(中國石油化工集團公司石油勘探開發研究院，北京100083)
系統分析了東濮凹陷古近系頁巖的分布、有機地球化學和儲層特征，認為沙三段具有頁巖油氣聚集的物質基礎和有利條件。認為沙三段以頁巖油和頁巖氣同時開發為特征，以頁巖油為主。在成藏條件分析的基礎上，優選出沙三段頁巖油氣有利區，其中沙三段1亞段以頁巖油為主，主要分布在北部地區的白衣閣-文明寨中部地區；沙二段頁巖油主要分布在濮城附近的大興莊、茅崗、劉文、戶部寨和胡莊集，頁巖氣主要分布在千裏園凹陷和井附近的茅崗地區沙河街組三段頁巖油主要分布在濮城-白衣閣地區和戶部集、劉文、徐鎮集、前梨園地區，頁巖油主要分布在劉文、徐鎮集、胡鄉集之間的深凹陷帶。沙四段頁巖油分布在戶部寨-劉文地區，頁巖氣主要分布在橋口-東明地區。
東濮凹陷古近系頁巖油氣成藏條件
下第三系頁巖油的成藏條件
東濮凹陷天然氣
卞、、聶海寬
(中石化勘探與生產研究院，
中國北京100083)
通過對東濮凹陷下第三系頁巖的分布特征、有機地球化學特征和儲層特征的系統分析，認為沙三段具有形成頁巖油氣的基本物質和有利條件。既有開發頁巖油的特點，又有開發頁巖氣的特點，而且頁巖油占大部分比重。通過對成藏條件的分析，優選出沙三段頁巖油氣有利區。頁巖油主要產在白依格-文明寨中部地區。頁巖油主要產於大興莊、茅崗地區和劉文、戶部寨、胡狀集地區。頁巖氣主要產於劉文地區的茅崗地區和文45井。頁巖油主要產於濮城-白衣閣地區和戶部寨、劉文、徐鎮集、千裏塬地區；頁巖氣主要分布在劉文中部、徐鎮集和胡狀集等深凹陷地區。頁巖油主要產於戶部寨-劉文地區；頁巖氣主要產於橋口-東明地區。
關鍵詞東濮凹陷；早第三紀；頁巖油；頁巖氣；積累條件
中國博士後科學基金項目“華北石炭-二疊紀煤系頁巖含氣特征及主控因素研究”(2012M510714)。
2007年後，受北美頁巖油氣勘探開發巨大成功的影響，國內石油公司重新認識到陸相斷陷盆地頁巖油氣勘探的巨大潛力[1 ~ 6]。2008年，中國石油遼河油田開展了遼河東部凹陷非常規天然氣資源潛力研究，證實遼河凹陷古近系蘊藏著豐富的頁巖氣資源[7 ~ 8]。2011年3月，遼河西部凹陷古近系曙古165井壓裂了沙河街組三段泥巖，日產油24m3，充分證明了遼河凹陷陸相古近系頁巖油的存在。2010起，中國石化開展東部老區頁巖油氣老井復查工作。勝利、河南、江漢等油田公司復查老井100多口，在泌陽凹陷、東營凹陷、沾化凹陷、東濮凹陷等頁巖段發現了豐富的油氣顯示。以東濮凹陷為例，部署在劉屯凹陷的風險探井濮深18在沙河街組中上段頁巖中顯示出活躍的油氣，隨後濮深18-1井通過鉆桿投產，日產油約420.75m3，首次在頁巖中獲得高產油流，實現了東濮凹陷頁巖油藏勘探的突破。此外，早期部署在中央隆起帶劉文潛山構造上的溫孤2井和文300井，在沙河街組中上段頁巖中也有較好的氣測顯示和多次後效顯示，但受當時技術限制，未能獲得產能。然而，這些鉆井顯示初步揭示了沙河街組中上段的頁巖油層可能具有連續分布的特點。除頁巖油外，東濮凹陷沙三段也發現了頁巖氣。橋口構造的橋14井曾在沙三段獲得4.6×104 m3/天的工業氣流。此後，中原油田對東濮凹陷深層天然氣進行了多輪攻關，陸續部署了多口“濮深”井。其中，葡深4井鉆至5116.8m時發生強烈井噴，該井沙河街組中下段連續含氣層段1200m，氣測顯示大段泥巖段普遍含氣。隨後，濮深7井、濮深10井、濮深14井、新12井均在沙河街組三段-沙河街組四段井噴或獲低產氣流。可見，東濮凹陷古近系具有頁巖油氣形成的物質基礎，具有頁巖油和頁巖氣並存的特點。
1頁巖分布特征
東濮凹陷是壹個典型的古近系斷陷湖盆，沈積了厚達6500米的古近系湖相砂泥巖和含鹽組合。根據地震解釋和鉆井資料，頁巖地層主要產於古近系沙河街組上四段、三段和壹段，其中三段是東濮凹陷的主要生烴層系，具有形成頁巖油氣藏的良好條件。
東濮凹陷存在五個次生生油凹陷:濮城-前梨園凹陷、劉屯-海通集凹陷、葛崗集凹陷、南何家-孟崗集凹陷和管城凹陷。其中，北部的濮城-前梨園凹陷和劉屯-海通集凹陷長期大規模繼承性沈降，烴源巖發育，沈積厚度大，是最有利的生油凹陷。葛崗集凹陷在第三紀中期沈降較大，後期上升。南何家-孟崗集凹陷早期沈降小，後期沈降大，烴源巖質量和油氣生成不如北部有利。
沙河街組三段是壹套底細頂厚的反旋回沈積，中央隆起帶厚1500~2500m ~ 2500 m，原梨園凹陷厚3000m以上。沙河街組三段自上而下分為四個亞段:沙河街組1、沙河街組2、沙河街組3和沙河街組4。其巖性剖面的突出特點是有三套鹽巖沈積，沙河街組三段鹽間泥巖為有效烴源巖，沈積厚度大，分布廣，屬於深湖-半深湖相沈積。
沙河街組三段暗色頁巖厚度壹般在100 ~ 400 m之間，有劉文、胡祥集、葛崗集、前梨園、馬場等多個沈積中心，最大沈積厚度可達300 ~ 400m·m，凹陷北部的管城和南部的梁寨厚度較薄，東部凹陷厚度大於西部凹陷。有效烴源巖的巖性主要為灰色-深灰色泥巖、深灰色和灰色含石膏泥巖、白雲巖泥巖和鈣質泥巖夾薄層褐色頁巖。
沙河街組二段沈積中心位於海通集-胡莊集地區，另外還有白廟和前梨園兩個次級沈積中心。凹陷南部撓力集-三裏集地區厚度相對較薄。沙河街組二段上部有效烴源巖最厚處主要分布在東、西兩個凹陷，最厚處達400m，大部分厚100 ~ 300 m。巖性主要為棕色油頁巖、含石膏泥巖、薄深灰色泥巖和鈣質泥巖。沙二段下部厚度分布不均勻，最厚可達600米，主要分布在劉屯-海通集凹陷帶。鹽巖在這個區間發育。下部鹽巖主要分布在衛87井和葡70井以南地區，上部鹽巖主要分布在葡83井和葡139井以南地區。
沙河街組1亞段泥巖厚度除西南長垣-馬場地區外均大於100米，其中原梨園凹陷厚度最大，達400-500米，孟居地區也較厚，達300米，衛城-管城北部地區厚度為100 ~ 200米，巖性以灰色、深灰色泥巖為主，部分夾灰色
綜合分析，東濮凹陷沙二段有效烴源巖厚度最大，最厚處達900m，其次為沙三段。總體上，北部有效烴源巖厚度大於南部，西部凹陷帶厚度大於東部凹陷帶。
2頁巖的有機地球化學特征
2.1有機質豐度
東濮凹陷沙河街組有機頁巖有機質豐度在垂向上變化較大，總體不高，南部地區有機質豐度低於北部地區。中國北方沙河街組1段最高有機碳含量為4.43%，沙河街組二段最高有機碳含量為6.23%，沙河街組三段最高有機碳含量為7.81%，特別是中國北方濮城千裏園凹陷沙河街組三段平均有機碳含量為2.65%，劉屯-海通集凹陷有機碳含量為65438葛崗集凹陷和凹陷南部的南何家-孟崗集凹陷有機碳含量低，生油能力差。
沙三段巖心樣品中氯仿瀝青“A”的分析測試表明，其含量主要為0.001% ~ 10.97%，平均為0.2237%。巖石熱解烴S1、S2和S3之和可以在壹定程度上反映頁巖的生烴能力。東濮凹陷三口井的巖心熱解分析表明，沙三段的生烴能力為0.68 ~ 25.95 mg/g(表1)。可以看出，東濮凹陷古近系沙河街組有機泥頁巖具有很強的縱橫向分布均勻性，以中等烴源巖為主，當然也有烴源巖質量非常好的甜點區，如北部地區。
表1東濮凹陷沙三段有機泥巖熱解分析
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2.2有機物的類型
中國北方泥頁巖有機質的主要來源是低等水生生物，如濮城-前梨園凹陷沙三段，其中幹酪根ⅰ型占23.8%，幹酪根ⅱ型1占該區總量的47.6%，主要是ⅰ型和ⅱ型1，占分析樣品的71.4%，具有很高的生烴潛力。ⅱ1型幹酪根占北部無鹽區總數的31.1%，ⅱ2型幹酪根占該區總數的26.7%，主要為ⅱ1和ⅱ2，占分析總數的57.8%(圖2)。南方地區比較窮。葛崗集等無鹽區沙三段ⅱ型1幹酪根占總數的16.7%，ⅱ型幹酪根僅占總數的16.7%，ⅲ型幹酪根占總數的66.7%。因此，優質烴源巖主要分布在東濮凹陷北部含鹽帶。
圖1東濮凹陷北部含鹽區幹酪根類型
圖2東濮凹陷北部無鹽區幹酪根類型
2.3熱演化程度
整個東濮凹陷在2500米左右進入生烴門限(Ro =0.5%%)，沙三段主體處於成熟和高度成熟演化階段。沙河街組1亞段有機質成熟度主要分布在0.4% ~ 1.4%範圍內。除少數淺埋區外，均處於成熟和高成熟演化階段。凹陷東南部和西南部Ro值相對較低，主要分布在0.4% ~ 1.0%，呈現向中心地帶演化程度逐漸增大的趨勢；窪地中部的Ro值範圍為0.8%-1.2%。東北地區Ro值為0.4% ~ 0.8%，北部和東部地區ro值為0.8% ~ 1.4%，從東北向東部和北部地區有逐漸增大的趨勢。沙河街組二段熱演化程度處於成熟和高成熟階段，Ro值分布在0.6% ~ 1.5%，與沙河街組1段相似。高成熟區主要分布在凹陷東北部和西南部之間的中間帶。沙三段熱演化程度為0.4% ~ 65438±0.3%，凹陷南北邊緣熱演化程度較低。部分地區Ro值在0.4%左右，處於未成熟階段，其余地區主要分布在0.8% ~ 1.3%，呈現由南向北逐漸增大的趨勢。沙四段熱演化程度較高，Ro主要分布在0.6% ~ 2.0%。大部分地區Ro大於Ro>1.0%%，處於高度成熟階段，Ro值由北、東、南向中西部逐漸增大。
東濮凹陷古近系沙河街組三段泥頁巖在東營期末期經歷了地殼擡升，剝蝕厚度約為1000m，經歷了生烴和排烴，與北美發現的頁巖油氣源巖的生烴和埋藏史相似。由於北部含鹽區僅在4200米左右達到生油高峰期，東濮凹陷在該深度以淺層頁巖油為主。
3頁巖儲層特征
3.1礦物成分
圖3 PS 18-1井沙三段不同深度的礦物含量。
東濮凹陷濮深18-1井沙河街組三段，礦物類型主要為粘土、應時、斜長石、方解石和白雲石，其次為黃鐵礦、硬石膏和菱鐵礦，只有壹個樣品含有少量鈣芒硝礦物(圖3)。其中粘粒含量主要為4.7% ~ 52.1%，平均含量為26.1%，大部分樣品小於30%。應時含量主要在3.5% ~ 25%，平均含量為15.67%。斜長石在每個頁巖樣品中都有分布，主要含量為2% ~ 51.9%，平均為16.4%，不同深度樣品含量差異較大。方解石含量主要為1% ~ 45.6%，其中3258.2m剖面樣品巖性為石膏鹽，方解石含量高達98%。白雲石含量主要為1.1% ~ 45%，平均為12.95438+0%。部分層段發育黃鐵礦、菱鐵礦和硬石膏，含量較低。東濮凹陷沙三段脆性礦物主要為應時、方解石和白雲石。根據PS 18-1井和PS 18-8井不同深度段28個樣品的礦物成分分析統計，脆性礦物含量為6.7% ~ 72%，平均為43.84%，其中脆性礦物含量大於40%的樣品數為66.67%(圖4)。
圖4 28個樣品中脆性礦物的分布
3.2物理特征
孔隙度分析測試顯示(表2)，沙三段孔隙度範圍為3.5%-14.24%，主要範圍為3%-8%，平均為7.7%。沙河街組三段有機頁巖的滲透率範圍為(0.0008889 ~ 0.0442)×10-3 μm 2。由於頁巖致密，整體滲透率較低，屬於特低滲透類型。頁巖中發育的天然裂縫對滲透率有很大影響。PS 18-8井沙河街組三段微裂縫發育，滲透率好於其他微裂縫較弱的試驗巖心。東濮凹陷沙三段有機頁巖的比表面積主要分布在3.23 ~31.77m2/g，平均為16.32 m2/g..頁巖氣主要以吸附的形式存在，比表面積是影響吸附氣含量的主要因素之壹。
表2東濮凹陷沙三段頁巖物性分析
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3.3儲層空間
圖5東濮凹陷沙三段粒間孔隙特征
圖6東濮凹陷沙三段有機孔隙發育特征
東濮凹陷沙三段儲層空間可分為兩類:微孔隙和微裂縫(圖5)，其中孔隙空間可分為有機孔隙和無機孔隙。縮孔和溶孔主要發育在有機孔隙中(圖6)，無機孔隙主要分為粘土粒間微孔、粒間溶孔和粒內溶孔(圖7)。充填狀態以未充填和半充填為主，充填物以方解石和黃鐵礦為主，主要孔徑為50n m ~ 1 μm，可為頁巖油的儲存和運移提供通道。
圖7東濮凹陷沙三段溶蝕孔隙發育特征
3.4頁巖的含氣性
對葡深18-1、葡深18-8、衛42、文260 4口井不同深度段9個樣品的含氣性分析測試表明，東濮凹陷古近系頁巖吸附氣量為0.499 ~ 1.835 m3/t，等溫吸附曲線均呈現三個階段(圖8):在(1)初始階段，吸附氣量增加(2)中期，隨著壓力的繼續增加，吸附氣體的增長速度明顯減緩；(3)期末，隨著壓力繼續增加，吸附氣體量接近飽和，略有變化，或不再變化。吸附氣體的多少與頁巖的有機質含量有很大關系。分析樣品中，PS 18-1井和PS 18-8井巖心樣品有機質豐度較高，吸附氣主要分布在1.5 ~ 1.7m3/t，衛42井和文260井巖心樣品TOC為0.3% ~ 1.0%，實測吸附氣含量主要為0.5 ~ 0.8m3/t..
4有利區域優化
在頁巖分布、地球化學指標和含油氣性研究的基礎上，利用多因素疊加、綜合地質評價和地質類比等方法，優選出有利區，並優選出進壹步鉆探可以或可能獲得工業頁巖油氣流的區域。參數見表3。
表3頁巖油和頁巖氣有利區優選參數
繼續的
圖8東濮凹陷沙三段等溫吸附曲線
優化結果表明，沙河街組1亞段頁巖演化程度較低，以頁巖油為主，主要分布在北部地區的白衣閣-文明寨中部地區。沙二段頁巖油有利區主要分布在濮城附近的大興莊、茅崗和劉文、戶部寨和胡莊集地區，而頁巖油有利區主要分布在千裏園凹陷附近的茅崗地區和劉文地區附近的文45井區，分布面積較小。沙三段頁巖油有利區主要分布在濮城-白衣閣地區和戶部集、劉文、徐鎮集、前梨園地區，頁巖油有利區主要分布在劉文、徐鎮集、互助集之間的深窪陷。沙河街組四段頁巖油分布在戶部寨-劉文地區，頁巖氣主要分布在橋口-東明地區，具有ⅱ2和ⅲ型幹酪根(圖9)。
5結論
根據成藏條件分析，東濮凹陷古近系沙河街組三段是頁巖油氣發育的有利層段，以頁巖油為主。有利區優選結果表明，沙河街組1亞段以頁巖油為主，分布在白衣閣-文明寨中部地區。沙二段頁巖油主要分布在大興莊、茅崗、劉文、戶部寨和胡莊集，頁巖氣主要分布在茅崗地區和劉文地區文45井。沙河街組三段頁巖油主要分布在濮城-白衣閣地區和戶部集、劉文、徐鎮集、前梨園地區，頁巖油主要分布在劉文、徐鎮集、胡鄉集之間的深凹陷帶。沙四段頁巖油主要分布在戶部寨-劉文地區，頁巖氣主要分布在橋口-東明地區。
圖9東濮凹陷Es3-4亞段頁巖油氣有利區預測圖
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