頁(yè)巖油資源潛力巨大，前景廣闊[1-3]，其主要分布于中國(guó)東部松遼盆地白堊系[4]與渤海灣盆地古近系[5-6]、中部鄂爾多斯盆地三疊系[7-10]、四川盆地侏羅系[11-12]與西部準(zhǔn)噶爾盆地二疊系[13-14]等陸相湖盆地層中。本文將儲(chǔ)層厚度小于5 m，儲(chǔ)地比小于50%，賦存于頁(yè)巖及其互層共生致密儲(chǔ)層中，且未經(jīng)過大規(guī)模運(yùn)移的石油統(tǒng)稱為頁(yè)巖油，需利用水平鉆井、多級(jí)壓裂與原位改質(zhì)技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)開采。

頁(yè)巖油的賦存狀態(tài)評(píng)價(jià)及其影響因素分析，是中國(guó)陸相湖盆非常規(guī)勘探與開發(fā)領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題[15-18]。目前關(guān)于頁(yè)巖油賦存狀態(tài)的研究主要包括有機(jī)地球化學(xué)、巖心核磁共振、分子動(dòng)力學(xué)模擬與場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡等多種方法[19-21]。有機(jī)地球化學(xué)分析被較早地應(yīng)用于頁(yè)巖油微觀賦存狀態(tài)的定量表征與分析研究中[22-23]。巖心核磁共振主要包括一維核磁共振與二維核磁共振技術(shù)，諸多學(xué)者基于低場(chǎng)核磁共振T2弛豫譜分析技術(shù)，開展孔隙度、滲透率、可動(dòng)流體體積與孔徑分布等巖石實(shí)驗(yàn)[24-25]。由于一維核磁T2譜中存在流體信號(hào)重疊的問題，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者針對(duì)一維核磁T2譜的缺陷提出二維核磁實(shí)驗(yàn)方法[26-30]。與一維核磁相比，T1—T2二維譜增添了T1的馳豫信息，流體分辨能力得以提高。一般來(lái)說(shuō)T1/T2比值反映流體的流動(dòng)性，比值越大，流動(dòng)性越差[31]。分子動(dòng)力學(xué)模擬是近些年來(lái)發(fā)展的新興技術(shù)，不少學(xué)者應(yīng)用該方法研究頁(yè)巖儲(chǔ)集空間中液態(tài)烷烴的賦存狀態(tài)與形成機(jī)理[32-34]。國(guó)內(nèi)也有學(xué)者綜合應(yīng)用低溫氮?dú)馕脚c場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡等技術(shù)，探索頁(yè)巖油的賦存機(jī)制[35-36]?，敽枷荻B系風(fēng)城組大面積展布的云質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層緊鄰廣覆式優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育，縱向上疊置連片，無(wú)明顯的圈閉和蓋層，烴源巖生成的油氣直接充注進(jìn)入到儲(chǔ)集層中。

一些學(xué)者從宏觀上概括與總結(jié)了風(fēng)城組頁(yè)巖油的地質(zhì)特征[37-39]，但目前瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油勘探尚處于起步階段，其微觀賦存狀態(tài)及影響因素研究仍比較薄弱，嚴(yán)重制約了準(zhǔn)噶爾盆地非常規(guī)領(lǐng)域下一步的勘探部署。頁(yè)巖儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、微納米孔隙發(fā)育，單一實(shí)驗(yàn)方法很難完整有效地定量表征頁(yè)巖油的儲(chǔ)集空間與賦存狀態(tài)。有機(jī)地球化學(xué)分析、巖心核磁共振與分子動(dòng)力學(xué)模擬方法可實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油賦存狀態(tài)與含量的精細(xì)表征，但缺乏原油的直接觀測(cè)與分析。掃描電鏡法能夠直接觀察孔隙形貌特征與孔隙內(nèi)原油的賦存狀態(tài)，但不能實(shí)現(xiàn)游離油與吸附油的定量評(píng)價(jià)。

為了實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油賦存狀態(tài)的精細(xì)表征與定量評(píng)價(jià)分析，本文在瑪湖凹陷風(fēng)城組系統(tǒng)取心精細(xì)巖心描述的基礎(chǔ)上，應(yīng)用多種技術(shù)方法開展孔隙孔滲、核磁共振、高壓壓汞等聯(lián)測(cè)實(shí)驗(yàn)研究，綜合分析巖相類型、儲(chǔ)集層微觀孔喉結(jié)構(gòu)與頁(yè)巖油的微觀賦存狀態(tài)，揭示準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油賦存的影響因素。

2 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷的瑪北地區(qū)，烏夏斷裂為其西北部的控凹斷裂。依據(jù)構(gòu)造發(fā)育特征，研究區(qū)由北向南可進(jìn)一步劃分為山前沖斷帶、烏爾禾斷褶區(qū)、烏夏沖斷區(qū)與南部單斜帶等4個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，面積約為600 km2(圖1)?，敽枷蒿L(fēng)城組沉積期為典型的閉塞型堿湖環(huán)境，發(fā)育扇三角洲—湖泊沉積體系[40]，儲(chǔ)集層致密且大面積整體含油，縱向上湖相云質(zhì)巖儲(chǔ)層與暗色頁(yè)巖呈互層狀分布。瑪湖凹陷風(fēng)城組經(jīng)歷了風(fēng)一段火山活動(dòng)與湖盆發(fā)育初期、風(fēng)二段沉積早期的湖盆擴(kuò)展期、風(fēng)二段沉積晚期的湖盆萎縮期與風(fēng)三段湖盆再次擴(kuò)展發(fā)育期等4個(gè)沉積演化階段，其中風(fēng)二段沉積期為堿湖發(fā)育的鼎盛時(shí)期。由于物源供給不足，季節(jié)性的潮濕環(huán)境與干旱環(huán)境交替出現(xiàn)，且湖水蒸發(fā)量大于補(bǔ)給量，風(fēng)城組沉積期古水深較淺[41]，以暗色細(xì)粒沉積巖為主，發(fā)育陸源扇三角洲碎屑巖、湖相細(xì)粒碳酸鹽巖、火山碎屑巖、堿性蒸發(fā)礦物等多種巖石類型[37]。風(fēng)城組儲(chǔ)集層發(fā)育3套“甜點(diǎn)段”，整體具有“甜點(diǎn)”分散、油層薄的特征。風(fēng)城組儲(chǔ)集層孔隙度為1%～13%，平均為4.4%，滲透率多小于0.1×10-3μm2。縱向上風(fēng)城組自上而下發(fā)育風(fēng)三段與風(fēng)二段的云質(zhì)頁(yè)巖油及風(fēng)一段火山巖致密油2類油氣藏，其中頁(yè)巖油原油密度中等(0.86～0.92 g/cm3)，凝固點(diǎn)低(-14.8～5 ℃)，且黏度較高(50 ℃原油黏度為2.75～1 449.25 mPa·s)。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷研究區(qū)地理位置與構(gòu)造區(qū)帶Fig.1 Structural belts and study area location of Mahu Sag, Junggar Basin

3 實(shí)驗(yàn)方法

全巖及黏土礦物X衍射實(shí)驗(yàn)遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《沉積巖中黏土礦物和常見非黏土礦物X射線衍射分析方法：SY/T 5163—2010》，采用日本理學(xué)電機(jī)公司(Rigaku Motor)生產(chǎn)的TTRX射線衍射儀。全巖礦物分析使用200目粉末樣品，每一種礦物質(zhì)量百分含量通過分析軟件計(jì)算并參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)樣品的K值。精選51塊樣品開展 X 射線衍射與巖石熱解分析實(shí)驗(yàn)，得到測(cè)試樣品的全巖礦物含量、黏土礦物含量與巖石熱解等數(shù)據(jù)(表1)。依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖石樣品掃描電子顯微鏡分析方法：SY/T 5162—2014》對(duì)實(shí)驗(yàn)巖樣進(jìn)行前期處理，采用美國(guó)賽默飛世爾科技公司(ThermoFisher Scientific)的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡Apreo S與能譜儀，對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層樣品進(jìn)行高分辨率的微觀孔隙結(jié)構(gòu)與頁(yè)巖油賦存狀態(tài)分析。高壓壓汞實(shí)驗(yàn)儀器為美國(guó)Core Lab CMS 300和AutoPore Ⅳ 9505壓汞儀，樣品測(cè)試前在105 ℃下烘干至恒重，最高實(shí)驗(yàn)壓力為200 MPa，理論測(cè)量孔喉半徑下限值為3.68 nm。巖石熱解實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備為Rock-Eval 6，巖心樣品粉末首先加熱到300 ℃，持續(xù)3 min產(chǎn)生S1峰，之后以每分鐘25 ℃加熱到650 ℃產(chǎn)生S2峰，Tmax值來(lái)自于S2的裂解峰，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)樣品校正。二維核磁共振的實(shí)驗(yàn)儀器為NMRC12-010V，工作頻率為12.24 MHz，對(duì)脈沖序列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)全局反演得到二維T1—T2譜圖，實(shí)驗(yàn)使用的巖心樣品為非密閉取心，巖心中的輕質(zhì)油與天然氣因長(zhǎng)期儲(chǔ)存而發(fā)生部分逸散。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組51塊巖心樣品X射線衍射與烴源巖熱解參數(shù)

4 賦存狀態(tài)與巖相特征

4.1 頁(yè)巖油賦存狀態(tài)

瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油存在吸附態(tài)和游離態(tài)2種賦存形式，吸附態(tài)的頁(yè)巖油主要賦存在固體干酪根與礦物顆粒表面(圖2a-c)，游離態(tài)頁(yè)巖油主要賦存于較大的孔隙與裂縫中(圖2d-f)。聯(lián)合場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡與能譜分析，觀察并分析頁(yè)巖油的主要賦存空間與賦存狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層中普遍具有油氣顯示。頁(yè)巖儲(chǔ)集層發(fā)育豐富的微納米級(jí)孔隙，孔喉細(xì)小，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖層段可見頁(yè)巖油呈油膜狀吸附態(tài)賦存于黏土礦物、黃鐵礦與固體干酪根表面。風(fēng)城組甜點(diǎn)段發(fā)育大量長(zhǎng)石溶蝕孔、白云石粒間溶孔、壓溶縫與方解石及白云石的晶間孔，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡下頁(yè)巖油呈填充狀以游離態(tài)賦存于孔隙或微裂縫內(nèi)部。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖油賦存狀態(tài)表征

4.2 礦物組分與巖相類型

通過巖石觀察、顯微薄片鑒定、XRD全巖礦物測(cè)試分析以及掃描電鏡研究，瑪湖凹陷風(fēng)城組礦物類型主要包括石英、長(zhǎng)石、白云石、方解石、鐵白云石、黃鐵礦與少量黏土礦物，并發(fā)育一套特殊的堿性礦物(圖3)?，敽枷蒿L(fēng)城組陸源碎屑沉積物主要以細(xì)粒沉積為主，礦物組分中石英含量介于3%～40%，長(zhǎng)石含量介于10%～60%。石英顆粒無(wú)色透明，多呈自形或半自形散布在巖石中。長(zhǎng)石礦物以鉀長(zhǎng)石與斜長(zhǎng)石為主，可見次生溶蝕現(xiàn)象。風(fēng)城組白云石礦物主要為粉晶—細(xì)晶，呈他形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)，局部可見重結(jié)晶作用形成的中—粗晶白云石，其多與細(xì)粒紋層泥巖呈互層狀沉積。鐵白云石為泥晶—微晶結(jié)構(gòu)，經(jīng)茜素紅和鐵氰化鉀染色后單偏光下呈現(xiàn)藍(lán)色。風(fēng)城組黏土礦物主要為伊蒙混層與伊利石，此外還有高嶺石和少量綠泥石。掃描電鏡下觀察，伊蒙混層礦物微觀結(jié)構(gòu)為蜂窩狀，孔隙多且連通性好，伊利石呈毛發(fā)狀和絲縷狀2種方式產(chǎn)出，雜亂堆積，綠泥石呈彎曲片狀。本次研究將陸源碎屑的石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽顆粒、堿性礦物與宏觀沉積構(gòu)造等作為堿湖型頁(yè)巖油巖相的劃分依據(jù)，結(jié)果表明風(fēng)城組發(fā)育云質(zhì)頁(yè)巖相、砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相、含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相與硅化白云巖—云質(zhì)粉砂4種巖相類型(圖4)。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組礦物組分類型

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組巖相類型Fig.4 Lithofacies types of Fengcheng Formation in Mahu Sag, Junggar Basin

①云質(zhì)頁(yè)巖相是瑪湖凹陷風(fēng)城組主要組成巖相，形成于淺湖—半深湖沉積環(huán)境。巖石多呈灰黑色、黑色，富有機(jī)質(zhì)紋層發(fā)育，部分頁(yè)巖夾粉砂巖或白云石條帶，礦物組分以隱晶質(zhì)石英為主，有機(jī)質(zhì)含量高、黃鐵礦豐富。測(cè)井響應(yīng)表現(xiàn)為高阻、高伽馬特征，晶間孔與壓溶縫等儲(chǔ)集空間發(fā)育，裂縫分布不均勻，核磁孔隙度較低(1%～3%)，油氣顯示以油跡為主。②砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相發(fā)育于風(fēng)三段中下部，形成于扇三角洲前緣沉積環(huán)境。巖石多呈灰色、灰黑色，沉積紋層發(fā)育，淺色長(zhǎng)英質(zhì)條帶與頁(yè)巖呈薄互層狀產(chǎn)出，礦物組分以石英、長(zhǎng)石、泥晶白云石及少量的方解石為主，有機(jī)質(zhì)含量較低。測(cè)井響應(yīng)特征表現(xiàn)為中高電阻、中高伽馬，粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔與微裂縫等儲(chǔ)集空間發(fā)育，具有裂縫密度較大(每10 cm約8～20條)與核磁孔隙度較高(3%～8%)的特征，油氣顯示以油跡和油斑為主。③含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相集中分布于風(fēng)二段中部，發(fā)育于濱淺湖—堿性水體環(huán)境，巖石多呈淺色與淺灰色，淺色硅硼鈉石礦物與頁(yè)巖呈薄互層狀產(chǎn)出，沉積紋層較發(fā)育，礦物組分以中粗晶白云石、鐵白云石、石英、長(zhǎng)石、硅硼鈉石為主，有機(jī)質(zhì)含量中等。測(cè)井響應(yīng)特征表現(xiàn)為中高電阻、中低伽馬，殘留粒間孔與壓溶縫等儲(chǔ)集空間發(fā)育、具有裂縫密度適中(每10 cm約3～10條)與核磁孔隙度中等(3%～5%)特征，油氣顯示以油跡為主。④硅化白云巖—云質(zhì)粉砂巖相主要發(fā)育于風(fēng)二段，形成于濱淺湖—較高鹽度水體環(huán)境，巖石多呈淺色與淺灰色，硅化程度高，沉積紋層較發(fā)育，礦物組分以中—細(xì)晶白云石、鐵白云石、長(zhǎng)石與微晶石英為主。測(cè)井響應(yīng)特征表現(xiàn)為中高電阻與中低伽馬，儲(chǔ)集空間類型以殘留粒間孔與構(gòu)造微裂縫為主，具有裂縫密度較大(每10 cm約10～20條)、核磁孔隙度中等(2%～5%)特征，油氣顯示以油斑為主。

4.3 巖相類型與儲(chǔ)集空間特征

場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡—X射線能譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，瑪湖凹陷風(fēng)城組主要發(fā)育有機(jī)孔與無(wú)機(jī)孔2種孔隙類型。云質(zhì)頁(yè)巖相中有機(jī)質(zhì)孔與黃鐵礦晶間孔發(fā)育，有機(jī)質(zhì)孔隙主要為固體有機(jī)質(zhì)團(tuán)塊與生烴有機(jī)質(zhì)內(nèi)部殘留的孔隙，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡下有機(jī)質(zhì)主要呈分散狀(圖5a-d,j-k)、孔隙內(nèi)賦存(圖5e-g)與微裂縫中賦存等多種方式(圖5h-i)。分散狀有機(jī)質(zhì)呈團(tuán)塊狀以顆粒的形式存在，有機(jī)質(zhì)孔呈圓狀—橢圓狀，偶見呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔隙，孔徑大小在幾納米到幾十納米，該類型的有機(jī)質(zhì)孔主要為有機(jī)質(zhì)熱成熟度升高熱解生烴形成。受強(qiáng)成巖作用的影響，酸性地質(zhì)流體可在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部發(fā)生溶蝕作用，溶蝕孔隙的直徑為1～4 μm。黃鐵礦是風(fēng)城組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中的重要礦物類型，存在單體、條帶狀與草莓狀集合體等多種形式，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡下可見莓球狀或條帶狀黃鐵礦集合體內(nèi)部的晶間孔隙(圖6a-b,g)。砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相、含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相、硅化白云巖—云質(zhì)粉砂巖相中長(zhǎng)石溶孔(圖6c-d)、白云石晶間孔(圖6e-f,i)等多種無(wú)機(jī)孔隙類型發(fā)育，白云石粒間溶孔的孔徑為2～3 μm，長(zhǎng)石溶孔的孔徑為1～11 μm，溶蝕成巖作用積極改善了頁(yè)巖儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集物性。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁(yè)巖層段有機(jī)質(zhì)孔類型

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組儲(chǔ)集層無(wú)機(jī)孔類型

4.4 巖相類型與孔喉結(jié)構(gòu)差異

瑪湖凹陷風(fēng)城組云質(zhì)頁(yè)巖相溶蝕成巖作用較弱，偶見鉀長(zhǎng)石與鈉長(zhǎng)石的粒間溶孔，儲(chǔ)集層致密。毛管壓力曲線位置靠上，為高斜坡型，孔喉分選差，喉道半徑微小(圖7a)。平均孔喉半徑集中分布在6～35 nm，最大孔喉半徑的分布范圍為15～134 nm，大部分樣品無(wú)中值壓力與中值半徑。云質(zhì)頁(yè)巖相巖心的孔喉半徑分布范圍較寬且趨向于平均化，分布區(qū)間為8～82 nm，孔喉半徑峰值為63.5 nm(圖7d)。對(duì)滲透率貢獻(xiàn)最大的孔隙孔徑集中分布在6～54 nm，其滲透率貢獻(xiàn)值約為5%～15%(圖7g)。砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相，次生溶孔發(fā)育，儲(chǔ)集層物性最好。毛管壓力曲線中間平緩段較長(zhǎng)，位置靠下，孔喉分選好，喉道半徑大(圖7b)。平均孔喉半徑與中值孔喉半徑集中分布在210～240 nm和236～284 μm，最大孔喉半徑分布區(qū)間為234～255 nm，孔喉半徑的峰值為460 nm(圖7e)。對(duì)滲透率貢獻(xiàn)最大的孔隙孔徑集中分布在400～500 nm，孔隙半徑小于28 nm的孔隙在頁(yè)巖儲(chǔ)集層中基本不起滲流作用，主要為頁(yè)巖油的富集提供儲(chǔ)集空間(圖7h)。含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相與硅化白云巖—云質(zhì)粉砂巖相，次生溶孔較發(fā)育，儲(chǔ)集層物性較好。毛管壓力曲線中間平緩段比含白云石泥(頁(yè))巖類樣品儲(chǔ)集層長(zhǎng)，位置靠下，孔喉分選較好，喉道半徑較大(圖7c)。平均孔喉半徑及中值孔喉半徑集中分布在5.3～43 nm與6.1～36.8 μm，最大孔喉半徑為11.9～133.8 nm，孔喉半徑峰值為54.8 nm(圖7f)。對(duì)滲透率貢獻(xiàn)最大的孔隙集中在8～64 nm，其滲透率貢獻(xiàn)值約為20%～25%(圖7i)。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組高壓壓汞特征

5 頁(yè)巖油微觀賦存影響因素

5.1 巖相礦物成分

通常認(rèn)為石英為親水礦物，方解石與白云石等碳酸鹽為親油礦物，鉀長(zhǎng)石與鈉長(zhǎng)石等長(zhǎng)石族礦物具有不同的結(jié)構(gòu)成分，多為中性潤(rùn)濕性，油氣富集過程中會(huì)引起礦物顆粒的潤(rùn)濕性發(fā)生變化[42]?，敽枷蒿L(fēng)城組不同巖相類型中礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與游離烴含量(S1)及熱解烴含量(S2)之間呈現(xiàn)出不同的相關(guān)性。云質(zhì)頁(yè)巖相中游離烴含量與黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)，熱解烴含量與黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)正相關(guān)(圖8a-b)，游離烴含量與殘余有機(jī)碳含量呈弱正相關(guān)關(guān)系，與熱解烴含量呈高度正相關(guān)關(guān)系(圖8c-d)。砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相、含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相與硅化白云巖—云質(zhì)粉砂巖相中石英礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與游離烴含量呈負(fù)相關(guān)，與熱解烴含量呈正相關(guān)(圖8e-f)，長(zhǎng)石與白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)與游離烴呈正相關(guān)，與熱解烴呈負(fù)相關(guān)(圖8g-j)。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組礦物組分與游離烴、裂解烴含量交會(huì)圖Fig.8 Correlations between mineral components and thermal crackingand free hydrocarbons of Fengcheng Formation in Mahu Sag, Junggar Basin

依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得到以下結(jié)論?，敽枷蒿L(fēng)城組沉積期為陸相湖盆沉積環(huán)境，風(fēng)城組頁(yè)巖層系自沉積開始進(jìn)入到生烴門限之前，沉積地層飽含地層水，巖石礦物顆粒傾向于水潤(rùn)濕性特征。后期隨著地層埋藏深度的增加與古地溫的影響，風(fēng)城組有機(jī)質(zhì)進(jìn)入生烴門限，內(nèi)部原油組分增多。早期風(fēng)城組生成的游離烴整體驅(qū)替并充注進(jìn)入微納米孔喉中，促使地層中水的含量降低，同時(shí)引起石英、長(zhǎng)石礦物顆粒的潤(rùn)濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，由水潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)化為油潤(rùn)濕性。由于潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)，形成石英礦物顆粒表面裂解烴的含量較高，游離烴的含量較低。對(duì)于不穩(wěn)定的鉀長(zhǎng)石與鈉長(zhǎng)石等長(zhǎng)石族礦物，酸性地質(zhì)流體易沿其解理縫發(fā)生溶蝕，產(chǎn)生次生溶蝕孔縫，增加流體的賦存空間，有利于游離油的富集分布。白云石受有機(jī)酸溶蝕作用的影響，易形成鑄模孔、次生溶蝕孔洞與溶蝕孔縫等多種儲(chǔ)集空間類型，也有利于游離烴的富集。

5.2 巖相儲(chǔ)集空間

二維核磁巖心共振技術(shù)是頁(yè)巖地層含氫組分識(shí)別的一種無(wú)損、高效的檢測(cè)手段。T1—T2二維核磁實(shí)驗(yàn)圖譜是頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)與多孔介質(zhì)內(nèi)不同性質(zhì)賦存流體綜合響應(yīng)的結(jié)果。不同巖相孔隙地質(zhì)流體的T2譜弛豫時(shí)間存在差異，二維核磁共振實(shí)驗(yàn)可通過不同孔隙流體T1—T2譜峰特征來(lái)定量分析可動(dòng)流體的賦存特征?；谇叭说难芯砍晒鸞26-27,43]，應(yīng)用二維核磁巖心共振測(cè)試技術(shù)判識(shí)風(fēng)城組頁(yè)巖儲(chǔ)集層孔隙流體的賦存狀態(tài)(圖9)。云質(zhì)頁(yè)巖相粒間溶孔與白云石晶間孔發(fā)育(T2介于0.7～100 ms)，孔隙流體以吸附油與吸附水為主(T1/T2介于10～100)，游離油與可動(dòng)水信號(hào)弱，油水信號(hào)部分重疊。云質(zhì)頁(yè)巖相T1—T2譜包含孔隙中殘余油水，瀝青、固體干酪根、半固體有機(jī)質(zhì)與孔隙內(nèi)吸附水3個(gè)譜峰信號(hào)。②風(fēng)城組砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相、含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相與硅化白云巖—云質(zhì)粉砂巖相中孔、中大孔(T2介于50～700 ms)發(fā)育，孔隙流體以游離油、吸附油與吸附水為主(T1/T2介于10～100)。砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相T1—T2譜包含孔隙殘余游離油，殘余可動(dòng)水與瀝青、固體干酪根、半固體有機(jī)質(zhì)3個(gè)譜峰信號(hào)。含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相與硅化白云巖—云質(zhì)粉砂巖相T1—T2譜包含孔隙中殘余可動(dòng)油與殘余吸附油2個(gè)譜峰信號(hào)。

圖9 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組不同巖相孔隙流體核磁響應(yīng)特征Fig.9 Nuclear magnetic response characteristics in various lithofacies of Fengcheng Formation in Mahu Sag, Junggar Basin

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，風(fēng)城組不同巖相類型孔隙流體的二維核磁響應(yīng)特征存在差異，孔喉結(jié)構(gòu)影響頁(yè)巖油的微觀賦存狀態(tài)。不同巖相類型中瀝青、固體干酪根、半固體有機(jī)質(zhì)具有高T1/T2比值峰的特征(T1/T2大于100)，殘余游離油具有橫向弛豫時(shí)間長(zhǎng)、T1/T2譜峰比值適中的特征(T1/T2介于10～100)，殘余游離水具有橫向弛豫時(shí)間較短、T1/T2譜峰比值低的特征(T1/T2介于1～10)。其中風(fēng)城組云質(zhì)頁(yè)巖相中孔隙流體以吸附油與吸附水為主，砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相、含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相與硅化白云巖—云質(zhì)粉砂巖相中孔隙流體以游離油、吸附油與吸附水為主。

6 結(jié)論

(1)瑪湖凹陷風(fēng)城組發(fā)育4種巖相類型，分別為云質(zhì)頁(yè)巖相、砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相、含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相與硅化白云巖—云質(zhì)粉砂巖相，不同巖相礦物組分、儲(chǔ)集空間類型與孔喉結(jié)構(gòu)分布存在較大差異。云質(zhì)頁(yè)巖相形成于淺湖—半深湖環(huán)境，有機(jī)質(zhì)含量高、黃鐵礦豐富，有機(jī)孔與黃鐵礦晶間孔發(fā)育，偶見次生溶孔。砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相形成于扇三角洲前緣沉積環(huán)境，礦物組分以石英、長(zhǎng)石為主、白云石與有機(jī)質(zhì)含量較低，次生溶孔發(fā)育。含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相形成于濱淺湖—堿性水體沉積環(huán)境，有機(jī)質(zhì)含量中等，礦物組分以白云石、鐵白云石、石英、長(zhǎng)石、堿礦為主，白云石晶間孔與次生溶孔較發(fā)育。硅化白云巖—云質(zhì)粉砂巖相形成于濱淺湖—較高鹽度水體環(huán)境，礦物組分以中晶白云石、鐵白云石、長(zhǎng)英質(zhì)礦物為主，白云石晶間孔較發(fā)育。

(2)瑪湖凹陷風(fēng)城組存在吸附態(tài)和游離態(tài)2種頁(yè)巖油賦存形式，吸附油主要賦存在固體干酪根和礦物顆粒表面，游離油主要賦存于較大的孔隙與裂縫中。不同巖相類型頁(yè)巖油的微觀賦存狀態(tài)存在差異，云質(zhì)頁(yè)巖相中孔隙流體以吸附油與吸附水為主，砂質(zhì)頁(yè)巖—含云粉砂巖相、含堿礦白云巖—泥質(zhì)粉砂巖相與硅化白云巖—云質(zhì)粉砂巖相中孔隙流體以游離油、吸附油與吸附水為主。

(3)不同巖相類型的礦物組分與孔喉結(jié)構(gòu)共同影響了風(fēng)城組頁(yè)巖油的微觀賦存狀態(tài)。不同巖相類型中游離烴含量(S1)與長(zhǎng)石、白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)及殘余有機(jī)碳含量呈正相關(guān)，與石英、黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。熱解烴含量(S2)與長(zhǎng)石、白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)，與石英、黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)及殘余有機(jī)碳含量呈正相關(guān)及高度正相關(guān)。礦物顆粒潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)是造成石英顆粒表面熱解烴的含量較高、游離烴的含量較低的主要原因，次生溶蝕孔與構(gòu)造微裂縫等較大的儲(chǔ)集空間有利于游離油的富集。