济阳沙四上- 沙三下亚段泥页岩岩相特征研究

牛春辉

（胜利油田胜利采油厂，山东 东营）

岩相研究包含多方面内容，除了矿物及化学成分分析外，还需要探讨矿石结构及整体产状，解析岩石形成的具体原因，推衍各种岩石间的相互关系及其演变等。本次研究从系统取心井入手，根据岩石的组分、沉积构造、有机质丰度等资料确定岩相划分标准。

1 济阳泥页岩岩相划分方案

1.1 成分

济阳坳陷泥页岩的主要成分为粘土、碳酸盐和碎屑。

1.2 有机质含量

油气源岩的主要成分是有机质，此成分含量的高低与油气形成存在密切关联，油气源岩数量特征的重要影响因子之一便是有机质含量，一般最好的生油岩有机碳值大于2%。

1.3 沉积构造

根据亚岩相的差异，可将岩石结构归类为三种不同类型，一是纹层状结构，二是层状结构，三是块状结构。

1.4 碳酸盐岩的结晶程度

碳酸盐岩是济阳泥页岩中重要的岩石组分，通常有两种分布形式：一是均匀分布在岩石中，和长英质、粘土构成结构性混积岩，如灰质泥岩和灰质砂岩。二是以层状分布，和粘土岩构成纹层状、层状结构。研究表明，泥页岩有机质的丰度和碳酸盐岩的结晶程度有关，所以碳酸盐岩的结晶程度也是泥页岩岩相划分的重要因素。

依据以上的泥页岩岩相划分原则，提出了“三端元，四要素”的岩相划分方案，三端元是指岩石中的矿物组分，分别指碳酸盐矿物、长英质矿物和粘土矿物。四要素分别指有机质、层状构造、碳酸盐岩结晶程度。利用此方案在东营和沾化凹陷选取典型井进行了详细的岩相划分[1]。

2 页岩岩相类型特征

2.1 富有机质纹层状泥晶泥质灰岩相

页岩的岩心以灰色为主，多呈暗灰色，将盐酸溶液滴入岩心区，会产生明显的汽泡。同时，岩芯属于纹层结构类型，其中有颜色明暗不一的纹层穿插分布，无断裂纹层，具有三种不同的纹层存在形态，除水平状外，还可见波状纹层以及透镜状纹层，纹层形状详见图1。纹层中含有大量生物，可见明显盐析出现象，纹层中分布许多球粒状黄铁矿，且夹杂部分有机质碎屑，页岩中含有高于60%的碳酸盐岩、约5%左右的有机碳，除此之外，还含有超过10%的粘土矿物，并且石英与长石混合分布，总量不低于20%。

图1 富有机质纹层状泥晶泥质灰岩

2.2 富有机质纹层状微晶泥质灰岩相

观察页岩岩心薄片发现，有两种纹层相互交叠分布，一是有机质泥质纹层，二是方解石纹层。两个纹层之间有明显的界限，两层相比，方解石纹层略厚，以微晶结构为主，其中充斥着各种不同形状的晶体，如椭圆形晶体、三角形晶体以及菱形晶体等等，晶粒之间分散分布着大量黄铁矿，另有许多有机质。方解石纹层中还夹杂着白云石晶粒，但量不大，晶粒粒径为40 μm 左右，纹层含有机质碳总量为3.5%左右，并存在高于50%的碳酸盐岩，方解石纹层中与泥质灰岩中均存在部分粘土矿物，泥质灰岩中此矿物含量略高。富有机质纹层状微晶泥质灰岩如图2 所示。

图2 富有机质纹层状微晶泥质灰岩

2.3 富有机质纹层状粗晶泥质灰岩相

此灰岩有灰色岩心，滴入盐酸后会产生大量汽泡，且暗纹层与亮纹层交叠分布，两层分别为有机质泥质纹层与方解石纹层，纹层无断裂现象。各纹层厚度不等，最大厚度可达1 cm，小的仅为几微米，其中，方解石以透镜体形态存在（详见图3）。观察岩心薄片，可见相互交叠分布的明暗两层，方解石比有机质泥质纹层厚度略大，且晶粒颗粒也更加明亮粗大，晶体相对洁净，马牙形态的晶体居多，在纹层上垂直分布，排列较为密集，也可见等粒晶体连接分布。利用荧光镜观察发现，这些晶体呈多种颜色，是不同时期形成所致。泥质纹层中存在大量有机质，含量最少的区域为3%，最高区域则可达到8%。碳酸盐岩大于50%，石英+长石相对较少，零星分布于粘土层中，粘土矿物含量约18%[2]。

图3 富有机质纹层状透镜粗晶泥质灰岩（牛页1 井）

2.4 富有机质纹层状灰质泥岩相

此岩层的岩心偏暗黑，遇酸虽有汽泡产生但并不多，具有层间界限清晰度偏低的纹层，纹层连续分布，有三种分布形态，一是透镜状，二是水平状，三是波状。纹层中分布着大量生物碎屑及形态完整的鱼类化石（详见图4）。观察岩心薄片可见清晰纹层，纹层结构以富有机质粘土纹层为主，同时存在富灰、硅混合纹层，纹层中含有大量石英及长石陆源碎屑，分布形状以纹层状为主、分散状为辅，另含有黄铁矿，呈草莓状分布形态，且夹杂藻类碎片以及介形虫（见图5）。粘土中分布含量为2.5%左右的有机质，并含有碳酸盐、粘土矿物以及石英与长石混合物，前者比后两者的含量略高。

图4 富有机质纹层状灰质泥岩（牛页1 井，3402.7-3452m）

图5 富有机质纹层状灰质泥岩微观特征

2.5 富有机质层状泥质灰岩相

此岩层颜色偏淡灰，不具明显纹层，层理呈轻度发育状态，遇酸后会产生大量汽泡，部分区域可见大量生物碎屑，主要为螺与介形虫等生物（见图6）。观察岩层薄片发现，此岩层具有清晰层理，各层颜色有所差异，由三类纹层构成，除长英质灰质混合层与粘土混合层之外，还分布有泥晶方解石层，岩层结构详见图7。岩层当中含有大量碳酸盐、陆源碎屑，前者含量略高[3]，同时还含有3%左右的有机质，分散分布于各岩层中。部分区域存在带状炭屑或散点状、凝块样的黄铁矿。

图6 富有机质层状泥质灰岩

图7 富有机质层状泥质灰岩微观特征

2.6 富有机质层状灰质泥岩相

此岩层为暗灰色岩心，有并不清晰的层理，主要结构为泥质层，厚度相对较大（见图8）。薄片观察可见层理界限不明显，除有碳酸盐锈镜体层之外，另分布有炭屑层以及生物碎屑层（详见图9）。岩层中部分区域以透镜状分布大量方解石，且分散分布着大量石英及长石，并含有部分粘土。层间定向分布大量生物碎屑，主要是介形虫及黄铁矿，后者为球粒状，并以团形存在。此岩层结构中分散分布3%左右的有机碳，且含有碳酸盐及陆源碎屑组，二者相比，后者含量略高

图8 富有机质层状灰质泥岩（罗69 井）

图9 富有机质层状灰质泥岩微观特征

2.7 碳酸盐岩夹层型页岩相

页岩颜色呈浅灰色、褐色，纹层发育，滴酸强烈冒泡，生物碎屑富集成层，碳酸盐岩多呈灰色，块状或层状结构。薄片下，可见页岩具有清晰的层理，结构分两层，一是含有大量有机质的粘土纹层，二是灰、硅交杂分布纹层。常见介形虫等生物碎片。有机质富集主要在页岩纹层中，以1%～3%居多，碳酸盐岩夹层有机质丰度小于1%。碳酸盐岩夹层型页岩油岩性以白云岩、泥灰岩、泥质白云岩和生物灰岩为主，形成水体较浅，成因上是咸水- 半咸水湖相沉积的产物。碳酸盐岩夹层型页岩油在渤南洼陷、东营凹陷沙三下和沙四上亚段也有零星分布[4]。

2.8 富长英质页岩相

岩心颜色呈深灰色，明暗相间纹层发育，无明显断裂纹层，含有大量长英质粘土的暗层与富集碳酸盐岩的亮层交叠分布。岩层成分主要是细砂岩，厚度在0.5～2 m 之间，分布于厚层泥页岩地层中，在成因上，砂岩夹层属于深水浊积岩体系，发育在深洼处或大型扇体前端。高产井在平面上主要零星分布于东营凹陷中，纵向上产出的层位主要以沙三下2、3 层组为主，占全部砂岩夹层型页岩油井总数的71%，部分井位于沙四上1、3 层组。

2.9 块状泥岩相

该岩层具有灰色岩心，无发育良好的层理，结构形态为块样，层理分布形态为变形性与交错性，并可见生物扰动结构。岩心薄片观察发现，除泥质碳酸盐外，还混合分布着大量粉砂质、泥晶质的碳酸盐矿物，并且矿物颗粒具有清晰的棱角。分析矿物成分发现含量最多的成分为粘土矿物，约占总成分的48%，另含有部分石英，总量约为27%。除此之外，还存在12%的碳酸盐矿物，并有贝壳及其他浅水层虫体生存痕迹，说明此岩层是泥质浊流产物的沉积层。

3 结论

（1） 济阳坳陷古近系页岩是典型的陆相页岩，这套半深湖- 深湖细粒沉积体系无论在沉积构造、矿物组成上都更加复杂。湖泊沉积受气候等外界因素响应更加敏感，在纵向上和横向上相变快。在系统取心井的岩心上，可以明显看到这种频繁的变化，加上纹层非常发育，结构复杂，叠置关系多样，这就给济阳页岩油的研究带来了现实认知的困难。

（2） 通过取心井系统分析发现，泥页岩细粒混积岩储集量高低、含油量大小以及可压性强弱，与页岩油岩石组分结构关系密切，同时还会受到沉积构造的影响，并且有机质含量、碳酸盐结构也是直接影响因素。济阳坳陷古近系页岩油详细的岩相划分，一定程度解决了页岩类型复杂和分布预测困难等问题。

（3） 同时，岩相的基础研究工作，成为联系页岩宏观和微观特征的桥梁，岩相也成为研究济阳页岩油切实可行的基本地质单元和有效抓手。