東濮凹陷北部沙三段頁巖油成藏地質(zhì)條件分析

陳永昌，張金川，蘇 惠，慕小水，張素芹

(1.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083;2.中石化中原油田分公司，河南 鄭州 450000;3.中石化中原油田分公司，河南 濮陽 457001)

1 頁巖油發(fā)育地質(zhì)背景

東濮凹陷是渤海灣含油氣盆地的一個復(fù)向構(gòu)造單元。大地構(gòu)造位置處于華北地臺的中部，屬臨清坳陷的一個組成部分。東以蘭聊斷裂與魯西南隆起為界，西部過長垣斷裂后，逐漸過渡到內(nèi)黃隆起(以下第三系剝蝕線為準(zhǔn))，北跨馬陵斷裂進(jìn)入臨清坳陷的莘縣凹陷，南以蘭考凸起與中牟凹陷相隔，凹陷北窄南寬。東濮凹陷總體格局表現(xiàn)為“兩洼一隆一斜坡一斷階”，凹陷內(nèi)斷層發(fā)育，以NNE、NE向為主。已發(fā)現(xiàn)圈閉類型以背斜、斷鼻、斷塊為主，其中主要關(guān)注的是凹陷的北部地區(qū)［1－3］。北部地區(qū)沙河街組沙三段受構(gòu)造控制，泥頁巖廣泛分布，為頁巖油的形成提供了良好的地質(zhì)條件。

2 頁巖油成藏條件

2.1 泥頁巖有機(jī)碳含量及成熟度

在頁巖油成藏的諸多影響因素中，泥巖的有機(jī)碳含量起著最重要的作用［1］。含油泥頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度不僅對泥頁巖的生油量起著至關(guān)重要的作用，同時還決定了頁巖油的賦存狀態(tài)和賦存模式，進(jìn)而決定了頁巖油的資源豐度。

東濮凹陷北部沙三段沙三下亞段TOC為0.40% ～1.20%，均值為0.87%，Ro為 0.70% ～2.00%，均值為 1.26%;沙三中亞段 TOC為0.50% ～1.50%，均值為1.21%，Ro為0.30% ～1.20%，均值為 1.04%;沙三上亞段 TOC為0.30% ～0.70%，均值為0.58%，Ro為0.30% ～1.00%，均值為0.85%。東濮凹陷北部地區(qū)沙三段泥頁巖的干酪根類型以Ⅱ1和Ⅱ2型為主，兼有Ⅰ型和Ⅲ型。而Ⅱ型干酪根在Ro為0.50%～1.50%時處于大量生油階段。綜合分析認(rèn)為凹陷北部沙三段的泥頁巖具有良好的生油潛力［1，4］。

2.2 泥頁巖厚度

作為頁巖油生成和富集的載體，具備一定含油厚度的泥頁巖是形成頁巖油富集區(qū)的基本條件，也是影響頁巖油資源量高低的重要因素之一［5－11］。東濮凹陷北部沙三段泥頁巖主要分布在濮衛(wèi)次洼、柳屯次洼及前梨園次洼內(nèi)。其中沙三下亞段的含油泥頁巖厚度為21～103 m，沙三中亞段含油泥頁巖的厚度為30～145 m，沙三上亞段的含油泥頁巖的厚度為27～123 m。含油泥巖厚度均達(dá)到頁巖油的經(jīng)濟(jì)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 泥巖埋藏深度

含油泥頁巖的埋藏深度不僅影響到頁巖油的保存，同時也是進(jìn)行頁巖油開采時必須考慮的重要的經(jīng)濟(jì)條件之一［12－14］。東濮凹陷北部沙三段沙三下亞段含油泥頁巖的埋深為2800～3900 m，沙三中亞段含油泥頁巖的埋深為2400～3850 m，沙三上亞段含油泥頁巖的埋深為2000～3500 m，最深均不超過4000 m。表明凹陷北部沙三段3個亞段含油泥頁巖的埋深均在經(jīng)濟(jì)技術(shù)可采范圍內(nèi)。

2.4 泥頁巖儲層條件

2.4.1 泥頁巖儲層礦物特征

東濮凹陷北部沙三段泥頁巖的礦物主要有黏土礦物、石英、斜長石、白云石和黃鐵礦。其中黏土礦物的含量為31.0% ～71.0%，石英的含量為11.2%～57.9%，斜長石的含量為3.3% ～22.1%，白云石含量為1.8%～19.9%，黃鐵礦含量為1.0%～4.1%。黏土礦物主要有伊蒙混層、伊利石、高嶺石和綠泥石，其中伊蒙混層的含量較大，黏土礦物的百分含量和類型隨著成巖作用均會有所變化，其中沙三上亞段至沙三下亞段伊利石的含量呈增加的趨勢，而伊蒙混層的含量呈減小的趨勢［15］。

2.4.2 泥頁巖儲層孔滲特征

東濮凹陷北部沙三段泥頁巖孔隙度大部分為1.1% ～9.3%，均值為6.6%;滲透率大部分為0.0078 ×10－3～0.1590 ×10－3μm2，均值為0.8270 ×10－3μm2。

2.4.3 泥頁巖儲層空間

東濮凹陷北部沙三段泥頁巖的儲集空間良好，主要以裂縫為主，不僅能夠通過CT掃描觀測到毫米級別的裂縫，同時還能夠通過掃描電鏡觀察到微米級別的層理間裂縫，其中較大的裂縫可以達(dá)到10 mm左右，而較小的裂縫則不到1 μm。在廣泛發(fā)育裂縫的同時還發(fā)育有晶間溶蝕孔隙、晶間孔隙，通過大量的觀察以及相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，方解石含量較高的地區(qū)溶蝕孔隙較為發(fā)育，從而為頁巖油的儲存提供了更大的空間。由于研究區(qū)內(nèi)泥頁巖TOC含量及熱演化程度并未達(dá)到有機(jī)質(zhì)孔廣泛發(fā)育的條件，區(qū)內(nèi)的有機(jī)質(zhì)孔并不十分發(fā)育。

2.4.4 泥頁巖儲層結(jié)構(gòu)

東濮凹陷北部沙三段泥頁巖的平均孔隙直徑為3.404～18.400 nm，均值為11.290 nm，總體上以中孔為主。

2.5 泥頁巖含油性

通過氯仿瀝青“A”輕烴系數(shù)恢復(fù)法和S1重?zé)N系數(shù)恢復(fù)法對東濮凹陷北部地區(qū)濮6－33、衛(wèi)69及衛(wèi)79井等重點探井進(jìn)行了含油率計算，并對其與TOC及氯仿瀝青“A”之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析。其中氯仿瀝青“A”輕烴系數(shù)恢復(fù)計算出的含油率為0.012% ～1.200%，均值為0.250%;重?zé)N系數(shù)恢復(fù)計算出的含油率為0.018%～1.470%，均值為0.230%，表明其含油性較好。并且通過氯仿瀝青“A”輕烴系數(shù)恢復(fù)法和S1重?zé)N系數(shù)恢復(fù)法計算出的泥頁巖含油率與TOC及氯仿瀝青“A”呈良好的正相關(guān)關(guān)系。

2.6 頁巖油保存條件

東濮凹陷發(fā)育了沙一鹽、文9鹽、衛(wèi)城下鹽和文23鹽4套膏鹽巖，膏鹽巖具有較高的排驅(qū)壓力和突破壓力，加之其厚度大、地層壓力高，所以具有毛細(xì)管和異常高壓雙重封閉機(jī)制，在蓋層分級中屬于特級蓋層，其極強的物性封閉能力阻止了游離相油氣向上逸散，致使與膏巖層同沉積的烴源巖生成的油氣在各膏巖層之下富集成藏。一般情況下，在膏鹽發(fā)育區(qū)常形成欠壓實泥巖帶，該套欠壓實泥巖屬超壓蓋層，具有較強的壓力封閉能力，其除了具有較強的阻止游離相油氣逸散的物性封閉作用，即對來自生油洼陷烴源巖生成烴的封閉外，對來自下部成藏動力系統(tǒng)油藏改造后再次運移的油氣同樣具有封閉作用。膏鹽層構(gòu)成了油氣的天然屏障，對東濮凹陷油氣的聚集與保存至關(guān)重要。鹽巖分布控制了鹽巖發(fā)育區(qū)油氣縱向富集層位和平面富集范圍，鹽間、鹽下烴源巖屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖，生成的油氣不易散失，形成自生自儲、封閉、高壓的獨立成藏系統(tǒng)［16］。

3 頁巖油發(fā)育有利區(qū)

圖1 東濮凹陷北部沙三段頁巖油有利區(qū)分布

東濮凹陷北部地區(qū)古近系沙河街組沙三下亞段至沙三上亞段的泥頁巖均為富有機(jī)質(zhì)的泥頁巖，干酪根類型以腐泥腐殖型和腐殖腐泥型為主，表明其 具備良好的生油潛力(圖1)。在古近系沉積之后經(jīng)整體抬升剝蝕然后再拗陷下沉，接受了新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組沉積，使得沙三段的泥頁巖經(jīng)過改造和熱演化之后產(chǎn)生了大量的頁巖油，使其具備了良好的生油潛力。在對沙三段的3個層位泥頁巖的有利區(qū)進(jìn)行劃分的時候綜合考慮了泥頁巖的成藏因素、凹陷的構(gòu)造因素以及常規(guī)油氣的富集情況。

3.1 Ⅰ類有利區(qū)

將東濮凹陷北部沙三段沙三下亞段至沙三上亞段TOC＞1.5%、Ro為0.5% ～2.0%、泥頁巖連續(xù)厚度不小于30 m、埋深不超過4000 m的地區(qū)劃分為Ⅰ類有利區(qū)。結(jié)合構(gòu)造分析將柳屯地區(qū)劃分為沙三下亞段的Ⅰ類有利區(qū)，將前梨園及北部地區(qū)劃分為沙三中亞段的Ⅰ類有利區(qū)，將胡慶地區(qū)劃分為沙三上亞段的Ⅰ類有利區(qū)［1］。最后結(jié)合實際生產(chǎn)因素，將濮衛(wèi)次洼和常規(guī)油氣富集的地區(qū)劃分為Ⅰ類有利區(qū)(圖1)。

3.2 Ⅱ類有利區(qū)

將TOC為1.0%～1.5%、Ro為0.5%～2.0%、泥頁巖連續(xù)厚度不小于20 m、埋深不超過4000 m的地區(qū)劃分為Ⅱ類有利區(qū)。同時也將結(jié)合構(gòu)造因素和實際生產(chǎn)因素劃分出的Ⅰ類有利區(qū)的周緣區(qū)域劃分為Ⅱ類有利區(qū)(圖1)。

3.3 Ⅲ類有利區(qū)

將TOC為0.5%～1.0%、Ro為0.5%～2.0%、連續(xù)泥頁巖厚度不小于10 m、埋深不超過4000 m的地區(qū)劃分為Ⅲ類有利區(qū)。同時也將結(jié)合構(gòu)造因素和實際生產(chǎn)因素劃分出的Ⅱ類有利區(qū)的周緣區(qū)域劃分為Ⅲ類有利區(qū)(圖1)。

4 結(jié)論

(1)東濮凹陷北部沙河街組沙三段泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高、熱演化程度適中、泥頁巖厚度較大、埋深條件較為有利。泥頁巖以裂縫為主，孔隙結(jié)構(gòu)以中孔為主，脆性礦物含量較高。頁巖油含油率相對較高，并且與TOC及氯仿瀝青“A”存在著良好的正相關(guān)關(guān)系。同時巖鹽的廣泛發(fā)育為頁巖油的保存提供了良好的條件。綜合分析認(rèn)為東濮凹陷北部沙三段泥頁巖具備良好的成藏地質(zhì)條件及勘探遠(yuǎn)景。

(2)綜合成藏條件、次級洼陷的發(fā)育區(qū)域及常規(guī)油氣富集地區(qū)對東濮凹陷沙三段各個亞段的頁巖油有利區(qū)進(jìn)行了劃分。認(rèn)為濮衛(wèi)次洼、柳屯、胡慶地區(qū)及常規(guī)油氣富集區(qū)為頁巖油最優(yōu)有利區(qū)域。

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