王媛媛 王 克 楊兆林 戰(zhàn) 沙

(1. 西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院， 西安 710065；2. 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710065；3. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院， 西安 710065)

0 前 言

我國(guó)陸相頁(yè)巖油氣資源十分豐富，但受沉積環(huán)境、構(gòu)造活動(dòng)等因素影響，其儲(chǔ)層的巖石類型、物性條件等非均質(zhì)性較強(qiáng)[1-2]。

鄂爾多斯盆地上里塬地區(qū)延長(zhǎng)組7段(長(zhǎng)7段)泥巖層系夾多套粉 — 細(xì)砂巖，具有源儲(chǔ)共生、砂體變化快、儲(chǔ)層致密等特點(diǎn)[3]。受沉積環(huán)境、砂體發(fā)育程度等因素影響，長(zhǎng)7段不僅發(fā)育夾層型頁(yè)巖油，同時(shí)也發(fā)育其他類型的頁(yè)巖油。本次研究深入探討了鄂爾多斯盆地上里塬地區(qū)，不同頁(yè)巖油類型的特性，揭示了研究區(qū)頁(yè)巖油富集的主控因素。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地屬于中朝板塊西部的克拉通疊合盆地，由伊盟隆起、渭北隆起、西緣逆沖帶、晉西褶曲帶、天環(huán)坳陷以及伊陜斜坡等 6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元構(gòu)成[3]。上里塬地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，構(gòu)造位于伊陜斜坡，局部可形成較小的鼻狀隆起，斷層基本不發(fā)育。三疊系延長(zhǎng)組自下而上被劃分為10段，其中，延長(zhǎng)組7段(長(zhǎng)7段)發(fā)育大規(guī)模富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖和重力流沉積砂體[4]。長(zhǎng)7段自下而上分為長(zhǎng)71、長(zhǎng)72和長(zhǎng)73等3個(gè)亞段，主要由黑色頁(yè)巖、薄層砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖和厚層泥巖等巖性組成(見(jiàn)圖1)。長(zhǎng)7段整體相互疊置，既可以作為烴源巖層，又可以作為儲(chǔ)層，具有“源儲(chǔ)一體”的特征。

圖1 長(zhǎng)7段位置及巖性柱狀圖

2 頁(yè)巖油儲(chǔ)層分類特征

2.1 頁(yè)巖油儲(chǔ)層類型

狹義的頁(yè)巖油，是指純泥頁(yè)巖段產(chǎn)出的石油[5-6]。廣義的頁(yè)巖油，是指泥頁(yè)巖層系內(nèi)致密細(xì)砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖和泥巖中，未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離運(yùn)移而形成的石油[7-8]。在本次研究中，將長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖層系內(nèi)的石油資源，都定義為頁(yè)巖油[8]。為了開(kāi)展精細(xì)地質(zhì)研究，基于相關(guān)研究[9-10]，根據(jù)砂體結(jié)構(gòu)和砂地比等物性特征，將長(zhǎng)7段內(nèi)的頁(yè)巖油資源分為3類：Ⅰ類，為多期砂體疊置夾薄泥層；Ⅱ類，為薄砂與泥互層；Ⅲ類，為純頁(yè)巖。長(zhǎng)7段各類頁(yè)巖油平面分布情況如圖2所示。

Ⅰ類頁(yè)巖油的砂質(zhì)含量較高，砂地比為20%～30%，儲(chǔ)層以重力流沉積為主，發(fā)育砂質(zhì)碎屑流及濁積砂體，砂體單層厚度為3～5 m，整體具有“砂包泥”的特征。儲(chǔ)層以致密的細(xì)砂巖、粉砂巖為主，夾雜多套富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖和暗色泥巖。Ⅰ類頁(yè)巖油主要分布在長(zhǎng)71亞段(見(jiàn)圖2a)，在長(zhǎng)72亞段也有小規(guī)模發(fā)育，呈零星狀分布(見(jiàn)圖2b)。取心資料和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)表明，厚層砂巖被泥巖夾層隔開(kāi)，但砂體厚度較大，儲(chǔ)層、油層遮擋條件較好。

Ⅱ類頁(yè)巖油的砂地比為10%～20%，儲(chǔ)層發(fā)育重力流濁積砂體，砂體單層厚度為2～3 m，砂巖厚度變薄，夾雜泥巖層變厚，有效油層厚度變薄。Ⅱ類頁(yè)巖油主要分布在長(zhǎng)72、長(zhǎng)71亞段，其中長(zhǎng)72亞段的郝家洞 — 樊家川 — 木缽、上里塬以及研究區(qū)西南部的分布面積較大、連片性較好(見(jiàn)圖2b)。

Ⅲ類頁(yè)巖油的砂地比小于10%，砂體單層厚度一般小于2 m，儲(chǔ)層以黑色頁(yè)巖、暗色泥巖和粉砂巖為主，整體具有“泥包砂”的特征。Ⅲ類頁(yè)巖油在長(zhǎng)7段的3個(gè)亞段中均有分布，在長(zhǎng)73亞段的分布面積較大(見(jiàn)圖2c)。

圖2 研究區(qū)長(zhǎng)7段各類頁(yè)巖油平面分布圖

2.2 頁(yè)巖油儲(chǔ)層特征

2.2.1 巖石學(xué)特征

通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定以及X-衍射實(shí)驗(yàn)分析表明，長(zhǎng)7段的巖石類型以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，含有少量碎屑長(zhǎng)石砂巖(見(jiàn)圖3)；粒度以細(xì)砂、粉砂為主，分選性中等，多為孔隙式膠結(jié)；巖石礦物以石英(6.0%～53.5%)、長(zhǎng)石(4.1%～29.0%)和黏土礦物(7.8%～66.0%)為主。黏土礦物中，伊利石所占比例較大，其次為云母和碳酸鹽礦物，含有少量菱鐵礦、黃鐵礦。長(zhǎng)7段整體具有高石英、低長(zhǎng)石的西南物源特征[11]。

圖3 研究區(qū)長(zhǎng)7段砂巖分類三角圖

Ⅰ、Ⅱ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的巖石礦物都以石英為主，其次為長(zhǎng)石、黏土礦物(見(jiàn)表1)。石英與長(zhǎng)石含量為50.0%～60.0%，黏土礦物含量小于15.0%，碳酸鹽礦物以含鐵的碳酸鹽礦物為主，菱鐵礦含量相對(duì)較高、黃鐵礦含量較低。Ⅲ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的巖石礦物以黏土礦物為主，其次為石英、長(zhǎng)石及碳酸鹽礦物(見(jiàn)表1)。石英與長(zhǎng)石含量相對(duì)較低，平均含量為39.0%，黏土礦物平均含量為49.0%，主要為伊利石和高嶺石，含有少量綠泥石。大量的伊利石導(dǎo)致研究區(qū)沉積物密度較低，綠泥石的存在說(shuō)明沉積區(qū)為還原環(huán)境。Ⅲ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的碳酸鹽礦物含量整體低于Ⅰ、Ⅱ類，菱鐵礦含量相對(duì)較高。據(jù)國(guó)內(nèi)外勘探實(shí)踐可知，在獲得工業(yè)油流和實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖油區(qū)，黏土礦物含量通常小于30.0%[11-12]。研究區(qū)內(nèi)Ⅰ、Ⅱ類頁(yè)巖油的黏土礦物含量都低于此標(biāo)準(zhǔn)，且脆性礦物含量較高，有利于后期的壓裂開(kāi)發(fā)。

表1 不同類型頁(yè)巖油儲(chǔ)層巖石礦物含量(體積分?jǐn)?shù)) 單位：%

2.2.2 儲(chǔ)集空間類型

長(zhǎng)7段儲(chǔ)層主要發(fā)育溶蝕孔和粒間孔(見(jiàn)圖4)，發(fā)育少量微孔、晶間孔和微裂縫等，面孔率約為1.21%，孔含量較低。這是由于長(zhǎng)7段屬于源儲(chǔ)共生層段，有機(jī)質(zhì)酸溶液從烴源巖層排出，與儲(chǔ)集砂巖層發(fā)生大量溶蝕作用[7]，故發(fā)育大量的溶蝕孔。

圖4 長(zhǎng)7段孔隙類型

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)7段中139塊薄片樣品統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，Ⅰ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的孔隙類型主要為長(zhǎng)石溶蝕孔(48%)和巖屑溶蝕孔(25%)，同時(shí)發(fā)育少量的微裂縫、晶間孔和鑄?？祝婵茁蕿?.16%，平均孔徑為28.1 μm。Ⅱ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的孔隙類型主要為長(zhǎng)石溶蝕孔(47%)和粒間溶蝕孔(26%),面孔率為1.03%，平均孔徑為 21.4 μm。Ⅲ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層主要發(fā)育泥頁(yè)巖儲(chǔ)集層，關(guān)于其孔隙類型的分析較少。在掃描電鏡下，可見(jiàn)黏土礦物晶間微孔及少量的晶間孔，整體孔徑偏小，以微孔和納米級(jí)孔隙為主。

2.2.3 物性特征

長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖的平均孔隙度為8.18%，平均滲透率為0.17×10-3μm2，其砂質(zhì)夾層的物性條件優(yōu)于純泥巖段。長(zhǎng)7段整體具有孔隙度較高、滲透率較低的特點(diǎn)，且孔隙度與滲透率具有較好的正相關(guān)關(guān)系，如圖5所示。

Ⅰ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的孔隙度為8.00%～12.00%，滲透率小于0.30×10-3μm2，孔滲相關(guān)系數(shù)較小，在3種頁(yè)巖油中孔滲相關(guān)性最差。Ⅱ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的孔隙度為7.00%～10.00%，滲透率小于0.20×10-3μm2，孔滲相關(guān)系數(shù)中等，孔滲相關(guān)性顯著。Ⅲ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的孔隙度為6.00%～8.00%，滲透率小于0.10×10-3μm2，孔滲相關(guān)系數(shù)最高，孔滲相關(guān)性顯著。長(zhǎng)7段中Ⅰ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的物性最好，Ⅲ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層孔滲相關(guān)性程度最高。

3 成藏主控因素

3.1 富含有機(jī)質(zhì)

富含有機(jī)質(zhì)，是頁(yè)巖富集油氣的基礎(chǔ)。高產(chǎn)富集頁(yè)巖油，一般總有機(jī)碳(TOC)含量大于2.00%，長(zhǎng)7段烴源巖TOC平均含量為6.06%(見(jiàn)表2)，有機(jī)質(zhì)含量較高，有機(jī)質(zhì)類型以生油為主，有利于頁(yè)巖油富集成藏。長(zhǎng)7段平均最高熱解峰溫(Tmax)為453 ℃，熱演化達(dá)到中高成熟階段(見(jiàn)表2)，平均生烴潛量(S1+S2)為17.71 mg/g，處于生油高峰期。此階段的頁(yè)巖油具有黏度低、氣油比高、流動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

表2 巖石熱解分析數(shù)據(jù)

長(zhǎng)72和長(zhǎng)73亞段大部分樣品的生烴潛量均大于2 mg/g(見(jiàn)圖6)，根據(jù)陸相烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[13]，屬于中等 — 好的烴源巖。綜合分析，長(zhǎng)7段發(fā)育富含有機(jī)質(zhì)、有機(jī)質(zhì)類型好且熱演化程度適中的優(yōu)質(zhì)烴源巖，以長(zhǎng)73亞段烴源巖發(fā)育情況最佳。

圖6 研究區(qū)長(zhǎng)7段生烴潛量(S1+S2)頻率圖

含油率是判斷頁(yè)巖油是否富集的重要依據(jù)之一。在有機(jī)質(zhì)類型和成熟度相似的情況下，有機(jī)質(zhì)含量越高，生烴潛力越大，且滯留烴量越高，頁(yè)巖含油量越大[14]。巖石熱解S1能快速、直觀地反映頁(yè)巖的含油性[15]。長(zhǎng)7段TOC含量、S1平均值較高，且兩者具有較好的相關(guān)性(見(jiàn)圖7)，說(shuō)明長(zhǎng)7段具有較好的含油性。

圖7 研究區(qū)長(zhǎng)7段TOC-S1關(guān)系圖

3.2 優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層

儲(chǔ)層是油氣儲(chǔ)集能力的綜合體現(xiàn)，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是油氣成藏的基礎(chǔ)。長(zhǎng)73— 長(zhǎng)71亞段的湖侵作用逐漸減小，研究區(qū)三角洲由西向東逐漸進(jìn)積，砂體面積逐漸變大(見(jiàn)圖8)。長(zhǎng)71和長(zhǎng)72亞段發(fā)育多期旋回垂向疊置的厚砂體，具有很強(qiáng)的儲(chǔ)集能力，有利于油氣的聚集。長(zhǎng)71和長(zhǎng)72亞段以砂質(zhì)碎屑流和濁流沉積為主，多發(fā)育砂質(zhì)碎屑流和濁積砂體，砂體連通性強(qiáng)，沉積物較粗，分選性和磨圓度較好。同時(shí)，成巖過(guò)程中，溶蝕等建設(shè)性成巖作用，對(duì)儲(chǔ)層物性具有一定的改善作用。大面積連片且物性相對(duì)較好的厚層砂體形成了優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層，為油氣聚集提供了基礎(chǔ)條件。

圖8 研究區(qū)長(zhǎng)7段沉積圖

3.3 源儲(chǔ)配置

長(zhǎng)7段發(fā)育的多套砂泥巖互層，形成良好的源儲(chǔ)配置，是油氣成藏的關(guān)鍵因素之一。暗色泥頁(yè)巖作為烴源巖層，大量生烴、排烴，在原地或短距離運(yùn)移至物性較好的砂巖儲(chǔ)層，形成頁(yè)巖油藏，同時(shí)泥巖層還可以作為很好的蓋層。從連井剖面上可以看出(見(jiàn)圖9)，長(zhǎng)7段主要為“下生上儲(chǔ)”的源儲(chǔ)組合。長(zhǎng)71和長(zhǎng)72亞段發(fā)育復(fù)合油藏區(qū)，Ⅰ類和Ⅱ類頁(yè)巖油儲(chǔ)集層厚度較大，橫向連通性較強(qiáng)，油藏規(guī)模也相對(duì)較大。而Ⅲ類頁(yè)巖油的主要儲(chǔ)集層，以暗色泥頁(yè)巖為主，在長(zhǎng)71和長(zhǎng)72亞段主要為孤立且薄的砂體，橫向連通性較差，油藏規(guī)模也較小。Ⅰ類頁(yè)巖油通常發(fā)育在厚層烴源巖上，以較厚的砂體作為儲(chǔ)層，中間夾雜的泥巖層比較薄，儲(chǔ)集能力比較好，油層段厚且相對(duì)集中，是現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平下，規(guī)模開(kāi)發(fā)的主要目標(biāo)。Ⅱ類頁(yè)巖油下覆烴源層，具有一定的資源潛力，但其單砂體厚度變薄，儲(chǔ)集能力變差，油層相對(duì)較薄且分散，整體不如Ⅰ類頁(yè)巖油。Ⅲ類頁(yè)巖油為暗色泥巖和黑色頁(yè)巖互層，單砂體厚度薄，雖然具有一定的含油性，但無(wú)法直接開(kāi)采，需要運(yùn)用二次技術(shù)進(jìn)行處理，在現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平下，實(shí)現(xiàn)規(guī)模開(kāi)發(fā)具有較大的難度。

圖9 H64 — N91連井剖面圖

4 結(jié) 語(yǔ)

Ⅰ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的巖石礦物以石英、長(zhǎng)石為主，主要發(fā)育長(zhǎng)石溶蝕孔和巖屑溶蝕孔，孔隙度為8.00%～12.00%，滲透率通常小于0.30×10-3μm2，孔滲相關(guān)性較差。Ⅱ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的巖石礦物組成與Ⅰ類相似，具有高脆性礦物、低黏土礦物的特征，主要發(fā)育長(zhǎng)石溶蝕孔和粒間溶蝕孔，孔隙度為7.00%～10.00%，滲透率通常小于0.20×10-3μm2。Ⅲ類頁(yè)巖油儲(chǔ)層的巖石礦物以黏土礦物為主，主要發(fā)育黏土礦物晶間微孔和少量的晶間孔，孔隙度為6.00%～8.00%，滲透率通常小于0.10×10-3μm2，孔滲相關(guān)性較好。

長(zhǎng)7段烴源巖是富含有機(jī)質(zhì)、具有較強(qiáng)生烴潛力，且熱演化程度適中的優(yōu)質(zhì)烴源巖。長(zhǎng)71和長(zhǎng)72亞段發(fā)育大面積連片且物性相對(duì)較好的砂體，形成了優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層，為油氣聚集成藏提供了良好儲(chǔ)集條件。大面積發(fā)育的多套砂泥巖互層，形成了良好的源儲(chǔ)配置，是油氣富集成藏的基礎(chǔ)。