细粒沉积岩研究现状及发展趋势

高晨

摘 要：细粒沉积岩在沉积学中是一个相对较薄弱的领域，其研究程度远远低于粗碎屑岩，但随着页岩气以及致密油等非常规油气的勘探开发，细粒沉积岩受到广泛的关注和研究。文章在结合国内外细粒沉积岩研究现状的基础上，重点阐述了国内细粒沉积岩在岩石定名、层序划分、存储特征及油气勘探现状等方面取得的成果，为今后的细粒沉积岩的研究和非常规油气的开发提供一定的理论依据。

关键词：细粒沉积岩；研究现状；非常规油气

中图分类号：P588.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）12-0068-03

Abstract： Fine-grained sedimentary rock is a relatively weak field in sedimentology， and its research degree is far lower than that of coarse clastic rock. But with the exploration and development of unconventional oil and gas such as shale gas and tight oil， fine-grained sedimentary rock has received extensive attention and research. On the basis of the present research situation of fine-grained sedimentary rocks at home and abroad， this paper focuses on the achievements of the domestic fine grain sedimentary rocks in the aspects of rock naming， sequence division， storage characteristics and present situation of oil and gas exploration， etc.， which provides some theoretical basis for future study of fine-grained sedimentary rocks and the development of unconventional oil and gas.

Keywords： fine-grained sedimentary rocks； current research situation； unconventional oil and gas

細粒沉积岩广义上是指粒径小于0.0625mm的长英质矿物、粘土矿物、碳酸盐矿物及其他自生矿物等细粒沉积物组成的沉积岩[1]。细粒沉积岩不仅是粒级上的概念，同时还涵盖了矿物组分、有机质含量、沉积构造及沉积环境等信息。

细粒岩最早的研究源于17世纪中叶Hoosen泥岩概念的提出，1853年，Sorby首次通过薄片观察泥岩的微观特征，20世纪20年代，随着X衍射、扫描电镜等技术的引进，对矿物颗粒形态及类型的认识由定性向定量转变。20世纪30年代，Krumbein在进行岩石粒度分析时便提出了“细粒沉积”这一概念，目前业内对细粒沉积已经普遍接受，并广泛应用于非常规油气勘探中[2]。通过细粒岩矿物成因及元素含量分析，可以间接指示古气候，还原其古环境等，同时伴随着页岩油气及致密油等非常规油气的成功勘探开发，细粒沉积岩还存在重要的工业价值。

1 细粒沉积岩的研究现状

1.1 定名及分类

传统的细沉积岩类型的划分以沉积物来源作为其基本类型划分依据，如陆源碎屑岩、火山碎屑岩等，再以其成分、结构、构造作为进一步的划分依据，如砂岩、粉砂岩、泥岩等，而这种定性的岩石定名方案已无法满足当前细粒沉积岩的研究需要。

国内细粒沉积岩主要采用“三端元”的分类方法，姜在兴[3]等对细粒沉积岩进行了较为详细的分类，即以矿物含量的10%，25%和50%分为四类，以粉砂、黏土和碳酸盐为3个组分端元，参照传统的沉积岩命名方式，并结合其矿物含量及沉积构造特征，将细粒沉积岩划分为粉砂岩、黏土岩、碳酸盐岩及混合型细粒沉积岩四类。第四类混合型细粒沉积岩又可根据其主要矿物含量划分为硅质碎屑型细粒沉积岩、碳酸盐型混合细粒沉积岩。同时，结合研究区特点，还提出了有机质、碳酸盐和黏土矿物的三端元分类方法。

鄢继华[3]、周立宏[1]等认为上述划分方案不够具体，实际操作也存在一些问题。因此，在姜在兴方案的基础上，引入X射线衍射（XRD）分析。XRD可定量测出矿物组分及含量，是矿物学研究的重要测试手段之一，而且与岩心描述和薄片镜下鉴定相比，XRD的数据分析更准确可靠。基于传统的沉积岩命名和分类方法，结合XRD测试分析数据对沉积岩进行综合命名和分类。即三端元、四组分，三端元指碳酸盐矿物、长英质矿物、黏土矿物，四组分除了上述3种矿物类型外，还包括方沸石。采用传统的命名方法，以方沸石含量的10%和25%为界，决定方沸石是否参与命名。

1.2 层序地层划分

层序的发育的控制因素主要有构造、古气候、物源供给、海（湖）平面升降4个参数的影响，不同的层序格架内具有不同的响应特征[4]。王广利等[5]采用分子地层学对研究区沉积相的进行了精细划分，并建立和完善层序地层格架，揭示了古沉积环境重建中微生物的存在和类型。吴婧等[6]采用矿物成分、岩相、地球化学、测井曲线及古生物等指标来划分三-四级层序及准层序。姜在兴等[4]以“成因控层”原理为指导，以气候、相对湖平面及物源输入3种成分的组合变化来指代层序主控因素的变化及其间的相互作用，结合岩性组合，划分出了层序格架，为深水细粒沉积层序地层分析提供了解决方案。

1.3 存储特征研究

泥页岩的存储特性主要受到矿物组成及岩石类型、有机质类型及丰度、微观孔隙结构、成岩作用及埋藏演化等因素影响。

美国对泥页岩油气资源的勘探开发最早，取得了丰硕的成果，最典型的主要有福特沃斯盆地Barnett页岩、威利斯顿盆地的Bakken页岩、圣玛利亚盆地Monterrey页岩。Barnett页岩的主要岩性为含条带硅质页岩，有机质类型为Ⅱ，孔隙度为2%～10%，累计厚度为60-240m，有机碳含量4%～8%，有机质成熟度0.6%～1.4%。Bakken页岩根据岩性可分为三部分：上部页岩、中部粉砂质白云岩或白云岩化粉砂岩和砂岩、下部页岩。页岩油的存储层主要为中部的白云质粉砂岩和钙质粉砂岩。其有机质类型为Ⅱ，有机碳含量7.2%～13%，有机质成熟度0.6～0.9厚度可达55m，孔隙度为5%～13%，孔隙类型主要为粒间孔、溶蚀孔及裂隙。Monterrey页岩是一套含藻的硅质页岩，存储空间主要以裂隙为主[7]。

近年来，我国非常规油气的研究和开发受到了广泛的关注，在鄂尔多斯盆地、松辽盆地、四川盆地等相继发现了具有工业价值的非常规油气资源。页岩气以四川盆地上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩最为典型。其岩性主要为黑色页岩，粉砂岩、黑色页岩，有机质类型以Ⅰ型为主，少量为Ⅱ型。有机质丰度以五峰组黑色页岩段最高，可达3%～6%，龙马溪组黑色页岩段次之，达到1%～4%，龙马溪组上段非黑色页岩段有机质含量最低，为0.5%～1%。孔隙度为4%～10%，微观孔隙主要为粒间孔、有机质孔、粒内孔及微裂缝，最具油气意义的是有机质孔和粘土片间孔[8]。鄂尔多斯盆地非常规油气主要存储层位为侏罗系延安组、三叠系延长组、二叠系山西组，其中以延长组的致密油最为典型。延长组优质烃源岩主要为在盆地广泛发育的黑色炭质泥页岩、油页岩。厚度达20～60m，有机质类型以Ⅰ、Ⅱ1型为主，有机质丰度高，平均可达13.75%，有机质成熟度一般为0.9%～1.1%[9]。

2 油气勘探开发现状

19世纪20年代初，随着美国页岩气的商业开采，标志着页岩气资源的产业化开采开始[10]，在阿巴拉契亚、密歇根等多个盆地成功地实现了页岩气产量化开采，其48个州的28个盆地或残留盆地中均有页岩气发现，其页岩气可采資源量为18.83万亿立方米。国外非常规油气勘探开发早，基于成熟的数据基础，其评价方法以类比法和统计法为主。国内非常规油气勘探程度相对较低，一般采用资源丰度类比法及容积法，在勘探程度较高地区采用资源空间分布预测法和成藏数值模拟法这两种较精细的评价方法[11]。非常规油气的勘探，关键是寻找其“甜点区”[12]，即分布范围、厚度达到一定规模，优质烃源岩，存储成藏条件好等可进行优先勘探开发的目标区。非常规油气储集物性差，一般无自然工业产能，需要采取增产措施和特殊的技术。经过长期的勘探与实践，非常规油气的开发已形成了一套高效、成本低、风险大幅降低的核心技术，包括地震储集层预测技术、水平井钻井技术、压裂技术、微地震监测技术、平台式工厂化作业模式[13]。

3 存在的问题

细粒沉积是岩石学中的研究是一个相对较薄弱的领域，仍有很多急需解决的问题：

（1）对于细粒沉积体系，因其沉积环境动能相对较小，沉积物源稳定，沉积颗粒极细小、差异小，加大了层序界面、环境变化及岩性的识别难度。

（2）加强湖盆细粒沉积与粗粒沉积整体性研究，分析其相互作用机理，建立不同类型细粒沉积体系的分布模式[14]。

（3）针对不同类型湖盆细粒沉积体系，建立不同的成因模式，恢复其沉积古环境，分析细粒沉积岩形成的主控因素及沉积特征。同时可对比海相细粒沉积岩，探讨其储集空间、油气赋存状态、聚集机理以及微观渗流机制等。

4 细粒沉积岩发展趋势

随着非常规油气勘探开发的不断深入，细粒沉积体系的研究也将愈来愈深入。未来细粒沉积岩的研究应针对现今细粒沉积体系中尚未解决的一系列问题，完善其研究方法体系，开展典型湖盆细粒沉积岩特征与沉积环境解剖，针对不同的湖盆细粒沉积体系，建立不同的分布模式，并推测富有机质页岩的空间分布规律，推动非常规油气的勘探进程[2]。随着全球纳米技术的到来，将形成一些列新的关键技术，纳米油气透视观测镜、纳米油气驱替剂、纳米油气开采机器人、纳米材料将广泛应用于整个油气工业系统中，实现油气开采的智能化[13]。从而更好的服务于油气勘探开发。

参考文献：

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[3]鄢继华，蒲秀刚，周立宏，等.基于X射线衍射数据的细粒沉积岩岩石定名方法与应用[J].中国石油勘探，2015，20（01）：48-54.

[4]姜在兴，梁超，吴靖，等.含油气细粒沉积岩研究的几个问题[J].石油学报，2013，34（06）：1031-1039.

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[6]吴靖，姜在兴，吴明昊.细粒岩层序地层学研究方法综述[J].地质科技情报，2015，34（05）：16-20.

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