黃衛(wèi)東 李秀彬 付連明 李懷軍 羅宏斌 張小虎

（①中國石油新疆油田公司勘探事業(yè)部；②中國石油集團西部鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院（錄井工程分公司））

0 引言

頁巖油是賦存于頁巖層系中，未經(jīng)大規(guī)模長距離運移的自生自儲石油[1-2]，準噶爾盆地中-下二疊統(tǒng)發(fā)育一套以湖相暗色泥頁巖與白云質(zhì)巖為主的混積巖，蘊含豐富的非常規(guī)油氣資源[3]?，敽枷蒿L(fēng)城組是以堿湖優(yōu)質(zhì)烴源巖為基礎(chǔ)的全油氣系統(tǒng)典型勘探實例[4-5]。

瑪湖凹陷瑪北地區(qū)風(fēng)城組處于堿湖相頁巖油生烴中心區(qū)，生烴強度大，同時由于受陸源碎屑、火山影響，發(fā)育高孔的火山巖和優(yōu)質(zhì)碎屑巖，是準噶爾盆地探索碳酸鹽巖、頁巖、高孔火山巖、碎屑巖油氣藏的重要領(lǐng)域。瑪湖凹陷風(fēng)城組地層總厚度為200～800 m，分為風(fēng)一段（P1f1）、風(fēng)二段（P1f2）和風(fēng)三段（P1f3）。風(fēng)一段主要發(fā)育云質(zhì)頁巖、泥巖；風(fēng)二段呈現(xiàn)云質(zhì)頁巖與長英質(zhì)頁巖交替沉積特征；風(fēng)三段發(fā)育泥質(zhì)粉砂巖、云質(zhì)頁巖。近兩年，隨著風(fēng)城組頁巖油的大力開發(fā)，頁巖油大油區(qū)初步展現(xiàn)，勘探意義重大。但其尚處在勘探開發(fā)的初步階段，常規(guī)儲層含油性評價技術(shù)已不能在頁巖油領(lǐng)域有效應(yīng)用，亟需找到頁巖油含油性影響因素及評價方法。

1 地質(zhì)難點

在常規(guī)儲層中，錄井評價技術(shù)在儲層評價、流體性質(zhì)識別等方面發(fā)揮著重要的作用，但在頁巖油領(lǐng)域存在著較多的制約因素，總結(jié)認為目前頁巖油儲層在錄井過程中存在以下4個難點：

（1）巖性識別難：巖性復(fù)雜，受鉆井工藝影響，識別困難。

（2）物性評價難：裂縫、溶蝕孔、基質(zhì)孔隙發(fā)育，儲層物性評價難。

（3）含油性評價難：儲層整體含油，氣測全烴異常幅度差異小，常規(guī)解釋方法效果差。

（4）甜點識別難：頁巖油儲層甜點受巖性、物性、含油性等綜合因素影響，目前該區(qū)甜點認識不清。

針對上述難點，本文以瑪X 井風(fēng)城組頁巖油巖心為研究對象，通過巖石熱解分析、殘余碳分析、X 射線衍射分析、X 射線熒光元素分析等技術(shù)，開展了風(fēng)城組頁巖油的含油性地質(zhì)甜點評價與優(yōu)選，通過探索其含油性與巖性的特征關(guān)系，為進一步勘探開發(fā)評價提供錄井技術(shù)支撐。

如圖1 所示，瑪X 井位于準噶爾盆地中央坳陷瑪湖凹陷，是為了探索頁巖油提產(chǎn)方式，區(qū)塊頁巖油儲量升級而部署的1 口大斜度預(yù)探井，本井在風(fēng)二段取心兩筒，取心長度11.50 m，巖心收獲率100%。

圖1 準噶爾盆地瑪湖凹陷構(gòu)造位置及瑪X井位置

2 樣品與實驗

2.1 樣品選取

本次研究選取瑪X 井風(fēng)城組頁巖油巖心樣品，其中井段4 662.30～4 668.30 m 取樣12 塊，巖性主要包括白云質(zhì)細砂巖、白云質(zhì)泥巖；井段5 166.16～5171.66 m 取樣11 塊，巖性主要為白云質(zhì)泥巖。由于顏色及巖性不同，本文將采樣井段巖心樣品分為4 段進行實驗。第一段（4 662.30～4 665.42 m）巖性為灰色白云質(zhì)細砂巖；第二段（4665.42～4668.30 m）巖性為黑灰色白云質(zhì)泥巖；第三段（5166.16～5168.66 m）巖性為深灰色白云質(zhì)泥巖；第四段（5 168.66～5171.66 m）巖性為黑灰色白云質(zhì)泥巖（下同）。

2.2 實驗分析方法

巖石熱解及殘余碳分析遵循Q/SY 02141-2021《巖石熱解地球化學(xué)錄井規(guī)范》，采用國產(chǎn)YQ 系列油氣組分評價儀（熱解儀）、TOC殘余碳分析儀。

稱取顆粒狀樣品100 mg，加熱到90℃，恒溫2 min，獲取天然氣含量；然后樣品被頂進熱解爐，在溫度300℃恒溫3 min，檢測出游離烴含量；從300℃開始以50℃/min 程序升溫至600℃，恒溫1 min，獲取裂解烴含量，最高熱解峰溫度來自于裂解烴最高峰。將經(jīng)過熱解儀分析過的殘余樣品在600℃溫度恒溫并燃燒7 min后得到殘余碳分析數(shù)據(jù)，進而得到總有機碳、有效碳、氫指數(shù)、降解指數(shù)等參數(shù)。同時開展多階段熱解分析實驗，200℃恒溫1 min 獲取汽油餾分（輕質(zhì)游離烴）；從200℃開始以50℃/min 程序升溫至350℃，恒溫1 min，獲取柴油餾分（中質(zhì)游離烴）；從350℃開始以50℃/min 升溫至450℃，恒溫1 min，獲取蠟和重油餾分（吸附烴含量）；從450℃開始以50℃/min 升溫至600℃，恒溫1 min，獲取膠質(zhì)和瀝青質(zhì)餾分（裂解烴含量）。

礦物分析使用粉末狀樣品，利用X 射線衍射分析儀進行分析，每一種礦物含量通過軟件計算，并參考國際標準樣品進行對比，以保證數(shù)據(jù)準確性。元素分析使用粉末狀樣品，選取15 g 左右，制成餅環(huán)，采用X射線熒光元素分析儀進行測量，每一種元素直接測量，得到定量分析數(shù)據(jù)。

3 實驗分析結(jié)果

3.1 烴源巖地球化學(xué)要素特征

烴源巖的地球化學(xué)要素有3 個：巖石中有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)成熟度和有機質(zhì)類型。通過研究這3 個要素之間既相互聯(lián)系又相互制約的關(guān)系對烴源巖進行評價，以確定烴源巖生烴潛量的大小，最終確定油氣資源量。

3.1.1 有機質(zhì)豐度

按照瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖油實驗結(jié)果，依照總有機碳含量和烴源巖生烴潛量將烴源巖品質(zhì)分為非烴、一般、好、較好、優(yōu)秀5 類[6]。本文按其分類標準對烴源巖品質(zhì)進行分段分析，第一段總有機碳含量0.39%～0.83%，生烴潛量4.59～9.13 mg/g，為較好-優(yōu)秀烴源巖；第二段總有機碳含量0.22%～1.53%，生烴潛量1.46～13.21 mg/g，烴源巖的品質(zhì)相對較差，在每個分類標準范圍內(nèi)均有分布；第三段總有機碳含量1.15%～1.62%，生烴潛量7.89～13.82 mg/g，為優(yōu)秀烴源巖；第四段總有機碳含量0.22%～0.56%，生烴潛量0.49～3.89 mg/g，烴源巖品質(zhì)在一般-較好范圍內(nèi)（圖2）。

圖2 瑪X井風(fēng)城組頁巖油烴源巖品質(zhì)評價

3.1.2 有機質(zhì)成熟度

瑪X 井樣品熱裂解峰溫度分布于426～456℃之間（圖3），不同巖性的熱裂解峰溫度存在較大差異：第一段灰色白云質(zhì)細砂巖熱裂解峰溫度普遍偏低，主要為426～436℃；第二段黑灰色白云質(zhì)泥巖，熱裂解峰溫度相對升高，主要為441～455℃；第三段深灰色白云質(zhì)泥巖熱裂解峰溫度降低，主要為430～441℃；第四段黑灰色白云質(zhì)泥巖熱裂解峰溫度再次升高，主要為445～456℃，達到成熟階段。通過分析認為，第一段游離烴含量普遍偏高，達到3.03～5.39 mg/g，但是裂解烴含量和氫指數(shù)偏低，表明油氣為運移而來，非該巖性生油。第二段及第四段異常現(xiàn)象反映白云質(zhì)泥巖可能對油氣運移有貢獻，但第二段游離烴含量0.35～2.25 mg/g 遠高于第四段0.09～0.83 mg/g，說明第二段白云質(zhì)泥巖已部分生油，而第四段白云質(zhì)泥巖可能處于未生油或未達到生油門限階段。整體上，第四段樣品熱裂解峰溫度分布于426～456℃之間，屬于已經(jīng)達到有機質(zhì)成熟階段。

圖3 瑪X井風(fēng)城組頁巖油熱裂解峰溫度變化

3.1.3 有機質(zhì)類型

氫指數(shù)和最高熱裂解峰溫度可以用于判斷有機質(zhì)的類型[8]。根據(jù)實驗結(jié)果，瑪X 井巖心樣品氫指數(shù)為180.14～807.29 mg/g，平均484.69 mg/g，第一段以Ⅱ1型干酪根為主，第二段及第三段以Ⅰ型干酪根為主，第四段以Ⅱ1型干酪根為主（圖4），不同巖性上干酪根類型有一些差異。

圖4 瑪X井風(fēng)城組有機質(zhì)類型劃分

3.2 含油性特征

生油巖中的干酪根生成的油氣混合物，經(jīng)過初次運移和二次運移，最終聚集于具有滲透性和孔隙性空間中形成油氣藏。含油性評價是判斷油氣藏是否具有商業(yè)開采價值的重要手段[9]。含油性評價主要依據(jù)游離烴含量、裂解烴含量和總有機碳含量及計算參數(shù)輕重比（游離烴含量與裂解烴含量比值，無量綱）、輕總比（游離烴含量與總烴含量比值，無量綱）。

瑪X 井巖心游離烴含量0.09～5.39 mg/g，裂解烴含量0.40～12.32 mg/g，總有機碳含量0.22%～1.88%，輕重比0.07～1.68，輕總比0.07～0.63（圖5）。其中：第一段巖心樣品游離烴含量2.88～5.39 mg/g，平均3.71 mg/g，裂解烴含量1.71～3.91 mg/g，平均2.94 mg/g，總有機碳含量0.39%～0.83%，平均0.64%，輕重比1.01～1.68，平均1.29，輕總比0.50～0.63，平均0.56；第二段巖心樣品游離烴含量0.35～2.25 mg/g，平均1.36 mg/g，裂解烴含量1.11～12.32 mg/g，平均6.59 mg/g，總有機碳含量0.22%～1.53%，平均1.06%，輕重比0.07～0.35，平均0.26，輕總比0.07～0.26，平均0.20；第三段巖心樣品游離烴含量1.16～2.11 mg/g，平均1.62 mg/g，裂解烴含量6.30～11.71 mg/g，平均8.32 mg/g，總有機碳含量1.15%～1.62%，平均1.26%，輕重比0.14～0.25，平均0.20，輕總比0.12～0.20，平均0.17；第四段巖心樣品游離烴含量0.09～0.83 mg/g，平均0.28 mg/g，裂解烴含量0.40～3.62 mg/g，平 均1.60 mg/g，總有機碳含量0.22%～0.56%，平均0.36%，輕重比0.07～0.32，平均0.19，輕總比0.07～0.24，平均0.15。

圖5 瑪X井風(fēng)城組頁巖油含油性綜合散點圖

依據(jù)巖性和含油性的相關(guān)性特征可以發(fā)現(xiàn)，本井風(fēng)城組在第一段含油性相對較好，呈現(xiàn)儲集巖特征，第二段、第三段含油性一般，呈現(xiàn)儲集巖與烴源巖互層特征，第四段含油性最差，為烴源巖特征（圖5）。

3.3 烴類賦存狀態(tài)

對頁巖油產(chǎn)能起貢獻的主要是游離態(tài)的可動烴，因此可動烴含量及其占總烴含量比例是評價頁巖油成藏質(zhì)量的重要參數(shù)［10-11］。評價參數(shù)包括游離烴中輕質(zhì)烴類含量（S11）、游離烴中重質(zhì)烴類含量（S21）、裂解烴中輕質(zhì)烴類含量（S22）、裂解烴中重質(zhì)烴類含量（S23）、輕重比以及輕總比。

本次實驗中白云質(zhì)細砂巖游離烴中輕質(zhì)烴類含量較高，為0.08～2.97 mg/g，平均1.16 mg/g；白云質(zhì)泥巖游離烴中輕質(zhì)烴類含量低，為0.07～1.80 mg/g，平均0.47 mg/g，層間非均質(zhì)性較強。因巖性不同，游離烴含量相差較大，吸附烴含量相差同樣較大，較高的游離烴與吸附烴比值是風(fēng)城組頁巖油賦存狀態(tài)的主要特征，砂巖段游離烴/吸附烴平均值為5.3，泥巖段游離烴/吸附烴平均值為0.92，輕重比在砂巖段為0.50～0.63，反映了風(fēng)城組頁巖油砂巖段成熟度高、油質(zhì)較輕及可動性較好的特征。

為了更好的保證花生播種之后的出苗率和出苗情況，使得花生出苗整齊，播種前需要對種子進行相應(yīng)的包衣或者拌種處理。針對常發(fā)病蟲害的不同，可以采用不同的拌種藥劑來進行應(yīng)對。例如，對于蠐螬、金針蟲等地下害蟲較多的地區(qū)，可以采用辛硫磷或毒死蜱等藥劑進行拌種，而花生莖腐病、根腐病或者白絹病等病害高發(fā)區(qū)則可以通過多菌靈、甲基硫菌靈或者2.5%咯菌腈懸濁種衣劑來進行包衣或者拌種。通過這樣的方式，可以有效的降低病蟲害發(fā)生的幾率，更好的保障花生的產(chǎn)量和品質(zhì)。

3.4 巖性特征

本文利用X 射線衍射分析及X 射線熒光元素分析的結(jié)果，對不同巖性的巖心礦物含量、元素含量開展分析，結(jié)果顯示，瑪X 井風(fēng)城組主要的巖石礦物按含量高低依次為長英質(zhì)礦物（石英、斜長石）、碳酸鹽礦物（白云石、方解石）、黏土礦物（蒙脫石、伊利石等）和非晶礦物（無衍射角礦物），整體上表現(xiàn)為混層特征，不同巖性段礦物組成差異明顯，顯示出非均質(zhì)性較強特征（圖6）。

圖6 瑪X井風(fēng)城組巖心礦物含量組成

瑪X 井風(fēng)城組巖心主要由鎂（Mg）、鋁（Al）、硅（Si）、硫（S）、鉀（K）、鈣（Ca）、鐵（Fe）等元素組成，占總元素含量的90%以上，縱向上同樣呈現(xiàn)出非均質(zhì)性較強特征（圖7）。

圖7 瑪X井風(fēng)城組巖心元素含量組成圖

第一段灰色白云質(zhì)細砂巖段：長英質(zhì)礦物含量為52.5%～57.9%，平均為56.4%；碳酸鹽礦物含量為18.0%～26.4%，平均為21.9%；黏土礦物含量為11.6%～20.6%，平均為16.2%；非晶礦物含量為4.4%～6.7%，平均為5.5%。主要元素Mg 含量為0.57%～1.03%，平均為0.87%;Si 含量為78.73%～80.87%，平均為79.63%；Ca 含量為0.11%～0.60%，平均為0.47%。

第二段黑灰色白云質(zhì)泥巖段：黏土礦物含量增加，長英質(zhì)礦物減少，表現(xiàn)為高黏土礦物、高碳酸鹽礦物和低長英質(zhì)礦物的特征。其中，黏土礦物含量為11.9%～23.4%，平均為19.9%；碳酸鹽礦物含量為18.3%～26.1%，平均為23.7%；長英質(zhì)礦物含量為37.8%～56.6%，平均為45.1%；非晶礦物含量為3.9%～22.2%，平均為11.3%。元素Mg 含量為10.69%～13.40%，平均為11.98%；Si 含量為50.15%～65.22%，平均為57.22%；Ca 含量為5.79%～10.12%，平均為8.00%。在連續(xù)井段中，整體上與砂巖段界限明顯。

第三段深灰色白云質(zhì)泥巖段：黏土礦物含量為13.4%～15.6%，平均為14.3%；碳酸鹽礦物含量為25.9%～31.6%，平均為28.6%；長英質(zhì)礦物含量為44.1%～53.9%，平均為49.0%；非晶礦物含量為6.7%～12.3%，平均為8.2%。元素Mg 含量為8.16%～9.32%，平均為8.78%；Si 含量為54.96%～61.85%，平均為58.23%；Ca 含量為7.50%～8.96%，平均為8.22%。整體上與砂巖段礦物及元素含量差異明顯。

第四段黑灰色白云質(zhì)泥巖段：黏土礦物、碳酸鹽礦物含量變化不大，長英質(zhì)礦物增加明顯，非晶礦物與長英質(zhì)礦物呈現(xiàn)相反特征，非均質(zhì)性更強。其中，黏土礦物含量為11.3%～18.7%，平均為14.9%；碳酸鹽礦物含量為20.2%～29.8%，平均為24.6%；長英質(zhì)礦物含量為37.3%～61.3%，平均為50.6%；非晶礦物含量為5.5%～21.4%，平均為9.9%。元素Mg 含量為9.15%～10.32%，平均為9.96%；Si 含量為53.65%～59.71%，平均為55.86%；Ca 含量為8.76%～10.45%，平均為9.55%。

綜上所述，砂巖段以長英質(zhì)礦物為主，碳酸鹽礦物及黏土礦物含量低，Mg 元素和Ca 元素呈現(xiàn)低值，為儲層特征。泥巖段碳酸鹽礦物及黏土礦物含量升高，長英質(zhì)礦物含量降低，Mg 元素和Ca 元素含量呈現(xiàn)高值，為生油巖特征。

4 礦物含量對含油性的影響

根據(jù)瑪X 井風(fēng)城組主要礦物及元素組成分析的結(jié)果可以看出，風(fēng)城組頁巖油主要巖性為混積頁巖相，砂巖、泥巖交互沉積，且非均質(zhì)性極強。不同巖性所對應(yīng)的主要礦物及元素含量差異明顯，這為頁巖油儲層含油性分析提供了便利條件。通過巖石熱解分析、X 射線衍射分析及X 射線熒光元素分析等技術(shù)可知，長英質(zhì)礦物的含量決定了頁巖油游離烴的含量，呈現(xiàn)出正相關(guān)特征；碳酸鹽、黏土礦物的含量決定了頁巖油裂解烴含量，同樣呈現(xiàn)出正相關(guān)特征。元素分析中Mg元素與Ca元素含量高值時，裂解烴含量同樣為高值，表現(xiàn)特征與全巖礦物分析基本一致（表1、圖8）。

表1 瑪X井風(fēng)城組頁巖油巖性與含油性變化表

圖8 瑪X井風(fēng)城組頁巖油巖性與含油性綜合圖

參照前人經(jīng)驗，在堿湖相頁巖油中普遍存在去白云石化作用，去白云石化是指碳酸鹽中方解石對白云石的交代作用［12］。去白云石化對頁巖油的影響可以分為兩種：

第一種是礦物內(nèi)部的分子置換引發(fā)礦物體積的增大而使巖石孔隙體積縮小，主要是析出的CaCO3沉淀形成方解石充填，降低了儲層的孔隙度。在全巖礦物中顯現(xiàn)出碳酸鹽礦物、黏土礦物含量高，長英質(zhì)礦物含量低的特征；在元素分析中顯示出高Mg 元素、Ca 元素含量，低Si 元素含量的特征。在熱解色譜中呈現(xiàn)高裂解烴、低游離烴、低輕重比的特征；在核磁共振孔隙度中呈現(xiàn)出低孔隙特征，一般情況下孔隙度低于5%，屬于破壞性成巖作用（該類型同樣適用于堿湖相頁巖中，儲層未經(jīng)過改造，為原生儲層）。

第二種是去白云石化后，方解石仍保留原始白云石菱形晶型，白云石經(jīng)過選擇性淋濾的去白云石化后形成白云石晶墨孔，無方解石充填或僅存少量的白云石晶簇。在全巖礦物中顯現(xiàn)出長英質(zhì)礦物含量高，碳酸鹽礦物、黏土礦物含量低的特征；在元素分析中顯示出高Si 元素含量，低Mg 元素及Ca 元素含量的特征。在熱解色譜中呈現(xiàn)高游離烴、低裂解烴、高輕重比的特征；在核磁共振孔隙度中呈現(xiàn)出高孔隙特征，一般情況下孔隙度高于5%，屬于建設(shè)性成巖作用。以孔隙性為主的頁巖油儲層中主要依靠建設(shè)性成巖作用獲取高產(chǎn)工業(yè)油氣流。

5 結(jié)論

（1）位于瑪湖凹陷的瑪X 井風(fēng)城組巖心礦物成分主要包括長英質(zhì)礦物、碳酸鹽礦物、黏土礦物及非晶礦物，元素中Si 元素、Mg 元素、Ca 元素含量高，符合瑪湖凹陷風(fēng)城組堿湖相特征。

（2）本井巖心第一段灰色白云質(zhì)細砂巖及第三段深灰色白云質(zhì)泥巖段烴源巖品質(zhì)最好，第二段及第四段黑灰色白云質(zhì)泥巖段的烴源巖品質(zhì)一般。烴源巖主要集中在成熟階段，有機質(zhì)類型為Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根，屬于有利生油氣有機質(zhì)類型。

（3）礦物含量、元素含量與含油性對應(yīng)性好，建設(shè)性成巖段及破壞性成巖段特征明顯，能夠通過礦物含量、元素含量進行有效識別，為風(fēng)城組頁巖油儲層評價提供了又一可靠依據(jù)。