瑪湖凹陷風(fēng)城組不同巖相頁巖含油性及可動(dòng)性特征

常佳琦，姜振學(xué)，高之業(yè)，鄭國偉，張?jiān)溃S立良，何文軍，段龍飛，陳志祥，宋嘉楠,

(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.中國石油大學(xué)(北京) 非常規(guī)油氣科學(xué)技術(shù)研究院，北京，102249；3.中國石油新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依，834000)

北美頁巖油的成功勘探開發(fā)，引起了國內(nèi)外學(xué)者對(duì)頁巖油資源的廣泛關(guān)注[1-4]。我國頁巖油資源豐富，陸上主要盆地頁巖油技術(shù)可采資源量為(74～372)×108t[2]。目前，已在松遼、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、渤海灣等重點(diǎn)盆地獲得突破，先后建立了新疆吉木薩爾、長慶隴東和大慶古龍3個(gè)頁巖油國家級(jí)示范區(qū)[5-7]。美國頁巖油分布廣泛[8]，主要集中在威利斯頓盆地巴肯(Bakken)、墨西哥灣盆地伊格爾福特(Eagle Ford)、二疊盆地沃爾夫坎普(Wolfcamp)、博恩斯普林(Bonespring)等海相頁巖層系[2-3]。海相盆地面積大，構(gòu)造平緩，物源較單一，展布范圍較大，因此巖相類型較為簡單，平面和縱向上相變也較慢，比較容易確定優(yōu)勢巖相，也利于頁巖油甜點(diǎn)預(yù)測與評(píng)價(jià)[9-13]。而我國頁巖油主要分布在松遼、渤海灣、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、塔里木等盆地的陸相層系中[14-15]。盆地面積相對(duì)狹小，構(gòu)造活動(dòng)劇烈，沉積環(huán)境和氣候變化頻繁，物源較復(fù)雜，導(dǎo)致巖石組構(gòu)特征表現(xiàn)出極強(qiáng)的非均質(zhì)性，巖相變化較快，不利于確定頁巖油優(yōu)勢相帶[16]。因此，陸相頁巖油探勘首先要解決的問題就是確定頁巖層系的地質(zhì)特征，尤其是頁巖層系中優(yōu)勢巖相的確定。

頁巖層系的含油性與頁巖油的可動(dòng)性是頁巖優(yōu)勢巖相選擇、頁巖油有利區(qū)優(yōu)選與高效開發(fā)的關(guān)鍵參數(shù)。頁巖含油性對(duì)頁巖油開發(fā)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值有著重要的影響，也是評(píng)價(jià)頁巖油富集的關(guān)鍵指標(biāo)。近年來，諸多學(xué)者圍繞含油性及可動(dòng)性的評(píng)價(jià)及影響因素展開了大量的研究，主要利用地球化學(xué)參數(shù)法(氯仿瀝青“A”、熱解烴量S1)、溶劑抽提法、巖心物理參數(shù)法(含油飽和度)、測井評(píng)價(jià)法[17-23]等手段來評(píng)價(jià)頁巖層系的含油性，并且初步明確了生烴條件、儲(chǔ)存條件、保存條件、地層溫度、地層壓力以及流體性質(zhì)等均會(huì)影響頁巖層系的含油性[20,24]?？蓜?dòng)性方面，目前常用含油飽和度指數(shù)(OSI)、自由烴差值、地層能量、核磁共振等方法評(píng)價(jià)頁巖油的可動(dòng)性[21,25-28]，并且認(rèn)為孔隙結(jié)構(gòu)、地層溫壓、裂縫發(fā)育情況、原油性質(zhì)等因素控制了頁巖油的可動(dòng)性[29-31]。對(duì)于陸相湖盆而言，其泥頁巖層系具有沉積相變快、頻繁薄互層、巖性復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)、熱成熟度較低等特點(diǎn)，陸相頁巖油也普遍具有黏度、密度大、含蠟量高等特征[32]，導(dǎo)致了陸相頁巖層系不同巖相含油性及頁巖油可動(dòng)性差異大。趙賢正等[33]提出紋層狀長英質(zhì)頁巖組構(gòu)相是滄東凹陷孔二段頁巖油勘探開發(fā)的首選類型，然而對(duì)于其他盆地陸相頁巖層系巖相類型及優(yōu)勢巖相發(fā)育特征認(rèn)識(shí)還較少，制約了頁巖油的甜點(diǎn)優(yōu)選及高效開發(fā)。本文作者以瑪湖凹陷瑪頁1井二疊系風(fēng)城組巖心為研究對(duì)象，利用場發(fā)射掃描電鏡、N2吸附、有機(jī)地球化學(xué)等實(shí)驗(yàn)手段，明確該區(qū)巖相發(fā)育類型及不同巖相的含油性、可動(dòng)性特征，為陸相頁巖油的勘探選區(qū)和開發(fā)層段優(yōu)選提供一定的參考。

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地位于中國新疆的北部，瑪湖凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷的次一級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元[34]，面積約4 258 km2[35]，北側(cè)與烏夏斷裂帶以及克百斷裂帶相鄰，西南側(cè)與中拐凸起相接，東南側(cè)與達(dá)巴松凸起和夏鹽凸起毗鄰，東北側(cè)為石英灘凸起和英西凹陷[36](圖1)。瑪湖凹陷是盆地油氣富集程度最高的生烴凹陷，也是目前勘探的重點(diǎn)區(qū)域之一[34,37-38]。研究層位二疊系風(fēng)城組為早二疊世前陸盆地構(gòu)造背景上發(fā)育的一套扇三角洲—湖相沉積[38]，自斜坡區(qū)向湖盆中心粒度逐漸變細(xì)。風(fēng)城組巖性主要是泥頁巖，但從整個(gè)風(fēng)城組來看，其巖石組成很復(fù)雜，可以包括白云質(zhì)巖類、碎屑巖和火山巖等，反映出混合沉積的特征[39]。風(fēng)城組沉積時(shí)期，瑪湖凹陷內(nèi)為堿性湖泊環(huán)境，水體中以Na+，CO23-和HCO-3為主，SO24-含量較低，因此風(fēng)城組發(fā)育多種堿性礦物，目前已在風(fēng)城組發(fā)現(xiàn)碳?xì)溻c石、天然堿、氯碳鈉鎂石、碳酸鈉鈣石、絲硅鎂石等堿性礦物[38-40]。堿湖因其細(xì)菌和藻類等微生物類型多樣、生物產(chǎn)率高[41]，可形成優(yōu)質(zhì)的烴源巖[39-40]。瑪湖凹陷風(fēng)城組也被認(rèn)為是迄今全球發(fā)現(xiàn)最古老的堿湖優(yōu)質(zhì)烴源巖[39]。

取樣井瑪頁1井是新疆油田為了探索瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖油和常規(guī)高孔火山巖油藏部署鉆探的一口預(yù)探井。該井位于瑪湖凹陷北部斜坡帶，北部為烏夏斷裂帶，南部為瑪湖凹陷，構(gòu)造較為簡單(圖1)。瑪頁1 井取心段為風(fēng)城組三段(P1f3)底部至佳木河組(P1j)，其中主探目的層風(fēng)三段底部至風(fēng)二段巖性主要為白云質(zhì)泥巖夾白云質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)白云巖、凝灰?guī)r；兼探層風(fēng)一段火山巖主要巖性為熔結(jié)凝灰?guī)r、玄武巖(圖2)。本文樣品均來源于瑪頁1 井風(fēng)城組三段(P1f3)底部至風(fēng)城組一段(P1f1)頁巖層段，在頁巖層段內(nèi)部采用系統(tǒng)采樣的原則，并在試油層段重點(diǎn)取樣。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷構(gòu)造位置圖[35]Fig.1 Structural setting in Mahu Sag,Junggar Basin

圖2 瑪頁1井風(fēng)城組頁巖層段綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of shale section of Fengcheng Formation in Well Maye 1

2 樣品與實(shí)驗(yàn)方法

本文選取瑪湖凹陷瑪頁1 井風(fēng)城組樣品共44塊進(jìn)行全巖XRD實(shí)驗(yàn)，根據(jù)XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果從中挑選出不同巖相樣品共24 塊分別進(jìn)行普通薄片、場發(fā)射掃描電鏡、N2吸附實(shí)驗(yàn)、He 孔隙度和氣體非穩(wěn)態(tài)法(PDP)滲透率實(shí)驗(yàn)查明不同巖相頁巖油賦存狀態(tài)及孔隙結(jié)構(gòu)特征。開展總有機(jī)碳含量測定、常規(guī)巖石熱解實(shí)驗(yàn)、多溫階熱解實(shí)驗(yàn)以明確不同巖相樣品含油性特征及可動(dòng)性特征。其中全巖XRD、總有機(jī)碳含量測定、常規(guī)巖石熱解實(shí)驗(yàn)、He孔隙度和氣體非穩(wěn)態(tài)法(PDP)滲透率等常規(guī)實(shí)驗(yàn)分別按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1) 多溫階熱解實(shí)驗(yàn)在中石化無錫地質(zhì)研究所用Rock-Eval 6 熱解儀進(jìn)行分析。熱解過程參照蔣啟貴等[42]提出的熱解升溫程序進(jìn)行。

2) 場發(fā)射-掃描電鏡實(shí)驗(yàn)在中國石油大學(xué)(北京)ZEISS MERLIN型高分辨場發(fā)射掃描電鏡完成。氬離子拋光后的樣品在1.2～0.8 kV，200～80 pA 的低電壓與低電流條件下進(jìn)行二次電子成像觀察頁巖油賦存狀態(tài)及孔隙結(jié)構(gòu)特征。此外，未經(jīng)過氬離子拋光的自然斷面樣品的掃描電鏡圖片來自于新疆油田勘探開發(fā)研究院資料。

3) N2吸附實(shí)驗(yàn)采用東北石油大學(xué)ASAP 2460-2HD 比表面積及孔徑分析儀進(jìn)行測試。將樣品研磨成粒徑為178～250 μm 的粉末，在240 ℃的溫度下真空脫氣12 h，然后在-196 ℃的溫度條件下分別記錄樣品在增加和降低相對(duì)壓力時(shí)的N2吸附量和脫附量，再將粉末狀樣品進(jìn)行洗油(三氯甲烷、1周)和烘干(80 ℃、24 h)，重復(fù)進(jìn)行抽真空和N2吸附過程，得到洗油后樣品N2吸附結(jié)果。

3 巖相劃分及儲(chǔ)層特征

3.1 礦物組成及巖相劃分

瑪湖凹陷風(fēng)城組物源多樣，礦物組成復(fù)雜，陸源碎屑物質(zhì)、內(nèi)源化學(xué)物質(zhì)以及火山物質(zhì)均有沉積。陸源碎屑物質(zhì)主要為長石、石英、黏土礦物以及巖屑等。風(fēng)城組沉積時(shí)期水體堿度較高，富含Na+，CO23-和HCO-3[41,43]，白云石、方解石、菱鐵礦等內(nèi)源化學(xué)沉積礦物發(fā)育，部分層段發(fā)育特殊堿性礦物，如硅硼鈉石、碳?xì)溻c石、碳酸鈉鈣石等[38,44]。此外，頻繁的火山活動(dòng)還導(dǎo)致了風(fēng)城組發(fā)育火山凝灰質(zhì)。瑪頁1 井風(fēng)城組全巖XRD 實(shí)驗(yàn)顯示風(fēng)城組主要礦物組成為石英、長石、方解石、白云石和黏土礦物(圖3)。長英質(zhì)礦物和碳酸鹽礦物是風(fēng)城組的主要組成礦物。長英質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.0%～90.0%，主要為碎屑成因。碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.4%～73.3%，瑪湖凹陷咸化湖泊環(huán)境有利于白云石等碳酸鹽類礦物的形成，有利于凝灰質(zhì)成分的碳酸鹽化，使得不同類型白云石和方解石共存于細(xì)粒巖石中[45]。風(fēng)城組黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少，介于0～20.2%。黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響了頁巖儲(chǔ)層的可壓裂性，實(shí)現(xiàn)商業(yè)產(chǎn)量的頁巖油區(qū)帶黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍低于30%[46]，風(fēng)城組較低的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)說明了其具有較好的可壓裂性。此外，與其他陸相頁巖相比，風(fēng)城組黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，介于0～15.0%，這與堿湖環(huán)境中富含大量的硫酸鹽還原菌有關(guān)，能夠抑制硫酸鹽礦物的形成，從而促進(jìn)單質(zhì)硫與金屬礦物結(jié)合形成硫化物[37,39]。

圖3 瑪頁1井風(fēng)城組礦物組成Fig.3 Mineral Composition of Fengcheng Formation in Well Maye 1

風(fēng)城組巖相復(fù)雜，目前還沒有統(tǒng)一的巖相劃分方案。由于火山凝灰質(zhì)和特殊堿性礦物僅在部分層段發(fā)育，對(duì)于整個(gè)風(fēng)城組來說進(jìn)行巖相劃分時(shí)可以不考慮火山凝灰質(zhì)和特殊堿性礦物。本文首先將風(fēng)城組按照粒度差異劃分出頁巖和粉砂巖。頁巖巖相劃分采用李兆豐等[47]對(duì)風(fēng)城組的頁巖巖相劃分方案。風(fēng)城組粉砂巖通常以夾層形式發(fā)育在頁巖層系中，厚度介于10～100 cm 之間。根據(jù)GB/T 38718—2020中對(duì)頁巖油的定義：“頁巖油指賦存于富有機(jī)質(zhì)頁巖層系中的石油，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(jì)厚度占頁巖層系總厚度比例小于30%?！北疚难芯匡L(fēng)城組頁巖油包括了頁巖層系中粉砂巖夾層中賦存的油。巖相三角圖中風(fēng)城組的頁巖樣品普遍分布在I1，I2和Ⅱ2/Ⅲ2區(qū)域(圖4)，說明風(fēng)城組頁巖巖相主要為長英質(zhì)頁巖、含灰/云長英質(zhì)頁巖以及含長英灰/云質(zhì)頁巖。風(fēng)城組黏土礦物含量較少，因此，黏土質(zhì)頁巖、混合質(zhì)頁巖等巖相較不發(fā)育。

(4) 2臺(tái)FEP采用自開發(fā)軟件接口協(xié)議與外部時(shí)鐘源同步，但無法確保2臺(tái)FEP的時(shí)鐘精度偏差均在50 ms內(nèi)(僅采用NTP或PTP協(xié)議時(shí)才能確保精度在50 ms內(nèi))，不能同時(shí)為下一層提供時(shí)鐘源服務(wù)。

圖4 瑪頁1井風(fēng)城組巖相三角圖Fig.4 Lithofacies triangle diagram of Fengcheng Formation in Well Maye 1

3.2 儲(chǔ)層特征

通過巖心、薄片、掃描電鏡觀察可識(shí)別出瑪湖凹陷風(fēng)城組孔隙類型多樣，主要發(fā)育有溶蝕孔、晶間孔、粒間孔、有機(jī)質(zhì)孔以及各種尺度的裂縫(圖5)。溶蝕孔是風(fēng)城組最為有利的儲(chǔ)集空間類型之一[45]，從巖心尺度到電鏡尺度均可觀察到溶蝕孔的發(fā)育。碳酸鹽礦物較易發(fā)生溶蝕作用，其次為長石，此外風(fēng)城組特殊堿性礦物也易受酸性流體的溶蝕產(chǎn)生溶蝕孔(圖5(a)，5(d)和5(e))。生烴產(chǎn)生的有機(jī)酸對(duì)礦物的溶蝕具有重要的貢獻(xiàn)，常見溶蝕孔中充填有殘余瀝青(圖5(a))。裂縫是風(fēng)城組另一種主要的儲(chǔ)集空間。從巖心尺度的構(gòu)造縫、層理縫到薄片尺度的解理縫、粒緣縫均有發(fā)育(圖5(b)和5(c))。構(gòu)造縫以高角度縫為主且常被方解石充填，薄片和掃描電鏡下觀察到的解理縫、粒緣縫等微裂縫未被充填。有機(jī)質(zhì)孔是頁巖儲(chǔ)層的重要孔隙類型，風(fēng)城組頁巖樣品也可觀察到有機(jī)質(zhì)孔(圖5(i))，但風(fēng)城組頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度不高，因此，有機(jī)質(zhì)孔并未普遍發(fā)育。

圖5 瑪頁1井風(fēng)城組孔隙類型Fig.5 Pore types of Fengcheng Formation in Well Maye 1

瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖層段氣測孔隙度為1.11%～10.67%，平均值為2.73%；PDP 滲透率為(0.000 1～0.046 8)×10-3μm2，平 均 值 為0.006 9×10-3μm2。與我國其他地區(qū)陸相頁巖油儲(chǔ)層相比物性較差，儲(chǔ)層極為致密[48-50]。不同巖相孔隙度、滲透率差異較大(表1)。粉砂巖夾層物性條件最好，孔隙度為4.67%～10.62%，平均值為7.27%；PDP滲透率為(0.002 8～0.046 7)×10-3μm2。含灰長英質(zhì)頁巖孔隙度較高，為3.26%～4.81%，平均值為4.04%，但其滲透率是所有巖相中最低的，PDP滲透率為(0.000 4～0.002 4)×10-3μm2，平均值為0.001 4×10-3μm2?；屹|(zhì)含量較高易于發(fā)育溶蝕孔隙，對(duì)頁巖孔隙度有一定的貢獻(xiàn)作用，但風(fēng)城組原生方解石大多被白云石交代，現(xiàn)今方解石多充填在層理縫、構(gòu)造縫中，或以膠結(jié)物形式發(fā)育在原生粒間孔中[51-52]，導(dǎo)致儲(chǔ)層中層理縫、構(gòu)造縫及原生粒間孔的儲(chǔ)集空間減少，孔隙連通性降低，從而導(dǎo)致滲透率降低。長英質(zhì)頁巖、含云長英質(zhì)頁巖和含長英云質(zhì)頁巖的物性差異不大，孔隙度和滲透率均較低。

表1 瑪頁1井風(fēng)城組不同巖相孔隙度、滲透率Table 1 Porosity and permeability of different lithofacies of Fengcheng Formation in Well Maye 1

4 頁巖含油特征

4.1 頁巖油賦存特征

頁巖油主要以游離態(tài)和吸附態(tài)賦存在頁巖孔隙和裂縫中，還有極少量的溶脹及溶解狀態(tài)?，旐? 井風(fēng)城組全井段含油，頁巖層段連續(xù)取心365.38 m，其中油浸級(jí)巖心6.12 m，油斑級(jí)巖心175.03 m，油跡級(jí)巖心184.23 m。巖心觀察可見部分溶蝕孔中含有大量的殘余瀝青(圖6(a))，裂縫含油(圖6(b))以及紋層含油(圖6(c))。頁巖油主要有游離態(tài)和吸附態(tài)2種賦存方式，氬離子拋光樣品掃描電鏡下可觀察到溶蝕孔、粒間孔中的殘留油，呈油滴狀大量富集在孔隙中(圖6(d)和6(e))，還可觀察到孔壁(礦物表面)上呈吸附態(tài)的油膜(圖6(e)和6(f)。

圖6 瑪頁1井風(fēng)城組頁巖油賦存狀態(tài)Fig.6 Occurrence state of shale oil of Fengcheng Formation in Well Maye 1

4.2 頁巖油賦存的孔隙空間

洗油前和洗油后的N2吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示不同巖相頁巖洗油后孔體積與洗油前的孔體積相比均有增加(圖7)。頁巖油賦存在頁巖孔隙或裂縫中，洗油后原本被油占據(jù)的孔隙空間被釋放，導(dǎo)致孔體積增大。風(fēng)城組不同巖相的樣品洗油后孔體積均有增加，說明原油在不同巖相的儲(chǔ)層中均有賦存。但是不同巖相的樣品孔體積的增加量不同，洗油后粉砂巖和長英質(zhì)頁巖孔體積分別增加了82%和75%，說明粉砂巖和長英質(zhì)頁巖納米級(jí)孔隙中的含油性最好；其次為含云長英質(zhì)頁巖，洗油后孔體積增加了52%；含灰長英質(zhì)頁巖和含長英云質(zhì)頁巖洗油后孔體積僅增加了22%和8%，N2吸附實(shí)驗(yàn)測試孔徑范圍內(nèi)該2種巖相含油性最差。

圖7 風(fēng)城組不同巖相頁巖洗油前后孔體積對(duì)比圖Fig.7 Comparison of pore volume before and after oil washing in different lithofacies shale of Fengcheng Formation

不同孔徑范圍孔體積的增加也存在差異?？梢钥闯?，不同巖相的樣品在孔徑≤10 nm 的范圍內(nèi)洗油后孔體積的增量較小，僅占總孔體積增量的5%～31%，而在孔徑＞10 nm的范圍內(nèi)，洗油后孔體積的增量較多，占孔體積增量的69%～95%，說明頁巖油主要賦存于孔徑＞10 nm 的孔隙中。寧方興等[53]通過觀察含油頁巖在掃描電鏡下抽真空過程發(fā)現(xiàn)，能夠滲出原油的最小孔徑也是10 nm，同樣說明了賦存在孔徑＞10 nm 孔隙中的頁巖油才最具有現(xiàn)實(shí)意義。

4.3 不同巖相頁巖含油性差異

風(fēng)城組不同巖相頁巖的含油性具有較大差異(圖8)。通過常規(guī)熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，粉砂巖熱解S1最高，平均值為4.28 mg/g；長英質(zhì)頁巖和含云長英質(zhì)頁巖熱解S1平均值基本一致，分別為1.67 mg/g 和1.28 mg/g；含長英云質(zhì)頁巖和含灰長英質(zhì)頁巖的熱解S1較低，平均值均未達(dá)到1.0 mg/g，分別為0.8 mg/g 和0.36 mg/g。不同巖相熱解S1的差異與洗油后N2吸附孔體積增量基本一致，也就是說不同巖相含油性的差異導(dǎo)致了洗油前后孔體積增量的差異。此外，長英質(zhì)頁巖不同樣品間熱解S1的差別較大，從0.63 mg/g 到2.97 mg/g 均有，說明同一種巖相不同樣品間含油性也有差異，這可能與不同樣品之間孔隙結(jié)構(gòu)差異有關(guān)。

圖8 風(fēng)城組不同巖相樣品含油性箱線圖Fig.8 Box diagram of oil-bearing of different lithofacies in Fengcheng Formation

風(fēng)城組頁巖層系內(nèi)部不同巖相含油性的差異主要受儲(chǔ)層物性的影響。粉砂巖夾層孔隙度、滲透率最高，含油飽和度在所有巖相中也是最高的。其次為長英質(zhì)頁巖和含云長英質(zhì)頁巖，雖然其孔隙度較低，但滲透率較高，含油飽和度也可達(dá)到20%。含灰長英質(zhì)頁巖雖然孔隙度較高，但滲透率是所有巖相中最低；含長英云質(zhì)頁巖滲透率較高，但孔隙度在所有巖相中最低，因此，這2種巖相的含油飽和度均不高(圖9)。含油飽和度的結(jié)果與常規(guī)熱解的結(jié)果基本一致，不同巖相樣品含油性具有較大差異，主要是受儲(chǔ)層物性的控制，碳酸鹽含量較高的巖相，如含灰長英質(zhì)頁巖和含長英云質(zhì)頁巖，儲(chǔ)層物性較差，含油性也較差。研究區(qū)風(fēng)城組碳酸鹽礦物成因復(fù)雜，有同生期沉淀的泥晶灰質(zhì)質(zhì)點(diǎn)，經(jīng)準(zhǔn)同生期成巖調(diào)整白云石化作用進(jìn)一步結(jié)晶，此外還發(fā)育埋藏成巖白云石及熱液后生白云石[52]，原生成因的碳酸鹽在未經(jīng)過次生成巖作用改造時(shí)物性較碎屑巖更差，而后生成因的碳酸鹽礦物由于充填原生粒間孔，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差。

圖9 風(fēng)城組不同巖相含油飽和度與孔隙度、滲透率Fig.9 Oil saturation,porosity and permeability of different lithofacies in Fengcheng Formation

5 頁巖油可動(dòng)性

5.1 基于多溫階熱解實(shí)驗(yàn)的頁巖油可動(dòng)性

瑪湖凹陷風(fēng)城組不同巖相多溫階熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示粉砂巖夾層樣品的可動(dòng)油含量最高，S1-1+S1-2平均值為4.71 mg/g，可動(dòng)油的占比也最高，(S1-1+S1-2)/(S1-1+S1-2+S2-1+S2-2)可達(dá)到64%。長英質(zhì)頁巖、含云長英質(zhì)頁巖、含長英云質(zhì)頁巖可動(dòng)油質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大，分別為1.26 mg/g，1.34 mg/g 和1.01 mg/g，可動(dòng)油占比也基本一致，分別為31%，32%和30%。含灰長英質(zhì)頁巖可動(dòng)油質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，僅為0.32 mg/g，可動(dòng)油占比也僅為26%(圖10)?？梢钥闯龇凵皫r中可動(dòng)油質(zhì)量分?jǐn)?shù)和占比均高于頁巖樣品，主要有以下原因：1) 粉砂巖中的頁巖油主要是鄰近頁巖中生成并排出的，輕質(zhì)、輕中質(zhì)的游離油的密度和黏度較小，可流動(dòng)性較好，易于從頁巖層系中排出；2) 粉砂巖中干酪根質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)比頁巖的低，S2-2較低，可動(dòng)油的比例相應(yīng)的就較高。

圖10 風(fēng)城組不同巖相樣品多溫階熱解烴含量柱狀圖Fig.10 Column diagram of multi-temperature pyrolysis hydrocarbon content in different lithofacies samples of Fengcheng Formation

5.2 基于含油飽和度指數(shù)(OSI)的頁巖油可動(dòng)性

含油飽和度指數(shù)(OSI)是JARVIE[25]基于北美海相頁巖油勘探開發(fā)實(shí)踐提出的頁巖油可動(dòng)性評(píng)價(jià)參數(shù)，即熱解S1與總有機(jī)碳含量(TOC)的比值，當(dāng)含油飽和度指數(shù)小于100 mg/g 時(shí)，泥頁巖中的液態(tài)烴類不滿足頁巖中有機(jī)質(zhì)或礦物自身的吸附量，此時(shí)頁巖油無法有效流動(dòng)；當(dāng)含油飽和度指數(shù)高于100 mg/g 時(shí)，泥頁巖中的液態(tài)烴滿足礦物的吸附和有機(jī)質(zhì)的吸附、互溶后，能夠從頁巖內(nèi)部有效排出。由于不同礦物和不同有機(jī)質(zhì)類型對(duì)液態(tài)烴的吸附能力差異較大，而北美海相盆地頁巖層系與我國陸相盆地頁巖層系相比無論是礦物組成還是有機(jī)質(zhì)類型均存在較大差異，因此，含油飽和度指數(shù)為100 mg/g 的界限是否適用于陸相頁巖油可動(dòng)性評(píng)價(jià)還存在爭議[54]。

根據(jù)全巖熱解和總有機(jī)碳分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算出瑪湖凹陷風(fēng)城組不同巖相樣品含油飽和度指數(shù)介于33.0～778.8 mg/g之間，平均值為215.6 mg/g。超過58%的樣品含油飽和度指數(shù)大于100 mg/g，表明風(fēng)城組頁巖油具有較好的可動(dòng)性。不同巖相含油飽和度指數(shù)差異較大，粉砂巖含油飽和度指數(shù)最高，介于553.4～778.8 mg/g 之間；含灰長英質(zhì)頁巖和含長英云質(zhì)頁巖含油飽和度指數(shù)較低，分別介于75.8～93.7 mg/g 和60.8～185.4 mg/g 之 間(圖11)。根據(jù)含油飽和度指數(shù)判斷，粉砂巖和長英質(zhì)頁巖的可動(dòng)性最好，含灰長英質(zhì)頁巖的可動(dòng)油含量最低，結(jié)果與多溫階熱解實(shí)驗(yàn)一致?？v向上，瑪頁1 井風(fēng)城組在4 750～4 800 m 深度范圍內(nèi)的可動(dòng)油含量最高(圖11)，為頁巖油勘探的有利層段。

圖11 風(fēng)城組不同巖相含油飽和度指數(shù)隨深度變化圖Fig.11 OSI changes with depth for different lithofacies in Fengcheng Formation

6 結(jié)論

1) 瑪湖凹陷風(fēng)城組為一套扇三角洲—湖相沉積，發(fā)育了富含有機(jī)質(zhì)的粉砂巖、泥頁巖及咸化湖泊準(zhǔn)同生白云巖化和后生白云巖化的混積巖，主要發(fā)育粉砂巖相、長英質(zhì)頁巖相、含灰長英質(zhì)頁巖相、含云長英質(zhì)頁巖相和含長英云質(zhì)頁巖相。風(fēng)城組頁巖油儲(chǔ)層物性較差，不同巖相孔隙度、滲透率差異大。粉砂巖相物性最好，含灰長英質(zhì)頁巖孔隙度較高，滲透率較低，其余巖相頁巖孔隙度、滲透率均較低。

2) 風(fēng)城組頁巖普遍含油，且游離油、吸附油共存；溶蝕孔、裂縫及紋層是頁巖油的主要賦存空間且頁巖油主要賦存于孔徑＞10 nm 的孔隙中；粉砂巖含油性最好，其次為長英質(zhì)頁巖和含云長英質(zhì)頁巖，含灰長英質(zhì)頁巖和含長英云質(zhì)頁巖含油性相對(duì)較差。粉砂巖和長英質(zhì)頁巖是風(fēng)城組頁巖油的優(yōu)勢巖相。

3) 查明了風(fēng)城組頁巖巖相中粉砂巖和長英質(zhì)頁巖的可動(dòng)性最好，含灰長英質(zhì)頁巖的可動(dòng)油含量最低；在瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖油勘探開發(fā)過程中建議優(yōu)先選擇粉砂巖和長英質(zhì)頁巖發(fā)育的層段進(jìn)行開發(fā)；明確了瑪頁1井風(fēng)城組在4 750～4 800 m深度范圍內(nèi)發(fā)育優(yōu)勢巖相組合，其可動(dòng)油含量最高，為頁巖油勘探的有利層段。