吳松濤 朱如凱 羅 忠 楊 智 姜曉華 林敏捷 蘇 玲

（ 1中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院；2國(guó)家能源致密油氣研發(fā)中心；3中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司油氣儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ）

0 引言

陸相頁(yè)巖油資源潛力大，已成為中國(guó)油氣勘探戰(zhàn)略性接替領(lǐng)域。初步評(píng)估結(jié)果表明，中國(guó)陸相頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量超145×108t[1-6]。近年來，通過持續(xù)開展以“甜點(diǎn)評(píng)價(jià)、水平井與體積壓裂”為核心的技術(shù)攻關(guān)，準(zhǔn)噶爾、鄂爾多斯、松遼、三塘湖、渤海灣等盆地陸相主力頁(yè)巖層系已取得一系列重要進(jìn)展[7-16]。準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組上、下甜點(diǎn)段井控資源規(guī)模超過10×108t，并設(shè)立了中國(guó)第一個(gè)國(guó)家級(jí)陸相頁(yè)巖油示范區(qū)[7]；鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段落實(shí)了3個(gè)頁(yè)巖油富集區(qū)帶，建成了以西233、莊183等為代表的多個(gè)試驗(yàn)區(qū)，發(fā)現(xiàn)了慶城陸相源內(nèi)大油田[11]；松遼盆地白堊系青山口組落實(shí)7個(gè)頁(yè)巖層系石油富集區(qū)帶，資源規(guī)模超過50×108t[12]；準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系風(fēng)城組、四川盆地侏羅系大安寨段、三塘湖盆地馬朗—條湖凹陷二疊系蘆草溝組等風(fēng)險(xiǎn)勘探取得重要突破[15-19]。此外，在渤海灣盆地，發(fā)現(xiàn)濟(jì)陽(yáng)坳陷的東營(yíng)凹陷、沾化凹陷，遼河坳陷西部凹陷雷家地區(qū)、大民屯凹陷，黃驊坳陷的滄東凹陷、歧口凹陷，以及冀中坳陷的束鹿凹陷等7個(gè)頁(yè)巖層系石油富集區(qū)帶；在柴達(dá)木盆地扎哈泉區(qū)塊新近系上干柴溝組、英西地區(qū)古近系下干柴溝組，以及二連盆地阿南凹陷古近系騰格里組一段等頁(yè)巖層系石油領(lǐng)域也取得較大進(jìn)展[4，10，20-21]。

紋層是沉積層理的最基本單位，是沉積物或沉積巖中肉眼可分辨的特色沉積結(jié)構(gòu)之一[22]，主體厚度小于1cm[23-25]。紋層結(jié)構(gòu)在陸相頁(yè)巖油層系中普遍發(fā)育，目前學(xué)術(shù)界與工業(yè)界對(duì)紋層結(jié)構(gòu)的研究主要集中在3個(gè)方面：紋層類型、紋層成因及紋層對(duì)巖石品質(zhì)的影響[26-32]。在紋層類型的劃分方面，礦物組成與有機(jī)質(zhì)豐度是最常見的劃分依據(jù)，其中黏土礦物紋層、長(zhǎng)英質(zhì)紋層、碳酸鹽紋層、有機(jī)質(zhì)紋層是最主要的紋層類型[26-27，30]，同時(shí)也涵蓋了具有特殊盆地屬性的紋層，如葸克來等[26]在長(zhǎng)7段頁(yè)巖中識(shí)別出的富凝灰質(zhì)紋層、李婷婷等[27]在青西凹陷下溝組識(shí)別出的硅質(zhì)紋層。除礦物組成外，紋層形態(tài)與粒度差異也是紋層結(jié)構(gòu)劃分的重要依據(jù)。例如，Campbell等[28]根據(jù)黑色細(xì)粒沉積組成單元的連續(xù)性、形狀和幾何形態(tài)，將紋層劃分為板狀、波狀和彎曲狀；Yawar等[29]根據(jù)粒度差異提出泥紋層和粉砂紋層。在紋層成因方面，已有研究主要從盆地演化及全球演化的尺度進(jìn)行了多層次探討。例如，鄢繼華等[31]從盆地演化的角度指出氣候變化和陸源碎屑供應(yīng)強(qiáng)度變化對(duì)滄東凹陷古近系孔二段混合沉積垂向上組合形式的影響；孫善勇等[32]從全球演化的尺度通過米蘭科維奇旋回預(yù)測(cè)東營(yíng)凹陷古近系沙四上亞段富有機(jī)質(zhì)紋層成因。

作為頁(yè)巖獨(dú)具特色的組構(gòu)特征，紋層結(jié)構(gòu)對(duì)烴源巖品質(zhì)、儲(chǔ)層品質(zhì)與工程品質(zhì)評(píng)價(jià)具有重要影響，包括有機(jī)質(zhì)豐度、巖石學(xué)和礦物學(xué)特征[33-35]，以及水平井體積壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律及壓裂效果[36-38]。目前已發(fā)表的研究對(duì)紋層結(jié)構(gòu)與有機(jī)質(zhì)豐度關(guān)系的關(guān)注較多，主要認(rèn)識(shí)包括：（1）泥質(zhì)紋層有機(jī)質(zhì)含量普遍高于粉砂質(zhì)紋層[27]；（2）不同礦物組分紋層、不同厚度紋層對(duì)應(yīng)的TOC具有明顯差異[22，35，39]?？傮w來看，目前研究較少關(guān)注紋層結(jié)構(gòu)對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)集性能的影響，特別是單一紋層對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)的影響。盡管有學(xué)者關(guān)注紋層結(jié)構(gòu)對(duì)水平方向及垂直方向滲透率的影響，但已有研究更多的是從巖相角度進(jìn)行探討確定優(yōu)勢(shì)層段[21]，不同湖盆細(xì)粒沉積體系發(fā)育的紋層結(jié)構(gòu)具有差異，直接影響了儲(chǔ)層品質(zhì)評(píng)價(jià)，并對(duì)“甜點(diǎn)區(qū)/段”的優(yōu)選造成影響。因此，急需開展不同地區(qū)細(xì)粒沉積體系紋層結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)影響的相關(guān)研究。

本文以中國(guó)中西部典型湖盆富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖——咸化湖盆富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組）和淡水—微咸水湖盆富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（鄂爾多斯盆地三疊系長(zhǎng)7段）為研究對(duì)象，通過有機(jī)地球化學(xué)分析、X-射線衍射分析、薄片鑒定和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察等手段，劃分紋層類型與紋層組合，研究不同紋層對(duì)應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)特征；探討紋層結(jié)構(gòu)對(duì)頁(yè)巖層系儲(chǔ)集性能與“甜點(diǎn)區(qū)/段”優(yōu)選的影響。相關(guān)研究認(rèn)識(shí)以期為中國(guó)陸相頁(yè)巖油規(guī)?？碧介_發(fā)提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支持。

1 不同頁(yè)巖紋層結(jié)構(gòu)與地球化學(xué)特征

1.1 準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組頁(yè)巖系統(tǒng)

作為咸化湖盆的典型代表，準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組發(fā)育4類紋層，包括碳酸鹽紋層、長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層、有機(jī)質(zhì)紋層與黏土礦物紋層（圖1）。蘆草溝組黏土礦物含量較低，主體低于20%[7，10，15，39-40]，因此黏土礦物紋層發(fā)育比例相對(duì)較低。長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層和碳酸鹽紋層是最主要的紋層類型（圖1a—c），黏土礦物以伊/蒙混層和綠泥石為主，具定向排列特征。長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與碳酸鹽紋層常呈互層發(fā)育，厚度主要為200μm～1mm，局部可達(dá)2mm；碳酸鹽紋層以白云石、方解石和鐵方解石為主（圖1c）。有機(jī)質(zhì)紋層主要與黏土礦物紋層伴生，在顯微鏡下呈薄紋層狀連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)分布于黏土礦物紋層之間（圖1b）。

根據(jù)縱向紋層厚度比例，蘆草溝組4類紋層主要構(gòu)成3種組合樣式，包括長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—碳酸鹽紋層組合（圖1a）、有機(jī)質(zhì)紋層—黏土礦物紋層組合（圖1b）、黏土礦物紋層—長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—碳酸鹽紋層組合（圖1c）。其中，在長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—碳酸鹽紋層組合中，可見少量黏土礦物紋層發(fā)育，但厚度與比例較小（圖1a）。

圖1 中國(guó)中西部不同類型湖盆頁(yè)巖典型紋層結(jié)構(gòu)顯微鏡照片F(xiàn)ig.1 Microscopic photos of typical laminar structure of shale in various types of lake basins in central-western China(a) 碳酸鹽紋層與長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層，見薄層黏土礦物紋層互層發(fā)育，蘆草溝組，J10022井；(b) 黏土礦物紋層與有機(jī)質(zhì)紋層共生，有機(jī)質(zhì)紋層呈薄紋層狀連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)分布于黏土礦物紋層之間，蘆草溝組，J10016井；(c) 黏土礦物紋層、碳酸鹽紋層與長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層，3類紋層厚度相當(dāng)，蘆草溝組，J10016井；(d) 黏土礦物紋層、長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與有機(jī)質(zhì)紋層，底部長(zhǎng)英質(zhì)紋層厚度較大，但向上厚度與比例均減小，見橢圓形磷灰石結(jié)核發(fā)育，長(zhǎng)7段，里147井；(e) 凝灰質(zhì)紋層、黏土礦物紋層、有機(jī)質(zhì)紋層與長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層，有機(jī)質(zhì)紋層與黏土礦物紋層共生，長(zhǎng)7段，里147井；(f) 黏土礦物紋層與長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層，未見有機(jī)質(zhì)紋層，長(zhǎng)7段，白522井。CML—黏土礦物紋層，QFL—長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層，OML—有機(jī)質(zhì)紋層，CDL—碳酸鹽紋層，TUL—凝灰質(zhì)紋層

從地球化學(xué)特征看，不同類型紋層具有明顯差異。從有機(jī)質(zhì)豐度看，有機(jī)質(zhì)紋層—黏土礦物紋層組合最高，TOC最高超過8%，平均為7.2%；長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—碳酸鹽紋層組合最低，TOC主體小于2%，平均僅為1.3%；黏土礦物紋層—長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—碳酸鹽紋層組合TOC主體為1.8%～3.6%，平均為2.8%（圖2a）。不同紋層游離烴含量（S1）與TOC呈相反特征，即長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—碳酸鹽紋層組合S1最高，而有機(jī)質(zhì)紋層—黏土礦物紋層組合S1最低（圖2b）。長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—碳酸鹽紋層組合S1主體為12～19mg/g，黏土礦物紋層—長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—碳酸鹽紋層組合S1主體為7～14mg/g，有機(jī)質(zhì)紋層—黏土礦物紋層組合S1主體小于4mg/g（圖2b）。

1.2 鄂爾多斯盆地三疊系長(zhǎng)7段頁(yè)巖系統(tǒng)

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁(yè)巖形成于淡水—微咸水湖盆背景[1，11，39，41]。顯微鏡研究表明，長(zhǎng)7段發(fā)育4類紋層，包括長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層、有機(jī)質(zhì)紋層、黏土礦物紋層和凝灰質(zhì)紋層，未見碳酸鹽紋層發(fā)育（圖1d—f）。長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層發(fā)育比例較低，粒度變化較大，從粗粉砂到細(xì)粉砂均有發(fā)育（圖1e、f）；黏土礦物紋層是最主要的類型，發(fā)育比例高，主要以伊/蒙混層為主，局部見綠泥石發(fā)育，內(nèi)部見大量黃鐵礦發(fā)育（圖1d、e）；長(zhǎng)7段有機(jī)質(zhì)紋層也與黏土礦物紋層共生，但與蘆草溝組相比，有機(jī)質(zhì)紋層的連續(xù)性、厚度與發(fā)育比例更高（圖1d、e）；凝灰質(zhì)紋層是長(zhǎng)7段特色的紋層類型，與有機(jī)質(zhì)紋層、黏土礦物紋層共生，在其內(nèi)部見大量火山灰蝕變及部分方解石膠結(jié)（圖1e）。

長(zhǎng)7段頁(yè)巖共發(fā)育3類紋層組合，包括黏土礦物紋層—長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—有機(jī)質(zhì)紋層組合（圖1d）、長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—凝灰質(zhì)紋層—有機(jī)質(zhì)紋層—黏土礦物紋層組合（圖1e）、長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—黏土礦物紋層組合（圖1f）。不同紋層組合有機(jī)地球化學(xué)特征具有明顯差異。總體來看，有機(jī)質(zhì)紋層越發(fā)育，對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)豐度越高。黏土礦物紋層—長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—有機(jī)質(zhì)紋層組合與長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—凝灰質(zhì)紋層—有機(jī)質(zhì)紋層—黏土礦物紋層組合有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC主體大于6%，最高超16%；長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—黏土礦物紋層組合有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)低，TOC主體小于8%（圖2c）。與蘆草溝組類似，長(zhǎng)7段頁(yè)巖S1與TOC呈相反的分布特征：長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—黏土礦物紋層組合游離烴含量最高，S1主體為8～12mg/g，最高可達(dá)14mg/g；黏土礦物紋層—長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—有機(jī)質(zhì)紋層與長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層—凝灰質(zhì)紋層—有機(jī)質(zhì)紋層—黏土礦物紋層的S1分別為2～11mg/g、1～7.5mg/g（圖2d）。

圖2 不同類型湖盆細(xì)粒沉積巖典型紋層結(jié)構(gòu)有機(jī)地球化學(xué)特征差異Fig.2 Differences of geochemical characteristics of typical laminar structures of fine-grained rocks in various types of lake basins

1.3 不同地區(qū)頁(yè)巖紋層結(jié)構(gòu)差異

綜合前文研究可知，蘆草溝組及長(zhǎng)7段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖系統(tǒng)紋層結(jié)構(gòu)具有差異，表明湖盆水體與沉積環(huán)境對(duì)紋層類型具有重要影響。從紋層類型看，從蘆草溝組到長(zhǎng)7段，沉積水體由咸化湖盆向淡水—微咸水湖盆轉(zhuǎn)變，鹽度逐漸降低，碳酸鹽紋層發(fā)育比例與規(guī)模減小，黏土礦物紋層發(fā)育的比例與規(guī)模增大（圖1）。長(zhǎng)7段凝灰質(zhì)紋層較為發(fā)育，與三疊紀(jì)末期火山活動(dòng)頻發(fā)密切相關(guān)[41]。從有機(jī)質(zhì)紋層的分布看，其主體與黏土礦物紋層共生。其中，長(zhǎng)7段有機(jī)質(zhì)紋層的連續(xù)性、厚度與規(guī)模明顯優(yōu)于蘆草溝組，這一方面與頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度直接相關(guān)，另一方面可能受熱演化成熟度影響。青山口組Ro主體大于1.0%，最高可達(dá)1.6%[12]，高于長(zhǎng)7段和蘆草溝組（Ro主體為0.7%～1.0%）[39]。較高的熱演化成熟度可能會(huì)導(dǎo)致更多的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而降低有機(jī)質(zhì)紋層發(fā)育的比例。

從不同紋層TOC與游離烴含量關(guān)系看，長(zhǎng)7段與蘆草溝組表現(xiàn)出相似的特征：黏土礦物紋層與有機(jī)質(zhì)紋層組合對(duì)應(yīng)的TOC高，但S1低；長(zhǎng)7段長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層組合與蘆草溝組碳酸鹽紋層組合對(duì)應(yīng)的TOC低，但S1高（圖2）。需要注意的是，差異性成熟度帶來的生烴演化與成巖作用的不同，也會(huì)導(dǎo)致紋層結(jié)構(gòu)的差異。因此，在進(jìn)行中國(guó)陸相頁(yè)巖紋層類型研究時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注水體鹽度、熱演化成熟度與成巖改造的影響。

2 紋層結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)層品質(zhì)關(guān)系

2.1 紋層結(jié)構(gòu)與孔隙結(jié)構(gòu)

2.1.1 準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組

除礦物組成與有機(jī)地球化學(xué)特征具有明顯差異外，不同紋層孔隙結(jié)構(gòu)也具有明顯不同。準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與碳酸鹽紋層孔隙發(fā)育程度較高（圖3a、b），黏土礦物紋層次之（圖3c、d），有機(jī)質(zhì)紋層孔隙最不發(fā)育（圖3e、f）。長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與碳酸鹽礦物紋層的孔隙類型以斜長(zhǎng)石粒間溶蝕孔、白云石粒間孔為主；部分斜長(zhǎng)石具有明顯的溶蝕特征，局部發(fā)育黑云母粒內(nèi)孔，孔隙直徑最大可達(dá)15～20μm（圖3b）。黏土礦物紋層的孔隙類型以伊/蒙混層粒內(nèi)孔為主，孔隙多但孔徑小，主體孔徑為50～200nm（圖3d）。在有機(jī)質(zhì)紋層中，有機(jī)質(zhì)主體連續(xù)分布在石英、斜長(zhǎng)石、白云石及黏土礦物之間，但孔隙極不發(fā)育（圖3e、f），這可能與蘆草溝組頁(yè)巖熱演化程度偏低有關(guān)。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組不同類型紋層孔隙結(jié)構(gòu)特征Fig.3 Pore structure characteristics of different types of laminae of Lucaogou Formation shale in Junggar Basin

2.1.2 鄂爾多斯盆地三疊系長(zhǎng)7段

與蘆草溝組相似，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁(yè)巖不同紋層的孔隙結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出極大的差異（圖4），長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層孔隙發(fā)育程度最高，其次為凝灰質(zhì)紋層和黏土礦物紋層，有機(jī)質(zhì)紋層孔隙發(fā)育程度最低。在長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層中，見鉀長(zhǎng)石溶蝕孔、斜長(zhǎng)石粒間孔、方解石溶蝕孔及高嶺石粒內(nèi)孔發(fā)育（圖4c），孔隙直徑（孔徑）主體超過500nm，部分孔隙直徑達(dá)10～20μm；黏土礦物紋層的孔隙類型以伊/蒙混層粒內(nèi)孔為主，見少量黑云母粒內(nèi)孔，孔隙多但孔徑小，主體孔徑為30～300nm（圖4e、g）；在有機(jī)質(zhì)紋層中，有機(jī)質(zhì)連續(xù)分布于黏土礦物之中，孔隙發(fā)育程度較低，見草莓狀黃鐵礦晶內(nèi)孔（圖4h）與少量有機(jī)質(zhì)孔（圖4i）。

圖4 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段不同類型紋層孔隙結(jié)構(gòu)特征Fig.4 Pore structure characteristics of different types of laminae of Chang 7 member shale in Ordos Basin

2.2 紋層結(jié)構(gòu)與石油賦存

紋層結(jié)構(gòu)在影響頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也會(huì)對(duì)石油的賦存狀態(tài)產(chǎn)生重要影響。在準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組，長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與碳酸鹽紋層石油發(fā)育比例明顯高于黏土礦物紋層及有機(jī)質(zhì)紋層（圖3）。在長(zhǎng)英質(zhì)紋層和碳酸鹽紋層中，石油主要賦存在白云石粒間孔及斜長(zhǎng)石粒間溶蝕孔中，石油在孔隙邊緣呈散開狀產(chǎn)出（圖3b）；但在黏土礦物紋層中未見此類石油產(chǎn)出現(xiàn)象（圖3d）。

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁(yè)巖，石油賦存表現(xiàn)出類似的特征，即長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與凝灰質(zhì)紋層的含油性明顯優(yōu)于黏土礦物紋層及有機(jī)質(zhì)紋層。圖5展示了長(zhǎng)7段頁(yè)巖熒光顯微鏡照片，可以看到粒度稍粗的長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與凝灰質(zhì)紋層熒光顯示明顯增強(qiáng)。凝灰質(zhì)紋層發(fā)育部分火山灰蝕變形成的高嶺石，在高嶺石內(nèi)部及高嶺石之間發(fā)育大量的孔隙（圖5b），可為石油從富有機(jī)質(zhì)紋層運(yùn)移到凝灰質(zhì)紋層提供充足的儲(chǔ)集空間。長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層也是石油富集的主要區(qū)域，前文研究可知，長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層具有更多的孔隙且孔隙直徑更大，因此在熒光薄片上可見其含油性明顯優(yōu)于鄰近的黏土礦物紋層（圖5d）。

圖5 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁(yè)巖含油性熒光薄片照片F(xiàn)ig.5 Thin section fluorescence photos of Chang 7 member shale in Ordos Basin

結(jié)合前文研究可知，陸相頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)與石油賦存具有很好的一致性。對(duì)于長(zhǎng)7段和蘆草溝組頁(yè)巖系統(tǒng)，長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與碳酸鹽紋層孔隙發(fā)育好，含油性也優(yōu)于黏土礦物紋層與有機(jī)質(zhì)紋層；青山口組頁(yè)巖紋層品質(zhì)與長(zhǎng)7段、蘆草溝組正好相反，黏土礦物紋層孔隙發(fā)育好，其含油性也優(yōu)于長(zhǎng)英質(zhì)紋層與碳酸鹽紋層。需要說明的是，考慮到黏土礦物紋層特殊的結(jié)構(gòu)，目前青山口組在黏土礦物紋層內(nèi)觀察到的石油的可動(dòng)性，是下一步值得關(guān)注的重要內(nèi)容。

2.3 紋層結(jié)構(gòu)與物性特征

紋層結(jié)構(gòu)在影響孔隙結(jié)構(gòu)與石油賦存狀態(tài)的同時(shí)，也對(duì)儲(chǔ)層物性產(chǎn)生影響[42-44]。準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組可動(dòng)孔隙度與長(zhǎng)英質(zhì)含量呈明顯正相關(guān)（圖6a），而與黏土礦物含量呈明顯的負(fù)相關(guān)（圖6b），這與蘆草溝組長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層和黏土礦物紋層孔隙結(jié)構(gòu)一致，即長(zhǎng)英質(zhì)含量越高，孔隙越發(fā)育，對(duì)應(yīng)的孔隙度越高。氮?dú)馕降谋瓤兹荽砹藘?chǔ)層中孔隙體積。研究表明，長(zhǎng)7段頁(yè)巖比孔容與黏土礦物含量、伊利石含量均呈反比（圖7），即黏土礦物含量越高，頁(yè)巖物性越差，這也進(jìn)一步反映出黏土礦物紋層孔隙發(fā)育差。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組可動(dòng)孔隙度與礦物含量散點(diǎn)圖（據(jù)新疆油田數(shù)據(jù)重新編制）Fig.6 Relationship between movable porosity and mineral content of Lucaogou Formation shale in Junggar Basin(Modified after data from Xinjiang Oilfield)

圖7 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段黏土礦物與BJH比孔容關(guān)系圖Fig.7 Relationship between clay mineral content and BJH pore volume of Chang 7 member shale in Ordos Basin

本文初步研究認(rèn)為熱演化成熟度與成巖作用是導(dǎo)致不同盆地間紋層性質(zhì)差異的關(guān)鍵。青山口組頁(yè)巖熱演化成熟度高（Ro大于1.3%），黏土礦物紋層以伊利石為主，粒間孔、微裂縫發(fā)育程度高，在提高黏土礦物紋層儲(chǔ)集能力的同時(shí)，微裂縫的發(fā)育進(jìn)一步增強(qiáng)了其滲流能力；同時(shí)，相對(duì)較高的熱演化成熟度導(dǎo)致長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)烈的碳酸鹽膠結(jié)，使其孔隙發(fā)育程度降低。與青山口組相比，長(zhǎng)7段和蘆草溝組頁(yè)巖系統(tǒng)熱演化成熟度中等（主體小于1.0%），黏土礦物紋層整體以伊/蒙混層為主，粒間孔與微裂縫發(fā)育程度有限；同時(shí)，長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層和碳酸鹽紋層碳酸鹽膠結(jié)作用相對(duì)中等，且生油階段內(nèi)形成的有機(jī)酸對(duì)鄰近的長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層和碳酸鹽紋層造成溶蝕，進(jìn)一步增強(qiáng)了其儲(chǔ)集性能，導(dǎo)致這兩類紋層含油性普遍優(yōu)于黏土礦物紋層。

3 紋層結(jié)構(gòu)對(duì)甜點(diǎn)評(píng)價(jià)的啟示

甜點(diǎn)評(píng)價(jià)是頁(yè)巖系統(tǒng)油氣勘探的核心，是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油氣規(guī)模勘探與效益開發(fā)的關(guān)鍵。中國(guó)陸相頁(yè)巖油甜點(diǎn)評(píng)價(jià)包括“甜點(diǎn)段”評(píng)價(jià)與“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)兩個(gè)方面[1，7，9-11，39-43]。陸相頁(yè)巖油具有“源儲(chǔ)一體、源內(nèi)運(yùn)聚”的特征，呈“原生源儲(chǔ)”的富集特征[7]；與常規(guī)油氣勘探重點(diǎn)關(guān)注“生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、?！钡纫夭煌?yè)巖系統(tǒng)“甜點(diǎn)區(qū)/段”評(píng)價(jià)更強(qiáng)調(diào)烴源巖品質(zhì)、儲(chǔ)層品質(zhì)、工程品質(zhì)及流動(dòng)品質(zhì)的評(píng)價(jià)[2，6，9]，因此源內(nèi)滯留烴含量、孔隙結(jié)構(gòu)、礦物組成及流體性質(zhì)成為頁(yè)巖油甜點(diǎn)評(píng)價(jià)關(guān)注的重點(diǎn)。

綜合前文研究可知，紋層作為頁(yè)巖系統(tǒng)特有的巖石結(jié)構(gòu)之一，直接影響了頁(yè)巖系統(tǒng)的含油性、孔隙結(jié)構(gòu)、礦物組成及儲(chǔ)層物性。本文通過對(duì)比蘆草溝組和長(zhǎng)7段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系不同紋層結(jié)構(gòu)的游離烴含量、孔隙結(jié)構(gòu)、物性及礦物組成，探討了不同紋層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層品質(zhì)的差異，進(jìn)而提出在甜點(diǎn)評(píng)價(jià)中應(yīng)如何考慮紋層結(jié)構(gòu)的影響（表1）。結(jié)果表明：不同湖盆甜點(diǎn)評(píng)價(jià)關(guān)注的紋層結(jié)構(gòu)及巖相類型不同。對(duì)于咸化湖盆，蘆草溝組碳酸鹽紋層與長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層在游離烴含量、孔隙結(jié)構(gòu)及脆性礦物組成方面明顯優(yōu)于黏土礦物紋層及有機(jī)質(zhì)紋層，因此甜點(diǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注碳酸鹽紋層與長(zhǎng)英質(zhì)紋層發(fā)育的細(xì)粒沉積巖相。對(duì)于淡水—微咸水湖盆，長(zhǎng)7段頁(yè)巖與蘆草溝組類似，長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層在游離烴含量、孔隙結(jié)構(gòu)及脆性礦物組成方面明顯優(yōu)于黏土礦物紋層及有機(jī)質(zhì)紋層，凝灰質(zhì)紋層可作為源內(nèi)運(yùn)移的對(duì)象，但其在長(zhǎng)7段頁(yè)巖中占比較小，因此甜點(diǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)優(yōu)先考慮長(zhǎng)英質(zhì)紋層較發(fā)育的細(xì)粒沉積巖相。需要說明的是，從紋層結(jié)構(gòu)到甜點(diǎn)區(qū)/段評(píng)價(jià)優(yōu)選，不僅涵蓋了烴源巖品質(zhì)、儲(chǔ)層品質(zhì)及工程品質(zhì)的多方面評(píng)價(jià)，而且涉及跨尺度表征的問題，直接建立二者之間的聯(lián)系存在較大的不確定性。本文重點(diǎn)探索了不同紋層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層含油性、孔隙結(jié)構(gòu)與物性的差異，進(jìn)而為甜點(diǎn)區(qū)/段評(píng)價(jià)優(yōu)選提供儲(chǔ)層品質(zhì)方面的重要參考。

表1 不同類型湖盆紋層結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層品質(zhì)與甜點(diǎn)評(píng)價(jià)Table 1 Reservoir quality evaluation and sweet spot selection of shales with different laminar structures in various types of lake basins

4 結(jié)論

本文以準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組和鄂爾多斯盆地三疊系長(zhǎng)7段為研究對(duì)象，剖析淡水—微咸水湖盆、咸化湖盆與海侵背景的湖盆富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖紋層結(jié)構(gòu)特征，劃分紋層類型與紋層組合，研究不同紋層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的有機(jī)地球化學(xué)、礦物組成、孔隙結(jié)構(gòu)及物性特征，探討紋層結(jié)構(gòu)對(duì)頁(yè)巖層系儲(chǔ)集性能與“甜點(diǎn)區(qū)/段”優(yōu)選的影響。主要結(jié)論包括3個(gè)方面：

（1）湖盆水體環(huán)境對(duì)頁(yè)巖紋層類型具有重要影響，不同類型湖盆頁(yè)巖紋層結(jié)構(gòu)具有差異。湖盆咸化程度越高，碳酸鹽紋層發(fā)育程度越高。蘆草溝組發(fā)育碳酸鹽紋層、長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層、黏土礦物紋層及有機(jī)質(zhì)紋層，長(zhǎng)7段發(fā)育凝灰質(zhì)紋層、長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層、黏土礦物紋層及有機(jī)質(zhì)紋層。

（2）明確不同紋層間TOC、S1、礦物組分、孔隙結(jié)構(gòu)及含油性的差異，提出同一類紋層在不同盆地的品質(zhì)具有明顯差異。蘆草溝組碳酸鹽紋層與長(zhǎng)英質(zhì)紋層S1高，孔隙以長(zhǎng)石粒間溶蝕孔、白云石粒間孔為主，孔隙大且發(fā)育程度高，物性與含油性優(yōu)于黏土礦物紋層與有機(jī)質(zhì)紋層；長(zhǎng)7段長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層S1高，孔隙以長(zhǎng)石溶蝕孔、粒間孔為主，孔隙發(fā)育程度高，物性與含油性優(yōu)于凝灰質(zhì)紋層、黏土礦物紋層與有機(jī)質(zhì)紋層。

（3）紋層結(jié)構(gòu)決定了頁(yè)巖油微觀運(yùn)聚特征與“原生源儲(chǔ)”富集模式，影響滯留烴含量、流體可動(dòng)性及壓裂改造。蘆草溝組頁(yè)巖油具有由有機(jī)質(zhì)紋層與黏土礦物紋層向長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與碳酸鹽紋層運(yùn)聚的特征，甜點(diǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與碳酸鹽紋層；長(zhǎng)7段頁(yè)巖油具有由有機(jī)質(zhì)紋層與黏土礦物紋層向長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層與凝灰質(zhì)紋層運(yùn)聚的特征，甜點(diǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注長(zhǎng)英質(zhì)粉砂紋層。