濟(jì)陽沙四上- 沙三下亞段泥頁巖巖相特征研究

牛春輝

（勝利油田勝利采油廠，山東 東營）

巖相研究包含多方面內(nèi)容，除了礦物及化學(xué)成分分析外，還需要探討礦石結(jié)構(gòu)及整體產(chǎn)狀，解析巖石形成的具體原因，推衍各種巖石間的相互關(guān)系及其演變等。本次研究從系統(tǒng)取心井入手，根據(jù)巖石的組分、沉積構(gòu)造、有機(jī)質(zhì)豐度等資料確定巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)。

1 濟(jì)陽泥頁巖巖相劃分方案

1.1 成分

濟(jì)陽坳陷泥頁巖的主要成分為粘土、碳酸鹽和碎屑。

1.2 有機(jī)質(zhì)含量

油氣源巖的主要成分是有機(jī)質(zhì)，此成分含量的高低與油氣形成存在密切關(guān)聯(lián)，油氣源巖數(shù)量特征的重要影響因子之一便是有機(jī)質(zhì)含量，一般最好的生油巖有機(jī)碳值大于2%。

1.3 沉積構(gòu)造

根據(jù)亞巖相的差異，可將巖石結(jié)構(gòu)歸類為三種不同類型，一是紋層狀結(jié)構(gòu)，二是層狀結(jié)構(gòu)，三是塊狀結(jié)構(gòu)。

1.4 碳酸鹽巖的結(jié)晶程度

碳酸鹽巖是濟(jì)陽泥頁巖中重要的巖石組分，通常有兩種分布形式：一是均勻分布在巖石中，和長英質(zhì)、粘土構(gòu)成結(jié)構(gòu)性混積巖，如灰質(zhì)泥巖和灰質(zhì)砂巖。二是以層狀分布，和粘土巖構(gòu)成紋層狀、層狀結(jié)構(gòu)。研究表明，泥頁巖有機(jī)質(zhì)的豐度和碳酸鹽巖的結(jié)晶程度有關(guān)，所以碳酸鹽巖的結(jié)晶程度也是泥頁巖巖相劃分的重要因素。

依據(jù)以上的泥頁巖巖相劃分原則，提出了“三端元，四要素”的巖相劃分方案，三端元是指巖石中的礦物組分，分別指碳酸鹽礦物、長英質(zhì)礦物和粘土礦物。四要素分別指有機(jī)質(zhì)、層狀構(gòu)造、碳酸鹽巖結(jié)晶程度。利用此方案在東營和沾化凹陷選取典型井進(jìn)行了詳細(xì)的巖相劃分[1]。

2 頁巖巖相類型特征

2.1 富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥晶泥質(zhì)灰?guī)r相

頁巖的巖心以灰色為主，多呈暗灰色，將鹽酸溶液滴入巖心區(qū)，會產(chǎn)生明顯的汽泡。同時(shí)，巖芯屬于紋層結(jié)構(gòu)類型，其中有顏色明暗不一的紋層穿插分布，無斷裂紋層，具有三種不同的紋層存在形態(tài)，除水平狀外，還可見波狀紋層以及透鏡狀紋層，紋層形狀詳見圖1。紋層中含有大量生物，可見明顯鹽析出現(xiàn)象，紋層中分布許多球粒狀黃鐵礦，且夾雜部分有機(jī)質(zhì)碎屑，頁巖中含有高于60%的碳酸鹽巖、約5%左右的有機(jī)碳，除此之外，還含有超過10%的粘土礦物，并且石英與長石混合分布，總量不低于20%。

圖1 富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥晶泥質(zhì)灰?guī)r

2.2 富有機(jī)質(zhì)紋層狀微晶泥質(zhì)灰?guī)r相

觀察頁巖巖心薄片發(fā)現(xiàn)，有兩種紋層相互交疊分布，一是有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)紋層，二是方解石紋層。兩個(gè)紋層之間有明顯的界限，兩層相比，方解石紋層略厚，以微晶結(jié)構(gòu)為主，其中充斥著各種不同形狀的晶體，如橢圓形晶體、三角形晶體以及菱形晶體等等，晶粒之間分散分布著大量黃鐵礦，另有許多有機(jī)質(zhì)。方解石紋層中還夾雜著白云石晶粒，但量不大，晶粒粒徑為40 μm 左右，紋層含有機(jī)質(zhì)碳總量為3.5%左右，并存在高于50%的碳酸鹽巖，方解石紋層中與泥質(zhì)灰?guī)r中均存在部分粘土礦物，泥質(zhì)灰?guī)r中此礦物含量略高。富有機(jī)質(zhì)紋層狀微晶泥質(zhì)灰?guī)r如圖2 所示。

圖2 富有機(jī)質(zhì)紋層狀微晶泥質(zhì)灰?guī)r

2.3 富有機(jī)質(zhì)紋層狀粗晶泥質(zhì)灰?guī)r相

此灰?guī)r有灰色巖心，滴入鹽酸后會產(chǎn)生大量汽泡，且暗紋層與亮紋層交疊分布，兩層分別為有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)紋層與方解石紋層，紋層無斷裂現(xiàn)象。各紋層厚度不等，最大厚度可達(dá)1 cm，小的僅為幾微米，其中，方解石以透鏡體形態(tài)存在（詳見圖3）。觀察巖心薄片，可見相互交疊分布的明暗兩層，方解石比有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)紋層厚度略大，且晶粒顆粒也更加明亮粗大，晶體相對潔凈，馬牙形態(tài)的晶體居多，在紋層上垂直分布，排列較為密集，也可見等粒晶體連接分布。利用熒光鏡觀察發(fā)現(xiàn)，這些晶體呈多種顏色，是不同時(shí)期形成所致。泥質(zhì)紋層中存在大量有機(jī)質(zhì)，含量最少的區(qū)域?yàn)?%，最高區(qū)域則可達(dá)到8%。碳酸鹽巖大于50%，石英+長石相對較少，零星分布于粘土層中，粘土礦物含量約18%[2]。

圖3 富有機(jī)質(zhì)紋層狀透鏡粗晶泥質(zhì)灰?guī)r（牛頁1 井）

2.4 富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖相

此巖層的巖心偏暗黑，遇酸雖有汽泡產(chǎn)生但并不多，具有層間界限清晰度偏低的紋層，紋層連續(xù)分布，有三種分布形態(tài)，一是透鏡狀，二是水平狀，三是波狀。紋層中分布著大量生物碎屑及形態(tài)完整的魚類化石（詳見圖4）。觀察巖心薄片可見清晰紋層，紋層結(jié)構(gòu)以富有機(jī)質(zhì)粘土紋層為主，同時(shí)存在富灰、硅混合紋層，紋層中含有大量石英及長石陸源碎屑，分布形狀以紋層狀為主、分散狀為輔，另含有黃鐵礦，呈草莓狀分布形態(tài)，且夾雜藻類碎片以及介形蟲（見圖5）。粘土中分布含量為2.5%左右的有機(jī)質(zhì)，并含有碳酸鹽、粘土礦物以及石英與長石混合物，前者比后兩者的含量略高。

圖4 富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖（牛頁1 井，3402.7-3452m）

圖5 富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖微觀特征

2.5 富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r相

此巖層顏色偏淡灰，不具明顯紋層，層理呈輕度發(fā)育狀態(tài)，遇酸后會產(chǎn)生大量汽泡，部分區(qū)域可見大量生物碎屑，主要為螺與介形蟲等生物（見圖6）。觀察巖層薄片發(fā)現(xiàn)，此巖層具有清晰層理，各層顏色有所差異，由三類紋層構(gòu)成，除長英質(zhì)灰質(zhì)混合層與粘土混合層之外，還分布有泥晶方解石層，巖層結(jié)構(gòu)詳見圖7。巖層當(dāng)中含有大量碳酸鹽、陸源碎屑，前者含量略高[3]，同時(shí)還含有3%左右的有機(jī)質(zhì)，分散分布于各巖層中。部分區(qū)域存在帶狀炭屑或散點(diǎn)狀、凝塊樣的黃鐵礦。

圖6 富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r

圖7 富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r微觀特征

2.6 富有機(jī)質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖相

此巖層為暗灰色巖心，有并不清晰的層理，主要結(jié)構(gòu)為泥質(zhì)層，厚度相對較大（見圖8）。薄片觀察可見層理界限不明顯，除有碳酸鹽銹鏡體層之外，另分布有炭屑層以及生物碎屑層（詳見圖9）。巖層中部分區(qū)域以透鏡狀分布大量方解石，且分散分布著大量石英及長石，并含有部分粘土。層間定向分布大量生物碎屑，主要是介形蟲及黃鐵礦，后者為球粒狀，并以團(tuán)形存在。此巖層結(jié)構(gòu)中分散分布3%左右的有機(jī)碳，且含有碳酸鹽及陸源碎屑組，二者相比，后者含量略高

圖8 富有機(jī)質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖（羅69 井）

圖9 富有機(jī)質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖微觀特征

2.7 碳酸鹽巖夾層型頁巖相

頁巖顏色呈淺灰色、褐色，紋層發(fā)育，滴酸強(qiáng)烈冒泡，生物碎屑富集成層，碳酸鹽巖多呈灰色，塊狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。薄片下，可見頁巖具有清晰的層理，結(jié)構(gòu)分兩層，一是含有大量有機(jī)質(zhì)的粘土紋層，二是灰、硅交雜分布紋層。常見介形蟲等生物碎片。有機(jī)質(zhì)富集主要在頁巖紋層中，以1%～3%居多，碳酸鹽巖夾層有機(jī)質(zhì)豐度小于1%。碳酸鹽巖夾層型頁巖油巖性以白云巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖和生物灰?guī)r為主，形成水體較淺，成因上是咸水- 半咸水湖相沉積的產(chǎn)物。碳酸鹽巖夾層型頁巖油在渤南洼陷、東營凹陷沙三下和沙四上亞段也有零星分布[4]。

2.8 富長英質(zhì)頁巖相

巖心顏色呈深灰色，明暗相間紋層發(fā)育，無明顯斷裂紋層，含有大量長英質(zhì)粘土的暗層與富集碳酸鹽巖的亮層交疊分布。巖層成分主要是細(xì)砂巖，厚度在0.5～2 m 之間，分布于厚層泥頁巖地層中，在成因上，砂巖夾層屬于深水濁積巖體系，發(fā)育在深洼處或大型扇體前端。高產(chǎn)井在平面上主要零星分布于東營凹陷中，縱向上產(chǎn)出的層位主要以沙三下2、3 層組為主，占全部砂巖夾層型頁巖油井總數(shù)的71%，部分井位于沙四上1、3 層組。

2.9 塊狀泥巖相

該巖層具有灰色巖心，無發(fā)育良好的層理，結(jié)構(gòu)形態(tài)為塊樣，層理分布形態(tài)為變形性與交錯(cuò)性，并可見生物擾動結(jié)構(gòu)。巖心薄片觀察發(fā)現(xiàn)，除泥質(zhì)碳酸鹽外，還混合分布著大量粉砂質(zhì)、泥晶質(zhì)的碳酸鹽礦物，并且礦物顆粒具有清晰的棱角。分析礦物成分發(fā)現(xiàn)含量最多的成分為粘土礦物，約占總成分的48%，另含有部分石英，總量約為27%。除此之外，還存在12%的碳酸鹽礦物，并有貝殼及其他淺水層蟲體生存痕跡，說明此巖層是泥質(zhì)濁流產(chǎn)物的沉積層。

3 結(jié)論

（1） 濟(jì)陽坳陷古近系頁巖是典型的陸相頁巖，這套半深湖- 深湖細(xì)粒沉積體系無論在沉積構(gòu)造、礦物組成上都更加復(fù)雜。湖泊沉積受氣候等外界因素響應(yīng)更加敏感，在縱向上和橫向上相變快。在系統(tǒng)取心井的巖心上，可以明顯看到這種頻繁的變化，加上紋層非常發(fā)育，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，疊置關(guān)系多樣，這就給濟(jì)陽頁巖油的研究帶來了現(xiàn)實(shí)認(rèn)知的困難。

（2） 通過取心井系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，泥頁巖細(xì)?；旆e巖儲集量高低、含油量大小以及可壓性強(qiáng)弱，與頁巖油巖石組分結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，同時(shí)還會受到沉積構(gòu)造的影響，并且有機(jī)質(zhì)含量、碳酸鹽結(jié)構(gòu)也是直接影響因素。濟(jì)陽坳陷古近系頁巖油詳細(xì)的巖相劃分，一定程度解決了頁巖類型復(fù)雜和分布預(yù)測困難等問題。

（3） 同時(shí)，巖相的基礎(chǔ)研究工作，成為聯(lián)系頁巖宏觀和微觀特征的橋梁，巖相也成為研究濟(jì)陽頁巖油切實(shí)可行的基本地質(zhì)單元和有效抓手。