張燁毓, 周 文, 唐 瑜, 鄧虎成, 彭先鋒, 陳文玲, 王勃力, 肖 睿
(1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059;2.中國(guó)石油西南油氣田公司 川西北氣礦 開(kāi)發(fā)科,四川 江油 621709)
鄂爾多斯盆地三疊系長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖儲(chǔ)層特征
張燁毓1, 周 文1, 唐 瑜2, 鄧虎成1, 彭先鋒1, 陳文玲1, 王勃力1, 肖 睿1
(1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059;2.中國(guó)石油西南油氣田公司 川西北氣礦 開(kāi)發(fā)科,四川 江油 621709)
以單井儲(chǔ)層地質(zhì)分析為基礎(chǔ),結(jié)合樣品實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析、露頭資料和前人研究成果,從頁(yè)巖地球化學(xué)特征、巖礦特征和儲(chǔ)層條件等方面對(duì)鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖儲(chǔ)層特征進(jìn)行了研究。長(zhǎng)7油層組主要為深湖-半深湖沉積相;富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要分布在盆地南部,在下寺灣-富縣一帶和鹽池-姬塬一帶厚度最大;自南緣渭北隆起向西北埋深逐漸加大,埋深<2.5 km。有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主,其次為Ⅱ型, 有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.51%~22.6%,Ro分布于0.7%~1.2%。巖性以黑色紋層狀頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖為主。頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間分為基質(zhì)微孔和有機(jī)質(zhì)微孔,其中基質(zhì)微孔主要由粒間微孔、晶間溶孔和黏土礦物晶間孔構(gòu)成,有機(jī)質(zhì)微孔主要為有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中形成的油孔和氣孔;物性表現(xiàn)為低孔、特低滲的特征。綜合該套頁(yè)巖儲(chǔ)層的地化品質(zhì)、巖礦組成、儲(chǔ)集條件等,認(rèn)為其具有一定的頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)潛力。
鄂爾多斯盆地;延長(zhǎng)組;長(zhǎng)7油層組;頁(yè)巖儲(chǔ)層
頁(yè)巖氣因其資源量豐富和在北美地區(qū)獲得成功開(kāi)采而成為非常規(guī)油氣的首選。目前中國(guó)相繼在海相、陸相、過(guò)渡相沉積的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣[1]。鄂爾多斯盆地中生界生油巖層系主要為三疊系延長(zhǎng)組,屬于大型內(nèi)陸湖盆的湖相頁(yè)巖[2]。延長(zhǎng)組頁(yè)巖儲(chǔ)層是典型的陸相頁(yè)巖儲(chǔ)層[3],該儲(chǔ)層在鄂爾多斯盆地南部多個(gè)區(qū)塊都有氣顯示,其中下寺灣區(qū)塊獲得了工業(yè)氣流,被證實(shí)具有頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)前景[4,5]。因此,對(duì)該套頁(yè)巖儲(chǔ)層的研究及評(píng)價(jià)工作具有現(xiàn)實(shí)意義。
鄂爾多斯盆地是華北板塊、秦嶺板塊、揚(yáng)子板塊相互俯沖碰撞且又經(jīng)歷了復(fù)雜的大陸內(nèi)多期次造山及成盆作用而形成的[6]。晚三疊世印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期華北內(nèi)陸盆地整體平穩(wěn)抬升,上三疊統(tǒng)受到較長(zhǎng)時(shí)間侵蝕,其中延長(zhǎng)組被大量剝蝕[7];白堊紀(jì)燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期除鹽池古峰莊區(qū)域外,其他區(qū)域均在燕山運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)整體抬升;新生代喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)造成盆地大面積隆升,強(qiáng)烈侵蝕,周邊強(qiáng)烈斷陷下沉[8]。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)標(biāo)志著真正獨(dú)立的鄂爾多斯盆地的形成,與現(xiàn)今的盆地范圍大致相當(dāng)[9]。
延長(zhǎng)組為一套以湖泊-河流相沉積為主的陸源碎屑巖系,地層厚度約為0.3~3 km。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)7油層組上部主要為深灰色、灰黑色泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖組合,下部主要為含油頁(yè)巖、深灰色頁(yè)巖、灰黑色頁(yè)巖以及泥質(zhì)粉砂巖等組合(圖1)。長(zhǎng)7油層組沉積時(shí)期初發(fā)生迅速的構(gòu)造沉降作用,導(dǎo)致湖侵達(dá)到鼎盛,湖水迅速上升,湖岸線大幅度向外擴(kuò)展,水體覆蓋面積約達(dá)1 000 km2以上,水體明顯加深,半深湖-深湖分布于鹽池北、定邊、吳起、志丹、永寧、環(huán)縣東、慶陽(yáng)、正寧、直羅、洛川及其以東廣大地區(qū),在金鎖關(guān)、宜君也有分布,發(fā)育厚度約為70~120 m的灰黑色、深灰色頁(yè)巖,形成了最主要的分布穩(wěn)定的“張家灘”頁(yè)巖[10]。
圖1 延長(zhǎng)組巖性柱狀圖
2.1 有機(jī)質(zhì)類型
鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組有機(jī)質(zhì)類型主要以Ⅰ型為主,其次為Ⅱ型。其中富縣區(qū)塊長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖各種組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:腐泥組平均為79.6%,殼質(zhì)組平均為13.5%,鏡質(zhì)組平均為2.79%,惰質(zhì)組平均為4.04%;有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主,其次是Ⅱ1型。鎮(zhèn)涇區(qū)塊長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型基本為Ⅰ—Ⅱ1型,其中腐泥組58%~97%,平均為75.5%;殼質(zhì)組0%~20%,平均為7.3%;鏡質(zhì)組0%~8%,平均為3.7%;惰質(zhì)組2%~43%,平均為13.5%。盆地南緣野外剖面長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖腐泥組平均為49.1%,殼質(zhì)組平均為44.5%,鏡質(zhì)組平均為6.4%,惰質(zhì)組平均為0%;有機(jī)質(zhì)類型以I型和Ⅱ1型為主(表1)。根據(jù)干酪根顯微組分和元素分析,延安市下寺灣區(qū)塊長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)以腐泥組為主,惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組較少,H/C原子比在0.5~1.4之間,H/C原子比在0.03~0.15之間,有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1和Ⅱ2型[11]。不同巖性的有機(jī)質(zhì)類型不同,黑色泥巖腐泥組的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在89%~97%之間,一般為Ⅰ型;灰黑色泥巖的腐泥組質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在60%~70%之間,為Ⅱ1型。
2.2 有機(jī)質(zhì)豐度
長(zhǎng)7油層組的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)為0.51%~22.6%,平均值3.29%,主要分布在1%~2%和>7%,分別占25%和10%。其中下寺灣區(qū)塊wTOC在3.5%~12%之間,最高可達(dá)到12%(圖2)[12];富縣區(qū)塊wTOC在3%~9%之間(圖2)。
2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度
長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖Ro主要分布于0.7%~1.2%,總體上與現(xiàn)今埋深不完全對(duì)應(yīng)。Ro有2個(gè)>1.0%的高值區(qū),一個(gè)在延安、富縣至宜川區(qū)域,最高可達(dá)到1.2%以上;另一個(gè)在天環(huán)拗陷南部一線至鎮(zhèn)涇區(qū)塊,Ro>1.0%。區(qū)域上伊陜斜坡的富縣、下寺灣區(qū)塊和天環(huán)拗陷一帶為有機(jī)質(zhì)演化程度較高區(qū)域;而吳旗-白豹-慶陽(yáng)一線,由于后期構(gòu)造抬升作用,有機(jī)質(zhì)演化程度相對(duì)較低,主要在0.7%~0.9%之間。長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖的Ro主要在0.7%~1.2%之間,總體上屬于低成熟-成熟演化階段(圖3)。
表1 長(zhǎng)7油層組鉆井干酪根鑒定結(jié)果
圖2 長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖wTOC平面分布圖
圖3 長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖Ro分布圖
圖4 長(zhǎng)7油層組巖性照片
長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖類型較豐富,有紋層狀頁(yè)巖、紋層狀粉砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰黑色頁(yè)巖、灰黑色粉砂質(zhì)頁(yè)巖、褐黃色頁(yè)巖等但以紋層狀頁(yè)巖、紋層狀粉砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖等為主(圖4)。
長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖黏土礦物以伊利石、綠泥石和伊/蒙混層為主,脆性礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51%,黏土礦物為49%(圖5)。巖性組合有2類,分別是:石英+長(zhǎng)石+伊利石+綠泥石、石英+伊利石+綠泥石。
圖5 長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖儲(chǔ)層礦物成分餅狀圖
4.1 儲(chǔ)集空間類型
長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖分布最多的孔隙空間類型是粒間微孔,約占30%;其次是粒內(nèi)微孔,約占17%;再次是黏土礦物晶間溶孔,約占15%。由于長(zhǎng)7油層組在“張家灘”油頁(yè)巖段普遍發(fā)育有機(jī)質(zhì)內(nèi)氣孔,因此有機(jī)質(zhì)內(nèi)氣孔也是長(zhǎng)7油層組的主要孔隙類型,約占11%(圖6)。
圖6 長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖孔隙類型
4.2 物性特征
長(zhǎng)7油層組在彬長(zhǎng)地區(qū)的頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度在0.73%~13.14%之間,平均為6.72%;孔隙度最高達(dá)到了13.14%,高于其他區(qū)塊,推測(cè)有微裂縫的存在,為孔隙發(fā)育較好的地區(qū)。鎮(zhèn)涇區(qū)塊頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度在0.89%~1.9%之間,平均為1.21%。富縣區(qū)塊頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度在0.1%~2.4%之間,平均為0.82%,為孔隙發(fā)育較差的地區(qū)。長(zhǎng)7油層組在彬長(zhǎng)地區(qū)的頁(yè)巖儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率在(0.043~1.49)×10-3μm2之間,平均為0.225×10-3μm2,為基質(zhì)滲透性較好的地區(qū);鎮(zhèn)涇區(qū)塊頁(yè)巖儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率在(0.008 6~0.083)×10-3μm2之間,平均為0.046×10-3μm2,為基質(zhì)滲透性較差的地區(qū)。
長(zhǎng)7油層組井下頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙度一般分布在1%~5%之間,占51.9%;分布表現(xiàn)為單峰,峰位在2%~3%之間,占25.4%(圖7)。長(zhǎng)7油層組井下頁(yè)巖儲(chǔ)層的滲透率分布表現(xiàn)為雙峰,峰位分別在(0.003~0.02)×10-3μm2和(0.1~0.4)×10-3μm2,占27.9%和34%(圖8)。
圖7 長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖孔隙度直方圖
圖8 長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖滲透率直方圖
頁(yè)巖的孔隙空間在礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)中均有存在,通過(guò)不同類型礦物含量與孔隙度擬合,顯示孔隙度受伊利石含量影響較大,伊利石含量與孔隙度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖9)。成巖演化程度的增加,會(huì)降低頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙度。成巖演化和巖石類型對(duì)長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖孔隙度有一定影響。
圖9 孔隙度與伊利石相對(duì)含量關(guān)系圖
巖石類型和有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)孔隙度都要產(chǎn)生影響。殘余有機(jī)碳含量較少的粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和紋層狀泥巖的孔隙度主要在0.75%~2.5%之間,總體上偏??;殘余有機(jī)碳含量較多的紋層狀油頁(yè)巖和紋層狀細(xì)砂質(zhì)油頁(yè)巖,孔隙度較大,且隨著殘余有機(jī)碳含量增加而有增大的趨勢(shì)(圖10)。
有機(jī)質(zhì)演化到低成熟-成熟階段時(shí),Ro對(duì)長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖孔隙度影響作用受其他地質(zhì)因素影響較大。Ro分布在0.75%~0.9%時(shí),長(zhǎng)7油層組處于大量生油(氣)的階段,會(huì)產(chǎn)生較多的有機(jī)質(zhì)內(nèi)出油孔和出氣孔,某些樣品的孔隙度較大;Ro值持續(xù)增加,有機(jī)質(zhì)內(nèi)已無(wú)新的氣孔產(chǎn)生,孔隙度受多種因素的影響,在1%~2.5%之間(圖11)。
圖10 孔隙度與有機(jī)碳和巖性關(guān)系圖
圖11 孔隙度與實(shí)測(cè)Ro關(guān)系圖
a.鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組主要為深湖-半深湖沉積亞相,分布在盆地南部,有效厚度為5~80 m,在下寺灣-富縣一帶和鹽池-姬塬一帶厚度最大,自南緣渭北隆起向西北埋深逐漸加深,埋深<2.5 km。
b.長(zhǎng)7油層組的有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主,其次為Ⅱ型。TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.51%~22.6%,平均值為3.29%。Ro分布于0.7%~1.2%,總體上屬于低成熟-成熟演化階段。
c.長(zhǎng)7油層組以紋層狀頁(yè)巖、紋層狀粉砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖為主,有機(jī)質(zhì)含量最高的頁(yè)巖儲(chǔ)層的主要孔隙類型為粒間微孔、晶間溶孔和黏土礦物晶間孔。
d.有機(jī)質(zhì)內(nèi)氣孔是長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖儲(chǔ)層的主要孔隙類型??紫抖确秶?.1%~13.14%,平均為4.69%?;|(zhì)滲透率范圍分布在(0.003~1.49)×10-3μm2,平均為0.157×10-3μm2。長(zhǎng)7油層組頁(yè)巖儲(chǔ)層總體上有低孔、低滲的特征。
[1] 李玉喜,聶海寬,龍鵬宇.我國(guó)富含有機(jī)質(zhì)泥(頁(yè))巖發(fā)育特點(diǎn)與頁(yè)巖氣戰(zhàn)略選區(qū)[J].天然氣工業(yè),2009,29(12):115-120.
Li Y X, Nie H K, Long P Y. Development characteristics of organic-rich shale and strategic selection of shale gas exploration area in China[J]. Natural Gas Industry, 2009, 29(12): 115-120. (In Chinese)
[2] 西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所.西北地區(qū)礦產(chǎn)資源找礦潛力[M].北京:地質(zhì)出版社,2006: 73-83.
Xi’an Institute of Geology and Mineral Resources. Northwest Mineral Resources Prospecting Potential[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2006: 73-83. (In Chinese)
[3] 姚素平,張科,胡文瑄,等.鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組沉積有機(jī)相[J].石油與天然氣地質(zhì),2009,30(1):74-84.
Yao S P, Zhang K, Hu W X,etal. Sedimentary organic facies of the Triassic Yanchang Formation in the Ordos Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2009, 30(1): 74-84. (In Chinese)
[4] 王社教,李登華,李建忠,等.鄂爾多斯盆地頁(yè)巖氣勘探潛力分析[J].天然氣工業(yè),2011,31(12):40-46,125-126.
Wang S J, Li D H, Li J Z,etal. Exploration potential of shale gas in the Ordos Basin [J]. Natural Gas Industry, 2011, 31(12): 40-46, 125-126. (In Chinese)
[5] 盧進(jìn)才,李玉宏,魏仙樣,等.鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段油頁(yè)巖沉積環(huán)境與資源潛力研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2006,36(6):928-932.
Lu J C, Li Y H, Wei X Y,etal. Research on the depositional environment and resources potential of the oil shale in the Chang 7 Member, Triassic Yanchang Formation in the Ordos Basin[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2006, 36(6): 928-932. (In Chinese)
[6] 王建麾.鄂爾多斯盆地南緣下古生界成藏組合研究[D].成都:成都理工大學(xué)檔案館,2008.
Wang J H. Research on Play of Lower Paleozoic in the Southern Margin of Ordos Basin[D]. Chengdu: The Archive of Chengdu University of Technology, 2008. (In Chinese)
[7] 黨犇.鄂爾多斯盆地構(gòu)造沉積演化與下古生界天然氣聚集關(guān)系研究[D].西安:西北大學(xué)檔案館,2007.
Dang B. The Tectonic and Sedimentary Evolution and Its Relationship to Gas Accumulation of Lower Paleozoic in Ordos Basin [D]. Xi’an: The Archive of Northwest University, 2007. (In Chinese)
[8] 邸領(lǐng)軍,張東陽(yáng),王宏科.鄂爾多斯盆地喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與油氣成藏[J].石油學(xué)報(bào),2003,24(2):34-37.
Di L J, Zhang D Y, Wang H K. Primary discussion on Himalayan tectonic movement and petroleum reservoir in Ordos Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2003, 24(2): 34-37. (In Chinese)
[9] 周文,蘇瑗,王付斌,等.鄂爾多斯盆地富縣區(qū)塊中生界頁(yè)巖氣成藏條件與勘探方向[J].天然氣工業(yè),2011,31(2):1-5.
Zhou W, Su Y, Wang F B,etal. Shale gas pooling conditions and exploration targets in the Mesozoic of Fuxian Block Ordos Basin[J]. Natural Gas Industry, 2011, 31(2): 1-5. (In Chinese)
[10] 閆小雄.鄂爾多斯中生代盆地古物源分析與沉積環(huán)境格局恢復(fù)[D].西安:西北大學(xué)檔案館,2009.
Yan X X. The Analysis of the Sediment Source and Reconstruction of the Framework of the depositional Environment in the Mesozoic Ordos Basin [D]. Xi’an: The Archive of Northwest University, 2009. (In Chinese)
[11] 楊鐿婷,張金川,王香增,等.陸相頁(yè)巖氣的泥(頁(yè))巖評(píng)價(jià)——以延長(zhǎng)下寺灣區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段為例[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào),2012,36(4):10-17.
Yang Y T, Zhang J C, Wang X Z,etal. Source rock evaluation of continental shale gas: A case study of Chang 7 of Mesozoic Yanchang Formation in Xia Siwan area of Yanchang [J]. Journal of Northeast Petroleum University, 2012, 36(4): 10-17. (In Chinese)
[12] 陳文玲.鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組含油(氣)泥(頁(yè))巖儲(chǔ)層特征研究[D].成都:成都理工大學(xué)檔案館, 2013.
Chen W L. The Characteristics of the Shale Oil (Gas) Reservoirs in Yanchang Formation, Upper Triassic, Ordos Basin[D]. Chengdu: The Archive of Chengdu University of Technology, 2013. (In Chinese)
CharacteristicsofshalereservoirrocksinMember7ofTriassicYanchangFormationinOrdosBasin,China
ZHANG Ye-yu1, ZHOU Wen1, TANG Yu2, DENG Hu-cheng1,PENG Xian-feng1, WANG Bo-li1, XIAO Rui1
1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;2.NorthwestSichuanGasField,SouthwestOilandGasFieldBranchofPetroChina,Jiangyou621709,China
Based on the geological analysis of single-well reservoirs, combined with the experimental analysis of the test samples, outcrop data and results of previous studies, this paper studies the shale reservoir characteristics of Member 7 of Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin from the aspects of geochemical characteristics of shale, rock and mineral characteristics, reservoir conditions and physical properties, etc.. Member Chang 7 reservoir is mainly deep lake — semi-deep lake sedimentary facies. The shale rich in organic materials is located in the south of the basin. The thickness of the shale in Xiasiwan-Fuxian and Yanchi-Jiyuan areas is maximum. The burial depth of the shale gradually increases from the south Weibei uplift to northwest and the depth is <2.5 km. The type of organic matter is mainly Type Ⅰ and secondly is Type-Ⅱ. The mass fraction of TOC is 0.51%~22.6% andRois 0.7%~1.2%. Lithology is mainly black laminated shale and silty shale. The reservoir space of the shale is divided into matrix micropores and organic matter micropores. The matrix micropore is mainly composed of intergranular pore, intercrystalline dissolved pore, and intercrystalline pore of clay minerals, while the organic matter micropore is mainly oil pore and gas pore coming from organic material evolution. The physical property of the shale is characterized by low porosity and low permeability. Through the comprehensive study of the geochemical quality, rock mineral composition, reservoir conditions of this suite of shale reservoirs, the authors think that the shale reservoirs have a certain exploration and development potential of shale oil and gas.
Ordos Basin; Yanchang Formation; Chang 7 oil reservoirs; shale reservoir
10.3969/j.issn.1671-9727.2013.06.06
1671-9727(2013)06-0671-06
TE122.23
A
2013-06-03
張燁毓(1988-),男,碩士研究生,研究方向:油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì), E-mail:m18628089517@163.com。