劉世麗，段宏亮，章 亞，王紅偉，高 俊

蘇北盆地阜二段陸相頁(yè)巖油氣勘探潛力分析

劉世麗，段宏亮，章 亞，王紅偉，高 俊

（中國(guó)石油化工股份有限公司江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇揚(yáng)州 225012）

蘇北盆地古近系為陸相泥頁(yè)巖沉積，縱向上主要發(fā)育阜二段、阜四段兩套富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，其中阜二段泥頁(yè)巖厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高、類(lèi)型以Ⅰ-Ⅱ1型為主，主要處于成熟演化階段；各類(lèi)微孔隙、微裂縫發(fā)育，形成的網(wǎng)狀儲(chǔ)集體系為油氣的賦存與流動(dòng)提供了空間，具備形成頁(yè)巖油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)和儲(chǔ)集條件；無(wú)機(jī)礦物中脆性礦物含量較高，黏土礦物含量較低，利于頁(yè)巖油的開(kāi)采；多口井見(jiàn)到油氣顯示，部分井試獲工業(yè)油流，展示蘇北盆地頁(yè)巖油具有較大的勘探潛力。

蘇北盆地；泥頁(yè)巖；有機(jī)質(zhì)豐度；脆性礦物；儲(chǔ)集條件；含油氣性

近年來(lái)，頁(yè)巖油在北美海相地層已獲成功商業(yè)開(kāi)采[1-2]，是一種重要的非常規(guī)油氣資源。中國(guó)東部主要含油氣盆地的泥頁(yè)巖以陸相沉積為主，已鉆井在陸相頁(yè)巖中也見(jiàn)到了大量的油氣顯示，部分井獲得工業(yè)油流，表明陸相泥頁(yè)巖具有形成頁(yè)巖油氣的良好勘探前景。中國(guó)東部的蘇北盆地古近系陸相泥頁(yè)巖中也已發(fā)現(xiàn)油氣，筆者在巖心觀察的基礎(chǔ)上，利用大量測(cè)試、測(cè)錄井資料，對(duì)蘇北盆地泥頁(yè)巖的生烴條件、儲(chǔ)集條件及含油氣性等進(jìn)行分析，探討了蘇北盆地頁(yè)巖油氣的形成條件。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

蘇北盆地屬于蘇北—南黃海盆地的陸上部分，盆地西北部以魯蘇隆起為界，北部以濱海隆起為界，東臨黃海，西南緣為張八嶺古隆起，南以蘇南隆起為界，面積約35 900 km2?？v向上主要發(fā)育阜四段（E1f4）、阜二段（E1f2）兩套富含有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖[3]，其中阜二段生烴層厚度較大，頁(yè)巖發(fā)育。目前數(shù)十口井在阜二段泥頁(yè)巖層系中見(jiàn)油氣顯示，數(shù)口井試油獲工業(yè)油流，具備形成頁(yè)巖油氣的有利條件，是蘇北盆地頁(yè)巖油氣勘探的重要層系。

2 頁(yè)巖油氣形成條件

圖1 蘇北盆地阜二段地層柱狀圖

圖2 蘇北盆地阜二段有機(jī)碳含量直方圖

2.1頁(yè)巖分布特征

阜二段總的環(huán)境是湖相沉積，除金湖凹陷西斜坡下部為砂巖外，整體為一套富含有機(jī)質(zhì)的暗色泥頁(yè)巖，在各凹陷均有分布，從深凹向低凸起厚度逐漸減薄，直至尖滅。其中高郵凹陷厚度最大，深凹帶厚度可超過(guò)350 m，其它地區(qū)在100 ～ 200 m之間。巖心觀察表明阜二段頂部（俗稱(chēng)“泥脖子”段，厚10 ～ 30 m）主要為灰黑色塊狀泥巖，巖心破碎，頁(yè)巖或紋層狀層理不發(fā)育，其下各段多為含灰或灰質(zhì)泥巖，頁(yè)巖相對(duì)較發(fā)育，依據(jù)巖性和電性特征，縱向上進(jìn)一步劃分為五個(gè)頁(yè)巖段（圖1）。

2.2頁(yè)巖地球化學(xué)特征

2.2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

對(duì)湖相烴源巖而言，有機(jī)碳含量是衡量烴源巖中有機(jī)質(zhì)豐度的一個(gè)最基本、也是最可靠的重要參數(shù)，其含量的大小決定了烴源巖中生烴物質(zhì)基礎(chǔ)的豐富程度。蘇北盆地阜二段泥頁(yè)巖有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多集中在1.0% ～ 2.0%范圍內(nèi)，局部地區(qū)達(dá)到2.0%以上。橫向上各凹陷之間也存在差異一定的差異，其中鹽城凹陷泥頁(yè)巖TOC整體較高，普遍大于2%，其它各凹陷泥頁(yè)巖各層段TOC含量略有差異?？v向上各頁(yè)巖段TOC差異較大，變化規(guī)律一致，以阜二段頁(yè)1、頁(yè)2兩個(gè)頁(yè)巖段TOC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，普遍在2%上（圖2），表明這兩個(gè)頁(yè)巖層段具有更高的生烴潛力。

蘇北盆地阜二段泥頁(yè)巖氯仿瀝青“A”的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多介于0.1%～0.3%（圖3），各凹陷不同頁(yè)巖段瀝青“A”的含量不同：高郵和金湖凹陷的阜二段頁(yè)1、頁(yè)2、頁(yè)3含量較高，海安凹陷與高郵、金湖略有差異，以阜二段頁(yè)5含量最高，鹽城凹陷以阜二段頁(yè)2、頁(yè)3含量最高，表明各凹陷所含頁(yè)巖油資源有所差異。

2.2.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

有機(jī)質(zhì)類(lèi)型反映生烴母質(zhì)質(zhì)量，不同的生烴母質(zhì)類(lèi)型具有不同的生成油氣能力。由于蘇北盆地各個(gè)凹陷泥頁(yè)巖樣品成熟度總體不高，采用以熱解的降解率為主，結(jié)合氫指數(shù)和鏡下鑒定結(jié)果綜合分析其有機(jī)質(zhì)類(lèi)型（表1），從表中可以看出，阜二段泥頁(yè)巖以Ⅰ型和Ⅱ型為主。橫向上，自西向東Ⅰ-Ⅱ1類(lèi)型干酪根比例增大，即東部海安和鹽城凹陷泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型好于西部高郵和金湖凹陷，與有機(jī)質(zhì)豐度變化相似。

2.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

阜二段除高郵凹陷深凹帶Ro大于1.0%外；其它地區(qū)，包括高郵斜坡帶、金湖、鹽城、海安凹陷的深凹帶和斜坡帶泥頁(yè)巖成熟度均小于1.0%，處于成熟階段，主要以生油為主（圖4）。

上述地球化學(xué)特征表明，蘇北盆地阜二段泥頁(yè)巖縱向非均質(zhì)性明顯，生烴條件以阜二段的頁(yè)2、頁(yè)3兩個(gè)亞段最為有利，而橫向非均質(zhì)性在同一沉積相帶內(nèi)各凹陷并不明顯。

3 頁(yè)巖儲(chǔ)集特征

圖3 不同凹陷阜二段各頁(yè)巖段氯仿瀝青“A”平均值分布圖

表1 蘇北盆地各凹陷泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型百分含量統(tǒng)計(jì)

3.1巖石學(xué)特征

蘇北盆地阜二段頁(yè)巖層礦物組成以黏土礦物、碳酸鹽礦物和石英為主，其次為方沸石和長(zhǎng)石，少量黃鐵礦和微量石膏（表2）?？傮w來(lái)看，蘇北盆地阜二段5套頁(yè)巖脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于50%，黏土礦物普遍小于35%（圖5），壓裂改造條件均很好。

3.2儲(chǔ)集空間

巖心觀察、薄片鑒定及掃描電鏡分析表明阜二段泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間包括微孔隙和微裂縫兩種類(lèi)型。

（1）微孔隙

圖4 蘇北盆地阜二段Ro等值線(xiàn)圖

表2 蘇北盆地阜二段頁(yè)巖層全巖組成分析%

圖5 阜二段各凹陷各層段脆性礦物分布直方圖

氬離子拋光和高分辨率掃描電鏡觀察表明，阜二段泥頁(yè)巖中納米級(jí)孔隙廣泛發(fā)育，類(lèi)型豐富，常見(jiàn)的有晶間孔、有機(jī)微孔、粒間孔和溶蝕孔等（圖6），納米級(jí)有機(jī)孔孔徑一般小于1 μm；晶間孔主要以黏土礦物晶間孔和黃鐵礦晶間孔為主，孔徑普遍小于1 μm，溶蝕孔孔徑相對(duì)大些，普遍大于1 μm。這些微孔隙可以作為油氣的儲(chǔ)集空間，目前勝利油田利用環(huán)境掃面電鏡在牛頁(yè)1、樊頁(yè)1、羅69井沙三下頁(yè)巖碳酸鹽巖晶間微孔隙、黃鐵礦晶間微孔隙、石英晶間微孔隙中發(fā)現(xiàn)原油，證實(shí)陸相頁(yè)巖微孔隙具備儲(chǔ)集油氣的能力。

（2）微裂縫

微裂縫既是流體運(yùn)移的主要通道，也是主要的油氣儲(chǔ)集空間。裂縫主要包括構(gòu)造縫、誘導(dǎo)縫和成巖縫三種。誘導(dǎo)縫在巖心和薄片中大量可見(jiàn)，不規(guī)則且未被充填，為巖心采集后期應(yīng)力釋放或干濕條件變化收縮或膨脹而成，無(wú)儲(chǔ)集油氣意義。成巖縫為泥頁(yè)巖成巖過(guò)程中，由上覆地層壓力和巖層失水收縮、干裂、重結(jié)晶等作用形成的裂縫，通常表現(xiàn)為沿層理方向的層理縫，平行發(fā)育，是較好的儲(chǔ)集空間。構(gòu)造縫是在構(gòu)造應(yīng)力作用下，巖石超過(guò)其彈性限度后破裂而成，往往成組分布，產(chǎn)狀與構(gòu)造應(yīng)力有關(guān)，多切割頁(yè)巖層理[4]。蘇北盆地阜二段頁(yè)巖中常發(fā)育直立縫、高角度縫，另有少量低角度縫。這些構(gòu)造縫往往被方解石、方沸石或泥質(zhì)充填，為油氣的主要儲(chǔ)集空間[5]。裂縫發(fā)育處多見(jiàn)油氣顯示（圖7）和氣測(cè)異常，因此構(gòu)造縫為油氣的主要儲(chǔ)集空間。

3.3儲(chǔ)集物性

由于泥頁(yè)巖樣品易碎，難以獲取完整的或者規(guī)則的巖心柱樣，因此，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的物性數(shù)據(jù)較少。通過(guò)少數(shù)樣品測(cè)得的物性數(shù)據(jù)可以看出，阜二段實(shí)測(cè)孔隙度最小0.52%，最大21.8%，平均5.4%；滲透率最小小于0.001×10-3μm2，最大1.29×10-3μm2，平均0.21×10-3μm2（表3），頁(yè)巖物性與儲(chǔ)集特征反映區(qū)內(nèi)泥頁(yè)巖雖然致密，但仍有微孔隙發(fā)育。

圖6 蘇北盆地阜二段頁(yè)巖微孔隙類(lèi)型

圖7 蘇北盆地阜二段裂縫油顯示

表3 蘇北盆地阜二段泥頁(yè)巖物性

4 含油氣性

蘇北盆地阜二段泥頁(yè)巖油氣顯示最為豐富，全區(qū)共有83口井在該層系見(jiàn)顯示，顯示以自生自?xún)?chǔ)頁(yè)巖油為主，另部分井段見(jiàn)有氣測(cè)異常。油氣顯示縱向上主要分布于阜二段頁(yè)2、頁(yè)3、頁(yè)4三個(gè)亞段（圖8）；平面上主要分布于高郵、金湖、鹽城等各凹陷的深凹帶及內(nèi)坡帶。2012年在高郵凹陷鉆探的許X38井在阜二段頁(yè)1、頁(yè)2亞段見(jiàn)到兩層氣測(cè)異常，氣測(cè)全烴最高峰值達(dá)99.9%，該段常規(guī)試油獲日產(chǎn)油14.4 m3，展示了頁(yè)巖油在蘇北盆地較好的勘探前景。

圖8 蘇北盆地阜二段各段油氣顯示分布直方圖

5 頁(yè)巖油勘探有利區(qū)預(yù)測(cè)

依據(jù)泥頁(yè)巖厚度（＞30 m）、有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（＞1%）、有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro＞0.7%），脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)（＞45%）、油氣顯示等條件，對(duì)蘇北盆地阜二段泥頁(yè)巖層系的有利區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)。平面上，金湖凹陷、高郵凹陷和鹽城凹陷的深凹帶及內(nèi)坡帶，以及海安凹陷深凹帶為阜二段頁(yè)巖油勘探的有利區(qū)，面積達(dá)6 410 km2?？v向上以阜二段頁(yè)1、頁(yè)2兩個(gè)亞段最有利，頁(yè)3亞段次之（表4）。

表4 蘇北盆地泥頁(yè)巖層綜合評(píng)價(jià)

6 結(jié)論

（1）蘇北盆地阜二段泥頁(yè)巖厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高、類(lèi)型好，主要處于成熟演化階段，具備形成頁(yè)巖油的物質(zhì)基礎(chǔ)；無(wú)機(jī)礦物中脆性礦物含量較高，黏土礦物含量較低，利于頁(yè)巖油的開(kāi)采；多口井見(jiàn)到油氣顯示，部分井試獲工業(yè)油流，表明蘇北盆地具有較大的頁(yè)巖油勘探潛力。

（2）蘇北盆地各凹陷的深凹帶及內(nèi)坡帶為阜二段泥頁(yè)巖勘探有利區(qū)，縱向上以阜二段頁(yè)1、頁(yè)2兩個(gè)亞段最有利，頁(yè)3亞段次之。

[1] Curtis J B. Fractured shale-gas systems[J]. AAPG Bulletin, 2002, 86(11): 1921-1938.

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[4] 張善文，張林曄，李政，等．濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系頁(yè)巖油氣形成條件[J]．油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（6）：1-5．

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Analysis of Oil and Gas Exploration Potential in F2 Member Continental Shale of Subei Basin

LIU Sili, DUAN Hongliang, ZHANG Ya, WANG Hongwei, GAO Jun
（Jiangsu Oilfield Branch Company of SINOPEC,Yangzhou Jiangsu225012,China）

The Paleogene in Subei Basin are continental shale depositions, with two sets of organic rich shale E1f2, E1f4 well developed, of which E1f2 shale is great in thickness, high in organic matter abundance, and the organic matters are dominated by type I-Ⅱ1, mainly at mature stage of evolution. Many kinds of micro pores and micro cracks are well developed, forming network storage system for oil and gas formation in the spaces, provided with the material foundation for formation of shale oil and gas and reservoir conditions. The content of brittle mineral inorganic mineral is high, and the clay mineral contents is low, which is favorable for shale oil extraction. Oil and gas shows have been seen in many wells, and commercial oil flows have been obtained in production test in part of wells, indicating that the oil shale in the Subei Basin has great exploration potential.

The Subei Basin; mud shale; organic matter abundance; brittle mineral; reservoir conditions; oil and gas bearing characteristics

TE132.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.03.027

1008-2336（2014）03-0027-07

江蘇油田重大專(zhuān)項(xiàng)“江蘇探區(qū)非常規(guī)油氣基礎(chǔ)地質(zhì)及富集規(guī)律研究“（JS12039）。

2013-10-18；改回日期：2013-12-09

劉世麗，女，高級(jí)工程師，1997年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油與天然氣勘查專(zhuān)業(yè)，主要從事石油地質(zhì)綜合研究工作。

E-mail：liusl.jsyt@sinopec.com。