翟 正，王學(xué)軍，李 政，李鉅源，劉 慶

中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，東營(yíng)257015

頁(yè)巖沉積環(huán)境對(duì)其油氣潛力的影響：以中國(guó)和北美對(duì)比研究為例

翟 正，王學(xué)軍，李 政，李鉅源，劉 慶

中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，東營(yíng)257015

頁(yè)巖油氣是當(dāng)前全球油氣勘探和研究的熱點(diǎn)，但其潛力評(píng)價(jià)一直是難點(diǎn)。該文以中國(guó)和北美的四套典型頁(yè)巖為例，包括北美湖相Green River組、內(nèi)陸海相Niobrara組、中國(guó)環(huán)境來(lái)評(píng)價(jià)相龍馬溪組和濟(jì)陽(yáng)坳陷湖相頁(yè)巖，發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖沉積環(huán)境與其油氣潛力具有密切關(guān)系，因此可通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)這四套頁(yè)巖的沉積環(huán)境都具有頁(yè)巖沉積環(huán)境評(píng)價(jià)其頁(yè)巖油氣潛力。通過(guò)微量元素、生物標(biāo)志化合物、掃描電鏡、X-CT和X射線衍射等方法，發(fā)現(xiàn)這四套頁(yè)巖都具有一定的還原性和較高的生產(chǎn)力，且具有差異性。內(nèi)陸海相Niobrara組頁(yè)巖具有弱還原的沉積環(huán)境，在四套頁(yè)巖中有機(jī)碳含量較低，呈塊狀沉積構(gòu)造，裂縫與微裂縫較少，儲(chǔ)集空間相對(duì)有限。焦石壩海相龍馬溪組頁(yè)巖為還原的沉積環(huán)境，巖石以富含有機(jī)質(zhì)的硅質(zhì)巖為主，可觀察到大量的大孔隙與少量的微裂縫。Green River頁(yè)巖和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖形成于陸相咸化的強(qiáng)還原沉積環(huán)境，有機(jī)碳含量高，頁(yè)巖以紋層狀結(jié)構(gòu)為主，巖石組成脆性礦物含量高，含有大量的裂縫?？梢?jiàn)，具有強(qiáng)還原沉積環(huán)境的頁(yè)巖通常具有較好的勘探前景。

頁(yè)巖；沉積環(huán)境；有機(jī)質(zhì)富集；孔隙結(jié)構(gòu)；頁(yè)巖油氣

世界各國(guó)對(duì)油氣需求的不斷加大，各國(guó)的能源壓力與日俱增，因此頁(yè)巖油氣的研究受到廣泛關(guān)注，近年來(lái)，世界各國(guó)在頁(yè)巖油氣勘探研究方面做了大量的工作（Lin etal.,2013）。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從頁(yè)巖油氣系統(tǒng)出發(fā)，對(duì)頁(yè)巖油氣成藏的有機(jī)碳豐度、成熟度、裂縫系統(tǒng)、溫度、壓力、抬升與沉降史以及吸附機(jī)理等進(jìn)行了深入的研究（楊振恒等,2010;朱光有等，2004;Schlegel and zhou, 2011;Rahm,2011;Philp,2012;Liu et al.,2013; Yang etal.,2015;Furmann etal.,2015）。但是，頁(yè)巖油氣的潛力評(píng)價(jià)一直是難點(diǎn)。頁(yè)巖沉積環(huán)境與其頁(yè)巖油氣潛力具有密切關(guān)系，因此，通過(guò)分析頁(yè)巖沉積環(huán)境評(píng)價(jià)其頁(yè)巖油氣潛力，對(duì)優(yōu)選頁(yè)巖油氣的有利勘探區(qū)具有重要意義。

本文選取了中國(guó)和北美的頁(yè)巖樣品，通過(guò)多種地球化學(xué)分析方法，研究了頁(yè)巖性質(zhì)、有機(jī)質(zhì)富集特征以及頁(yè)巖沉積水體的沉積環(huán)境，并進(jìn)一步探討了沉積環(huán)境對(duì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)富集和巖石性質(zhì)的影響，探討了其相互之間的關(guān)系。

表1 中美頁(yè)巖樣品地質(zhì)資料Table1 Summary ofgeological information ofshales in Chinaand North America

1 樣選擇品和實(shí)驗(yàn)方法

1.1 樣品

實(shí)驗(yàn)共選取了中美不同沉積環(huán)境四套層組的頁(yè)巖樣品42塊，包括北美白堊系Niobrara組、古近系Green River組、中國(guó)四川盆地志留系龍馬溪組和濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙河街組沙四上亞段頁(yè)巖。其中，北美Niobrara組頁(yè)巖露頭樣品5塊，Niobrara組頁(yè)巖沉積于白堊紀(jì)晚土侖階至早坎帕階（約89～82 Ma）美國(guó)西部的前陸盆地（Nielsen et al., 2008；Da Gama et al.,2014）。選取了三塊Green River層系頁(yè)巖，其沉積于古近紀(jì)（約53～48 Ma），該套層系是北美最大的古湖泊相沉積體系（Sarg etal.,2013）。四川盆地龍馬溪組頁(yè)巖沉積于陸棚相滯流缺氧環(huán)境，其樣品中富含筆石。濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四上亞段頁(yè)巖沉積時(shí)期，湖水存在鹽度分層，底部長(zhǎng)期處于強(qiáng)還原環(huán)境。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本文對(duì)中國(guó)和北美四套頁(yè)巖的巖石結(jié)構(gòu)和可溶烴部分進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，其實(shí)驗(yàn)方法如下：

有機(jī)碳分析首先將樣品用稀鹽酸除掉其中的碳酸鹽，采用CS-344分析儀在900℃下灼燒測(cè)得總有機(jī)碳含量。干酪根富集采用HCl酸和HF酸除掉其中的無(wú)機(jī)物，得到的干酪根自然風(fēng)干后，用有機(jī)玻璃粉壓制成光片，經(jīng)拋光后在油浸狀態(tài)下進(jìn)行反射率的檢測(cè)，浸油的折射率為1.5180，反射光波長(zhǎng)為546μm。另外，開(kāi)展了樣品的透射光和熒光薄片鑒定，分析了有機(jī)質(zhì)在巖石中的賦存狀態(tài)。

可溶烴分析是首先采用用氯仿抽提出可溶有機(jī)質(zhì)，然后進(jìn)行柱層析族組分分離，并通過(guò)正己烷分離出飽和烴。使用配有火焰離子檢測(cè)器（FID）的HP6890色譜儀飽和烴色譜分析，該儀器配備HP-5性30.0 m×320μm×0.25μm彈性石英毛細(xì)柱，毛細(xì)柱涂層為5%甲基硅酮，并以氮?dú)庾鳛檩d氣。升溫程序初溫設(shè)定為80℃，升溫速率為5℃/min，終溫為310℃。飽和烴GC/MS分析HP GC/MS/IRD儀器，并配備DB5-MS型60m×0.25mm毛細(xì)柱。樣品直接注入溫度為320℃的分流注入器，升溫程序?yàn)槌鯗?10℃，升溫速率為4℃/min，終溫為320℃，檢測(cè)溫度為320℃，電子轟擊（EI）方式，70eV，全掃描采集。

圖2 中國(guó)和北美頁(yè)巖Pr/Ph特征Fig.2 Pristane/Phytane characteristicsof shales in China and North America

圖1 中國(guó)和北美頁(yè)巖不同微量元素特征Fig.1 Characteristicsof different trace elementsof shales in China and North America

2 結(jié)果與討論

2.1 沉積環(huán)境

為有效地表征頁(yè)巖的沉積環(huán)境，通過(guò)微量元素、生物標(biāo)志物、黃鐵礦含量分析等多種手段對(duì)四套頁(yè)巖進(jìn)行了研究。

2.2.1 微量元素方法

特征微量元素的比值被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)古沉積水體中底水的含氧量。在還原環(huán)境中，Ni和V往往易于富集，高的Ni/Co（＞4.0），V/Cr（＞1.0）和V/(V+Ni)（＞0.6）常指示貧氧/缺氧環(huán)境（Yan etal.,2015）。如圖1所示，龍馬溪組、Green River組和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖中，Ni/Co，V/Cr和V/ (V+Ni)比值均較高，表明沉積水體具有較為還原的環(huán)境，而北美Niobrara組頁(yè)巖的Ni/Co，V/Cr和V/ (V+Ni)值相對(duì)較小，表明相對(duì)于其它三組頁(yè)巖，其沉積水體中的含氧量相對(duì)較高。

2.2.2 生物標(biāo)志物分析

（1）飽和烴色譜-質(zhì)譜分析

類(lèi)異戊二烯烴中姥鮫烷和植烷可用來(lái)反映烴源巖的沉積環(huán)境；γ-蠟烷為一種非藿烷類(lèi)三萜烷，其主要來(lái)源于四膜蟲(chóng)，常被認(rèn)為是高鹽度沉積標(biāo)志（Zhang et al.,2009；Wang et al.,2008）。除龍馬溪組頁(yè)巖外的三組樣品的姥鮫烷（Pr）/植烷（Ph）和γ-蠟烷含量存在明顯的差異，表明其具有相異的沉積環(huán)境。

如圖2和圖3所示，Niobrara組頁(yè)巖飽和烴色譜中Pr/Ph在1.87～3.31之間，平均值為2.35，具有明顯姥鮫烷優(yōu)勢(shì)，γ-蠟烷含量極低，γ-蠟烷指數(shù)（γ-蠟烷/C30藿烷）為0.04～0.07，升藿烷呈C33＞C34＞C35逐漸降低的趨勢(shì)，C27～C29規(guī)則甾烷分布呈C27甾烷優(yōu)勢(shì)，表明Niobrara組頁(yè)巖沉積是水體環(huán)境還原性較弱，鹽度較低，結(jié)合Niobrara組頁(yè)巖中測(cè)定的硼含量介于56.56×10-6～65.46×10-6，明確了Niobrara組頁(yè)巖的沉積水體鹽度較低，為半咸水-淡水的沉積環(huán)境。Niobrara組頁(yè)巖沉積于北美西部?jī)?nèi)陸海盆中，樣品富含陸源植物碎片、孢粉化石和海相浮游化石，沿著陸源輸入減少方向，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度逐漸增大，還原環(huán)境增強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型由以腐殖型為主向腐殖腐泥混合型轉(zhuǎn)化，所選Niobrara組地層的樣品均具有高有機(jī)碳含量，類(lèi)型以腐殖腐泥性為主，表明其沉積時(shí)水體具有一定的還原性，綜合分析，所選取的Niobrara組頁(yè)巖沉積于弱還原的半咸水-淡水沉積環(huán)境。

而北美Green River組頁(yè)巖中，存在極為明顯的植烷優(yōu)勢(shì)和豐富的γ-蠟烷，γ-蠟烷指數(shù)（γ-蠟烷/C30藿烷）為0.3～0.7，升藿烷呈C33＞C34＞C35逐漸降低的趨勢(shì)，C27～C29規(guī)則甾烷分布呈C29甾烷優(yōu)勢(shì)，表明其存在于咸化還原的沉積環(huán)境中，其母源以高等植物輸入為主。

濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組ES4上頁(yè)巖的Pr/Ph小于0.6，具有植烷優(yōu)勢(shì)。萜烷中γ-蠟烷含量較高，升藿烷呈翹尾分布，C35＞C34＞C33，C35升藿烷異常豐富，C27～C29規(guī)則甾烷呈“V”字形分布，綜合分析認(rèn)為，濟(jì)陽(yáng)坳陷ES4上頁(yè)巖沉積于咸化還原的環(huán)境。

需要說(shuō)明的是，龍馬溪組頁(yè)巖由于成熟度高（Ro＞2.2），所以瀝青抽提物極少，因而無(wú)法對(duì)其進(jìn)行生物標(biāo)志物分析。

（2）芳烴色譜-質(zhì)譜分析

二苯并噻吩（硫芴）和多環(huán)芳香烴中的芴、二苯并呋喃以及它們的甲基同系物組成“三芴系列”，該系列化合物可用于古沉積環(huán)境的研究?！叭滔盗小笨赡軄?lái)自相同的前驅(qū)體，其具有相似的基本骨架，都含有一個(gè)五元環(huán)，這些化合物芳香性較差，相對(duì)于其它碳原子，9-碳位α-碳原子更為活潑，常發(fā)生取代反應(yīng)，在強(qiáng)還原環(huán)境中可被硫取代成硫芴，在弱氧化-氧化環(huán)境中可被氧化成氧芴。因此，可通過(guò)硫芴的含量表征沉積環(huán)境的還原性。

圖3 中國(guó)和北美頁(yè)巖藿烷和γ-蠟烷及甾烷特征圖Fig.3 Characteristicsofhopane,gammacerane,and steraneofshales in Chinaand North America

圖4 中國(guó)和北美三組頁(yè)巖中硫芴含量圖Fig.4 Dibenzothiophene contentofshales in China and North America

如圖4所示，樣品中硫芴含量存在明顯的差別，Green River組和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖中硫芴含量較高，硫芴平均百分含量分別為80%和66%，表明Green River和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖具有強(qiáng)還原的沉積環(huán)境；Niobrara組頁(yè)巖中“三芴系列”以硫芴為主，硫芴所占百分含量平均值為52%，表明其沉積時(shí)水體具有一定的還原性，而硫芴所占的比值低于Green River組和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖，表明三組頁(yè)巖中，Niobrara組頁(yè)巖的還原性相對(duì)較弱，該結(jié)果與飽和烴色譜-質(zhì)譜分析一致。

2.2.3 黃鐵礦

黃鐵礦的性質(zhì)可以對(duì)沉積物的氧化還原環(huán)境提供重要的信息。為了獲得源巖的古環(huán)境信息，通過(guò)X-CT，SEM和巖石薄片鑒定等方法對(duì)黃鐵礦的形貌和大小進(jìn)行了分析（如圖5）。在中國(guó)和北美四套頁(yè)巖中存在草莓狀黃鐵礦和分散的黃鐵礦顆粒兩種形態(tài)的黃鐵礦，具有很好的成層性的源巖可以觀察到大量草莓狀黃鐵礦和少量的分散態(tài)黃鐵礦顆粒，常常指示相對(duì)還原的環(huán)境。

在龍馬溪組、Green River組和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖中草莓狀黃鐵礦極其富集，甚至形成了黃鐵礦富集層，這與沉積水體中較高的鹽度和硫酸鹽含量密不可分，其草莓狀黃鐵礦的粒徑均小于8μm，表明三套頁(yè)巖具有強(qiáng)還原的沉積環(huán)境；而在北美Niobrara組頁(yè)巖中，黃鐵礦的含量相對(duì)較低，存在少量草莓狀黃鐵礦，主要呈球粒狀分散存在，這表明在Niobrara組頁(yè)巖樣品沉積時(shí)，其水體的含氧量高于上述三套頁(yè)巖。

2.3 沉積環(huán)境對(duì)有機(jī)質(zhì)豐度的控制

如表2所示，龍馬溪組頁(yè)巖、北美Niobrara組頁(yè)巖、Green River組頁(yè)巖和濟(jì)陽(yáng)坳陷ES4上頁(yè)巖均具有較高的有機(jī)質(zhì)豐度。前邊分析表明，龍馬溪組頁(yè)巖、北美Green River組頁(yè)巖和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖均存在于強(qiáng)還原環(huán)境，沉積于較強(qiáng)還原環(huán)境的頁(yè)巖樣品具有較高的有機(jī)質(zhì)豐度。

對(duì)比Niobrara組頁(yè)巖與Green River組頁(yè)巖發(fā)現(xiàn)，兩套頁(yè)巖雖然具有相似的古生產(chǎn)力，然而Green River組頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Niobrara組頁(yè)巖，其平均有機(jī)質(zhì)豐度為Niobrara組頁(yè)巖的1.66倍，主要是由于Green River組頁(yè)巖沉積水體的還原性大大強(qiáng)于Niobrara組頁(yè)巖造成的，這表明沉積水體的氧化還原性顯著影響有機(jī)質(zhì)的保存，并最終決定了頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)的豐度。

對(duì)比研究表明，咸化的強(qiáng)還原沉積環(huán)境是頁(yè)巖高有機(jī)質(zhì)豐度的主控因素。

圖5 中國(guó)和北美頁(yè)巖黃鐵礦特征Fig.5 Characteristicsofpyrite in shales in Chinaand North America

表2 中美頁(yè)巖地化參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 2 Summary ofgeochem ical parametersof shales in China and North America

2.4 沉積環(huán)境對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的影響

2.4.1 頁(yè)巖構(gòu)造

通過(guò)巖石薄片分析，如圖6，發(fā)現(xiàn)四套頁(yè)巖的結(jié)構(gòu)具有明顯差別，并與沉積環(huán)境密切相關(guān)。具有弱還原沉積環(huán)境的北美Niobrara組巖石具有塊狀結(jié)構(gòu)，主要由泥質(zhì)、少量方解石、白云石和黃鐵礦，泥質(zhì)呈鱗片狀結(jié)構(gòu)，白云石主要呈顯微晶結(jié)構(gòu)，混含于泥質(zhì)中。龍馬溪組頁(yè)巖具有還原的海相沉積環(huán)境特點(diǎn)，巖石觀察到明顯的層狀結(jié)構(gòu)，主要由泥質(zhì)和砂質(zhì)組成，泥質(zhì)呈鱗片狀結(jié)構(gòu)，定向排列。而北美Green River組頁(yè)巖和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖均具有咸化強(qiáng)還原環(huán)境，樣品觀察到明顯紋層狀結(jié)構(gòu)，Green River頁(yè)巖主要由白云石、有機(jī)組分和泥質(zhì)組成，少量黃鐵礦和陸源碎屑，其中白云石紋層中白云石呈隱晶結(jié)構(gòu)為主，少量呈顯微晶結(jié)構(gòu)。

在紋層狀頁(yè)巖的碳酸鹽紋層中，主要由微晶含量高的白云石和方解石組成，可以觀察到大量的顆石藻化石，表明其主要沉積在具有高鹽度的沉積環(huán)境中，湖相沉積物較海相沉積物具有更強(qiáng)的非均質(zhì)性，濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四上亞段湖盆屬于欠補(bǔ)償常年閉流湖，水體鹽度較高，易形成鹽度與密度分層，鹽躍層密度較淺，利于強(qiáng)還原環(huán)境的形成，在粘土中觀察到指示強(qiáng)還原環(huán)境的大量的黃鐵礦，由于該時(shí)期地勢(shì)較為平緩，強(qiáng)還原范圍較寬，具備富有機(jī)質(zhì)紋層發(fā)育的條件。龍馬溪組頁(yè)巖具有大量草莓狀黃鐵礦，沉積于強(qiáng)還原的海相沉積環(huán)境中，其還原性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于內(nèi)陸海盆中的Niobrara組頁(yè)巖，雖然觀察到大量的筆石，但未觀察到明顯的生物擾動(dòng)，相較于湖相強(qiáng)還原沉積環(huán)境的濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組和北美Green River組頁(yè)巖，海相沉積的龍馬溪組頁(yè)巖的均質(zhì)性更強(qiáng)，難以觀察到紋層狀結(jié)構(gòu)，巖石呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)。而Niobrara組頁(yè)巖主要發(fā)育于北美西部的內(nèi)陸海盆中，表征離岸距離遠(yuǎn)近的參數(shù)Sr/Ca（26.8）在Niobrara組頁(yè)巖中遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于龍馬溪組頁(yè)巖（65.5），其水中的含氧量相對(duì)較高，相對(duì)富氧環(huán)境中層狀結(jié)構(gòu)因強(qiáng)烈生物擾動(dòng)而喪失殆盡，其主要呈現(xiàn)出塊狀結(jié)構(gòu)。

圖6 中國(guó)和北美頁(yè)巖顯微薄片F(xiàn)ig.6 Micrographsofshales in China and North America

根據(jù)X-CT分析，在海相北美Niobrara組頁(yè)巖和龍馬溪組頁(yè)巖中，可以見(jiàn)到大量明顯的大孔隙結(jié)構(gòu)，而在陸相北美Green River和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖中，可以見(jiàn)到大孔隙，同時(shí)還可以觀察到大量的微裂縫，具有孔、縫并存的孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（圖7）。為了更好的表征不同構(gòu)造特征頁(yè)巖結(jié)構(gòu)物性參數(shù)，對(duì)比分析了具有塊狀結(jié)構(gòu)的Niobrara組頁(yè)巖、層狀結(jié)構(gòu)的龍馬溪組頁(yè)巖和具有紋層狀結(jié)構(gòu)的濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組頁(yè)巖與Green River組頁(yè)巖，結(jié)果表明具有層狀與紋層狀結(jié)構(gòu)的頁(yè)巖，其滲透率明顯高于塊狀頁(yè)巖，將濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組頁(yè)巖滲透率進(jìn)行了分析，從巖石結(jié)構(gòu)特征來(lái)看，濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組頁(yè)巖與北美Green River頁(yè)巖橫向與縱向非均質(zhì)性較強(qiáng)，本次研究利用皂膜法分別對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組頁(yè)巖水平和垂直滲透率進(jìn)行了分析（圖8），沙四上亞段頁(yè)巖水平滲透率分布在0.0019～421md，沙四上垂直滲透率分布在0.0087～18.8md，頁(yè)巖的水平滲透率普遍比垂直滲透率高一個(gè)數(shù)量級(jí)，表明流體在頁(yè)巖水平方向比垂直方向更易于流動(dòng)，因此具有紋層狀與層狀結(jié)構(gòu)的濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組頁(yè)巖、龍馬溪組頁(yè)巖和北美Green River組頁(yè)巖的滲透率高于具有塊狀結(jié)構(gòu)的Niobrara組頁(yè)巖。

圖7 中國(guó)和北美頁(yè)巖X-CT圖Fig.7 X-CT imagesofshales in Chinaand North America

圖9 中國(guó)和北美頁(yè)巖主要礦物組成特征Figure9 Themainmineral composition characteristicsof shales in China and North America

2.4.2 脆性礦物含量

礦物組成是影響頁(yè)巖油氣的重要因素，較高的脆性礦物是頁(yè)巖油氣儲(chǔ)集的有利因素，同時(shí)，較高脆性礦物也有利于開(kāi)發(fā)期間儲(chǔ)層的改造（孫海成等，2011）。因此，脆性礦物含量是評(píng)價(jià)儲(chǔ)集條件的重要參數(shù)之一。

對(duì)四套頁(yè)巖樣品進(jìn)行X-射線衍射分析，形成于還原與弱還原的四套頁(yè)巖均具有較高的脆性礦物含量，脆性礦物所占百分含量大于60%。龍馬溪組頁(yè)巖以硅質(zhì)為主，硅質(zhì)含量大于62%，北美Green River組頁(yè)巖和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖則以碳酸鹽為主，其碳酸鹽平均含量可以達(dá)到50%以上，Niobrara組頁(yè)巖中鈣質(zhì)含量與硅質(zhì)含量相近，其平均含量分別為42.5%和30.7%。（圖9）

由此可見(jiàn)，沉積環(huán)境顯著影響頁(yè)巖的產(chǎn)狀、孔隙結(jié)構(gòu)與礦物組成，四套頁(yè)巖均具有較高的脆性礦物含量，有利于儲(chǔ)層的改造。其中，還原性較弱的淡水沉積環(huán)境往往易形成塊狀結(jié)構(gòu)；還原性較強(qiáng)的海相沉積環(huán)境易形成層狀結(jié)構(gòu)，頁(yè)巖中可見(jiàn)大量的大孔隙；強(qiáng)還原的陸相咸化湖泊沉積環(huán)境更易形成紋層狀結(jié)構(gòu)，頁(yè)巖具有孔、縫并存的孔隙結(jié)構(gòu)特征。

圖8 濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖水平滲透率與垂直滲透率關(guān)系圖Figure8 Thehorizontalpermeability and verticalpermeability diagram of the Jiyang depression shale

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)中國(guó)和北美4組頁(yè)巖樣品分析，發(fā)現(xiàn)泥頁(yè)巖的沉積環(huán)境與有機(jī)質(zhì)豐度和巖石構(gòu)造密切相關(guān)，進(jìn)而顯著影響了泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能，據(jù)此，可以通過(guò)分析頁(yè)巖的沉積環(huán)境評(píng)價(jià)其頁(yè)巖氣潛力。

（2）焦石壩龍馬溪組頁(yè)巖為還原的海相沉積環(huán)境，巖石富含有機(jī)質(zhì)的硅質(zhì)巖為主，并可觀察到大量的大孔隙與部分微裂縫，勘探實(shí)踐表明龍馬溪組頁(yè)巖是四組頁(yè)巖中最為有利的勘探目標(biāo)。

（3）Green River組頁(yè)巖和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖形成于陸相咸化的強(qiáng)還原沉積環(huán)境，具有機(jī)碳含量高，母質(zhì)類(lèi)型好，頁(yè)巖以紋層狀結(jié)構(gòu)為主，巖石組成脆性礦物含量高，含有大量的裂縫，具有較好的勘探前景。

（4）北美Niobrara組頁(yè)巖具有弱還原-微咸水的沉積環(huán)境，相對(duì)于上述三套頁(yè)巖其有機(jī)碳含量較低，巖石結(jié)構(gòu)以塊狀為主，裂縫與微裂縫較為有限，表明其儲(chǔ)集性能相對(duì)較低。

孫海成，湯達(dá)禎，蔣廷學(xué)，等.2011.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)[J].油氣地質(zhì)與采收率，18(4):90-98

楊振恒，李志明，王果壽，等.2010.北美典型頁(yè)巖氣藏巖石學(xué)特征、沉積環(huán)境和沉積模式及啟示[J].地質(zhì)科技情報(bào)，29(6):59-65

朱光有，金強(qiáng)，戴金星，等.2004.東營(yíng)凹陷沙四中亞段鹽湖相烴源巖研究[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，10(2):257-266

Da Gama R O B P,Lutz B,et al.2014.Integrated paleoenvironmental analysis of the Niobrara Formation:Cretaceous Western Interior Seaway,northern Colorado[J].Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology,413:66-80.

Furmann A,MastalerzM,Brassell S,etal.2015.Organicmatter geochemistry and petrography of Late Cretaceous(Cenomanian-Turonian)organic-rich shales from the Belle Fourche and Second White Specks formations, west-central A lberta,Canada[J].Organic Geochemistry,85:102-120.

Lin LM,Zhang JC,LiY X.2013.The potentialof China's lacustrine shale gas resources[J].Energy Exploration&Exploitation,31(2):317-335.

Liu S,Ma W,Jansa L,et al.2013.Characteristics of the shale gas reservoir rocks in the Lower Silurian Longmaxi Formation,East Sichuan Basin, China[J].Energy Exploration&Exploitation，31(2):187-219.

Nielsen K,Schroder-Adams C,Leckie D,etal.2008.Turonian to Santonian paleoenvironmental changes in the Cretaceous Western Interior Sea: The Carlile and Niobrara formations in southern Alberta and southwestern Saskatchewan,Canada[J].Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology,270(2):64-91.

Rahm D.2011.Regulating hydraulic fracturing in shale gas plays:The case of Texas[J].Energy Policy,39(5):2974-2981.

Romero A M and Philp R P.2012.Organic geochemistry of the Woodford Shale,southeastern Oklahoma:How variable can shales be?[J].AAPG Bulletin,96(3):493-517

Sarg JF,Suriamin,Tanavsuu-Milkeviciene K,et al.2013.Lithofacies,stable isotopic composition,and stratigraphic evolution of microbial and associated carbonates,Green River Formation(Eocene),Piceance Basin,Colorado[J].AAPGBulletin,97(11):1937-1966.

Schlegel M E and Zhou Z.2011.Constraining the timing of microbial methane generation in an organic-rich shale using noble gases,Illinois Basin,USA[J].ChemicalGeology,287(1-2):27-40.

Wang P R,Zhang D J and Xu G J.2008.Geochemical features of light hydrocarbons of typical salt lake oils sourced from Jianghan Basin, China[J].Organic Geochemistry,39(11):1631-1636.

Yan D,Wang H,Fu Q L,et al.2015.Geochemical characteristics in the Longmaxi Formation(Early Silurian)of South China:Implications for organic matter accumulation[J].Marine and Petroleum Geology,65: 290-301.

Yang R J,Cao J,Hu G,etal.2015.Organic geochemistry and petrology of Lower Cretaceous black shales in the Qiangtang Basin,Tibet: Implications for hydrocarbon potential[J].Organic Geochemistry,86: 55-70.

Zhang L Y,Liu Q and Zhu R F.2009.Source rocks in Mesozoic-Cenozoic continental rift basins,east China:A case from Dongying Depression, BohaiBay Basin[J].Organic Geochemistry,40(2):229-242.

The Influenceof Shale Sedimentary Environm entson Oiland Gas Potential:Examp les from China and North America

ZHAIZheng,WANG Xuejun,LIZheng,LIJuyuan,LIU Qing
Explorationand DevelopmentResearch Instituteof ShengliOilfield Sinopec,Dongying257015,China

Shale oil and gas are currently attracting global oil and gas exploration and research interest,however,their potential evaluation is considered as themain difficulty.The article examines four shale formation in China and North America including Green River Formation lacustrine shale and Niobrara Formation inlandmarine shale in North America,Longmaxi Formationmarine shale and Jiyang lacustrine shale in China.It is found that sedimentary environmentsare closely related to shaleoil and gas potential.Therefore, the shale oil and gas potential can be evaluated by shale sedimentary environment.The four formations shales from China and North America were characterized trace elemental analysis,biomarker compounds,X-ray computed tomography(X-CT)and X-ray diffraction(XRD).Results show that the four formation shales have certain reducing sedimentary environment and high paleoproductivity in Green River formation and Niobrara formation in North America,as well as Longmaxi Formation and shale in Jiyang Depression.As the Niobrara formation shale has dysoxic-suboxic conditions,it hasmassive layers,lower fracture structure,the lowest organic content and reservoir volume in the four formation shales.The Longmaxi Formation shale is mainly composed of siliceouswith high organic content,and the reservoir hasmore large pore and certain fracture structure,which can be attributed to anoxicmarine sedimentary environment.Shales of Green River formations and Jiyang depression have saline source rockswith anoxicsedimentary environment.Shalesof the two formations have relatively high organic abundance.Meanwhile,continuous laminae can be clearly seen and the rock is dominated by brittlemineralwith abundant fractures.Thus,it can be speculated that shalewith an anoxic environmenthasexcellentexploration prospect.

Shale;sedimentary environment;organicmatterenrichment;pore structure;shaleoiland gas

ZHAIzheng,Engineer;E-mail:ppzz0546@126.com

P618.12

A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：1006-7493（2016）04-0690-08

10.16108/j.issn1006-7493.2015260

2016-01-08；

2016-06-23

中國(guó)石油化工股份有限公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目（P13019）；國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)課題（2011ZX05006-001）；中國(guó)石化科技攻關(guān)項(xiàng)目（YKK1506）聯(lián)合資助

翟正，男，1983年生，博士，工程師，從事油氣地球化學(xué)和油氣成藏研究工作；E-mail:ppzz0546@126.com