沾化地區深湖環境泥巖沉積規律及頁巖油地質意義

朱德順

(中國石化勝利油田分公司 勘探開發研究院,山東 東營 257015)

沾化凹陷截至目前已有多口探井頁巖油產量過萬噸，顯示較好頁巖油資源潛力。從該區水平井鉆探過程或進行相鄰探井同層沉積物對比時發現泥巖類型復雜且非均質性強[1-6],即泥巖在短距離內其儲集性、含油性等性質發生較大變化，不符合傳統同期、同層泥巖的特征基本一致觀點，導致頁巖油勘探過程中泥巖的分布規律難以確定，影響頁巖油勘探效率。筆者從泥巖沉積角度入手，精細劃分泥巖類型，系統研究泥巖組合規律，探究泥巖沉積特征及分布并建立相應的預測手段，以提高深湖相泥巖的空間預測能力。

1 深湖泥巖沉積類型

沾化凹陷位于渤海灣盆地濟陽坳陷東北部地區(圖1)，沙三段時期為深湖沉積環境，發育厚層暗色泥巖地層，且有機質具有類型好、豐度高，利于頁巖油的富集成藏，對研究區泥巖巖芯進行觀察，最直觀特點有3個：①顏色深與淺，②層理發育或呈均質塊狀，③碳酸鹽礦物是否結晶。通過重點取樣分析基本可以明確含油性好的泥巖多有機質含量較高并呈現深色、層理相對發育，其碳酸鹽礦物具有明顯結晶現象，巖性定名以灰質黏土巖為主，鏡下分析常見有機質孔、結晶孔、微縫等空間，表現出較好的儲集性；相反含油性差的泥巖有機質含量較低(普遍低于2%)，巖芯相對較淺色，碳酸鹽結晶顆粒泥晶或基本不結晶，巖性定名以塊狀砂質黏土巖或黏土巖為主，孔隙類型少、孔徑小，儲集性較差。

考慮泥巖沉積類型劃分盡量關聯頁巖油潛力，以影響泥巖儲集性、含油性屬性優選劃分標準，確定將有機質含量、層理發育、礦物結構、基礎巖性作為深湖泥巖沉積類型劃分的參數標準。部分學者提出湖相碳酸鹽結晶為成巖作用產物，不應作為湖相泥巖沉積類型劃分依據[7-9]。借助沉積模擬實驗、碳氧同位素追蹤，證實半深湖—深湖區碳酸鹽結晶為生物—化學成因，屬沉積作用產物。另外，在蘇干湖現代沉積物中，也確實發現了紋層狀微晶碳酸鹽與黏土礦物互層沉積。

圖1 沾化凹陷構造位置

按照此劃分標準結合沾化地區L67、L69等30余口井泥巖取心段的高精度密集描述，確定6種主要沉積類型：富有機質紋層狀泥晶黏土質灰巖、富有機質紋層狀微晶黏土質灰巖、富有機質層狀灰質黏土巖、富有機質層狀黏土質灰巖、富有機質塊狀灰質黏土巖、富有機質紋層狀黏土巖。

2 深湖泥巖沉積組合及分布

在湖相頁巖沉積類型劃分基礎上，對沾化地區泥巖沉積類型及組合進行分析。縱向上沙三下亞段共4個層組的沉積特征各有特點，自下而上沙三下4層組至沙三下1層組均發育各自典型的沉積類型，分別為含有機質層狀碳酸鹽巖、富有機質紋層狀微晶黏土質灰巖、富有機質紋層隱晶黏土質灰巖、富有機質層狀泥晶黏土質灰巖；各層組的沉積特征表現為主要組分含量呈旋回分布，自下而上灰質含量先減小后增大，黏土礦物、長英質含量先增大后減小的共性規律。

現有資料豐度條件下，僅明確單一沉積類型的特點或規律難以實現其空間預測，即便預測所反映出的分布規律較為雜亂，不足以支撐勘探部署。因而通過探索擴大研究尺度，以沉積組合的方式整體進行劃分研究。沉積組合在垂向上呈“互層”分布，受各層組發育的典型沉積類型控制，縱向上各層組的“互層”也有序變化，自下而上依次發育富有機質紋層灰質黏土巖與富有機質紋層微晶黏土質灰巖互層(Ⅰ型)、富有機質紋層灰質黏土巖與富有機質紋層泥晶黏土質灰巖互層(Ⅱ型)、富有機質層狀泥晶黏土質灰巖與灰質黏土巖互層(Ⅲ型)。

劃分后將沾化地區的“互層”變化規律與臨區洼陷的單井縱向的沉積組合規律對比，相似深湖環境下泥巖沉積組合的有序性基本一致(圖2)，證實了該種沉積組合劃分方法推廣性和可復制性。

橫向上將物質的分布與沉積期構造位置進行關聯，不僅相似沉積部位發育的深湖沉積物類型、組合特征基本相同，而且沉積組合在縱橫向的發育規律一致，即沿湖盆物源注入方向從斜坡到深湖區，沉積組合的變化規律與單井縱向沉積組合的變化一致，證明碎屑巖沉積中的瓦爾特相律在深湖泥巖的沉積研究中同樣適用，湖相泥巖的沉積組合不僅縱向、橫向有序變化，而且縱向與橫向的沉積特征具有協同演化的特點。

3 深湖泥巖沉積體系

深湖環境是機械—化學雙物源控制下多種沉積物質的疊加，導致深湖泥巖沉積體系相對常規沉積體系更復雜，沉積物特征不僅與沉積部位有關，還與湖盆整體的水體環境有關，沉積體系命名方案應盡可能兼顧沉積作用和沉積物分布等特征。

研究區陸相湖盆主要由外部注入的碎屑組分和內部生成的碳酸鹽組分構成，考慮以物源為依據劃分沉積相，沉積相類型可分為外源相、內源相和混源相，外源相為機械物源為主的陸源注入，代表機械沉積，內源相為化學結晶后的自然沉降，代表生物-化學沉積，過渡區定為混源相。

圖2 臨區跨洼陷泥巖沉積類型剖面

綜合不同沉積組合的沉積部位與沉積作用的控制作用，進行亞相細分，外源相靠近盆地邊緣機械物源注入區，按照主力沉積部位劃分為斜坡邊緣亞相、外斜坡亞相；內源相通常在湖盆中心，主要發育受機械物源影響較小沉積組合，局部還具有一定蒸發環境特征，可細分為淺洼亞相和低位臺地亞相；混源相細分為內部斜坡亞相和深洼亞相。

結合巖芯、錄井、巖芯分析測試對多口系統井的沉積亞相進行判識并建立各沉積(亞)相識別標志，綜合常規測井參數(自然伽馬、密度、中子、聲波、微電極等)可建立各沉積亞相電性判識標準(表1)。以外源相中外斜坡亞相為例，自然伽馬值高值且形態呈多期漏斗狀，密度測井值2.3～2.5 g/cm3，聲波測井大于10 μs/ft，微電極測井中值且負差異等。

表1 沾化地區頁巖沉積亞相電性判識標準

運用沉積亞相判識標準識別出研究區單井沉積相，參考古地貌發育特點進行區域性沉積亞相劃分，明確研究區沉積相發育特征，受物源、水深控制，不同沉積相類型以盆地幾何中心呈環帶狀分布，以沙三下2層組為例，內源相主要分布在水下臺地和淺洼區，混源相主要發育在半深湖區，外源相分布在碎屑巖體系邊緣(圖3)。

4 不同沉積相頁巖油潛力

統計研究區油氣顯示井油流井，70%以上集中在斜坡亞相、深洼亞相和臺地亞相。其中臺地亞相的頁巖油井受地形及沉積物質雙重控制，易形成斷裂，油氣可經斷裂小規模聚集，但該亞相泥巖自身生油能力有限，勘探上雖多點突破，但難以形成規模，穩產難度大，勘探潛力較小。

研究區斜坡亞相與深洼亞相主要發育在咸化環境，泥巖生油母質豐富且生烴能力強，受物源影響沉積組合呈現泥巖與灰質、砂質等脆性礦物互層，在高效生油能力基礎上兼具較好的導流能力和微裂縫形成能力，在沉積成巖生烴的共同作用下形成了有效封閉環境封存油氣，研究區斜坡亞相的平面分布面積超過600 km2，據最新一輪探區資源評價初步估算頁巖油游離油資源量為9.19～9.82億t。

圖3 沾化地區Es3x2頁巖沉積體系平面分布

5 結 論

(1)從影響泥巖儲集性、含油性屬性的參數中優選有機質含量、層理發育、礦物結構、基礎巖性作為深湖泥巖沉積類型劃分的標準，將研究區泥巖沉積歸納為6種主要沉積類型。

(2)深水湖盆泥巖沉積類型的組合在空間的分布規律符合瓦爾特相律，泥巖沉積組合特征不僅縱向、橫向有序變化，而且橫、縱向沉積特征協同演化。

(3)基于各層組沉積組合的典型特征及有序變化，綜合沉積環境對物質的控制作用和物質來源，將研究區沙三下亞段泥巖沉積劃分為內源相、外源相、混源相，綜合不同沉積組合的沉積部位與沉積作用細分出6種亞相類型。初步評價斜坡亞相和深洼亞相頁巖油游離油資源豐富，顯示了很好的勘探潛力。