渤海灣盆地歧口凹陷歧北次凹沙三上亞段頁(yè)巖巖相特征及含油性差異

蒲秀剛,馬 超,郭彬程,周可佳,卞從勝,馬建英,周素彥,曾 旭,張 輝

( 1. 中國(guó)石油大港油田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,天津 300280; 2. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,北京 100083; 3. 中國(guó)石油大港油田公司 第六采油廠,河北 滄州 061100 )

0 引言

中國(guó)非常規(guī)油氣資源實(shí)現(xiàn)整體戰(zhàn)略發(fā)展,處于致密砂巖油氣和頁(yè)巖油氣分別為重點(diǎn)領(lǐng)域和潛在領(lǐng)域高速發(fā)展時(shí)期[1-5]。中國(guó)沉積盆地富有機(jī)質(zhì)泥、頁(yè)巖廣泛發(fā)育,分布層系多,頁(yè)巖油資源潛力高[4-8]。頁(yè)巖油主要分布于鄂爾多斯盆地、松遼盆地、渤海灣盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、四川盆地、柴達(dá)木盆地、三塘湖盆地、二連盆地、南襄盆地等中新生代湖相地層[1,9-14],高潛力富有機(jī)質(zhì)泥、頁(yè)巖層系主要包括三疊系延長(zhǎng)組、青山口組、沙河街組、孔店組、風(fēng)城組、蘆草溝組、大安寨組、核桃園組等[1,15-17]。目前,在鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組、松遼盆地青山口組、渤海灣盆地孔店組和沙河街組等取得勘探突破,實(shí)現(xiàn)工業(yè)開(kāi)發(fā)[12,16,18-21]。

頁(yè)巖巖相類型、特征、展布及發(fā)育主控因素等研究是陸相頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)地質(zhì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。富有機(jī)質(zhì)泥、頁(yè)巖沉積環(huán)境復(fù)雜,巖相的劃分沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),目前的主流頁(yè)巖巖相的分類方案主要采用有機(jī)地球化學(xué)、礦物學(xué)和顯微—微觀觀察等方法,以w(TOC)、全巖“黏土礦物—碳酸鹽類—長(zhǎng)英質(zhì)”質(zhì)量分?jǐn)?shù)三單元法、沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行劃分。根據(jù)w(TOC)、礦物組成與巖石沉積構(gòu)造,柳波等[19]將松遼盆地古龍凹陷白堊系青山口組一段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖劃分為高有機(jī)質(zhì)頁(yè)理黏土質(zhì)泥巖相、高有機(jī)質(zhì)塊狀長(zhǎng)英質(zhì)泥巖相、中有機(jī)質(zhì)塊狀長(zhǎng)英質(zhì)泥巖相、中有機(jī)質(zhì)紋層狀長(zhǎng)英質(zhì)泥巖相、低有機(jī)質(zhì)紋層狀長(zhǎng)英質(zhì)泥巖相、低有機(jī)質(zhì)層狀砂巖相、低有機(jī)質(zhì)層狀灰?guī)r相7種類型。人們對(duì)四川盆地五峰—龍馬溪組、 松遼盆地北部青山口組、 渤海灣盆地滄東凹陷孔店組等頁(yè)巖巖相的研究較多[6,9,11,18-19],對(duì)歧口凹陷沙河街組頁(yè)巖巖相的研究較少,有關(guān)巖相類型劃分及頁(yè)巖儲(chǔ)層含油性的研究不明確。渤海灣盆地滄東凹陷孔二段、歧口凹陷沙一段和沙三段沉積一套厚度大、分布面積廣的半深湖—深湖相泥巖和頁(yè)巖,油氣顯示普遍,具備形成頁(yè)巖油氣藏的基礎(chǔ)條件和勘探開(kāi)發(fā)潛力[12-17]。近年來(lái),滄東凹陷孔二段實(shí)現(xiàn)湖相頁(yè)巖油勘探重大突破,多口井獲得工業(yè)油流,證實(shí)中國(guó)東部渤海灣盆地頁(yè)巖油資源的巨大潛力及良好勘探開(kāi)發(fā)前景[12,16]。歧口凹陷沙三段頁(yè)巖生烴和儲(chǔ)集條件優(yōu)越,具備形成頁(yè)巖油規(guī)模開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)地質(zhì)條件[13,17]。

人們對(duì)歧口凹陷沙三段的沉積特征、巖石類型、烴源巖評(píng)價(jià)、儲(chǔ)集特性等研究較多,儲(chǔ)層地質(zhì)特征的研究處于前期探索階段,未系統(tǒng)建立巖相分類方案,對(duì)儲(chǔ)層含油性研究較少?；谄缈诎枷萜绫贝伟糉39X1井系統(tǒng)取心資料及實(shí)驗(yàn)分析,研究沙三上亞段巖性、有機(jī)地球化學(xué)特征、礦物學(xué)特征、巖相類型及特征、含油性等,分析不同巖相類型頁(yè)巖含油性差異,為渤海灣盆地歧口凹陷歧北次凹沙三段頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

黃驊坳陷地處渤海灣盆地埕寧隆起(東南)和滄縣隆起(西部)之間,中生代末—新生代初開(kāi)始伸展裂陷,新生代出現(xiàn)斷陷盆地,呈北東—南西向展布,面積約為1.7×104km2,是渤海灣盆地重要的二級(jí)富油氣構(gòu)造單元[12-13,16-17]。坳陷基底由中生界、古生界和中新元古界等組成,具有獨(dú)特的構(gòu)造、沉積和油氣成藏特征。黃驊坳陷以孔店凸起為界分為南、北兩個(gè)不同的次級(jí)沉降單元,分別為滄東凹陷和歧口凹陷(見(jiàn)圖1(a))。滄東與歧口兩大富油氣凹陷發(fā)育孔二段、沙三上亞段及沙一下亞段3套主力烴源巖(見(jiàn)圖1(b)),是常規(guī)油氣藏的主要來(lái)源,也是形成非常規(guī)頁(yè)巖油氣的有利層段[13]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造單元與歧口凹陷沙河街組地層柱狀圖(據(jù)文獻(xiàn)[22]修改)Fig.1 Stratigraphic column of the Shahejie Formation in the Qikou Depression and tectonic units in the study area(modified by reference[22])

歧口凹陷處于黃驊坳陷腹地,總體構(gòu)造呈NS—近SW向,羊二莊斷裂、滄東斷裂、歧中斷層和漢沽斷層分別控制歧口凹陷的邊界,是新生代以來(lái)發(fā)育的陸內(nèi)伸展/裂谷盆地[13,17]。受多期構(gòu)造演化的影響,歧口凹陷地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷裂和褶皺發(fā)育,區(qū)域被切割為許多小的構(gòu)造單元,在整體上具有多凹多坡的構(gòu)造特點(diǎn)。歧口凹陷發(fā)育5個(gè)負(fù)向和5個(gè)正向構(gòu)造單元,其中負(fù)向構(gòu)造單元由一個(gè)中部的主凹區(qū)(歧口主凹)及環(huán)繞主凹外部的北塘、板橋、歧北、歧南4個(gè)次凹組成,正向構(gòu)造單元自南向北依次為埕北斷階帶、南大港潛山構(gòu)造帶、北大港潛山構(gòu)造帶、濱海一號(hào)斷裂構(gòu)造帶、塘沽—新港潛山構(gòu)造帶[17]。歧口凹陷古近系有效勘探面積為5.28×103km2,主力烴源巖層以沙三段和沙一段為主,孔店組不發(fā)育,最大埋深為11 km,厚度超過(guò)1 km。

2 巖石學(xué)特征及巖相劃分

巖相類型劃分是非常規(guī)頁(yè)巖氣和頁(yè)巖油地質(zhì)評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和油氣資源潛力分析的重要內(nèi)容之一[18-20]。黎茂穩(wěn)等[22]研究中國(guó)主要陸相頁(yè)巖層系,總結(jié)頁(yè)巖巖相與有機(jī)相類型識(shí)別、巖相組合特征和不同頁(yè)巖層系差異性特征,分析中國(guó)主要陸相沉積盆地典型烴源巖層系的沉積巖相、有機(jī)相、有利區(qū)分布面積和累計(jì)厚度。TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)、礦物成分及沉積構(gòu)造類型是揭示陸相頁(yè)巖巖石學(xué)特征多樣性的重要地質(zhì)因素,是劃分巖相類型的重要沉積學(xué)依據(jù)[19]。根據(jù)對(duì)歧北次凹沙三上亞段頁(yè)巖巖心觀察、顯微巖石薄片鑒定、有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及成分分析等,以頁(yè)巖和粉砂巖為主體劃分巖相,選取TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)、礦物成分和沉積構(gòu)造類型作為劃分依據(jù)。

2.1 有機(jī)地球化學(xué)特征

選取歧北次凹歧北斜坡F39X1井巖心樣品127個(gè),取心長(zhǎng)度為40.11 m(采樣深度為3 890.00～4 387.66 m),巖性以泥巖和頁(yè)巖為主,夾薄層泥質(zhì)粉砂巖、白云巖,具有高自然伽馬、低電阻特征。

歧口凹陷歧北次凹沙三上亞段頁(yè)巖w(TOC)為0.33%～2.59%,平均為1.08%,低于中國(guó)其他地區(qū)和北美地區(qū)的主要含油氣頁(yè)巖[23],w(TOC)超過(guò)2.00%的樣品占總樣品的3.3%。周立宏等[17]將w(TOC)=1.00%作為歧口凹陷沙三上亞段頁(yè)巖油優(yōu)質(zhì)源巖的閾值,沙三上亞段頁(yè)巖大多屬于優(yōu)質(zhì)源巖。巖石熱解參數(shù)S1在0.05～1.07 mg/g之間,S2在0.12～9.57 mg/g之間,樣品中S1低于S2,表明生成少量原油,具有良好的頁(yè)巖油生烴潛力[23]。有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型干酪根為主,是典型的以生油為主的富有機(jī)質(zhì)湖相頁(yè)巖;鏡質(zhì)體反射率(Ro)介于0.75%～1.11%,平均為0.88%,總體處于熱催化生油氣階段,屬于中低成熟度湖相頁(yè)巖,液態(tài)烴是主要產(chǎn)物。歧北次凹沙三上亞段生烴潛量與w(TOC)呈正相關(guān)關(guān)系(見(jiàn)圖2(a))。當(dāng)w(TOC)小于1.00%時(shí),屬于差或中等烴源巖,為低有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖;當(dāng)w(TOC)大于1.00%時(shí),屬于好或極好烴源巖,為高有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。

圖2 歧北次凹沙三上亞段頁(yè)巖有機(jī)地球化學(xué)和礦物學(xué)特征Fig.2 Organic geochemical and mineralogical characteristics of Es3s shales in Qibei Subsag

2.2 礦物組成特征

全巖XRD結(jié)果顯示,歧北次凹沙三上亞段頁(yè)巖富含石英、黏土(以伊利石為主)和碳酸鹽礦物(方解石和白云石),含有不同數(shù)量的斜長(zhǎng)石和黃鐵礦[23]。以長(zhǎng)英質(zhì)礦物、碳酸鹽礦物和黏土礦物作為三端元,以每種礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%作為分界線,將頁(yè)巖劃分為4種類型:長(zhǎng)英質(zhì)、鈣質(zhì)、黏土質(zhì)和混合質(zhì)頁(yè)巖(見(jiàn)圖2(b))。由圖2(b)可知,歧北次凹沙三上亞段頁(yè)巖發(fā)育長(zhǎng)英質(zhì)、混合質(zhì)和鈣質(zhì)頁(yè)巖,其中以混合質(zhì)和長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖為主,黏土質(zhì)頁(yè)巖不發(fā)育。

2.3 沉積構(gòu)造類型及特征

根據(jù)細(xì)粒巖不同有機(jī)質(zhì)和礦物顆粒的粒徑、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、分布狀態(tài)、顏色、結(jié)構(gòu)均質(zhì)性等,結(jié)合巖心觀察及顯微薄片鑒定,研究區(qū)沙三上亞段頁(yè)巖沉積構(gòu)造劃分為紋層狀、薄層狀、塊狀3類層理,主要以紋層狀和薄層狀構(gòu)造為主。

2.3.1 紋層狀構(gòu)造

紋層為沉積物或沉積巖中可分辨的最小或最薄原始沉積層,是泥巖和頁(yè)巖等細(xì)粒巖中最基本的組成單位[18-20],通常發(fā)育于水動(dòng)力較弱、沉積速率低且水流閉塞的深湖、半深湖的沉積環(huán)境。歧北次凹沙三上亞段頁(yè)巖紋層狀構(gòu)造發(fā)育,在垂向上,呈泥晶—微晶方解石紋層、泥級(jí)—粉砂級(jí)長(zhǎng)英質(zhì)紋層、黏土紋層和有機(jī)質(zhì)—黏土紋層中的兩種或多種紋層的相互疊置,組成不同類型的結(jié)構(gòu)組合,垂向上紋層與紋層之間的界限清晰(見(jiàn)圖3)。顯微鏡下水平層理密集產(chǎn)出,成層性好,厚度較薄且均勻,厚度一般小于1.00 mm,形態(tài)呈平直或微波狀。由于相鄰紋層之間的礦物成分差異較大,形成“亮暗相間”的特征,紋層的明暗界限清晰。柳波等[24]將深、淺色相間水平紋層的形成歸結(jié)為有機(jī)質(zhì)富集作用,紋層狀分布的有機(jī)質(zhì)相較于分散狀有機(jī)質(zhì)具有更好的生烴潛力。根據(jù)顏色和成分差異,歧北次凹沙三上亞段紋層可劃分為亮色紋層、褐色紋層和暗色紋層。其中,亮色紋層主要由碳酸鹽礦物組成(包括細(xì)粒微晶方解石、白云石),單個(gè)紋層厚度為0.05～0.80 mm,一般大于暗色紋層的,顆粒較粗大,分布比較分散。礦物顆粒以密集且具有明顯分布定向性的顯微晶—隱晶方解石為主(粒徑為0.5～5.0 μm),含少量粗粒、半自形方解石(粒徑為10.0～50.0 μm),局部可見(jiàn)重結(jié)晶現(xiàn)象,晶間可見(jiàn)少量有機(jī)質(zhì)。褐色紋層以粉砂級(jí)石英和長(zhǎng)石等長(zhǎng)英質(zhì)礦物為主,夾雜少量黏土礦物,大多數(shù)富有機(jī)質(zhì),顏色較淺,單個(gè)紋層厚度為0.03～0.50 mm,顆粒細(xì)小,且分選較差。暗色紋層主要由黏土礦物和有機(jī)質(zhì)組成,顏色較暗,單個(gè)紋層厚度為0.01～0.50 mm,顆粒極細(xì),其中黏土礦物以伊利石和伊/蒙混層為主,有機(jī)質(zhì)以無(wú)定形腐泥組為主。褐色紋層和暗色紋層分布相對(duì)集中,表明其形成環(huán)境的沉積作用較緩慢、沉積速率較低,具有高生物生產(chǎn)力、靜水缺氧的特征,極少受水動(dòng)力攪動(dòng)和破壞[5,24]。

2.3.2 薄層狀構(gòu)造

薄層狀構(gòu)造通常發(fā)育于低能、較弱水動(dòng)力條件下的沉積環(huán)境,層面平直,近水平向展布。研究區(qū)沙三上亞段頁(yè)巖薄層狀構(gòu)造較常見(jiàn),薄層狀構(gòu)造相較于紋層狀構(gòu)造厚度大,普遍超過(guò)1.00 mm(見(jiàn)圖4),二者組成成分相似。顯微巖石薄片中明、暗層狀結(jié)構(gòu)交互出現(xiàn),明、暗界限清晰,層理厚度相對(duì)均勻,分布具有一定的規(guī)律性,其成分包括顯微晶方解石、粗粒方解石、粉砂級(jí)長(zhǎng)英質(zhì)、黏土和有機(jī)質(zhì)。

2.3.3 塊狀構(gòu)造

塊狀構(gòu)造是一種在垂向上組成、顏色、粒度和結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯差異的層理沉積構(gòu)造類型,巖石整體表現(xiàn)為均質(zhì)[19]。研究區(qū)沙三上亞段頁(yè)巖塊狀構(gòu)造發(fā)育較少,以泥質(zhì)基質(zhì)為主,層理不發(fā)育,粗粒方解石等礦物顆粒呈分散狀分布于泥質(zhì)基質(zhì),組分相對(duì)單一,以團(tuán)塊狀和粗顆粒狀碳酸鹽礦物為主,其中夾雜長(zhǎng)英質(zhì)—黏土質(zhì)—有機(jī)質(zhì)碎屑(見(jiàn)圖5)。巖石顯微薄片中,巖石均勻致密,可見(jiàn)各種亮晶粗粒方解石等礦物均勻、混雜分布,無(wú)定向性,分選性較差,具有無(wú)定向構(gòu)造的特征。

圖5 歧北次凹沙三上亞段F39X1井頁(yè)巖塊狀沉積構(gòu)造Fig.5 Shale massive sedimentary structure of well F39X1 in Es3s of Qibei Subsag

2.4 巖相類型

歧口凹陷歧北次凹沙三上亞段分為5類16種巖相(包括15種頁(yè)巖巖相和1種粉砂巖相)(見(jiàn)表1、圖6),巖相類型為紋層狀頁(yè)巖相、層狀頁(yè)巖相、塊狀頁(yè)巖相、鈣質(zhì)頁(yè)巖相和粉砂巖相。

表1 歧北次凹沙三上亞段主要巖相分類Table 1 Classification of shale lithofacies of Es3s in Qibei Subsag

圖6 歧北次凹沙三上亞段F39X1井巖相特征Fig.6 Lithofacies characteristics of shale of well F39X1 in Es3s of Qibei Subsag

2.4.1 紋層狀頁(yè)巖相

紋層狀頁(yè)巖相有機(jī)質(zhì)與長(zhǎng)英質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,w(TOC)大于1.00%,平均為1.50%,長(zhǎng)英質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常大于40.00%,鈣質(zhì)礦物與黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和低于50.00%,黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.00%～30.00%,含黃鐵礦(見(jiàn)圖6(a-c))。巖心發(fā)育深灰色—黑色夾淺灰色紋層;顯微鏡下可見(jiàn)明顯的明、暗紋層,長(zhǎng)英質(zhì)紋層明顯厚于有機(jī)質(zhì)紋層,暗色有機(jī)質(zhì)和黏土紋層較發(fā)育,單層厚度小于1.00 mm,主要發(fā)育于半深湖—深湖相,屬于在季節(jié)性懸浮和底流作用交替沉積的靜水環(huán)境下形成的產(chǎn)物[18,25-27]。

2.4.2 層狀頁(yè)巖相

層狀頁(yè)巖相有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,w(TOC)大于0.60%,平均為1.20%,長(zhǎng)英質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高,為40.00%～50.00%,鈣質(zhì)礦物與黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和大于50.00%,黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30.00%。巖心可見(jiàn)淺灰色—深灰色薄層構(gòu)造;顯微鏡下觀察粒級(jí)較小,相對(duì)致密,具有水平層理構(gòu)造,礦物和有機(jī)質(zhì)顆粒具有定向排列特征。淺灰色泥巖與深灰色頁(yè)巖互層,單層厚度大于1.00 mm(見(jiàn)圖6(d-f)),多形成于湖侵、高位體系域的靜水沉積環(huán)境[18-19,28-29]。

2.4.3 塊狀頁(yè)巖相

塊狀頁(yè)巖相有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,w(TOC)介于0.20%～1.20%,礦物組成以長(zhǎng)英質(zhì)為主,長(zhǎng)英質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40.00%,發(fā)育淺灰色均勻塊狀構(gòu)造,無(wú)紋層和薄層顯示,可見(jiàn)成巖收縮縫;顯微鏡下有機(jī)質(zhì)和礦物顆?；祀s分布,成層性較差。沉積環(huán)境以靜水、強(qiáng)還原環(huán)境為主(見(jiàn)圖6(g-i))。

2.4.4 鈣質(zhì)頁(yè)巖相

鈣質(zhì)頁(yè)巖相以黃灰色塊狀頁(yè)巖為主,貧有機(jī)質(zhì),發(fā)育鈣質(zhì)漂礫結(jié)構(gòu),紋層不發(fā)育。鈣質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)20.00%,發(fā)育粉晶方解石顆粒,w(TOC)介于0.20%～1.00%。巖心可見(jiàn)淺灰色均勻塊狀構(gòu)造和含鈣質(zhì)漂礫構(gòu)造,無(wú)紋層和薄層顯示,可見(jiàn)成巖收縮縫;顯微鏡下觀察有機(jī)質(zhì)和礦物顆?；祀s分布,成層性較差,有機(jī)質(zhì)碎屑含量略有減少。沉積環(huán)境以靜水、還原環(huán)境為主(見(jiàn)圖6(j-l))。鈣質(zhì)頁(yè)巖相整體呈淺灰色或深灰色,巖石致密,顯微鏡下觀察有機(jī)質(zhì)和礦物顆粒分布均勻,粒級(jí)整體相比紋層狀和層狀頁(yè)巖相粗,碎屑含量略有增加,主要形成于淺湖—半深湖相,屬于沉積速率較快的靜水、還原環(huán)境下的產(chǎn)物[18-20]。

2.4.5 粉砂巖相

粉砂巖相以深灰色的層狀細(xì)砂巖為主,可見(jiàn)少量泥質(zhì)紋層、炭屑、層理,貧有機(jī)質(zhì),發(fā)育粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu),長(zhǎng)英質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50.00%,w(TOC)介于0.40%～1.00%,黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于35.00%,有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低,長(zhǎng)英質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。巖心可見(jiàn)淺灰色均勻?qū)訝睢K狀構(gòu)造,無(wú)紋層顯示,可見(jiàn)層理縫;顯微鏡下觀察礦物顆?；祀s分布,成層性較差,有機(jī)質(zhì)碎屑含量較少,大量的碎屑顆粒散落在基質(zhì)中,碎屑顆粒的粒級(jí)較粗,一般形成于水動(dòng)力較強(qiáng)的環(huán)境[18-20](見(jiàn)圖6(m-o))。

不同巖相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)和礦物成分差別顯著,主要受控于頁(yè)巖體系沉積背景[18]。w(TOC)是制約不同巖相含油性與生烴潛力的主要因素[25],長(zhǎng)英質(zhì)和鈣質(zhì)礦物控制儲(chǔ)層脆性及后期油氣開(kāi)發(fā)[29]。可以采用“長(zhǎng)石+石英+鈣質(zhì)”質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)頁(yè)巖的脆性[12-14],研究區(qū)沙三上亞段5類巖相的脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,具有較好的造縫能力,適合采用壓裂技術(shù)開(kāi)采。

3 巖相含油性差異

3.1 熱解參數(shù)

根據(jù)樣品分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果,5類巖相中紋層狀頁(yè)巖相S1最高,粉砂巖相的最低(見(jiàn)圖7(a))。紋層狀頁(yè)巖相S1主要分布在0.4～1.0 mg/g之間,多數(shù)樣品屬于極差—中等含油性,差含油性占比為40%,中等含油性占比為35%(見(jiàn)圖7(b));層狀頁(yè)巖相、塊狀頁(yè)巖相、鈣質(zhì)頁(yè)巖相及粉砂巖相S1主要分布在0～0.2 mg/g之間,整體具有較差的含油性,極差—差含油性樣品占比分別約為75%、90%、95%及100%(見(jiàn)圖7(c-f))。

圖7 歧北次凹沙三上亞段不同巖相S1箱型對(duì)比及分布Fig.7 S1 box diagram and S1 frequency distribution of different lithofacies of Es3s in Qibei Subsag

含油飽和度指數(shù)或石油滲流指數(shù)(OSI)是表征頁(yè)巖儲(chǔ)層內(nèi)部是否具有較高游離烴的關(guān)鍵參數(shù),為S1與w(TOC)的比,以100 mg/g為吸附閾值。烴類在OSI超越閾值后具備的流動(dòng)特性稱為超越效應(yīng)或石油溢出效應(yīng)[30]。超越效應(yīng)越明顯(OSI越大),吸附作用形成的石油流動(dòng)阻力越小,烴類可流動(dòng)的概率越高,越易產(chǎn)油[13]。

研究區(qū)沙三上亞段紋層狀頁(yè)巖相和層狀頁(yè)巖相含油飽和度指數(shù)大致相同,塊狀頁(yè)巖相、鈣質(zhì)頁(yè)巖相、粉砂巖相含油飽和度指數(shù)次之(見(jiàn)圖8(a))。紋層狀頁(yè)巖相和層狀頁(yè)巖相OSI主要分布在20～50 mg/g之間,占比超過(guò)75%,其次為50～75 mg/g,占比約為20%(見(jiàn)圖8(b-c))。層狀頁(yè)巖相有約7%的樣品OSI分布在大于75 mg/g的區(qū)域(見(jiàn)圖8(c))。塊狀頁(yè)巖相、鈣質(zhì)頁(yè)巖相和粉砂巖相OSI分布相似,在20～50 mg/g之間,占比超過(guò)85%(見(jiàn)圖8(d-f))。

圖8 歧北次凹沙三上亞段不同巖相OSI箱型對(duì)比及分布Fig.8 OSI box diagram and OSI frequency distribution of different shale lithofacies of Es3s in Qibei Subsag

3.2 含油性特征

3.2.1 熒光顯示

歧北次凹沙三上亞段F39X1井不同巖相頁(yè)巖顯微巖石薄片熒光顯示特征見(jiàn)圖9。由圖9可以看出,沙三上亞段頁(yè)巖含油顯示主要包括高亮度熒光、星點(diǎn)狀熒光和無(wú)明顯熒光3種。紋層狀和層狀頁(yè)巖相在垂向上發(fā)育連續(xù)紋層和薄層構(gòu)造,與頁(yè)巖含油性有較好的相關(guān)關(guān)系。紋層狀及層狀頁(yè)巖相內(nèi)部主要沿長(zhǎng)英質(zhì)和有機(jī)質(zhì)紋層呈高亮度熒光,在長(zhǎng)英質(zhì)和鈣質(zhì)礦物集合體內(nèi)部存在大量星點(diǎn)狀和高亮度熒光(見(jiàn)圖9(a-b));長(zhǎng)英質(zhì)和鈣質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)決定頁(yè)巖巖相儲(chǔ)集空間以裂縫、溶蝕孔和粒間孔為主,微納米尺度下沿紋層構(gòu)造裂縫與基質(zhì)孔隙構(gòu)成立體網(wǎng)狀滲流溝通通道,擴(kuò)展液態(tài)烴運(yùn)移路徑,提高含油率。塊狀頁(yè)巖及鈣質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集空間類型較單一(以粒內(nèi)溶蝕孔隙為主),裂縫欠發(fā)育,孔隙連通性較差。塊狀及鈣質(zhì)頁(yè)巖相一般無(wú)明顯熒光或呈局部星點(diǎn)狀熒光,內(nèi)部油質(zhì)瀝青分布較為分散(見(jiàn)圖9(c-d))。

3.2.2 核磁共振實(shí)驗(yàn)

采用高頻二維核磁共振(23 MHz)2D-NMR方法,可以對(duì)非常規(guī)頁(yè)巖中輕質(zhì)烴類等含氕(1H)流體進(jìn)行定量劃分,實(shí)驗(yàn)過(guò)程具有無(wú)損、快速、定量、獲取地質(zhì)信息豐富等優(yōu)點(diǎn)[15,31-34]。實(shí)驗(yàn)設(shè)備為美國(guó)MR Cores-XX高精度臺(tái)式核磁共振非常規(guī)巖心分析儀,按照SY/T 6490—2014《巖樣核磁共振參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量規(guī)范》進(jìn)行。

根據(jù)2D-NMR實(shí)驗(yàn)T2譜測(cè)量獲得的含1H化合物總量乘以各區(qū)間信號(hào)占總信號(hào)的比,得到不同相態(tài)化合物的絕對(duì)量。不同頁(yè)巖巖相以重質(zhì)油為主,含輕質(zhì)油。紋層狀頁(yè)巖相可動(dòng)油含油量為1.54～1.89 μL/g,可動(dòng)油占比為44.33%～47.06%(見(jiàn)圖10(a-b));層狀頁(yè)巖相可動(dòng)油平均含油量為1.22 μL/g,可動(dòng)油占比為30.19%～45.76%(見(jiàn)圖10(c-d));塊狀頁(yè)巖相可動(dòng)油含油量為1.18～1.91 μL/g,可動(dòng)油占比為34.96%～55.22%(見(jiàn)圖11(a-b));鈣質(zhì)頁(yè)巖相可動(dòng)油含油量為0.85～1.64 μL/g,可動(dòng)油占比為36.07%～40.98%(見(jiàn)圖11(c-d))。研究區(qū)紋層狀和層狀頁(yè)巖相兼顧含油性和可動(dòng)性,紋層狀頁(yè)巖相含油性和可動(dòng)性最好。

圖10 歧北次凹沙三上亞段F39X1井紋層狀和層狀頁(yè)巖相1H化合物2D-NMR檢測(cè)譜圖Fig.10 2D-NMR detection spectrum of 1H compounds in Laminar and layered shale lithofacies of well F39X1 in Es3s of Qibei Subsag

圖11 歧北次凹沙三上亞段F39X1井塊狀和鈣質(zhì)頁(yè)巖相1H化合物2D-NMR檢測(cè)譜圖Fig.11 2D-NMR detection spectrum of 1H compounds in massive shale and calcareous shale of well F39X1 in Es3sof Qibei Subsag

研究區(qū)歧北次凹沙三上亞段頁(yè)巖儲(chǔ)層含油性受多重因素影響,中低成熟度富有機(jī)質(zhì)烴源巖具備大規(guī)模生油的基礎(chǔ),頁(yè)巖礦物組分與紋層和薄層狀構(gòu)造具有發(fā)育大規(guī)?？住p網(wǎng)連通體系的能力[23],可以有效提升頁(yè)巖油儲(chǔ)集性和滲流能力,多類型紋層和薄層狀構(gòu)造的垂向疊置分布構(gòu)成優(yōu)質(zhì)的源—儲(chǔ)共生配置(見(jiàn)圖12)。整體上,處于熱催化生油氣階段的富有機(jī)質(zhì)湖相烴源巖是生油基礎(chǔ),紋層和薄層狀構(gòu)造是儲(chǔ)油關(guān)鍵,多類型紋層和薄層狀構(gòu)造垂向配置關(guān)系是油氣富集核心,三者耦合決定渤海灣盆地歧北次凹沙三上亞段頁(yè)巖油的富集成藏。

圖12 歧北次凹沙三上亞段紋層狀頁(yè)巖相微米CT三維成像(據(jù)文獻(xiàn)[23]修改)Fig.12 Micron CT 3D imaging of laminar shale lithofacies in the Es3s in Qibei Subsag(modified by reference[23])

4 結(jié)論

(1)渤海灣盆地歧口凹陷歧北次凹沙三上亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型干酪根為主,有機(jī)質(zhì)豐度中等,總體上處于熱催化生油氣階段。礦物組成以石英、黏土和碳酸鹽礦物為主,巖石類型多樣,巖性以混合質(zhì)和長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖為主,發(fā)育紋層狀、薄層狀和塊狀3類層理沉積構(gòu)造。

(2)研究區(qū)沙三上亞段細(xì)粒沉積巖劃分為5類16種巖相,分別為紋層狀頁(yè)巖相、層狀頁(yè)巖相、塊狀頁(yè)巖相、鈣質(zhì)頁(yè)巖相和粉砂巖相;包括15種頁(yè)巖巖相和1種粉砂巖相。

(3)沙三上亞段不同巖相頁(yè)巖儲(chǔ)層內(nèi)部的含油性不同。長(zhǎng)英質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及沉積構(gòu)造類型對(duì)頁(yè)巖油含量具有重要的控制作用。紋層狀和層狀頁(yè)巖相內(nèi)部發(fā)育大規(guī)模由有機(jī)質(zhì)、礦物紋層和薄層控制的孔—縫網(wǎng)結(jié)構(gòu),為頁(yè)巖油提供大量的有效儲(chǔ)集空間,具有高可動(dòng)油含油量特征。塊狀和鈣質(zhì)頁(yè)巖相生烴潛力較差,儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)相對(duì)致密,儲(chǔ)集性能較差,具有低可動(dòng)油含油量特征。