芮曉慶，周圓圓，李志明，張慶珍

1. 中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質研究所，無錫 214126

2. 頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室，無錫 214126

3. 中國石化油氣成藏重點實驗室，無錫 214126

蘇北盆地是我國東部陸相中、新生代大型盆地之一，盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多個富含油氣的凹陷以及多套烴源巖層系，其中古近系阜寧組阜四段（E1f4）和阜二段（E1f2）以暗色泥巖為主的烴源巖是本區(qū)主要生油巖，油氣顯示豐富，在非常規(guī)油氣勘探方面（頁巖油）也逐漸顯示出較大潛力[1]。相關文獻指出，蘇北探區(qū)全區(qū)有200 多口鉆井在阜二段和阜四段泥頁巖層系中見油氣顯示，其中多口井試獲原油，如鹽城凹陷的YC1 井在阜二段試獲日產(chǎn)油36.83 m3，海安凹陷的H20 井阜四段累計試獲原油11.65 t，說明這兩套泥頁巖層系也是我國頁巖油氣勘探的重點層系[2]。

前人雖然從烴源評價角度對阜二段、阜四段泥頁巖的基本有機地球化學參數(shù)（有機碳、生烴潛量、氯仿瀝青“A”含量、有機質類型與成熟度Ro）進行過統(tǒng)計[3-9]，但樣品來源、數(shù)量、縱向變化特征等信息均沒有闡述，且往往只是針對某一重點凹陷進行含油性、儲集性評價，而對盆地內(nèi)各凹陷之間烴源巖的生烴條件差異性、橫向對比性研究不夠深入；同時，對蘇北盆地阜二段、阜四段頁巖油的富集機理、成藏地質條件及勘探前景等雖零星有論述[10-11]，但均缺乏系統(tǒng)性剖析，一定程度上制約了對阜二段、阜四段富有機質泥頁巖有機地球化學特征的系統(tǒng)認識以及對各凹陷已知油氣藏貢獻大小的判識。本文在對前人資料整理的基礎上，采集典型樣品，較為系統(tǒng)地對蘇北盆地阜寧組烴源巖的地球化學特征和儲集性能進行分析，對阜寧組阜二段、阜四段烴源巖在各凹陷之間的展布規(guī)律進行了精細的評價，以便為該層段常規(guī)與非常規(guī)油氣勘探評價、已知油氣藏烴源巖貢獻判識提供基礎資料。

1 地質背景概述

蘇北盆地探區(qū)屬于蘇北-南黃海盆地的陸上部分，東臨黃海，西接魯蘇隆起，南側為蘇南隆起，北部以濱海隆起為界，總面積約 33 200 km2（圖 1）[12]。盆地自形成后經(jīng)歷了多期構造運動的改造，以建湖隆起為界，向北為鹽阜坳陷，南側稱為東臺坳陷，高郵、金湖、海安、鹽城、溱潼等凹陷分布其中[13]。蘇北盆地基底為海相中、古生代沉積實體；蓋層為陸相中、新生代斷拗沉積體[14]，包括泰州組、阜寧組、戴南組、三垛組、鹽城組等多套地層，地層沉積厚度超過了 11 000 m，其中阜寧組 E1f2、E1f4暗色泥頁巖最為發(fā)育，屬較穩(wěn)定的較深湖沉積，是頁巖油評價與勘探的主要目的層[15]。

阜二段（E1f2）沉積期屬盆地拗陷演化階段，湖盆比較平緩，周圍高差不大，基本還保持西高東低的格局。E1f2在縱向上可分3 個階段：海侵開始階段、海侵影響階段與海侵退卻階段。地層厚度200～300 m，最大厚度約 370 m，整體以灰黑色泥巖為主，與下伏阜一段整合接觸。E1f2除金湖凹陷西斜坡下部為砂巖外，以富含有機質的暗色泥頁巖為主，在高郵、金湖、海安、溱潼、鹽城凹陷均有分布，向西凸起，厚度逐漸減薄，直至尖滅；具厚度大、分布廣的特征。

圖1 蘇北盆地構造單元劃分略圖及重點井位圖[12]Fig.1 Tectonic map of Subei Basin and locations of the key wells

阜四段（E1f4）沉積期屬盆地拗陷演化階段，主體為半深湖-深湖環(huán)境。該段地層主要由灰黑色泥巖夾薄層泥灰?guī)r組成，總厚度300～400 m，最厚達500 m，受吳堡事件剝蝕現(xiàn)象嚴重，導致凹陷和低凸起及隆起部位泥頁巖厚度差異較大[13]。E1f4上亞段富有機質泥頁巖主要分布于高郵凹陷和金湖凹陷，金湖凹陷的汊澗和龍崗次凹厚度約為300 余米，厚度向凹陷邊緣減薄；高郵凹陷深凹帶厚度可達400 余米，同樣向凹陷邊緣減薄。海安、鹽城、阜寧凹陷僅在深凹帶局部殘存，厚度多小于100 m[14]。E1f4下亞段泥頁巖在全區(qū)分布較為普遍，特別是在深凹帶和斜坡帶，殘存厚度均較大，多大于100 m。

2 樣品采集與實驗分析

本次研究主要采集了蘇北盆地70 口井的395塊典型樣品（部分重點井已在圖1 標出），涉及高郵凹陷、海安凹陷、金湖凹陷、溱潼凹陷、鹽城凹陷、泰州凸起阜寧組阜二段和阜四段兩套烴源巖，另外采集油樣7 個。根據(jù)研究需要，對采集樣品開展了有效烴源巖評價、泥頁巖儲層評價以及含油性分析在內(nèi)的20 余項分析測試項目。本次測試中涉及到的所有測試項目均在中石化無錫石油地質研究所實驗測試研究中心完成。

3 阜寧組烴源巖地球化學特征

3.1 阜二段、阜四段有機質豐度

眾所周知，在評價烴源巖生油潛力的參數(shù)中有機質豐度是關鍵指標之一，含量高低直接影響著對油氣資源前景的評價。其中由于影響有機碳含量的因素較少，是有機質豐度評價中最直接也是最為重要的參數(shù)，有機質豐度越高，代表生烴能力越強[16]。

通過對蘇北盆地290 個阜二、阜四段泥頁巖樣品的熱解分析結果統(tǒng)計，阜寧組二套陸相泥頁巖層段有機質豐度基本集中于0.5%～2.0%，局部地區(qū)達到2.5%以上，縱向上富有機質泥頁巖非均質性較強，橫向上各凹陷之間也存在一定的差異。阜二段TOC 為0.152%～6.992%，平均為2.011%，其中鹽城凹陷阜二段泥頁巖TOC 整體較高，普遍大于2.5%，其他各凹陷泥頁巖TOC 含量略有差異（表1）。氯仿瀝青“A”為 0. 010%～0.447%，平均為 0.132%，生烴潛量（S1+ S2）最大為 50.824 mg/g，最小為 0.032 mg/g，平均為10.241 mg/g。各凹陷含量略有不同，表明各凹陷所含頁巖油資源略有差異。阜四段TOC 為 0.184%～4.322%,平均為 1.263%，氯仿瀝青“A”平均為 0.025%，生烴潛量（S1+ S2）最大為 42.5 mg/g，最小為 0.02 mg/g，平均為 4.871 mg/g（見表 2）。阜二段總體有機質豐度高于阜四段。

為了研究蘇北盆地阜寧組兩套陸相泥頁巖層段有機質豐度在縱向上的差異性，選取了阜二段、阜四段重點層位阜2-2 亞段、阜4-1 亞段的TOC 平面分布進行論述（圖2），同時選取金湖凹陷河參1 井、崔2 井，海安凹陷安1 井三組典型鉆井取芯段進行評價（圖3）。

依據(jù)縱向上E1f2含油泥頁巖的TOC 含量變化特征，將E1f2進一步劃分為3 個亞段。阜2-1 亞段TOC 總體0.5%～2.0%，各凹陷均有分布；阜2-2 亞段平均TOC 均值大于2%，整體為1%～3%，廣泛分布于金湖、高郵、溱潼、海安及鹽城凹陷，高郵凹陷深凹帶厚度接近100 m，向金湖西斜坡帶逐漸減?。▓D 2）；阜 2-3 亞段 TOC 為 0.5%～1.5%，分布廣泛。從兩口重點井TOC 的縱向分布規(guī)律看，阜2-1、阜2-2 的TOC 含量都高于阜2-3 亞段。因此，阜二段縱向上雖然TOC 差異較大，但變化規(guī)律一致，以阜2-1、阜2-2 兩個頁巖段的TOC 含量稍高，表明這兩個頁巖層段具有更高的生烴潛力。

表1 蘇北盆地探區(qū)阜寧組阜二段富有機質泥頁巖豐度統(tǒng)計Table 1 Statistical table of organic matter abundance for source rocks of the F2 Member of Funing Formation in the Subei Basin

表2 蘇北盆地探區(qū)阜寧組阜四段富有機質泥頁巖豐度統(tǒng)計Table 2 Statistical table of organic matter abundance for source rocks of the F4 Member of Funing Formation in the Subei Basin

圖2 蘇北盆地重點凹陷阜2-2 亞段、阜4-1 亞段有機碳平面分布圖Fig.2 The plane distribution of total organic carbon of the Sub-members F2-1 and F4-1 in the key depressions of Subei Basin

依據(jù)縱向上E1f4泥頁巖的TOC 含量變化特征，將E1f4進一步劃分為兩個亞段（圖2、圖3）。阜4-1 亞段TOC 為1%～1.5%，主要分布在金湖、高郵、溱潼凹陷，海安和鹽城凹陷分布局限，厚度薄。阜4-2 亞段TOC 為0.5%～1%，主要分布在金湖、高郵凹陷，厚度最大140 m，溱潼凹陷次之，海安和鹽城凹陷也有殘存。從重點井金湖凹陷崔2 井阜四段烴源巖TOC 變化也可以看出，阜4-1 亞段TOC 含量為0.5%～2.4%，略高于阜4-2 亞段，縱向非均質性明顯。

蘇北盆地阜二段、阜四段兩套泥頁巖雖然縱向非均質性明顯，橫向非均質性在同一沉積相帶內(nèi)各凹陷略有差異，同一凹陷不同地區(qū)和構造單元的泥頁巖地球化學特征差異不明顯，雖有個別異常點，但總體并無變化規(guī)律可循。蘇北盆地阜寧組兩套泥頁巖地球化學特征在縱向、橫向的分布特點主要與沉積特征有關。晚白堊世—古新世大型內(nèi)陸坳陷沉積特征決定了區(qū)內(nèi)E1f2和E1f4沉積相帶規(guī)模巨大，跨構造單元，跨海陸區(qū)域，且具單一沉積中心的特征[10]。該時期，斷層（包括凹陷的邊界斷層）雖然控制地層厚度，但并不控制沉積相，導致蘇北盆地各凹陷均屬同一沉積相帶或沉積相變化不大，如高郵、金湖、海安、鹽城、阜寧凹陷E1f2期均為半深湖—深湖相（金湖凹陷和高郵凹陷西部地區(qū)在E1f2沉積早期為淺湖相）；同一凹陷內(nèi)部斜坡帶和深凹帶沉積相帶變化也不大，正是這一沉積特征決定了蘇北盆地E1f2和E1f4滿盆深湖，腐泥型泥頁巖遍及全盆，且橫向上非均質性不明顯，各凹陷可對比。縱向上，蘇北盆地晚白堊世—古新世在大型內(nèi)陸坳陷背景下，發(fā)育3 個次級斷拗演化旋回，其中E1f2、E1f4均形成于拗陷演化階段[17]。頻繁的斷拗轉換，導致縱向上沉積相變較快，泥頁巖非均質性強。

圖3 蘇北盆地重點凹陷典型井阜二段、阜四段各亞段有機碳分布特征Fig.3 The characteristics of total organic carbon in the typical wells of the F2 and F4 Members of Funing Formation in the key depressions of the Subei Basin

3.2 阜二段、阜四段有機質類型

有機質類型是衡量烴源巖質量的指標，不同類型有機質反映生烴母質的質量，不同的生烴母質其生油能力也不同，生油門限值和生烴過程也有一定差別[18]。本次有機質類型根據(jù)大量熱解數(shù)據(jù)并結合有機巖石學分析結果進行評價。

3.2.1 干酪根類型

大量熱解氫指數(shù)HI—Tmax 分析資料顯示，蘇北盆地阜寧組阜二段和阜四段有機質類型復雜，I 型到III 型均有發(fā)育。阜二段主要是Ⅰ型（腐泥型）、II1 型（以腐泥為主的混合型）干酪根，后者主要為Ⅱ2—Ⅲ型（腐殖型）、少數(shù)Ⅱ1 型（以腐殖為主的混合型）。

根據(jù)干酪根統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出（表3），E1f2泥頁巖Ⅰ—Ⅱ1 型干酪根所占比例最大，達52%～84%，明顯好于E1f4段；E1f4段泥頁巖Ⅰ—Ⅱ1 型干酪根占35%～51%；橫向上，E1f2泥頁巖自西向東，Ⅰ—Ⅱ1 型干酪根比例增大（表3），東部海安和鹽城凹陷泥頁巖有機質類型好于西部高郵和金湖凹陷，這與有機質豐度變化相似；而E1f4泥頁巖有機質類型分布特征則相反，Ⅰ—Ⅱ1 型干酪根主要分布在高郵凹陷深凹帶，并且西部金湖和高郵凹陷明顯好于東部鹽城和海安凹陷（表3），這主要與沉積相發(fā)生變化有關[19]。

3.2.2 有機顯微組分特征

全巖有機顯微組分數(shù)據(jù)顯示，蘇北盆地阜寧組顯微組分以腐泥組為主，鏡質組和殼質組含量較高，惰性組含量較低。其中腐泥組的來源主要是藻類體及其降解產(chǎn)物，標志藻類微生物的生源輸入，而鏡質組、殼質組和惰性組則代表陸生高等植物的生源輸入[9]。

對蘇北盆地樣品的全巖有機巖石學統(tǒng)計分析表明，蘇北盆地阜二段泥頁巖有機顯微組分相對含量中，平均含腐泥組47.3%，殼質組9.1%，鏡質組35.2%，惰性組8.6%。主要顯微組分為腐泥組和鏡質組，含少量殼質組（主要是孢粉體）、惰性組。蘇北盆地阜四段泥頁巖有機顯微組分相對含量中，平均含腐泥組42.2%，殼質組8.5%，鏡質組41.8%，惰性組7.5%。與阜二段泥頁巖比較，阜四段泥頁巖相對貧腐泥組、殼質組，相對富惰性組和鏡質組，有機質類型相對差些，與熱解結果相符合。顯微組分的這種分布和組成模式反映了有機質水生和陸生的雙重來源[20]。

由于蘇北盆地各凹陷均屬同一沉積相帶，如高郵、金湖、海安、鹽城、阜寧凹陷E1f2期均為半深湖—深湖相（金湖凹陷和高郵凹陷西部地區(qū)在E1f2沉積早期為淺湖相），因此導致腐泥組是主要的生烴有機質，其富集程度和分布范圍對頁巖油富集規(guī)模影響較大。本研究區(qū)腐泥組中層狀藻類體和瀝青質體含量占絕對優(yōu)勢，主要來源于降解的藻類體（圖4c、h）。層狀藻類體極為發(fā)育，呈細長條狀順層分布，形態(tài)保存完整，呈黃色熒光（圖4a、b、f）；部分樣品中見密集分布的線形藻類薄層（圖4d），呈橙黃色熒光[21-22]；瀝青質體或藻紋層中可見發(fā)黃綠色強熒光的結構藻類體，主要為葡萄球藻，其次為個體較小的甲藻（圖4e、g、h）。這些結構藻類體降解后在紋層中均有殘跡存在，是最重要的生烴母質。

表3 蘇北盆地各凹陷泥頁巖有機質類型百分含量統(tǒng)計表（%）Table 3 Statistical table of percentage content of organic matter types in each depression of the Subei Basin

圖4 阜寧組阜二段、阜四段烴源巖有機顯微組分照片a. 高郵凹陷單 1 井阜二段 2 101.8 m 灰黑色泥巖層狀藻類體顯微照片；b. 海安凹陷安 24 井阜二段 3 034.9 m 灰黑色泥巖層狀藻類體顯微照片；c. 金湖凹陷崔 19 井阜二段 1 491.1 m 瀝青質體顯微照片；d. 金湖凹陷河參 1 井阜二段 3 151 m 灰黑色泥巖層狀藻類體顯微照片；e. 鹽城凹陷新朱1 井阜二段2 729.8 m 灰黑色泥巖瀝青質體、結構藻類體顯微照片；f. 金湖凹陷戴1 阜二段1 636 m 灰黑色泥巖層狀藻類體顯微照片；g. 金湖凹陷河 X4 井阜四段 1 894.2 m 深灰色灰質泥巖瀝青質體、結構藻類體顯微照片；h. 鹽城凹陷站 1 井阜四段 2 088.1 m 深灰色泥巖礦物瀝青基質顯微照片；I.海安凹陷陳3 井阜四段2 206.7 m 孢粉體顯微照片。Fig.4 Photos of organic macerals of source rocks of the F2 and F4 Members of Funing Formation

3.3 有機質成熟度特征

源于高等植物碎屑的鏡質體反射率（Ro）隨熱演化程度的升高而穩(wěn)定增大，并且有相對廣泛、穩(wěn)定的可比性。而鏡質體測試的可靠性和有效性一直備受研究人員關注，目前鏡質體反射率的測量還有一些不足之處，比如有機質類型與鏡質體反射率的關系，某些有機質類型對鏡質體反射率具有抑制作用。許多學者均指出, 殼質組、藻類體占優(yōu)勢的巖石中,鏡質體反射率受到抑制[23]。目前，解決鏡質體反射率抑制問題的有效方法為FAMM（fluorescence alteration of multiple macerals）技術[24]。為了更好地評價鏡質體反射率測定結果的合理性，在開展鏡質體反射率測定的同時，對個別樣品開展了FAMM 分析，使蘇北盆地阜二、阜四段烴源巖成熟度評價更趨于合理。

鏡質體反射率測試結果表明，各凹陷阜二段—阜四段泥頁巖鏡質體反射率總體隨深度的增高而增大，但同一深度段鏡質體反射率差異明顯，這可能因為各凹陷不同地區(qū)古地溫存在一定的差異，同時不同地區(qū)泥頁巖的有機質類型存在差異，從而會導致鏡質體反射率抑制程度不同。另外，各凹陷在2 500～4 000 m 深度段，其鏡質體反射率值較上部深度段偏低的特點，這可能主要與該深度段樣品主要處于深洼區(qū)，泥頁巖有機質類型相對較好，鏡質體反射率受抑制程度相對大相關，這為FAMM 分析結果所證實。圖 5 為溱潼凹陷魯 1 井 2 965.62 m 深度段灰黑色灰質泥巖樣品（阜四段，有機質類型屬Ⅱ1）FAMM 分析等效鏡質體反射圖，可見該樣品等效鏡質體反射率值為0.76%，鏡質體反射率抑制值為0.20%，這意味著鏡質體反射率Ro 值約為0.56%，該樣品的實測鏡質體反射率Ro 值為0.55%，兩者結果相吻合。而對于有機質類型為Ⅲ型的泥頁巖樣品，F(xiàn)AMM 分析結果顯示其鏡質體反射率抑制程度很低或無抑制現(xiàn)象，鏡質體反射率實測值可以代表其真實成熟度值。

圖5 溱潼凹陷魯 1 井 2 965.62 m 灰黑色灰質泥巖 FAMM 分析等效鏡質體反射圖Fig.5 FAMM analysis of equivalent vitrinite reflectogram of a gray black grey mudstone from well Lu1 in Qintong Sag, 2 965.62 m

研究表明（圖6），阜二段烴源巖成熟度總體大于0.8%，除了高郵、溱潼凹陷深凹帶為高成熟生烴階段（Ro＞1.2%），其他地區(qū)，包括高郵斜坡帶、金湖、溱潼、鹽城、海安斜坡帶泥頁巖成熟度均小于1.0%，處于成熟階段，主要以生油為主。阜四段 Ro總體上大于0.5%，為0.5%～0.7%，處于低熟—成熟生烴階段，除高郵凹陷深凹帶、金湖三河次凹和龍港次凹、溱潼凹陷深凹帶泥頁巖成熟度相對較高，大于0.7%，Ro 最大為 1.2%，總體上成熟度低于阜四段。

蘇北盆地阜寧組生油巖的演化嚴格受斷陷制約[25]，斷陷深凹有機質演化最高，是成熟油中心形成的中心區(qū)；而廣闊的斜坡和低凸起演化程度相對較低。盆地東部各凹陷生油巖直到新近紀深埋才進入大量生烴的晚期成油凹陷，而中部金湖、高郵及溱潼凹陷則是一類古近系沉積時期就已進入生烴門限的早期成油凹陷，從而決定不同地區(qū)原油的成熟度不同。

4 阜二、阜四段烴源巖巖石學與儲集特征

4.1 阜寧組泥頁巖礦物組成特征

圖6 蘇北盆地各重點凹陷成熟度平面分布圖Fig.6 The plane distribution of maturity of major depressions in the Subei Basin

表4 蘇北盆地重點凹陷阜二段、阜四段全巖礦物組分Table 4 The whole rock mineral components of the F2 and F4 Members of Funing Formation in the key depressions of Subei Basin

為了獲取泥頁巖礦物組成特征，對蘇北盆地重點凹陷阜二、阜四段泥頁巖開展全巖和黏土X 射線衍射分析。橫向上，阜二段和阜四段不同凹陷礦物組成類似，含量有差異。阜二段各凹陷，以碳酸鹽礦物和黏土礦物為主，石英和方沸石含量次之，少量黃鐵礦、長石，微量石膏（表4）。溱潼凹陷阜二段未檢測出鐵白云石，白云石含量較高，而鹽城凹陷則與之相反，鐵白云石含量相對較高，白云石微量。阜四段礦物組成以黏土礦物為主，次為石英和碳酸鹽礦物，少量長石、黃鐵礦和石膏，未見方沸石。阜四段泥頁巖各凹陷的黏土礦物含量分布于38.7%～53%，高于阜二段28.2%～32.2%。黏土主要以伊/蒙混層礦物為主，同時含有一定量的伊利石，另含少量高嶺石和綠泥石。前人研究表明，蒙脫石遇水膨脹能力是四種黏土礦物中最強的，依次為伊蒙混層、伊利石和高嶺石[2]。蘇北盆地黏土礦物中蒙脫石含量相對較高，頁巖遇水易膨脹，對后期的壓裂有一定影響。蘇北盆地主要脆性礦物包括石英、長石、方解石和白云石，脆性礦物含量不僅對地層中原始裂縫發(fā)育有控制作用，而且影響后期壓裂改造裂縫的條件。數(shù)據(jù)顯示，蘇北盆地阜二段各凹陷脆性礦物分布于49.3%～64.5%，各凹陷均值高達53.1%；阜四段脆性礦物分布于40%～52.8%，各凹陷脆性礦物含量值均在40%以上，說明阜寧組各頁巖段脆性礦物含量均較高。整體上，阜二段高郵凹陷、金湖凹陷和溱潼凹陷各頁巖段脆性礦物含量平均大于50%，黏土礦物含量約30%，對壓裂造縫有利。這些特征與中國東部泌陽凹陷核三上（E1h3）頁巖及美國 Barnett 頁巖、Bakken頁巖脆性相似[26]，有利于天然縫的形成及后期壓裂。高郵凹陷E1f4各頁巖段脆性礦物含量大于50%，黏土礦物含量約為38%，有利于巖石的壓裂改造。而其他凹陷阜四段脆性礦物含量相對較低，整體約40%。

縱向上，以金湖凹陷河參1 井阜2-2 和阜2-3 亞段（分界深度 3 138 m）為例（圖 7），除了個別泥質灰?guī)r外，金湖凹陷河參1 井阜2-2 和阜2-3 泥頁巖主要組成礦物為黏土、石英、碳酸鹽、方沸石和長石。其中阜2-2 亞段黏土礦物含量一般為20%～30%，以伊/蒙混層礦物占主體（相對百分含量55%左右），方沸石含量一般為7%～22%，并且由淺至深含量呈增高的趨勢；而阜2-3 段黏土礦物含量可達35%左右，同樣以伊/蒙混層礦物占主體（相對百分含量55%左右）?？梢姡?-2 亞段相對貧黏土礦物，并且由阜2-2 頂部至阜2-3 下部，黏土礦物含量總體上呈現(xiàn)增高的趨勢；方沸石含量由阜2-2 頂部至底部則具有增高的特征，總體與碳酸鹽礦物含量呈反消長關系；而在阜2-3 亞段，個別樣品黏土礦物含量低，石英和長石礦物含量高，且不含方沸石礦物。

4.2 阜寧組泥頁巖儲集特征

4.2.1 儲集性能

對采集的阜寧組阜二段、阜四段泥頁巖進行了孔隙度分析，部分樣品開展了滲透率測定，由于泥頁巖本身的易碎性，獲取的物性數(shù)據(jù)相對較少，但是測試結果仍然能反映該段物性相對較好，結果見表5。

各凹陷阜二、阜四段泥頁巖孔隙度存在差異，其中，E1f2實測孔隙度平均10.1%，滲透率相差較大，最大為 25.2×10-3μm2（偏高可能與裂縫有關），最小 0.004 ×10-3μm2，平均 6.32×10-3μm2；E1f4實測孔隙度平均值16.52%，滲透率測點少，結果為0.023×10-3μm2。通過與泌陽凹陷核三段上部頁巖基質孔隙度 4%～6%、滲透率（0.000 1～0.000 9）×10-3μm2對比可知，蘇北盆地阜寧組阜二段、阜四段頁巖物性總體相對較好，具有一定的儲集條件。另外，各凹陷阜二段、阜四段泥頁巖孔隙值總體隨埋藏深度的增加呈降低趨勢，顯示壓實成巖作用是泥頁巖孔隙度大小的重要制約因素。

圖7 金湖凹陷河參 1 井阜二段全巖礦物組成圖Fig.7 Mineral composition of the 2nd Member of Funing Formation, Jinhu Sag, Hecan 1 well

4.2.2 儲集空間

泥頁巖儲集空間類型、大小和排布不僅影響頁巖的物性，而且還影響頁巖油氣的原地賦存與聚集[27]。在大量巖心觀察及掃描電鏡分析的基礎上，結合壓汞、低溫液氮吸附測試結果以及前人研究成果，研究了阜二和阜四泥頁巖儲集空間孔縫類型與孔隙結構（圖8）。蘇北盆地阜寧組阜二段和阜四段泥頁巖儲集空間類型以裂縫和微孔隙為主，是頁巖油的主要賦存空間[28]。

在宏觀尺度上，蘇北盆地發(fā)育4 類裂縫，分別為平移式剪裂縫、正向剪裂縫、順層縫、正向剪裂縫，裂縫內(nèi)多被方解石充填，裂縫發(fā)育處可見油氣顯示。泥頁巖中微裂縫及層理縫較為常見，通常尺寸在納米級-微米級，主要為沉積形成的層理縫及后期構造活動引起的微裂縫，期間通常有瀝青充填，為主要的儲集空間類型。另外，阜寧組阜二段、阜四段泥頁巖樣品氬離子拋光+掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，泥頁巖樣品中有機質顆粒與無機礦物顆粒之間均發(fā)育有20～100 nm 不等寬度縫隙-有機質收縮縫，其成因與有機質在熱演化過程中由于生烴作用，干酪根體積發(fā)生收縮有關。

蘇北盆地阜二段、阜四段泥頁巖發(fā)育粒（晶）間孔隙、粒（晶）內(nèi)孔隙和有機質孔隙等微孔隙。粒（晶）間孔隙在研究區(qū)頁巖中廣泛發(fā)育，是主要的微孔隙，孔徑通常為數(shù)百納米-微米級，孔隙數(shù)量與相應礦物含量緊密相關，主要有以下幾類：黏土礦物晶（粒）間孔，呈房室狀、長條形或三角形等，發(fā)育于伊利石等黏土礦物之間，連通性好；碳酸鹽礦物晶（粒）間孔，呈多邊形或環(huán)形，發(fā)育于白云石、方解石等碳酸鹽礦物間，多孤立分布；長英質等其他顆粒晶（粒）間孔，多邊形或近橢圓形，發(fā)育于顆粒周邊，多孤立分布[29]。粒（晶）內(nèi)孔隙可進一步細分為粒（晶）內(nèi)孔隙、粒（晶）溶孔和基質溶孔，溶孔形態(tài)取決于被溶顆粒和溶蝕程度，隨著溶蝕程度的增強，其連通性增加。蘇北盆地各凹陷阜二段、阜四段泥頁巖總體處于生油窗內(nèi)，故有機質孔隙不發(fā)育，但在個別泥頁巖樣品中也見到少量的有機孔隙，其應為有機質原生孔隙。原生有機質孔的尺度較大，孔徑為微米級，其規(guī)則的幾何形態(tài)繼承了原始有機質的主要結構特征，原生有機質孔中通常充填同沉積的無機礦物。

根據(jù)壓汞和氮吸附聯(lián)合測定技術對蘇北盆地阜二、阜四段泥頁巖樣品的孔隙結構特征進行了分析，經(jīng)過簡單轉化后分別得到微孔孔隙度、介孔孔隙和宏孔孔隙度。高郵凹陷富深X1 井阜二段灰黑色泥巖其孔隙的孔徑相對較大，以孔徑大于50 nm的宏孔為主，宏孔孔隙體積占總孔隙體積75%左右，另含少量孔隙孔徑為2～50 nm 的介孔，介孔孔隙體積占總孔隙體積25%左右。而溱潼凹陷魯1 井阜二段灰黑色泥巖其孔隙的孔徑均很小，以孔徑2～20 nm 的介孔為主，介孔孔隙體積占總孔隙體積90%以上，微孔孔隙體積占總孔隙體積不足10%。溱潼凹陷帥4 井阜四段灰黑色含灰泥巖其孔隙的孔徑分布范圍相對較寬，含少量孔徑大于50 nm的宏孔，宏孔孔隙體積占總孔隙體積6%左右；孔隙孔徑為2～50 nm 的介孔，占總孔隙體積90%以上；另含極少量孔隙孔徑小于2 nm 的微孔。當樣品不發(fā)育裂縫時，該方法得到的孔隙度相對準確，特別是微孔孔隙度和介孔孔隙度之和可以較好地反映泥頁巖基質的儲集能力[30]。

表5 蘇北盆地重點凹陷阜二、阜四段泥頁巖孔隙度和滲透率統(tǒng)計表Table 5 Statistical table of shale porosity and permeability in the 2nd and 4th Members of Funing Formation of the key sags in the Subei Basin

圖8 蘇北盆地阜二段、阜四段泥頁巖裂縫和孔隙類型圖a.高郵凹陷臨 1 井阜二段 2 723.0 m 灰色灰質泥巖微裂縫照片；b.高郵凹陷富深 X1 阜四段 3 328.4 m 灰黑色泥巖層理縫照片；c.高郵凹陷臨 1 井阜二段2 723.0 m 灰色灰質泥巖黃鐵礦粒內(nèi)孔隙照片；d.金湖凹陷河參1 井阜二段3 183.5 m 灰色泥巖有機質孔照片；e.鹽城凹陷新洋1-5L 井阜二段1 686.9 m 白云石黏土礦物間孔隙照片；f.高郵凹陷聯(lián)5-8L 井阜四段2 104.2 m 黑色泥巖有機質收縮縫照片。Fig.8 Types of cracks and pores of shales in the F2 and F4 Members of Funing Formation

5 阜寧組頁巖油勘探方向探討

北美頁巖油勘探實踐表明[31]，獲得頁巖油勘探突破的層段（無論是泥頁巖層還是砂巖層），其油飽和指數(shù)（熱解S1×100/TOC）大于100。對蘇北盆地290 個阜二、阜四段泥頁巖樣品的熱解分析結果統(tǒng)計顯示，雖然只有12 個樣品的油飽和指數(shù)大于或接近100，但結果表明在泥頁巖層系存在具有頁巖油勘探潛力的層段。本文以典型頁巖油藏高郵凹陷的許X38 井和鹽城凹陷鹽城1 井為例，進行解剖，分析該頁巖油藏的成藏條件。

許X38 井阜二段泥頁巖地質特征統(tǒng)計表顯示（表6），兩層段巖性分別為塊狀灰質泥巖和紋層狀鈣質頁巖，有機碳含量較高，分別為2.95%和1.53%；礦物組分均以碳酸鹽、長英質為主，次為黏土礦物；孔隙度則塊狀灰質泥巖較低，為4.13%，紋層狀鈣質頁巖較高，為10.85%；同時地層壓力系數(shù)為1.233，顯示為超壓的特征。頁巖油地表密度為0.858 g/cm3，粘度為10.54 mPa.s，總體顯示正常原油特征。鹽城凹陷鹽城1 井阜二段頁巖油富集層段的特征與許X38 井有很多共性，該層段巖性以富有機質的塊狀灰質泥巖和紋層狀鈣質頁巖為主，脆性礦物含量相對較高，層理縫與裂縫發(fā)育，成熟度處于生油高峰期，同時地層具有異常高壓。

表6 許 X38 井、鹽城 1 井試油層地質特征統(tǒng)計Table 6 Statistical table of geological characteristics of Xu X38 well and Yancheng 1 well

頁巖油富集層段的典型解剖結果表明，TOC 大于2%、Ro 大于0.8%是蘇北盆地阜寧組頁巖油富集的物質基礎，高脆性礦物（大于45%）的有利巖相-巖性組合利于層理縫與微裂縫的發(fā)育，裂縫發(fā)育程度控制頁巖油的富集程度與可動用性，異常高壓是高產(chǎn)的關鍵[32-33]。根據(jù)上述標準和頁巖油氣顯示特征，結合各鉆井取心段巖心烴源巖品質評價結果，對蘇北盆地阜二段、阜四段泥頁巖層系的有利區(qū)進行了預測。平面上，阜二段優(yōu)質烴源巖主要分布在高郵凹陷及其以東的海安、鹽城等凹陷，厚度達到200～300 m，是頁巖油勘探的有利區(qū)帶；阜四段有利勘探層主要分布在高郵深凹、溱潼、金湖凹陷中，厚度120～260 m。其中，高郵和金湖凹陷的有機質豐度較高，成熟度大于0.7%，以I 型干酪根為主，是阜四段優(yōu)質“生油巖”，屬于勘探頁巖油氣的有利區(qū)帶。縱向上，阜2-1，阜2-2 兩個頁巖段最有利，阜 2-3 次之。

6 結論

（1）蘇北盆地阜寧組兩套泥頁巖有機質豐度較高，類型較好，阜寧組阜二段烴源巖的有機質豐度高于阜四段，烴源巖類型優(yōu)于阜四段。成熟度方面，阜二段整體處于成熟階段，阜四段處于低熟階段，均進入生烴門限。蘇北盆地阜寧組兩套泥頁巖均具備形成頁巖油的物質基礎。

（2）蘇北盆地阜寧組兩套泥頁巖礦物成分主要為黏土、碳酸鹽礦物、石英等；阜二段各凹陷脆性礦物含量均值大于50%，黏土含量低于35%，有利于頁巖油的開采，對于天然縫的形成及后期壓裂造縫均具備良好的條件。蘇北盆地阜寧組兩套泥頁巖儲集空間包括微孔隙和裂縫，具備較好的儲集物性條件。

（3）頁巖油富集層段的典型解剖結果表明，TOC 大于2%、Ro 大于0.8%是蘇北盆地阜寧組頁巖油富集的物質基礎，高脆性礦物（大于45%）的有利巖相-巖性組合利于層理縫與微裂縫的發(fā)育，裂縫發(fā)育程度控制頁巖油的富集程度與可動用性，異常高壓是高產(chǎn)的關鍵。

（4）通過對蘇北盆地阜寧組阜二段、阜四段的基本石油地質條件分析，指出蘇北盆地高郵凹陷、海安凹陷及鹽城凹陷深凹帶地區(qū)是阜二段頁巖油勘探的有利區(qū)帶，阜2-1、阜2-2 兩個頁巖段最有利，阜2-3 次之；阜四段有利勘探層主要分布在高郵深凹、溱潼、金湖凹陷中，其中，高郵和金湖凹陷的有機質豐度較高，成熟度大于0.7%，以I 型干酪根為主，是阜四段優(yōu)質“生油巖”，屬于勘探頁巖油氣的有利區(qū)帶。