王宇涵

（中國石化石油工程地球物理公司華東分公司地球物理研究所，江蘇南京 210000）

阜陽地區(qū)石炭-二疊系地層重復的海進、海退，形成了多套薄層烴源巖和致密砂巖儲集體“互層式”的生儲蓋組合，構(gòu)成了“源-儲互層式沉積”模式[1]，大規(guī)模分布烴類物質(zhì)，生成規(guī)模及分布范圍都為較大的非常規(guī)油氣藏。2002年鉆探的古城1井鉆遇到這套烴源巖，但烴源巖有機質(zhì)豐度總體偏低[2]；張文茂認為此地區(qū)石炭–二疊系泥巖具有較高的生烴潛能，油氣資源較為豐富[3]；徐行認為本區(qū)域烴源巖天然氣資源潛力區(qū)集中于顏集凹陷和倪丘集凹陷，倪丘集凹陷和古城低凸起屬于油資源潛力區(qū)。為進一步客觀評價石炭-二疊系地層油氣資源潛能，對阜陽石炭-二疊地區(qū)進行沉積特征分析，對地層進行精細評價，確定有利勘探目標區(qū)帶區(qū)帶。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

阜陽凹陷位于安徽省西北部，屬周口盆地（圖1）。經(jīng)多年的勘探，僅在周口坳陷盆地北部的倪丘集大王莊構(gòu)造古近系玉皇頂組發(fā)現(xiàn)工業(yè)油流，經(jīng)油源對比認為，其油源來自于下伏石炭-二疊煤系地層[4]。而周口盆地南部的臨泉凹陷、阜陽凹陷等地在淺、中、深不同地層都出現(xiàn)鉆井油斑、油跡及氣顯示[5]。對阜陽凹陷及周邊鉆井分析認為，該區(qū)主要發(fā)育寒武-奧陶系、石炭-二疊系和下白堊統(tǒng)三套烴源巖，其中主要以石炭-二疊系烴源巖為主。

圖1 阜陽凹陷區(qū)域位置

2 烴源巖特征

對阜陽地區(qū)地層沉積演化、區(qū)域沉積特征與泥頁巖厚度等分析認為，阜陽地區(qū)大部分為石炭-二疊烴源巖。石炭-二疊系地層主要為一套煤系地層，其中暗色泥巖、煤巖和碳酸鹽巖為烴源巖，主要為暗色泥巖和煤巖。層位包括太原組、山西組、下石盒子組及上石盒子組。石炭-二疊系烴源巖是構(gòu)成阜陽地區(qū)非常規(guī)油氣藏的關(guān)鍵物質(zhì)基礎。

2.1 有機質(zhì)豐度（TOC）

頁巖氣評價包括烴源巖所含的有機質(zhì)是否豐富充足，有機質(zhì)豐度是頁巖氣勘探選區(qū)的重要參數(shù)之一。據(jù)勘探資料，北美五大頁巖氣盆地中TOC通常為1.5%～20.0%。

王延斌等分析渤海灣盆地煤巖的有機地化指標認為[6]，S1+S2、IH等烴源巖參數(shù)和煤巖中的殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組含量非常相關(guān)，特別是和E+S更加密切，并給出石炭–二疊系煤巖的TOC評價標準（表1）。

表1 華北石炭–二疊系煤的有機質(zhì)豐度評價標準

山西組和太原組的有機碳含量為56.29%～63.06%，氯仿瀝青“A”1.990 0%～2.340 0%，總烴5 426×10–6～7 024×10–6，生烴潛量平均值為146.63 mg/g，屬于中等烴源巖；下石盒子組有機碳含量為62.31%～62.71%，氯仿瀝青“A”為1.230 0%～3.600 0%，總烴2 056×10-6～6 132×10-6，為中等-好烴源巖。除二疊系山西組（P1s）以外，均達到中等烴源巖標準（表2）。

表2 阜陽地區(qū)石炭–二疊系煤巖有機質(zhì)豐度

錢奕忠對煤系暗色泥巖有機地化指標統(tǒng)計顯示，有機碳含量為0.36%～4.61%、暗色泥巖有機質(zhì)豐度較高氯仿瀝青“A”為0.005 4%～0.2110 0%，總烴（17×10-6～780×10-6）基本達到中等-好的烴源巖標準（表3）。

表3 石炭–二疊系源巖有機質(zhì)豐度

石炭-二疊系烴源層暗色泥巖油源巖從上到下逐漸變好，氣源巖則逐漸變差。從層位上看，下石盒子組（P2x）泥巖有機碳含量為0.74%～5.62%，平均為3.18%，為中等–好烴源巖；上石盒子組P2s泥巖有機碳含量為2.00%～7.58%，平均為4.79%，S1+S2為4.93～16.75 mg/g，平均為10.30 mg/g，達到中等–好烴源巖標準；二疊系太原組和山西組有機碳含量平均達2.46%～2.98%，氯仿瀝青“A”為0.051 6%～0.272 2%、生烴潛量S1+S2為2.28～2.72 mg/g，總烴152.22×10-6～173.40×10-6，有機質(zhì)豐度相對較高。

2.2 有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型對頁巖氣的生烴能力有重要影響，有機質(zhì)類型主要通過干酪根的性質(zhì)進行表現(xiàn)。由于烴源巖中的有機顯微組分的形態(tài)、種類、成因、光學特征各異，因此其化學組成、結(jié)構(gòu)、母質(zhì)類型及生烴潛力也各不相同[7]。阜陽地區(qū)烴源巖的主力生油組分是殼質(zhì)組和腐泥組，而除了富氫鏡質(zhì)體以外的鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組一般作為生氣組分。

以有機巖石學定量分析法對某井石炭-二疊系烴源巖巖心樣品中有機顯微組分組成及含量統(tǒng)計。從生成的數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：①煤巖中的有機顯微組分以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主，其總含量為66%～80%；山西組（P1s）和下石盒子組（P1x）煤中的鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量基本持平，太原組（P1t）的煤中鏡質(zhì)組含量為58%，惰質(zhì)組只有8%，低于鏡質(zhì)組，且太原組煤的富氫鏡質(zhì)體含量高于20%，較為豐富；可以得出阜陽地區(qū)石炭–二疊系煤生氣能力較強的結(jié)論。②在泥巖中，殼質(zhì)組與腐泥組也占有一定比例，可見泥巖具備作為烴源巖的條件，其具有很強的生油能力。

對古城1井石炭-二疊系的煤和暗色泥巖中的“A”組分分析顯示，煤的飽和烴含量為3.90%～14.43%，暗色泥巖為6.31%～17.7%；煤的芳香烴含量為9.44%～28.36%，暗色泥巖芳香烴含量為3.60%～29.37%。煤和泥巖的飽和烴和芳香烴的總和均小于50%，飽和烴/芳香烴除太原組泥巖外都小于1。煤、暗色泥巖的瀝青質(zhì)含量相近且較多，表現(xiàn)為瀝青質(zhì)、非烴含量比芳香烴和飽和烴多的現(xiàn)象，有機質(zhì)類型多為腐殖型（Ⅲ型），同時也含有富氫混合型母質(zhì)（Ⅱ型）。烴源巖的有機巖石學資料、干酪根的元素、同位素資料以及熱解資料也反映出同樣特征。而富氫的顯微組分有更大的液態(tài)烴生成潛力，一般主要是生氣組分。將不同地層的煤系烴源巖進行對比歸類，上石盒子組泥巖和煤屬于Ⅲ型；下石盒子組泥巖屬于Ⅲ-Ⅱ2型，煤屬于Ⅲ型；山西組泥巖以Ⅲ-Ⅱ2型為主，煤屬于Ⅲ型；太原組泥巖則為Ⅲ-Ⅱ2型，煤為Ⅲ型[8]（表4）。

表4 古城1井有機顯微組分組成及含量

2.3 有機質(zhì)成熟度（Ro）

頁巖要成為潛在的頁巖氣勘探目標區(qū)帶，其成熟度必須進入生氣窗。因此，展開對研究區(qū)有機質(zhì)成熟度Ro的研究。

據(jù)南4井的資料，石炭–二疊系每組段地層熱解峰值溫度高達500 ℃甚至更高，Ro為1.47%～2.45%，煤的種類為瘦煤、貧煤到高變質(zhì)程度的無煙煤，有機質(zhì)母巖處于高成熟–過成熟–變質(zhì)階段，熱演化程度處于高成熟–過成熟階段。

干氣區(qū)周邊Nan6井、Guchenl井所在的古城低凸起石炭–二疊紀煤系Ro值為0.62%～0.89%，煤階正在由氣煤到肥煤的相當成熟階段，屬于生烴高峰期。倪丘集凹陷Nan11井、MM3井的Ro為0.8%～0.88%，屬于氣–肥煤帶，處在成熟階段。以上兩處烴源巖演化程度持平[7]。

從平面上分析，阜陽地區(qū)石炭系-二疊系烴源巖熱演化程度呈現(xiàn)北高南低，以鹿邑-顏集凹陷為變質(zhì)帶中心，呈帶狀展布。古城低凸起、倪丘集凹陷煤系烴源巖有機質(zhì)處于氣煤-肥煤的相當成熟階段[10]，北部鹿邑-顏集凹陷石炭-二疊系的烴源巖有機質(zhì)為高成熟-過成熟階段。阜陽地區(qū)石炭-二疊系煤系烴源巖的有機質(zhì)熱演化程度已達到成熟階段，其中大部分為煤成氣，少量Ⅱ型干酪根可生成液態(tài)石油（表5）[7]。

表5 阜陽地區(qū)及周邊鉆井石炭–二疊系煤巖的Ro

3 儲層特征及物性條件

3.1 儲層巖石學特征及空間關(guān)系

石炭-二疊系的煤系地層是阜陽地區(qū)非常規(guī)油氣的主力分布層位。華北地區(qū)在整體海退的背景下，得以形成晚古生代沉積建造，其海進、海退頻率較高。石炭-二疊系地層沉積了一套煤、泥巖、砂巖、灰?guī)r交互疊置、頻繁互層的海陸過渡相沉積結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了“源-儲互層式沉積”模式。自下而上，陸相沉積作用不斷加劇，大陸環(huán)境自北向南逐漸推進，北部的陰山（內(nèi)蒙）古陸作為其主要的物源。因此，石炭-二疊系沉積相自北而南表現(xiàn)為沖積扇體系、礫質(zhì)辮狀河體系、砂質(zhì)辮狀河體系、曲流河體系、三角洲體系及碎屑濱岸體系。

將生儲蓋層的空間組合關(guān)系作為評價標準，阜陽地區(qū)生儲蓋層組合方式分為自生自儲型、新生古儲型和古生新儲型。阜陽地區(qū)石炭-二疊系地層成藏模式以自生自儲型為主，古生新儲型和新生古儲型占比較少[8-9]。

區(qū)域沉積演化顯示，阜陽地區(qū)晚古生代沉積建造是在整體海退背景下，頻繁發(fā)生海進、海退而形成的，其砂巖、泥巖相互疊置，形成了大量薄層烴源巖和致密砂巖等儲集體“互層式”的生儲蓋組合，因此整個石炭-二疊系烴類物質(zhì)分布較多；同時由于儲層相對致密、物性較差，減弱了油氣大范圍、長距離運移的能力，因此，煤系烴源巖生成的油氣主要賦存于其內(nèi)部及周圍的致密儲層內(nèi)，自生自儲非常規(guī)油氣藏得以形成[9]。

阜陽地區(qū)石炭-二疊系地層成藏模式以自生自儲型為主，總體上表現(xiàn)為上古生界烴源巖在二疊紀晚期小規(guī)模生烴，在三疊紀生烴規(guī)模增大，是其生烴高峰期，且達到成熟階段（圖2）。由于印支運動的影響，地層抬升剝蝕，生烴量開始降低。早白堊世，部分凹陷地區(qū)由于再次沉降，接受沉積，生烴量有一定增加，部分地區(qū)有機質(zhì)成熟度達到過熟階段，而白堊系地層厚度小，因此凸起地區(qū)的生烴高峰表現(xiàn)較弱。晚白堊世以后，生烴期規(guī)模都較小，在古近紀晚期，生烴量才逐漸上升。由于盆地內(nèi)不同構(gòu)造單元的演化不同，造成石炭–二疊系烴源巖自進入生烴門限后，保持持續(xù)生烴，且受后期斷裂作用較小，保存條件較好，易形成“源-儲互層式”的非常規(guī)油氣藏。

圖2 阜陽凹陷自生自儲型成藏模式

阜陽地區(qū)烴源層的第一次生烴期為三疊紀，之后的早白堊世和古近紀中后期由于烴源層再次埋深，古近紀中后期的二次生烴是本區(qū)油氣成藏的關(guān)鍵時期。

3.2 物性特征

周口盆地阜陽地區(qū)石炭系灰?guī)r-砂巖儲層為該區(qū)域主要儲層，從沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e巖的變化較強，巖石致密，地層較薄，物性一般不理想。據(jù)前人資料，二疊系砂巖的發(fā)育程度較好，砂巖厚度為335.0～428.5 m，砂巖含量一般為21%～39%，是烴源巖內(nèi)部的一套主要儲層。樣品物性分析顯示，孔隙度為0.06%～8.4%，均值為3.3%；滲透率為0.007×10-3～33.370×10-3μm2，均值為0.640×10-3μm2，除少量樣品的孔滲參數(shù)出現(xiàn)高值，全區(qū)樣品大體為特低-超低孔滲儲層（表6）。通過測井剖面觀察，煤系地層內(nèi)砂巖自然電位曲線近于平直。儲層和烴源巖互層沉積，煤系烴源層將產(chǎn)生的天然氣快速運移進儲層中，成巖作用被相對抑制，砂巖儲層得以保護，產(chǎn)生了大面積氣藏。由于構(gòu)造作用，砂巖物性較差，研究區(qū)普遍存在裂縫，如MM1井太原組取心段為1 566.45～1 566.84 m，巖心表現(xiàn)為方解石充填粉砂巖裂縫，孔洞發(fā)育，油存在于裂縫中；鑄體薄片中可見較多微縫，微縫寬為0.003～0. 006 mm，斷續(xù)分布，可見分叉狀、兩頭尖滅狀微縫。

表6 阜陽地區(qū)石炭–二疊系儲層物性

4 地震波品質(zhì)因子Q屬性分析

巖石一般是非彈性體，波在其中傳播時，會有一部分機械能轉(zhuǎn)換成熱能，反映了巖石本身對波的吸收特性。波在巖石中的這種衰減性質(zhì)通常用巖石的品質(zhì)因子Q來表征。

巖石中所含流體的改變會導致Q值的不同，同一流體處于不同狀態(tài)時也會引起Q值的變化，且Q值對這種情況很敏感，所以對探測巖石所含流體的類型與物理狀態(tài)（相變）很重要。

Q屬性可以用來探測氣或流體的飽和度，只要知道地震波品質(zhì)因子作為含氣（流體）飽和度之函數(shù)和給定飽和度情形下作為這種天然氣（流體）的幾何分布之函數(shù)如何變化，就可以預測地層的含氣性和滲透率等信息。

研究區(qū)測線FY02線Instantaneous Q屬性顯示，石炭-二疊系地層底部斜坡向深凹過渡地帶具有較強的Q值及低頻現(xiàn)象，表明該地帶石炭-二疊系目的層段上含氣性較好（圖3）。

圖3 FY02線Instantaneous Q屬性剖面

5 有利區(qū)帶優(yōu)選

結(jié)合阜陽地區(qū)油氣勘探現(xiàn)狀及天然氣資源特點，目標區(qū)帶有利區(qū)的評價與其成藏條件密切相關(guān)，即由頁巖TOC、Ro、儲層物性、埋深等條件綜合決定的。

在區(qū)域大套泥頁巖較厚且分布穩(wěn)定、地震品質(zhì)較好、儲集物性較好、有機質(zhì)類型等多個條件較好的前提下，將目的層埋深、優(yōu)質(zhì)泥頁巖厚度、TOC、Ro、沉積相等成藏條件分布圖在平面上進行疊置，對目標區(qū)帶有利區(qū)進行綜合評價，優(yōu)選有利區(qū)帶。

基于目前工程技術(shù)條件，將埋深大于4 000 m的區(qū)域劃為潛在區(qū)，埋深為1 500～4 000 m的區(qū)域劃為有效區(qū)。以阜陽地區(qū)TP1t 向上200 ms層段主頻分布圖作為底圖，綜合地震品質(zhì)、構(gòu)造特征、埋深、地層厚度等信息進行有利區(qū)帶的圈定工作。

如圖4所示，紅色虛線多邊形范圍內(nèi)為石炭–二疊系目的層的有利區(qū)帶，面積為110 km2，石炭–二疊系目的層有利區(qū)帶位于阜陽凹陷中西部，埋深條件合適，地層較為穩(wěn)定，構(gòu)造特征良好，優(yōu)質(zhì)泥巖厚度較大，為本區(qū)的主要勘探區(qū)域。根據(jù)主頻特征，有利區(qū)內(nèi)存在兩個低頻部位，各項成藏指標較好，因此可將2個低頻部位設定為2個井位目標區(qū)帶。

圖4 阜陽地區(qū)TP1t向上200 ms層段主頻分布

1號目標區(qū)帶位于阜陽凹陷緩坡帶中部，面積約為20 km2，地震反射穩(wěn)定，埋深為2 200～2 800 m，并在該有利區(qū)帶形成低頻點。太原組厚度達到100 m左右，TOC、Ro適中，處于成熟階段，其他各項參數(shù)指標較好。2號目標區(qū)帶位于阜陽凹陷下降盤沉積中心附近，有效面積約為18 km2，埋深為3 200～3 550 m。泥頁巖厚度較大，本溪組厚度達到40 m左右，TOC、Ro適中、處于成熟階段。其他各項參數(shù)指標較好，該目標區(qū)帶可以兼探阜陽地區(qū)地層大體完整發(fā)育情況。

6 結(jié)論

（1）根據(jù)生儲蓋層的空間組合關(guān)系得出，阜陽地區(qū)存在古生新儲型、自生自儲型、新生古儲型三類組合類型，其中以自生儲型為主，石炭–二疊系烴源巖地層主要發(fā)育自生儲型模式。

（2）以頁巖TOC、Ro、儲層物性、埋深等條件，將阜陽凹陷有利區(qū)帶分為位于阜陽凹陷緩坡帶中部的一號目標區(qū)帶和位于阜陽凹陷下降盤沉積中心附近的二號目標區(qū)帶。