富县西北部地区长7页岩特征及地质意义

刘秀婵，党 磊，赵 奔，王腾飞，杨 旭

(延安大学石油工程与环境工程学院，陕西延安716000)

近年来，页岩油、页岩气已在非常规油气资源中占有重要地位。随着页岩气研究的深入，页岩气勘探开发在国内已步入成熟和发展阶段，并在涪陵、华北板块、华南板块等地区发现巨大潜力[1-3]。鄂尔多斯盆地作为我国储集油气资源一大盆地，古生界、中生界地层中页岩、页岩油、页岩气发育[4,5]，这些资源大多集中在鄂尔多斯盆地陕北斜坡及其周边区域，中生界三叠系延长组长7段为代表。

页岩油、页岩气、油页岩等地质概念都与页岩相关，且页岩油、气均赋存于页岩中，评价该类资源潜力，需要精细刻画页岩地质特征、分布情况，获取总有机碳含量、生烃潜量、成熟度等关键地球化学特征，做到局部精细研究到整体研究的思路。笔者在已研究页岩方法、特征的基础上，从富县西北地区长7页岩地质特征出发，结合区域各类地质资料和地质背景，分析该区域长7页岩的地质意义，以期为富县区域、乃至盆地南部页岩油、页岩气“甜点”区域勘探提供借鉴。

1 地质背景

自2011年以来，在富县地区延长组长7段页岩勘探实践中发现有丰富的油气显示[6-9]，截止目前已对该区域长7页岩油、页岩气展开了研究，并取得了一定成果。富县地区构造上位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡南部，构造稳定，长7期受整个湖盆演化影响，富县地区在该期位于湖盆沉积中心[10]，以发育湖湘泥页岩为主，主要集中在富县勘探区域的西北部，该泥页岩为富县地区页岩油、页岩气的生烃、成藏提供了一定的物质条件。

该区在三叠系延长组钻探揭露的地层主要有长2、长4+5、长6、长7、长8。长7地层属于延长组第三段，自下而上分为长73、长72、长71三个亚层，岩性分布展示出中上部由一套粉、细砂岩夹泥岩、泥质粉砂岩组成，中下部为黑色、灰黑色油页岩、碳质页岩、泥质页岩的特征。本次研究的目标页岩主要沉积于长73亚层中。

2 页岩地质特征

2.1 岩石矿物学特征

岩石学特征一定程度上影响储层的物性，储层内岩石的结构类型、填隙物特征影响储层的孔隙结构，导致储层内部物性的差异性[11]。从岩心观察及镜下样品显示，研究区长7段页岩颜色主要为黑色、灰黑色，岩性多见页岩夹泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩。碎屑成分主要为石英、长石、云母，岩屑主要为少量火山岩岩屑，可观察到零星分布的云母碎片；另可见一些植物碎片、炭屑、有机质，黄铁矿。碎屑颗粒分选差，磨圆多为次棱角状，接触方式为点-线接触和线接触(图1-a)。

研究区填隙物矿物主要成分由三部分组成(见图1-b扫描电镜图)。同时XRD测试结果表明，一为粘土矿物，占填隙物总含量的50%以上，类型以绿泥石、伊/蒙混层多见；二为石英和长石，平均含量分别约为28%和20%；第三部分填隙物为碳酸盐岩胶结物，总含量小于5%，以方解石和白云石为主。

a.薄片下页岩成分特征 b.扫描电镜下页岩成分特征

图1富县西北部长7页岩矿物成份镜下特征

2.2 电性响应特征

富县西北地区长7段页岩电性特征明显-高声波时差、高自然伽马、低自然电位、高电阻率和低密度。自然伽玛值为78～380 API，平均为170 API；深感应电阻率值34～890 Ω·m，平均为96 Ω·m；声波时差值一般为240～390 μs/m，平均为310 μs/m。上述电性特征结合岩心、岩性分析能较好的识别出页岩或泥质页岩。

2.3 页岩发育规模

2.3.1 平面分布特征

在对研究区140余口井地层划分与对比的基础上，通过测井资料、录井资料，应用沉积旋回及考虑厚度等因素后，确定了研究区长7层位，识别并划分出页岩，计算出页岩厚度，绘制了页岩厚度平面图。经统计，研究区长7地层中页岩厚度为12.5～102 m，变化范围较大，平均厚度49.07 m。页岩在长7段三个亚层中均可见，但在长73地层中累积厚度最大。平面图展示，主要厚度变化范围在60～90 m之间，具有西北向东南方向变薄特征。较厚区域分布在西北角八卦寺区域和研究区中部偏南；两个区域呈北西-南东向展布，厚度>80 m。相对低值区位于西南角、北东部井区和东南部，一般<50 m(图2)。

图2 富县西北部地区长7页岩厚度分布图

2.3.2 纵向分布及产状

前人研究已表明，三叠系延长组长9段与长7段页岩在本区发育，并为油气藏主力烃源岩[12]。研究区不同地区页岩纵向上的发育特征也存在差异，主要表现为：1)井与井之间页岩厚度纵向发育存在差异。即有些井页岩在长7三个亚层中均有发育，且厚度相当，有些井页岩仅在长73亚层中可见；但整体看，底部长73页岩发育稳定，厚度较大，顶部长71页岩最不稳定。2)页岩厚度区域上有差异。研究区中、西部厚度中心一带，除长73发育厚层页岩外，长71和长72也有大段页岩发育，页岩厚度大，页岩中砂质和粉砂质夹层较少。研究区东部仅长73发育页岩，页岩厚度薄、页岩中发育较多粉砂岩、泥质粉砂岩夹层(图3)，该特征与平面展布特征相吻合。

2.4 空间类型及特征

2.4.1 孔隙类型、特征

场发射扫描电镜结合氩离子抛光技术观察发现，富县西北部地区长7页岩中主要发育四类孔隙：粒间孔、晶间孔、溶蚀孔隙、有机质孔(表1，图4)。

图3 富县西北部地区L57井～X32井页岩连井剖面图

a.刚性颗粒碎屑间粒间孔发育(L101，1469.3 m)；b.粘土矿物晶间孔(L101，1468.45 m)；c.化石腔体孔(LP36，1193.38 m)；d.长石颗粒边缘被溶蚀，形成粒间溶蚀孔(LP36，1187.59 m)；e.粘土矿物被溶蚀，形成溶蚀孔(L101，1465.0 m)；f.有机孔呈窝状发育(LP36，1187.59 m)

图4富县西北部地区长7页岩孔隙类型

粒间孔的孔径变化范围大，从十几纳米到几十微米不等，一般说来，较大的碎屑颗粒堆积形成的粒间孔孔径大，但后期易被填隙物充填后发育晶间孔，孔隙连通性较差。溶蚀孔以粒间溶孔多见，如长石颗粒边缘或有些粘土矿物易被溶蚀，导致原始颗粒形态被破坏，产生溶蚀孔，孔径可达微米级。有机质孔在研究区较多见，粒径集中在几纳米到几百纳米之间，常成群发育，一些有机质孔相互连接，形成复杂的孔隙网络。虽然孔隙尺寸分布不稳定，但总体来看，页岩的孔隙以孔径小于0.5 μm的孔隙为主，占总孔隙数量的75%以上，其次为0.5～1 μm，少量孔隙的孔径大于1 μm。

2.4.2 裂缝类型、特征

对页岩岩心中发育的裂缝进行观察，发现页岩岩心中主要发育三种类型的裂缝，一类是和层理、页理低角度相交的裂缝，一类是平行页理的层间缝或页理缝，第三类是以高角度与层理或页理相交的垂直缝，以第三类裂缝和第二类裂缝最为发育。页岩中的裂缝部分被方解石胶结。

利用荧光薄片进行了观察和分析，发现具有荧光显示的裂缝在研究区页岩中十分发育。依据荧光类型，认为裂缝中充填的沥青主要有三种类型：一类是碳质沥青或胶质沥青，荧光显示褐色或黑色，或无荧光(图5-a)，第二类是发黄色、黄橙色等荧光的油质沥青(图5-b)，另一类是发蓝白色荧光的油质沥青，被沥青充填的裂缝孔径范围比矿物胶结缝要小的多，显微镜下观测一般在1～6 μm。

此外，页岩中还有一类裂缝也比较重要，即在干酪根或沥青中发育的微裂缝(图5-c)，这些裂缝可能是在后期沥青生烃或因成岩作用收缩而形成的裂缝，也是页岩油气重要的储集空间。

a.长7页岩储层中的微裂隙中充填碳质沥青(LP36，1188 m)；b.裂缝中的油发黄色荧光(L101，1469.5 m)；c.长7页岩储层中沥青或干酪根中发育的微裂缝(LP36，1188.67 m)

图5富县西北部地区长7页岩裂隙特征

2.5 页岩有机地球化学特征

页岩的有机地球化学特征一般包括页岩中有机质类型、有机质丰度和有机质成熟度。页岩有机地球化学特征研究对区域烃源岩评价、沉积环境分析、生烃潜力及估算生油量等研究都有十分重要的意义[13，14]。

根据样品分析、数据统计、前人研究得知，研究区长7段页岩有机碳介于0.86%～7.83%，平均值为5.12%，多数样品大于5%；氯仿沥青“A”百分含量变化范围在0.41%～0.76%之间，均值为0.49%；生烃潜量(S1+S2)主要变化在3.98～21.7，均值12.75，均达到好烃源岩标准。

研究区的页岩有机质的镜质体反射率RO为0.7%～1.2%之间，平均0.91%，表明页岩演化程度已进入成熟阶段。长7页岩饱和烃含量分布在30.24%～78.04%之间，非烃+沥青质含量分布在5.49～48.86 mg/g之间，饱/芳比分布在0.88～7.58之间。根据有机质类型标准(表2)，研究区长7有机质类型为典型的Ⅰ型(腐泥型)、Ⅱ1(腐殖-腐泥型)，还有部分Ⅱ2(腐泥-腐殖型)。

表2 陆相烃源岩有机质类型的热解参数划分标准(据SY/T5735—1995)

3 页岩地质意义及探讨

3.1 充足的物质基础

研究区长7湖相泥页岩分布厚度较大，尤以长73页岩厚度稳定，并且已有多位研究者认为富县地区三叠系延长组油藏物源大多来自长7有效烃源岩[15-18]，是研究区最好的烃源岩。烃源岩中有机质是生成油气的物质基础，有机质丰度三个参数值-TOC、S1+S2、氯仿沥青“A”，结合陆相湖泊泥质烃源岩有机质丰度评价标准[19，20]，研究区长7油页岩的有机质丰度级别为很好的烃源岩；有机质成熟度处于成熟阶段，正处于生油期，有利于页岩油的形成；有机质类型以I型、II1型为主，为有利生烃类型；除此以外，研究区内含量较高的有机质、粘土矿物能使泥页岩的烃吸附能力增强[21]，加上稳定的构造条件和湖水下缺氧环境，易形成生烃-保烃的良好环境。

3.2 有利储集条件

研究区长7页岩矿物成分中含有一定量的脆性矿物做支撑；且存在不同尺度粒内孔隙、溶蚀孔、有机质孔，数量较多，为液态烃的赋存、吸附提供了一定空间。分析测试结果表明，研究区长7页岩平均孔隙度为1.73%。上述条件为烃类物质成藏、赋存环境提供了良好的保障，具备较好的储集层条件。上覆于长7段烃源岩层之上的长6段、长4+5段、长2段等储层均可直接获得下伏烃源岩层中的油气而聚集成藏，形成下生上储式组合。也已有研究者认为长71与长73在长7段地层中形成良好的源储一体模式[22]。

a.孔隙中赋存发蓝色荧光和黄色荧光液态烃，矿物粒内孔赋存液态烃(LP36，1188.67 m)；b.长7页岩储层中沥青或干酪根中发育的微裂缝(LP36，1192.38 m)；c.孔隙中充填油脂光泽滴状液态烃(左：SEM照片，右：EDS能谱分析LP36，1187.59 m)

图6富县西北部地区长7页岩孔隙中赋存的液态烃

在荧光镜下观察发现，研究区液态烃赋存在各类孔隙中和矿物颗粒表面，均以游离态形式存在(图6)。偏光显微镜、荧光显微镜、扫描电镜，结合能谱分析技术显示，研究区长7页岩中赋存液态烃，且有较好的含油气性。

3.3 较好的保存条件

研究区长7页岩中仅发育微裂缝，无断层，对该区储层破坏小。长7段烃源岩中的油气，垂向向下运移至长81段储集岩中聚集成藏，而长7段的细粒层(如泥岩、粉砂质泥岩)则作为其区域性盖层，将油气较好的保存下来，形成上源下储式组合。富县地区长7页岩压力处于较高的过剩压力[22]，说明具有较好的封隔性能，对烃类的保存有利。

上述情况已在实际钻采过程中有所显示。目前为止，富县地区钻井结果显示页岩油、页岩气资源多集中于长7、长8地层中。其中页岩油显示较好的油井有188井、FY4井、FY5井、YY28井；产量较高页岩气井YX1井、HT1井、YY34井、H43井等井均位于富县西北部地区(图2)，含油层位多集中于长71、长72，含气层在长73层位中多见。

综上，页岩对页岩油、页岩气资源的生成、储集、保存有重大贡献意义，整体来讲，页岩油气资源富集多受到页岩厚度大、孔隙发育(含有机质孔)、有机质丰度高、有机质成熟度处于成熟阶段、有机质类型为I型、II1型等特征影响。具体数值或突出贡献因素有待更深入对比研究。

4 结论

富县西北部地区长7页岩为黑色、灰黑色，岩性多见页岩夹泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩；矿物成分复杂多样；页岩测井电性特征明显、易识别；研究区长7地层中页岩厚度为12.5 m～102 m，变化范围较大，平均厚度49.07 m；长7三个亚层中页岩纵向上存在差异，长71、长72亚层发育不稳定，长73全区均可见；长7页岩中发育有粒间孔、晶间孔、溶蚀孔隙、有机质孔。

研究区长7泥页岩有机地球化学特征表现为：有机质丰度高-TOC含量较高(平均5.12%)，氯仿沥青“A”百分含量平均0.49%，生烃潜量(S1+S2)大；R0值平均为0.91%，有机质类型为I型、II1型；有机质成熟度处于成熟阶段。

长7页岩有机质丰度好、成熟度高、I型、II1型有机质类型均有利于生烃，为邻近长2、长4+5、长6、长8油藏提供充足的物质基础；成岩过程中形成的粒间孔、溶蚀孔及有机质孔为烃类赋存、吸附提供储集空间；长7页岩中致密层的存在为烃类的富集提供了有效的遮挡、保存条件。