渤海灣盆地渤南洼陷沙三下亞段泥頁巖非均質(zhì)性特征及演化模式
——以羅69井為例

彭 麗，陸永潮，彭 鵬，劉惠民，劉占紅，杜學(xué)斌，李吉君，張三盛

[1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 海洋學(xué)院，湖北 武漢 430074； 3.中海石油(中國)有限公司 天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452；4.中國石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015； 5.中國石油大學(xué)(華東) 非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島 266580；6.中國石油 國際投資(加拿大)公司，Calgary T2P 3H9]

渤海灣盆地渤南洼陷沙三下亞段泥頁巖非均質(zhì)性特征及演化模式
——以羅69井為例

彭 麗1,2，陸永潮1,2，彭 鵬3，劉惠民4，劉占紅1,2，杜學(xué)斌1,2，李吉君5，張三盛6

[1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 海洋學(xué)院，湖北 武漢 430074； 3.中海石油(中國)有限公司 天津分公司 渤海石油研究院，天津 300452；4.中國石化 勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015； 5.中國石油大學(xué)(華東) 非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島 266580；6.中國石油 國際投資(加拿大)公司，Calgary T2P 3H9]

通過巖心觀察和樣品測試數(shù)據(jù)綜合分析，在總結(jié)前人層序格架研究成果的基礎(chǔ)上，對渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷渤南洼陷古近系沙河街組三段下亞段湖相泥頁巖的多重非均質(zhì)性特征和演化規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明：沙三下亞段為一個(gè)三級(jí)層序，層序內(nèi)可識(shí)別出湖擴(kuò)體系域(EST)、早期高位體系域(EHST)和晚期高位體系域(LHST)。巖相組合、礦物組成、藻類化石、有機(jī)碳含量和有機(jī)質(zhì)類型都在沙三下亞段層序格架內(nèi)發(fā)生明顯的規(guī)律性變化。其中，巖相組合方面共識(shí)別出6種巖相類型，各巖相的礦物組成從EST到LHST，粘土礦物、石英和長石含量增加，方解石和白云石含量減少，黃鐵礦含量在EHST最高。藻類化石在LHST種類及豐度最為發(fā)育，有機(jī)碳含量在EST最低，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主。沙三下亞段泥頁巖含油性受多重非均質(zhì)性特征綜合影響，對比分析認(rèn)為EHST含油性最好，同時(shí)也是最具潛力的頁巖油目的層段。

非均質(zhì)性；演化模式；泥頁巖；沙河街組三段下亞段；渤南洼陷；渤海灣盆地

頁巖油是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其它巖性薄夾層中的石油資源，需要通過非常規(guī)勘探開發(fā)技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)開采[1]。與源儲(chǔ)分離的常規(guī)油氣藏不同，頁巖油具有低孔低滲、自生自儲(chǔ)和連續(xù)分布的特點(diǎn)。我國常規(guī)油氣資源經(jīng)過多年大規(guī)?？碧介_發(fā)，增儲(chǔ)上產(chǎn)難度越來越大，北美多個(gè)盆地頁巖油氣的工業(yè)化生產(chǎn)，為中國陸相頁巖油資源勘探和開發(fā)提供了參考依據(jù)。與北美廣泛分布的海相頁巖相比，陸相湖盆泥頁巖由于受湖盆面積小、多物源、湖平面變化等多種因素的影響，使得其在層序內(nèi)的縱向分布較為復(fù)雜[2]，具體體現(xiàn)在巖相、礦物成分、巖石學(xué)和有機(jī)地球化學(xué)特征等諸多方面[3-9]。對于海相頁巖非均質(zhì)性形成的控制因素已經(jīng)開展了相當(dāng)多的研究，認(rèn)為氧化還原條件、生物生產(chǎn)力、相對海平面變化、粘土礦物和陸源碎屑物質(zhì)的輸入等多種因素影響著頁巖非均質(zhì)性的形成[3-4,10-14]。在頁巖油氣勘探中，泥頁巖不僅作為烴源巖和蓋層，其還起到儲(chǔ)集層的作用[15]，所以揭示泥頁巖非均質(zhì)性對查明陸相湖盆有效泥頁巖的分布規(guī)律、指導(dǎo)頁巖油氣勘探均具有重要意義。

渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷渤南洼陷古近系沙三(沙河街組三段)下亞段發(fā)育一套富有機(jī)質(zhì)湖相泥頁巖。自1964年開始勘探以來，已有多口鉆井在沙三下亞段泥頁巖層段獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，展現(xiàn)了渤南洼陷具有巨大的頁巖油勘探潛力[16]。前人對渤南洼陷沙三下亞段已做過大量研究[16-20]，但針對該段泥頁巖，其生、儲(chǔ)條件等指標(biāo)的非均質(zhì)性變化，尤其是非均質(zhì)性變化的規(guī)律及控制因素尚不明確。本文應(yīng)用地球化學(xué)、巖石學(xué)和沉積學(xué)理論，在層序地層格架內(nèi)依據(jù)巖相、礦物組成、藻類化石種類和豐度、有機(jī)質(zhì)含量及類型對渤南洼陷沙三下亞段泥頁巖層系的垂向非均質(zhì)性特征進(jìn)行刻畫，并探討非均質(zhì)性對含油性的影響及其控制因素，為明確勘探目標(biāo)、提高勘探效率提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景及樣品選擇

渤南洼陷位于渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷沾化凹陷中西部，是沾化凹陷最大的二級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元，其北臨埕東凸起，南靠陳家莊凸起，西為義和莊凸起，東連孤島凸起，為一西北陡東南緩北東走向的箕狀斷陷，勘探面積約600 km2[21-22]。從古近系孔店組早期開始，濟(jì)陽坳陷進(jìn)入斷陷階段，持續(xù)活動(dòng)至東營組末期結(jié)束，盆地經(jīng)歷了斷陷初始期、斷陷發(fā)展期、斷陷鼎盛期和斷陷萎縮期4個(gè)階段的幕式演化，分別對應(yīng)孔店組、沙四段、沙三段—沙二下亞段和沙二上亞段—東營組[23-24](圖1)。沙三下亞段沉積時(shí)期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制了渤海灣盆地，湖泊盆地發(fā)展進(jìn)入鼎盛時(shí)期。盆地強(qiáng)烈下沉，可容納空間迅速變大，導(dǎo)致渤南洼陷大部分地區(qū)被湖泊沉積體系所覆蓋，僅在周邊少數(shù)凸起部位發(fā)育三角洲砂體，形成了山高水深的地貌背景。氣候溫暖潮濕，淡水大量注入，水生生物繁盛，沉積了沙三下亞段厚達(dá)600 m的半深湖-深湖泥頁巖沉積，巖性以灰褐色油頁巖、頁巖及泥巖為主。

據(jù)前人研究可知，沙三下亞段為一個(gè)完整的三級(jí)層序[25-26]，反映了一次完整的區(qū)域性湖平面升降。在本文中，基于巖心、測井曲線TH(釷含量)和GR(自然伽馬)，將沙三下亞段層序細(xì)分為湖擴(kuò)體系域(EST)、早期高位體系域(EHST)和晚期高位體系域(LHST)(圖1)。沙三下亞段測試樣品取自渤南洼陷的頁巖油重點(diǎn)探井羅69井。該井在2 911.00～3 140.75 m井段實(shí)施了全井段連續(xù)密閉取心，揭示了完整的沙三下亞段頁巖油勘探層系。針對該井沙三下亞段泥頁巖非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在巖心宏觀非均質(zhì)性特征精細(xì)觀察描述的基礎(chǔ)上，以平均間距0.25 m進(jìn)行系統(tǒng)采樣，共采集樣品877塊，并進(jìn)行了薄片觀察、X-射線衍射全巖、微量元素、藻類化石分析鑒定及有機(jī)地化參數(shù)等微觀非均質(zhì)性特征分析測試工作。

2 多重非均質(zhì)性特征

2.1 巖相變化

通過巖心觀察、薄片鑒定、有機(jī)碳含量(TOC)測試及X-衍射全巖礦物分析，根據(jù)泥頁巖的有機(jī)質(zhì)含量、構(gòu)造和礦物成分等特征，將渤南洼陷沙三下亞段泥頁巖劃分為6種巖相類型：含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r、富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r、富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖、富有機(jī)質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖、富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r以及富有機(jī)質(zhì)塊狀泥質(zhì)灰?guī)r。在沙三下亞段中每個(gè)體系域具有不同的巖相組合。

圖1 渤南洼陷古近系綜合柱狀圖及羅69井沙三下亞段層序劃分Fig.1 Stratigraphic column of the Palaeogene in the Bonan Subsag and sequence subdivision of the lower Es3 in Well Luo 69

2.1.1 湖擴(kuò)體系域(EST)

EST由含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r和富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r組成，巖心一般呈灰色或淺灰色，構(gòu)造多呈紋層狀(圖2a—c)，巖心中常發(fā)現(xiàn)裂縫，并伴隨順層瀝青(圖2a)，方解石紋層與泥質(zhì)紋層互層產(chǎn)出(圖2b)，常見紋層狀方解石脈(圖2c)，幾乎無生物擾動(dòng)，含有少量藻類化石。方解石含量較高，一般不低于50%，泥質(zhì)含量較低，并以TOC含量3%為界將本研究井沙三下亞段泥頁巖劃分為“含有機(jī)質(zhì)”和“富有機(jī)質(zhì)”，在本體系域中大部分泥頁巖為含有機(jī)質(zhì)。

2.1.2 早期高位體系域(EHST)

EHST以富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖、富有機(jī)質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖和富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r為特征，巖心顏色略有加深，方解石和泥質(zhì)相混較均勻，總體呈層狀產(chǎn)出(圖2d—f)，另有少量紋層狀構(gòu)造，藻類化石略微增多。有機(jī)質(zhì)呈順層分散狀混含于泥質(zhì)較富集紋層(圖2e，f)，有機(jī)質(zhì)含量較高，基本為富有機(jī)質(zhì)，總體上方解石含量有所減少，泥質(zhì)含量有所增加。

2.1.3 晚期高位體系域(LHST)

LHST被富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r、富有機(jī)質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖和富有機(jī)質(zhì)塊狀泥質(zhì)灰?guī)r所控制，巖心顏色比EST有明顯加深，呈灰黑色，礦物成分較均勻，結(jié)構(gòu)上差異很小，總體呈塊狀(圖2g—i)或?qū)訝?，大量藻類化石、放射蟲(圖2g)、介形蟲(圖2h)和有機(jī)質(zhì)(圖2i)同樣也存在LHST中，巖性和有機(jī)質(zhì)含量都與EHST相差不大。

巖相特征揭示了沙三下亞段層序中明顯的變化。泥頁巖顏色逐漸加深，古生物化石增多，巖石構(gòu)造從紋層狀—層狀—塊狀的垂向演化，指示從EST到LHST陸源輸入增強(qiáng)，湖水相對變淺的沉積環(huán)境。

2.2 礦物組成非均質(zhì)性

通過對383個(gè)樣品的X-衍射全巖礦物分析，顯示湖擴(kuò)體系域的礦物成分中碳酸鹽巖礦物(方解石+白云石)含量較高，介于30%～94%，平均含量可達(dá)66.6%，粘土礦物成分較低，平均為13.6%，硅質(zhì)(石英+長石)含量也較低，含量為3%～27%，平均為16.1%(表1；圖3)，方解石是主要的碳酸鹽巖礦物，其含量可達(dá)19%～88%(平均為61%)，白云石含量較低，不足21%，平均值為5.6%，石英的含量介于3%～26%(平均為15.2%)，長石介于0～3%(平均為0.9%)(表1)。早期高位體系域的碳酸鹽巖礦物(方解石+白云石)含量有所減少，其平均值減至52.1%，含量介于12%～70%，而粘土礦物含量則有所增加，其平均值增加至22.3%，含量介于11%～45%，硅質(zhì)礦物(石英+長石)含量也有所增加，平均值為20.8%，含量介于0～45%(表1；圖3)，相對于湖擴(kuò)體系域，方解石的平均含量從61%減少至47.2%，白云石的平均含量也從5.6%減少至4.9%。相反，石英和長石的平均含量都有所增加，石英從15.2%增加至19.5%，長石從0.9%增加至1.3%(表1；圖4)。到晚期高位體系域，碳酸鹽巖礦物(方解石+白云石)含量進(jìn)一步減少，但仍為主要礦物，平均值為49.7%，粘土礦物含量增加，為12%～40%，平均值為23.8%，硅質(zhì)礦物(石英+長石)含量也增加，為0～47%，平均值為22.4%(表1；圖3)。

通過以上描述，我們能夠清楚地看到沙三下亞段整體富碳酸鹽，垂向上從EST到LHST，粘土礦物、石英、長石含量增加，方解石、白云石含量減少(圖4)，黃鐵礦含量較高，在EHST達(dá)到最大，平均值為4.6%，EST和LHST黃鐵礦含量平均值為3.6%(表1；圖4)，反映了沙三下亞段泥頁巖沉積時(shí)湖底缺氧的還原環(huán)境，EHST還原性更強(qiáng)。

注：碳酸鹽巖礦物=方解石+白云石；硅質(zhì)礦物=石英+長石。

圖3 渤南洼陷沙三下亞段層序不同體系域礦物組成三角圖Fig.3 Ternary diagram for mineralogy of different system tracts of the lower Es3 in the Bonan Subsag

2.3 藻類化石種類和豐度非均質(zhì)性

浮游藻類化石豐度可以作為古生產(chǎn)力的替代指標(biāo)，其可以用每個(gè)蓋玻片所觀察到的藻類個(gè)數(shù)來表示[27]。渤海灣盆地沙三下亞段藻類化石非常豐富，不同體系域分布差異較大。387個(gè)泥頁巖樣品的藻類化石分析鑒定數(shù)據(jù)顯示：EST中藻類化石種類較少，僅見光面球藻屬、粒面球藻屬和網(wǎng)面球藻屬，各個(gè)藻類分布相當(dāng)，豐度也較低(0～1個(gè)/片)；EHST的藻類化石種類變得豐富起來，在EST原有藻類的基礎(chǔ)上，還見有渤海藻屬、粒面渤海藻、皺網(wǎng)渤海藻和副渤海藻屬，但藻類化石豐度也在0～1個(gè)/片范圍內(nèi)變動(dòng)；到了LHST，浮游藻類豐度達(dá)到最大9個(gè)/片，各種藻類開始繁盛起來，分別在埋深2 967.3～2 970.6 m發(fā)育渤海藻屬-粒面球藻屬組合，埋深2 932.3～2 964.8 m發(fā)育粒面球藻屬-光面球藻屬，其他藻類豐度較低(圖5)。

在沙三下亞段，藻類化石豐度整體上有由下往上增加的趨勢(圖5)，反映古湖泊生產(chǎn)力逐步增強(qiáng)。值得注意的是，該井沙三下亞段樣品中，藻類化石豐度整體偏低，有機(jī)碳含量卻很高，TOC均值高達(dá)3.03%(圖5)，而且鏡下觀察發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)多呈無定形。劉傳聯(lián)等指出，這些無定形有機(jī)質(zhì)很可能來源于浮游藻類，藻類化石保存作用可能導(dǎo)致這種結(jié)果，但這并不影響將藻類化石作為衡量古生產(chǎn)力的指標(biāo)[27]。

藻類化石種類在地層中的頻繁交替出現(xiàn)，也為探討沉積環(huán)境提供依據(jù)[28]。渤海藻科是渤海灣盆地特有屬種，其生活在淡水-半咸水環(huán)境[29]。在EST中光面球藻屬、粒面球藻屬和網(wǎng)面球藻屬統(tǒng)治著整個(gè)浮游藻類，EHST開始出現(xiàn)渤海藻類，在LHST中越往上渤海藻類出現(xiàn)的頻率越高，反映了沙三下亞段沉積時(shí)湖水鹽度的變化：EST中碳酸鹽巖礦物(方解石+白云石)含量最高，說明當(dāng)時(shí)湖水鹽度高，到EHST，碳酸鹽巖礦物含量開始降低(表1；圖3)，表明湖水鹽度逐步降低(在古湖泊研究中，往往用湖底碳酸鹽巖礦物含量來反映古水體鹽度的變化[30])，渤海藻類開始出現(xiàn)，到LHST，湖水鹽度降低到最適合渤海藻類生活的程度，其開始大量出現(xiàn)。

2.4 TOC和有機(jī)質(zhì)類型非均質(zhì)性

TOC是頁巖油非常重要的參數(shù)，其高低決定著頁巖油的資源豐度。羅69井215個(gè)巖心樣品測試結(jié)果表明，在EST中，TOC值從0.98%到5.73%，平均值為2.3%；EHST中，從1.6%增加到7.5%，均值為3.6%；到LHST時(shí)，在頂部達(dá)到最大值9.32%，其最小值為1.97%，均值為3.7%(圖5)?；诹_69井，我們能夠看到沙三下亞段TOC值整體較高，是一套優(yōu)質(zhì)烴源巖，高值區(qū)間集中于EHST和LHST，代表從EST到LHST遞增的趨勢(圖5)。

有機(jī)質(zhì)類型是衡量烴源巖生烴潛力的質(zhì)量指標(biāo)，它既控制著烴源巖的演化方向，又影響著烴類的生成速率和數(shù)量。179個(gè)泥頁巖樣品所呈Tmax(熱解峰溫)與HI(氫指數(shù))關(guān)系圖顯示沙三下亞段EST有機(jī)質(zhì)類型在Ⅰ型、Ⅱ1型和Ⅱ2型都有分布，EHST有機(jī)質(zhì)類型主要分布在Ⅰ型和Ⅱ1型區(qū)間，極個(gè)別點(diǎn)落于Ⅱ2型范圍，LHST基本分布在Ⅰ型和Ⅱ1型區(qū)域(圖6)。由此可見，沙三下亞段有機(jī)質(zhì)類型具有混合型的特點(diǎn)，且以Ⅰ型和Ⅱ1型(偏腐泥型)為主，同時(shí)也表明低等水生生物是形成高有機(jī)質(zhì)豐度烴源巖的重要因素之一。

圖4 渤南洼陷沙三下亞段層序礦物成分垂向非均質(zhì)性變化Fig.4 Vertical heterogeneity variation of mineral composition of the lower Es3 in the Bonan Subsag

3 非均質(zhì)性與含油性關(guān)系

3.1 含油性特征

頁巖油主要以游離態(tài)賦存于泥頁巖或薄層砂質(zhì)、灰質(zhì)細(xì)粒巖的儲(chǔ)集空間中，處于“生油窗”范圍內(nèi)的泥質(zhì)烴源巖普遍含油，其含油性主要取決于其儲(chǔ)油能力及其自身的生油能力，只有二者在時(shí)空上相耦合，才具備頁巖油勘探開發(fā)的潛力[31]。前人研究認(rèn)為，含油飽和度指數(shù)(OSI=100S1/TOC)和熱解生烴量(S1)可以作為衡量泥頁巖含油性的指標(biāo)[32]，泥頁巖的含油飽和指數(shù)OSI越大，說明其含油性越好。國內(nèi)外頁巖油勘探實(shí)踐表明，泥頁巖OSI≥100mg/g時(shí)才具有頁巖油勘探潛力。

本次研究主要是將上述兩項(xiàng)指標(biāo)結(jié)合，對渤南洼陷沙三下亞段泥頁巖各體系域含油性進(jìn)行對比分析。渤南洼陷沙三下亞段Ro值主要分布在0.7%～0.9%，處于成熟生油階段。由圖7可以看出，OSI和S1具有較強(qiáng)的相關(guān)性，同時(shí)通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在EST中，OSI均值65.2 mg/g對應(yīng)著S1均值1.25 mg/g；EHST中，OSI均值為93.1 mg/g，同時(shí)S1平均值也達(dá)到最大3.14 mg/g，并且在埋深3 000 m左右層段(2 988～3 014 m)OSI均大于100 mg/g；到LHST時(shí)，OSI均值為53.5 mg/g，對應(yīng)S1均值為1.96 mg/g(圖7)。綜合判斷，EHST含油性最好，埋深3 000 m左右層段(2 988～3 014 m)應(yīng)具有一定的頁巖油勘探潛力。

圖5 渤南洼陷沙三下亞段層序藻類化石種類及豐度垂向變化Fig.5 Vertical variation of abundance of algae species of the lower Es3 in the Bonan Subsag

圖6 渤南洼陷沙三下亞段富有機(jī)質(zhì)泥頁巖有機(jī)質(zhì)類型Fig.6 Kerogen types of organic-matter-rich mud-shale of the lower Es3 in the Bonan Subsag

3.2 含油性與非均質(zhì)性關(guān)系

受沉積環(huán)境、礦物組成及其中有機(jī)質(zhì)的豐度、類型和成熟度等非均質(zhì)性的影響，不同體系域泥頁巖中含油性有明顯的差別[33]。在EST中，較低的藻類化石豐度和水體還原環(huán)境導(dǎo)致TOC值偏低，平均值為2.3%，從而使含油性較差，值得注意的是，在EST下部，隨著埋深增大，TOC值不變，兩個(gè)含油性指標(biāo)OSI和S1卻都有增大的趨勢(圖7)，這可能與有機(jī)質(zhì)成熟度增高有關(guān)。關(guān)德范等開展烴源巖有限空間油氣生排模擬研究，揭示當(dāng)烴源巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)介于0.7%～0.9%時(shí)，烴源巖進(jìn)入快速生油階段，并在Ro值為0.9%左右時(shí)基本達(dá)到生油最高峰[34]。EST下部Ro值介于0.82%～0.90%，正處于快速生油階段。在有機(jī)質(zhì)豐度和類型相似的情況下，成熟度越高，總生烴量越高，并且組分以飽和烴和芳烴為主，利于以游離烴方式賦存，在未發(fā)生有效排烴作用情況下，其含油性越好。

圖7 渤南洼陷沙三下亞段富有機(jī)質(zhì)泥頁巖地球化學(xué)剖面Fig.7 Geochemical section of organic matter-rich mud shale of the lower Es3 in the Bonan Subsag

EHST中，藻類化石豐度仍較低，但還原程度有所提高(黃鐵礦含量均值最大)，使得藻類等生物產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)更高效的保存下來，TOC值較高，均值為3.6%，比LHST中的TOC均值最大值略低。且EHST和LHST有機(jī)質(zhì)多富含腐泥無定形組分，以Ⅰ，Ⅱ1型為主，差別不大。在TOC和有機(jī)質(zhì)類型相似的情況下，EHST埋藏更深，成熟度更高，游離烴量S1更高，含油性更好。

到LHST時(shí)，水體為還原環(huán)境，藻類化石豐度達(dá)到最大，TOC均值也最大，為3.7%，該體系域處于沙三下亞段上部，成熟度較低，游離烴量S1相對處于中值，而有機(jī)質(zhì)豐度相對最高，導(dǎo)致含油飽和指數(shù)偏低，整體含油性較差。

脆性礦物(硅質(zhì)礦物和碳酸鹽巖礦物)的高含量容易產(chǎn)生天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，有利于頁巖油開采，優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層的脆性礦物含量要大于50%，而粘土礦物含量低于40%[35]。沙三下亞段泥頁巖層系中脆性礦物含量普遍較高，脆性礦物均值超過70%，粘土含量均值不超過25%，符合優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層的開采條件。綜合對比分析認(rèn)為，EHST各項(xiàng)地質(zhì)條件匹配較好，含油性最好，無論是從遠(yuǎn)景儲(chǔ)層還是壓裂開采方面都是最具潛力的頁巖油目的層段。

4 沉積和非均質(zhì)性演化模式

通過對渤南洼陷沙三下亞段湖相泥頁巖的多重非均質(zhì)性特征和控制因素研究，提出了這個(gè)區(qū)域沙三下亞段泥頁巖的沉積和非均質(zhì)性演化模式(圖8)。如在EST所示，相對湖平面的上升，伴著半閉流沉積環(huán)境和較高的水體鹽度，導(dǎo)致紋層狀構(gòu)造發(fā)育和藻類化石含量偏低，從而有機(jī)質(zhì)貧乏。到了EHST，相對湖平面下降，這時(shí)湖泊頻繁振蕩，水體鹽度有所下降，各種低等水生生物開始生長，導(dǎo)致層狀構(gòu)造發(fā)育和富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積。如在LHST中所看到的那樣，伴隨著相對湖平面的進(jìn)一步下降，陸源碎屑的輸入帶來較多的營養(yǎng)物質(zhì)，水生生物尤其藻類開始繁盛，這時(shí)湖泊仍為還原環(huán)境，使得藻類等可以保存下來轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)，從而形成塊狀構(gòu)造和高TOC(圖8a)。

在相對湖平面變化的控制下，陸源碎屑的注入，水體鹽度的變化，水生生物的發(fā)育和水動(dòng)力條件，導(dǎo)致渤南洼陷沙三下亞段泥頁巖具有明顯的非均質(zhì)性(圖8b)。紋層在EST和EHST發(fā)育良好，而在LHST少有發(fā)育。藻類化石從EST到LHST豐度向上增加趨勢。碳酸鹽巖礦物含量顯示從EST到LHST逐漸減少，而粘土礦物和硅質(zhì)含量向上增加，黃鐵礦含量變化不大，僅在頂部出現(xiàn)異常高值。TOC在EST均值較低，在LHST均值比EHST略高(圖8b)。

5 結(jié)論

1) 不同體系域內(nèi)發(fā)育不同的巖相組合，各巖相的礦物組成呈現(xiàn)出規(guī)律性變化，自EST到LHST，粘土礦物、石英、長石含量增加，方解石、白云石含量減少，黃鐵礦含量在EHST最高；藻類化石表現(xiàn)出LHST種類及豐度最為發(fā)育；TOC表現(xiàn)出LHST含量最高，其次為EHST略低，含量最低為EST，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主。

2) 受沉積環(huán)境、礦物組成及其中有機(jī)質(zhì)的豐度、類型和成熟度等非均質(zhì)性的影響，不同體系域泥頁巖中含油性有明顯的差別，EHST各項(xiàng)地質(zhì)條件匹配較好，含油性最好，是最具潛力的頁巖油目的層段。

3) 渤南洼陷沙三下亞段泥頁巖的沉積過程主要由相對湖平面的變化、陸源碎屑的注入、水體鹽度的變化、生物生產(chǎn)力和水動(dòng)力條件綜合控制。

圖8 渤南洼陷沙三下亞段泥頁巖層系沉積和非均質(zhì)性演化模式Fig.8 Depositional and heterogeneity evolution model of mud shale layers of the lower Es3 in the Bonan Subsag

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(編輯 張玉銀)

Heterogeneity and evolution model of the Lower Shahejie Member 3 mud-shale in the Bonan Subsag,Bohai Bay Basin:An example from Well Luo 69

Peng Li1,2,Lu Yongchao1,2,Peng Peng3,Liu Huimin4,Liu Zhanhong1,2,Du Xuebin1,2,Li Jijun5,Zhang Sansheng6

(1.KeyLaboratoryofTectonicsandPetroleumResourcesofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China;2.CollegeofMarineScienceandTechnology,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China;3.BohaiPetroleumInstitute,TianjinBranch,CNOOC,Tianjin300452,China;4.ExplorationandDevelopmentInstitut,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying,Shandong257015,China；5.ResearchInstituteofUnconventionalOil&gasandRenewableEnergy,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),Qingdao,Shandong266580,China;6.PetroChinaInternationalInvestmentCorporation(Canada),Calgary,Alberta,T2P3H9,Canada)

Multiple heterogeneity characteristics and evolutionary process of the Lower member 3 of Paleogene Shahejie Formation lacustrine shale in the Bonan Subsag,Jiyang Depression have been analyzed based on previous sequence stratigraphic framework and analysis of core observation and sample testing.The results show that the Lower Es3(下)can be described as a third-order sequence,which can be divided into expanding systems tract (EST),early highstand systems tract(EHST) and late highstand systems tract (LHST).Lithofacies associations,mineralogy,algae species occurrence,as well asTOC(total organic carbon) and kerogen type,change noticeably and regularly in the Lower Es3shale within the sequence stratigraphic framework.For lithofacies associations,six lithofacies are identified.From the EST to the LHST,there are increased abundance in clay minerals,quartz and feldspar,and reduced abundance in calcite and dolomite,while pyrite reached the highest abundance in EHST.Algaes have the largest number and most variety of species in the LHST.TOCcontent is the lowest in the EST.Kerogen type is dominated by type Ⅰ and Ⅱ1.The oil richness is influenced by multiple heterogeneity characteristics,comparative analysis suggests the EHST is the most potential shale oil target interval in the study area with excellent oil richness.

heterogeneity,evolution model,mud shale,the Lower 3rd member of the Shahejie Formation,Bonan Subsag,Bohai Bay Basin

2015-12-03;

2016-07-22。

彭麗(1986—)，女，博士研究生，層序地層學(xué)和沉積地球化學(xué)。E-mail:474545488@qq.com。

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2014CB239102)。

0253-9985(2017)02-0219-11

10.11743/ogg20170202

TE122.1

A