劉秀嬋，楊 帥，常 童，李祁磊

（延安大學(xué) 石油工程與環(huán)境工程學(xué)院，陜西 延安 716000）

頁巖油作為非常規(guī)油氣資源熱點(diǎn)，其內(nèi)部及鄰層巖性、礦物組成、地球化學(xué)、沉積、孔隙類型等特征是決定頁巖油類型、成巖相、有機(jī)相、儲(chǔ)層質(zhì)量、儲(chǔ)量大小的基礎(chǔ)條件。鄂爾多斯盆地延長統(tǒng)長73段富含有機(jī)質(zhì)頁巖是盆地形成頁巖油藏的主要油源，本文從鄂爾多斯盆地甘泉區(qū)域長7 段沉積巖特征出發(fā)，進(jìn)行巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征、沉積類型分布及地質(zhì)評價(jià)方面的研究，以期為盆地頁巖油研究、區(qū)域頁巖油勘探與開發(fā)提供一定的基礎(chǔ)與借鑒。

甘泉區(qū)域?yàn)槎鯛柖嗨古璧仃儽毙逼聳|南部，該區(qū)域?yàn)榕璧仨搸r油勘探、見效較好目標(biāo)區(qū)，區(qū)域內(nèi)長7段頁巖油見油效果較好的儲(chǔ)層單元內(nèi)沉積巖類型主要為細(xì)粒砂巖、泥頁巖兩大類。甘泉地區(qū)三疊系主力產(chǎn)油區(qū)共8 個(gè)，其中DG、YC、CD 3 個(gè)區(qū)域?yàn)殚L7 段見效優(yōu)勢區(qū)。長7 段地層自下而上分為長73、長72、長71，地層總厚度分布范圍為65～170 m，平均厚度為118 m。目前主力產(chǎn)油層為長72，區(qū)域內(nèi)長73頁巖油為區(qū)域規(guī)模勘探和開發(fā)的重點(diǎn)。但對優(yōu)勢儲(chǔ)層是砂巖還是頁巖，及砂巖、頁巖的地質(zhì)特征研究不精細(xì)。本文通過巖芯觀察、薄片鑒定、圖像粒度、X衍射等分析，結(jié)合鉆、測井等資料，開展區(qū)域內(nèi)長7段沉積巖精細(xì)描述、縱橫向分布、巖性組合關(guān)系及相關(guān)地質(zhì)意義研究與評價(jià)，以期為今后深入認(rèn)識(shí)甘泉地區(qū)頁巖油優(yōu)勢儲(chǔ)層、主控因素及尋找“甜點(diǎn)”提供依據(jù)。

1 巖石學(xué)特征

1.1 巖石類型

巖心觀察顯示，甘泉區(qū)域長7 段巖石類型有細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖4 大類。顏色上表現(xiàn)為細(xì)砂巖多呈淺灰、灰色，主要分布在長72、長71地層；粉砂巖、泥巖、頁巖顏色較深，多為深灰色、灰黑色，為長73地層的重要沉積巖類型（圖1）。

圖1 甘泉地區(qū)長7段巖心照片

鑄體薄片觀察得到區(qū)域長7段砂巖粒度級別有中砂、細(xì)砂、粗粉砂，三者占比分別為13.94%、77.41%、8.65%。另外，140 個(gè)樣品圖像粒度分析得到不同粒度級別的占比：中砂1.71%、細(xì)砂79.41%、粉砂17.91%、黏土1.05%。

綜合巖心、薄片、粒度分析得出，甘泉地區(qū)長7段巖石類型有中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖5種類型，其中細(xì)砂巖含量高，為主要類型。

通過偏光顯微鏡成分和碎屑巖巖性三角圖分析可知，甘泉區(qū)域長7 段巖性細(xì)粒特征明顯，巖石類型初步定性為長石砂巖、巖屑長石砂巖2 類（圖2A）。碎屑組分含量分配上DG、CD、YC 這3 個(gè)區(qū)域相似（表1），表現(xiàn)為高長石、中石英、低巖屑特征。長石含量平均46.29%，石英含量平均30.33%，巖屑含量平均10.02%，巖屑成分以變質(zhì)巖巖屑為主、火成巖巖屑次之。填隙物含量及組分在3 個(gè)區(qū)域相當(dāng)，雜基見水云母、綠泥石，且表現(xiàn)為粉砂巖中雜基含量明顯高于細(xì)砂巖；膠結(jié)物多見方解石、鐵方解石、硅質(zhì)。

表1 甘泉區(qū)域長7段巖石組分含量 單位：%

圖2 甘泉地區(qū)長7段巖石三角圖

X衍射是相比薄片對礦物進(jìn)行成分分析較有效的方法之一，能夠?qū)r石中礦物成分及含量進(jìn)行半定量分析。通過甘泉區(qū)內(nèi)11 口井共63 個(gè)樣進(jìn)行長7段全巖X衍射統(tǒng)計(jì)分析得出，長7段巖石成分類型與普通薄片鑒定結(jié)果相同（含長石、石英、巖屑及填隙物），但碎屑物質(zhì)含量上約有偏差，從圖2B可以看出X衍射投點(diǎn)明顯偏右、靠下，說明X衍射測定出的長石含量有所減少，石英含量明顯降低。另外，伊蒙混層類黏土礦物含量在填隙物中明顯增加。并對碎屑、填隙物成分進(jìn)行了定量統(tǒng)計(jì)（圖3），表明方解石、綠泥石、高嶺石是主要填隙物類型，三者含量占填隙物總含量的63.3%。

圖3 甘泉地區(qū)長7段巖石成分含量分布圖

礦物的成分和結(jié)構(gòu)決定巖石的力學(xué)性質(zhì)，包含塑性和脆性。脆性礦物含量高、伴隨少量黏土礦物，是造縫的有利條件，也容易開展體積壓裂［1-2］。從以上分析易得出，甘泉區(qū)長7段骨架顆粒長石、石英含量較高，說明區(qū)內(nèi)巖石力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為脆性大于塑性，如若受力，易產(chǎn)生利用油氣儲(chǔ)集、運(yùn)移的縫洞通道，且在今后的開發(fā)措施中宜采用體積壓裂方法。

1.2 巖石地球化學(xué)特征

鄂爾多斯盆地延長組長7 段整體具備生烴能力，除73段黑色頁巖、暗色泥巖最強(qiáng)外，其他段粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖也具有一定的生烴能力［3］。長7段是甘泉區(qū)域最優(yōu)質(zhì)的烴源巖層，有效烴源巖分布面積超過500 km2。其中長73黑色泥頁巖沉積厚度范圍為11.4～34.6 m，R0值為0.6%～1.2%，烴類組分以飽和烴、芳香烴為主，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型，TOC平均值為5.4%，有機(jī)質(zhì)成熟度適中，生烴潛力高。長72、長71段有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1、Ⅱ2型，TOC平均值為2.8%，烴源巖總體特征略低于長73，但其中砂巖富含的有機(jī)質(zhì)會(huì)改變儲(chǔ)層潤濕性，推動(dòng)烴類高效充注［4］。長7 段整體烴源巖都具有生烴能力，為區(qū)域油氣成藏提供了豐富良好的油源條件。

1.3 分布特征

1.3.1 地球物理、巖性組合特征

不同的巖性、含量導(dǎo)致各類巖石在電性響應(yīng)存在較大差異，因此，地質(zhì)上一般采用測井曲線組合來定性識(shí)別、解釋巖性。陜北斜坡區(qū)域上多采用GR、SP、AC、LLD 4條曲線組合來識(shí)別復(fù)雜巖性特征。

甘泉區(qū)域長7段自下而上縱向地球物理特征表現(xiàn)為長73：上部自然伽馬、聲波時(shí)差突變，下部為鋸齒狀粉砂巖細(xì)粒段；長72：2～3 個(gè)鐘形或漏斗形自然伽馬、深感應(yīng)特征明顯，漏斗形之間多為齒狀細(xì)粒物質(zhì)或指狀泥巖夾層，形成明顯的互層性砂巖；長71：分為明顯上下兩部分，上部為中-低自然伽馬鋸齒形、中聲波時(shí)差粉砂巖，夾指狀或薄層砂巖，下部自然伽馬可見明顯1～2 個(gè)齒狀鐘形或鋸齒狀卵形、聲波時(shí)差低、高電阻率細(xì)砂巖，上下兩部分之間有明顯厚層泥巖隔開，即高自然伽馬、中-高聲波時(shí)差、低電阻率（圖4）。

圖4 甘泉地區(qū)長7段地球物理特征及巖性組合

巖性組合特征上表現(xiàn)為長73主要為厚層黑色泥頁巖、泥頁巖夾薄層灰色細(xì)砂巖；長72主要為灰褐色粉砂巖、灰色細(xì)砂巖夾薄層或厚層深灰色泥巖；長71主要為深灰色泥巖、灰褐色粉砂巖、2～5 m中厚灰色細(xì)砂巖互層。各亞段內(nèi)廣泛發(fā)育的泥巖可作為小層劃分的依據(jù)，亦可成為隔夾層，影響儲(chǔ)層的成巖作用、非均質(zhì)性及油氣成藏。

1.3.2 平面分布特征

甘泉地區(qū)長7 地層厚度80～110 m，埋深多為780～1 350 m，北部比南部地區(qū)埋深相對較深。平面上，長71、長72細(xì)砂巖全區(qū)分布，但主要集中在區(qū)內(nèi)中部YC、CD、DG 這3 個(gè)區(qū)域，由北至南貫穿整個(gè)甘泉區(qū)，厚度較厚的在南邊DG 區(qū)，該區(qū)域長71砂巖厚度范圍為3.2～35.4 m，平均12.9 m；長72砂巖厚度分布在4.7～47.9 m之間，平均19.1 m。長73泥頁巖具有覆蓋全區(qū)、厚度變化差異大的特征，呈現(xiàn)出西邊厚東邊薄的趨勢，西邊LLY 處最厚可達(dá)50 m，東邊LS 區(qū)厚度減薄至小于10 m，多數(shù)都在25～40 m（圖5）。

圖5 甘泉地區(qū)長73泥頁巖分布圖

2 沉積特征

多年來，眾多學(xué)者通過各種方法對鄂爾多斯盆地長7 時(shí)期沉積特征進(jìn)行研究，一致認(rèn)為長7 期沉積環(huán)境為湖盆繁盛期形成的深湖、半深湖、淺湖及三角洲。后有學(xué)者提出還存在濁流沉積和砂質(zhì)碎屑流沉積環(huán)境［5-7］。甘泉地區(qū)長7 沉積特征研究結(jié)果與盆地大環(huán)境一致，有深湖、半深湖、三角洲、濁流和砂質(zhì)碎屑流與濁流過渡沉積環(huán)境［8］，其中長73期為深湖環(huán)境下形成的厚層黑色頁巖；長72期沉積樣式多樣，有半深湖相、濁流相、砂質(zhì)碎屑流與濁流過渡相；長71期多發(fā)于砂質(zhì)碎屑流、三角洲前緣相。

2.1 沉積構(gòu)造特征

甘泉區(qū)長7 段粉細(xì)砂巖中大量發(fā)育層理構(gòu)造，類型多樣，主要有平行層理、交錯(cuò)層理（沙紋交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、波狀交錯(cuò)層理）、包卷層理、球狀構(gòu)造、揉皺層理、塊狀層理等（圖6）。

圖6 甘泉區(qū)長7段沉積構(gòu)造照片

細(xì)砂巖中薄層平行層理、沙紋交錯(cuò)層理、包卷層理及砂球構(gòu)造等與泥巖、粉砂質(zhì)泥巖一起組合成為完整或部分鮑瑪序列，鮑瑪序列的寄宿環(huán)境主要為濁流或重力流［9］。另長73段泥頁巖中發(fā)育水平紋層。因此，研究區(qū)內(nèi)長7 段除了三角洲相、湖泊相，還具有濁流和砂質(zhì)碎屑流等重力流沉積環(huán)境［10］。

2.2 概率曲線特征

選取區(qū)內(nèi)13口井長7段153個(gè)樣品進(jìn)行巖石粒度分析，概率累計(jì)曲線以兩段式為主（圖7），部分樣品可見一段式，發(fā)育跳躍總體和懸浮總體，其中以跳躍總體為主，懸浮總體次之，滾動(dòng)不發(fā)育；分選差，φ 值多大于2，多數(shù)在2～4之間，以細(xì)砂為主。表明研究區(qū)長7 時(shí)期水動(dòng)力條件以較強(qiáng)的牽引流為主，沉積物沉積速度較快，呈現(xiàn)出重力流沉積末期或者末端出現(xiàn)一定牽引流的特征，顯示濁積巖粒度概率特征［11］。C-M圖上樣品點(diǎn)基本平行于C=M基線（圖8），呈現(xiàn)出遞變懸浮、快速堆積的沉積特點(diǎn)，屬于粒序懸浮區(qū)，C值平均為191.5 μm，M值平均為105.9 μm，C/M比值為1.81，為典型濁流沉積，具有緩坡滑塌型濁積巖特征，因?yàn)槎钙禄蜐岱e巖C、M值較大。

圖7 長7段粒度概率累計(jì)曲線圖

圖8 甘泉區(qū)長7段C-M圖

2.3 粒度參數(shù)分布特征

根據(jù)甘泉區(qū)域長71、長72段140 個(gè)粒度樣品，做出粒度平均值Mz與標(biāo)準(zhǔn)偏差σ1散布圖［12］（圖9），樣品點(diǎn)均落在散布圖右下部，表明甘泉區(qū)長71、長72沉積物結(jié)構(gòu)成熟度相對較好，沉積物呈現(xiàn)細(xì)粒、分選好的特點(diǎn)，反映為三角洲沉積。

圖9 甘泉地區(qū)長71、長72段環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均值散布圖

3 地質(zhì)評價(jià)

3.1 長7優(yōu)勢儲(chǔ)層及其組合特征

甘泉區(qū)長7 段優(yōu)勢儲(chǔ)層巖型組合主要有3 類：疊置砂巖型（薄厚均可見）、疊置砂夾薄層泥頁巖型和泥頁巖夾薄層砂巖型。疊置砂巖型（薄厚均可見）主要分布在長71、長72地層，區(qū)域上DG 最發(fā)育，砂地比分布區(qū)間為16%～80%，單砂體厚度平均6.39%，夾有薄層泥巖，砂體連片性好，為三角洲、濁流沉積致密砂，該區(qū)域已采用水平井體積壓裂技術(shù)開采石油資源，效果顯著；疊置砂夾薄層泥頁巖型在YC、QZ區(qū)常見，長71、長72地層，各砂體間夾1～3 套泥巖或泥頁巖，砂地比分布范圍為8%～32%，單砂體平均厚度4.12%，該類型目前采用常規(guī)井和水平井合采，水平井?dāng)?shù)量較少，是下一步開發(fā)潛力區(qū)；泥頁巖夾薄層砂巖型，巖性組合以細(xì)砂巖、粉砂巖和泥頁巖互層為主，砂巖厚度薄、不連續(xù)為特點(diǎn)，分布在CD 區(qū)域，長73地層砂地比與單砂體厚度均較小，在水平井技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)勘探的基礎(chǔ)上，可作為下一步開發(fā)有利區(qū)。

3.2 物性與孔隙特性

根據(jù)區(qū)內(nèi)24 口井300 多個(gè)巖心分析樣品可知，長7 砂巖儲(chǔ)層的孔隙度最大值為21.9%，最小值為1.2%，平均值為7.52%；滲透率最大值為5.02×10-3μm2，最小值為0.02×10-3μm2，平均值為0.34×10-3μm2。長7 頁巖儲(chǔ)層孔隙度分布范圍為0.38%～11.9%，均值為4.08%，滲透率分布范圍為0.1×10-6～1.11×10-3μm2，均值為0.137×10-3μm2。

甘泉地區(qū)長7 段儲(chǔ)層內(nèi)儲(chǔ)集空間類型多樣，長71、長72主要為粒間孔和溶孔，其次為晶間孔和微裂縫；長73主要為有機(jī)孔、晶間孔，其次為溶蝕孔、粒內(nèi)孔。其中，細(xì)砂巖中無機(jī)孔的發(fā)育，可確保砂巖儲(chǔ)層起到石油的聚集、運(yùn)移及流體交換等作用，儲(chǔ)集性能好；同時(shí)，長73段集群式發(fā)育有機(jī)孔、黏土礦物晶間孔、水平紋層縫，是該段頁巖油主要的儲(chǔ)集空間。

3.3 源儲(chǔ)一體、全段含油

甘泉區(qū)域長71頂部有厚約1～2.5 m 斑脫巖作為披蓋遮擋，長71、長72內(nèi)部發(fā)育細(xì)砂巖為儲(chǔ)集層，與下伏長73烴源巖直接接觸，組成厚砂+薄層砂+暗色泥頁巖型源儲(chǔ)配置關(guān)系，油氣不發(fā)生遠(yuǎn)距離運(yùn)移成藏，形成近源儲(chǔ)油、源內(nèi)儲(chǔ)油的情況。總體上表現(xiàn)為砂巖和烴源巖越發(fā)育，含油性越好［13-16］。具體為長71、長72雖然儲(chǔ)集層以細(xì)砂巖為主，但孔喉發(fā)育、物性較好，含油性好。其中DG 區(qū)受長73油頁巖厚度大、長72、長71砂體厚度大控制，且儲(chǔ)集砂體間夾泥巖為良好封隔層，區(qū)域長7段儲(chǔ)層質(zhì)量、含油性均較好，且有長72優(yōu)于長71的趨勢；而CD、YC 2 個(gè)區(qū)塊縱向上雖緊鄰烴源巖，但油頁巖厚度小、砂泥互層多，有效烴源巖生排烴能力弱，且大多集中在長71，所以致密油主要富集在長71亞油組。2個(gè)區(qū)塊長73泥頁巖、細(xì)砂巖、紋層頁巖交互發(fā)育，排烴效率高，含油性較好；此外，部分井厚層泥頁巖發(fā)育，導(dǎo)致油氣難以排運(yùn)從而賦存下來，成為甘泉區(qū)域頁巖油重要貢獻(xiàn)區(qū)塊。

4 結(jié)論

1）甘泉地區(qū)長7 段沉積巖具有細(xì)砂巖為主、骨架顆粒中脆性礦物含量高、黏土礦物類型豐富的特征。全段生烴能力高，長73有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型，有機(jī)質(zhì)成熟度適中；長72、長71亞油組有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1、Ⅱ2型。

2）巖性組合表現(xiàn)為長73：黑色泥頁巖（上）+鋸齒狀粉砂巖（下）；長72：細(xì)砂巖夾泥質(zhì)夾層；長71：粉細(xì)砂巖夾指狀砂。平面上長71、長72細(xì)砂巖集中在中部YC、CD、DG 區(qū)，厚度較厚的在DG 區(qū)。長73泥頁巖覆蓋全區(qū)，有西邊厚東邊薄的趨勢。

3）長71、長72均具有優(yōu)勢儲(chǔ)層巖性組合，砂體連片且物性好、孔隙類型多樣，屬致密油富集區(qū)帶；長73發(fā)育黑色泥頁巖，屬區(qū)域油源；厚度大、充注能力強(qiáng)、連片性好。區(qū)內(nèi)長7 段全段含油，DG 區(qū)長71、長72含油性好；CD、YC 區(qū)長71含油性好；長73含油區(qū)域主要在LLY、DG區(qū)塊。