东濮凹陷北部沙三段页岩油气形成及分布预测

吕艳南，张金川，张 鹏，黄宇琪，邓恩德

(中国地质大学，北京 100083)

引 言

东濮凹陷为渤海湾盆地富油气凹陷之一，大部分石油和天然气都分布于凹陷北部地区[1-3]。东濮凹陷北部地区沙三泥页岩段频繁见到气测异常和油气显示，页岩油气潜力巨大。中原油田对该区老井进行了大范围的录井资料复查，发现沙三段泥页岩钻遇油气显示井共74口，主要分布在濮卫、前梨园、柳屯次洼及斜坡带。利用实验测试资料对东濮凹陷北部沙三段泥页岩的形成条件进行系统分析，对比了湖泊环境中盐度高低对泥页岩有机地球化学特征的影响，推测研究区不同地区页岩油气分布类型和特征，以期为东濮凹陷北部沙三段的页岩油气勘探开发提供借鉴[4-5]。

1 区域地质概况

东濮凹陷是一个早期箕状东断西超、晚期双断式的凹陷，主要受断裂构造活动的影响，构造分区大致以庆祖集—习城集—白庙为界，以北的地区称为东濮凹陷北部(图1)。东濮凹陷北部地区沙三段整体为湖相背景下的各类三角洲沉积。沙三期湖盆呈现非补偿的半深湖沉积环境，在水体较深的深湖、半深湖及浅湖区形成了厚度大、有机质丰富的暗色泥页岩;沙三段自下而上发育3套盐岩，每1套盐岩由若干个岩韵律组成，韵律由盐岩和泥岩构成。

图1 东濮凹陷北部沙三段沉积相

2 泥页岩发育特征

构造作用对盆地演化的控制体现在沉积环境的变化，沉积环境的变迁控制了页岩储层的有效厚度和分布面积。通过对研究区内单井沉积相分析，发现研究区内泥页岩发育的沉积微相主要有三角洲体系中的水下分流间湾、前三角洲和湖泊体系中的半深湖—深湖3种沉积微相。泥页岩层系主要有深灰色页岩、灰质页岩、粉砂质页岩、膏质页岩等。具有分布广、厚度大、埋深适宜，纵、横向岩性变化大的特点。泥页岩埋藏深度主要分布在2 000～3 600 m，厚度变化较大，沙三下亚段泥岩厚度最厚可达600 m，沙三中亚段时期整个湖盆面积变大，胡状集和前梨园附近泥岩厚度可达400 m，沙三上亚段时期沉积中心北移，在胡状集北部泥岩厚度最厚可达325 m。

3 页岩油气的储集条件

3.1 全岩矿物组成

东濮凹陷北部沙三段泥页岩样品X衍射全岩分析表明:沙三段深湖—半深湖相矿物组成以黏土矿物为主，含量在50%左右，其次为石英，含量约为20%，长石含量约为10%，这3种组分含量变化不大，而不同样品的碳酸盐岩矿物含量变化较大。黏土矿物以伊蒙混层为主，含量达45% ～50%，其次为伊利石，含量约为35%，高岭石含量略高于绿泥石，为10%左右，绿泥石含量不到10%。通过对比发现泥页岩矿物中脆性矿物(石英、长石和方解石)含量大于45%，在很大程度上影响着孔隙度和裂缝发育程度，进而影响页岩气的品质与产能。

3.2 储集物性

页岩气主要以游离态蕴藏在泥页岩孔隙空间及裂隙内或以吸附态赋存于有机质的表面，孔隙是气体的储存空间，游离气含量同时对吸附气量也有一定的影响。页岩油主体上以游离态和溶解态存在页岩孔隙和页岩气中。

孔渗分析测试数据统计表明，沙三段泥页岩孔隙度平均值为3.7%，渗透率平均值为0.091 3×10-3μm2。统计过程中发现孔隙度、渗透率异常高值，推测与泥页岩裂缝发育有关。

3.3 储集空间类型

图2 东濮凹陷北部沙三段泥页岩孔隙型储集空间

东濮凹陷沙三段储集空间主要有无机孔和有机孔两大类(图2)。无机孔是主要孔隙类型，可分为黏土粒间微孔、晶间溶蚀孔和晶内溶蚀孔，孔形状不规则，孔径大小主要分布在50～1 000 nm。溶蚀孔主要发育在有机质富集区周围，且连通性好，充填程度低，大大地提高了泥页岩的物性;有机孔主要发育收缩孔和溶蚀孔，有机质收缩孔发育较为集中，孔隙大小分布不均，径宽主要分布在50～1 000 nm范围，孔隙形状呈条带状、网状，连通相对较好。充填状态主要为全充填和部分半充填，充填物质主要为方解石、黄铁矿和部分碎屑。有机质溶蚀孔也发育在有机质内，其孔隙形状基本相同、孔隙大小分布也较均匀，与周围无机质溶蚀孔隙发育特征比较相似，充填状态主要为未充填和方解石半充填。

4 泥页岩有机地化特征

泥页岩有机地化(有机质丰度、类型、成熟度)特征是制约其生烃及油气赋存能力的最关键因素，是页岩油气地球化学评价的重要指标。根据前人研究，湖泊环境的富有机质泥页岩是页岩油气勘探开发的重点目标。根据湖泊环境古水体盐度的高低，可将泥页岩沉积环境分为含盐区和低盐区，且盐度的高低对泥页岩有机地球化学特征有重要的影响作用。

4.1 有机质丰度

沉积环境整体控制了有机质丰度和保存。从东濮凹陷北部濮6-33井泥页岩氯根含量与有机碳含量对应关系 (图3)可以看出，Cl-变化趋势与有机碳含量 (TOC)的变化呈较好的正相关性:随Cl-含量升高，有机碳含量也随之升高，说明有机质丰度受古盐度的影响，古盐度越高，有机质丰度越高。且盐湖环境下泥页岩有机质具有较高的生烃潜力。因为高盐度水体一般具有分层现象，底部的卤水层是一个闭塞强还原环境，生物死亡后立即被保存起来，这是有机质丰度高的一个主要原因。

4.2 有机质类型

咸水湖相形成的烃源岩Pr/Ph小于0.8，具明显的植烷优势，OEP趋于1，有机质主要来源于浮游生物和藻类的脂肪酸，形成低碳数正烷烃，碳数分布范围低于C20，∑nC21-/∑nC22+多大于1，来源于高等植物蜡质则形成高碳数正烷烃，从含盐湖区泥页岩饱和烃气相色谱分析发现，含盐区泥页岩主峰碳多低于C21，∑nC21-/∑nC22+多大于1;碳数分布为C23—C26，碳数分布以前峰型为主，说明含盐区有机质来源为水生生物，有机质类型较好。因此在半深湖—深湖相有机质含量高，有机质类型以Ⅰ—Ⅱ2为主，保存条件好，是富有机质泥页岩发育的有利沉积环境;三角洲体系泥页岩有机质丰度较湖泊体系低，有机质类型以Ⅱ2—Ⅲ为主[6-7]。

图3 濮6-33井地化分析

4.3 有机质成熟度

对东濮凹陷北部沙三段泥页岩样品实验结果进行统计分析表明，在低盐区内，Ro为0.5%时，对应埋藏深度约为2 500 m，泥页岩进入生油窗;Ro为1.2%时，埋深约为3 950 m，达到生油高峰;Ro大于2.0%时，对应埋深大于4 750 m，进入过成熟阶段;在含盐区内，Ro为0.5%时，对应埋藏深度约为2 750 m;Ro为1.2%时，埋深达到4 150 m;Ro为2.0%时，埋深达到4 950 m。可以看出含盐区内有机质较低盐区更晚进入生油窗，即相同埋深条件下含盐区内有机质成熟度较低[8-10](图4)。

图4 东濮凹陷北部沙三段低盐区和含盐区Ro对比

5 泥页岩的含油气性

5.1 含气量

对濮深20井4 434.35、4 436.36 m页岩样品进行了现场解吸工作，并进行了室内数据处理，采用了直线法与多项式法，分别求取含气量，计算解吸气量约为1.64 m3/t。

5.2 含油率

综合运用氯仿沥青“A”轻烃恢复法和“S1”重烃恢复法进行了总含油率的计算。其中沙三下亚段用氯仿沥青“A”法测得含油率的均值为0.2302%，“S1”重烃恢复法测得的含油率的均值为0.2621%;沙三中亚段用氯仿沥青“A”法测得含油率的均值为0.2419%，“S1”重烃恢复法测得的含油率的均值为0.2656%;沙三上亚段用氯仿沥青“A”法测得含油率的均值为0.2302%，“S1”重烃恢复法测得的含油率的均值为0.2778%;整个沙三段用氯仿沥青“A”法测得含油率的均值为0.2350%，“S1”重烃恢复法测得的含油率的均值为0.2685%。

综合考虑TOC、Ro、有机质类型、孔隙度对泥页岩含油率的影响，结合东濮凹陷地质条件和生烃过程，通过多元回归的方法对研究区含油率计算得出东濮凹陷北部泥页岩含油率为0.2822%。

6 页岩油气分布预测

推测研究区不同地区页岩油气分布的类型和特征，对东濮凹陷北部沙三段的页岩油气的勘探开发具有重要的借鉴意义。页岩油气形成的物质基础取决于泥页岩中有机质的含量和质量，而油气生成的类型取决于有机质成熟度的大小[11]。因此，可以从泥页岩的发育特征及有机质成熟度和有机质性质角度，根据各沉积微相下泥页岩有机质地球化学特征以及不同干酪根类型生油气特征(图5)，分析不同沉积环境下单井泥页岩生烃特征，在文明寨—桥口垂向剖面上预测出泥页岩油气分布类型和特征。

图5 不同有机质类型生油气特征(据黄第藩，1996，有修改)

其中在东濮凹陷北部卫城湖相含盐区泥页岩有机质类型以Ⅰ型为主，有机质成熟度 Ro为0.5% ～0.8%，以富集页岩油为主;在桥口—习城集一带三角洲体系泥页岩虽然有机碳含量较低，但也具有一定的生油气能力，其有机质类型以Ⅱ型和Ⅲ型为主，有机质成熟度Ro为0.8% ～2.0%，以页岩油气共存和页岩气为主(图6)。

7 结论

(1)东濮凹陷沙三段泥页岩分布广、厚度大、埋深适宜、有机质丰度高，泥页岩储集空间以有机质孔和无机质孔为主，裂缝发育造成储集物性高值点;脆性矿物含量大于45%，现场解吸气量为1.64 m3/t，拟合泥页岩含油率为0.2822%，具有很好的生油气潜力。

图6 文明寨—桥口垂向剖面页油气分布预测

(2)湖泊环境中盐度高低对泥页岩地球化学特征有重要的影响。盐湖条件下有机质含量较低盐区高，有机质类型以I型干酪根为主，较低盐区有机质类型好。有机质的来源和保存是盐湖环境有机质富集的主要因素，且在相同埋深条件下含盐区内有机质成熟度较低。

(3)综合沉积环境对泥页岩有机地化特征的影响及不同干酪根类型生油气特征，对东濮凹陷北部泥页岩进行生烃预测，北部卫城含盐泥页岩主要以页岩油为主，桥口—习城集一带以页岩油气共存和页岩气为主。

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