楊傲然，賈艷雨，譚靜娟，黃 慶，尹 安，余志遠(yuǎn)

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東），山東青島266000；2.中國(guó)石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院）

1 基礎(chǔ)地質(zhì)特征

南陽(yáng)凹陷位于南襄盆地的中北部，為一南斷北超的中新生代箕狀斷陷，面積約3 600 km2，凹陷主體沿南部邊界斷裂呈北東向展布［1］。根據(jù)凹陷的沉積構(gòu)造以及現(xiàn)今的構(gòu)造格局，將凹陷分為三個(gè)構(gòu)造帶，即南部斷超帶、中部凹陷帶和北部斜坡帶。凹陷的基底除西部為古生界海相碳酸鹽巖外，主要為元古界變質(zhì)巖。沉積蓋層主要為新生界，新生界最厚約5 500 m，自下而上分為古近系玉皇頂組、大倉(cāng)房組、核桃園組、廖莊組、新近系上寺組和第四系平原組?？v向上古近系構(gòu)成一個(gè)完整的沉積旋回［2-4］，位于旋回中部的核桃園組（尤其是核二、核三段）是凹陷的主要生油和儲(chǔ)集層系，最厚達(dá)2 500 m。

2 頁(yè)巖油形成條件

2.1 泥頁(yè)巖發(fā)育情況

富含有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖是頁(yè)巖油氣生成和賦存的載體，所以泥頁(yè)巖分布范圍和厚度是影響頁(yè)巖油氣形成以及是否具備商業(yè)開采價(jià)值的關(guān)鍵因素。從大倉(cāng)房組沉積末期開始，南陽(yáng)凹陷進(jìn)入穩(wěn)定沉降的發(fā)展階段，核三段后期至核二段中期是湖盆發(fā)育的全盛時(shí)期，在凹陷主體部位沉積了一套巨厚的較深湖相以暗色泥巖為主的地層，成為南陽(yáng)凹陷的主要烴源巖。泥頁(yè)巖縱向上主要分布在核桃園組核二段-核三段上部，泥頁(yè)巖單層連續(xù)厚度多大于30 m；平面上主要分布在深凹區(qū)，與凹陷沉積、沉降、生烴中心相疊合，主要為深湖、半深湖沉積，分布面積約570 km2（圖1）。

2.2 泥頁(yè)巖的有機(jī)地球化學(xué)特征

有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和熱演化程度是頁(yè)巖油氣富集程度的決定性因素。從整個(gè)南陽(yáng)凹陷來(lái)看，較好的泥頁(yè)巖層段有機(jī)質(zhì)豐度中等到高，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主，熱演化程度適中，整體處于生油階段。

2.2.1有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是生烴強(qiáng)度的主要影響因素，決定著生烴量的多少，泥頁(yè)巖中有機(jī)碳含量與頁(yè)巖油氣的生烴率具較好的正相關(guān)性［5-7］。南陽(yáng)凹陷實(shí)測(cè)的TOC數(shù)據(jù)分析表明，平面上，南陽(yáng)凹陷南北方向上南緣深凹陷帶有機(jī)質(zhì)豐度較高，向北逐漸減小。縱向上核二段一亞段（Eh21）、核二段二亞段（Eh22）、核二段三亞段（Eh23）、核三段一亞段（Eh31）和核三段二亞段（Eh32）離散取樣泥頁(yè)巖TOC 實(shí)測(cè)值平均含量分別為0.52%、0.69%、0.84%、0.80%、0.66%，均達(dá)到了烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)于頁(yè)巖油評(píng)價(jià)來(lái)說(shuō)，平均TOC值相對(duì)偏低，分析原因主要是平均過程中將測(cè)試的非烴源巖段或非有效泥頁(yè)巖層段的TOC值一同進(jìn)行了平均。實(shí)際上就頁(yè)巖油氣的形成而言，主要取決于局部富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的發(fā)育，而不是整段的平均含量。鑒于以上情況，為更好的研究富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的發(fā)育情況，采用TOC 實(shí)測(cè)值結(jié)合電阻率和聲波測(cè)井曲線進(jìn)行建模（△LgR 方法）［8］，計(jì)算未有實(shí)測(cè)值井段的TOC值。

圖1 南陽(yáng)凹陷核桃園組暗色泥頁(yè)巖厚度分布

利用△LgR 方法對(duì)南陽(yáng)凹陷處于深湖-半深湖相探井進(jìn)行建模，結(jié)果表明在Eh23和Eh31均存在有機(jī)碳含量較高的泥頁(yè)巖層段發(fā)育，具備頁(yè)巖油形成的有機(jī)質(zhì)條件。例如紅12井的2 750～2 900 m井段，計(jì)算TOC最大值為4.2%，平均值大于1.5%，氣測(cè)異常明顯；南66井的Eh23和Eh31層段有機(jī)質(zhì)豐度也較高，計(jì)算TOC 值多集中于1.5%～2.5%，同樣表現(xiàn)出氣測(cè)異常；南64井Eh22和Eh23層段計(jì)算TOC 值多集中于2.0%～5.0%，氣測(cè)異常與有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)應(yīng)較好。從有機(jī)質(zhì)豐度來(lái)看Eh23和Eh31是南陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油最有利的發(fā)育層段。

2.2.2 有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)巖石熱解分析結(jié)果，南陽(yáng)凹陷干酪根類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主，氫指數(shù)（HI）為11～772 mg／gTOC，平均為271.6 mg／gTOC，大部分為100～500 mg／gTOC［9］。對(duì)南陽(yáng)凹陷核桃園組不同層位的19個(gè)烴源巖中干酪根的分離和元素測(cè)定表明，南陽(yáng)凹陷干酪根類型以混合型為主，大部分樣品有機(jī)質(zhì)屬于Ⅱ1型和Ⅱ2型，個(gè)別樣品為Ⅰ和Ⅲ型（圖2）。從層系上看核二段略好于核三段。

2.2.3 熱演化程度

計(jì)算表明南陽(yáng)凹陷烴源巖進(jìn)入生油門限深度為1 970 m［9］。從鏡質(zhì)體反射率平面分布來(lái)看Eh23和Eh31烴源巖熱演化程度不高（圖3），Ro值基本上小于1.1，基本處于成熟階段和生烴高峰窗，主要是以生油為主，是頁(yè)巖油形成的決定性因素。

2.3 泥頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

2.3.1 脆性礦物含量

圖2 南陽(yáng)凹陷干酪根類型

根據(jù)美國(guó)頁(yè)巖油氣評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為脆性好、微裂縫發(fā)育的地層更容易壓裂，能夠?qū)崿F(xiàn)頁(yè)巖油氣的有效開采。泥頁(yè)巖的物理性質(zhì)主要取決于其各種礦物的相對(duì)含量，石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石等脆性礦物含量越高，巖石脆性越強(qiáng)，在人工壓裂外力作用下越易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)縫，增加油氣泄流面積，有利于頁(yè)巖油氣開采；而高粘土礦物含量的頁(yè)巖塑性強(qiáng)，以形成平面裂縫為主，不利于頁(yè)巖的壓裂改造。北美威利斯頓盆地的Bakken頁(yè)巖是美國(guó)頁(yè)巖油的主要產(chǎn)層，其石英、長(zhǎng)石、白云石和黃鐵礦含量分別為52%、9%、13%和9%，而粘土礦物含量只有17%［4］。

南陽(yáng)凹陷核二段和核三段泥頁(yè)巖中含有石英、方解石、白云石、長(zhǎng)石等脆性礦物。紅12井核二段7個(gè)樣品，全巖X 衍射分析結(jié)果表明，其脆性礦物含量較高，平均為55.7%（圖4），說(shuō)明頁(yè)巖的脆性較好，有利于天然和人工裂縫的形成。

2.3.2 微孔隙、微裂縫發(fā)育程度

圖3 南陽(yáng)凹陷烴源巖鏡質(zhì)體反射率平面分布

圖4 南陽(yáng)凹陷紅12井泥巖礦物組分直方圖

微孔隙和微裂縫的發(fā)育程度是評(píng)價(jià)頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層的重要參數(shù)。微裂縫不僅是頁(yè)巖儲(chǔ)層的滲流通道，能起到改善物性的作用，而且有利于儲(chǔ)層的人工改造，使自然裂縫和人工裂縫交匯形成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，提高產(chǎn)量。

南陽(yáng)凹陷勘探實(shí)踐表明，在核桃園組中發(fā)育泥巖裂縫性儲(chǔ)集層，泥巖裂縫層段主要發(fā)育于深灰色、黑灰色厚層泥頁(yè)巖中，裂縫性泥巖普遍含有較高的灰質(zhì)和白云質(zhì)，泥頁(yè)巖形成于深湖-半深湖環(huán)境，有機(jī)質(zhì)含量高。從空間分布來(lái)看，主要分布于南部深凹陷內(nèi)與構(gòu)造變形及斷裂作用比較強(qiáng)烈的構(gòu)造高點(diǎn)、地層陡傾帶、撓曲帶和斷裂帶［10］。泥巖裂縫層段孔隙度相對(duì)較高，利用實(shí)測(cè)泥巖孔隙度與聲波時(shí)差相關(guān)關(guān)系，計(jì)算出紅12井井深在1 9 1 4 m上 下 的 泥 巖 孔 隙 度 小 于1 0%，在1 7 4 8～2 150 m 的五塊粉-細(xì)砂巖心樣品實(shí)測(cè)的有效孔隙度也僅為4.4%～8.9%，而在2 329～2 337 m 深的泥巖裂縫帶，孔隙度卻達(dá)15.4%［10］。裂縫的存在有效的改善了頁(yè)巖儲(chǔ)層物性。

2.4 頁(yè)巖油的保存條件

泥頁(yè)巖對(duì)于頁(yè)巖油氣本身既是生油層、儲(chǔ)層又是蓋層，因此對(duì)蓋層的要求比較寬松。但構(gòu)造演化和大斷裂對(duì)頁(yè)巖油氣的保存影響巨大。頁(yè)巖油氣藏主要靠微裂縫運(yùn)聚就地成藏，斷層和宏觀裂縫起破壞作用，因此強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)不利于頁(yè)巖油氣的保存［11］。研究表明，南陽(yáng)凹陷核三段和核二段埋藏深度一般在2 000～3 000 m 左右，與美國(guó)頁(yè)巖油氣規(guī)模開采深度一般在3 000 m 相當(dāng)。南陽(yáng)凹陷僅經(jīng)歷廖莊末期構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)，而且烴源巖的主要生烴高峰期在抬升運(yùn)動(dòng)之后，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)頁(yè)巖油氣破壞作用相對(duì)較弱，加之凹陷泥頁(yè)巖主要發(fā)育地區(qū)為深凹區(qū)，斷層不發(fā)育，有利于頁(yè)巖油的保存。

3 頁(yè)巖油勘探潛力

3.1 泥頁(yè)巖段油氣顯示情況

南陽(yáng)凹陷的北馬莊、魏崗、張店和黑龍廟等地區(qū)，在核桃園組的泥巖裂縫中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油氣顯示及工業(yè)油氣流。如北馬莊地區(qū)紅10井的Eh22深灰色泥巖巖心上，沿裂縫面見有油浸斑塊。紅12 井Eh23的泥巖裂縫則充滿了原油，該井鉆井過程中槽面有油花、氣泡顯示，在2 329.4～2 340.0 m 深灰色泥巖井段，氣測(cè)異常明顯，氣測(cè)全烴0.035%～4.40%，測(cè)試日產(chǎn)油2.58 t。通過對(duì)南陽(yáng)凹陷深凹區(qū)的老井泥頁(yè)巖顯示情況與試油情況進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)查，共復(fù)查了紅12、紅14、紅15、南27、東10等20余口井，復(fù)查結(jié)果表明深凹區(qū)紅12、紅14 等10 口井在核桃園組泥頁(yè)巖鉆井過程中氣測(cè)異常明顯，且油氣顯示的井主要集中在中部深凹區(qū)的牛三門次凹和東莊次凹地區(qū)。主要層段為核二段和核三段上部，表明南陽(yáng)凹陷具有形成頁(yè)巖油的前景。

3.2 頁(yè)巖油資源初步估算

針對(duì)南陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油發(fā)育地質(zhì)特征，根據(jù)頁(yè)巖油資源評(píng)價(jià)方法對(duì)比，采用縱向上劃分有效頁(yè)巖層段，用氯仿瀝青“A”法計(jì)算南陽(yáng)凹陷有效層段頁(yè)巖油資源量。根據(jù)有效泥頁(yè)巖層段劃分方法，將南陽(yáng)凹陷核桃園組Eh22～Eh32自上而下劃分為4個(gè)有效層段。計(jì)算過程中，各參數(shù)取值要求按著國(guó)土部油氣中心有關(guān)頁(yè)巖油資源評(píng)價(jià)方法要求執(zhí)行，其中頁(yè)巖油計(jì)算單元面積取值采用有機(jī)碳含量關(guān)聯(lián)法求得；厚度采用相對(duì)面積占有法賦值求得；頁(yè)巖密度取各有效層段的實(shí)測(cè)頁(yè)巖密度，沒有實(shí)測(cè)值的取測(cè)井解釋密度的均值；氯仿瀝青“A”值取各個(gè)有效層段測(cè)試結(jié)果的平均值。最終計(jì)算南陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油資源量大約為9 000×104t。（圖5）。。

圖5 南陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油資源量分布

4 結(jié)論

（1）南陽(yáng)凹陷核桃園組泥頁(yè)巖發(fā)育，分布范圍達(dá)5 70km2，單層厚度多大于30 m；埋藏深度2000～3 000 m 左右；有機(jī)質(zhì)類型以混合型為主、富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖發(fā)育層段有機(jī)質(zhì)豐度高，熱演化程度主要處于生油階段；泥頁(yè)巖脆性礦物含量高，微孔隙微裂縫發(fā)育。泥頁(yè)巖發(fā)育區(qū)斷層不發(fā)育，保存條件好，具備頁(yè)巖油形成的有利條件。

（2）利用含油飽和度法初步估算南陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油資源量2.85×108t。南陽(yáng)凹陷核桃園組頁(yè)巖油有一定資源潛力和勘探前景。

（3）南陽(yáng)凹陷多井在泥頁(yè)巖層段見油氣顯示，試油證實(shí)有頁(yè)巖油層發(fā)育。深凹區(qū)紅12井區(qū)核二段下部最具勘探潛力，可作為南陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油勘探的首選。

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