張 順,王永詩(shī),劉惠民，陳世悅,譚明友，張?jiān)沏y,郝雪峰，謝忠懷

[1.中國(guó)石化 勝利油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257022； 2.中國(guó)石化 勝利油田分公司 博士后流動(dòng)工作站，山東 東營(yíng) 257022；3.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580; 4.中國(guó)石化 勝利油田分公司 物探研究院，山東 東營(yíng) 257022]

渤海灣盆地東營(yíng)凹陷細(xì)粒沉積微相對(duì)頁(yè)巖油儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)的控制作用

張 順1,2,王永詩(shī)1,劉惠民1，陳世悅3,譚明友4，張?jiān)沏y4,郝雪峰1，謝忠懷1

[1.中國(guó)石化 勝利油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257022； 2.中國(guó)石化 勝利油田分公司 博士后流動(dòng)工作站，山東 東營(yíng) 257022；3.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580; 4.中國(guó)石化 勝利油田分公司 物探研究院，山東 東營(yíng) 257022]

以渤海灣盆地東營(yíng)凹陷古近系沙河街組三段下亞段泥頁(yè)巖為研究對(duì)象，通過(guò)厘米級(jí)巖心觀察描述、巖石薄片鑒定、X-射線衍射分析等，分析泥頁(yè)巖基本沉積特征，劃分巖相及微相類型，分析半深湖-深湖沉積微相平面和垂向分布特征。綜合掃描電鏡觀察、激光共聚焦顯微鏡觀察以及低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)等，對(duì)儲(chǔ)層的孔隙和裂縫成因、類型、形貌、孔徑及孔隙分布等特征進(jìn)行綜合表征。結(jié)果表明，東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖礦物類型多樣，以往作為優(yōu)質(zhì)烴源巖的細(xì)粒沉積巖，其實(shí)大部分屬于碳酸鹽巖范疇;儲(chǔ)層孔隙、裂縫類型多樣，孔隙存在多尺度性、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。不同微相的泥頁(yè)巖儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)特征存在差異,沉積微相對(duì)儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)的控制作用主要表現(xiàn)在對(duì)儲(chǔ)層礦物組成和組構(gòu)、有機(jī)質(zhì)的沉積和保存條件的控制，進(jìn)而影響了孔隙類型及孔隙結(jié)構(gòu)。平闊半深湖微相發(fā)育的泥頁(yè)巖儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)含量較高，脆性礦物以方解石為主,孔隙和裂縫類型多樣，孔隙連通性中等且孔隙的開(kāi)放性較好,可視為頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)有利相帶區(qū)。

孔隙；儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)；沉積微相；泥頁(yè)巖；東營(yíng)凹陷；渤海灣盆地

細(xì)粒沉積的概念最早由Krumbein在1932年研究巖石粒度分析中提出。80多年過(guò)去了，對(duì)于細(xì)粒沉積的研究經(jīng)歷了較漫長(zhǎng)的過(guò)程，數(shù)量巨大的細(xì)粒物質(zhì)愈發(fā)引起人們的重視。傳統(tǒng)粗碎屑儲(chǔ)層的研究在儲(chǔ)集空間及成因機(jī)理等方面已經(jīng)較為成熟[1]，泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的研究起步較晚，成為近幾年非常規(guī)油氣研究中的一個(gè)熱點(diǎn)[2-3]。作為源儲(chǔ)一體，細(xì)粒沉積具有特殊性。大量研究人員已在細(xì)粒沉積巖的礦物巖石學(xué)[1]、頁(yè)巖油形成機(jī)制[2-6]、巖石相分類[3,7-16]、沉積環(huán)境[16-17]及儲(chǔ)層基本特征[18-22]等方面做了積極有益的探討。對(duì)儲(chǔ)層的研究又集中在儲(chǔ)層孔隙類型分類[19-22]及微觀結(jié)構(gòu)[23-25]等方面。張林曄等[26]認(rèn)為東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖儲(chǔ)層碳酸鹽礦物含量及有機(jī)質(zhì)含量較高，有利于裂縫的形成；久凱[21]、張順[25]等認(rèn)為湖相深水泥頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型多樣，微觀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。在孔隙微觀結(jié)構(gòu)研究的方法技術(shù)上，目前常用的主要有壓汞法、氬離子拋光技術(shù)、掃描電鏡觀察技術(shù)及低溫氮?dú)馕降萚2,4,25-27]。相比傳統(tǒng)壓汞法，氣體吸附法在表征孔結(jié)構(gòu)時(shí)更能得到微觀結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)信息和總體特征，但在陸相頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層的研究中應(yīng)用還不夠充分?？傮w上看，關(guān)于陸相泥頁(yè)巖的沉積微環(huán)境研究還處于探討階段[16]。針對(duì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的研究多集中于海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，研究?jī)?nèi)容也多以儲(chǔ)層基本特征的多手段表征為主，沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)控制作用不夠明確。

沉積(微)環(huán)境和儲(chǔ)層特征研究是頁(yè)巖油勘探的重要基礎(chǔ)，而沉積微相是沉積微環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn)，是形成有效儲(chǔ)層的前提和基礎(chǔ)[1]。只有將兩者相結(jié)合，尋找微相與儲(chǔ)層基本特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析微相對(duì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層物性、孔隙(裂縫)類型和孔隙結(jié)構(gòu)等的控制作用，才能有效地指導(dǎo)湖盆沉積中心的頁(yè)巖油氣勘探。渤海灣盆地東營(yíng)凹陷作為斷陷湖盆的典型代表，古近系經(jīng)歷了由孔店—沙四期(沙河街組四段沉積期)咸水湖相到沙三沉積期微咸水-淡水湖相，再到沙二段沉積期河流-三角洲相較完整的沉積旋回。沙四段中、晚期—沙三段時(shí)期是東營(yíng)凹陷強(qiáng)烈斷陷期，該沉積期湖盆水域?qū)捝?，形成了典型的半深?深湖沉積。本文在前人[22,25]研究基礎(chǔ)上，從東營(yíng)凹陷古近系沙河街組三段下亞段(沙三下亞段)泥頁(yè)巖沉積和儲(chǔ)層基本特征入手，系統(tǒng)研究沉積時(shí)期半深湖-深湖沉積微相對(duì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)特征的控制作用，這對(duì)目前尋找東營(yíng)凹陷頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)有利區(qū)帶工作有一定的指導(dǎo)意義。

1 泥頁(yè)巖巖石學(xué)特征

1.1 泥頁(yè)巖礦物組成特征

東營(yíng)凹陷古近系沙四中、晚期—沙三早期廣泛發(fā)育泥頁(yè)巖等細(xì)粒沉積，沙三下亞段沉積時(shí)，大部分地區(qū)處于深湖-半深湖環(huán)境，發(fā)育了深湖相油頁(yè)巖、深灰色泥巖、鈣質(zhì)泥巖和深水濁積扇沉積[16-17]。本次研究的樣品取自東營(yíng)凹陷西部專探頁(yè)巖油系統(tǒng)取心井利頁(yè)1、樊頁(yè)1及老井復(fù)查的樊119井沙三下亞段的泥頁(yè)巖。泥頁(yè)巖礦物成分主要為碳酸鹽、粘土礦物和長(zhǎng)英質(zhì)陸源碎屑礦物，碳酸鹽礦物以方解石為主，此外還含少量黃鐵礦、菱鐵礦等，幾乎不含鉀長(zhǎng)石，整體呈現(xiàn)出“礦物類型復(fù)雜、脆性礦物含量高”等特征(表1)。

圖1 東營(yíng)凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1 Structure units of the Dongying Sag

東營(yíng)凹陷西部構(gòu)造單元礦物含量/%粘土石英鉀長(zhǎng)石斜長(zhǎng)石方解石白云石黃鐵礦菱鐵礦博興洼陷6～5427001～34212702～187935～7230801～319800～164000～1020利津洼陷11～57340010～42260702～217600～6715002～7113470～83130～2073

鏡下觀察，東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖以定向組構(gòu)和雜亂組構(gòu)為主，紋層特征較顯著，主要是(富有機(jī)質(zhì))粘土層、方解石層以及很少量的白云石紋層構(gòu)成。最常見(jiàn)的紋層疊置方式是方解石紋層與粘土礦物或以粘土礦物為主的紋層在垂向上的疊置，韻律性或旋回性很強(qiáng)(表2)。方解石重結(jié)晶形成的紋層或夾層，與其互層的粘土層往往色深、質(zhì)純，有機(jī)質(zhì)含量也較高。細(xì)粉砂一般以分散狀、透鏡狀或局部富集狀產(chǎn)出，難以成層，以定向結(jié)構(gòu)為主。原生黃鐵礦一般呈星散狀分布于不同礦物紋層間。

總體上看，斷陷盆地深水細(xì)粒沉積巖在物質(zhì)組成和組構(gòu)等方面具有以下特征：礦物類型多樣，以往作為優(yōu)質(zhì)烴源巖的細(xì)粒沉積巖，其實(shí)大部分屬于碳酸鹽巖范疇；微觀非均質(zhì)性很強(qiáng)，一個(gè)視域常兼有多種沉積構(gòu)造類型；半深湖-深湖環(huán)境并不十分穩(wěn)定，夾雜的不穩(wěn)定沉積部分代表了事件沉積對(duì)細(xì)粒沉積物沉積微環(huán)境的影響。

1.2 巖相類型劃分

半深湖-深湖泥頁(yè)巖巖石類型復(fù)雜，包括錄井顯示的泥巖、頁(yè)巖、灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖以及灰?guī)r和白云巖等。東營(yíng)凹陷古近系湖相深水泥頁(yè)巖以深灰色和灰黑色為主，隨著方解石及長(zhǎng)英質(zhì)礦物的混入，顏色由深逐漸變淺,主要發(fā)育紋層狀構(gòu)造、頁(yè)狀構(gòu)造和塊狀構(gòu)造。隨著方解石重結(jié)晶作用的增強(qiáng)，方解石顏色變?yōu)榧儼咨?表2)。

“巖相”即一定沉積環(huán)境中形成的巖石類型及其組合，包含巖石類型、顏色、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造等信息，是沉積相的主要組成部分。綜合泥頁(yè)巖礦物巖石學(xué)特征和有機(jī)地化特征對(duì)泥頁(yè)巖進(jìn)行巖相類型劃分。東營(yíng)凹陷沙三下沉積期半深湖-深湖泥頁(yè)巖主要發(fā)育紋層狀灰?guī)r相、具方解石脈的灰?guī)r相、紋層狀細(xì)粉砂巖相、紋層狀粉砂質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相、紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相、塊狀細(xì)?；旌铣练e巖相、頁(yè)狀粘土巖相，可以按照有機(jī)質(zhì)含量(以TOC含量的2%和4%為界，劃分為含有機(jī)質(zhì)、中有機(jī)質(zhì)及富有機(jī)質(zhì))對(duì)巖相類型進(jìn)行細(xì)分。不同巖相類型的詳細(xì)特征見(jiàn)表2。

2 泥頁(yè)巖微觀結(jié)構(gòu)特征

儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)(儲(chǔ)集空間類型、大小、形貌和孔隙結(jié)構(gòu))是影響頁(yè)巖油氣產(chǎn)能的重要因素。通過(guò)巖心精細(xì)觀察、巖石薄片鑒定及掃描電鏡、激光共聚焦顯微鏡觀察分析，對(duì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)集空間(裂縫和孔隙)類型及形貌進(jìn)行研究，利用低溫氮?dú)馕椒▽?duì)孔隙比表面積、孔體積及孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。

2.1 孔隙(裂縫)類型

2.1.1 裂縫

1) 層間縫

東營(yíng)凹陷細(xì)粒沉積發(fā)育多套鈣質(zhì)紋層與泥質(zhì)紋層互層的沉積層偶，使得不同紋層間層理面成為潛在的裂縫發(fā)育區(qū)，在較小的作用力下即可形成微裂縫(圖2a)。通過(guò)巖石熒光薄片觀察，裂縫水平延伸較長(zhǎng)，開(kāi)度往往大于幾個(gè)微米(圖2b)。巖心出筒由于卸載作用導(dǎo)致大量人工誘導(dǎo)水平縫發(fā)育，造成巖心上層間縫大量發(fā)育且開(kāi)度較大。

2) 異常壓力縫

按照異常高壓成因又可分為欠壓實(shí)超壓裂縫和生烴超壓裂縫。裂縫形態(tài)以高角度縫或近垂直縫為主，超壓縫的縫面不平直，多呈微鋸齒狀以及彎曲短線狀分布(圖2c)。長(zhǎng)度多集中在0.2～5 cm，一般不成組系出現(xiàn)，開(kāi)度小于2 mm，部分被瀝青質(zhì)充填。與構(gòu)造縫相比，裂縫錯(cuò)斷紋層現(xiàn)象不明顯(圖2c，d)。在同一熱演化條件下，有機(jī)質(zhì)豐度高的樣品生烴增壓作用明顯，異常壓力縫相對(duì)發(fā)育。

3) 微裂縫

掃描電鏡下可見(jiàn)基質(zhì)中大量的微小孔縫，一般為毫米級(jí)或微米級(jí)(圖2h，i)。這些微裂縫是連接宏觀裂縫與微觀孔隙的橋梁，隨機(jī)分布的微裂縫和微孔隙，在外力作用下擴(kuò)展、合并、溝通可形成宏觀裂縫。

表2 東營(yíng)凹陷沙三下亞段泥頁(yè)巖宏觀和微觀特征

Table 2 Macroscopic and microscopic features of shale samples from the lower third member of the Shahejie Formation in the Dongying Sag

2.1.2 無(wú)機(jī)成因孔

1) 粒間孔

主要指石英和長(zhǎng)石顆粒之間的孔隙，沉積作用和后期成巖改造作用等均可形成，孔隙形態(tài)多樣，與礦物組成關(guān)系密切，以多角形、三角形和線形居多(圖2e,f)。

2) 礦物晶間孔

包括粘土礦物晶間孔以及黃鐵礦晶間孔。粘土礦物晶間孔主要是在伊蒙混層中發(fā)育，多呈線形分布于絮狀粘土礦物集合體中，孔徑多位于幾納米到幾百納米(圖2j)。水體分層缺氧環(huán)境下的同生黃鐵礦粒度一般小于0.1 mm，呈星點(diǎn)狀或密集球狀分布[34]，而成巖期形成的黃鐵礦表面一般均勻、光亮，黃鐵礦晶間孔主要指密集成團(tuán)塊狀的黃鐵礦晶體之間的微孔隙(圖2l)。

圖2 東營(yíng)凹陷古近系泥頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙、裂縫類型及形貌Fig.2 Types and morphology of pores and fissures in the Palaeogene shale reservoirs,the Dongying Saga.紋層狀灰?guī)r發(fā)育層間縫和異常高壓縫，樊頁(yè)1井，埋深3 362.10 m；b.掃描電鏡下觀察層間縫，牛頁(yè)1井，埋深3 466.35 m；c.熒光薄片照片，異常高壓縫，樊頁(yè)1井，埋深3 435.64 m；d.剪性構(gòu)造縫將紋層錯(cuò)斷，利頁(yè)1井，埋深3 594.60 m；e.不同礦物集合體之間孔縫，樊119井，埋深3 294.50 m；f.粒間孔，樊頁(yè)1井，埋深3 217.68 m；g.方解石重結(jié)晶晶間孔縫，利頁(yè)1井，埋深3 599.67 m；h,i.成巖收縮縫，樊頁(yè)1井，埋深3 217.68 m；j.氬離子拋光樣品掃描電鏡下觀察，粘土礦物晶間孔，埋深3 656.85 m；k.絲發(fā)狀伊利石，樊頁(yè)1井，埋深3 179.11 m；l.黃鐵礦晶間孔，樊頁(yè)1井，埋深3 139.32 m；m,n.氬離子拋光樣品掃描電鏡下觀察，有機(jī)質(zhì)生烴殘留孔，利頁(yè)1井，埋深3 644.04 m，3 644.55 m；o.氬離 子拋光樣品掃描電鏡下觀察，溶蝕孔隙，利頁(yè)1井，埋深3 617.58 m；p.溶蝕孔隙局部連通，利頁(yè)1井，埋深3 599.67 m

3) 重結(jié)晶晶間孔

2.1.3 有機(jī)成因孔

1) 有機(jī)質(zhì)孔

有機(jī)質(zhì)孔的界定范圍還存在爭(zhēng)議，對(duì)于生物化石少、成熟度較低且以富集液態(tài)烴類為主的泥頁(yè)巖而言，有機(jī)質(zhì)孔主要是有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中形成的近長(zhǎng)橢圓狀的孔隙(圖2m,n)，因此稱之為有機(jī)質(zhì)生烴殘留孔更為確切，在有機(jī)質(zhì)富集層(或富有機(jī)質(zhì)粘土層、混合層)中集中發(fā)育。從發(fā)育豐度角度，東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)孔隙并不占優(yōu)。

2) 溶蝕孔

溶蝕孔是生烴和有機(jī)酸溶蝕共同作用的結(jié)果，與有機(jī)質(zhì)演化及粘土礦物轉(zhuǎn)化關(guān)系密切。在掃描電鏡下極易辨認(rèn)，多呈蜂窩狀或星散狀分布于礦物表面以及粘土礦物內(nèi)部(圖2o)，孔徑多集中在1～2.5 μm，最大可達(dá)5 μm。相較于其他孔隙類型，溶蝕孔的分布較為孤立，連通性較差，當(dāng)微裂縫大量發(fā)育時(shí)，孔隙之間局部連通(圖2p)。

2.2 孔隙微觀結(jié)構(gòu)

2.2.1 孔隙的孔徑、比表面積和孔體積

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)村加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，可以發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)金融服務(wù)，推動(dòng)金融服務(wù)新業(yè)態(tài)，整合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息，發(fā)展農(nóng)村互聯(lián)網(wǎng)金融，減少傳統(tǒng)金融模式的時(shí)空局限，推動(dòng)農(nóng)村金融模式的創(chuàng)新；順應(yīng)移動(dòng)支付發(fā)展趨勢(shì)，在農(nóng)村地區(qū)的金融機(jī)構(gòu)推出移動(dòng)支付產(chǎn)品和服務(wù)，以解決農(nóng)村金融網(wǎng)點(diǎn)太少的問(wèn)題［6］。

低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)主要是測(cè)量頁(yè)巖油儲(chǔ)集空間中微-介孔的比表面積及孔體積，這些小于50nm的孔隙大小與氮?dú)獾奈綑C(jī)理具有對(duì)應(yīng)性[27-30](表3)。

表3 東營(yíng)凹陷沙三下泥頁(yè)巖液氮吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)BET等溫吸附方程測(cè)定，研究區(qū)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的比表面積在1.718～23.41 m2/g，主要集中在4～9 m2/g。小于10 nm的微孔和介孔對(duì)比表面積貢獻(xiàn)最大?？紫扼w積為0.008～0.03 mL/g，平均為0.012 7 mL/g，微孔體積百分比較大，介于38%～54%。其次是介孔。根據(jù)7個(gè)樣品點(diǎn)各自的總孔體積與比表面積數(shù)據(jù)繪制散點(diǎn)圖，擬合線性關(guān)系為0.896，說(shuō)明微-介孔范圍內(nèi)的孔隙的比表面積和孔體積二者具有較好的正相關(guān)關(guān)系，微-介孔范圍內(nèi)的孔隙體積隨比表面積的增大而增大。

2.2.2 孔隙形狀特征及連通性

頁(yè)巖油儲(chǔ)層中微米級(jí)孔隙的形貌及連通性可通過(guò)薄片及掃描電鏡觀察進(jìn)行研究，而對(duì)于納米級(jí)別的孔隙(主要集中在2～50 nm)還需要對(duì)氮?dú)馕郊岸趸嘉降葴鼐€的形狀進(jìn)行分析[28-29]?？紤]到頁(yè)巖油分子直徑較大以及流動(dòng)的特殊性[30]，應(yīng)主要采用低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)分析大于2 nm孔隙的形狀及連通性。

如圖3所示，研究區(qū)泥頁(yè)巖樣品的液氮吸附-脫附曲線總體上具有以下特點(diǎn)。①樣品的吸附等溫線總體上呈不明顯的反“S”型，不同沉積微環(huán)境的巖相樣品曲線形態(tài)存在差異，部分樣品未出現(xiàn)吸附飽和狀態(tài)，表明樣品中存在較大的孔隙；②吸附脫附曲線都隨相對(duì)壓力增高而緩慢上升，在相對(duì)壓力接近1時(shí)，吸附脫附曲線上升速度加快；③在較高的相對(duì)壓力處(0.4～1.0)，泥頁(yè)巖樣品的吸附曲線和解吸曲線不重合，產(chǎn)生吸附滯后回線；④在相對(duì)壓力接近0.5時(shí)，脫附曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，使脫附曲線幾乎陡直下降。

結(jié)合掃描電鏡觀察，通過(guò)脫附回線(滯后回線及滯后環(huán)的形狀)分析可進(jìn)行泥頁(yè)巖孔隙形態(tài)及聯(lián)通性分析?？傮w上看，東營(yíng)凹陷古近系細(xì)粒沉積儲(chǔ)層的孔隙多尺度性特征顯著?？卓p形態(tài)復(fù)雜，多為圓柱形孔、四端開(kāi)口的平行板狀孔及墨水瓶狀孔，少量一端封閉的平行板狀孔或尖劈形孔。多數(shù)孔隙呈開(kāi)放狀態(tài)，這與氬離子拋光的介質(zhì)孔中直徑較大的孔隙開(kāi)放程度較高(圖2e,f)相一致，孔隙之間具有一定的連通性(圖2e—g，k)。具體到孔隙類型，納米級(jí)溶蝕孔多發(fā)育于易溶礦物(主要是方解石)表面，僅在少量孔隙圖像具有一定景深，表明孔隙連通性很差。干酪根收縮等形成的有機(jī)質(zhì)孔多成孤立分布，連通性差。方解石重結(jié)晶成因的晶間孔連通性中等到好，多與成巖成因的微裂縫或者生烴成因的異常高壓縫形成網(wǎng)絡(luò)狀的儲(chǔ)集空間組合，大大改善了儲(chǔ)集空間的連通性能。

3 沉積微相類型及其對(duì)儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)的控制作用

3.1 沉積微相類型及特征

從巖心觀察描述入手，在骨架砂體沉積相控制下，將細(xì)粒沉積巖(即廣義的泥頁(yè)巖)蘊(yùn)含的巖石類型、沉積構(gòu)造特征、古生物化石等作為相標(biāo)志和重要基礎(chǔ)，綜合控制細(xì)粒沉積巖發(fā)育的水動(dòng)力條件、古湖盆底形及事件沉積[16,31-37]等因素，對(duì)半深湖、深湖相進(jìn)行微相的劃分和厘定，將東營(yíng)凹陷西部沙三下半深湖、深湖沉積相劃分為平闊半深湖微相、水下隆起半深湖微相、深湖微相、濁積周緣微相、近岸水下扇前緣微相等(圖4)。

深湖相區(qū)是湖泊(也是盆地)的沉積中心，巖性橫向分布穩(wěn)定、沉積厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高，是陸相盆地中最有力的生油相帶，半深湖與深湖難于嚴(yán)格區(qū)分，可將其作為整體，水體最深處命名為深湖微相。濁積周緣微相和近岸水下扇微相分別為毗鄰濁積巖周緣、近岸水下扇前緣區(qū)域的細(xì)粒沉積，是物源區(qū)與深水區(qū)的過(guò)渡，依據(jù)所毗鄰的骨架砂體類型進(jìn)行區(qū)分，在細(xì)粒物質(zhì)的類型及粒徑大小方面都存在明顯差異。水下隆起半深湖微相和平闊半深湖微相是半深湖-深湖中面積最大的細(xì)粒沉積相區(qū)，主要是通過(guò)古湖盆底形進(jìn)行區(qū)別。各微相類型的平面展布情況如圖4所示，本文重點(diǎn)分析細(xì)粒沉積發(fā)育的平闊半深湖、水下隆起半深湖、深湖、濁積周緣等4個(gè)微相，各微相基本特征如表4所示。

不同微環(huán)境形成的泥頁(yè)巖，由于受物源、湖盆底部起伏形態(tài)、水體深度及性質(zhì)、水動(dòng)力條件等因素影響，細(xì)粒物質(zhì)的原始混合堆積方式及成巖作用等存在差異，正是這些因素(或相標(biāo)志)的差異造成了泥頁(yè)巖儲(chǔ)層在垂向和平面的非均質(zhì)性。受沉積微相控制的主要礦物含量及有機(jī)碳分布會(huì)直接影響孔隙的成因類型(原生沉積型和成巖后生改造型)及發(fā)育程度。從上述影響因素的角度，系統(tǒng)分析半深湖-深湖沉積微環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)特征的控制作用，嘗試建立微相與儲(chǔ)層微觀特征之間的聯(lián)系。

3.2 沉積微相對(duì)儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)的控制作用

3.2.1 深湖(洼)微相

一般來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)水流速度逐漸降低時(shí)，水中所攜帶的各種有機(jī)、無(wú)機(jī)顆粒才能由粗到細(xì)逐步沉積。以顆粒形式存在的有機(jī)質(zhì)，由于密度較低，易于搬運(yùn)而難以沉積，僅當(dāng)水流速度相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，有機(jī)碎屑才能與細(xì)小的粘土礦物一起沉積。礦物顆粒的吸附作用可能是沉積有機(jī)質(zhì)聚集的主要原因，總體上有機(jī)質(zhì)與碎屑粒徑、水動(dòng)力強(qiáng)度、水流速度成反比。深湖微相細(xì)粒沉積物質(zhì)免受水動(dòng)力的影響。因此，泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)層和粘土層往往混合產(chǎn)出、難區(qū)分，加之位于洼陷中心(圖4)，對(duì)應(yīng)異常高壓空間分布的高值區(qū)，有利于孔隙(特別是有機(jī)質(zhì)孔)的保存。

圖4 東營(yíng)凹陷西部沙三下細(xì)粒沉積巖沉積微相Fig.4 Sedimentary microfacies of the fine grained sedimentary rocks in the lower third member of the Shahejie Formation in the Dongying Sag

基本特征平闊半深湖微相水下隆起半深湖微相深湖微相濁積周緣微相水動(dòng)力條件弱-較弱較弱-中弱-近靜水較強(qiáng)-中等，多變古地貌較深、平坦、廣闊帶狀、丘狀水下局部微隆起水體最深處濁積巖周緣的水下斜坡巖石類型灰質(zhì)泥巖、泥巖和泥灰?guī)r泥質(zhì)粉砂、粉砂、灰質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r灰黑色泥巖、泥灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖巖相類型紋層狀灰?guī)r、夾層狀灰?guī)r及少量頁(yè)狀粘土巖粉砂巖、紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖灰黑色頁(yè)狀粘土巖、夾層狀灰?guī)r塊狀細(xì)?；旌铣练e巖、紋層狀灰?guī)r有機(jī)質(zhì)豐度總體較高(21%～708%，集中在223～42%)中-低(集中在121%～354%)高(20%～60%，最高867%)低-中(集中在04%～22%)細(xì)粒物質(zhì)的混合方式紋層疊置、灰-泥均一混合紋層疊置、灰、泥、砂均一混合紋層疊置混合遞變層理混合、不均勻團(tuán)塊狀混合、紋層疊置混合成巖作用類型壓實(shí)、膠結(jié)作用、粘土礦物收縮作用、溶蝕作用、方解石的重結(jié)晶作用壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和少量的交代作用壓實(shí)作用、溶蝕作用壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用儲(chǔ)集空間類型層間微縫、異常高壓縫及構(gòu)造縫；粘土礦物晶間孔、方解石重結(jié)晶晶間孔及溶蝕孔少量異常高壓縫和構(gòu)造縫；粒間孔及溶蝕孔層間頁(yè)理縫；粘土礦物晶間孔構(gòu)造縫、層間縫；方解石重結(jié)晶晶間孔及溶蝕孔

深湖微相粘土礦物中較高的伊利石及伊蒙混層礦物含量本身就是層間微孔縫、溶蝕孔極大比表面積的重要貢獻(xiàn)者，粘土層中發(fā)育粘土礦物晶間孔及溶蝕孔，孔隙形態(tài)多為一端封閉的圓筒狀孔?？紫兜倪B通性中等，粘土礦物晶間孔隙常為彎曲、斷續(xù)狀，與紋層界面近于平行，連通性一般，尺寸一般小于1.3 μm?？紫抖绕骄鶠?.9%。成巖形成的夾層狀灰?guī)r相在縱向上往往與灰黑色頁(yè)狀粘土巖相伴生[14]，因此從沉積環(huán)境角度，這種脈狀的方解石是深湖微相的產(chǎn)物，層間頁(yè)理縫較發(fā)育(多數(shù)可能是巖心出筒后應(yīng)力卸載導(dǎo)致)，主體水平，角度多集中在0～2°，開(kāi)度多介于0.01～0.30 mm。方解石重結(jié)晶晶間孔十分發(fā)育，孔徑最大可達(dá)100 μm，與層間縫及少量異常高壓縫連通性較好。對(duì)夾層狀灰?guī)r脫附曲線與吸附曲線進(jìn)行分析(圖3)，在接近飽和蒸汽壓時(shí)才發(fā)生明顯的氮?dú)饩奂?，吸附曲線上升陡直，上升速率大，反映了孔隙結(jié)構(gòu)為四周開(kāi)放的平行板狀狹縫型孔隙，孔隙大小從微孔到大孔均較發(fā)育，連通性較好，孔隙度平均為8%。

3.2.2 平闊半深湖微相

平闊半深湖微相水動(dòng)力稍強(qiáng)于深湖微相，湖盆流體以底流最為顯著(也可見(jiàn)少量濁流標(biāo)志)，湖盆深處的底流作用往往受斜坡區(qū)的底流或滑塌作用影響，因而才形成了(細(xì))粉砂質(zhì)夾層，且往往具有周期性，這在樊頁(yè)1井巖心觀察中常見(jiàn)。陸源有機(jī)質(zhì)對(duì)平闊半深湖微相有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)有限，總體上有機(jī)質(zhì)以產(chǎn)烴能力較強(qiáng)的水體生物的貢獻(xiàn)為主，湖水鈣質(zhì)來(lái)源豐富，鈣質(zhì)生物特別是在藻類大量發(fā)育的條件下可形成富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖(如美國(guó)綠河組頁(yè)巖)，微環(huán)境較有利于有機(jī)質(zhì)的保存。有機(jī)質(zhì)豐度方面，盆地北部和南部仍然存在差異，凹陷北部利津洼陷平闊半深湖區(qū)有機(jī)質(zhì)含量高于南部博興洼陷，主要集中在2.23%～4.2%。

平闊半深湖微相發(fā)育的巖石類型多樣，以泥質(zhì)灰?guī)r為主(表4)，富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰?guī)r相為平闊半深湖微相發(fā)育的典型巖相類型[16]，紋層極為發(fā)育，不同礦物成分的紋層以層偶形式產(chǎn)出。單個(gè)紋層灰質(zhì)或粘土越純，紋層間越容易形成層間微縫，從而實(shí)現(xiàn)孔縫溝通，因此層間縫最為發(fā)育，主體近水平，角度多集中在0～5°，開(kāi)度多介于0.01～0.5 mm，線密度為10～35條/m；次為異常高壓縫及中、低角度的構(gòu)造縫，以樊頁(yè)1井沙三下亞段中部樣品為例，異常高壓縫角度為25°～85°，開(kāi)度最小為0.001 mm，最大可達(dá)2 mm，線密度集中在2～5條/m；在粘土紋層和方解石紋層內(nèi)部，孔隙類型以粘土礦物晶間孔、溶蝕孔為主，且溶蝕孔多發(fā)于在方解石(或白云石)晶體邊緣及內(nèi)部，孔徑較大，為2.5～5 μm；掃描電鏡下可觀察團(tuán)塊狀、層狀黃鐵礦內(nèi)部的晶間孔，孔隙大小為1～2 μm。此外，絮狀粘土礦物中的開(kāi)放孔隙，與紋層界面近于平行。如圖4所示，紋層狀灰?guī)r樣品吸脫附曲線的滯回環(huán)寬大，吸附曲線變化緩慢，脫附曲線明顯，在中等相對(duì)壓力處表現(xiàn)為陡直下降且脫附曲線比吸附曲線陡峭，反映了“廣體細(xì)徑”的墨水瓶形等無(wú)定形孔隙；微孔較發(fā)育曲線分離段的坡度接近平行，表明介質(zhì)孔中直徑較大的孔隙開(kāi)放程度相對(duì)較高。總體上平闊半深湖微相發(fā)育的泥頁(yè)巖儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)含量較高，巖石類型多樣，脆性礦物以方解石為主。孔隙、裂縫類型多樣，孔隙連通性中等，開(kāi)放性較好。對(duì)樊頁(yè)1井沙三下紋層發(fā)育的泥質(zhì)灰?guī)r樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，孔隙度集中在6.7%～11.5%。

圖5 東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖沉積模式Fig.5 Depositional mode of the shale in the Dongying Sag

3.2.3 水下隆起半深湖微相

相較于深湖微相和平闊半深湖微相，水下隆起半深湖微相發(fā)育的范圍有限，水體相對(duì)較淺，水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)，湖盆流體類型較為多樣，因此長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量相對(duì)較高且兼有分散狀和順層分布的特點(diǎn)。塊狀的細(xì)?；旌蠋r中可見(jiàn)破碎的植物莖和不完整葉片化石，而由于有機(jī)質(zhì)的保存條件欠佳，TOC含量低到中等。該微相發(fā)育的細(xì)粒沉積巖垂向上不同礦物層的疊置規(guī)律并不明顯，紋層界限不清晰，在裂縫的發(fā)育類型和規(guī)模上均不如平闊半深湖微相中發(fā)育的紋層狀灰?guī)r。

紋層狀細(xì)?；旌铣练e巖相是水下隆起半深湖微相發(fā)育的典型巖相類型，礦物總體顯定向結(jié)構(gòu)，層間微縫雖然局部發(fā)育但數(shù)量有限，裂縫線密度小于3條/m，寬度多為微米級(jí)，多數(shù)僅在掃描電鏡下可觀測(cè)，且由于微米級(jí)灰泥透鏡體的斷續(xù)排列，不同礦物集合體之間(尤其是灰泥透鏡體與其他礦物集合體)的微裂縫通常延伸較短，異常高壓縫總體上欠發(fā)育。構(gòu)造縫線密度1.2條/m，裂縫開(kāi)度可達(dá)數(shù)毫米，縫內(nèi)部分充填方解石。作為半深湖與深湖的邊緣相沉積，湖盆流體具有交互性和多樣性，長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量相對(duì)較高且兼有分散狀和順層分布的特點(diǎn)，極少富集成層或砂質(zhì)團(tuán)塊，因此順紋層發(fā)育石英顆粒間微米級(jí)的粒間孔，但孔徑較小，連通性一般。粘土礦物多與長(zhǎng)英質(zhì)礦物、炭屑及星散狀黃鐵礦較均勻混合，略顯定向結(jié)構(gòu)，分布于灰泥透鏡體之間，掃描電鏡下可見(jiàn)溶蝕孔(縫)。有機(jī)質(zhì)成層性差，豐度較低，集中在1.21%～3.54%，幾乎不見(jiàn)有機(jī)質(zhì)演化孔。此外，可見(jiàn)介形蟲(chóng)內(nèi)溶蝕孔隙，少量孔隙被油充填。盡管有大孔徑的孔隙存在，但并不占優(yōu)勢(shì)，孔隙多尺度性特征不明顯。介孔開(kāi)放性較好，大孔開(kāi)放性則較差，孔隙(縫)連通性一般。

3.2.4 濁積周緣微相

東營(yíng)凹陷靠近北部陡坡帶，扇三角洲前緣滑塌等作用形成的濁積體在半深湖-深湖區(qū)呈串珠狀分布，由于毗鄰濁積骨架砂體，濁積周緣微相水動(dòng)力條件較強(qiáng)，濁流是控制細(xì)粒物質(zhì)混合沉積的最主要流體類型。濁流對(duì)細(xì)粒物質(zhì)的搬運(yùn)、沉積、改造有著十分重要的作用[31-33]。濁流通過(guò)懸浮作用搬運(yùn)細(xì)粒砂質(zhì)和泥質(zhì)，上部表現(xiàn)為漸變接觸；分選較差，通常富含泥質(zhì)沉積，孔隙度和滲透率都較低。粉砂級(jí)石英顆粒的大量存在，較好的保存了粒間孔隙。泥級(jí)石英和長(zhǎng)石的存在，增強(qiáng)了細(xì)粒沉積巖的脆性，有利于裂縫的發(fā)育?？傮w上，毗鄰骨架砂體的細(xì)粒沉積巖發(fā)育段，粉砂常呈條帶狀、團(tuán)塊狀或厚層狀產(chǎn)出，極容易儲(chǔ)集油氣，牛876井及牛872井巖心觀察中可見(jiàn)油浸粉砂巖夾于暗色泥巖中。

由于水體深度較小，加之風(fēng)暴等事件沉積影響[37]，有機(jī)質(zhì)含量普遍較低，泥、微晶方解石含量較高，往往還發(fā)育塊狀細(xì)粒混合沉積巖。由于水體分層作用不明顯，多數(shù)細(xì)粒沉積物快速懸浮沉降，混合方式以較均一的混合為主，成層性特征不顯著，因此幾乎不存在較純凈的碳酸鹽層或陸源碎屑層，層間縫不發(fā)育。埋深總體小于3 200 m，異常高壓縫欠發(fā)育。總體致密，儲(chǔ)集空間類型以基質(zhì)孔隙為主，以泥晶方解石晶間微孔、粘土礦物晶間孔、黃鐵礦晶間孔(圖2f)以及長(zhǎng)英質(zhì)礦物顆粒的粒間孔最為常見(jiàn)，長(zhǎng)英質(zhì)礦物粒間孔徑約30 μm，除粒間孔外，孔隙(微裂縫)連通性較差?？紫抖茸兓秶^大，集中在3.5%～9.4%，細(xì)粒物質(zhì)混合充分的塊狀樣品孔隙度普遍較小，粉砂含量較高的泥頁(yè)巖孔隙度可達(dá)12%。

綜上，礦物組成、組構(gòu)及有機(jī)質(zhì)豐度反映了細(xì)粒沉積巖的沉積微環(huán)境，是沉積微相對(duì)儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)控制作用的最直接表現(xiàn)。沉積微環(huán)境不僅控制了泥頁(yè)巖中主要礦物顆粒的類型、分布和含量，而且影響了有機(jī)質(zhì)豐度、分布及后生成巖改造等，進(jìn)而控制了泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的微觀結(jié)構(gòu)特征。結(jié)合儲(chǔ)集空間類型、豐度、孔隙結(jié)構(gòu)及有機(jī)質(zhì)豐度等，平闊半深湖微相可視為有利相帶區(qū)。

4 結(jié)論

1) 東營(yíng)凹陷古近系半深湖-深湖泥頁(yè)巖礦物組成復(fù)雜、巖石類型多樣，儲(chǔ)層非均質(zhì)性很強(qiáng)。泥頁(yè)巖中碳酸鹽礦物以方解石為主，以往作為優(yōu)質(zhì)烴源巖的細(xì)粒沉積巖，其實(shí)大部分屬于碳酸鹽巖范疇。除了古地貌、水動(dòng)力條件外，湖盆流體、黃鐵礦以及古生物化石等不僅可以作為微相劃分的標(biāo)志，還控制了泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的發(fā)育。

2) 儲(chǔ)集空間類型主要有層間縫、異常壓力縫、構(gòu)造縫、成巖收縮縫、粒間孔、溶蝕孔、粘土礦物晶間孔、方解石重結(jié)晶晶間孔以及少量有機(jī)質(zhì)演化孔等類型；微裂縫的存在溝通了孔隙，增大了儲(chǔ)層的孔滲性能?？紫督Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲(chǔ)集層內(nèi)孔徑具有多尺度性，孔隙的比表面積和孔體積二者具有較好的正相關(guān)關(guān)系；孔隙形態(tài)多為兩端開(kāi)口的圓筒狀孔、平行板狀孔及墨水瓶狀孔，少量一端封閉的平行板狀孔或尖劈形孔；開(kāi)放孔較小，但所占比例較大。不同微相發(fā)育的泥頁(yè)巖儲(chǔ)層在微觀結(jié)構(gòu)特征上存在差異。

3) 受湖盆流體、距離物源遠(yuǎn)近、水動(dòng)力強(qiáng)弱和水深等因素影響，不同微相在礦物的組成上存在差異，這些礦物以不同方式及不同比例混合形成不同的巖石及巖相類型，控制了細(xì)粒沉積巖不同成因類型(尤其是原生沉積型孔隙)及不同大小孔隙的發(fā)育；不同微相類型有機(jī)質(zhì)富集程度不同，對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力及碳酸鹽結(jié)晶形態(tài)均有影響，與細(xì)粒沉積巖中較大孔隙的發(fā)育程度具有良好的相關(guān)性，并進(jìn)一步造成孔隙結(jié)構(gòu)特征等方面的差異；平闊半深湖微相可視為可能的有利相帶。

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(編輯 張玉銀)

Controlling effect of fine-grained sedimentary microfacies upon the microstructure of shale oil reservoirs in the Dongying Sag,Bohai Bay Basin

Zhang Shun1,2,Wang Yongshi1,Liu Huimin1,Chen Shiyue3,Tan Mingyou4,Zhang Yunyin4,Hao Xuefeng1,Xie Zhonghuai1

(1. Exploration and Devlopment Research Institute,SINOPEC Shengli Oilfield Company，Dongying,Shandong 257022，China;2.WorkingStationforPostdoctors,SINOPECShengliOilfieldCompany，Dongying,Shandong257022,China；3.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao,Shandong266580，China;4.GeophysicalResearchInstitute,SINOPECShengliOilfieldCompany，Dongying,Shandong257022，China)

Shale samples from the lower third member of the Shahejie Formation of the Palaeogene in Dongying Sag were taken for a sedimentation characterization,a classification of lithologic facies and microfacies and an analysis of planar and vertical distributions of the shales of semi-deep and deep lacustrine facies through a centimeter-scale core description,thin section identification and X-ray diffraction analyses of the samples.Such means as observations of SEM images and laser confocal microscope and experiments of low-temperature nitrogen adsorption were also resorted to study the genesis,types,morphology,size and distribution of pores and fissures in the samples.The results show various types of minerals and the fine-grained sediments being regarded previously as high-quality source rocks are largely carbonates.It also indicates that there are various pore and fissure types and the pores are of multi-scales and have complicated structures.The shale reservoirs with different types of microfacies differ in micro-structures.The controlling effect of sedimentary microfacies upon the micro-structure of reservoirs is mainly displayed in compositions and fabric of minerals,and deposition and preservation of organic matters,which further affect the types and structures of pores.The shale reservoirs developed in flat and semi-deep lacustrine facies are found to contain high content of organic matters,various types of rocks and brittle minerals dominated by calcite.They also harbor pores and fissures of various types.With fairly connected open pores,the reservoirs are considered to be potential exploration targets in the sag.

pore,reservoir microscopic structure,microfacies,shale,Dongying Sag,Bohai Bay Basin

2016-07-12;

2016-08-09。

張順(1985—)，男，博士后，沉積學(xué)與儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。E-mail:satisfactoryshun@163.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372107)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2014CB239102)。

0253-9985(2016)06-0923-12

10.11743/ogg20160614

TE121.3

A