張晶，鹿坤，蔣飛虎，石秀華，田建濤，曹宏明，郭紅

（1.中國(guó)石化中原石油工程有限公司地球物理測(cè)井公司，河南 濮陽(yáng)457001；2.中國(guó)石化中原油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南 濮陽(yáng)457001；3.東方地球物理勘探公司遼河物探處，遼寧 盤(pán)錦124010）

21 世紀(jì)以來(lái)，世界經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新的發(fā)展周期，各國(guó)都掀起了非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)的熱潮［1-5］。以水平井分段壓裂為代表的非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的革命性突破，使頁(yè)巖油氣這樣的次經(jīng)濟(jì)油氣成為經(jīng)濟(jì)上可采的資源。

據(jù)第三次資源評(píng)價(jià)結(jié)果分析，東濮凹陷總資源量（石油）12.37×108t，截至2010年底，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量5.76×108t，探明率46.6%，剩余資源潛力大，且大部分以非常規(guī)油氣的形式存在。2010年，在柳屯洼陷濮深18-1 井鹽間3 268.5～3 318.0 m 井段泥頁(yè)巖見(jiàn)到氣測(cè)異常，試油日產(chǎn)油約420 m3，證實(shí)東濮凹陷發(fā)育泥頁(yè)巖油藏；2011年，文古4 井鉆至沙河街組沙三中3 鹽間3 403.00～3 423.72 m 槽面見(jiàn)油花，放噴4 h 噴出原油約80 m3。前期雖然認(rèn)識(shí)到泥頁(yè)巖油氣的存在，但受傳統(tǒng)觀念束縛，對(duì)頁(yè)巖油氣尚未開(kāi)展系統(tǒng)研究，頁(yè)巖油氣富集條件、 機(jī)理及有利目標(biāo)等方面還有待于進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。本文立足于東濮凹陷的勘探實(shí)踐，結(jié)合有利巖相和儲(chǔ)集特征以及可壓性評(píng)價(jià)，劃分出頁(yè)巖油氣有利區(qū)帶和優(yōu)選目標(biāo)，研究對(duì)于拓展東濮凹陷油氣勘探新領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)油氣穩(wěn)產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)背景

東濮凹陷位于渤海灣盆地西南端，整個(gè)盆地呈北北東向展布，南寬北窄，面積約5 300 km2［6］。東濮凹陷以古—中生代地層為基底，以新生代地層為蓋層［7］。地層自下而上有古近系沙河街組沙四段、 沙三段、 沙二段、沙一段和東營(yíng)組，新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組及第四系平原組，總厚約4 800 m。沙河街組發(fā)育有數(shù)套鹽層或膏鹽層［8］，其中沙三段又分為沙三上、中、下亞段。沙三上亞段厚350～450 m，巖性主要為灰、深灰色泥巖夾薄層粉砂巖；沙三中亞段厚500～750 m，下部以白色鹽巖、膏巖為主，上部基本為淺灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖；沙三下亞段厚度300～550 m，巖性為灰色泥巖夾粉砂巖。從頁(yè)巖油氣顯示來(lái)看，頁(yè)巖油氣主要分布在沙三中、下亞段，特別是沙三中的上部。

2 頁(yè)巖油氣形成條件分析

2.1 泥頁(yè)巖分布特征

東濮凹陷發(fā)育多套泥頁(yè)巖，包括古近系沙一段、沙三段和沙四段湖相泥頁(yè)巖，主要巖性為棕褐色—灰黑色頁(yè)巖、灰—深灰色灰質(zhì)、云質(zhì)泥巖夾薄層褐色頁(yè)巖、深灰色—灰色含膏泥巖，具備頁(yè)巖油氣藏發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。

東濮凹陷沙三段泥頁(yè)巖分布廣泛，最厚處可以達(dá)到1 500 m，但富集資源（TOC≥2.0%）的厚度相對(duì)較薄，在60～80 m，其中，沙三下大部分在20～80 m，沙三中、上大部分在10～50 m；從平面上來(lái)看，富集資源主要分布在北部地區(qū)的濮衛(wèi)、 柳屯—海通集和前梨園洼陷（見(jiàn)圖1）。

圖1 東濮凹陷沙三中有利層段泥頁(yè)巖厚度

2.2 頁(yè)巖有機(jī)地球化學(xué)特征

2.2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

東濮凹陷沙一段有機(jī)質(zhì)豐度較高（TOC 平均1.25%），但成熟度偏低（Ro為0.5%～0.7%），處于未熟—低熟階段；沙四段有機(jī)質(zhì)豐度偏低（TOC 平均0.85%），成熟度偏高，大部分埋深大于4 500 m；沙三段有機(jī)質(zhì)豐度高，類(lèi)型好，主要為Ⅱ1型和Ⅰ型，成熟度適中（Ro為0.7%～2.0%），是東濮凹陷主要的泥頁(yè)巖分布層系。

東濮凹陷沙三段泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度變化大，高值多為泥頁(yè)巖標(biāo)志層，巖性多為灰質(zhì)泥頁(yè)巖，但單層厚度薄。其中，沙三上TOC 相對(duì)較低，沙三中、下有部分TOC 高，大部分在0.8%～3.0%，是東濮凹陷主要的泥頁(yè)巖TOC 高的層段（見(jiàn)圖2）。

2.2.2 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

東濮凹陷沙三段泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為Ⅱ1和Ⅰ型，以生油為主。其中，沙三中有機(jī)質(zhì)類(lèi)型最好，其次為沙三下，均以Ⅱ1型和Ⅰ型為主，沙三上相對(duì)較差。

2.2.3 熱演化程度

富含有機(jī)質(zhì)只是頁(yè)巖富含油氣的基礎(chǔ)，只有其中的有機(jī)質(zhì)開(kāi)始大量成油、成氣后，才有可能導(dǎo)致頁(yè)巖油氣的富集［9］。東濮凹陷生烴門(mén)限（Ro為0.5%）所對(duì)應(yīng)的深度為2 450 m，生油巖埋深進(jìn)入3 150 m 后即開(kāi)始成熟，3 800 m 已進(jìn)入生油高峰。東濮凹陷最重要的生油層位沙三段都已進(jìn)入成熟階段，且Ro主要分布在0.7%～1.5%，頁(yè)巖處于生油窗內(nèi)。

圖2 東濮凹陷沙三段地化剖面

2.3 沉積相及巖相

東濮凹陷泥頁(yè)巖發(fā)育的沉積相主要為深湖—半深湖亞相、水下分流間灣微相和前三角洲泥微相。深湖—半深湖亞相巖性以厚層灰質(zhì)泥頁(yè)巖為主，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈部位往往發(fā)育濁積砂體；前三角洲泥巖巖性以深灰色泥巖夾薄層粉砂巖為主；水下分流間灣泥巖厚度較小，巖性以粉砂質(zhì)泥巖為主，相變快，往往和水下分流河道砂伴生。從沉積微相與烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度關(guān)系可以看出，TOC 高的泥頁(yè)巖主要分布在深湖—半深湖和前三角洲泥中（見(jiàn)圖3）。

東濮凹陷泥頁(yè)巖主要發(fā)育灰質(zhì)泥巖相（塊狀、紋層狀）、塊狀粉砂質(zhì)泥巖相、紋層狀膏質(zhì)泥巖相。其中紋層狀灰質(zhì)泥巖相在鏡下觀察熒光亮度中強(qiáng)（見(jiàn)圖4），層狀藻類(lèi)等富集，是“甜點(diǎn)”發(fā)育的主要巖相類(lèi)型。紋層狀灰質(zhì)泥巖相主要分布在前梨園、 濮衛(wèi)和柳屯—海通集等洼陷。

不同沉積微相巖相組合有明顯差異，深湖—半深湖體系以灰質(zhì)泥巖巖相為主，三角洲體系則以塊狀粉砂質(zhì)泥巖巖相為主。

圖3 濮6-33 井沉積微相與烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度關(guān)系

圖4 東濮凹陷紋層狀灰質(zhì)泥巖巖相鏡下照片

2.4 泥頁(yè)巖儲(chǔ)集特征

2.4.1 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

東濮凹陷泥頁(yè)巖儲(chǔ)集空間類(lèi)型有6 種，即粒間孔隙、石鹽溶蝕孔隙、伊利石溶蝕孔隙、微裂縫、晶間微縫和有機(jī)質(zhì)孔（見(jiàn)圖5）。不同巖相儲(chǔ)集空間類(lèi)型不同，其中，紋層狀灰質(zhì)泥巖相微裂縫和溶蝕孔隙發(fā)育，亮晶膠結(jié)較泥晶膠結(jié)溶蝕孔隙發(fā)育，含油氣性好；塊狀灰質(zhì)泥巖相溶蝕孔隙較紋層狀灰質(zhì)泥巖相少，含油氣性差；塊狀粉砂質(zhì)泥巖相晶間和粒間孔隙發(fā)育，近源堆積的粉砂質(zhì)泥巖（長(zhǎng)石）次生溶蝕孔隙發(fā)育；紋層狀膏質(zhì)泥巖相主要發(fā)育晶間孔隙，孔隙多被充填，含油氣性差。微裂縫和溶蝕孔隙是東濮凹陷泥頁(yè)巖的主要空間類(lèi)型，約占總孔隙的45%，有機(jī)質(zhì)孔較少，不足5%，可能跟熱演化程度不高有關(guān)。

圖5 東濮凹陷泥頁(yè)巖儲(chǔ)集空間類(lèi)型

東濮凹陷沙三段泥頁(yè)巖孔隙度平均值為3.7%，主要分布于1.0%～5.0%；滲透率平均值為0.091 3×10-3μm2，主體分布于0.007 8×10-3～0.100 0×10-3μm2，部分大于1.0×10-3μm2，推測(cè)與泥頁(yè)巖裂縫發(fā)育有關(guān)。不同巖相之間物性不同，其中，紋層狀灰質(zhì)泥巖相孔滲相對(duì)較高，塊狀和膏質(zhì)泥巖相物性相對(duì)較差。

2.4.2 脆性礦物體積分?jǐn)?shù)

脆性礦物體積分?jǐn)?shù)的多少?zèng)Q定了泥頁(yè)巖的可壓裂性［10-12］。東濮凹陷脆性礦物體積分?jǐn)?shù)較高，黏土礦物體積分?jǐn)?shù)平均23.7%，碳酸鹽巖體積分?jǐn)?shù)36.0%，硅質(zhì)體積分?jǐn)?shù)24.7%。在北美的Bakken，Niobrara 等已發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣藏地區(qū)，氣源巖全巖礦物組成一般以低黏土、高硅質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)為特征［13-17］，黏土礦物體積分?jǐn)?shù)一般低于40%，硅質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)在35%～75%。與北美地區(qū)頁(yè)巖油氣源巖相比，東濮凹陷泥頁(yè)巖黏土礦物體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)，硅質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)略低。

2.5 鹽巖及異常高壓的發(fā)育

東濮凹陷鹽巖發(fā)育，純鹽巖累加厚度近2 000 m。膏鹽巖為特級(jí)蓋層，其極強(qiáng)的物性封閉能力阻止了游離相油氣向上逸散。另外，由于鹽的存在，良好的封閉環(huán)境導(dǎo)致異常高壓發(fā)育，東洼和西洼是2 個(gè)高壓發(fā)育中心，層位上，主要發(fā)育在沙三段，特別是中、下亞段。在東部的前梨園洼陷，發(fā)育的異常高壓帶壓力系數(shù)大于1.4，最高可達(dá)2.0；西部洼陷帶異常高壓主要分布在柳屯—海通集洼陷，壓力系數(shù)可以達(dá)到1.3～1.6［18-22］。由于異常高壓的存在，烴源巖容易產(chǎn)生微裂縫，特別是在強(qiáng)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)下，流體壓力與應(yīng)力耦合更容易產(chǎn)生裂縫；異常高壓同時(shí)也對(duì)頁(yè)巖內(nèi)部油氣具有較強(qiáng)的封蓋作用［23-26］，形成自生自?xún)?chǔ)、封閉、高壓的鹽間泥頁(yè)巖油氣系統(tǒng)。

3 頁(yè)巖油氣有利勘探目標(biāo)預(yù)測(cè)

盧雙舫等［9］提出以可采性指數(shù)（Ir）評(píng)價(jià)頁(yè)巖油氣的可采性，主要是通過(guò)脆性礦物體積分?jǐn)?shù)、泥頁(yè)巖層系厚度和埋深3 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)：

式中：If為可壓裂性指數(shù)；It為厚度指數(shù)；Id為埋深指數(shù)；Vc為黏土礦物體積分?jǐn)?shù)，%；h 為頁(yè)巖層系厚度，m；D 為頁(yè)巖埋深，m；Dm為工區(qū)的最大技術(shù)（或經(jīng)濟(jì)）可采埋深，m。

其中，脆性礦物體積分?jǐn)?shù)越高，厚度越大，埋深越淺，則可采性指數(shù)越高。

運(yùn)用可采性指數(shù)與有機(jī)質(zhì)豐度、 成熟度等多因素進(jìn)行疊合，對(duì)東濮凹陷泥頁(yè)巖有利目標(biāo)區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，縱向上，沙三中4—5、沙三中8 及沙三下1—2 是最有利的勘探層位；平面上，濮衛(wèi)和柳屯—海通集洼陷是最有利的目標(biāo)區(qū)。濮衛(wèi)、柳屯—海通集洼陷可采性指數(shù)普遍大于0.60，脆性礦物體積分?jǐn)?shù)高，分布在50%～70%，可壓性好。單層頁(yè)巖厚度大，深度多數(shù)為2 000～3 500 m。其中，沙三中頁(yè)巖油有利目標(biāo)區(qū)面積為151.2 km2，地質(zhì)資源量約2 324.4×104t；沙三下頁(yè)巖油有利目標(biāo)區(qū)面積為135.0 km2，地質(zhì)資源量約1 286.9×104t。

根據(jù)巖性組合及油氣顯示狀況，探索濮衛(wèi)次洼沙三中8 頁(yè)巖油藏，取得初步成效。濮衛(wèi)次洼沙三中8 為灰質(zhì)頁(yè)巖夾薄層粉砂巖，全區(qū)穩(wěn)定分布，厚度30～50 m，2012年3月部署實(shí)施衛(wèi)68-1HF 井，水平段長(zhǎng)1 300 m，電測(cè)解釋油層710.1 m/8 層、 干層577.4 m/8層，平均日產(chǎn)油3 m3，預(yù)測(cè)有利含油范圍23 km2，儲(chǔ)量1 000×104t。

4 結(jié)論

1）縱向上沙三中、下發(fā)育灰質(zhì)泥頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)豐度高（TOC 平均1.36%），是泥頁(yè)巖最富集的層系；平面上濮衛(wèi)次洼有機(jī)質(zhì)豐度最高，其次為柳屯—海通集和前梨園洼陷。

2）泥頁(yè)巖最富集的沉積微相類(lèi)型為深湖—半深湖相和前三角洲泥，紋層狀灰質(zhì)泥巖相層狀藻類(lèi)等富集，是“甜點(diǎn)”發(fā)育的主要巖相類(lèi)型。

3）泥頁(yè)巖儲(chǔ)層以微裂縫和粒間孔隙為主，孔隙度平均值為3.7%，滲透率平均值為0.091 3×10-3μm2。脆性礦物體積分?jǐn)?shù)大部分在40%～70%，易于壓裂。

4） 鹽巖和異常高壓利于泥頁(yè)巖的富集和保存，形成東濮凹陷獨(dú)特的自生自?xún)?chǔ)、封閉、高壓的鹽間泥頁(yè)巖油氣系統(tǒng)。

5）沙三中4—5、沙三中8 及沙三下1—2 是最有利的勘探層位，濮衛(wèi)和柳屯—海通集洼陷是最有利的目標(biāo)區(qū)。

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