張晶，鹿坤，蔣飛虎，石秀華，田建濤，曹宏明，郭紅

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

21 世紀以來，世界經(jīng)濟進入新的發(fā)展周期，各國都掀起了非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的熱潮［1-5］。以水平井分段壓裂為代表的非常規(guī)油氣勘探開發(fā)技術的革命性突破，使頁巖油氣這樣的次經(jīng)濟油氣成為經(jīng)濟上可采的資源。

據(jù)第三次資源評價結果分析，東濮凹陷總資源量（石油）12.37×108t，截至2010年底，探明石油地質儲量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 井段泥頁巖見到氣測異常，試油日產(chǎn)油約420 m3，證實東濮凹陷發(fā)育泥頁巖油藏；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 槽面見油花，放噴4 h 噴出原油約80 m3。前期雖然認識到泥頁巖油氣的存在，但受傳統(tǒng)觀念束縛，對頁巖油氣尚未開展系統(tǒng)研究，頁巖油氣富集條件、 機理及有利目標等方面還有待于進一步的認識。本文立足于東濮凹陷的勘探實踐，結合有利巖相和儲集特征以及可壓性評價，劃分出頁巖油氣有利區(qū)帶和優(yōu)選目標，研究對于拓展東濮凹陷油氣勘探新領域，實現(xiàn)油氣穩(wěn)產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實指導意義。

1 地質背景

東濮凹陷位于渤海灣盆地西南端，整個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。從頁巖油氣顯示來看，頁巖油氣主要分布在沙三中、下亞段，特別是沙三中的上部。

2 頁巖油氣形成條件分析

2.1 泥頁巖分布特征

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

東濮凹陷沙三段泥頁巖分布廣泛，最厚處可以達到1 500 m，但富集資源（TOC≥2.0%）的厚度相對較薄，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（見圖1）。

圖1 東濮凹陷沙三中有利層段泥頁巖厚度

2.2 頁巖有機地球化學特征

2.2.1 有機質豐度

東濮凹陷沙一段有機質豐度較高（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；沙四段有機質豐度偏低（TOC 平均0.85%），成熟度偏高，大部分埋深大于4 500 m；沙三段有機質豐度高，類型好，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巖分布層系。

東濮凹陷沙三段泥頁巖有機質豐度變化大，高值多為泥頁巖標志層，巖性多為灰質泥頁巖，但單層厚度薄。其中，沙三上TOC 相對較低，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巖TOC 高的層段（見圖2）。

2.2.2 有機質類型

東濮凹陷沙三段泥頁巖有機質類型主要為Ⅱ1和Ⅰ型，以生油為主。其中，沙三中有機質類型最好，其次為沙三下，均以Ⅱ1型和Ⅰ型為主，沙三上相對較差。

2.2.3 熱演化程度

富含有機質只是頁巖富含油氣的基礎，只有其中的有機質開始大量成油、成氣后，才有可能導致頁巖油氣的富集［9］。東濮凹陷生烴門限（Ro為0.5%）所對應的深度為2 450 m，生油巖埋深進入3 150 m 后即開始成熟，3 800 m 已進入生油高峰。東濮凹陷最重要的生油層位沙三段都已進入成熟階段，且Ro主要分布在0.7%～1.5%，頁巖處于生油窗內(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泥頁巖為主，構造活動強烈部位往往發(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質豐度關系可以看出，TOC 高的泥頁巖主要分布在深湖—半深湖和前三角洲泥中（見圖3）。

東濮凹陷泥頁巖主要發(fā)育灰質泥巖相（塊狀、紋層狀）、塊狀粉砂質泥巖相、紋層狀膏質泥巖相。其中紋層狀灰質泥巖相在鏡下觀察熒光亮度中強（見圖4），層狀藻類等富集，是“甜點”發(fā)育的主要巖相類型。紋層狀灰質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—半深湖體系以灰質泥巖巖相為主，三角洲體系則以塊狀粉砂質泥巖巖相為主。

圖3 濮6-33 井沉積微相與烴源巖有機質豐度關系

圖4 東濮凹陷紋層狀灰質泥巖巖相鏡下照片

2.4 泥頁巖儲集特征

2.4.1 儲集空間類型

東濮凹陷泥頁巖儲集空間類型有6 種，即粒間孔隙、石鹽溶蝕孔隙、伊利石溶蝕孔隙、微裂縫、晶間微縫和有機質孔（見圖5）。不同巖相儲集空間類型不同，其中，紋層狀灰質泥巖相微裂縫和溶蝕孔隙發(fā)育，亮晶膠結較泥晶膠結溶蝕孔隙發(fā)育，含油氣性好；塊狀灰質泥巖相溶蝕孔隙較紋層狀灰質泥巖相少，含油氣性差；塊狀粉砂質泥巖相晶間和粒間孔隙發(fā)育，近源堆積的粉砂質泥巖（長石）次生溶蝕孔隙發(fā)育；紋層狀膏質泥巖相主要發(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巖的主要空間類型，約占總孔隙的45%，有機質孔較少，不足5%，可能跟熱演化程度不高有關。

圖5 東濮凹陷泥頁巖儲集空間類型

東濮凹陷沙三段泥頁巖孔隙度平均值為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，推測與泥頁巖裂縫發(fā)育有關。不同巖相之間物性不同，其中，紋層狀灰質泥巖相孔滲相對較高，塊狀和膏質泥巖相物性相對較差。

2.4.2 脆性礦物體積分數(shù)

脆性礦物體積分數(shù)的多少決定了泥頁巖的可壓裂性［10-12］。東濮凹陷脆性礦物體積分數(shù)較高，黏土礦物體積分數(shù)平均23.7%，碳酸鹽巖體積分數(shù)36.0%，硅質體積分數(shù)24.7%。在北美的Bakken，Niobrara 等已發(fā)現(xiàn)頁巖氣藏地區(qū)，氣源巖全巖礦物組成一般以低黏土、高硅質礦物體積分數(shù)為特征［13-17］，黏土礦物體積分數(shù)一般低于40%，硅質礦物體積分數(shù)在35%～75%。與北美地區(qū)頁巖油氣源巖相比，東濮凹陷泥頁巖黏土礦物體積分數(shù)相當，硅質礦物體積分數(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。膏鹽巖為特級蓋層，其極強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)境導致異常高壓發(fā)育，東洼和西洼是2 個高壓發(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，特別是在強構造應力場下，流體壓力與應力耦合更容易產(chǎn)生裂縫；異常高壓同時也對頁巖內(nèi)部油氣具有較強的封蓋作用［23-26］，形成自生自儲、封閉、高壓的鹽間泥頁巖油氣系統(tǒng)。

3 頁巖油氣有利勘探目標預測

盧雙舫等［9］提出以可采性指數(shù)（Ir）評價頁巖油氣的可采性，主要是通過脆性礦物體積分數(shù)、泥頁巖層系厚度和埋深3 個指標進行評價：

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為黏土礦物體積分數(shù)，%；h 為頁巖層系厚度，m；D 為頁巖埋深，m；Dm為工區(qū)的最大技術（或經(jīng)濟）可采埋深，m。

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

運用可采性指數(shù)與有機質豐度、 成熟度等多因素進行疊合，對東濮凹陷泥頁巖有利目標區(qū)進行了預測，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，脆性礦物體積分數(shù)高，分布在50%～70%，可壓性好。單層頁巖厚度大，深度多數(shù)為2 000～3 500 m。其中，沙三中頁巖油有利目標區(qū)面積為151.2 km2，地質資源量約2 324.4×104t；沙三下頁巖油有利目標區(qū)面積為135.0 km2，地質資源量約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 頁巖油藏，取得初步成效。濮衛(wèi)次洼沙三中8 為灰質頁巖夾薄層粉砂巖，全區(qū)穩(wěn)定分布，厚度30～50 m，2012年3月部署實施衛(wèi)68-1HF 井，水平段長1 300 m，電測解釋油層710.1 m/8 層、 干層577.4 m/8層，平均日產(chǎn)油3 m3，預測有利含油范圍23 km2，儲量1 000×104t。

4 結論

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

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

3）泥頁巖儲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。脆性礦物體積分數(shù)大部分在40%～70%，易于壓裂。

4） 鹽巖和異常高壓利于泥頁巖的富集和保存，形成東濮凹陷獨特的自生自儲、封閉、高壓的鹽間泥頁巖油氣系統(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區(qū)。

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