準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組泥頁巖優(yōu)勢(shì)巖相與頁巖油富集模式

張奎華,孫中良,張關(guān)龍,宋振響,于洪洲,周 健,曹婷婷,宋梅遠(yuǎn),王 斌,李志明

1.中國(guó)石化 勝利油田分公司,山東 東營(yíng) 257000;2.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫 214126;3.中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所,江蘇 無錫 214126;4.中國(guó)石化 油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫 214126;5.中國(guó)石化 勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營(yíng) 257015

瑪湖凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地油氣富集程度最高的生烴凹陷,下二疊統(tǒng)風(fēng)城組(P1f)為瑪湖凹陷最主要的烴源巖發(fā)育層系[1-4]。近年來中國(guó)石油依據(jù)“源儲(chǔ)耦合、有序共生”的勘探思路[5],由淺及深地進(jìn)行油氣勘探,瑪湖凹陷風(fēng)城組多類型頁巖油均取得了勘探突破。在瑪湖凹陷斜坡區(qū)部署的瑪頁1井,最高日產(chǎn)頁巖油量達(dá) 50.6 m3 [6],證實(shí)了瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖油的巨大勘探潛力[7]。哈山地區(qū)構(gòu)造上處于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣隆起烏夏斷裂帶的西北端山前沖斷帶,北接和什托洛蓋盆地,南鄰瑪湖富烴凹陷(圖1),沉積地層與瑪湖凹陷相似,二疊系風(fēng)城組分為風(fēng)一段、風(fēng)二段和風(fēng)三段[6],但受多期推覆改造影響,發(fā)育超剝帶、沖斷—推覆體及準(zhǔn)原地地層[8],主體呈“三層樓”結(jié)構(gòu)(圖1)。哈山地區(qū)目前主要在超剝帶侏羅系和石炭系—二疊系火山巖領(lǐng)域取得2個(gè)規(guī)模發(fā)現(xiàn)。近年來,在瑪湖凹陷頁巖油重大突破帶動(dòng)下,中國(guó)石化也加快了哈山地區(qū)風(fēng)城組頁巖油的勘探部署,早期在哈山西段部署的哈淺101井、哈深斜1井、哈山2井等多口井在風(fēng)城組見良好的油氣顯示[9-11],2022年分別在哈山西段和中段實(shí)施的哈山斜4井和哈山5井在風(fēng)城組也均見到豐富的油氣顯示,揭示哈山地區(qū)風(fēng)城組也具備頁巖油的勘探前景。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)區(qū)域構(gòu)造與位置

支東明等[26]將瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖巖相劃分為泥巖類(包括白云質(zhì)、粉砂質(zhì)、凝灰質(zhì)泥巖)、白云巖類(包括粉砂質(zhì)、泥質(zhì)、凝灰質(zhì)白云巖)、凝灰?guī)r類(包括粉砂質(zhì)凝灰?guī)r、白云質(zhì)凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r)和粉砂巖類(包括白云質(zhì)、凝灰質(zhì)、泥質(zhì)粉砂巖)。并依據(jù)巖相分類評(píng)價(jià)出含油性最好的巖相為粉砂巖類,其次為泥巖類。并在此基礎(chǔ)上建立了源儲(chǔ)一體型、源儲(chǔ)緊鄰型以及源儲(chǔ)分離型三類頁巖油富集模式,進(jìn)一步指導(dǎo)了瑪湖凹陷頁巖油的勘探開發(fā)與區(qū)帶優(yōu)選。由于哈山地區(qū)經(jīng)歷了多期逆沖推覆疊加構(gòu)造,地層疊置,存在準(zhǔn)原地和多套推覆體地層,巖相變化十分頻繁。外源陸源碎屑、內(nèi)源化學(xué)沉積及火山作用的共同影響加重了這一現(xiàn)象,導(dǎo)致不同地區(qū)巖相可比性差,同時(shí)對(duì)儲(chǔ)層物性和油氣成藏產(chǎn)生較大影響[12,27-28]。因此,結(jié)合哈山地區(qū)特殊地質(zhì)背景進(jìn)行針對(duì)性的巖相劃分,對(duì)接下來哈山地區(qū)頁巖油甜點(diǎn)區(qū)/層優(yōu)選至關(guān)重要。本文以哈山中段的哈山5井以及哈山西段的哈深斜1井、哈山1井、哈山11井等8口探井200余塊樣品為基礎(chǔ),在沉積環(huán)境及沉積相研究基礎(chǔ)上開展巖性及巖相劃分工作,并對(duì)哈山地區(qū)風(fēng)城組不同巖相頁巖樣品的儲(chǔ)集性能、含油性特征進(jìn)行對(duì)比分析,優(yōu)選有利儲(chǔ)集巖相,總結(jié)不同巖相的頁巖油富集模式,以期更好地服務(wù)于后期頁巖油有利區(qū)與目標(biāo)層段的優(yōu)選。

1 沉積相展布與巖相劃分

哈山地區(qū)巖相主要受沉積相及沉積微相控制,距離沉積中心較遠(yuǎn)的三角洲外前緣受陸源碎屑輸入程度影響更大,濱淺湖、半深湖—深湖相帶則主要受內(nèi)源化學(xué)沉積影響。考慮到推覆改造作用的影響,本文將推覆體地層恢復(fù)原位后開展了連井沉積特征分析。由近東西向的BB’剖面(圖2)可以看出,哈山地區(qū)風(fēng)城組一段主要顯示為濱淺湖沉積,主要巖性包括白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)云巖或白云質(zhì)砂巖等。哈山5井準(zhǔn)原地風(fēng)一段下部發(fā)育濱淺湖沉積,受火山作用影響發(fā)育含凝灰質(zhì)混積巖,部分玄武巖,至風(fēng)一上亞段轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕獮榘肷詈詈喑练e,處于堿湖沉積中心,主要巖性為含堿礦白云質(zhì)泥巖。受重力流以及火山作用影響,部分層段夾砂巖層以及含火山碎屑混積巖相層。風(fēng)二段準(zhǔn)原地主要為濱淺湖沉積,推覆體主要為三角洲外前緣沉積,受陸源輸入影響,三角洲外前緣主要巖性包括泥巖,粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等,砂巖與泥巖多互層發(fā)育,部分層段含少量白云質(zhì)砂巖;受火山作用影響哈深斜1井風(fēng)二段存在凝灰質(zhì)夾層。哈山地區(qū)風(fēng)三段主要為三角洲外前緣沉積。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)二疊系風(fēng)城組沉積相對(duì)比

依據(jù)不同沉積相發(fā)育的巖性組合類型以及礦物成分特征(圖4),結(jié)合大薄片掃描及薄片鑒定,總結(jié)出哈山地區(qū)風(fēng)城組泥頁巖巖相主要可分為4類(表1,圖3)。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)二疊系風(fēng)城組頁巖巖相分類及沉積特征

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)不同巖相的礦物成分特征

(1)陸源碎屑巖相。主要包括(砂質(zhì))泥巖類(圖3A )和(泥質(zhì))粉砂巖類(圖3B )。該類巖相礦物成分中的陸源碎屑礦物(包括黏土、石英、長(zhǎng)石)為主要礦物成分,約占總礦物成分的80%,其中(砂質(zhì))泥巖類黏土含量較高,普遍為20%～40%(均值 為31%),其次為石英(19.1%～24.1%,均值為21.35%)、斜長(zhǎng)石(16%～37.4%,均值為20.5%)等;(泥質(zhì))粉砂巖類黏土含量相對(duì)較小,普遍在20%左右,石英、長(zhǎng)石的含量顯著增加,兩者含量超過了60%(圖4a)。(砂質(zhì))泥巖類樣品成層性較好(圖3A1,A2),反映出較安靜的沉積環(huán)境,有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較高,TOC含量均值為1.1%(圖5),為較好的烴源巖,具三角洲外前緣的間灣沉積特征,主要發(fā)育在風(fēng)二中上亞段以及風(fēng)三段(圖2);(泥質(zhì))粉砂巖主要為塊狀(圖3B1),分選較好,呈次棱—次圓狀(圖3B2),反映出較強(qiáng)的水動(dòng)力特征,為三角洲外前緣的遠(yuǎn)砂壩沉積,該類巖相主要發(fā)育在風(fēng)二上亞段和風(fēng)三段。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)不同巖相的有機(jī)質(zhì)豐度特征

(2)白云質(zhì)混積巖相。主要包括白云質(zhì)砂巖和白云質(zhì)泥巖(圖3C,D )。該類巖相黏土含量普遍低于15%,均值為11.8%,石英(9%～56%,均值為31.11%)以及白云石(5.1%～56.2%,均值為19.17%)為主要礦物成分且含量變化差異大(圖4b)。白云質(zhì)混積巖相泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度均值在1%左右(圖5),沉積構(gòu)造包括層狀(圖3C2)、紋層狀(圖3D2)和塊狀。其中,紋層狀白云質(zhì)泥巖的有機(jī)質(zhì)豐度最高(TOC含量均值為1.05%),其次為層狀白云質(zhì)泥巖(TOC含量均值為0.89%),多見季節(jié)性韻律層(粉砂質(zhì)與白云質(zhì)巖互層) (圖3C2),常見滑塌變形構(gòu)造(圖3D1),顯示沉積時(shí)具有一定的坡度,主要發(fā)育水平層理,偶見波狀層理,總體顯示為濱淺湖的沉積特征,該巖相主要發(fā)育于風(fēng)二段中下部。

(3)含堿性礦物混積巖相。主要巖性包括含堿白云質(zhì)泥巖、含堿灰白云質(zhì)泥巖、含堿灰質(zhì)白云巖等(圖3E)。受巖性變化的影響,該類巖相的礦物成分復(fù)雜且變化較快(圖4c),優(yōu)勢(shì)礦物成分主要和巖性有關(guān),該類巖相中菱鎂礦、黃鐵礦含量顯著增加,反映較強(qiáng)的還原環(huán)境特征,鏡下觀察其堿性礦物主要包括了硅硼鈉石、碳鈉鈣石、碳鈉鎂石等(圖3E3)。白云質(zhì)泥巖、含堿白云質(zhì)泥巖和天然堿鹽層的周期性沉積,在湖平面萎縮到最小時(shí),可見天然堿鹽層?？傮w上,該巖相的有機(jī)質(zhì)豐度較差,TOC含量均值僅為0.54%,部分紋層狀發(fā)育的泥巖有機(jī)質(zhì)豐度可達(dá)1.32%(圖5),隨著堿性礦物的增加,有機(jī)質(zhì)豐度變差。堿性礦物主要呈雪花狀,條帶狀,網(wǎng)狀分布在云泥巖中(圖3E1,E2),總體反映半深湖相咸水沉積特征,主要發(fā)育于風(fēng)一段上部以及風(fēng)二段中、下部。

(4)含火山碎屑混積巖相。主要包括凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)細(xì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖等(圖3F)。受火山噴發(fā)影響,發(fā)育層位和位置無規(guī)律性,哈山中部哈山5井的風(fēng)一段、哈山西部哈深斜1井的風(fēng)二段及哈山1井風(fēng)一段均見到該巖相。其主要發(fā)育在濱淺湖相,以白云石礦物為主(21.7%～55%,均值為33.37%),含角閃石、輝石等火山碎屑礦物(圖4d),該巖相有機(jī)質(zhì)豐度較高,平均TOC含量值為1.12%,部分含凝灰質(zhì)白云質(zhì)泥巖的TOC含量可達(dá)2%以上(圖5)。

通過表3可知，依據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等八部分共同發(fā)文《關(guān)于推進(jìn)電能替代的指導(dǎo)意見》以及南方電網(wǎng)相關(guān)電能替代指導(dǎo)意見，共梳理該地區(qū)電能替代相關(guān)技術(shù)19項(xiàng)，通過本文建立的區(qū)域電能替代技術(shù)選擇體系篩選出11項(xiàng)該地區(qū)需要大力發(fā)展及廣泛推廣的項(xiàng)目。根據(jù)上文中選擇出的電能替代技術(shù)與國(guó)家政策及指導(dǎo)意見比較相似，因此，也能說明本文中建立的體系的正確性與合理性。通過對(duì)本地區(qū)電能替代領(lǐng)域的分析與選擇，對(duì)于促進(jìn)節(jié)能減排與建設(shè)美麗中國(guó)、治理環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

依據(jù)不同井風(fēng)城組沉積相帶、巖性巖相組合,結(jié)合測(cè)井預(yù)測(cè)及地震響應(yīng)特征,編制了哈山地區(qū)風(fēng)城組巖相平面展布圖以及巖相發(fā)育模式圖(圖6)。在三角洲外前緣相主要發(fā)育陸源碎屑巖相,包括泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和粉砂巖等;濱湖—淺湖相主要發(fā)育白云質(zhì)混積巖相,包括白云質(zhì)泥巖以及白云質(zhì)砂巖;受火山作用影響的地帶發(fā)育含凝灰質(zhì)混積巖相,因發(fā)育相帶的差異,含火山碎屑混積巖相的巖性組合存在差異,在濱淺湖相包括含凝灰質(zhì)泥巖、含凝灰質(zhì)白云質(zhì)泥巖等,在三角洲相主要發(fā)育含凝灰質(zhì)砂礫巖等,當(dāng)火山物質(zhì)較多時(shí),可沉積沉凝灰?guī)r;在深湖—半深湖相區(qū)主要發(fā)育含堿性礦物混積巖相,包括含堿性礦物泥巖、含堿性礦物白云質(zhì)泥巖等。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)二疊系風(fēng)城組泥頁巖巖相展布與發(fā)育模式

2 優(yōu)勢(shì)巖相評(píng)價(jià)

2.1 儲(chǔ)集性評(píng)價(jià)

圖3的巖心和薄片觀察結(jié)果顯示,在宏觀尺度上,哈山地區(qū)主要發(fā)育裂縫和溶蝕孔。其中,陸源碎屑巖相泥頁巖主要發(fā)育構(gòu)造裂縫溶蝕孔(圖3A1,B1),裂縫多與溶蝕孔相伴生,主要為早期裂縫中充填的硅質(zhì)或方解石被后期的地質(zhì)流體溶蝕形成;受構(gòu)造活動(dòng)影響,泥頁巖中也多發(fā)育高角度羽列式裂縫(圖3A1,A3)。薄片下陸源碎屑巖相的孔隙發(fā)育程度總體較差,主要為微裂縫(圖3A3,B3)。通過掃描電鏡觀察得出,在微觀尺度上,陸源碎屑巖相(圖3B4)中(泥質(zhì))粉砂巖類主要發(fā)育陸源碎屑礦物的粒間孔,孔隙尺寸多小于3 μm,孔隙中常見有機(jī)質(zhì)充填,其次發(fā)育黏土礦物收縮縫,收縮縫長(zhǎng)度可達(dá)5 μm;在泥巖中黏土礦物收縮縫更為發(fā)育,主要為微米級(jí),多被瀝青充填(圖3A4)。

白云質(zhì)混積巖相泥頁巖主要發(fā)育各式裂縫,如交叉縫、網(wǎng)狀縫等(圖3C1,C3,D3),為該巖相的主要儲(chǔ)集空間。掃描電鏡顯示該巖相主要發(fā)育微裂縫(圖3D4)、粒緣縫(圖3C4)、長(zhǎng)石溶孔、白云石溶孔等。溶蝕孔多為納米級(jí)孔隙,連通性差,與宏觀尺度的縫網(wǎng)發(fā)育存在較大差異。

含堿礦混積巖相泥頁巖發(fā)育溶蝕孔和裂縫(圖3E),但裂縫多被堿性礦物充填(圖3 E1,E2);掃描電鏡觀察顯示該巖相純堿晶間孔最為發(fā)育,其次為粒緣縫。研究認(rèn)為,由于純堿在泥漿中有很好的流動(dòng)性,純堿晶間孔可能由后期重結(jié)晶產(chǎn)生,對(duì)地質(zhì)條件下油氣的賦存貢獻(xiàn)不大。

含火山碎屑混積巖相泥頁巖主要發(fā)育層理縫和凝灰質(zhì)溶蝕孔(圖3F1,F3),掃描電鏡下可觀察到較多的微裂縫及溶蝕孔(圖3F4)等,孔縫尺寸均較大,與宏觀尺度上觀察到的孔縫發(fā)育特征有較好的一致性。

氮?dú)馕浇Y(jié)果(圖7)顯示,含火山碎屑混積巖相泥頁巖孔隙結(jié)構(gòu)最好,在相對(duì)壓力(P/P0)較小時(shí)液氮吸附量緩慢增加。在P/P0>0.8時(shí),液氮吸附量迅速增加,表明孔隙較為發(fā)育,且主要為四周開放的狹縫型孔隙,孔隙連通性較好。陸源碎屑巖相泥頁巖孔隙結(jié)構(gòu)次之,液氮吸附量在P/P0>0.4時(shí)逐漸增加,隨壓力增大,吸附量迅速增加,相較于(粉砂質(zhì))泥巖,(泥質(zhì))粉砂巖的吸附量明顯較高且回滯環(huán)開口較大,表明(泥質(zhì))粉砂巖孔隙更為發(fā)育,孔隙結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜[29]。白云質(zhì)混積巖相泥頁巖氮?dú)馕搅枯^小,且回滯環(huán)開口較大,表明孔隙發(fā)育較差且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,白云質(zhì)砂巖的吸附量略優(yōu)于白云質(zhì)泥巖,表明白云質(zhì)砂巖的孔隙更發(fā)育。含堿性礦物混積巖相泥頁巖在相對(duì)低壓和相對(duì)中壓區(qū)(P/P0<0.8)氮?dú)馕搅枯^小,在相對(duì)高壓區(qū)(P/P0>0.8)吸附量突增,表明其主要發(fā)育宏孔。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)風(fēng)城組頁巖不同巖相孔隙結(jié)構(gòu)特征

為更好表征哈山地區(qū)不同巖相泥頁巖的孔徑分布特征,研究中采用氮?dú)馕脚c高壓壓汞聯(lián)測(cè)的方法[30],表征不同巖相的孔隙分布特征與總孔體積?；趪?guó)際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì) (IUPAC) 依據(jù)頁巖儲(chǔ)層孔徑大小的孔隙分類方法[31],以<2 nm、2～50 nm、>50 nm將孔隙分為微孔、介孔、宏孔。據(jù)表2可以看出,含火山碎屑混積巖相泥頁巖的微孔、介孔較發(fā)育,累計(jì)孔容最高,其次為含堿性礦物混積巖相,主要發(fā)育宏孔,陸源碎屑混積巖相泥頁巖主要發(fā)育介孔,其中(泥質(zhì))粉砂巖的孔隙發(fā)育明顯優(yōu)于(粉砂質(zhì))泥巖類,白云質(zhì)混積巖相泥頁巖的孔隙發(fā)育程度較差,總孔容明顯低于其他巖相一個(gè)數(shù)量級(jí),白云質(zhì)砂巖的孔隙發(fā)育程度略好于白云質(zhì)泥巖。雖然白云質(zhì)混積巖相泥頁巖的孔隙發(fā)育較差,但是從圖3C1、3C3可以看出,白云質(zhì)混積巖相泥頁巖中廣泛發(fā)育的裂縫可以為頁巖油提供有利的運(yùn)移通道及儲(chǔ)集空間,依然是較好的儲(chǔ)集巖。

表2 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)二疊系風(fēng)城組不同巖相泥頁巖氮?dú)馕娇紫扼w積分布

2.2 含油性評(píng)價(jià)

在巖性劃分基礎(chǔ)上,首先通過對(duì)不同巖相泥頁巖樣品的含油性特征觀察得出,陸源碎屑巖相泥頁巖主要為基質(zhì)含油,(泥質(zhì))砂巖中的含油性明顯較好(圖8a-c),與掃描電鏡中觀察到的陸源碎屑粒間孔內(nèi)含油的結(jié)果吻合(圖3B4);白云質(zhì)混積巖相泥頁巖裂縫中大量含油(圖8d),且裂縫石英脈體中賦存大量的油包裹體(圖8e),進(jìn)一步表明了該巖相泥頁巖以裂縫為主要儲(chǔ)集空間;含堿性礦物混積巖相泥頁巖在溶蝕孔縫中存在油氣顯示(圖8f,g),但因?yàn)楹笃诘膲A性礦物充填,可能不具備很好的開采性,掃描電鏡顯示出,該巖相的頁巖油在長(zhǎng)英質(zhì)孔隙中也有賦存(圖8h);在含火山碎屑混積巖相中,頁巖油主要賦存在層理縫及廣泛發(fā)育的溶蝕孔縫中(圖8i,j,k)。通過對(duì)比不同井、不同巖相泥頁巖的熱解S1值(圖9)分布特征可以看出,在推覆體或準(zhǔn)原地地層中,白云質(zhì)混積巖相及含火山碎屑混積巖相泥頁巖的熱解S1值含量高,其次為(泥質(zhì))砂巖相,這與瑪湖凹陷的瑪頁1井具有較好的相似性,但整體含油性要低于瑪頁1井。從準(zhǔn)原地及推覆體地層含油性對(duì)比來看,準(zhǔn)原地的白云質(zhì)混積巖相及含火山碎屑混積巖相泥頁巖熱解S1值普遍高于2 mg/g,優(yōu)于推覆體的同類巖相。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)哈山5井二疊系風(fēng)城組頁巖不同巖相樣品的含油性特征

圖9 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)二疊系風(fēng)城組頁巖不同巖相樣品的含油性

不同巖相泥頁巖的含油飽和指數(shù)(OSI)對(duì)比(圖10)分析顯示,白云質(zhì)混積巖相、含火山碎屑混積巖相泥頁巖及部分(泥質(zhì))粉砂巖的 OSI值普遍高于100 mg/g(每克TOC,下同),達(dá)到了頁巖油商業(yè)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)[29-30],白云質(zhì)混積巖相中的白云質(zhì)砂巖的OSI略好于白云質(zhì)泥巖。陸源碎屑巖相中的(粉砂質(zhì))泥巖含油飽和指數(shù)普遍低于50 mg/g,含堿礦混積巖相含油飽和指數(shù)在50～100 mg/g范圍內(nèi),可動(dòng)性總體較差,不是有利巖相。

圖10 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)二疊系 風(fēng)城組頁巖不同巖相含油飽和指數(shù)(OSI)

總結(jié)哈山地區(qū)儲(chǔ)集及含油性特征可以得出,白云質(zhì)混積巖相、含火山碎屑混積巖相泥頁巖孔縫發(fā)育程度和含油性總體優(yōu)于其他巖相,為哈山地區(qū)風(fēng)城組頁巖油甜點(diǎn)層開采的最有利巖相,陸源碎屑巖相中的(泥質(zhì))粉砂巖相含油性及儲(chǔ)層物性也相對(duì)較好,可作為甜點(diǎn)層開采的備選巖相。結(jié)合前文的沉積相特征,發(fā)育在三角洲外前緣的(泥質(zhì))砂巖帶、發(fā)育在濱淺湖的白云質(zhì)混積巖相帶以及受火山作用影響的地區(qū),均為頁巖油開采的有利相帶發(fā)育區(qū),可為后期頁巖油甜點(diǎn)區(qū)、甜點(diǎn)段優(yōu)選提供依據(jù)。

3 頁巖油富集模式

通過對(duì)比不同巖相泥頁巖的巖性組合特征與有機(jī)質(zhì)豐度、儲(chǔ)集物性和含油性特征可以發(fā)現(xiàn),不同巖相泥頁巖的頁巖油富集模式存在差異。在陸源碎屑巖相中,主要可分為泥質(zhì)粉砂巖夾砂巖組合,泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層組合以及純泥巖段。泥質(zhì)粉砂巖夾砂巖組合有機(jī)質(zhì)豐度較低(TOC含量小于1%),熱解S1以及含油飽和指數(shù)(OSI)與有機(jī)質(zhì)豐度有較好的對(duì)應(yīng)性,泥質(zhì)粉砂巖的含油性更好(OSI大于100 mg/g);泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層組合,TOC含量與熱解S1以及OSI的一致性較差(圖11),其中粉砂質(zhì)泥巖的TOC含量較高(大于1%),但含油性較差,而泥質(zhì)粉砂巖的TOC低值對(duì)應(yīng)的含油性較好;在泥巖段,具有典型的高TOC、低含油性特征。由前文的對(duì)比分析中不難發(fā)現(xiàn),在陸源碎屑混積巖相中頁巖油主要在(泥質(zhì))粉砂巖的基質(zhì)孔內(nèi)賦存(圖3B,圖8a-c),泥巖中的有機(jī)質(zhì)豐度較高但含油性較差,主要原因在于生成的油氣向鄰層的(泥質(zhì))粉砂巖短距離運(yùn)移聚集,形成了鄰層運(yùn)移型的致密油富集模式。

圖11 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)二疊系風(fēng)城組頁巖油富集模式綜合示意

在白云質(zhì)混積巖相中,主要的巖相組合包括白云質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)白云巖組合、白云質(zhì)泥巖夾白云質(zhì)砂巖組合以及白云質(zhì)泥巖段。該巖相TOC含量與熱解S1含量總體顯示出較好的一致性,白云質(zhì)砂巖的含油性略好于白云質(zhì)泥巖(圖11)。白云質(zhì)混積巖相廣泛發(fā)育裂縫,為該巖相頁巖油賦存的主要儲(chǔ)集空間。白云質(zhì)砂巖中的長(zhǎng)英質(zhì)粒間孔更為發(fā)育,可作為頁巖油賦存的孔隙空間。因此,可以判斷,白云質(zhì)混積巖相段的頁巖油富集模式為夾層運(yùn)移及裂縫賦存的富集模式,主要表現(xiàn)為白云質(zhì)泥巖生成的油氣向鄰層白云質(zhì)砂巖和裂縫中運(yùn)移。

在含堿性礦物混積巖相泥頁巖中,有機(jī)質(zhì)豐度和含油性普遍較低,堿性礦物含量越高,有機(jī)質(zhì)豐度越差,有機(jī)質(zhì)豐度較高的層位多為堿性礦物層間的富有機(jī)質(zhì)泥巖紋層。除堿性礦物外,該層位也見孔隙發(fā)育較好的長(zhǎng)英質(zhì)或白云質(zhì)紋層,可作為頁巖油賦存的空間,主要為鄰層或同層位頁巖油賦存。但由于堿性礦物的后期充填,導(dǎo)致該巖相的含油性總體較差,不是有利的頁巖油富集巖相。

在含火山碎屑混積巖相泥頁巖中,有機(jī)質(zhì)豐度及含油性均較好(TOC含量普遍大于1%,OSI普遍高于100 mg/g),TOC含量與熱解S1以及OSI有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,TOC含量高的層位含油性普遍較好(圖11)。由巖心觀察可以看出,該巖相主要發(fā)育一些層理縫及凝灰質(zhì)溶蝕孔縫(圖3F1,圖8i,j),薄片以及掃描電鏡顯示該巖相的基質(zhì)孔隙也較為發(fā)育(圖3F3,F4),且孔縫脈體內(nèi)發(fā)育大量油包裹體(圖8k)?；鹕侥屹|(zhì)可以攜帶充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體,造成藻類勃發(fā),提高湖泊生產(chǎn)力,從而促進(jìn)有機(jī)質(zhì)富集,孔縫的大量發(fā)育為頁巖油的富集提供了儲(chǔ)集空間,為典型的自生自儲(chǔ)的基質(zhì)型頁巖富集模式。

在此基礎(chǔ)上總結(jié)出哈山地區(qū)的3種致密油/頁巖油富集模式(圖11):在三角洲前緣沉積相中,主要為鄰層運(yùn)移的富集模式,富有機(jī)質(zhì)(粉砂質(zhì))泥巖與(泥質(zhì))粉砂巖儲(chǔ)層互層,形成鄰層運(yùn)移的致密油藏;在濱淺湖云巖發(fā)育段主要為同層裂縫運(yùn)移以及鄰層運(yùn)移的富集模式,白云質(zhì)泥巖中生成的油氣在白云質(zhì)砂巖夾層及裂縫中賦存;在含火山碎屑混積巖相發(fā)育的層段,有機(jī)質(zhì)豐度高且孔隙發(fā)育,形成自生自儲(chǔ)的基質(zhì)型頁巖油富集模式。

4 結(jié)論

(1)哈山地區(qū)風(fēng)城組頁巖為堿湖相混合細(xì)粒沉積,主要發(fā)育堿湖中心半深湖相、濱湖—淺湖相及三角洲外前緣相。受陸源碎屑輸入、內(nèi)源化學(xué)沉積及火山作用聯(lián)合控制,可劃分為四大類巖相:包括陸源碎屑巖相,主要為(砂質(zhì))泥巖和(泥質(zhì))砂巖;白云質(zhì)混積巖相,主要為白云質(zhì)泥巖和白云質(zhì)砂巖;含堿性礦物混積巖相及含火山碎屑混積巖相。

(2)陸源碎屑巖相裂縫和溶蝕孔較為發(fā)育,微觀孔隙主要為陸源碎屑粒間孔、黏土礦物收縮縫等,孔隙結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,主要發(fā)育介孔,其中(泥質(zhì))粉砂巖孔隙發(fā)育較好,部分樣品OSI大于100 mg/g,為致密/頁巖油賦存的優(yōu)勢(shì)巖相;白云質(zhì)混積巖相泥頁巖主要發(fā)育裂縫,微觀孔隙類型主要為粒緣縫,長(zhǎng)石溶孔、白云石溶孔等,孔徑大小以宏孔為主,熱解S1值普遍高于2 mg/g,OSI大于100 mg/g,為頁巖油賦存的優(yōu)勢(shì)巖相,白云質(zhì)砂巖儲(chǔ)集物性和含油性略好于白云質(zhì)泥巖;含火山碎屑混積巖相泥頁巖裂縫、溶蝕孔廣泛發(fā)育,熱解S1值普遍高于2 mg/g,OSI大于100 mg/g,同樣為頁巖油賦存的優(yōu)勢(shì)巖相。

(3)哈山地區(qū)頁巖油富集模式可分為3類:鄰層運(yùn)移的致密油藏,主要發(fā)育在三角洲外前緣帶,相對(duì)安靜水體環(huán)境發(fā)育富有機(jī)質(zhì)泥巖,砂巖段儲(chǔ)集物性好,泥巖生成的油氣短距離運(yùn)移至鄰層砂巖儲(chǔ)層中富集;自生自儲(chǔ)的頁巖油藏,在濱淺湖白云質(zhì)巖發(fā)育段主要為同層裂縫運(yùn)移及鄰層運(yùn)移富集模式,白云質(zhì)泥巖中生成的油氣在白云質(zhì)砂巖夾層及裂縫中賦存;在受火山作用影響的含火山碎屑混積巖相段,凝灰質(zhì)的存在有利于提高頁巖的生烴及儲(chǔ)集性能,形成自生自儲(chǔ)的頁巖油富集模式。

致謝:感謝中國(guó)石化勝利油田分公司提供的樣品與資料支持。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)/Authors’ Contributions

張奎華、孫中良參與文章寫作與修改,宋振響、王斌、李志明、曹婷婷提供修改意見,張關(guān)龍,于洪洲,周健,宋梅遠(yuǎn)提供樣品和資料支持。所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

ZHANG Kuihua and SUN Zhongliang participated in the writing and revision of the paper, while SONG Zhenxiang, WANG Bin, LI Zhiming and CAO Tingting provided revision suggestions. ZHANG Guanlong, YU Hongzhou, ZHOU Jian and SONG Meiyuan provided samples and data support. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.