楊東興

（中國石化中原油田分公司物探研究院，河南鄭州 450000）

東濮凹陷存在豐富的非常規(guī)油氣藏，主要為深層致密砂巖油氣和泥頁巖油氣。泥頁巖裂縫油氣藏作為一種特殊隱蔽油氣藏類型[1–4]，在東濮凹陷的勘探歷程上屢有發(fā)現(xiàn)[5–8]。前人對東濮凹陷泥頁巖油氣藏的研究較籠統(tǒng)，主要偏向于裂縫特征觀察描述，而泥頁巖成藏的關鍵是裂縫成因，但泥頁巖裂縫的發(fā)育受到多種因素控制，預測難度很大。本文深入剖析了影響泥頁巖裂縫發(fā)育的因素及特征，對泥頁巖油氣藏地質特征認識進行了補充。東濮凹陷泥頁巖油氣藏裂縫發(fā)育控制因素主要有構造因素和非構造因素。

1 構造因素分析

構造因素形成的裂縫為構造縫，是由構造應力引起的。東濮凹陷是一個張性斷裂發(fā)育的鹽湖盆地，古近系時期：區(qū)域構造應力場為右旋構造應力場，最大主應力為北東–南西向，最小主應力為北西–南東向，中間應力為垂直方向；沙三中–沙二時期：受北東向擠壓應力場的作用，沙三下鹽巖上隆，沙三中在PS18–1井區(qū)附近形成鼻狀構造；東營末期：區(qū)域構造反轉期，產生近東西向擠壓應力場，地層形成強超壓。裂縫的走向分布，與構造應力場分布基本一致，主要為北東、北西向裂縫（圖1）。

東濮凹陷構造應力存在兩種類型，即水平應力和垂直應力，這兩種應力影響著裂縫的發(fā)育。水平應力形成的構造縫相對較早，主要表現(xiàn)為開啟裂縫，多見油氣浸染，或見方解石、瀝青充填，以橫張垂直裂縫和高角度剪裂縫發(fā)育為主。水平構造應力裂縫在PS18–1井附近發(fā)育，而PS18–8井附近欠發(fā)育，這與 PS18–1井較靠近斷層有關，靠近斷層構造應力大，裂縫相對發(fā)育（圖1）。

垂向構造應力場的形成主要與膏鹽上隆有關，形成時間稍晚于水平構造應力縫。主要形成縱張垂直縫，極少數(shù)垂向“X形”剪裂縫。縱張垂直縫呈延伸短、V字形垂向形態(tài)，且多為方解石或石膏充填，少見油氣顯示。PS18–1井縱張裂縫發(fā)育，而PS18–8井相對欠發(fā)育這類裂縫，與該井偏離鼻狀構造軸部有關（圖1）。

圖1 東濮凹陷構造應力縫走向玫瑰圖

對目前已知的主要泥頁巖裂縫發(fā)育井層段進行統(tǒng)計分析表明，構造位置相對較高、構造曲率相對較大的地方（最大主曲率一般大于 0.2）構造縫較發(fā)育。

2 非構造因素

2.1 巖性和礦物成分

不同巖性的巖石強度和力學性質不同，在相同構造應力場作用下裂縫的發(fā)育程度不一致。巖石脆性組分含量高，則巖石的脆性強，裂縫就更可能發(fā)育。泥頁巖中脆性礦物成分含量是控制裂縫發(fā)育的重要因素。

沉積巖脆性組分多為石英、方解石和白云石等。根據PS18–1井的X衍射礦物分析，沙三上段鹽間泥頁巖脆性礦物主要為石英、方解石和白云石，脆性礦物的平均含量為 42.05%（表 1），與美國Appalachia 盆地泥盆系泥頁巖中確定的脆性指數(shù)臨界值相當，遠高于東營凹陷脆性礦物平均含量（18%～20%）。同時鉆井過程中發(fā)現(xiàn)泥頁巖容易破碎，巖心很難鉆取巖心柱，說明東濮凹陷沙三上段鹽間段泥頁巖的脆性很大，有利于天然裂縫的發(fā)育。

表1 PS18–1井鹽間泥巖段X衍射資料數(shù)據

PS18–1和PS18–8井沙三上段鹽間泥頁巖段共38條裂縫發(fā)育的巖性資料表明，裂縫發(fā)育主要巖性為含鈣（云）泥巖、含膏泥巖或含泥膏巖、含泥灰（云）巖三類。這三類巖性代表著碎屑巖、硫酸鹽巖和碳酸鹽巖。含鈣（云）泥巖中裂縫最為發(fā)育，62.5%的裂縫主要發(fā)育在該類巖性之中；其次為含膏泥巖或含泥膏巖，28.1%的裂縫發(fā)育在該類巖性之中；含泥灰（云）巖中的裂縫發(fā)育程度最低，只有9.4%的裂縫發(fā)育在該類巖性之中（圖2）。這說明泥頁巖裂縫的發(fā)育程度與灰質成分的含量有很大關系，即泥頁巖中方解石和白云石越多，越有利于裂縫的發(fā)育。

巖心資料分析表明，東濮凹陷膏鹽或含泥膏鹽、含膏泥巖較為發(fā)育，沙三上鹽間泥頁巖段構造縫的發(fā)育受內部石膏紋層的控制，構造縫通常垂直或者高角度相交巖層，并終止于石膏紋層界面上。當石膏紋層較薄，構造縫也有可能切穿石膏紋層；紋層較厚，構造縫通常終止于石膏紋層。因此，石膏紋層的發(fā)育程度也決定了泥頁巖裂縫發(fā)育的程度，即硫酸鹽巖礦物會抑制裂縫發(fā)育。

圖2 不同巖性裂縫發(fā)育頻率分布

2.2 有機質富集程度

東濮凹陷鹽間泥頁巖通常為鈣質及含膏泥頁巖，其有機質富集程度與碳酸鹽巖、硫酸鹽巖礦物含量有一定關系[9–10]。有機質富集程度與泥頁巖中的鈣質含量關系相對復雜，當碳酸鹽巖含量小于45%時，泥頁巖中的有機質富集程度與碳酸鹽巖含量呈正相關關系；而碳酸鹽巖含量大于45%時，泥頁巖中的有機質富集程度與碳酸鹽巖含量呈負相關關系（圖3a）。泥頁巖中的有機質富集程度與泥頁巖中的石膏、硬石膏含量呈負相關關系，當石膏、硬石膏含量增大時，泥頁巖中的有機質含量降低（圖3a）。由于泥頁巖裂縫的發(fā)育與碳酸鹽巖、硫酸鹽巖有重要關系，所以泥頁巖中有機質富集程度與裂縫發(fā)育程度也有關。有機碳含量隨裂縫密度增加而增加，但裂縫密度超過4條/m時，有機碳含量下降（圖3b）。

圖3 泥頁巖有機質富集程度與裂縫發(fā)育程度和礦物含量關系

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因為：當碳酸鹽巖含量低于45%時，隨著碳酸鹽巖礦物含量增加，即泥頁巖的脆性礦物含量增加，泥頁巖發(fā)育裂縫的可能性增大，因而裂縫密度變大。泥頁巖中碳酸鹽巖礦物含量增加，表明鹽湖湖水鹽度增加，底部水體近于停滯, 造成各種生物大量死亡，鈣質泥頁巖有機質含量增加。而裂縫密度超過一定值時，碳酸鹽巖礦物含量過高，則黏土含量變低，不利于有機質吸附，有機質含量相對變小。

2.3 異常高壓

異常高壓形成的裂縫[11–12]主要指巖石在一定埋深處于封閉條件下, 由于烴類生成、黏土礦物脫水、水熱增加、自生礦物充填孔隙、膠結作用等產生異常高壓，當其達到巖石臨界破裂壓力時產生的裂縫。超壓導致地層破裂可在沒有構造作用的情況下完全由超壓引起，亦可在構造作用的誘導下發(fā)生。在伸展構造應力背景下，超壓產生破裂垂直縫，這些裂縫在平面上無明顯方向性，呈蠕蟲狀，隨機分布。東濮凹陷多年勘探證實， 由于鹽巖發(fā)育、生烴作用等多種原因，高壓油氣藏分布廣泛，尤其是沙三段地層超壓帶分布更為廣泛。這些超壓帶分布區(qū)往往是良好烴源巖分布區(qū)，若出現(xiàn)厚層泥頁巖, 很容易形成一定規(guī)模的泥頁巖裂縫性油氣藏。

3 結論

（1）形成泥頁巖油氣藏的關鍵因素是裂縫的發(fā)育，東濮凹陷泥頁巖油氣藏裂縫發(fā)育主控因素為構造因素和非構造因素。

（2）導致東濮凹陷泥頁巖裂縫發(fā)育的構造因素為構造應力，包括水平應力和垂直應力兩種類型，構造應力主要形成橫張垂直縫、高角度剪切縫和縱張垂直縫，構造位置相對較高和構造曲率相對較大部位是裂縫容易發(fā)育區(qū)。

（3）導致東濮凹陷泥頁巖裂縫發(fā)育的非構造因素有巖性和礦物成分、有機質富集程度、異常高壓。石英、碳酸鹽巖礦物含量高，容易形成裂縫，而硫酸鹽巖礦物會抑制裂縫發(fā)育；有機質含量較大，裂縫也越容易發(fā)育，當裂縫發(fā)育到一定程度，隨著裂縫發(fā)育程度的增大，有機質含量變??；異常高壓帶也是裂縫常發(fā)育區(qū)。

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