霍 進，支東明，鄭孟林，唐 勇，王霞田，常秋生，郭旭光，丁 靖，何文軍，鮑海娟，高 陽

(1.中國石油 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；2.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)

準噶爾盆地吉木薩爾凹陷位于盆地東部隆起的南部，是一個西、南、北部均受斷裂控制的多期疊合凹陷，呈不規(guī)則的多邊形，面積約1 278 km2(圖1)。凹陷內(nèi)自下而上沉積石炭系—新生界，發(fā)育石炭系、中二疊統(tǒng)蘆草溝組2套烴源巖，并已在石炭系、中二疊統(tǒng)蘆草溝組和上二疊統(tǒng)梧桐溝組發(fā)現(xiàn)了工業(yè)油氣[1-2]。其中，蘆草溝組為大面積分布的頁巖油藏[3]，井控儲量達到11億噸，是我國陸相咸化湖盆頁巖油的一個典型實例，目前正在建設(shè)我國首個國家級陸相頁巖油示范區(qū)[4]。因此對其開展石油地質(zhì)研究具有重要意義，不僅可以直接指導下步勘探，而且對其他陸相咸化湖盆頁巖油的勘探和研究也具有普遍參考價值。

圖1 準噶爾盆地吉木薩爾凹陷地質(zhì)概況

早期前人依據(jù)致密油的勘探理念，對吉木薩爾凹陷的蘆草溝組進行了探索，取得了豐富成果[5-7]，其中烴源巖、儲層研究較多[7-9]，并逐漸揭示出蘆草溝組具有典型的頁巖油源儲一體特征；隨后對頁巖油的聚集機理[3]、頁巖儲層[10-11]以及頁巖的巖石力學特性[12]進行了研究，但對于頁巖油藏的分布、特征及形成主要控制因素的研究相對薄弱。鑒于此，為不斷加深對這套頁巖油藏的認識，豐富發(fā)展陸相頁巖油地質(zhì)理論，筆者根據(jù)最新勘探資料和相關(guān)測試數(shù)據(jù)，在頁巖油藏解剖的基礎(chǔ)上，對其形成主控因素進行了綜合分析。

1 地質(zhì)背景

準噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組現(xiàn)今埋深800～5 200 m，構(gòu)造相對簡單，整體表現(xiàn)為由西南向北東翹傾的單斜構(gòu)造(圖1)。蘆草溝組厚度0～350 m，整體呈“西南厚，北東薄”的特征，地層向東南、東及東北方向減薄較快，向西北部減薄較緩。在巖性上，蘆草溝組是一套由化學沉積作用和機械沉積作用綜合影響下形成的細?；旆e巖，縱向上呈薄互層狀，可根據(jù)巖心和FMI測井資料識別出3類主要巖性：頁巖、碳酸鹽巖和粉、細砂巖。這些細?；旆e巖單層薄、巖性多樣、縱向變化快，如以全目的層井段取心的吉174井為例，厚度246.21 m，共發(fā)育了968層54種巖性，單層厚度在0.01～2.25 m，平均0.25 m，毫米級層理發(fā)育。

2 頁巖油藏特征

2.1 頁巖油分布特征

吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油有利勘探面積將近1 000 km2，表現(xiàn)出整體含油的富烴凹陷特征，鉆井控制富集區(qū)面積約500 km2。垂向上，頁巖油在蘆草溝組全井段多層系分布，有效甜點層主要為白云質(zhì)粉、細砂巖、巖屑長石粉、細砂巖、灰色砂屑白云巖，單層厚度一般1～2 m[6]，不發(fā)育邊底水，沿斜坡向凹陷區(qū)連續(xù)分布，縱向上頁巖油在蘆草溝組一段上/下層組上部、二段上/下層組上部富集，形成2大甜點段(圖2)，甜點段厚度分別為8～26 m和12～40 m。

以蘆草溝組全取心井吉174井為例，全目的層井段顯示豐富，其中油浸級巖心1.40 m，油斑級巖心13.07 m，油跡級巖心21.16 m。含油層集中在上、下甜點段：(1)上甜點段包括4個含油層段，存在14個含油層，自上而下，第一含油段主要巖性為砂屑白云巖、泥晶白云巖，有效厚度約2.2 m，其中油斑級巖心厚約0.8 m，油跡級巖心厚約1.4 m；第二含油段巖性主要為砂屑白云巖和少量泥晶白云巖，油跡級巖心厚度約1.5 m；第三含油段巖性主要為白云質(zhì)粉砂巖，油跡級巖心厚度約2 m；第四含油段含油性最好，主要巖性為白云質(zhì)粉砂巖和少量泥晶白云巖，有效厚度約3 m，其中油浸級巖心厚約0.5 m，油斑級巖心厚約2.5 m。(2)下甜點段可劃分出3段含油層以及多個含油薄層，含油的巖性主要為白云質(zhì)粉砂巖以及少量泥晶白云巖，自上而下，第一含油段底部含油性最好，可達油浸級，有效厚度約8.5 m，其中油浸級巖心厚約1 m，油斑級巖心厚約3.5 m，油跡級巖心厚約4 m；第二含油段有效厚度約4 m，其中油斑級巖心厚約2 m，油跡級巖心厚約2 m；第三含油段有效厚度約4 m，其中油斑級巖心厚約2 m，油跡級巖心厚約2 m。

鉆井資料精細對比顯示(圖2)，蘆草溝組含油層橫向連續(xù)可對比，油層之間發(fā)育頁巖、白云質(zhì)頁巖隔層，隔層段和頁巖油富集層段的有機質(zhì)豐度都高，具有典型的源儲一體特征。甜點對應大孔多、含油性好、飽和度高，上、下甜點的含油飽和度達到90%左右。

圖2 準噶爾盆地吉36—吉31井蘆草溝組頁巖油層對比剖面

2.2 頁巖油原油性質(zhì)特征

2.3 溫壓場特征

吉木薩爾凹陷內(nèi)斷裂構(gòu)造總體不發(fā)育，蘆草溝組自沉積后經(jīng)歷了三疊紀—新生代不同方式的翹傾構(gòu)造作用[3]，使得凹陷邊緣遭受不同程度的剝蝕，整體被上二疊統(tǒng)—新近系覆蓋[3]。目前發(fā)現(xiàn)的頁巖油區(qū)主要在凹陷東部的斜坡部位，地層埋藏深度在2 180～ 4 300 m。在吉172井(埋深2 904 m)至吉28井(3 118 m)以西，吉35井(3 970 m)至吉28(3 118 m)井以南的區(qū)域地層壓力系數(shù)在1.2以上；在吉 36 井—吉251井—吉32井地區(qū)異常壓力系數(shù)在1.4以上；在吉31井、吉22井及以東地區(qū)屬于正常壓力?？v向上，在西部的凹陷部位，蘆草溝組各小層段均存在異常高壓并被隔層分隔，各層壓力異常存在差異，分布不均，具有層控特征，橫向上向斜坡區(qū)逐漸過渡為正常壓力。

地層溫度也隨著埋深變淺，由西部的109.05 ℃(吉36井)減至東部斜坡區(qū)的70.27 ℃(吉23井)；下甜點的地層溫度總體要高于上甜點，并且都處于石油生成的溫度范圍之內(nèi)(60～150 ℃)。

因此，頁巖油油區(qū)在凹陷西部為高溫高壓區(qū)，東部為常溫常壓區(qū)，這與前述的原油特征具有很好的對應關(guān)系。

2.4 頁巖油賦存特征

吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油在頁巖孔隙內(nèi)存在游離和吸附2種狀態(tài)[13]。具體而言，白云巖(泥晶、微晶)、頁巖富含有機質(zhì)，孔隙度在4.5%～11%，滲透率在(0.01～0.1)×10-3μm2，平均毛管半徑在0.03～0.18 μm，總有機碳含量平均為4.72%，平均生烴潛量為20.37 mg/g，在生烴、排烴增壓過程中，有機孔、紋層面、頁理面是原位排烴和原位聚集的主要介質(zhì)，以微—納米孔喉為主。相比而言，甜點層段以砂屑白云巖、巖屑長石粉砂巖、白云質(zhì)粉砂巖為主，孔隙度在8.0%～15.0%，滲透率在(0.06～0.3)×10-3μm2，平均毛管半徑在0.06～0.36 μm，總有機碳含量在0.82%～1.42%，生烴潛量在1.82～4.15 mg/g，以游離態(tài)原油為主，少量吸附態(tài)，以微米孔、微納米孔為主，孔喉連通性好。

游離態(tài)頁巖油主要賦存在溶孔、殘余粒間孔等儲集空間，吸附態(tài)頁巖油主要賦存在頁理縫、有機質(zhì)微孔與晶間孔中。而且有意義的是，實驗發(fā)現(xiàn)，納米級孔隙中的吸附油在一定條件下可流動，如隨溫壓條件的改變，納米孔中的滯留油可轉(zhuǎn)化為游離油。在低真空條件下，隨著時間的延長和溫度的升高，納米孔中油膜的厚度在增厚，向大孔流動，無顯示的巖心滴酸后出現(xiàn)油斑，鑄體薄片放置一段時間后，出現(xiàn)彩色油暈。

3 頁巖油成藏主控因素

3.1 烴源巖品質(zhì)控制頁巖油的分布與原油特征

吉木薩爾凹陷頁巖油分布有利區(qū)與蘆草溝組一段、二段的烴源巖分布具有很好的一致性(圖3)。具體而言，蘆草溝組一段烴源巖在凹陷區(qū)TOC含量整體都在1%以上，特別是頁巖油分布區(qū)的烴源巖TOC含量都在4%以上，反映了其對頁巖油成藏的控制。(1)蘆草溝組一段存在好和較差質(zhì)量的烴源巖層，一段上部烴源巖品質(zhì)優(yōu)于下部。上部約一半樣品的TOC含量大于2%，平均值為2.86%，近一半的樣品生烴潛量大于10 mg/g，平均值為9.84 mg/g。(2)蘆草溝組二段總有機碳分布在0.84%～13.86%之間，頁巖油分布區(qū)烴源巖TOC含量都在3.5%以上，生烴潛量分布在5.14～254.43 mg/g 之間，大部分樣品氯仿瀝青“A”含量大于0.1%。其中，二段上部的烴源巖質(zhì)量最好，約90%的樣品總有機碳含量大于2%，平均值為4.59%，生烴潛量平均值為24.43 mg/g。吉32井和吉174井附近的烴源巖有機質(zhì)豐度最高，超過4.5%，至凹陷的邊緣，有機質(zhì)豐度逐漸變低，氯仿瀝青“A”的變化特征和TOC的變化基本一致。

圖3 準噶爾盆地吉木薩爾凹陷烴源巖厚度與頁巖油分布有利區(qū)疊合圖

如前所述，蘆草溝組上甜點體和下甜點體的原油性質(zhì)有差異，認為與腐泥組的藻質(zhì)體和無定形體含量豐富程度有關(guān)[14]。按照沉積地層縱向詳細采樣，用干酪根的H/C原子比和O/C 原子比交會圖確定干酪根類型，二段上層組主要為Ⅰ和Ⅱ型干酪根，而二段下層組Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型干酪根都存在，巖石薄片中見含粉砂質(zhì)碳質(zhì)泥巖和含碳質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖(圖4)。相比而言，一段上、下層組都是Ⅰ、Ⅱ干酪根?？紤]到上甜點層的原油與上段烴源巖有很好的親緣關(guān)系，下甜點與下段的烴源巖具有很好的親緣關(guān)系[15]，鄰近層烴源巖的抽提物生物標志物具有一致性[16]，因此，蘆草溝組上、下甜點油質(zhì)差別與生烴母質(zhì)干酪根類型關(guān)系密切。

圖4 準噶爾盆地蘆草溝組二段碳質(zhì)泥巖有機巖石學特征

3.2 沉積微相控制頁巖油的分布層位

蘆草溝組屬于咸化湖相沉積[17-18]，典型特點包括地層薄、韻律性強、碎屑巖與碳酸鹽巖混積、黏土礦物含量低，可見淺水成因沉積構(gòu)造等[18]。在此沉積背景下，不同沉積微相微觀孔隙結(jié)構(gòu)差異大，并且控制著頁巖油的分布[19-20]。具體而言，蘆草溝組上甜點主要沉積相類型為淺湖相、濱淺湖相、濱湖相夾云泥坪相，主要巖性為砂屑白云巖和白云質(zhì)粉砂巖，物性較好，是頁巖油主要賦存巖性。中部地區(qū)主要為濱淺湖相沉積，以白云質(zhì)粉砂巖為主，夾薄層狀砂屑白云巖；西部地區(qū)吉30井附近發(fā)育淺湖相沉積，主要巖性為白云質(zhì)粉砂巖，其中白云石含量較少，砂體單層厚度薄，與烴源巖呈互層發(fā)育，含油性好[21-22]。

相比而言，蘆草溝組下甜點沉積相類型主要為淺湖相夾半深湖相。其中，淺湖相白云質(zhì)粉砂巖是頁巖油甜點發(fā)育的優(yōu)勢相帶。凹陷的北部、東部、南部地區(qū)淺湖相白云質(zhì)粉砂巖發(fā)育，而凹陷西部地區(qū)半深湖相較為發(fā)育，凹陷中部地區(qū)的淺湖相夾半深湖相沉積區(qū)具有較好的勘探潛力。

3.3 頁巖的巖性與物性控制頁巖油的富集甜點

頁巖油游離烴的富集甜點與巖性和巖石物性存在密切關(guān)系，具體表現(xiàn)在甜點體巖性以白云質(zhì)粉、細砂巖、砂屑白云巖、巖屑長石粉、細砂巖為主，被泥晶白云巖和白云質(zhì)頁巖、頁巖分隔。根據(jù)巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡等研究，發(fā)現(xiàn)蘆草溝組頁巖油甜點體的儲集空間主要為原生和次生孔隙，以溶孔、剩余粒間孔、頁理縫為主，見縫合線[9-10，19]，微裂縫欠發(fā)育。頁巖油孔隙以微米孔、微納米孔為主，粉、細砂巖好于砂屑白云巖。上甜點體覆壓孔隙度為5.27%～19.84%，平均10.84%，覆壓滲透率為(0.000 4～1.950)×10-3μm2，平均0.014×10-3μm2；下甜點體覆壓孔隙度為5.64%～20.72%，平均11.2%，覆壓滲透率為(0.002～2.764)×10-3μm2，平均0.009×10-3μm2[10]。

3.4 烴源巖熱演化控制地層壓力與原油性質(zhì)

吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖自西向東埋藏深度逐漸變小，鏡質(zhì)體反射率(Ro)自西部的1.3%向東逐漸變?yōu)?.6%(圖5)。隨有機質(zhì)成熟度逐漸降低，原油密度、黏度等隨之增大，地層異常壓力也由超壓地層過渡為常壓地層，規(guī)律非常顯著。

圖5 準噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖成熟度(Ro)等值線與原油黏度等值線疊合

吉木薩爾凹陷的蘆草溝組在經(jīng)歷了晚二疊世前的隆升剝蝕后，整體被埋藏[1，3]，雖然后期經(jīng)歷了侏羅系沉積前、白堊系沉積前和古近系沉積前的隆升剝蝕，但凹陷內(nèi)的蘆草溝組烴源巖始終沒有暴露到地表[3]。烴源巖經(jīng)歷了漫長的熱解生油[20]，這個階段烴源巖的自由水已經(jīng)逐步脫出，難以形成油氣運移的水動力條件。此時，干酪根轉(zhuǎn)化成烴等作用產(chǎn)生的流體不斷充填到烴源巖的孔隙中，增加了烴源巖的流體壓力，成為了烴源巖向外排液的主要動力。實驗表明，當蘆草溝組優(yōu)質(zhì)烴源巖有機質(zhì)豐度為3%時，Ro從0.8%增至1.0%，生烴作用引起的體積膨脹率約為15.30%～34.99%，形成油氣運移動力。具體而言，凹陷區(qū)隨地層埋深的增加，地溫梯度逐漸升高，富有機質(zhì)紋層的頁巖生烴起始時間要早于斜坡區(qū)，生烴窗時間相對較長，具備足夠的烴類運移動力；相比而言，斜坡區(qū)進入生烴窗時間相對較晚，生成的原油沒有像凹陷區(qū)那樣具有運移的動力，所以主體在層內(nèi)的孔隙中聚集，從而造成滯留的原油密度較凹陷區(qū)大。

烴源巖早期生成的烴類以吸附態(tài)附著在富有機質(zhì)紋層的生油母質(zhì)表面，隨著烴源巖生烴作用的持續(xù)增強，烴類在干酪根有機質(zhì)網(wǎng)絡內(nèi)發(fā)生擴散、解吸與匯聚作用。當排烴動力超過毛細管阻力時，液態(tài)烴通過微—納米級孔隙、微層理面、微裂縫與宏觀孔—縫構(gòu)成的輸導體系網(wǎng)絡向周緣擴散，并在微—納級孔喉系統(tǒng)與頁理縫等儲集空間內(nèi)原位滯留或就近成藏[3]。

4 結(jié)論

(1)準噶爾盆地吉木薩爾凹陷頁巖油在蘆草溝組全井段多層系分布，烴源巖層是生油層也是儲層，原油主要賦存在微—納米孔隙中，大面積連續(xù)分布，存在上、下2個富集甜點層，上甜點層原油密度、黏度、初餾點較下甜點層原油小，含蠟量、凝固點較高。平面上，自西向東隨著蘆草溝組埋藏變淺，原油性質(zhì)從凹陷中部向邊緣變差，原油黏度增大，地層壓力由凹陷區(qū)的超壓逐漸過渡為常壓。

(2)吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油的聚集受烴源巖品質(zhì)、成熟度、沉積微相、巖性、物性等多因素控制。上、下甜點體原油品質(zhì)的差異與烴源巖的生烴母質(zhì)類型不同及成熟度差異密切相關(guān)。凹陷區(qū)進入生油時間早于斜坡區(qū)，成熟度差異是斜坡區(qū)與凹陷區(qū)原油性質(zhì)存在差異的重要原因。