陳世悅，張順,，王永詩，譚明友

（1.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2.中國石化勝利油田勘探開發(fā)研究院；3.中國石化勝利油田物探研究院）

渤海灣盆地東營凹陷古近系細(xì)粒沉積巖巖相類型及儲集層特征

陳世悅1，張順1,2，王永詩2，譚明友3

（1.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2.中國石化勝利油田勘探開發(fā)研究院；3.中國石化勝利油田物探研究院）

通過巖心精細(xì)觀察描述、薄片鑒定、X射線衍射分析、掃描電鏡分析等技術(shù)，建立了東營凹陷古近系細(xì)粒沉積巖巖相劃分方案，明確了主要巖相類型的儲集空間類型及特征，并對主要巖相的孔隙微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：①富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r相孔隙結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，孔徑具有多尺度性，微裂縫的存在溝通了孔隙，增大了儲集層的孔滲性能；②中有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相孔隙多尺度性特征不顯著，介孔開放性較好，大孔開放性較差，孔縫連通性一般；③富有機(jī)質(zhì)夾層狀灰?guī)r相儲集空間類型多樣，孔徑的多尺度性較強(qiáng)，孔隙的連通性較好，孔縫溝通明顯，方解石重結(jié)晶晶間孔縫成為大孔的最主要部分；④貧有機(jī)質(zhì)塊狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖儲集空間類型較單一，裂縫欠發(fā)育，孔隙連通性較差。綜合油氣生成潛力、油氣可流動性、油氣儲集性能、可壓裂性等因素，預(yù)測富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r、富有機(jī)質(zhì)灰質(zhì)紋層狀細(xì)?；旌铣练e巖為有利巖相類型。圖7表1參29

細(xì)粒沉積巖；巖相劃分；有利巖相；儲集空間；孔隙結(jié)構(gòu)；東營凹陷；古近系

1 研究區(qū)概況及問題提出

細(xì)粒沉積巖主要從沉積物的粒徑角度定義，成分上包含黏土礦物、粉砂、碳酸鹽、有機(jī)質(zhì)、生物硅質(zhì)等，在油氣勘探開發(fā)實(shí)際工作中，主要指由2種以上物質(zhì)構(gòu)成的粒度較細(xì)（粒徑小于0.1 mm的顆粒含量大于50%）的沉積巖類型[1-2]。隨著油氣勘探領(lǐng)域向湖盆中心推進(jìn)，湖相深水細(xì)粒沉積巖已成為油氣勘探開發(fā)新領(lǐng)域。近年來，隨著細(xì)粒沉積巖與儲集層研究的不斷深入，在富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的基本特征[3-4]、成因[5]、分布以及致密儲集層的微觀結(jié)構(gòu)特征[6-7]等方面取得了諸多研究成果。這些研究成果豐富了細(xì)粒沉積學(xué)理論，對頁巖油（氣）、致密油（氣）的勘探起到了重要指導(dǎo)作用，但在細(xì)粒沉積巖的分類、微觀結(jié)構(gòu)剖析、巖相劃分等方面研究稍顯薄弱，缺少從巖相角度對細(xì)粒沉積儲集層的研究及其可壓裂性的系統(tǒng)評價(jià)。

渤海灣盆地是由一系列古近系箕狀凹陷組成的斷陷盆地[8]，古近系為典型湖泊沉積體系，經(jīng)歷了湖泊擴(kuò)張和湖泊萎縮兩個二級旋回。湖盆擴(kuò)張鼎盛時(shí)期，在盆地內(nèi)形成了大量細(xì)粒沉積巖，其中，半深湖—深湖相細(xì)粒沉積巖是重要的烴源巖，也是細(xì)粒沉積儲集層發(fā)育的重要層段。本文以渤海灣盆地東營凹陷沙河街組三段—四段細(xì)粒沉積巖為研究對象（見圖1），建立細(xì)粒沉積巖巖相劃分方案；對發(fā)育的主要巖相類型的宏觀、微觀礦物巖石學(xué)特征及有機(jī)地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，結(jié)合測井曲線響應(yīng)及氣候演化等，分析主要巖相的垂向演化特征；對儲集空間類型及儲集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，建立主要巖相類型與儲集層特征之間的聯(lián)系；綜合油氣生成潛力、油氣可流動性、油氣儲集性能、可壓裂性等因素，預(yù)測可能的優(yōu)勢巖相類型，以期更好地指導(dǎo)細(xì)粒沉積巖油氣的勘探和開發(fā)工作。

圖1 渤海灣盆地東營凹陷位置圖

2 巖相類型劃分

2.1 巖相類型劃分的原則與依據(jù)

以往有關(guān)細(xì)粒沉積巖巖相的研究多集中在海相及海陸過渡相泥頁巖，多通過原始沉積構(gòu)造和生物擾動特征重建泥頁巖沉積時(shí)的沉積條件[9-10]。Hickey等國外學(xué)者多以層理、結(jié)構(gòu)、生物群、成分、成因及紋理、礦物成分等為依據(jù)對頁巖進(jìn)行巖相劃分[11-15]。相較于海相頁巖，陸相湖盆細(xì)粒沉積巖具有礦物種類及產(chǎn)狀多樣、巖石類型豐富、垂向疊置關(guān)系多樣、受氣候以及物源影響更為敏感等特征，這也決定了海相泥頁巖巖相劃分方案不適用于陸相湖盆細(xì)粒沉積巖[16-18]。近幾年部分學(xué)者[19-21]對陸相湖盆細(xì)粒沉積巖的巖相劃分進(jìn)行了有益探討和研究。根據(jù)東營凹陷古近系細(xì)粒沉積巖的特征，筆者在巖相劃分時(shí)遵循以下原則：①界線清晰，含義明確；②大類簡單，小類區(qū)分標(biāo)志明顯；③尊重傳統(tǒng)巖石學(xué)命名，在此基礎(chǔ)上，體現(xiàn)湖盆細(xì)粒沉積巖在礦物成分及沉積構(gòu)造上的多樣性等[22]。

任何能反映沉積環(huán)境因素的巖石學(xué)及古生物學(xué)標(biāo)志均可作為巖相劃分標(biāo)志：①礦物成分是造成巖石類型多樣性的根本因素，也是深水細(xì)粒沉積巖層理構(gòu)造發(fā)育的“內(nèi)因”；②沉積構(gòu)造是水動力特征的直觀反映，詳細(xì)剖析沉積構(gòu)造有助于對湖盆氣候、水體性質(zhì)、事件沉積等微環(huán)境的研究；③有機(jī)質(zhì)含量揭示細(xì)粒沉積巖的烴類富集特征，對建立與測井曲線之間的聯(lián)系、進(jìn)行儲集層分類和評價(jià)有重要作用。因此，合理的巖相劃分方案應(yīng)該在沉積成因的控制下，全面考慮上述3個劃分依據(jù)。除此之外，還應(yīng)考慮氣候及事件性沉積等因素。

2.2 東營凹陷巖相類型劃分

對東營凹陷泥頁巖重點(diǎn)取心巖心進(jìn)行精細(xì)觀察描述，發(fā)現(xiàn)細(xì)粒沉積巖在顏色、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、基本巖石類型等方面具有以下特征：①以灰褐色、灰黑色、深灰色為主，也可見淺灰色、紫紅色等；②層理構(gòu)造類型豐富，巖心觀察可識別的宏觀層理構(gòu)造有塊狀層理（厚度大于10 cm）、水平層理、波狀層理、交錯層理等。水平層理按單層厚度大小又可劃分為頁狀層理（即頁理）和紋理，紋層狀構(gòu)造最為發(fā)育；③巖石類型多樣，主要包括碳酸鹽巖、細(xì)粉砂巖及黏土巖。在礦物組成及組構(gòu)方面，研究區(qū)細(xì)粒沉積巖具有以下特征：①黏土礦物含量較低，長英質(zhì)和自生碳酸鹽礦物含量較高，礦物組成變化較大，幾乎不含鉀長石；②黏土礦物類型主要為伊利石、伊蒙混層，綠泥石及高嶺石含量低；③定向結(jié)構(gòu)最為發(fā)育，主要由（富有機(jī)質(zhì)）黏土層、方解石層以及很少量的白云石紋層構(gòu)成；長英質(zhì)礦物一般以分散狀、局部富集狀產(chǎn)出，其次呈砂質(zhì)紋層夾于厚層泥巖中。此外，常見介形蟲等浮游生物化石和分散狀自生黃鐵礦分布。在前人研究基礎(chǔ)上[17-18]，本文分別對東營凹陷沙三段下亞段（Es3x）—沙四段上亞段（Es4s，分為Es4cs和Es4cx兩個次級亞段）細(xì)粒沉積巖碳酸鹽、長英質(zhì)、黏土礦物的含量進(jìn)行三角圖投點(diǎn)（見圖2）。

圖2 東營凹陷沙三段—沙四段巖相類型三端元圖

由圖2可以看出，三端元礦物均不占主導(dǎo)的細(xì)粒混合沉積巖類數(shù)量較大，占所有細(xì)粒沉積巖總量的60%以上。據(jù)此特點(diǎn)，將細(xì)粒混合沉積巖進(jìn)一步劃分為長英質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖、灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖以及黏土質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖等類型。東營凹陷沙三段—沙四段細(xì)粒沉積巖主要發(fā)育紋層狀灰?guī)r相、夾層狀灰?guī)r相、頁狀黏土巖相、紋層狀細(xì)粉砂巖相、塊狀細(xì)粉砂巖相、紋層狀長英質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相、紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相及少量的塊狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相等8類巖相（見表1，根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)一步細(xì)分為17個小類）。

3 主要巖相的基本特征

本文重點(diǎn)研究工區(qū)相對發(fā)育的富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r相、富有機(jī)質(zhì)夾層狀灰?guī)r相、富有機(jī)質(zhì)頁狀黏土巖相、中有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相、貧有機(jī)質(zhì)塊狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相的宏觀、微觀礦物巖石學(xué)和有機(jī)地球化學(xué)等基本特征。

表1 東營凹陷古近系細(xì)粒沉積巖巖相綜合分類命名方案

3.1 富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r相

集中發(fā)育于Es3x中下部，約占Es3x—Es4s細(xì)粒沉積巖總厚度的25%。總體呈深灰色，淺色紋層與深色紋層互層，淺色紋層比例較大，界限較清晰（見圖3a）。鏡下觀察淺色層主要為方解石層，暗色層為富有機(jī)質(zhì)黏土層，層間可見細(xì)小石英顆粒半定向分布（見圖3b）；有機(jī)質(zhì)賦存方式以順層狀為主（見圖3c）。

X射線衍射數(shù)據(jù)顯示，富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r相樣品方解石含量集中在52%～67%，黏土礦物含量為10%～20%，長英質(zhì)礦物含量變化較大，為12%～29%，TOC值為4.0%～4.5%，黃鐵礦平均含量大于3%。Ro值變化范圍較大，主要集中在0.74%～0.80%；S1（游離烴含量）為2.91～3.05 mg/g；S2（熱解烴含量）主要為5.41～9.08 mg/g；氯仿瀝青“A”含量為1.96%～3.36%。

3.2 富有機(jī)質(zhì)夾層狀灰?guī)r相

該類灰?guī)r又稱為鈣片頁巖[17]，約占Es3x—Es4s細(xì)粒沉積巖總厚度的7%。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，方解石部分通常為白色，呈具有一定厚度的脈狀或夾層狀（3.0～10.0 mm）產(chǎn)出，垂向上可形成多個白色夾層的似疊瓦狀排列（見圖3d）。部分巖心截面頁理間可見細(xì)小植物葉片化石和炭質(zhì)結(jié)核，鈣質(zhì)夾層與紋層間界限清晰易辨[22]。鏡下觀察方解石呈重結(jié)晶狀態(tài)（見圖3e、3f），暗色有機(jī)質(zhì)層及富含有機(jī)質(zhì)黏土層夾于方解石淺色層之間。有機(jī)質(zhì)兼有分散狀和順層富集的特點(diǎn)，含量最高可達(dá)7%；Ro值集中在0.8%～0.9%，Es4s該巖相Ro值最高可達(dá)0.93%；S1值變化范圍較大，主要為3.18～4.11 mg/g，S2值普遍較高，為11.61～19.54 mg/g；氯仿瀝青“A”含量為1.59%～2.72%。

圖3 東營凹陷古近系細(xì)粒沉積巖巖相類型

3.3 富有機(jī)質(zhì)頁狀黏土巖相

該巖相也被稱為黑色頁巖[17,23]，約占Es3x—Es4s細(xì)粒沉積巖總厚度的8%～10%，主要發(fā)育在Es3x、Es4s的湖侵體系域。顏色為黑—灰黑色，頁理發(fā)育，硬度較小，多呈薄片狀（見圖3g）。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)紋層（暗色層）與黏土紋層（較暗色層）互層。黏土紋層中可見極少量分散狀有機(jī)質(zhì)；紋層的紋理特征不明顯，界限不夠清晰；石英顆粒順層性及定向性較差（見圖3h）。

X射線衍射結(jié)果顯示，富有機(jī)質(zhì)頁狀黏土巖相樣品碳酸鹽含量為10%～30%，黏土礦物及陸源碎屑含量較高，黏土礦物含量為50%～62%，平均為53%，石英含量平均為29%，另可見少量黃鐵礦。有機(jī)質(zhì)成層性好、含量較高（見圖3i），TOC值集中在4%～6%。S1和S2普遍較高，S1值為2.79%～5.04 mg/g，平均值大于4.00 mg/g；S2值主要為18.57～34.51 mg/g；氯仿瀝青“A”含量2.13%～5.05%。

3.4 中有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相

紋層狀細(xì)?；旌铣练e巖是東營凹陷最發(fā)育的細(xì)粒沉積巖巖相類型（見圖3j—3o），其中紋層狀灰質(zhì)細(xì)粒混合沉積巖約占Es3x—Es4s細(xì)粒沉積巖總厚度的32%，主要發(fā)育在Es3x上部及Es4s中上部，總體呈灰色，由淺色紋層與暗色紋層在垂向上頻繁疊置構(gòu)成（見圖3m），淺色紋層主要為隱晶方解石層，由灰泥透鏡體斷續(xù)組成（見圖3n），局部可見連續(xù)性較好的鈣質(zhì)紋層；暗色層主要為有機(jī)質(zhì)含量較高的黏土層。熒光薄片觀察，有機(jī)質(zhì)呈分散狀、斷續(xù)紋層狀及短線狀分布（見圖3o）。

該沉積巖相灰質(zhì)含量平均為30%～47%，石英含量平均為26%，碳酸鹽、長英質(zhì)礦物、黏土未見主導(dǎo)成分。TOC值為1.5%～3.8%，Ro平均值為0.58%，S1值主要為1.89～2.85 mg/g，S2值變化范圍較大，主要為8.09～14.02 mg/g；氯仿瀝青“A”含量為0.96%～1.86%。

3.5 貧有機(jī)質(zhì)塊狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相

主要發(fā)育于大套泥頁巖發(fā)育段的底部及頂部，約約占Es3x—Es4s細(xì)粒沉積巖總厚度的8%。褐灰（或者灰）色，較均勻塊狀，除極少量斷續(xù)紋層外，宏觀無層理（見圖3p）。顯微鏡下觀察，長英質(zhì)礦物、黏土礦物與隱晶碳酸鹽礦物相混合（見圖3q），局部見黃鐵礦、介形蟲碎片、炭屑等，略定向分布，總體以泥粒級的細(xì)碎屑組分為主。

X衍射結(jié)果顯示，該巖相樣品灰質(zhì)含量集中在25%～40%，黏土礦物含量普遍小于40%，另含不等量石英、長石等陸源粉砂質(zhì)碎屑，黃鐵礦含量小于2%。當(dāng)粉砂質(zhì)碎屑含量增大時(shí)，逐漸向粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖過渡。TOC值低（1.3%～2.0%），有機(jī)質(zhì)呈分散狀（見圖3r）、團(tuán)塊狀或礦物瀝青基質(zhì)產(chǎn)出；Ro值集中在0.50%～0.65%，平均值小于0.60%；S1值主要為1.58～2.87 mg/g，S2值變化范圍較大，主要為8.06～12.42 mg/g；氯仿瀝青“A”含量為0.73%～1.18%。

4 主要巖相的儲集層特征

4.1 富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r相

4.1.1 儲集空間類型

該巖相垂向上礦物成分和力學(xué)性質(zhì)均存在較大差異?；屹|(zhì)成分越高，碳酸鹽對紋層結(jié)構(gòu)的支撐作用越明顯，從而使紋層界面成為潛在的層間微縫（見圖4a），因此，層間縫是富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r最發(fā)育的裂縫類型，主體近水平，角度多集中在0～5°，開度多為0.1～0.3 mm，在巖心及巖石薄片觀察中均可見。由于欠壓實(shí)作用、生烴膨脹、黏土礦物脫水及水熱增壓等形成的異常高壓縫大量發(fā)育（見圖4b）。此外，沿脆性礦物顆粒邊緣發(fā)育微裂縫（見圖4c），規(guī)模有限，較狹窄。

有機(jī)質(zhì)多與黏土吸附構(gòu)成富有機(jī)質(zhì)黏土層產(chǎn)出。有機(jī)質(zhì)在熱演化過程中，易形成有機(jī)質(zhì)演化孔，在黏土礦物內(nèi)部及長石顆粒表面發(fā)育大量溶蝕孔隙。而分布于紋層間的長英質(zhì)礦物顆粒間發(fā)育粒間孔（見圖4d），往往與異常高壓縫及層間微縫溝通（見圖4b），明顯增加了孔隙之間的連通性。此外，絮狀黏土礦物中的片狀黏土礦物通過邊和邊、面與面以及邊緣與面之間定向接觸形成“紙房構(gòu)造”等開放孔隙，這些孔隙可以相互連通形成滲透通道（見圖4e、4f），常呈彎曲狀、斷續(xù)狀，與紋層界面近于平行。

4.1.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

對東營凹陷紋層狀灰?guī)r樣品進(jìn)行高壓壓汞及低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)測試，以表征巖相不同孔徑范圍的孔隙結(jié)構(gòu)特征。如圖4g所示，進(jìn)汞曲線多數(shù)出現(xiàn)2～3個拐點(diǎn)，排替壓力低，在小于1 MPa時(shí)迅速增大，說明較大孔隙發(fā)育；退汞曲線先略上凸然后下凹，進(jìn)退汞曲線體積差較大，表明富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r較大孔隙的開放程度及連通性較好。

細(xì)粒沉積巖的等溫吸附曲線在一定壓力范圍內(nèi)常與脫附曲線發(fā)生分離，若孔隙呈開放狀態(tài)，即可形成脫附回線[24-27]。紋層狀灰?guī)r樣品吸脫附曲線的滯回環(huán)寬大，吸附曲線變化緩慢，脫附曲線變化明顯，在中等相對壓力處陡直下降且脫附曲線比吸附曲線陡峭（見圖4h），反映了“廣體細(xì)徑”的墨水瓶形等無定形孔隙，微孔較發(fā)育，充當(dāng)“瓶頸”部分，這種孔隙有利于氣體存儲吸附，但可能對氣體滲流不利[26]；曲線分離段的坡度接近平行，表明介質(zhì)孔中直徑較大的孔隙開放程度相對較高。

總體上，紋層狀灰?guī)r孔隙結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，既發(fā)育微米、納米級的基質(zhì)孔隙，也發(fā)育較大的微裂縫或裂縫（見圖4i）；巖相內(nèi)孔徑具有多尺度性，通常一個樣品中相差幾個量級的孔喉共存；微裂縫的存在溝通了孔隙，增大了泥頁巖儲集層的孔滲性能。

圖4 富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r儲集空間類型及微觀結(jié)構(gòu)（h圖中相對壓力為氮?dú)夥謮号c液氮溫度下氮?dú)獾娘柡驼羝麎褐龋?/p>

4.2 中有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相

4.2.1 儲集空間類型

物質(zhì)組成上無占優(yōu)勢的主導(dǎo)礦物是細(xì)?；旌铣练e巖類最典型的特征。紋層狀灰質(zhì)細(xì)粒混合沉積巖中方解石含量稍高，但總體上方解石不夠純凈，即便形成紋層，垂向上不同礦物層的疊置規(guī)律并不明顯，紋層界限不清晰。在裂縫的發(fā)育種類和規(guī)模上均不如紋層狀灰?guī)r。借助熒光薄片觀察，可以對裂縫的類型和形貌進(jìn)行識別：層間微縫較為發(fā)育，但裂縫開度較小，且由于微米級灰泥透鏡體的斷續(xù)排列，不同礦物集合體之間的微裂縫通常延伸較短（見圖5a）；異常高壓縫總體上欠發(fā)育；構(gòu)造縫尤其以剪性構(gòu)造縫最為常見，剪性構(gòu)造裂縫將紋層（組）錯斷，部分裂縫充填方解石。

長英質(zhì)礦物含量較高但往往呈分散狀，極少富集成層或砂質(zhì)團(tuán)塊，因此順紋層發(fā)育礦物顆粒間微米級的粒間孔（見圖5b）；黏土礦物多與長英質(zhì)礦物、炭屑及星散狀黃鐵礦較均勻混合，略顯定向結(jié)構(gòu)，分布于灰泥透鏡體之間，掃描電鏡下可見溶蝕孔縫（見圖5c）；有機(jī)質(zhì)成層性差，豐度較低，幾乎不見有機(jī)質(zhì)演化孔。

4.2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

進(jìn)汞曲線僅存在一個較明顯的增大區(qū)間，幾乎不存在相對平緩的直線段（見圖5d），這說明喉道的分布較分散；進(jìn)退汞體積差較小，表明開放孔欠發(fā)育，孔隙之間的連通性一般。這種孔隙結(jié)構(gòu)不利于頁巖油氣的擴(kuò)散和滲透。

脫附曲線與吸附曲線在接近飽和蒸汽壓時(shí)才發(fā)生明顯的氮?dú)饩奂?，滯后環(huán)狹小（見圖5e）；吸附曲線上升緩慢，上升速率較低，反映了孔隙開放性一般，較小孔徑范圍內(nèi)的孔隙多為一端封閉的形態(tài)；脫附曲線與吸附曲線分離，當(dāng)相對壓力減小時(shí)脫附曲線會出現(xiàn)一個明顯的拐點(diǎn)，表明中有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖的孔隙系統(tǒng)比較復(fù)雜，存在較大的孔隙。孔隙體積分布曲線顯示，孔徑在4 nm出現(xiàn)高峰值（見圖5f），這與紋層狀灰?guī)r往往出現(xiàn)2～3個峰值有明顯不同，說明納米級孔隙的多尺度性并不顯著。

總體上，紋層狀細(xì)?；旌铣练e巖孔隙結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，盡管有大孔徑孔隙存在，但并不占優(yōu)勢，孔隙多尺度性特征不明顯；介孔（孔徑在2～50 nm）開放性較好，大孔開放性則較差；孔隙（縫）連通性一般。

圖5 中有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖儲集空間類型及微觀結(jié)構(gòu)

4.3 富有機(jī)質(zhì)夾層狀灰?guī)r相

4.3.1 儲集空間類型

白色夾層狀方解石質(zhì)純、含量高（普遍大于65%），且發(fā)生明顯的重結(jié)晶作用（見圖6a、6g），與其夾持的黏土巖往往也較純。因此在方解石層與黏土層之間，由于作用力較小而形成開度較大的層間縫，且延伸較遠(yuǎn)，裂縫長度往往近于鈣質(zhì)夾層長度，且往往無充填；異常高壓縫較發(fā)育，但裂縫開度及長度均有限；構(gòu)造縫少見。方解石重結(jié)晶晶間孔縫是該巖相最為典型的有效儲集空間類型，熒光薄片觀察，方解石晶粒間、方解石與黏土之間微裂縫大量發(fā)育；方解石晶間孔徑集中在20～40 μm，最大可達(dá)100 μm（見圖6b）。溶蝕孔多呈蜂窩狀或星散狀分布于碳酸鹽礦物表面以及黏土礦物之間（見圖6c—6f），總體上孔縫類型多樣。

4.3.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

與大部分細(xì)粒沉積巖樣品類似，不同之處在于：①吸附曲線總體上升緩慢，幾乎處于平穩(wěn)狀態(tài)（表明該時(shí)期為單分子層逐漸向多分子層吸附過渡的階段），但在相對壓力接近1.0時(shí)，曲線急劇上升（見圖6h），表明在夾層狀灰?guī)r中較大孔徑的孔隙發(fā)生毛細(xì)凝聚現(xiàn)象，從而造成氣體吸附量的快速增大；②脫附曲線分支上拐點(diǎn)并不明顯，反映了夾層狀灰?guī)r樣品的孔隙系統(tǒng)并不復(fù)雜，大孔發(fā)育且連通性較好。碳酸鹽及黏土礦物中均發(fā)育溶蝕孔隙，一定程度上增強(qiáng)了孔隙之間的連通性。

孔徑及孔隙體積分布曲線顯示（見圖6i），4 nm左右的介孔對孔體積的貢獻(xiàn)較大。這是由于氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)主要是針對介孔及小孔的測試，因此對于大量發(fā)育的微米級方解石重結(jié)晶晶間孔（20～40 μm）而言，低溫氮?dú)馕讲⒉荒芡耆碚髌鋵紫犊傮w積的貢獻(xiàn)。

總體上，儲集空間類型多樣，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔徑的多尺度性較強(qiáng)，微米、納米級孔隙均發(fā)育；孔隙連通性較好，孔縫溝通明顯；方解石重結(jié)晶晶間孔縫成為大孔（或超大孔）的最主要部分。

圖6 富有機(jī)質(zhì)夾層狀灰?guī)r儲集空間類型及微觀結(jié)構(gòu)

4.4 貧有機(jī)質(zhì)塊狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖

4.4.1 儲集空間類型

該巖相總體致密，儲集空間類型以孔隙為主，除構(gòu)造縫外，宏觀裂縫總體欠發(fā)育；孔隙類型以泥晶方解石晶間孔、黏土礦物晶間孔（見圖7a）以及長英質(zhì)礦物顆粒的粒間孔最為常見，在黃鐵礦含量較高（大于2%）的該巖相樣品中常發(fā)育黃鐵礦晶間孔（見圖7b、7c、7d）。

與其他巖相類型相比，孔隙尺寸較小，根據(jù)掃描電鏡及激光共聚焦顯微鏡觀察，宏孔（孔徑大于50 nm）的孔隙大小集中在2～15 μm，以多邊形及不規(guī)則形狀為主。球狀黃鐵礦分布較為集中，但并未呈緊密堆積體狀，球形黃鐵礦之間往往充填細(xì)小片狀黏土礦物（見圖7b）。黏土礦物及少量長英質(zhì)礦物顆粒表面發(fā)育少量納米級溶蝕孔隙。儲集空間類型總體較為單一，除了開度小于10 μm的微裂縫，宏觀裂縫整體欠發(fā)育。

4.4.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

微裂縫整體較不發(fā)育，僅在局部斷續(xù)狀產(chǎn)出，開度及長度均有限，孔縫連通性差。氮?dú)馕摳角€形態(tài)表明（見圖7e），在相對壓力較低（0～0.4）處吸脫附曲線不重合，即產(chǎn)生吸附回線，說明較小孔徑孔隙具有一定透氣性；吸附曲線上升緩慢，相對壓力接近1.0時(shí)陡直上升，且脫附曲線產(chǎn)生明顯拐點(diǎn)，說明存在較大孔徑的孔隙?？紫缎蚊矠槟繝羁缀蛨A筒狀孔，孔隙連通性一般，開放性較好；微孔和中孔較發(fā)育，4 nm左右孔隙對孔體積貢獻(xiàn)最大（見圖7f）。

總體看，貧有機(jī)質(zhì)塊狀灰質(zhì)細(xì)粒混合沉積巖儲集空間類型以粒間孔和晶間孔為主，其他孔隙類型發(fā)育較少，裂縫總體欠發(fā)育。孔隙孔徑較小，宏孔孔徑多小于15 μm；孔隙開放性較好，連通性一般。

圖7 塊狀細(xì)?；旌铣练e巖相儲集空間類型及微觀結(jié)構(gòu)

5 優(yōu)勢巖相類型

優(yōu)勢巖相的預(yù)測應(yīng)充分考慮巖相的礦物成分、沉積構(gòu)造、所占比例、總體厚度及連續(xù)性、有機(jī)碳豐度、儲集空間類型及發(fā)育程度、孔隙結(jié)構(gòu)等，即滿足“油氣生成”、“油氣存儲”以及“工程壓裂”均有利的巖相類型。

有機(jī)質(zhì)是形成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，決定了巖石的生烴潛力，除此之外，有機(jī)質(zhì)對細(xì)粒沉積巖的沉積、成巖、儲集層的發(fā)育均有十分重要的作用。從生烴潛力角度，只有TOC值大于2%的細(xì)粒沉積巖相滿足優(yōu)勢巖相的下限標(biāo)準(zhǔn)。東營凹陷有機(jī)碳豐度高的細(xì)粒沉積巖往往分布在遠(yuǎn)離物源、靠近北部陡坡帶一側(cè)的半深湖—深湖區(qū)，且呈環(huán)帶狀分布，從湖盆沉積中心向湖盆邊緣及濱淺湖區(qū)遞減；有機(jī)質(zhì)含量較高的巖相類型集中在紋層狀灰?guī)r相、夾層狀灰?guī)r相、頁狀黏土巖相、紋層狀灰質(zhì)細(xì)粒混合沉積巖相等，且這些巖相類型的分布與平面上有機(jī)碳高值區(qū)的分布特征基本吻合。

在較高孔隙度細(xì)粒沉積巖段，TOC與孔隙度有較好的相關(guān)性，泥頁巖中已經(jīng)轉(zhuǎn)化為烴類的原始生烴潛力部分S1與泥頁巖中較大孔隙也具有較好的正相關(guān)關(guān)系。孔隙度越大，油的可流動性就越強(qiáng)[28-29]，因此從生油及頁巖油的可流動性角度，富有機(jī)質(zhì)頁狀黏土巖、富/中有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r及夾層狀灰?guī)r可視為可能的優(yōu)勢巖相。

儲集空間類型和孔隙結(jié)構(gòu)是影響泥頁巖油氣產(chǎn)能的重要因素。頁巖油氣，尤其是頁巖氣，在細(xì)粒沉積巖儲集層中的儲集量依賴于基質(zhì)孔隙的比表面積和孔體積大小。因此，優(yōu)勢巖相的預(yù)測必須充分考慮儲集空間類型、豐度及泥頁巖孔隙結(jié)構(gòu)特征，這也是巖相類型及特征研究與頁巖油氣勘探結(jié)合的最重要環(huán)節(jié)。從儲集空間發(fā)育類型及豐度的角度，富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r、富有機(jī)質(zhì)夾層狀灰?guī)r以及富有機(jī)質(zhì)頁狀黏土巖可視為優(yōu)勢巖相；從微觀孔隙結(jié)構(gòu)角度，夾層狀灰?guī)r相、紋層狀灰?guī)r相的孔隙類型多樣、孔徑具有多尺度性、孔隙連通性及開放性均良好，亦可視為優(yōu)勢巖相。

優(yōu)勢巖相的厘定還應(yīng)考慮其工程性質(zhì)。脆性礦物含量高有利于后期壓裂，但也應(yīng)注意層間縫越發(fā)育，壓裂時(shí)沿層理間力的卸載會越嚴(yán)重，且沿紋層的抗嵌入能力越差。通過上文分析，富有機(jī)質(zhì)夾層狀灰?guī)r孔縫均發(fā)育的原因主要是：①白色鈣質(zhì)透鏡體中方解石重結(jié)晶形成晶間孔；②礦物成分在縱向上頻繁變化使巖石脆性和力學(xué)性質(zhì)變化，從而導(dǎo)致頁理及層間微縫均發(fā)育。因此，從壓裂工程角度，層間礦物及力學(xué)性質(zhì)差異極大的夾層狀灰?guī)r并不能視為優(yōu)勢巖相，紋層狀灰?guī)r及紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖可能是對壓裂有利的優(yōu)勢巖相。

綜合油氣生成潛力、油氣可流動性、油氣儲集性能、巖相發(fā)育厚度及可壓裂性等因素，預(yù)測富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r相、富有機(jī)質(zhì)灰質(zhì)紋層狀細(xì)?；旌铣练e巖相為有利巖相類型。

6 結(jié)論

湖相深水細(xì)粒沉積巖巖相劃分要遵循：①界線清晰，含義明確；②大類簡單，小類區(qū)分標(biāo)志明顯；③尊重傳統(tǒng)，并充分體現(xiàn)礦物成分及宏微觀沉積構(gòu)造上的多樣性等原則，礦物組成、沉積構(gòu)造、有機(jī)質(zhì)豐度、顏色以及其他混入物等都可以作為巖相類型劃分的重要依據(jù)。富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r、富有機(jī)質(zhì)夾層狀灰?guī)r、中有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)細(xì)粒混合沉積巖、富有機(jī)質(zhì)頁狀黏土巖、貧有機(jī)質(zhì)塊狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖是主要發(fā)育的巖相類型。不同巖相類型發(fā)育的儲集空間類型及孔隙結(jié)構(gòu)特征存在差異。紋層狀灰?guī)r孔隙結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，既發(fā)育微米、納米級的基質(zhì)孔隙，也發(fā)育較大的微裂縫或裂縫；巖相內(nèi)孔徑具有多尺度性，通常一個樣品中相差幾個量級的孔喉共存；微裂縫的存在溝通了孔隙，增大了泥頁巖儲集層的孔滲性能。紋層狀灰質(zhì)細(xì)粒混合沉積巖孔隙多尺度性特征不明顯，介孔開放性較好，大孔開放性則較差；孔隙（縫）連通性一般。富有機(jī)質(zhì)夾層狀灰?guī)r儲集空間類型多樣，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔隙孔徑的多尺度性較強(qiáng)，微米級、納米級孔隙均發(fā)育；孔隙的連通性較好，孔縫溝通明顯；方解石重結(jié)晶晶間孔縫成為大孔（或超大孔）的最主要部分。綜合油氣生成潛力、油氣可流動性、油氣儲集性能、可壓裂性等因素，預(yù)測富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r、富有機(jī)質(zhì)灰質(zhì)紋層狀細(xì)?；旌铣练e巖為有利巖相類型。

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（編輯 黃昌武）

Lithofacies types and reservoirs of Paleogene fine-grained sedimentary rocks in Dongying Sag,Bohai Bay Basin

CHEN Shiyue1,ZHANG Shun1,2,WANG Yongshi2,TAN Mingyou3
(1.College of Geo-Resources and Information,China University of Petroleum,Qingdao 266555,China; 2.Geological Scientific Research Institute,Sinopec Shengli Oilfield Company,Dongying 257015,China; 3.Geophysical Research Institute of Sinopec Shengli Oilfield,Dongying 257022,China)

By applying such technologies as detailed description of cores,identification of thin sections,X-ray diffraction analysis,and scanning electron microscopy,this paper establishes the lithofacies division scheme of the fine-grained sedimentary rocks in the Paleogene of the Dongying Sag,confirms the reservoir space types and characteristics of the major lithofacies,and analyzes the micro-structure characteristics of their pores.The research results show that:(1) the pore structure of the organic-rich laminated limestone facies is very complex,with multi-scale aperture.The micro-fractures connect the pores,and increase the porosity and permeability of reservoirs; (2) the pore structure of the laminated calcareous fine-grained mixed sedimentary facies with moderate organic content has not apparent multi-scale feature,but with better mesoporous opening property,poorer macroporous opening property,and ordinary connectivity of pores and fractures; (3) the reservoir space types of the organic-rich interbedded limestone facies are various,with stronger multi-scale aperture,better pore connectivity,apparent communication between pores and fractures,and the intercrystal pores and fractures in calcite recrystallization are the most important part of the macro-pores; (4) the reservoir space types of the organic-poor massive calcareous fine-grained mixed sedimentary facies are relatively simple,with undeveloped fractures,and poorer pore connectivity.By combining oil and gas generation potential,oil and gas flow ability,oil and gas reservoir properties and fracturing properties etc.,the organic-rich laminated limestone and the organic-rich limy laminated fine-grained mixed sedimentary rocks are predicted as the favorable lithofacies.

fine-grained sedimentary rock; lithofacies division; favorable lithofacies; reservoir space; pore structure; Dongying Sag; Paleogene

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41372107）

TE122.2

A

1000-0747(2016)02-0198-11

10.11698/PED.2016.02.05

陳世悅（1963-），男，陜西山陽人，博士，中國石油大學(xué)（華東）教授，主要從事沉積學(xué)方面的教學(xué)與研究工作。地址：山東青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)長江西路66號，中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，郵政編碼：266580。E-mail:chenshiyue@vip.sina.com

聯(lián)系作者：張順（1985-），男，山東桓臺人，博士，現(xiàn)為中國石化勝利油田勘探開發(fā)研究院博士后，主要從事油氣儲集層地質(zhì)學(xué)方面的研究工作。地址：山東省東營市聊城路2號，勝利油田勘探開發(fā)研究院，郵政編碼：257015。E-mail:satisfactoryshun@163.com

2014-10-13

2016-01-15