柴達(dá)木盆地英雄嶺頁巖油地質(zhì)特征、評價標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)現(xiàn)意義

李國欣 ，朱如凱，張永庶，陳琰，崔景偉，姜營海，伍坤宇，盛軍，鮮成鋼，劉合

（1. 中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2. 中國石油青海油田公司，甘肅敦煌 736202；3. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

0 引言

國內(nèi)外勘探開發(fā)實(shí)踐表明，源內(nèi)頁巖油資源量遠(yuǎn)大于源外常規(guī)石油資源量，從源外向源內(nèi)轉(zhuǎn)變是石油工業(yè)持續(xù)發(fā)展的必然選擇，源內(nèi)頁巖油是未來油氣儲量、產(chǎn)量規(guī)模增長的重大領(lǐng)域[1-8]。不同學(xué)者對頁巖油的定義和內(nèi)涵存在不同理解，主要體現(xiàn)在致密油的界定與區(qū)分[9-13]。實(shí)際上，頁巖油與致密油的概念在國外并沒有明確的區(qū)分和界定，在公開發(fā)表的文獻(xiàn)、大型會議和有權(quán)威性的能源報告中這兩個概念常常是混用的，均作為非常規(guī)石油資源來管理，而對二者之不同則關(guān)注較少。目前，中國對于“頁巖油”的定義基本存在兩種認(rèn)識：①狹義頁巖油，指賦存于富有機(jī)質(zhì)頁巖及其夾持的碳酸鹽巖、砂巖薄夾層（厚度一般小于3 m）中的石油資源；②廣義頁巖油，包含狹義頁巖油和致密油[9,11]。

頁巖油（shale oil）指賦存于富有機(jī)質(zhì)頁巖層系中的石油[14]。富含有機(jī)質(zhì)頁巖層系烴源巖內(nèi)粉砂巖、細(xì)砂巖、碳酸鹽巖單層厚度不大于5 m，累計厚度占頁巖層系總厚度比例小于30%；無自然產(chǎn)能或低于工業(yè)石油產(chǎn)量下限，需采用特殊工藝技術(shù)措施才能獲得工業(yè)石油產(chǎn)量。在中國的勘探開發(fā)實(shí)踐過程中，頁巖油依據(jù)成熟度劃分為中低熟和中高熟兩類，中高熟頁巖油依據(jù)源儲特征可進(jìn)一步劃分為源儲一體型、源儲分異型和純頁巖型[4,5,11,15-17]，或夾層型、混積型、頁巖型[8]。

英雄嶺地區(qū)油氣勘探自 20世紀(jì)80年代初開始，以構(gòu)造油氣藏思路，集中對獅子溝深層古近系下干柴溝組上段（E2—3xg2）兩個構(gòu)造圈閉實(shí)施鉆探，獅20、獅24、獅新28等井獲得高產(chǎn)，日產(chǎn)油200～500 t。隨后圍繞獅子溝主體區(qū)先后實(shí)施深井16口，均見油氣顯示，但受地震資料品質(zhì)限制，圈閉評價不準(zhǔn)，未獲大的進(jìn)展。20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初，甩開鉆探了獅35、獅36、砂新1等井，多口井在下干柴溝組上段見良好油氣顯示，但常規(guī)試油均未達(dá)到工業(yè)油氣流。2014年以來，基于三維地震攻關(guān)成果，精細(xì)刻畫下干柴溝組上段沉積時期有效烴源巖展布，相繼發(fā)現(xiàn)了英西、英中源內(nèi)油氣區(qū)。獲得9口千噸高產(chǎn)井，8口百噸井，2019年提交探明石油地質(zhì)儲量2 899×104t[18-19]。2021年以來，立足于源內(nèi)油氣形成機(jī)理研究和系統(tǒng)取心評價，轉(zhuǎn)變勘探理念，首次明確英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段發(fā)育典型頁巖油。依托英雄嶺三維地震連片解釋成果，優(yōu)選埋深適中、構(gòu)造相對英西—英中地區(qū)更為穩(wěn)定的干柴溝地區(qū)并實(shí)施勘探，取得盆地頁巖油勘探的戰(zhàn)略性突破，開展水平井探索獲日產(chǎn)百立方米高產(chǎn)油流。

由于烴源巖整體有機(jī)質(zhì)豐度偏低，對照目前大多數(shù)學(xué)者關(guān)于頁巖油選區(qū)評價及“甜點(diǎn)”評價的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)[1,11,16-17]，柴西坳陷不應(yīng)具備頁巖油勘探潛力，而這一理論推斷明顯與勘探實(shí)踐不符，預(yù)示英雄嶺頁巖油具有獨(dú)特理論研究及勘探開發(fā)價值。結(jié)合下干柴溝組上段巖性組合、烴源巖特征、生烴潛力、儲集性能、源儲組合、含油氣性及油層分布、壓力分布等資料分析，對照國家標(biāo)準(zhǔn)，本文定義英雄嶺頁巖油是分布在柴達(dá)木盆地英雄嶺地區(qū)，賦存于下干柴溝組上段烴源巖層系內(nèi)，以富有機(jī)質(zhì)紋層狀頁巖與灰質(zhì)白云巖高頻間互為特征的頁巖型和混積型頁巖油類型，直井壓裂改造即可獲得工業(yè)油流，水平井體積壓裂可獲高產(chǎn)。

研究團(tuán)隊把柴達(dá)木盆地英雄嶺地區(qū)以富有機(jī)質(zhì)紋層狀頁巖與灰質(zhì)白云巖高頻間互為特征的頁巖型和混積型頁巖油類型作為攻關(guān)重點(diǎn)，通過大量巖心、鉆井、地震及化驗(yàn)資料分析和綜合研究，建立英雄嶺地區(qū)頁巖油評價標(biāo)準(zhǔn)并評估其資源潛力，以期為英雄嶺地區(qū)古近系下干柴溝組上段頁巖油評價和勘探提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 構(gòu)造背景

柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部，是中國西部一個大型陸相中新生代山間含油氣盆地[20-21]，受高原隆升和周緣走滑造山作用影響，其形態(tài)呈西寬東窄的不規(guī)則菱形。根據(jù)盆地不同地區(qū)構(gòu)造變形和地球物理特征差異，將盆地劃分為柴西坳陷、柴北斷陷、三湖坳陷3個一級構(gòu)造單元（見圖 1）。柴達(dá)木盆地中—新生代以來，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，對盆地影響最為強(qiáng)烈的是燕山晚期和喜馬拉雅晚期兩次構(gòu)造運(yùn)動，區(qū)域構(gòu)造演化經(jīng)歷了古新世—始新世斷陷、漸新世—中新世弱擠壓、上新世—第四紀(jì)強(qiáng)烈擠壓3個大的演化階段。

現(xiàn)今柴達(dá)木盆地褶皺構(gòu)造帶和逆沖斷層發(fā)育，平面上構(gòu)造變形西強(qiáng)東弱、南強(qiáng)北弱，柴西坳陷總體呈現(xiàn)隆凹相間的構(gòu)造格局。英雄嶺地區(qū)主體位于茫崖凹陷西段，為一典型的晚期隆起（見圖 1），該區(qū)古近紀(jì)為柴西坳陷沉積中心，新近紀(jì)末受喜馬拉雅晚期構(gòu)造運(yùn)動影響反轉(zhuǎn)隆起成山，受差異構(gòu)造抬升影響，英雄嶺自阿爾金山前向盆地腹部傾沒。

圖1 柴達(dá)木盆地構(gòu)造單元劃分及研究區(qū)位置圖

1.2 地層特征

英雄嶺地區(qū)主要發(fā)育新生界，目前鉆探揭示縱向上主要發(fā)育4套地層（見圖2），自下而上包括：古—始新統(tǒng)路樂河組（E1+2）雜色砂礫巖夾泥巖；始—漸新統(tǒng)下干柴溝組（E2—3xg），其下段（E2—3xg1）下部巖性以棕褐色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、白云質(zhì)泥巖為主，上部巖性為泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖；上段（E2—3xg2）下部主要發(fā)育暗色富有機(jī)質(zhì)頁巖，上部疊置發(fā)育灰質(zhì)白云巖、含灰泥巖夾多套鹽巖層；漸—中新統(tǒng)上干柴溝組（E3—N1sg）以棕黃色砂巖、泥巖為主，夾灰色、深灰色碳酸鹽巖；中新統(tǒng)下油砂山組（N1xy）主要發(fā)育棕黃色、灰色粉砂巖、泥巖。

圖2 柴達(dá)木盆地英雄嶺地區(qū)地層綜合柱狀圖

1.3 沉積特征與演化

整體上柴達(dá)木盆地新生代經(jīng)歷了從干旱到濕潤，再到干旱的古氣候演化過程，縱向上可劃分為 5個層序（見圖2）。受古氣候變化控制，古近系下部E1+2和E2—3xg1以干熱環(huán)境下形成的砂巖、礫巖沉積為主；下干柴溝組上段沉積早期氣候轉(zhuǎn)向濕潤[22]，發(fā)生了柴達(dá)木盆地新生代以來最大的一次湖侵，這一時期相對溫暖、濕潤的氣候有利于生物大量繁殖，為有機(jī)質(zhì)富集和保存奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。同時，英雄嶺地區(qū)為該時期沉積中心，構(gòu)造穩(wěn)定寬緩，為頁巖大規(guī)模穩(wěn)定沉積創(chuàng)造了良好的條件（見圖3）。下干柴溝組上段沉積晚期由于氣候趨于干旱、寒冷，強(qiáng)蒸發(fā)環(huán)境下湖盆迅速萎縮，形成縱向疊置、橫向連片發(fā)育的蒸發(fā)巖（鹽巖）層，形成有利區(qū)域蓋層，是區(qū)內(nèi)高壓頁巖油富集與保存的重要條件。

圖3 英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段沉積相平面圖

2 英雄嶺頁巖油特征

近年來，根據(jù)頁巖油勘探理念轉(zhuǎn)變思想，在烴源巖深入研究評價基礎(chǔ)上，優(yōu)選英雄嶺地區(qū)干柴溝和柴深兩個優(yōu)質(zhì)鹽巖蓋層最發(fā)育的構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)域開展探索，頁巖油勘探取得明顯成效。在干柴溝地區(qū)，針對下干柴溝組上段下部Ⅳ—Ⅵ油層組頁巖油共部署直井 12口，試油6口井并在9個層均獲得工業(yè)油流（見表1）。其中，柴902井對2 800～2 803 m井段（Ⅳ）壓裂試油，日產(chǎn)油32.53 t、氣2 582 m3，試采日產(chǎn)油10～12 t，170 d累產(chǎn)油2 113.7 t，累產(chǎn)氣78.2×104m3，證實(shí)了干柴溝地區(qū)頁巖油直井同樣具備良好的穩(wěn)產(chǎn)能力。同時，為探索頁巖油高效動用方式，在干柴溝地區(qū)開展水平井+體積壓裂試驗(yàn)，針對Ⅳ油層組鉆探柴平 1井，完鉆井深3 924.33 m，水平段長997.33 m，分21段124簇壓裂，壓后燜井16 d，開井即見油，采用不同工作制度放噴求產(chǎn)，產(chǎn)量逐漸上升，目前返排率僅4.9%，4 mm油嘴日產(chǎn)油 103.97 m3、氣 15 025 m3，氣油比 139.65 m3/m3，39 d累計產(chǎn)油2 240.44 m3、產(chǎn)氣262 915 m3。為進(jìn)一步探索咸湖沉積中心頁巖油潛力，向英雄嶺腹部柴深地區(qū)甩開 20 km鉆探的獅 303井，5 336～5 350 m井段壓力系數(shù)高達(dá)2.48，采用4 mm油嘴常規(guī)射孔日產(chǎn)油超百立方米（日產(chǎn)油227.4 t、氣6.6×104m3）。

表1 柴達(dá)木盆地英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段頁巖油直井試油數(shù)據(jù)表

根據(jù)英雄嶺地區(qū)大量鉆井和分析化驗(yàn)資料，認(rèn)為英雄嶺頁巖油具有6方面特征。

2.1 富氫烴源巖“二段式生烴”、滯留烴量大

下干柴溝組上段（E2—3xg2）是柴西坳陷最優(yōu)質(zhì)的烴源巖層，有效烴源巖分布面積近3 650 km2。有機(jī)碳含量平均 0.91%，氯仿瀝青“A”為 0.05%～1.00%，Ro為 0.6%～1.3%，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主。通過不同盆地低成熟烴源巖樣品TOC和生烴潛量分析，相對于其他盆地，柴西坳陷下干柴溝組上段烴源巖TOC值較低，但生烴潛量更高，同樣具有較高的氫指數(shù)（HI）（見圖 4、圖 5）。元素分析顯示烴源巖 H、C原子比遠(yuǎn)高于其他類型烴源巖，且主要為Ⅰ型有機(jī)質(zhì)。因此，英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段咸化湖相烴源巖盡管TOC值普遍較低（大多小于1%），但有機(jī)質(zhì)富氫，單位有機(jī)碳成烴潛力大，有機(jī)碳轉(zhuǎn)化率高達(dá) 80%[23]。比如，下干柴溝組上段中TOC值為 1%的烴源巖，單位有機(jī)碳生烴潛力與淡水—微咸水TOC值為3%～5%的烴源巖相當(dāng)（見圖5）。柴西坳陷下干柴溝組上段烴源巖上述特征具有明顯的咸湖特殊性，是英雄嶺頁巖油有別于其他頁巖油的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖4 英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段烴源巖地球化學(xué)特征及生烴特征

圖5 英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段與中國其他地區(qū)烴源巖生烴特征對比

通常，咸化湖盆頁巖中的可溶有機(jī)質(zhì)相對容易保存，可以在低熟階段規(guī)模生烴，估算可溶有機(jī)質(zhì)液態(tài)烴產(chǎn)率貢獻(xiàn)高達(dá)60%。研究表明，英雄嶺地區(qū)咸化湖盆烴源巖具有“二段式”生油模式，即下干柴溝組上段烴源巖可溶有機(jī)質(zhì)早期低熟生烴，不溶有機(jī)質(zhì)晚期成熟生烴。源巖也可“早生早排”，形成淺部未—低熟油藏；后期干酪根大量生油，是生油的主要階段，在深部成藏。因此，咸化湖相烴源巖在可溶有機(jī)質(zhì)早期生烴和干酪根降解生烴的共同作用下，具有極高的烴轉(zhuǎn)化率和生烴強(qiáng)度，改變了原有認(rèn)識，大大拓展了勘探領(lǐng)域。熱模擬顯示，英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段咸化湖相烴源巖Ro值為0.6%～1.3%，均以生油為主，最大生油量達(dá)350 mg/g，為柴西地區(qū)頁巖油富集奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)[24]。

2.2 儲集空間類型多、儲集性好

英雄嶺地區(qū)下干柴溝上段發(fā)育灰云質(zhì)頁巖、黏土質(zhì)頁巖以及碎屑巖 3類油氣儲集體[25]。儲集空間類型多樣，儲集性能好。儲集空間以無機(jī)孔隙為主，主要包括晶間孔、晶/粒間溶孔、角礫孔（洞）和網(wǎng)狀裂縫等4類，其次有粒間孔、鑄模孔、層理縫（見圖6）。高孔、高滲儲集層一般發(fā)育毫米級以上的溶蝕孔洞和裂縫；低孔、低滲儲集層一般裂縫不發(fā)育（或被充填），發(fā)育白云巖晶間孔和微米級溶蝕孔。

圖6 英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段各類儲集層特征和成因機(jī)制

其中，納米級晶間孔、微米級溶孔、層理縫和角礫間縫（洞）集群式發(fā)育，可確保頁巖層具備高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)能力。晶間孔主要成因?yàn)樘妓猁}巖在準(zhǔn)同生期白云石化過程中，由于晶格內(nèi)部離子交換造成體積收縮，形成大量納米—微米級白云石晶間孔，是英雄嶺地區(qū)頁巖油最主要儲集空間。溶蝕孔受成巖期流體交換、生烴期排酸、深埋期硫酸鹽熱還原反應(yīng)作用控制，但溶蝕孔僅局部發(fā)育。角礫間孔（洞）屬于構(gòu)造成因，主要沿斷裂破碎帶和層間揉皺區(qū)發(fā)育，常伴生溶蝕孔和構(gòu)造裂縫網(wǎng)絡(luò)，孔洞尺寸較大，半徑多為1～4 mm[26]。裂縫在應(yīng)力集中區(qū)普遍發(fā)育，特別是軟（鹽巖）硬（碳酸鹽巖）巖石互層，脆性差異成因的裂縫網(wǎng)絡(luò)常常與基質(zhì)孔復(fù)合。

與其他陸相盆地頁巖油儲集層對比，英雄嶺頁巖油的儲集空間類型更為多樣，孔隙大小有毫米級、微米級、納米級，儲集能力更佳。巖心分析孔隙度為3.1%～11.5%，平均值為 5.1%。巖心分析滲透率為（0.05～0.62）×10-3μm2，平均值為 0.4×10-3μm2。此外，廣泛發(fā)育的層理縫，為良好的油氣運(yùn)移通道及儲集空間。掃描電鏡分析，白云石晶間孔直徑為 150 nm左右，壓汞和數(shù)字巖心測試表明喉道半徑較細(xì)（多小于100 nm），屬于典型的小孔—細(xì)喉型。

2.3 源儲一體、甜點(diǎn)厚度大、含油級別高

英雄嶺地區(qū)古近系下干柴溝組上段半深湖—深湖相頁巖紋層為典型的明暗交互季節(jié)性紋層，紋層穩(wěn)定連續(xù)，韻律主要為純碳酸鹽巖與暗色富有機(jī)質(zhì)紋層高頻交互，其中碳酸鹽巖紋層孔隙較為發(fā)育[27-28]；薄層碳酸鹽巖厚度一般小于1 m?？梢詣澐譃榛旆e型與頁巖型兩類組合，形成混積型與頁巖型兩類頁巖油。英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段頁巖層系厚度為1 000～2 000 m，縱向含油段多。根據(jù)柴 2-4井統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)單紋層厚度以100～200 μm為主，密度為4 000～4 500條/m，含油層總厚度大于1 000 m。如柴2-4井下干柴溝組上段取心50.3 m，巖性為灰云質(zhì)紋層與富有機(jī)質(zhì)紋層組成的頁巖，含油巖心厚達(dá)27.7 m，含油級別最高為飽含油，灰云質(zhì)紋層（厚 100～200 μm）與薄層灰質(zhì)白云巖（厚度大多小于1 m）的含油性較好，巖心分析含油飽和度為46%～88%，其中灰云質(zhì)紋層含油飽和度最高。三維激光共聚焦分析表明，頁巖中含有大量液態(tài)烴，以原位滯留和微距運(yùn)移為主，總體成層狀分布（見圖7）?？傊⑿蹘X頁巖油具有紋層發(fā)育、單旋回薄、累計厚度大、含油級別高的特征。

圖7 英雄嶺地區(qū)柴2-4井古近系下干柴溝組上段紋層發(fā)育特征及含油性

2.4 鹽間與鹽下壓力系數(shù)高、地層能量充足

古近紀(jì)晚期英雄嶺地區(qū)為鹽湖沉積體系，下干柴溝組上段頂部為鹽巖，該套鹽巖廣泛發(fā)育，單層厚1～10 m，累計厚達(dá)200～300 m，是該區(qū)良好的蓋層。鹽巖的封蓋使得下干柴溝組上段形成自封閉系統(tǒng)；優(yōu)越的蓋層條件，致使區(qū)域內(nèi)普遍發(fā)育異常高壓，壓力系數(shù)達(dá) 1.7～2.4（見圖 8）。地層異常高壓表明地層能量充足，可保障頁巖油的長期自噴生產(chǎn)，是英雄嶺頁巖油穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的動力基礎(chǔ)。如獅新58井對5 502～5 514 m常規(guī)試油，4 mm油嘴日產(chǎn)油205 t，日產(chǎn)氣70 229 m3，油壓27 MPa；經(jīng)過2.5年生產(chǎn)已累計產(chǎn)油10.6×104t，產(chǎn)氣4 478×104m3；目前采用5.5 mm油嘴生產(chǎn)，日產(chǎn)油130 t，日產(chǎn)氣4.7×104m3，油壓25 MPa，產(chǎn)量仍穩(wěn)定。

圖8 英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段鹽巖分布和地層壓力分布圖

2.5 原油輕質(zhì)組分多、氣油比高

在青藏高原隆升作用下，柴西坳陷新生代沉積速率大。英雄嶺地區(qū)在古近紀(jì)早期經(jīng)歷深埋，形成大規(guī)模高熟油氣，原油具有氣油比高（40～300 m3/m3）、油質(zhì)輕（密度為 0.78～0.85 g/cm3）、流動性好（黏度為 4.86 mPa·s）等特點(diǎn)，且環(huán)烷烴含量相對較高（見圖9）。

圖9 英雄嶺地區(qū)古近系下干柴溝組上段原油特征與盆地其他地區(qū)對比

依據(jù)英西—英中原油地球化學(xué)特征，原油成熟度西低東高，與烴源巖成熟度呈現(xiàn)一致的趨勢，頁巖油源內(nèi)滯留成藏特征明顯。原油成熟度和氣油比成正相關(guān)關(guān)系，埋藏深度越大，成熟度越高，原油的密度和黏度越低[29]。英雄嶺腹部地區(qū)頁巖油明顯具有成熟度高、原油顏色淺的特點(diǎn)。

2.6 脆性礦物含量高、可壓性好

英雄嶺地區(qū)位于柴西坳陷中心，古近系下干柴溝組上段發(fā)育多期半深湖—深湖相頁巖，形成紋層型與混積型兩類頁巖。全巖礦物成分分析揭示，下干柴溝組上段巖性混積特征明顯，巖石類型包括灰云質(zhì)頁巖、黏土質(zhì)頁巖以及碎屑巖，以灰云質(zhì)頁巖為主。脆性礦物含量高，礦物組分以粉砂級石英、長石和方解石、白云石為主（60%～90%），黏土和塑性礦物含量總體偏低（10%～40%）。巖心掃描測井結(jié)合X衍射分析，明確下干柴溝組上段礦物組分包括黏土、石英、長石、方解石、白云石、石膏等多種礦物，碳酸鹽含量40%～60%。對干柴溝地區(qū)柴2-4井下干柴溝組上段開展全巖礦物組成分析，以碳酸鹽巖礦物為主，混積特征明顯（見圖10）。

圖10 英雄嶺地區(qū)柴2-4井下干柴溝組上段巖心礦物組成統(tǒng)計圖

礦物成分和結(jié)構(gòu)決定巖石力學(xué)性質(zhì)特有的塑性和脆性[30]。通常，低黏土礦物含量、高脆性礦物含量的泥頁巖容易產(chǎn)生裂縫，有較強(qiáng)的造縫能力，有利于開展大型體積壓裂。Jarvie等認(rèn)為石英和鈣質(zhì)含量越高，脆性越大[31]。英雄嶺頁巖中的碳酸鹽等脆性礦物含量普遍高于以黏土為主要成分的松遼盆地白堊系青山口組頁巖、鄂爾多斯盆地三疊系長7段頁巖以及渤海灣盆地古近系沙河街組頁巖[17]。因此，高脆性礦物含量使英雄嶺頁巖油具有較好的可壓性，有利于大規(guī)模壓裂改造。

3 頁巖油評價標(biāo)準(zhǔn)

3.1 頁巖油評價現(xiàn)狀

英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段頁巖油具有TOC值低、甜點(diǎn)單層厚度薄、氣油比高、含油飽和度高、地層壓力高等“獨(dú)特”特征，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)體系對這類頁巖油評價存在一定不適應(yīng)性，難以客觀評價。因此，亟需建立新的指標(biāo)體系。

目前，頁巖油“甜點(diǎn)段/區(qū)”評價一般注重?zé)N源巖特性、巖性、物性、脆性、含油氣性與應(yīng)力各向異性“6特性”匹配關(guān)系評價[1,4-5,11,17,32]，北美地區(qū)有利頁巖層系TOC值大于4%，為紋層狀頁巖或泥灰?guī)r，孔隙度大于 7%，脆性礦物含量大于 50%，含油飽和度50%～80%，相對密度（ρr）小于 0.825及壓力系數(shù)大于1.30，天然裂縫發(fā)育[10,33]。中國有利頁巖層系的特點(diǎn)是TOC值大于2%（S1大于2 mg/g），紋層狀頁巖或致密砂巖、致密碳酸鹽巖，孔隙度較高，脆性礦物含量大于 40%，含油飽和度 60%～90%，較低原油黏度或較高地層壓力，天然裂縫發(fā)育[2]。

近年來，研究發(fā)現(xiàn)湖相頁巖滯留可動烴富集受頁巖有機(jī)碳含量（TOC）、有機(jī)質(zhì)熱演化程度（Ro）、成巖演化、天然裂縫發(fā)育程度及湖盆的大小與物源的輸入距離之比（B/A值）等5大因素控制；各因素對應(yīng)普遍適中的指標(biāo)，即TOC值為2%～4%，Ro值為0.7%～1.0%（埋深為3 200～4 300 m），成巖演化階段處于中成巖A期，天然裂縫發(fā)育但未破壞頁巖油頂?shù)装迳w層，B/A值為 40%～60%，各指標(biāo)太高或太低均不利于頁巖油富集[34]。頁巖的Ro值在平面上不僅控制油氣類型、氣油比，而且控制頁巖油的“甜點(diǎn)區(qū)”[31,35]。因此，Ro毫無疑問是甜點(diǎn)評價的重要參數(shù)。此外，對于陸相頁巖中的TOC值參數(shù)則需要根據(jù)淡水湖盆和咸化湖盆有機(jī)碳生烴能力的差異來客觀分析，應(yīng)該按照湖盆水體環(huán)境將其區(qū)分對待[23]。另外，目前，國際上主要基于錄井與巖石實(shí)測數(shù)據(jù)約束，注重盆地模擬技術(shù)和地震資料，開展疊前地震數(shù)據(jù)分析，獲取巖石性質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)（聲波阻抗、彈性模量和泊松比等），結(jié)合巖性、孔隙度、總有機(jī)碳、礦物組成及已有產(chǎn)量數(shù)據(jù)，優(yōu)選甜點(diǎn)區(qū)，預(yù)測單井產(chǎn)量。

3.2 英雄嶺頁巖油評價參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

不同于其他盆地頁巖層系為穩(wěn)定單旋回沉積，柴西古近系頁巖沉積受湖水高頻振蕩影響，縱橫向變化頻繁，呈現(xiàn)“薄、多、雜”的特征。此外，英雄嶺地區(qū)無論是沉積環(huán)境、烴源巖特征、甜點(diǎn)儲集層以及流動性都不同于中國其他地區(qū)典型的頁巖油（見表 2）。盡管Jarvie等提出含油飽和度指數(shù)（OSI）大于100 mg/g可以作為甜點(diǎn)段[31]，但對頁巖型，通常也會因?yàn)樘妓猁}含量低、TOC值高、滲透率低等因素，導(dǎo)致頁巖油可采性差，產(chǎn)能迅速降低。因此，在具體應(yīng)用上述評價指標(biāo)體系時，可以在確定頁巖油儲集層類型前提下，分類選擇指標(biāo)，構(gòu)建評價體系。

參考單井評價通常采用相關(guān)參數(shù)的星圖預(yù)測頁巖油風(fēng)險的方法，對于區(qū)塊預(yù)測，可采取對目標(biāo)層重要參數(shù)進(jìn)行平面疊加或權(quán)重求和，得到頁巖油開發(fā)潛力分級評價的思路[36]。結(jié)合北美最新用來評價頁巖的含油性與可開發(fā)性的參數(shù)[37]，根據(jù)英雄嶺地區(qū)頁巖油富集關(guān)鍵參數(shù)和工程改造參數(shù)，提出有機(jī)碳含量、有效孔隙度、含油飽和度、脆性礦物含量、有機(jī)質(zhì)熱演化程度、壓力系數(shù)、頁理密度、埋藏深度等8項評價參數(shù)并給出評價標(biāo)準(zhǔn)（見表 3）。其中，縱向上單井甜點(diǎn)段評價重點(diǎn)采用有效孔隙度、含油飽和度、脆性礦物含量 3項參數(shù)；平面上甜點(diǎn)區(qū)主要受有機(jī)碳含量、有效孔隙度、脆性礦物含量、含油飽和度、有機(jī)質(zhì)熱演化程度控制。其中，脆性礦物含量不僅控制著巖性，也與儲集性能、含油量有正相關(guān)關(guān)系，是一個重要的參考指標(biāo)；可壓性是依據(jù)脆性礦物含量和應(yīng)力差確定，并通過試油試采效果建立的可壓性識別和分類標(biāo)準(zhǔn)。

4 資源潛力與有利勘探區(qū)分布

4.1 頁巖油資源潛力

自始新世中期至中新世早期，柴西坳陷沉積中心自西向東遷移，有效烴源巖全區(qū)分布，面積達(dá)3 650 km2，最大厚度近2 000 m（見圖11）。咸化湖相烴源巖生烴潛力較大，該套頁巖氯仿瀝青“A”為0.05%～1.00%，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主，有效源巖厚度占比達(dá)51%，與其他陸相盆地?zé)N源巖相比，盡管其TOC值大多小于1%，但具有較高的氫指數(shù)。此外，咸化環(huán)境有利于可溶有機(jī)質(zhì)保存，在低熟階段即可規(guī)模生烴，可溶有機(jī)質(zhì)液態(tài)烴產(chǎn)率貢獻(xiàn)高達(dá)60%，具有烴轉(zhuǎn)化率高、生烴強(qiáng)度大的特點(diǎn)，源內(nèi)滯留資源潛力大。本套頁巖由西至東隨著埋深、溫度和壓力增加，有機(jī)質(zhì)熱演化程度大大增加。

目前井控已落實(shí)干柴溝區(qū)帶頁巖油面積42 km2，估算地質(zhì)儲量3×108t以上，豐度達(dá)880×104t/km2。結(jié)合英西—英中、柴深地區(qū)鉆探成果分析，井控面積外埋深 5 500 m以淺的英雄嶺頁巖油有利勘探面積近800 km2（見圖12）。依據(jù)下干柴溝組上段源巖厚度、甜點(diǎn)層縱向分布、源巖展布面積和游離烴含量（S1）等參數(shù)（見表4），利用體積法估算英雄嶺地區(qū)有利區(qū)頁巖油資源量達(dá)21×108t，表明該區(qū)頁巖油是柴達(dá)木盆地“十四五”規(guī)模增儲、效益建產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。

圖12 英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段頁巖油有利區(qū)分布圖

表4 柴達(dá)木盆地英雄嶺地區(qū)頁巖油有利區(qū)資源評價參數(shù)表

柴西坳陷古近紀(jì)時為一完整的湖盆，包含 3大次凹，分別為英雄嶺凹陷、小梁山凹陷和扎哈泉凹陷，其構(gòu)造及沉積背景相似，均發(fā)育古近系咸化湖相有效烴源巖。研究認(rèn)為，柴西坳陷古近系整體具備頁巖油規(guī)模發(fā)育條件，根據(jù)頁巖中游離烴含量、TOC值、烴源巖面積及厚度，初步估算柴西坳陷埋深小于6 000 m的頁巖油資源量約44.5×108t。

4.2 有利勘探區(qū)分布

4.2.1 縱向甜點(diǎn)段

英雄嶺地區(qū)頁巖厚度為1 000～2 000 m，其縱向含油性好、井段跨度長、油層累計厚度大，埋深為2 500～5 500 m。根據(jù)沉積旋回特征，結(jié)合儲集層改造縫高（50 m）及甜點(diǎn)層分布，縱向上將下干柴溝組上段Ⅳ—Ⅵ油層組近1 200 m厚度頁巖層系發(fā)育段劃分為23個箱體（見圖13），各箱體厚度為42～55 m，平面上各箱體可對比性好，頁巖層系穩(wěn)定發(fā)育。根據(jù)現(xiàn)有取心與試油試采資料分析，初步認(rèn)定英雄嶺頁巖油甜點(diǎn)段分布于下干柴溝組上段Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ油層組，覆蓋10個箱體，對8個箱體進(jìn)行試油，均獲工業(yè)油氣流，直井壓后日產(chǎn)油 12.7～44.95 m3，并可長期穩(wěn)產(chǎn)。依據(jù)英雄嶺頁巖油甜點(diǎn)段分級評價標(biāo)準(zhǔn)將甜點(diǎn)段分為3類，其中Ⅰ類甜點(diǎn)厚度為150～280 m，平均占比18%；Ⅱ類甜點(diǎn)厚度為250～300 m，平均占比23%，壓力系數(shù)為1.73～2.16，是區(qū)內(nèi)頁巖油高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。

圖13 柴達(dá)木盆地英雄嶺地區(qū)下干柴溝組上段箱體劃分與甜點(diǎn)發(fā)育段縱向分布圖

4.2.2 平面有利區(qū)

鉆探揭示，英雄嶺地區(qū)頁巖油井間甜點(diǎn)段對比性良好，平面展布較為穩(wěn)定，目前干柴溝區(qū)帶井控已落實(shí)頁巖油含油面積42 km2。根據(jù)區(qū)域鉆探資料，深入研究沉積及生烴特征，發(fā)現(xiàn)以濱淺湖相灰質(zhì)白云巖和半深湖相紋層灰?guī)r為主的兩類有利源內(nèi)碳酸鹽巖儲集體在全區(qū)廣覆式分布。依據(jù)有機(jī)碳含量大于0.8%的柴西坳陷咸化湖相優(yōu)質(zhì)成熟烴源巖分布范圍，綜合源儲配置組合、構(gòu)造演化、埋深（小于5 500 m）以及鉆探效果，明確構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)是頁巖油主要勘探方向，落實(shí)英雄嶺頁巖油近期最現(xiàn)實(shí)的有利勘探面積800 km2（見圖12），但由于受晚期構(gòu)造運(yùn)動影響，頁巖油的平面非均質(zhì)性及連續(xù)性是下步研究關(guān)注的重點(diǎn)。

5 結(jié)論

英雄嶺頁巖油發(fā)育于古近系下干柴溝組上段咸化環(huán)境，主體為源儲一體型，可以分為頁巖型和混積型兩類。具有滯留烴量大、儲集性好、甜點(diǎn)段厚度大、地層壓力系數(shù)高、原油輕質(zhì)組分多、脆性礦物含量高等 6項地質(zhì)特性。與國內(nèi)外其他地區(qū)頁巖油相比，具備地質(zhì)特征的特殊性和勘探開發(fā)的有利性。

參考國內(nèi)外頁巖油甜點(diǎn)評價標(biāo)準(zhǔn)，提出英雄嶺頁巖油甜點(diǎn)評價的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，建立基于有機(jī)碳含量、有效孔隙度、含油飽和度、脆性礦物含量、有機(jī)質(zhì)熱演化程度、壓力系數(shù)、頁理密度、埋藏深度等 8項評價參數(shù)的評價體系，利用體積法估算英雄嶺埋深5 500 m以淺的頁巖油資源量達(dá)21×108t。初步估算柴西坳陷埋深小于 6 000 m 的頁巖油資源量約 44.5×108t。

英雄嶺頁巖厚度為1 000～2 000 m，含油性好，油層累計厚度大，縱向上可劃分為23個箱體，各箱體厚度為42～55 m。明確構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)是頁巖油主要勘探方向，近期最現(xiàn)實(shí)的有利勘探面積800 km2。

符號注釋：

HI——?dú)渲笖?shù)，mg/g；S1——巖石中的游離烴含量，mg/g；Tmax——巖石熱解最高峰溫度，℃。