劉世麗，段宏亮，章 亞，王紅偉，高 俊

蘇北盆地阜二段陸相頁巖油氣勘探潛力分析

劉世麗，段宏亮，章 亞，王紅偉，高 俊

（中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇揚州 225012）

蘇北盆地古近系為陸相泥頁巖沉積，縱向上主要發(fā)育阜二段、阜四段兩套富有機質(zhì)泥頁巖，其中阜二段泥頁巖厚度大，有機質(zhì)豐度高、類型以Ⅰ-Ⅱ1型為主，主要處于成熟演化階段；各類微孔隙、微裂縫發(fā)育，形成的網(wǎng)狀儲集體系為油氣的賦存與流動提供了空間，具備形成頁巖油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)和儲集條件；無機礦物中脆性礦物含量較高，黏土礦物含量較低，利于頁巖油的開采；多口井見到油氣顯示，部分井試獲工業(yè)油流，展示蘇北盆地頁巖油具有較大的勘探潛力。

蘇北盆地；泥頁巖；有機質(zhì)豐度；脆性礦物；儲集條件；含油氣性

近年來，頁巖油在北美海相地層已獲成功商業(yè)開采[1-2]，是一種重要的非常規(guī)油氣資源。中國東部主要含油氣盆地的泥頁巖以陸相沉積為主，已鉆井在陸相頁巖中也見到了大量的油氣顯示，部分井獲得工業(yè)油流，表明陸相泥頁巖具有形成頁巖油氣的良好勘探前景。中國東部的蘇北盆地古近系陸相泥頁巖中也已發(fā)現(xiàn)油氣，筆者在巖心觀察的基礎(chǔ)上，利用大量測試、測錄井資料，對蘇北盆地泥頁巖的生烴條件、儲集條件及含油氣性等進行分析，探討了蘇北盆地頁巖油氣的形成條件。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

蘇北盆地屬于蘇北—南黃海盆地的陸上部分，盆地西北部以魯蘇隆起為界，北部以濱海隆起為界，東臨黃海，西南緣為張八嶺古隆起，南以蘇南隆起為界，面積約35 900 km2?？v向上主要發(fā)育阜四段（E1f4）、阜二段（E1f2）兩套富含有機質(zhì)的泥頁巖[3]，其中阜二段生烴層厚度較大，頁巖發(fā)育。目前數(shù)十口井在阜二段泥頁巖層系中見油氣顯示，數(shù)口井試油獲工業(yè)油流，具備形成頁巖油氣的有利條件，是蘇北盆地頁巖油氣勘探的重要層系。

2 頁巖油氣形成條件

圖1 蘇北盆地阜二段地層柱狀圖

圖2 蘇北盆地阜二段有機碳含量直方圖

2.1頁巖分布特征

阜二段總的環(huán)境是湖相沉積，除金湖凹陷西斜坡下部為砂巖外，整體為一套富含有機質(zhì)的暗色泥頁巖，在各凹陷均有分布，從深凹向低凸起厚度逐漸減薄，直至尖滅。其中高郵凹陷厚度最大，深凹帶厚度可超過350 m，其它地區(qū)在100 ～ 200 m之間。巖心觀察表明阜二段頂部（俗稱“泥脖子”段，厚10 ～ 30 m）主要為灰黑色塊狀泥巖，巖心破碎，頁巖或紋層狀層理不發(fā)育，其下各段多為含灰或灰質(zhì)泥巖，頁巖相對較發(fā)育，依據(jù)巖性和電性特征，縱向上進一步劃分為五個頁巖段（圖1）。

2.2頁巖地球化學(xué)特征

2.2.1 有機質(zhì)豐度

對湖相烴源巖而言，有機碳含量是衡量烴源巖中有機質(zhì)豐度的一個最基本、也是最可靠的重要參數(shù)，其含量的大小決定了烴源巖中生烴物質(zhì)基礎(chǔ)的豐富程度。蘇北盆地阜二段泥頁巖有機碳的質(zhì)量分數(shù)大多集中在1.0% ～ 2.0%范圍內(nèi)，局部地區(qū)達到2.0%以上。橫向上各凹陷之間也存在差異一定的差異，其中鹽城凹陷泥頁巖TOC整體較高，普遍大于2%，其它各凹陷泥頁巖各層段TOC含量略有差異?？v向上各頁巖段TOC差異較大，變化規(guī)律一致，以阜二段頁1、頁2兩個頁巖段TOC的質(zhì)量分數(shù)最高，普遍在2%上（圖2），表明這兩個頁巖層段具有更高的生烴潛力。

蘇北盆地阜二段泥頁巖氯仿瀝青“A”的質(zhì)量分數(shù)多介于0.1%～0.3%（圖3），各凹陷不同頁巖段瀝青“A”的含量不同：高郵和金湖凹陷的阜二段頁1、頁2、頁3含量較高，海安凹陷與高郵、金湖略有差異，以阜二段頁5含量最高，鹽城凹陷以阜二段頁2、頁3含量最高，表明各凹陷所含頁巖油資源有所差異。

2.2.2 有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型反映生烴母質(zhì)質(zhì)量，不同的生烴母質(zhì)類型具有不同的生成油氣能力。由于蘇北盆地各個凹陷泥頁巖樣品成熟度總體不高，采用以熱解的降解率為主，結(jié)合氫指數(shù)和鏡下鑒定結(jié)果綜合分析其有機質(zhì)類型（表1），從表中可以看出，阜二段泥頁巖以Ⅰ型和Ⅱ型為主。橫向上，自西向東Ⅰ-Ⅱ1類型干酪根比例增大，即東部海安和鹽城凹陷泥頁巖有機質(zhì)類型好于西部高郵和金湖凹陷，與有機質(zhì)豐度變化相似。

2.2.3 有機質(zhì)成熟度

阜二段除高郵凹陷深凹帶Ro大于1.0%外；其它地區(qū)，包括高郵斜坡帶、金湖、鹽城、海安凹陷的深凹帶和斜坡帶泥頁巖成熟度均小于1.0%，處于成熟階段，主要以生油為主（圖4）。

上述地球化學(xué)特征表明，蘇北盆地阜二段泥頁巖縱向非均質(zhì)性明顯，生烴條件以阜二段的頁2、頁3兩個亞段最為有利，而橫向非均質(zhì)性在同一沉積相帶內(nèi)各凹陷并不明顯。

3 頁巖儲集特征

圖3 不同凹陷阜二段各頁巖段氯仿瀝青“A”平均值分布圖

表1 蘇北盆地各凹陷泥頁巖有機質(zhì)類型百分含量統(tǒng)計

3.1巖石學(xué)特征

蘇北盆地阜二段頁巖層礦物組成以黏土礦物、碳酸鹽礦物和石英為主，其次為方沸石和長石，少量黃鐵礦和微量石膏（表2）?？傮w來看，蘇北盆地阜二段5套頁巖脆性礦物質(zhì)量分數(shù)均大于50%，黏土礦物普遍小于35%（圖5），壓裂改造條件均很好。

3.2儲集空間

巖心觀察、薄片鑒定及掃描電鏡分析表明阜二段泥頁巖的儲集空間包括微孔隙和微裂縫兩種類型。

（1）微孔隙

圖4 蘇北盆地阜二段Ro等值線圖

表2 蘇北盆地阜二段頁巖層全巖組成分析%

圖5 阜二段各凹陷各層段脆性礦物分布直方圖

氬離子拋光和高分辨率掃描電鏡觀察表明，阜二段泥頁巖中納米級孔隙廣泛發(fā)育，類型豐富，常見的有晶間孔、有機微孔、粒間孔和溶蝕孔等（圖6），納米級有機孔孔徑一般小于1 μm；晶間孔主要以黏土礦物晶間孔和黃鐵礦晶間孔為主，孔徑普遍小于1 μm，溶蝕孔孔徑相對大些，普遍大于1 μm。這些微孔隙可以作為油氣的儲集空間，目前勝利油田利用環(huán)境掃面電鏡在牛頁1、樊頁1、羅69井沙三下頁巖碳酸鹽巖晶間微孔隙、黃鐵礦晶間微孔隙、石英晶間微孔隙中發(fā)現(xiàn)原油，證實陸相頁巖微孔隙具備儲集油氣的能力。

（2）微裂縫

微裂縫既是流體運移的主要通道，也是主要的油氣儲集空間。裂縫主要包括構(gòu)造縫、誘導(dǎo)縫和成巖縫三種。誘導(dǎo)縫在巖心和薄片中大量可見，不規(guī)則且未被充填，為巖心采集后期應(yīng)力釋放或干濕條件變化收縮或膨脹而成，無儲集油氣意義。成巖縫為泥頁巖成巖過程中，由上覆地層壓力和巖層失水收縮、干裂、重結(jié)晶等作用形成的裂縫，通常表現(xiàn)為沿層理方向的層理縫，平行發(fā)育，是較好的儲集空間。構(gòu)造縫是在構(gòu)造應(yīng)力作用下，巖石超過其彈性限度后破裂而成，往往成組分布，產(chǎn)狀與構(gòu)造應(yīng)力有關(guān)，多切割頁巖層理[4]。蘇北盆地阜二段頁巖中常發(fā)育直立縫、高角度縫，另有少量低角度縫。這些構(gòu)造縫往往被方解石、方沸石或泥質(zhì)充填，為油氣的主要儲集空間[5]。裂縫發(fā)育處多見油氣顯示（圖7）和氣測異常，因此構(gòu)造縫為油氣的主要儲集空間。

3.3儲集物性

由于泥頁巖樣品易碎，難以獲取完整的或者規(guī)則的巖心柱樣，因此，實驗測得的物性數(shù)據(jù)較少。通過少數(shù)樣品測得的物性數(shù)據(jù)可以看出，阜二段實測孔隙度最小0.52%，最大21.8%，平均5.4%；滲透率最小小于0.001×10-3μm2，最大1.29×10-3μm2，平均0.21×10-3μm2（表3），頁巖物性與儲集特征反映區(qū)內(nèi)泥頁巖雖然致密，但仍有微孔隙發(fā)育。

圖6 蘇北盆地阜二段頁巖微孔隙類型

圖7 蘇北盆地阜二段裂縫油顯示

表3 蘇北盆地阜二段泥頁巖物性

4 含油氣性

蘇北盆地阜二段泥頁巖油氣顯示最為豐富，全區(qū)共有83口井在該層系見顯示，顯示以自生自儲頁巖油為主，另部分井段見有氣測異常。油氣顯示縱向上主要分布于阜二段頁2、頁3、頁4三個亞段（圖8）；平面上主要分布于高郵、金湖、鹽城等各凹陷的深凹帶及內(nèi)坡帶。2012年在高郵凹陷鉆探的許X38井在阜二段頁1、頁2亞段見到兩層氣測異常，氣測全烴最高峰值達99.9%，該段常規(guī)試油獲日產(chǎn)油14.4 m3，展示了頁巖油在蘇北盆地較好的勘探前景。

圖8 蘇北盆地阜二段各段油氣顯示分布直方圖

5 頁巖油勘探有利區(qū)預(yù)測

依據(jù)泥頁巖厚度（＞30 m）、有機碳質(zhì)量分數(shù)（＞1%）、有機質(zhì)成熟度（Ro＞0.7%），脆性礦物質(zhì)量分數(shù)（＞45%）、油氣顯示等條件，對蘇北盆地阜二段泥頁巖層系的有利區(qū)進行預(yù)測。平面上，金湖凹陷、高郵凹陷和鹽城凹陷的深凹帶及內(nèi)坡帶，以及海安凹陷深凹帶為阜二段頁巖油勘探的有利區(qū)，面積達6 410 km2?？v向上以阜二段頁1、頁2兩個亞段最有利，頁3亞段次之（表4）。

表4 蘇北盆地泥頁巖層綜合評價

6 結(jié)論

（1）蘇北盆地阜二段泥頁巖厚度大，有機質(zhì)豐度高、類型好，主要處于成熟演化階段，具備形成頁巖油的物質(zhì)基礎(chǔ)；無機礦物中脆性礦物含量較高，黏土礦物含量較低，利于頁巖油的開采；多口井見到油氣顯示，部分井試獲工業(yè)油流，表明蘇北盆地具有較大的頁巖油勘探潛力。

（2）蘇北盆地各凹陷的深凹帶及內(nèi)坡帶為阜二段泥頁巖勘探有利區(qū)，縱向上以阜二段頁1、頁2兩個亞段最有利，頁3亞段次之。

[1] Curtis J B. Fractured shale-gas systems[J]. AAPG Bulletin, 2002, 86(11): 1921-1938.

[2] Ronald J H, Daniel M J, John Zumberge, et al. Oil and gas geochemistry and petroleum systems of the Fort Worth Basin[J]. AAPG Bulletin，2007, 91(4): 445-473.

[3] 宋寧，侯建國，王文軍．利用測井技術(shù)評價蘇北盆地生油巖[J].海洋石油，2001（1）：8-13．

[4] 張善文，張林曄，李政，等．濟陽坳陷古近系頁巖油氣形成條件[J]．油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（6）：1-5．

[5] 張林曄，蔣有錄，劉華，等．東營凹陷油源特征分析[J]．石油勘探與開發(fā)，2003，30（6）：61-65．

Analysis of Oil and Gas Exploration Potential in F2 Member Continental Shale of Subei Basin

LIU Sili, DUAN Hongliang, ZHANG Ya, WANG Hongwei, GAO Jun
（Jiangsu Oilfield Branch Company of SINOPEC,Yangzhou Jiangsu225012,China）

The Paleogene in Subei Basin are continental shale depositions, with two sets of organic rich shale E1f2, E1f4 well developed, of which E1f2 shale is great in thickness, high in organic matter abundance, and the organic matters are dominated by type I-Ⅱ1, mainly at mature stage of evolution. Many kinds of micro pores and micro cracks are well developed, forming network storage system for oil and gas formation in the spaces, provided with the material foundation for formation of shale oil and gas and reservoir conditions. The content of brittle mineral inorganic mineral is high, and the clay mineral contents is low, which is favorable for shale oil extraction. Oil and gas shows have been seen in many wells, and commercial oil flows have been obtained in production test in part of wells, indicating that the oil shale in the Subei Basin has great exploration potential.

The Subei Basin; mud shale; organic matter abundance; brittle mineral; reservoir conditions; oil and gas bearing characteristics

TE132.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.03.027

1008-2336（2014）03-0027-07

江蘇油田重大專項“江蘇探區(qū)非常規(guī)油氣基礎(chǔ)地質(zhì)及富集規(guī)律研究“（JS12039）。

2013-10-18；改回日期：2013-12-09

劉世麗，女，高級工程師，1997年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油與天然氣勘查專業(yè)，主要從事石油地質(zhì)綜合研究工作。

E-mail：liusl.jsyt@sinopec.com。