鄒陽，戚艷平，宋棟，陳文順，韋盼云

（中國石油 新疆油田分公司a.勘探開發(fā)研究院；b.重油開發(fā)公司，新疆 克拉瑪依 834000）

頁巖油是賦存于頁巖層系中，未經(jīng)大規(guī)模長距離運移的自生自儲石油[1-2]。北美通過頁巖油革命改變了世界能源格局，對油氣勘探開發(fā)理論和實踐產生了深遠影響[3]。近年來，頁巖油已成為中國石油勘探的前沿和油氣資源增儲的熱點[4]。鄂爾多斯盆地延長組頁巖層系勘探獲得突破，發(fā)現(xiàn)十億噸級大油區(qū)[5-6]；松遼盆地青山口組頁巖油勘探開發(fā)展現(xiàn)出良好前景[7]；渤海灣盆地多口井在孔店組獲頁巖油工業(yè)油流，表明其具備一定的勘探潛力[8]，證實中國陸相湖盆頁巖油前景廣闊。

準噶爾盆地中—下二疊統(tǒng)發(fā)育一套以湖相暗色泥頁巖與白云質巖為主的混積巖，蘊含豐富的非常規(guī)油氣資源[9]。有別于吉木薩爾凹陷蘆草溝組咸化湖盆頁巖油，瑪湖凹陷風城組是以堿湖優(yōu)質烴源巖為基礎的全油氣系統(tǒng)典型勘探實例[10-11]。受巖相控制，湖盆邊緣常規(guī)油氣—斜坡區(qū)致密油氣—凹陷區(qū)頁巖油氣有序共生，其中，常規(guī)油和致密油勘探已取得重大發(fā)現(xiàn)，而凹陷區(qū)頁巖油勘探未獲得突破。關于凹陷區(qū)烴源巖層系內部油氣聚集研究較為薄弱，多限于沉積模式、構造演化、成藏條件、資源潛力等方面[12-15]，而針對細粒沉積巖精細描述、烴源巖評價、儲集層品質和甜點綜合評價缺乏系統(tǒng)性研究，制約了風城組下步勘探目標選擇。此外，該區(qū)風城組頁巖獨特的堿湖沉積環(huán)境使其巖石組成和巖相組合較為復雜，因此，亟需開展優(yōu)勢巖相分析和甜點識別研究。

本文基于瑪頁1 井風城組頁巖油層段厚度達284.31 m 的連續(xù)取心資料，從巖心描述入手，分析瑪湖凹陷北斜坡風城組巖石組成、沉積環(huán)境和巖相類型，開展風城組各亞段烴源巖品質、儲集層品質、工程品質和可動性評價研究，確定堿湖型頁巖油甜點評價標準，提出風三3亞段應是該區(qū)頁巖油勘探重點，同時對不同類型甜點儲集層的勘探實踐進行簡要分析，以期為風城組油氣勘探提供借鑒。

1 地質概況

瑪頁1 井位于準噶爾盆地西部隆起烏夏斷裂帶，緊鄰瑪湖凹陷（圖1）?，敽枷菔菧矢翣柵璧刂饕粺N凹陷之一，面積約5 000 km2，地層自下而上為石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系及第四系。早—中二疊世，在西伯利亞板塊與準噶爾盆地塊激烈碰撞的構造背景下，瑪湖凹陷二疊系整體呈現(xiàn)不對稱箕狀構造格局[9]。其中，下二疊統(tǒng)風城組具有西北厚且陡、東南薄而緩的沉積特點，沉降中心厚度達1 500 m，自上而下劃分為風三段、風二段和風一段，以細粒沉積巖為主。

圖1 準噶爾盆地瑪湖凹陷構造位置Fig.1.Structural location of Mahu sag in Junggar basin

根據(jù)沉積旋回將風城組分為9個沉積亞段。作為風城組頁巖油首口連續(xù)取心風險探井的瑪頁1井，風三3亞段—風一1亞段為細粒沉積巖段，取心長度為284.31 m（深度為4 579.54—4 863.85 m），巖心收獲率為96.55%。

2 細粒沉積巖特征

2.1 巖石類型

2.1.1 劃分依據(jù)

風城組細粒沉積巖礦物類型多樣，主要包括碳酸鹽礦物、長石和石英、黏土礦物3 大類，具體由白云石、方解石、堿性礦物、石英、斜長石、鉀長石、黃鐵礦和黏土礦物組成。參考中國咸化湖細粒巖分類方案[16-17]，本文采用石英+長石、白云石+方解石、黏土礦物三端元劃分標準，將風城組細粒沉積巖劃分為砂巖類、碳酸鹽巖類、混積巖類和泥巖類4類（圖2）。

圖2 瑪頁1井風城組細粒沉積巖巖石類型Fig.2.Rock types of fine-grained sedimentary rocks in Fengcheng formation in Well Maye-1

風城組細粒沉積巖主要發(fā)育透鏡狀層理、條帶狀層理、紋層狀層理、雪花狀層理、樹根狀層理和塊狀層理。砂巖類最常見的沉積構造是透鏡狀層理和條帶狀層理，厚度小于5 cm，透鏡狀層理往往由沉積物再次搬運形成（圖3a），條帶狀層理常伴隨反粒序構造樣式（圖3a）。碳酸鹽巖類主要發(fā)育紋層狀層理、雪花狀層理和樹根狀層理，紋層狀碳酸鹽巖礦物顆粒細小、自形程度低（圖3b、圖3c）；雪花狀碳酸鹽巖以粉—細晶為主，自形程度較高（圖3d、圖3e）；樹根狀碳酸鹽巖形成受裂縫控制（圖3f、圖3g）?；旆e巖類以紋層狀層理和塊狀層理為主（圖3h—圖3j）。泥巖類多數(shù)為塊狀層理（圖3k），局部常富集黃鐵礦（圖3l），反映深水還原環(huán)境。

圖3 瑪頁1井風城組細粒沉積巖及其結構構造Fig.3.Typical core images and microscopic images of fine-grained sedimentary rocks in Fengcheng formation in Well Maye-1

2.1.2 劃分方案

巖相是特定沉積環(huán)境的產物，不同巖石類型的礦物種類、結構以及層理構造差異明顯[18]。首先根據(jù)巖石薄片和全巖分析資料確定各類礦物相對含量（圖4），參照巖石學三級命名法對巖石進行命名，再考慮層理構造，將瑪頁1 井風城組頁巖油層段劃分為1 548 個小層，劃分出12 種細粒沉積巖，其中，塊狀混積巖、紋層狀混積巖、雪花狀泥質白云巖、透鏡狀白云質粉砂巖、透鏡狀泥質粉砂巖和塊狀泥巖較為發(fā)育（表1）。

表1 瑪頁1井風城組細粒沉積巖巖石類型劃分Table 1 .Classification of fine-grained sedimentary rocks in Fengcheng formation in Well Maye-1

2.2 沉積組合

沉積巖中微量元素與其沉積環(huán)境有著密切關系，風城組Sr/Ba 大于1、Th/U 小于2，指示咸水和還原沉積環(huán)境，從風一1亞段到風三3亞段，Sr/Ba 的變化反映沉積環(huán)境是從淡水到咸水再到微咸水，Th/U 的變化反映沉積環(huán)境從弱還原到強還原再到弱還原（圖4）。

在明確風城組沉積環(huán)境變化規(guī)律的基礎上，結合風城組巖石礦物類型與含量，可將該組劃分為5 種沉積組合。從風一1亞段到風三3亞段分別為淡水沉積組合、咸化沉積組合、蒸發(fā)鹽巖沉積組合、弱咸化沉積組合和低鹽度沉積組合（圖4），縱向上沉積組合的時序性變化與湖盆的擴張、萎縮關系密切。

風一1亞段淡水沉積組合形成于盆地快速沉降時期，湖盆鹽度較低，以透鏡狀泥質粉砂巖和塊狀泥巖為主。風二3亞段咸化沉積組合表明該階段湖水蒸發(fā)量大于輸入量，方解石和白云石依次析出，巖石類型以透鏡狀白云質粉砂巖夾塊狀混積巖為主，局部發(fā)育雪花狀泥質白云巖和雪花狀泥質石灰?guī)r。風二2亞段蒸發(fā)鹽巖沉積組合代表湖盆鹽度最高沉積時期，常與咸化沉積組合交替出現(xiàn)，巖石類型以雪花狀泥質白云巖和堿礦鹽巖為主，夾少量塊狀混積巖和雪花狀粉砂質白云巖。風二1亞段為弱咸化沉積組合，湖侵使得湖水鹽度降低，蒸發(fā)鹽巖類礦物、白云石、方解石依次溶解，巖石類型以塊狀混積巖和透鏡狀白云質粉砂巖為主，局部發(fā)育雪花狀泥質白云巖。風三3亞段低鹽度沉積組合反映持續(xù)湖侵、陸源碎屑物質頻繁輸入，巖石類型以紋層狀混積巖為主，雪花狀泥質石灰?guī)r和透鏡狀泥質粉砂巖次之（圖4）。

圖4 瑪頁1井風城組細粒沉積巖層理構造與沉積組合特征Fig.4.Bedding structures and sedimentary assemblages of fine-grained sedimentary rocks in Fengcheng formation in Well Maye-1

3 頁巖油地質評價

風城組頁巖油地質評價從5 個沉積亞段優(yōu)勢甜點儲集層入手，對比分析各亞段烴源巖品質、儲集層品質、工程品質和可動性。優(yōu)勢甜點儲集層指烴源巖品質好、儲集條件優(yōu)越、裂縫發(fā)育、脆性好、可改造性強，有一定連續(xù)厚度，累計厚度占地層總厚度30%以上的巖層。例如，風三3亞段優(yōu)勢甜點儲集層以紋層狀混積巖為主（圖4）。

3.1 烴源巖品質

3.1.1 有機質豐度

巖石熱解資料表明，瑪頁1 井風城組殘余有機碳含量為0.11%～2.85%，平均為0.69%，殘余有機碳含量大于0.50%的中等—優(yōu)質烴源巖樣品占52.8%；生烴潛量為0.13～15.41 mg/g，平均為2.83 mg/g，生烴潛量大于2.00 mg/g 的中等—好烴源巖樣品占57.9%；氯仿瀝青“A”含量為0.004 5%～0.921 0%，平均為0.235 0%，氯仿瀝青“A”含量大于0.100 0%的好—優(yōu)質烴源巖樣品占81.8%（圖5）。綜合評價風城組烴源巖現(xiàn)今殘余有機質豐度不高，屬于中等—好烴源巖。

瑪頁1井風城組樣品地球化學分析表明，風三3亞段、風二1亞段和風二3亞段殘余有機碳含量主體大于0.50%，風二2亞段和風一1亞段多數(shù)樣品殘余有機碳含量小于0.50%。除泥巖類和混積巖類有機質豐度較高外，部分碳酸鹽巖類和粉砂巖類生烴潛量也大于2.00 mg/g，揭示每種巖性都具有一定的生烴能力，但生烴潛量大于6.00 mg/g的好烴源巖多集中在風三3亞段、風二1亞段和風二3亞段（圖5）。綜合對比，風三3亞段、風二1亞段和風二3亞段有機質豐度相對更高，主要是由于上述3 個亞段為咸水或微咸水沉積環(huán)境。物理模擬實驗已證實咸水利于有機質絮凝，有機質捕獲效率高。特別是風三3亞段處于還原咸水向弱還原微咸水轉變的過渡環(huán)境中，沉積速率相對較大，有機質快速埋藏，被分解的時間縮短，易于保存，因而生烴條件最為有利。

圖5 瑪頁1井風城組地球化學綜合評價剖面Fig.5.Comprehensive geochemical evaluation profile of Fengcheng formation in Well Maye-1

3.1.2 干酪根類型

熱解參數(shù)氫指數(shù)-巖石熱解峰溫分析揭示，風城組烴源巖氫指數(shù)主要為0～600 mg/g，具有4 種干酪根類型。其中，風二2亞段和風一1亞段烴源巖樣品氫指數(shù)小于400 mg/g 的烴源巖樣品占87.7%，干酪根類型以Ⅱ1型和Ⅱ2型為主；風三3亞段、風二1亞段和風二3亞段烴源巖樣品氫指數(shù)范圍較大，氫指數(shù)大于300 mg/g的烴源巖樣品占63.5%，干酪根類型以Ⅱ1型和Ⅰ型為主，生烴潛力大（圖6）。

圖6 瑪頁1井風城組烴源巖干酪根類型Fig.6.Kerogen types of the source rocks in Fengcheng formation in Well Maye-1

受瑪頁1井鏡檢樣品數(shù)量限制，僅針對風二2亞段和風二3亞段開展干酪根顯微組分分析，風城組母質類型以富氫的腐泥組和殼質組為主，腐泥組和殼質組含量超過65%。由標準SY/T 5125—1996《透射光—熒光干酪根顯微組分鑒定及類型劃分方法》可知，干酪根類型指數(shù)不小于80 時，干酪根為Ⅰ型；干酪根類型指數(shù)為40～80 時，干酪根為Ⅱ1型；干酪根類型指數(shù)為0～40時，干酪根為Ⅱ2型；干酪根類型指數(shù)小于0時，干酪根為Ⅲ型?，旐?井樣品干酪根類型指數(shù)為14.5～42.9，干酪根以Ⅱ2型為主，其中，風二2亞段樣品干酪根類型指數(shù)均小于20，而風二3亞段樣品干酪根類型指數(shù)均大于20，甚至部分樣品該指數(shù)大于40，因此，風二3亞段生烴潛力大于風二2亞段。

3.1.3 有機質成熟度

瑪頁1井風城組烴源巖鏡質體反射率實測數(shù)據(jù)點11個，深度為4 735～4 851 m，鏡質體反射率集中在0.8%左右，表明風城組烴源巖已達到成熟階段（圖5）。

另外，瑪頁1 井風城組各亞段巖石熱解峰溫為435～450 ℃的樣品超65%，各亞段烴源巖成熟度無明顯變化，均處于成熟階段（圖5）。主要是由于取樣深度跨度不超過300 m，按照現(xiàn)今地溫梯度2.3 ℃/hm 計算，瑪頁1 井風城組烴源巖成熟度變化理應不大。但是瑪頁1 井僅代表瑪北風城組埋深小于5 000 m 的熱演化面貌，盆地熱演化史模擬推測瑪湖凹陷風城組埋藏深度大于6 000 m，可達到高成熟熱演化階段。

綜上所述，瑪頁1 井風城組各亞段均發(fā)育有效烴源巖，其沉積環(huán)境和沉積組合存在明顯差異，導致烴源巖的優(yōu)勢巖性、有機質的豐度和類型均有所區(qū)別。風三3亞段、風二1亞段和風二3亞段烴源巖品質相對較好，其中，風三3亞段烴源巖最優(yōu)，是一套有機質豐度達到中等—好、以Ⅱ1型和Ⅰ型干酪根為主的成熟烴源巖。

3.2 儲集層品質

3.2.1 儲集空間類型

瑪頁1 井巖心、薄片、掃描電鏡等資料揭示，風城組儲集空間類型主要包括微裂縫、溶孔、粒間孔以及有機質孔，各亞段儲集空間類型受優(yōu)勢巖相控制，存在明顯差異（圖7）。

風一1亞段微裂縫欠發(fā)育，裂縫密度為1～7條/dm，以構造裂縫為主，多被泥質充填。優(yōu)勢甜點儲集層為透鏡狀泥質粉砂巖，相比泥頁巖有一定抗壓實能力，以粒間孔為主，孔隙直徑為0.9～20.0 μm（圖7a），由于陸源物質輸入量較小，該類甜點規(guī)模較小。

圖7 瑪頁1井風城組儲集空間類型Fig.7.Reservoir spaces of Fengcheng formation in Well Maye-1

風二3亞段裂縫密度為2～16 條/dm，以構造裂縫和縫合線為主，構造裂縫多被碳酸鹽礦物半充填，未充填礦物表面原油浸染明顯，縫合線明顯彎曲和分叉，多被有機質充填。該亞段優(yōu)勢甜點儲集層以透鏡狀白云質粉砂巖和塊狀混積巖為主。透鏡狀白云質粉砂巖易形成構造微裂縫，其中的白云石易被有機酸溶蝕，因此，孔隙類型以溶孔和微裂縫為主，溶孔孔隙直徑為0.3～5.0 μm，裂縫開度多小于3.0 μm（圖7b、圖7c）；塊狀混積巖由陸源礦物和內源結晶礦物混積形成，發(fā)育溶孔和微裂縫，溶孔以鉀長石和白云石晶內溶孔為主，孔隙直徑多小于5.0 μm，局部發(fā)育微裂縫（圖7d）。

風二2亞段裂縫密度為1～17 條/dm，以成巖泄水縫和構造裂縫為主，多被碳酸鹽礦物充填。雪花狀泥質白云巖是該亞段常見的優(yōu)勢甜點儲集層，這種內源控制型甜點儲集層有機質孔比較有限，烴類物質主要富集在碳酸鹽礦物的晶間孔和溶孔內，孔隙直徑多小于2.0 μm（圖7e）。

風二1亞段與風二3亞段沉積環(huán)境相同，優(yōu)勢甜點儲集層類似，以塊狀混積巖和透鏡狀白云質粉砂巖為主，二者孔隙類型基本一致（圖7f），天然裂縫發(fā)育特征相似，裂縫密度稍大，為2～21條/dm。

風三3亞段微細裂縫最發(fā)育，密度為5～45 條/dm，優(yōu)勢甜點儲集層多為紋層狀混積巖，層理縫、構造裂縫和擴溶縫發(fā)育，層理縫連續(xù)性較好，裂縫走向近水平，以未充填—半充填為主。鏡下可見紋層狀混積巖為亮色碳酸鹽巖、長英質礦物與暗色有機質互層（圖7g），白云石和長石晶內溶孔發(fā)育，孔隙直徑為1.2～8.3 μm，有機質粒間孔呈多邊形（圖7h），有機質內部發(fā)育大量氣泡狀和紡錘狀孔隙（圖7i），孔隙直徑普遍小于2.0 μm。

3.2.2 物性和含油性

瑪頁1 井風城組紋層狀混積巖和透鏡狀白云質粉砂巖有效孔隙度為2.0%～5.0%，含油級別以油斑和油浸為主；塊狀混積巖有效孔隙度為1.0%～3.0%，含油級別以油斑和油跡為主；雪花狀泥質白云巖和透鏡狀泥質粉砂巖有效孔隙度普遍小于2.0%，含油級別以油跡為主。

3.3 工程品質與可動性

3.3.1 脆性指數(shù)

瑪頁1 井風城組儲集層脆性指數(shù)為41.1%～90.7%，受石英、白云石、長石等脆性礦物含量影響，風二3亞段和風二2亞段脆性指數(shù)較大，平均為81.6%和75.7%，風三3亞段、風二1亞段和風一1亞段次之，平均為68.5%、68.3%和52.7%（圖8）。當脆性指數(shù)大于60.0%時，儲集層易形成裂縫網(wǎng)絡[19]，因此，除風一1亞段，風城組各亞段均屬于可壓裂性強的儲集層。

3.3.2 可動性

目前評價頁巖油可動性多采用含油飽和度指數(shù)[20-21]。瑪頁1井風城組各亞段優(yōu)勢甜點儲集層平均含油飽和度指數(shù)多大于50 mg/g，均發(fā)育含油飽和度指數(shù)大于100 mg/g的甜點段，其中，風三3亞段含油飽和度指數(shù)主要為67～434 mg/g，平均為190 mg/g；風二1亞段含油飽和度指數(shù)主要為38～234 mg/g，平均為88 mg/g；風二2亞段含油飽和度指數(shù)主要為35～213 mg/g，平均為78 mg/g；風二3亞段含油飽和度指數(shù)主要為45～305 mg/g，平均為105 mg/g；風一1亞段含油飽和度指數(shù)主要為23～135 mg/g，平均為59 mg/g（圖5）。因此，瑪頁1 井風城組頁巖油可動性整體較好，風三3亞段最好。

3.4 頁巖油甜點優(yōu)選

根據(jù)瑪頁1 井風城組各亞段烴源巖品質、儲集層品質、工程品質、天然裂縫特征及可壓裂性對比分析，確定頁巖油甜點評價標準，其中，Ⅰ類甜點的孔隙度大于3.0%，游離烴含量大于1.0 mg/g，脆性指數(shù)大于65.0%，裂縫密度大于10 條/dm，含油飽和度指數(shù)大于100 mg/g（表2）?；诖嗽u價標準，瑪頁1井風城組劃分出Ⅰ類甜點5 層、Ⅱ類甜點4 層和Ⅲ類甜點4 層。其中，Ⅰ類甜點優(yōu)勢儲集層主要為紋層狀混積巖和透鏡狀白云質粉砂巖，集中發(fā)育在風三3亞段和風二3亞段（圖8）。以瑪頁1 井風三3亞段深度為4 590.3—4 598.5 m層段為例，該層段優(yōu)勢巖性以紋層狀混積巖為主，含油面積定量評價大于30%，平均裂縫密度為23條/dm，高角度裂縫較發(fā)育，整體含油，原油沿層理縫和微裂縫分布。該層段平均游離烴含量為1.8 mg/g，平均殘余有機碳含量為0.80%，平均巖石熱解峰溫為445 ℃，平均有效孔隙度為4.3%，平均脆性指數(shù)為75%，平均含油飽和度指數(shù)為232 mg/g。綜合評價該層段為Ⅰ類甜點。

表2 瑪頁1井風城組甜點分類評價Table 2 .Classification and evaluation of the sweet spots in Fengcheng formation in Well Maye-1

4 勘探實踐

依據(jù)甜點評價結果，優(yōu)選瑪頁1井射孔井段，采用直井大段分層壓裂試油，射開深度為4 581～4 852 m處共19個小層，加入壓裂液10 843 m3，加砂443 m3，3 mm油嘴自噴最高日產油量為51 m3，236 d 累計產油量為5 490 m3?，旐? 井風城組獲高產工業(yè)油流，并具備長期穩(wěn)產能力，證實瑪北風城組頁巖油具有良好的勘探前景。

瑪頁1井風城組產液剖面顯示，雖然縱向上19個小層均有產油能力，但各亞段產液貢獻率存在明顯差異，其中，風三3亞段和風二3亞段產油貢獻率大于65%，證實了風城組甜點評價的準確性。此外，為落實風三3亞段Ⅰ類甜點產油能力，2021 年優(yōu)選老井風南14 井恢復試油，射開儲集層厚度僅5 m（4 113—4 118 m），優(yōu)勢巖性以紋層狀混積巖為主，加入壓裂液597 m3，加砂31 m3，3 mm油嘴自噴日產油量為22 m3，日產氣量為1 510 m3；針對風二3亞段Ⅰ類甜點，優(yōu)選老井夏202 井恢復試油，射開儲集層厚度為47 m，優(yōu)勢巖性以透鏡狀白云質粉砂巖為主，加入壓裂液2 020 m3，加砂200 m3，日產油量為36 m3，老井的成功突破進一步證實風城組頁巖油勘探開發(fā)的巨大潛力。

綜上所述，瑪湖凹陷風城組堿湖型頁巖油勘探前景廣闊，特別是風三3亞段埋藏深度小，發(fā)育紋層狀混積巖優(yōu)勢儲集層，是Ⅰ類甜點主要發(fā)育層段，多口探井試油成效顯著，可作為該區(qū)風城組頁巖油勘探開發(fā)的重點目標。

5 結論

（1）瑪湖凹陷風城組頁巖油藏細粒沉積巖可劃分為12 種巖石類型，其中，塊狀混積巖、紋層狀混積巖、雪花狀泥質白云巖、透鏡狀白云質粉砂巖、透鏡狀泥質粉砂巖和塊狀泥頁巖分布廣泛。根據(jù)沉積環(huán)境將風城組劃分為淡水、咸化、蒸發(fā)鹽巖、弱咸化和低鹽度5類沉積組合，對應5個細粒沉積巖亞段，沉積組合時序性變化與各亞段優(yōu)勢甜點儲集層的形成密切相關。

（2）瑪湖凹陷風城組各亞段均發(fā)育有效烴源巖，其中，風三3亞段為有機質豐度中等、以Ⅱ1型和Ⅰ型干酪根為主的成熟烴源巖，發(fā)育紋層狀混積巖優(yōu)勢儲集層，裂縫和溶孔發(fā)育，物性和含油性好，脆性指數(shù)大，油氣可動能力強，具有利于頁巖油富集的生烴、儲集等諸多優(yōu)勢條件，可作為風城組頁巖油下步勘探開發(fā)首選目標。