袁選俊，林森虎，劉群，姚涇利，王嵐，郭浩，鄧秀芹，成大偉

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院；2.中國石油長慶油田分公司）

湖盆細(xì)粒沉積特征與富有機(jī)質(zhì)頁巖分布模式
——以鄂爾多斯盆地延長組長7油層組為例

袁選俊1，林森虎1，劉群1，姚涇利2，王嵐1，郭浩1，鄧秀芹2，成大偉1

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院；2.中國石油長慶油田分公司）

基于對細(xì)粒沉積學(xué)發(fā)展趨勢的分析，指出完善針對性的研究方法、重建古沉積環(huán)境、建立細(xì)粒沉積巖分類體系與成因模式是目前學(xué)科研究的前沿。以鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7油層組為例，應(yīng)用巖心描述、薄片觀察、X衍射、地球化學(xué)測試、有機(jī)碳測井定量計(jì)算等方法研究湖盆細(xì)粒沉積體系分布規(guī)律及主控因素。長7油層組富有機(jī)質(zhì)頁巖以湖侵—水體分層沉積模式為主?！俺练e相帶、水體深度、缺氧環(huán)境、湖流”是富有機(jī)質(zhì)頁巖形成與分布的主控因素。長73沉積期快速湖侵，湖水深度和范圍急劇增加，湖泊表層水體與下層水體由于溫度差異導(dǎo)致循環(huán)受阻，形成了深湖區(qū)大面積的缺氧環(huán)境，有利于富有機(jī)質(zhì)頁巖的大規(guī)模發(fā)育。遠(yuǎn)離三角洲前緣的寧靜深湖區(qū)，富有機(jī)質(zhì)頁巖發(fā)育，有機(jī)碳含量高，干酪根以Ⅰ型為主；發(fā)育砂質(zhì)碎屑流的深湖區(qū)，富有機(jī)質(zhì)頁巖與砂巖互層，富有機(jī)質(zhì)頁巖有機(jī)碳含量高，干酪根以Ⅰ—Ⅱ1型為主；鄰近三角洲前緣的半深湖區(qū)，波狀—塊狀粉砂質(zhì)泥巖發(fā)育，干酪根以Ⅱ型為主。圖7表2參42

細(xì)粒沉積；富有機(jī)質(zhì)頁巖；巖石組構(gòu)；分布模式；三疊系延長組；鄂爾多斯盆地

1 細(xì)粒沉積學(xué)研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢

1.1 研究進(jìn)展

細(xì)粒沉積的概念最早由Krumbein在巖石粒度分析中提出[1]，目前已被普遍接受和廣泛應(yīng)用。細(xì)粒沉積巖主要指粒徑小于0.1 mm的顆粒含量大于50%的沉積巖，主要由黏土礦物和粉砂等陸源碎屑顆粒組成，也包含少量盆地內(nèi)生碳酸鹽、生物硅質(zhì)、磷酸鹽等顆粒[2]。全球各類沉積巖中約70%為細(xì)粒沉積巖[3]。

國外細(xì)粒沉積研究首先從泥巖開始。早在1747年，Hoosen就提出了泥巖的概念，但直到1853年，Sorby才首次利用薄片來研究泥巖的微觀特征[4]。20世紀(jì)20年代以來，隨著X衍射、掃描電子顯微鏡等技術(shù)的引入，定量識別黏土礦物類型與顆粒形態(tài)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)[5]。Picard首次較為系統(tǒng)地提出了細(xì)粒沉積巖的分類方法[2]，指出“細(xì)粒”的意義在于分選良好，粉砂或泥質(zhì)含量必須大于50%。Potter等編寫的《頁巖沉積學(xué)》[6]對細(xì)粒沉積研究具有深遠(yuǎn)影響。

20世紀(jì)80年代以來，晚第四紀(jì)或現(xiàn)代細(xì)粒沉積研究進(jìn)一步加深，并在生物化學(xué)和沉積機(jī)理等方面取得了重要研究進(jìn)展。Dean等對深海細(xì)粒沉積進(jìn)行了三端元分類（鈣質(zhì)生物顆粒、硅質(zhì)生物顆粒和非生物顆粒）[7]。Dimberline認(rèn)為半遠(yuǎn)洋沉積是以粉砂級顆粒為主的層狀細(xì)粒沉積，可以夾砂級或泥級的濁流沉積（風(fēng)暴影響），也可形成獨(dú)立沉積相，并提出半遠(yuǎn)洋細(xì)粒層是浮游生物繁盛與粉砂充注交替進(jìn)行的結(jié)果，這種交替作用一年一次或一季一次[8]。David研究湖盆細(xì)粒沉積后認(rèn)為湖平面變化、構(gòu)造作用、沉積物源和盆地底形會(huì)影響細(xì)粒沉積相帶分布，其中盆地底形是最關(guān)鍵的因素[9]。

細(xì)粒沉積模式的研究對象主要為海相黑色頁巖，已建立了海侵、門檻和洋流上涌等沉積模式[2]。海相黑色頁巖的形成主要受物源和水動(dòng)力條件控制，滯流海盆、陸棚區(qū)局限盆地、邊緣海斜坡等低能環(huán)境是其主要發(fā)育環(huán)境。海相富有機(jī)質(zhì)的黑色頁巖形成必須具備兩個(gè)重要條件[10-11]：表層水中浮游生物生產(chǎn)力必須十分高；沉積條件必須有利于有機(jī)質(zhì)保存、聚積與轉(zhuǎn)化。Macquaker等提出“海洋雪”作用和藻類爆發(fā)是海相富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒沉積物的主要成因[12]。陸相湖盆沉積水體規(guī)模有限，水體循環(huán)能力遠(yuǎn)不及海洋，富有機(jī)質(zhì)頁巖主要以水體分層和湖侵兩種沉積模式為主[2]。

中國細(xì)粒沉積研究的主要成果可概括為以下4個(gè)方面：①基于石油地質(zhì)認(rèn)識，根據(jù)湖泊構(gòu)造成因、地理位置和氣候等條件，對中國中—新生代湖泊類型進(jìn)行了劃分，并系統(tǒng)研究了不同類型湖泊的沉積特征與生油能力[13-16]。淡水湖泊一般形成于潮濕氣候環(huán)境，以泥巖、頁巖等細(xì)粒碎屑巖沉積為主，平面上呈環(huán)帶狀分布，干酪根多為腐泥型；咸水湖泊一般形成于大陸干旱氣候環(huán)境，以各種蒸發(fā)類沉積為主，如湖相灰?guī)r、白云巖、石膏、鹽巖等，亦有各種碎屑巖伴生。從生油能力分析，湖水鹽度過高會(huì)影響生物生長，干酪根類型多為腐殖型，不利生油，因此鹽湖沉積生油質(zhì)量不及淡水湖。②沉積環(huán)境與沉積特征解剖。根據(jù)沉積巖組分、顏色、結(jié)構(gòu)、展布和化石等對古代湖泊沉積亞相進(jìn)行劃分，并預(yù)測生油巖與儲(chǔ)集巖分布。研究認(rèn)為浪基面、枯水面和洪水面是湖泊沉積亞相進(jìn)一步劃分的重要依據(jù)[13]。半深湖—深湖環(huán)境位于浪基面以下，為缺氧還原環(huán)境，以細(xì)粒沉積為主，發(fā)育黑色泥巖、頁巖，常見薄層泥灰?guī)r或白云巖夾層，生油潛力最大（指黑色泥巖、頁巖）。湖灣和沼澤環(huán)境一般也以細(xì)粒沉積為主，主要發(fā)育粉砂巖和泥巖，甚至可發(fā)育黑色頁巖，可形成煤成氣和少量凝析油[17]。③通過現(xiàn)代湖泊考察，對湖泊物理、化學(xué)、生物過程及沉積特點(diǎn)、富有機(jī)質(zhì)頁巖分布、早期成巖作用等進(jìn)行了研究，深化了對湖泊相沉積的認(rèn)識[18-20]。20世紀(jì)60年代初，為了深入了解湖泊相沉積的生油能力，圍繞“陸相生油理論”對青海湖進(jìn)行多學(xué)科綜合研究，提出湖流、水深、氧化還原環(huán)境等因素共同控制富有機(jī)質(zhì)頁巖的形成與分布。同時(shí)部分學(xué)者對中國渤海灣、鄂爾多斯、北部灣等盆地湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖的沉積特征與發(fā)育機(jī)制進(jìn)行解剖，探討了其形成與分布的主控因素[21-26]。④開展了以有機(jī)地球化學(xué)為主的沉積-有機(jī)相研究。有機(jī)相最早由Rogers提出，主要用于描述生油巖中有機(jī)質(zhì)數(shù)量、類型與產(chǎn)油氣率和油氣性質(zhì)關(guān)系[27]。中國陸相湖盆沉積-有機(jī)相研究取得了重要進(jìn)展，對陸相烴源巖的認(rèn)識與評價(jià)進(jìn)一步深化。陳安寧等將沉積相、生物相、有機(jī)地球化學(xué)相結(jié)合起來，提出了沉積-有機(jī)相的概念[28]；郝芳提出有機(jī)相是具有一定豐度和特定成因類型有機(jī)質(zhì)的地層單元，并首次提出有機(jī)亞相的概念[29]。金奎勵(lì)、朱創(chuàng)業(yè)等提出陸相碎屑巖和海相碳酸鹽巖沉積-有機(jī)相分類方案[30-31]。

目前陸相湖盆細(xì)粒沉積體系的研究還比較薄弱，急需進(jìn)行典型細(xì)粒沉積巖組構(gòu)特征解剖，揭示陸相湖盆細(xì)粒沉積巖的分布規(guī)律與主控因素，建立細(xì)粒沉積體系成因模式，從而指導(dǎo)巖相-沉積相-有機(jī)相工業(yè)編圖，推動(dòng)陸相致密油氣、頁巖油氣的發(fā)展。

1.2 發(fā)展趨勢

細(xì)粒沉積巖作為烴源巖不但控制常規(guī)油氣藏的形成與分布，而且與致密油氣、頁巖油氣等非常規(guī)油氣資源緊密相關(guān)[32-35]。細(xì)粒沉積學(xué)是目前國內(nèi)外研究前沿，研究程度相對較低，急需開展典型解剖與工業(yè)化應(yīng)用研究，更好地指導(dǎo)油氣勘探與開發(fā)[26,36]。通過系統(tǒng)調(diào)研與實(shí)踐研究，筆者認(rèn)為湖盆細(xì)粒沉積學(xué)發(fā)展需強(qiáng)化以下3方面研究：

①建立行之有效的細(xì)粒沉積巖研究方法體系。與砂礫巖等粗粒沉積巖不同，泥頁巖等細(xì)粒沉積巖顆粒細(xì)小、成分多樣、成因復(fù)雜，傳統(tǒng)碎屑巖沉積的研究內(nèi)容與方法，已不能完全滿足科研與生產(chǎn)需求。一方面要發(fā)展和完善薄片、X衍射、地球化學(xué)、微古生物等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析測試手段，開發(fā)數(shù)字巖心CT掃描、礦物組分與元素定量分析（QEMSCAN）等特色技術(shù)，重點(diǎn)開展細(xì)粒沉積巖微觀特征研究，建立古物源、古氣候、古水體介質(zhì)、古生產(chǎn)力等沉積環(huán)境的恢復(fù)方法。另一方面要大力加強(qiáng)地球物理技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，為工業(yè)化開展巖性-巖相精細(xì)識別與空間展布規(guī)律研究提供有效手段。目前地震儲(chǔ)集層預(yù)測、層序地層學(xué)、地震沉積學(xué)等方法技術(shù)能夠有效預(yù)測砂巖等粗粒沉積巖的空間分布，但對細(xì)粒沉積巖空間分布的預(yù)測還不能滿足科研與生產(chǎn)需求，因此需進(jìn)一步發(fā)展相應(yīng)技術(shù)。相關(guān)測井定量評價(jià)技術(shù)已能較好地識別巖性、定量計(jì)算烴源巖有機(jī)碳含量等，這為無取心井地區(qū)細(xì)粒沉積巖特征研究提供了一種快速有效的方法。另外還需要針對性開展細(xì)粒沉積現(xiàn)代考察與水槽模擬實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)一步揭示不同類型細(xì)粒沉積巖的成因機(jī)理與分布規(guī)律，明確其形成與主控因素。

②加強(qiáng)典型盆地巖石微觀組構(gòu)與宏觀分布規(guī)律等解剖研究，建立不同類型湖盆細(xì)粒沉積體系的成因模式。中國地質(zhì)歷史上發(fā)育淡水、咸水等不同類型的湖泊，形成了包括泥巖、頁巖、湖相碳酸鹽巖等多種細(xì)粒沉積巖，目前對其成因、分布的研究程度總體較低。一是要加強(qiáng)湖盆細(xì)粒沉積巖石學(xué)的科學(xué)分類體系研究；二是需要重建不同類型湖泊的沉積古環(huán)境，揭示富有機(jī)質(zhì)頁巖形成的主控因素，建立不同類型湖泊細(xì)粒沉積巖成因模式；三是需要應(yīng)用多種資料編制巖相-沉積相-有機(jī)相等圖件，預(yù)測烴源巖與有利儲(chǔ)集相帶空間展布。

③加強(qiáng)湖盆細(xì)粒沉積與粗粒沉積整體研究，揭示其相互控制機(jī)理，建立不同類型細(xì)粒沉積體系的分布模式，為區(qū)帶評價(jià)提供地質(zhì)依據(jù)。湖盆細(xì)粒沉積主要分布在湖泊環(huán)境中，黏土礦物等細(xì)粒沉積物主要由河流—三角洲或水下扇等粗粒沉積體系提供，因此湖泊周緣和湖泊內(nèi)部粗粒沉積體系發(fā)育的程度與規(guī)模不但控制湖泊碎屑巖的物質(zhì)來源，同時(shí)控制湖泊水動(dòng)力條件和湖底底形，因而直接決定湖泊細(xì)粒沉積巖的發(fā)育類型與分布模式。湖泊中主要發(fā)育泥巖、頁巖、湖相碳酸鹽巖等細(xì)粒沉積巖，同時(shí)還廣泛發(fā)育三角洲前緣水下分流河道、前三角洲席狀砂、淺水灘壩、深水重力流等砂體，這些砂體與細(xì)粒沉積的圍巖構(gòu)成了成因相關(guān)的整體，是目前巖性油氣藏或致密油氣勘探的主要對象。

本文針對鄂爾多斯盆地延長組長7油層組開展細(xì)粒沉積體系、泥巖與頁巖組構(gòu)特征、古環(huán)境恢復(fù)等研究，并探討淡水湖泊富有機(jī)質(zhì)頁巖分布模式與主控因素。

2 長7油層組細(xì)粒沉積體系

2.1 研究區(qū)概況

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部，面積約25×104km2，發(fā)育古生界和中生界兩套含油氣系統(tǒng)[37]。古生界含油氣系統(tǒng)以煤系為主要烴源巖，石炭-二疊系致密砂巖和奧陶系碳酸鹽巖風(fēng)化殼為主要儲(chǔ)集層，在鄂爾多斯盆地北部斜坡帶已發(fā)現(xiàn)蘇里格等大型致密砂巖氣田和靖邊等大型碳酸鹽巖巖溶天然氣田；中生界含油氣系統(tǒng)以三疊系延長組長7油層組湖相泥頁巖為主要烴源巖，延長組低滲透—致密砂巖和侏羅系常規(guī)砂巖為主要儲(chǔ)集層，在盆地南部已發(fā)現(xiàn)安塞等大型巖性油田和華慶等大型致密砂巖油田。截至2012年底，鄂爾多斯盆地累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量21.47×108t，累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量3.267 5×1012m3，已形成中北部連續(xù)型大氣區(qū)和中南部連續(xù)型大油區(qū)（見圖1）[11,38]。

圖1 鄂爾多斯盆地油氣勘探形勢圖[38]

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地中南部，西起姬源，東至安塞，北達(dá)定邊，南到慶陽，面積為10.8×104km2（見圖1）。鄂爾多斯盆地中生界沉積上三疊統(tǒng)延長組、下侏羅統(tǒng)富縣組和延安組[39]，縱向上形成兩個(gè)2級旋回和3套含油氣組合（見圖2）。延長組發(fā)育一套厚800～1 200 m的深灰色、灰黑色泥巖和灰綠色、灰色粉砂巖、中細(xì)粒砂巖互層的旋回性沉積。根據(jù)巖性、電性、含油情況，自上而下劃分為10個(gè)油層組（長1—長10）。延長組經(jīng)歷了湖盆初始形成階段（長10油層組沉積期）、湖盆擴(kuò)張階段（長9—長7油層組沉積期）和湖盆萎縮消亡階段（長6—長1油層組沉積期）[40]。長7油層組沉積期是盆地三疊紀(jì)湖泊發(fā)育的最主要時(shí)期，湖泊面積超過5×104km2，深湖區(qū)水深可達(dá)150 m[41]，湖盆中央以泥頁巖等細(xì)粒沉積為主，形成了中生界含油氣系統(tǒng)最重要的烴源巖，控制了中生界油氣的宏觀分布[38]。

圖2 鄂爾多斯盆地中生界含油氣系統(tǒng)剖面示意圖

2.2 巖相展布特征

針對長7油層組湖泊細(xì)粒沉積特征進(jìn)行精細(xì)研究，應(yīng)用研究區(qū)295口探井的綜合錄井資料，分小層按細(xì)砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、頁巖、凝灰質(zhì)泥巖10種巖性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與工業(yè)編圖，厘定長7油層組巖相格局，刻畫長7油層組3個(gè)小層（長73—長71）的細(xì)粒沉積體系。隨機(jī)選取有取心資料的11口井進(jìn)行巖心觀察描述，證實(shí)錄井?dāng)?shù)據(jù)與取心數(shù)據(jù)平均符合度較高，為87.5%。實(shí)踐表明利用綜合錄井資料進(jìn)行細(xì)粒沉積巖分布研究的方法可行，可在勘探程度較高地區(qū)的湖盆細(xì)粒沉積研究中進(jìn)行推廣。

巖性分布統(tǒng)計(jì)表明長7油層組主要發(fā)育細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖和頁巖5種巖性或巖相，其總厚度約占地層厚度97%。根據(jù)各小層不同類型巖性厚度分布與巖相編圖（見圖3），明確了長7油層組巖相發(fā)育特征與演化。

圖3 鄂爾多斯盆地三疊系長7油層組3小層巖相分布

長73小層主要發(fā)育頁巖相，細(xì)砂巖相集中在東北部；長72小層主要發(fā)育泥巖相和細(xì)砂巖相，湖盆中部頁巖相開始萎縮，出現(xiàn)大規(guī)模砂質(zhì)碎屑流沉積形成的細(xì)砂巖相；長71以細(xì)砂巖相為主，集中在東北部和西南部，湖盆中部砂質(zhì)碎屑流沉積形成的細(xì)砂巖相范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

通過典型巖心觀察與沉積微相分析，揭示了不同巖相的主要沉積環(huán)境：頁巖相主要發(fā)育在半深湖—深湖沉積環(huán)境；細(xì)砂巖相主要發(fā)育在三角洲分流河道和砂質(zhì)碎屑流沉積環(huán)境；泥質(zhì)粉砂巖相在三角洲平原最發(fā)育；粉砂質(zhì)泥巖相在前三角洲最發(fā)育；泥巖相在濱淺湖最發(fā)育，分布最廣泛，其向內(nèi)邊界反映半深湖界線。

2.3 沉積相特征

沉積相綜合研究表明長7油層組主要發(fā)育湖泊、三角洲和砂質(zhì)碎屑流等沉積相，不同小層的沉積相分布規(guī)律有明顯差異（見圖4）。

圖4 鄂爾多斯盆地三疊系長7油層組小層沉積相

長73沉積期，湖泊水體急劇擴(kuò)大與加深，并很快達(dá)到鼎盛，此時(shí)湖泊面積最大，超過5×104km2[38]。湖盆中心主要發(fā)育深灰色、灰黑色泥巖和油頁巖，有機(jī)質(zhì)豐富，是鄂爾多斯盆地中生界最主要的生油巖發(fā)育區(qū)。半深湖—深湖亞相位于慶陽、華池、姬塬、富縣廣大區(qū)域內(nèi)，呈北西—南東向不對稱展布；淺湖亞相呈環(huán)帶狀圍繞深湖區(qū)展布，東部寬闊，湖盆邊緣在安塞—靖邊一帶。隨著湖平面快速上升，湖泊面積擴(kuò)大，環(huán)湖各類三角洲體系明顯向岸退縮：東北部靖邊、安塞等地區(qū)曲流河三角洲范圍明顯縮?。晃鞑科露容^陡，發(fā)育辮狀河三角洲，前緣相帶較窄，因此洪泛河水?dāng)y帶的沉積物可迅速注入深湖中。局部地區(qū)發(fā)育重力流沉積，在平面上零星分布，慶陽地區(qū)發(fā)育規(guī)模相對較大的砂質(zhì)碎屑流沉積。

長72沉積期，湖盆開始萎縮，半深湖—深湖亞相面積較長73沉積期時(shí)略有縮小，湖盆中心稍向東遷移，縮小至姬塬、華池、富縣地區(qū)，三角洲砂體較長73沉積期時(shí)更發(fā)育。東北部靖邊、安塞等地區(qū)曲流河三角洲范圍基本不變；西南部辮狀河三角洲明顯向湖泊延伸，分布范圍擴(kuò)大。半深湖—深湖亞相沉積重力流砂體，砂質(zhì)碎屑流砂體廣泛分布于慶陽—華池等地區(qū)。

長71沉積期，湖盆繼續(xù)向東南縮小，深湖中心縮小至姬塬、華池、富縣一帶，在北西—南東向的狹窄區(qū)域內(nèi)展布。此時(shí)東北部定邊、靖邊、安塞等地區(qū)曲流河三角洲略向湖盆延伸；西南部辮狀河三角洲繼續(xù)向東北延伸入湖，分布范圍擴(kuò)大。西南物源的砂質(zhì)碎屑流沉積最為發(fā)育，分布面積大，平行湖岸線展布，在慶陽—華池廣大地區(qū)連片分布[42]。

3 長7油層組泥頁巖組構(gòu)特征

三疊系延長組長7油層組是鄂爾多斯盆地中生界的主力烴源巖。前人主要從有機(jī)地球化學(xué)角度對其烴源巖特征與生油潛力進(jìn)行研究與資源潛力評價(jià)，但對泥頁巖組構(gòu)特征、泥頁巖沉積環(huán)境恢復(fù)以及與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系等方面研究較少。本文應(yīng)用巖心描述、薄片觀察、X衍射、地球化學(xué)測試、有機(jī)碳測井定量計(jì)算等多種方法，對鄂爾多斯盆地長7油層組典型湖相泥頁巖及其巖石組成、紋層結(jié)構(gòu)等微觀特征進(jìn)行系統(tǒng)解剖。

通過巖心描述和薄片觀察，以及X衍射、熱解分析測試資料整理，長7油層組泥頁巖主要由黏土礦物和石英組成，其次為長石、有機(jī)碳和黃鐵礦等。通過300余塊巖心樣品（13口井）的全巖X衍射分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，長73泥頁巖中有機(jī)碳、黏土礦物、黃鐵礦含量較高，平均分別為7.18%、53.20%、8.20%，長72、長71泥頁巖中有機(jī)碳、黏土礦物、黃鐵礦含量逐漸降低，反映湖水逐漸變淺、陸源碎屑物質(zhì)供給逐漸增加的地質(zhì)特征。

A井位于研究區(qū)西北部的姬塬地區(qū)，連續(xù)取心長度達(dá)158 m，是鄂爾多斯盆地針對長7油層組最為系統(tǒng)的1口取心井，取心層位包括長8油層組頂部與長7油層組（見圖5）。長8油層組沉積期湖泊范圍小，水體淺，發(fā)育三角洲前緣細(xì)砂巖—粉砂巖。伴隨湖侵，長8油層組頂部沉積淺灰色濱淺湖相泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，并快速進(jìn)入長7深湖相頁巖沉積。A井長7油層組以半深湖—深湖相頁巖、泥巖沉積為主，夾薄層粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖，反映該區(qū)受外來物源影響較小。黏土礦物含量一般為50%～70%，石英含量一般為30%～40%，長73—長72的長石含量較低，一般小于5%，長71長石含量較高，一般可達(dá)10%～20%；有機(jī)碳含量一般為4%～12%，黃鐵礦含量一般為1%～4%，最高可達(dá)15%。

圖5 鄂爾多斯盆地A井三疊系延長組長7油層組組構(gòu)特征綜合分析圖（SP—自然電位；GR—自然伽馬；R—電阻率；Δt—聲波時(shí)差）

薄片觀察表明A井巖性與層理構(gòu)造復(fù)雜（見圖5）：既發(fā)育波狀紋層頁巖、水平紋層頁巖和似塊狀頁巖，也發(fā)育塊狀泥巖、粒序?qū)永砟鄮r，反映沉積時(shí)湖泊水體環(huán)境變化較大，有機(jī)碳發(fā)育受其控制。泥巖有機(jī)碳含量相對較低，有機(jī)質(zhì)一般分散分布；頁巖有機(jī)碳含量較高，有機(jī)質(zhì)一般成層分布。

B井位于研究區(qū)中部環(huán)縣地區(qū)，連續(xù)取心長度達(dá)120 m，取心層位為長73—長71小層（見圖6）。長73小層中下部發(fā)育深湖相頁巖夾砂質(zhì)碎屑流粉砂巖，以富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積為主，頁巖相發(fā)育，黏土礦物、有機(jī)碳與黃鐵礦含量高；長73沉積晚期湖泊水體開始逐漸變淺，盆地西北部三角洲快速生長，導(dǎo)致B井地區(qū)處于半深湖—前三角洲過渡相帶，因此長73上部—長71以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖沉積為主，并夾較厚層河口壩砂體。前三角洲—半深湖環(huán)境形成的泥巖有機(jī)碳含量明顯較低，一般小于1%。長73深湖亞相發(fā)育似塊狀頁巖，鏡下觀察主要由壓實(shí)后的有機(jī)質(zhì)-黏土礦物結(jié)合體呈現(xiàn)的扁平狀透鏡體組成，可見多種組構(gòu)的超微化石，有機(jī)碳含量可高達(dá)20%以上。長72沉積時(shí)水體受重力流沉積影響，發(fā)育半深湖亞相塊狀、粒序狀泥巖，常見變形構(gòu)造。A井和B井有機(jī)碳含量縱向分布均具有明顯的旋回性，反映有機(jī)質(zhì)勃發(fā)周期等特征。

4 長7油層組富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積模式

關(guān)于“泥巖”和“頁巖”的概念及其理論內(nèi)涵在學(xué)術(shù)界還比較模糊[26],一般認(rèn)為頁理發(fā)育的泥狀巖稱為頁巖，頁理不發(fā)育的泥狀巖稱為泥巖。本次研究通過實(shí)例解剖，揭示了長7油層組泥巖和頁巖在巖石特征與結(jié)構(gòu)、礦物與元素組成、有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)與地球化學(xué)特征等方面的差異（見表1、表2）。

圖6 鄂爾多斯盆地B井三疊系延長組長7油層組組構(gòu)特征綜合分析圖

表1 鄂爾多斯盆地長7油層組泥巖與頁巖沉積組構(gòu)差異

表2 鄂爾多斯盆地長7油層組泥巖與頁巖地球化學(xué)特征差異

頁巖比泥巖顏色深，頁理構(gòu)造發(fā)育，石英、長石等碎屑礦物含量較低，黏土礦物含量一般大于50%，黃鐵礦含量平均為10%，遠(yuǎn)高于泥巖。頁巖殘余有機(jī)碳含量一般為4%～20%，最高可超過30%，平均為10.63%，是泥巖的5倍。泥巖殘余有機(jī)碳含量主要為0.5%～1.5%，最高不超過4.5%，平均為2.21%。頁巖S1平均含量是泥巖的3倍，產(chǎn)油潛率S1+S2約為泥巖的8倍。薄片觀察表明頁巖中有機(jī)質(zhì)多呈紋層狀連續(xù)分布，而泥巖中有機(jī)質(zhì)一般呈星點(diǎn)狀分散分布，或者與礦物層完全混合呈絮凝狀分布。頁巖干酪根類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主，泥巖以Ⅱ1—Ⅱ2型為主。

泥巖一般形成于半深湖—深湖重力流和前三角洲與濱淺湖環(huán)境。由于陸源碎屑物質(zhì)供給相對充分，沉積速率較快，因此其紋層構(gòu)造不明顯，這是與頁巖在結(jié)構(gòu)上的最直觀差異。半深湖—深湖重力流環(huán)境形成的泥巖，粉砂質(zhì)含量較高，常見遞變層理和塊狀層理，其成因機(jī)制以濁流為主，縱向上可觀察到鮑馬序列。鮑馬序列C—E段巖性細(xì)，黏土礦物與有機(jī)質(zhì)含量高，也可形成優(yōu)質(zhì)烴源巖；而A—B段巖性較粗，石英、長石等含量較高，沉積快速，有機(jī)碳含量較低。由于受三角洲物源和水動(dòng)力的影響，泥巖中粉砂質(zhì)含量普遍較高，前三角洲環(huán)境形成的泥巖的有機(jī)碳含量明顯較低，發(fā)育受水動(dòng)力和底棲生物改造的多種層理構(gòu)造。

頁巖主要形成于相對封閉的深湖環(huán)境，陸源碎屑物質(zhì)供給不足，沉積速率低，底棲生物不發(fā)育，從而發(fā)育季節(jié)性紋層結(jié)構(gòu)，形成硅酸鹽礦物與有機(jī)質(zhì)的二元結(jié)構(gòu)。當(dāng)湖泊出現(xiàn)季節(jié)性分層時(shí)，可形成明暗相間的紋層。在有湖流或者濁流影響時(shí)，也能形成似波狀層理，有機(jī)質(zhì)呈斷續(xù)分布，表明深湖區(qū)水體不是非常安靜。在陸源碎屑物質(zhì)供給嚴(yán)重不足的深湖區(qū)，由于長時(shí)間降解，有機(jī)質(zhì)呈分散狀分布，這種富有機(jī)質(zhì)頁巖一般形成于深度最大、最為安靜的水體中。此外，由黃鐵礦、膠磷礦透鏡狀定向排列分布的黏土集合體所形成的頁巖有機(jī)碳含量最高，普遍在長73底部出現(xiàn)，反映當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境具有極高的生產(chǎn)力和較低的陸源物質(zhì)輸入。

富有機(jī)質(zhì)頁巖是一種非常重要的細(xì)粒沉積巖，是含油氣盆地最重要的烴源巖，同時(shí)也是頁巖油、氣的儲(chǔ)集巖。富含有機(jī)質(zhì)是其基本特征。鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7油層組富有機(jī)質(zhì)頁巖的沉積模式以湖侵—水體分層模式為主（見圖7），“沉積相帶、水體深度、缺氧環(huán)境、湖流”是控制其分布的主要因素。

圖7 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7油層組細(xì)粒沉積體系與富有機(jī)質(zhì)頁巖分布模式

本次研究認(rèn)為：深湖亞相寧靜水體泥頁巖分布區(qū)頁巖有機(jī)碳含量高，干酪根以Ⅰ型為主，主要受湖流作用影響；砂質(zhì)碎屑流背景下深湖相泥頁巖分布區(qū)以頁巖、砂巖互層為主，有機(jī)碳含量高，干酪根為Ⅰ—Ⅱ1型，受濁流和砂質(zhì)碎屑流影響；前三角洲背景下半深湖相泥頁巖分布區(qū)以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，有機(jī)碳含量低，干酪根以Ⅱ型為主，主要受三角洲噴流和湖流作用影響；河流—三角洲平原炭質(zhì)泥頁巖分布區(qū)以炭質(zhì)泥巖為主，有機(jī)碳含量高，干酪根以Ⅱ、Ⅲ型為主。

長7油層組沉積期是鄂爾多斯盆地三疊系湖侵發(fā)育的最主要時(shí)期，長73小層沉積期的湖泊面積超過5×104km2，深湖區(qū)水體深度可達(dá)150 m，水體鹽度一般小于1‰，為淡水環(huán)境。長73沉積期快速湖侵，湖水深度和范圍急劇增加，深湖區(qū)表層水體與下層水體由于溫度差異導(dǎo)致上下水體循環(huán)受阻，造就了深湖區(qū)大面積的缺氧環(huán)境，因此有利于富有機(jī)質(zhì)頁巖的發(fā)育。另外，火山活動(dòng)對湖盆生產(chǎn)力的提高和缺氧環(huán)境的形成也有很大促進(jìn)作用[22-23]。

薄片觀察發(fā)現(xiàn)，長7富有機(jī)質(zhì)頁巖中存在具多種組構(gòu)的微體、超微體化石。這些生物化石有多種類型，外形上有球形、橢球形等，常具有膠磷礦和黃鐵礦外殼，內(nèi)部為有機(jī)質(zhì)。原生的厚膠磷礦外殼和生物膜殼的快速黃鐵礦化是長7段有機(jī)質(zhì)得以保存的主要因素。含有化石的層段多位于長73底部，且具有短暫的“勃發(fā)—消亡”特征，常出現(xiàn)在凝灰質(zhì)紋層附近，因此證實(shí)火山噴發(fā)和湖底熱液活動(dòng)等可能是其觸發(fā)機(jī)制。

5 結(jié)論

隨著全球致密油氣、頁巖油氣勘探開發(fā)需求的不斷增長，細(xì)粒沉積學(xué)已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的前沿。與砂礫巖等粗粒沉積巖相比，泥頁巖等細(xì)粒沉積巖的研究程度總體較低，目前還缺乏系統(tǒng)性與完整性。因此急需發(fā)展與完善針對性的研究方法體系，開展典型盆地沉積環(huán)境與細(xì)粒沉積學(xué)特征解剖，建立不同類型細(xì)粒沉積體系的分布模式，預(yù)測致密儲(chǔ)集層與富有機(jī)質(zhì)頁巖的空間分布，以推動(dòng)致密油氣、頁巖油氣的勘探進(jìn)程。

鄂爾多斯盆地湖相富有機(jī)質(zhì)頁巖主要分布于三疊系延長組長7油層組，是盆地中生界最重要的烴源巖和致密油勘探目的層。通過長7油層組3個(gè)小層的巖相-沉積相工業(yè)編圖，刻畫了其細(xì)粒沉積體系，明確了各小層的巖相與沉積相分布特征。應(yīng)用巖心描述、薄片觀察、X衍射、地球化學(xué)測試、有機(jī)碳測井定量計(jì)算等方法，揭示了富有機(jī)質(zhì)頁巖巖石學(xué)特征、紋層結(jié)構(gòu)及其有機(jī)質(zhì)分布規(guī)律。通過典型井地球化學(xué)測試與有機(jī)碳測井定量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳含量縱向上具有明顯的旋回性特征。

建立了以湖侵—水體分層為主的湖相富有機(jī)質(zhì)頁巖的沉積模式，提出“沉積相帶、水體深度、缺氧環(huán)境、湖流”是富有機(jī)質(zhì)頁巖分布的主控因素。遠(yuǎn)離三角洲前緣的深湖區(qū)，受湖流影響較小，水體相對安靜，表層水中浮游生物遺體與黏土或火山噴發(fā)物混合的有機(jī)質(zhì)團(tuán)粒，是富有機(jī)質(zhì)頁巖的主要物質(zhì)來源，因此巖石類型以頁巖為主，干酪根以Ⅰ型為主；發(fā)育砂質(zhì)碎屑流的深湖相區(qū)，富有機(jī)質(zhì)頁巖與砂巖互層，有機(jī)碳含量高，干酪根以Ⅰ—Ⅱ1型為主，砂質(zhì)碎屑流砂巖沉積有利于下伏頁巖有機(jī)質(zhì)的保存；鄰近三角洲前緣的半深湖區(qū)，受湖流影響較大，水體相對動(dòng)蕩，巖石組分除了浮游生物遺體與黏土外，還有三角洲帶來的陸源碎屑和植物碎片等，因此巖石類型以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，干酪根以Ⅱ型為主。

致謝：本文在編寫過程中得到了中國石油勘探開發(fā)研究院鄒才能教授的指導(dǎo)與幫助，在此表示衷心感謝!

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（編輯 林敏捷 繪圖 劉方方）

Lacustrine fine-grained sedimentary features and organic-rich shale distribution pattern: A case study of Chang 7 Member of Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin,NW China

Yuan Xuanjun1,Lin Senhu1,Liu Qun1,Yao Jingli2,Wang Lan1,Guo Hao1,Deng Xiuqin2,Cheng Dawei1
(1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Beijing 100083,China;2.PrteoChina Changqing Oilfield Company,Xi’an 710018,China)

The Chang 7 Member of Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin is taken as an example to study the distribution rule and major controlling factors of the fine-grained sedimentary system by core description,thin section observation,X-ray diffraction,geochemical testing and TOC well logging quantitative calculation.The main sedimentary pattern of organic-rich shale in Chang 7 Member is transgression-water layering.The sedimentary facies,water depth,anoxic condition and lacustrine flow are the major controlling factors for the formation and distribution of organic-rich shale.During the deposition of the Chang 73Member,lake water invaded rapidly,lake depth and scope sharply increased.Because of the temperature difference,the circulation between upper surface water and lower water in deep lake was restrained,then large-area anoxic environment was formed in deep lake,which was favorable for the development of organic-rich shale.In silent deep lake that is far away from the delta front,organic-rich shale was well developed,with high organic carbon content and mainly type I kerogen.In deep lake where sandy debris flows developed,organic-rich shale was inter-bedded with sandstone,which contains high organic carbon content,mainly with type I-II1kerogen.In semi-deep lake close to the delta front,wavy-massive silty mudstone was developed,mainly with type II kerogen.

fine-grained sediment;organic-rich shale;rock texture;distribution pattern;Triassic Yanchang Formation;Ordos Basin

國家油氣重大專項(xiàng)“巖性地層油氣藏成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標(biāo)評價(jià)”（2011ZX05001）；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目（2014CB239000）

TE122

A

1000-0747(2015)01-0034-10

10.11698/PED.2015.01.04

袁選俊（1963-），男，四川南部人，博士，中國石油勘探開發(fā)研究院教授級高級工程師，主要從事湖盆沉積學(xué)與巖性地層油氣藏分布規(guī)律研究。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號，中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究中心，郵政編碼：100083。E-mail：yxj@petrochina.com.cn

2014-03-20

2014-11-28