东濮凹陷沙三上盐间段湖相页岩油气成藏条件

吴 鲜，窦 莲，龙胜祥，武晓玲，秦启荣

(1.中石化西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011;2.中石化石油勘探开发研究院，北京 100083;3.西南石油大学，四川 成都 610500)

引 言

页岩油(Shale Oil)是在成熟和高成熟演化阶段生成，以游离、吸附和溶解方式赋存于泥页岩系统中的原油或原油伴生气。页岩油与页岩气在赋存机理方面的区别在于前者是以赋存在微孔隙和裂缝内的游离态为主，后者则多以吸附态为主［1－2］。东濮凹陷沙三上盐间段发育1套由泥岩、页岩、砂质泥岩、膏泥岩、钙质泥岩组成的泥页岩层系，具有厚度大、有机质丰度高、热演化程度适中的优点，并在近年部署的PS18－1，PS18－8等探井中已获得较好油气显示和低产油流，预示了很好的页岩油气潜力。

1 地质背景

东濮凹陷位于鲁西南和豫东北地区，属于渤海湾盆地临清坳陷南端1个呈北东向展布的克拉通裂陷盆地［3］。盆地内古近系沙河街组沙三段可划分为3 个亚段，其中沙三上亚段又可划分为和2个亚段。沙三上时期，在构造演化及沉积相带上具有明显的“东西分带、南北分块”的特征，其中主要研究对象为北部发育的膏盐岩沉积区，面积约400 km2，主要分布在文留、柳屯、马寨、卫城、户部寨一带［4］。

2 泥页岩发育特征

2.1 岩心观察

东濮凹陷沙三上盐间段泥页岩在纵向上具有以下发育特征:①石膏－泥页岩－盐岩互层:盐间段泥页岩在纵向上非均质性较强，多以互层、薄层的形式交错发育，中间往往夹杂具有玻璃光泽、透明的灰白色盐岩;②盐间段泥页岩形成于封闭的还原条件，颜色以深灰色和灰色为主，水平层理发育，层理间可见黄铁矿、鱼化石和部分生物碎片，膏盐岩和膏泥岩段可见明显的挤压变形，呈结核状、小竹叶状、波状、透镜体状;③膏盐岩充填裂缝:沙三上时期，东濮凹陷以拉张构造应力为主，含盐地层裂缝较发育，由于盐间段盐岩易溶解、石膏塑性较强，造成裂缝缝隙被石膏和岩盐充填［5］。

2.2 泥页岩分布特征

泥页岩分布面积、厚度和埋深直接关系到页岩油气资源规模大小和是否具有工业价值［6］。东濮凹陷沙三上盐间段泥页岩层系以暗色泥岩、黑色页岩、砂质泥岩、膏泥岩、含盐质泥岩、钙质泥岩组合为主，具有分布广、厚度大、埋深适宜，纵、横向岩性变化大的特点。泥页岩埋藏深度主要分布在2000～3600 m，厚度变化较大，在文留周边地区沉积厚度大，户部寨、柳屯、马寨、卫城地区沉积厚度相对较小。其中盐间段泥页岩厚度为100～200 m盐间段泥页岩厚度为100～500 m，沉积中心均分布在文西地区的PS18－1、PS18－8井一带，局部累计叠加厚度可达600 m(图1)。

图1 东濮凹陷沙三上盐湖沉积区泥页岩厚度分布

3 泥页岩有机地化特征

3.1 有机质类型

东濮凹陷沙三上盐间段泥页岩形成于深湖和半深湖沉积环境，藻类和细菌等喜盐型生物非常发育［7］。通过64块盐间段泥页岩岩心样品分析，有机质类型为混合型，其中Ⅰ型干酪根占33.33%，Ⅱ1型占52.78%，Ⅱ2型占13.89%，整体以生油型干酪根为主(图2)。

图2 东濮凹陷沙三上盐间段泥页岩干酪根类型分布

3.2 有机质丰度

有机质丰度是评价页岩气成藏条件分析的1项重要内容，有机质丰度高低直接关系到泥页岩是否具备形成工业性页岩油气聚集潜力［8－9］。

3.2.1 总有机碳含量

沙三上盐间泥页岩TOC分布在0.50%～6.77%，均值为1.94%(表1)。在纵向上泥页岩TOC高值区和低值区呈波峰、波谷交替出现，非均值性较强，其中膏岩盐附近泥页岩段TOC含量较大，整体分布在2.0%以上，局部可达6.7%，膏泥岩和含盐泥岩TOC相对较低，主要分布在0.5%～1.0%。初步认为沉积环境和膏盐岩分布特征是影响泥页岩TOC变化的主要因素。

3.2.2 氯仿沥青“A”

氯仿沥青“A”含量是页岩油资源量计算的主要参数，也是评价湖相泥页岩有机质丰度的指标之一［10］。测试结果表明，沙三上盐间泥页岩氯仿沥青“A”含量主要分布在0.0492% ～1.7800%，平均0.7260%，整体属于好、较好烃源岩，具有很好的生油潜力(表1)。

3.2.3 岩石热解

通过RockEval－Six热解仪对柳屯洼陷PS18－1、PS18－8井沙三上盐间泥页岩进行热解分析。分析结果表明热解温度达到434℃时开始进入热解生烃高峰期，自由烃S1含量分布在0.64～6.04 mg/g，热解烃S2分布在1.76～16.27 mg/g，生烃潜力(Pg)分布在2.4～25.34 mg/g，平均12.95 mg/g，均具有非常好的生烃潜力(表1)。

表1 东濮凹陷沙三上盐间泥页岩有机质丰度统计

3.3 热演化程度

热演化程度可反映烃源岩的生油气窗演化阶段［11］。东濮凹陷泥页岩镜质体反射率 Ro达到0.5%时开始进入生烃阶段，0.5%≤Ro≤1.2%时进入生油期，Ro≥1.2%时开始进入热解气阶段，因此页岩油气藏在纵向分布上具有上油下气的分布特征。沙三上盐间段泥页岩 Ro主要分布在0.50% ～1.08%，局部深洼地区可达1.40%，主要以生油为主，生气为辅。

4 吸附气含量分析

研究区泥页岩吸附气含量存在较大差异。柳屯洼陷吸附气含量分布在1.45～1.84 m3/t，文留地区分布在0.50～0.77 m3/t，卫城地区分布在0.531～0.590 m3/t，9块样品吸附气平均含量1.06 m3/t。在温度、压力和TOC相同的情况下，柳屯洼陷沙三上盐间泥页岩吸附气含量较高，文留地区和卫城地区相对较低(图3)。总有机碳含量是影响吸附气含量的主要因素之一，随着TOC的增加吸附气量也随之增加，呈较好的正相关性，拟合程度较好(R2=0.573)，但不是直线关系，表明TOC还受其他因素影响。

5 泥页岩储集性分析

5.1 脆性矿物含量

沙三上盐间泥页岩主要由黏土、石英、斜长石、方解石、白云石、硬石膏和少量黄铁矿、菱铁矿组成。脆性矿物类型主要为石英(5.6% ～30.5%)、斜长石(3.0% ～51.9%)、方解石(0～29.8%)、白云石(0～22%)。脆性矿物总含量分布在33.5%～83.0%，平均为55.6%，非常有利于大型压裂形成网状结构缝，改善泥页岩储层物性特征，增加油气泄流面积［12］。

图3 东濮凹陷沙三上盐间泥页岩等温吸附测试曲线

5.2 储集空间

沙三上盐间泥页岩储集空间可划分为宏观裂缝、微裂缝和微孔隙3大类。其中宏观裂缝主要为张性缝、剪性缝、成岩缝、超压破裂缝;微裂缝可划分为贯穿岩片裂缝、半贯穿岩片裂缝和岩片内裂缝3种规模，以岩片内裂缝为主;微孔隙主要为粒间溶蚀孔、晶间孔、生物体腔溶蚀孔、铸模孔、有机溶蚀孔和有机收缩孔(图4)。宏观裂缝和微裂缝均以全充填状态为主，储集空间发育程度较差，在后期大型压裂中可起改善泥页岩物性和孔隙连通性的作用;微孔隙呈孔隙类型多、孔隙数量多、孔径小、充填程度低、连通性较差的特征，孔径主要集中在0.1～0.5 μm，以未充填和半充填为主，是主要储集空间，利于页岩油气的赋存。

图4 东濮凹陷沙三上盐间段泥页岩微孔隙、微裂缝电镜扫描照片

5.3 比表面积

吸附态的页岩油和页岩气主要吸附在有机质和孔隙表面，比表面积的大小直接影响吸附量的大小，是影响泥页岩吸附能力的1个关键因素［13］。沙三上盐间泥页岩非均质性强，比表面积分布在1.50 ～31.77 m2/g，平均达 17.03 m2/g，利于吸附态页岩气的聚集(图5)。

5.4 物性特征

5.4.1 孔隙度

沙三上盐间泥页岩孔隙度分布在1.70%～11.57%，高频段集中在2% ～6%，平均为5.25%(图5)。孔隙度分布在0～5%的样品达17个，占总数的40%;孔隙度分布在5%～10%的泥页岩样品为21个，占50%;孔隙度为大于10%的泥页岩样品仅4个，占10%，主要以低孔为主。

5.4.2 渗透率

图5 PS18－1井沙三上盐间泥页岩页岩油气综合柱状图

东濮凹陷沙三上盐间泥页岩渗透率分布在0.0019×10－3～0.0470×10－3μm2，平均0.005×10－3μm2，高频段主要集中在 0.0008 × 10－3～0.0010 ×10－3μm2，整体处于超低渗型储层(图5)。美国主要页岩气产层渗透率主要分布在0.001×10－3μm2以下，其在开采过程中利用多段复杂压裂的方法油气藏可采渗透率可达0.00001×10－3μm2。因此，多级压裂技术是页岩油气开采的关键，也是制约中国页岩油气开发的瓶颈［14］。

6 保存条件

页岩油气自生自储于泥页岩系统中，其保存条件相对常规油气藏要求低。东濮凹陷沙三上膏盐岩厚度大、排驱压力和突破压力较高，具有毛细管力和异常高压双重封闭机制，构成了油气的天然屏障。泥页岩作为页岩油气储层，其极强的物性封闭能力能阻止游离相油气向上逸散，是非常好的盖层。除以上影响因素外，构造运动也是影响页岩油气保存的1个关键因素。东濮凹陷沙三上时期构造活动强烈，大多数构造在该期定性，后期的构造运动主要表现为对先存构造的进一步巩固和联合发展，构造运动变缓，对页岩油气的保存提供了积极因素。综合以上分析，认为东濮凹陷沙三上盐间泥页岩具备非常好的页岩油气保存条件。

7 结论

(1)东濮凹陷沙三上盐间泥页岩分布广、厚度大、埋深适宜、非均质性较强，有机质类型以生油型Ⅱ1型和Ⅰ型干酪根为主，有机质丰度普遍较高，热演化程度主要处于生油期，具有很好的生油潜力，应以页岩油勘探为主。

(2)东濮凹陷沙三上盐间泥页岩物性差，属于低孔超低渗储层，但高含量的石英和方解石矿物有利于大型压裂形成网状结构缝，改善泥页岩储层物性特征;较高的比表面积和发育程度较好的微孔隙、微裂缝和宏观裂缝可为游离态、吸附态的页岩油气提供有效储集空间。

(3)东濮凹陷沙三上盐间段大面积发育的膏盐岩层和较稳定的后期构造运动为页岩油气提供了非常好的保存条件，生、储、盖组合良好，具有非常好的页岩油气成藏条件，其中柳屯洼陷地区泥页岩有机质丰度、吸附气含量相对较好，可作为前期重点勘探对象。

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