鄂尔多斯盆地延长组73段页岩纹层有机地球化学特征
doi: 10.20008/j.kckc.202602005
周静 , 戴朝成 , 张雨 , 吴雷
东华理工大学地球科学学院,江西 南昌 330013
基金项目: 本文受国家青年科学基金(41402085)资助
Analysis of organic geochemical characteristics of shale in member 73 of the Yanchang Formation, Ordos Basin
ZHOU Jing , DAI Chaocheng , ZHANG Yu , WU Lei
School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang 330013 , Jiangxi, China
摘要
鄂尔多斯盆地是中国陆相致密油气勘探的重要区域,上三叠统延长组7段页岩的有机地球化学研究对揭示烃源岩非均质性与资源潜力至关重要。为了研究鄂尔多斯长 73亚段页岩纹层分类及有机地球化学特征,本文以上三叠统延长组长 73段为例,采用岩石学、矿物学和地球化学分析,系统解析页岩有机质赋存规律。结果表明:长 73段可划分为粉砂级长英质、凝灰质、富有机质黏土、含有机质黏土纹层和均质黏土纹层5类纹层,地球化学数据与纹层类型具有较好相关性,其中富有机质黏土纹层生烃潜力最高,整体处于低成熟阶段。在此基础上,建立 8种纹层分类模式,其中板状/波状富有机质泥质纹层及块状富有机质均质层构成页岩油气“甜点区”。为页岩油气“甜点”预测提供理论依据,同时为深化陆相湖盆烃源岩非均质性机制的认识提供参考。
Abstract
The Ordos Basin is an important area for the exploration of tight oil and gas in China. The organic geochemical study of the Yanchang Formation Member 7 shale in the Upper Triassic is crucial for revealing the heterogeneity of source rocks and their resource potential. To investigate the classification of laminae and organic geochemical characteristics of the Yanchang Formation Member 73 shale in the Ordos Basin, this paper takes the Yan‐chang Formation Member 73 as an example and uses petrological, mineralogical and geochemical analyses to systematically analyze the distribution of organic matter in the shale. The results show that the Member 73 can be divided into five types of laminae: fine-grained feldspathic and quartzose, tuffaceous, organic-rich clay, clay with organic matter, and homogeneous clay laminae. The geochemical data have a good correlation with the types of laminae, among which the organic-rich clay laminae have the highest hydrocarbon generation potential and are generally in the low-maturity stage. On this basis, eight types of laminae classification models are established. Among them, the plate-shaped/wavy organic-rich clay laminae and the massive organic-rich homogeneous laminae constitute the "sweet spots" of shale oil and gas, providing a theoretical basis for the prediction of shale oil and gas "sweet spots", and also offering a reference for deepening the understanding of the non-homogeneity mechanism of lacustrine basin source rocks.
0 引言
全球能源战略格局演进研究显示,21世纪初期非常规油气资源已跃升为能源安全战略接替领域。近年来,页岩革命的发生,一是促使美国成为油气净出口国,二是使美国对全球石油市场的影响力持续增强(李国欣等,2020)。加大中国页岩油的研究与开发试验,推动其工业化建产,是降低中国石油对外依存度,保障国家能源安全的重要手段之一 (高阳等,2020)。鄂尔多斯盆地南部三叠系延长组长 7 段页岩油气富集,有机质富集的程度是控制油气富集的主要因素(宋海强等,2024)。良好的古气候条件是影响有机质丰度的重要原因,长 7 段良好的古地理和古气候因素造成泥页岩大范围发育 (Mohamed and Zhi,2019)。基于此背景,作为中国陆上致密油资源的重要产区,鄂尔多斯盆地在油气勘探领域占据关键地位,其蕴含的非常规能源被定位为国家战略储备体系的核心组成部分(Zhang et al.,2021
鄂尔多斯盆地延长组作为中国致密油的主要生产基地,其致密油预测资源总量为 30×108 t(孙龙德等,2019),长 6、长 7、长 8段为主要的致密油勘探层位。较多学者对延长组储层特征展开研究(张婷等,2021;王晨等,2023),但是根据储层特征、主控因素对长 73段页岩纹层进行系统分类、评价及建立有机质纹层的研究较少。本文通过TOC含量、岩石热解、氯仿抽提物“A”定量分析、显微组分有机质鉴定、镜质体反射率测定等技术,结合饱和烃色谱分离等方法,重点对长 7 段烃源岩开展多参数地球化学表征研究。通过有机质丰度及成熟度指标参数,解析页岩储层的岩相分类特征,旨在建立深层烃源岩评价标准体系,为该区页岩油气资源勘探开发提供参考。
1 区域地质背景
鄂尔多斯盆地,又称“陕甘宁盆地”,是中国第二大沉积盆地,横跨陕、甘、宁、蒙、晋5个省区,根据演化历史及现今盆地构造形态,可划分为西缘逆冲带、伊陕斜坡、伊盟隆起、天环坳陷、晋西挠褶带及渭北隆起 6 个二级构造单元(图1付锁堂等,2020蒋杨等,2024)。鄂尔多斯盆地资源潜力巨大,尤以煤炭、石油、天然气等能源矿产为主,同时富含水、地热及铝土矿等多种资源。该盆地优越的成矿条件与资源禀赋,对保障区域能源安全、深化盆地动力学及成矿系统研究具有重大意义(赵振宇等, 2012Xiao et al.,2024)。其天然气、煤层气、煤炭 3 种资源储量居全国首位,有“中国能源金三角”的称呼。在地质特征上,鄂尔多斯盆地是一个坳陷迁移,构造简单,整体升降的大型多旋回克拉通盆地 (张慧元,2010)。主要的油气产层是中生界三叠系,侏罗系和下古生界奥陶系,整个盆地的资源十分丰富(崔耀科,2023王晨等,2023)。长 7 主力烃源岩厚度大、分布范围广,生油潜力大,与之互层共生的碎屑岩发育,具备致密油形成的有利地质条件,初步估计其资源量约 9 亿 t,具有很大的勘探开发潜力(张婷等,2021)。这种油气资源具有显著的空间异质性,其赋存状态呈现大范围、广覆盖的特点,资源分布范围广阔,覆盖面积较大,不同层系及区域油气藏呈现复合连片式聚集特征(Xiao et al., 2024Zhang et al.,2024)。
鄂尔多斯盆地三叠系延长组共发育 10 套沉积序列,由下至上依次为长 10段至长 1段(刘孝锐等, 2024),其中长 73 亚段为湖盆鼎盛时期,大面积的半深湖—深湖区以厚层富有机质页岩为主(邓秀芹等,2024)。作为国内致密油勘探的示范区,鄂尔多斯盆地长7段形成了致密砂岩和富有机质泥页岩互层的典型源储共生型油藏,鄂尔多斯长 7 段黑色页岩的页岩油勘探潜力巨大(张文正等,2015刘显阳等,2021张凤奇等,2023)。
1鄂尔多斯盆地构造单元划分
a—鄂尔多斯盆地长7段沉积相分布图;b—采样井岩性变化(据李国利等,2024Zhang et al.,2024修改)
2 鄂尔多斯盆地长73段页岩岩石学特征
2.1 岩相学类型
基于鄂尔多斯长 73亚段泥页岩系统的岩相、矿物学及地球化学数据综合分析,研究区泥页岩可划分为纹层状页岩、暗色泥岩、粉砂质泥岩、细砂岩及凝灰岩 5类岩相单元,这 5个单元在矿物组成、地球化学参数及沉积环境上呈现显著差异。
纹层状页岩的 TOC 含量最高,平均值为 10.20%,与胶磷矿和黄铁矿的富集以及藻类的发育密切相关。其垂向纹层交互特征表现为胶磷矿纹层与凝灰质纹层交替出现,同时自生石英含量在凝灰质层附近显著升高至约 5%。暗色泥岩的 TOC含量较低,黏土矿物平均含量为34.7%,黄铁矿平均含量为 4.7%,岩心呈饼干状且表面凹凸不平,反映了较低还原环境下的沉积特征。泥质粉砂岩表现为浅色纹层与暗色纹层互层,分选磨圆较好且结构成熟度高,指示远源正常碎屑沉积与较高水动力条件;而细砂岩颗粒棱角明显,分选磨圆差且结构成熟度低,显示出近源快速沉积及长石黏土化显著的特征。凝灰岩以晶屑凝灰结构和块状构造为标志,火山物质脱玻化形成的长英质微晶以及较厚的凝灰质纹层与薄有机质纹层交互特征(图2)。矿物投图结果显示(图3),纹层状页岩位于长英质页岩区,暗色泥岩位于长英质与黏土质边界区。纹层状页岩的矿物组成主要分布于长英质页岩区,揭示其形成过程同时受到陆源碎屑输入与富有机质及自生矿物化学沉积的共同影响,属于典型的多物源混合沉积产物。相比之下,暗色泥岩的投点落于矿物相边界区,则指示了其矿物组成的过渡性特征及沉积环境的不稳定性。
2长73段不同岩性类型镜下特征
a—细砂岩岩心照片;b—细砂岩镜下照片;c—细砂岩扫描电镜照片;d—暗色泥岩岩心照片;e—暗色泥岩镜下照片;f—暗色泥岩扫描电镜照片;g—泥质粉砂岩岩心照片;h—泥质粉砂岩镜下照片;i—泥质粉砂岩扫描电镜照片;j—凝灰岩岩心照片;k—凝灰岩镜下照片;l—凝灰岩扫描电镜照片;m—纹层状页岩岩心照片;n—纹层状页岩镜下照片;o—纹层状页岩扫描电镜照片
3鄂尔多斯盆地长73段矿物三角图解
a—纹层状页岩矿物三角图;b—细砂岩和泥质粉砂岩三角图
2.2 长73段纹层特征
页岩纹层结构分类体系研究显示,岩相分异受沉积微相环境控制,分类标准历经几何参数向多参数综合的演变,为页岩储层非均质性解析与勘探靶区优选提供了方法论支撑。根据长 73段页岩纹层形态、矿物组成和有机质含量,同时考虑有机质分布状态等进一步细分,将长 73页岩纹层类型划分为:粉砂级长英质纹层、凝灰质纹层、富有机质黏土纹层、含有机质黏土纹层和均质黏土纹层 5 个大类 (图4表1)。
4长73亚段不同纹层类型图
a—粉砂级长英质纹层,丹228井,1142.43 m,单偏光;b—粉砂级长英质纹层,正40井,1427.60 m,单偏光;c—凝灰质纹层,正40井,1468.59 m,单偏光;d—凝灰质纹层,正40井,1468.00 m,单偏光;e—富有机质黏土纹层,正40井,1468.59 m,单偏光;f—富有机质黏土纹层,环317井, 2468.30 m,单偏光;g—富有机质黏土纹层,正40井,1478.33 m,单偏光;h—含有机质黏土纹层,高135井,1824.90 m,单偏光;i—均质黏土纹层,正40井,1452.95 m,单偏光
基于显微岩相学特征分析,长英质粉砂级纹层在单偏光显微观察条件下呈现浅色光性特征,单层厚度值域集中在 0.4~10 mm。其沉积组构具有典型粉砂级碎屑特征,偶见稀疏分布的有机质碎屑组分。碎屑颗粒整体分选性介于中等—良好级别,磨圆度特征表现为棱角状—次棱角状过渡类型。该纹层中颗粒主要为钾长石,含量高达 70%,其次为石英和钠长石,有机质含量较低。凝灰质纹层在单偏光下为浅褐色,单个纹层厚度主要分布于 0.2~1 mm,以火山凝灰物质为主,近水平层状分布,含断续状有机质条带和分散状有机质碎片(白斌等, 2022)。尖棱角状火山玻屑和晶屑分布于纹层中。在火山凝灰质与条带状有机质或分散状有机质接触的位置普遍发育自生黄铁矿,有机质含量为 3%~5%(葸克来等,2020)。富有机质黏土纹层在显微镜下颜色较深,单个纹层厚度主要分布于 0.1~1 mm,呈泥级碎屑结构,整体呈水平板状纹层构造。可见分散状分布的有机质残片、藻类化石,胶磷矿和黄铁矿含量较高,有机质含量高,为 7%~28%,平均值含量约 15%。含有机质黏土纹层在显微镜下颜色较浅,单个纹层厚度主要分布于 0.2~1 mm,呈泥级碎屑结构,可见少量星散状、透镜状有机质残片、藻类化石、炭屑等,较富有机质纹层与较贫有机质纹层交替水平出现,构成板状纹层。有机质含量较低,占 3%~5%。均质黏土纹层在显微镜下颜色较浅,整体单层厚度大于 10 mm,呈泥级碎屑结构,纹层不发育,岩性与有机质分布较为均匀。该层理有机质较低,总体含量为 3%~6%。以珠 80井为例(图5),有机质含量和纹层特征关系密切,2275.3~2279.0 m,以长英质纹层为主;2268.3~2275.3 m,以凝灰质纹层和均质黏土纹层为主;2259.2~2268.3 m,以富有机质黏土(质)纹层为主,有机质含量最高,为8%~20%;2243.3~2259.2 m,以均质黏土纹层为主,有机质含量中等,为 2%~15%;2235.8~2243.3 m,以长英质纹层为主。
1长73段页岩纹层类型划分方案
3 鄂尔多斯长73段有机地球化学特征
页岩烃源岩特征是油气生成的物质基础,含量高低决定了页岩烃源岩的生烃能力。通过有机地球化学特征可有效判断页岩烃源岩质量。烃源岩有机地化特征包括多个方面,本研究主要从有机质丰度、有机质成熟度和有机质纹层的建立等方面对长73段页岩展开评价(肖迪,2023
3.1 不同岩性有机地球化学特征
有机质是烃源岩中形成油气的物质基础,有机质丰度可以反映有机质在烃源岩中的富集程度(邓美玲等,2023)。随着非常规油气勘探开发理论的深化,一般认为陆相页岩油甜点段的 TOC 含量> 3%(邹才能和邱振,2021)。姜在兴等(2013)建议以 2.0%和 4.0%作为低、中、高有机质的阈值界限。赵文智等(2021)基于源内烃滞留成藏过程研究,提出中 — 低成熟度页岩油的 TOC 含量下限须大于 6%~8%。延长组长 73亚段页岩样品 TOC 峰值为 0%~2%,最高值 25.3%,最低值 0.09%,平均含量 5.23%。整体表现出含量低、变化大、低TOC样品偏多的特征。生烃潜力 S1+S2可以反映烃源岩的生烃能力,长73亚段生烃潜力峰值为0~20 mg/g,最高值 150.71 mg/g,最低值0.04 mg/g,平均含量19.77 mg/g。纹层状页岩段有机质含量最高,TOC 含量平均1 0.2%,凝灰岩夹层可能通过脱玻化作用释放硅质,促进自生石英形成,增强岩石致密性,有利于有机质保存。暗色泥岩段有机质含量中等,TOC 含量平均 5.8%,其弱纹层结构及较低黄铁矿含量平均 4.7%,表明较差的有机质保存条件。粉砂岩段有机质含量最低,TOC含量平均1.28%,与粉砂岩高水动力、远源沉积特征一致,分选磨圆较好导致有机质稀释与散失。纹层状页岩段 S1平均值 6.9 mg/g和 S2 平均值 94.29 mg/g,含量均显著高于其他井段,反映高成熟烃源岩特征;暗色泥岩段 S2平均高于粉砂岩段,表明其生烃潜力受有机质类型与保存条件共同控制。黄铁矿含量与有机质丰度及类型之间存在明确的成因联系。富有机质黏土纹层中通常大于 5% 的黄铁矿含量与极高的 TOC值共同指向一个强还原的底部水体环境,该环境极大地促进了有机质,特别是富氢有机质的保存与富集。与之形成对比的是,暗色泥岩中平均仅为4.7%的较低黄铁矿含量,与其中等丰度的TOC含量及相对较差的有机质保存条件相吻合。
5鄂尔多斯长73亚段纹层特征及变化规律
有机质类型是衡量有机质生烃能力、决定生成油气类型的主要评判标准。延长组长 73段页岩烃源岩氢指数(HI)峰值 100~200 mg/g,最大值约 672.05 mg/g,最低值约 9.60 mg/g(图6a);Tmax数值分布范围较大,峰值 440~450℃,最大 499℃,最低值约 378℃(图6b)。烃指数(HI)与最高热解峰温 (Tmax)关系图表明长 73亚段页岩烃源岩有机质类型主要为I型和ⅡA型为主,富有机质页岩有机质类型主要为 I 型;暗色块状泥岩以 I 型和ⅡA 型为主,砂岩主要以ⅡA型为主(表2图6c)。
2陆相页岩烃源岩有机质类型划分标准(据杜家满,2024
6长73段有机质组分参数图
a—长73亚段页岩烃指数分布直方图;b—长73亚段最高热解峰温分布直方图;c—长73亚段不同岩相段Tmax-HI关系图
长 73段 5 种岩石类型地球化学特征对比表明, TOC含量以纹层状页岩最高,平均值为10.2%,凝灰岩次之为 4.06%,粉砂岩平均值为 1.28% 及细砂岩平均值为 0.80%,二者显著偏低。热解参数 S2值揭示生烃潜力差异显著,暗色泥岩与凝灰岩为优质烃源岩,粉砂岩及细砂岩生烃能力较弱。
长 73段饱和烃以凝灰岩纹层中含量最高,平均值为41.92%,富有机质页岩最低,平均值为23.39%; 芳烃以泥质粉砂岩中最高,平均值为 37.50%,凝灰岩纹层中最低,平均值为 20.96%;非烃以凝灰岩纹层中含量最高,平均值为 30.57%,泥质粉砂岩中最低,平均值为18.94%;沥青质以富有机质页岩最高,平均值为 11.69%,凝灰岩纹层中最低,平均值为 2.62%。长 73 段氯仿沥青“A”含量分布范围为 0.028%~1.271%,平均值为 0.549%,从以上分析可以看出,暗色泥岩饱和烃百分含量较高,芳烃和沥青质百分含量较低。黑色纹层状页岩饱和烃含量较低,芳烃百分含量较高。从以上分析可以看出,暗色泥岩,饱和烃百分含量较高,芳烃和沥青质百分含量较低(图7)。黑色纹层状页岩,饱和烃百分含量较低,芳烃百分含量较高(图8)。综上,暗色泥岩与凝灰岩具高烃源岩潜力,主量元素反映沉积环境一致性,微量元素与有机组分分异标志岩石成因及有机质演化路径差异,为油气勘探提供关键地球化学依据。
3.2 有机质成熟度评价
沉积有机质需在特定的温压条件下经历持续的热演化作用才能生成油气,而表征次生烃过程所达阶段的量化指标即为成熟度(陈文彬,2012)。成熟度表示沉积有机质向油气转化的热演化程度,也是决定油气勘探的重要因素(袁媛等,2018)。在有机质丰度和类型相近的情况下,成熟度不但决定着烃源岩生烃量的多少,而且也决定着所生成烃类物质的类型。不同纹层组合页岩中有机显微组分构成的差异性可以导致纹层组合页岩中生烃高峰的不同(齐玉林等,2019刘显阳等,2021)。
7长73段氯仿沥青及族组分柱状图
8长73段不同岩性氯仿沥青及族组分特征
a—凝灰岩氯仿沥青“A”组分特征;b—富有机质页岩氯仿沥青“A”组分特征;c—暗色泥岩氯仿沥青“A”组分特征;d—泥质粉砂岩氯仿沥青“A” 组分特征;e—细砂岩氯仿沥青“A”组分特征
9长73段不同地球化学特征参数统计图
a—长73段TOC含量分布直方图;b—长73段S1 +S2分布直方图;c—长73段不同岩性TOC含量分布直方图;d—长73段不同岩性TOC含量分布直方图
干酪根镜质体反射率 Ro是研究烃源层成熟度和划分成熟阶段的最佳指标之一,镜质体反射率可以用来判断烃源岩的热演化程度(陈文彬,2012),前人对不同盆地页岩油类型进行了多种划分:依据成熟度差异分为:中—低熟型(0.5%<Ro<1.0%)和中—高熟型(1.0%<Ro<1.5%)(杜金虎等,2019)。长 7 段镜质体反射率介于 0.52%~0.62%,平均 0.56% (图9),随着埋深加大,镜质体反射率逐渐增加。最高热解峰温(Tmax)介于 398~488℃,平均 450℃,有机质总体处于低成熟阶段。制作 TmaxRo关系图 (图10),长7页岩Ro介于0.5%~0.7%,处于低成熟作用阶段。纹层状页岩中大于10%的TOC高值区,主要源自其内部富有机质黏土纹层的贡献。这证实了页岩生烃潜力具有强烈的非均质性,并揭示了优质烃源岩的分布严格受控于特定的纹层类型。表明长 7 页岩为低成熟页岩。当镜质体反射率超过 0.4% 临界值时,页岩层系即进入有效成烃演化阶段,伴随有机质热解作用产生的烃类气体开始大量生成。在此地球化学条件下,形成的天然气不仅以吸附态赋存于有机质表面,同时具备在适宜储集空间中发生物理富集的条件,可能形成具有工业价值的天然气储集体。
TOC 含量作为页岩气资源评价的核心参数,其精准测定对页岩气资源开发具有关键意义。分制作长7页岩样品的TOC含量与氯仿沥青“A”关系图(图10),长7样品均落在最好烃源岩分布。TOC含量与S1+S2关系图(图10),长 7页岩样品大部分落在最好烃源岩分布。总体而言,长 7 段页岩属于低成熟的最好烃源岩。发生于研究区的火山-热液活动及贯穿长9~长7段的缺氧事件为烃源岩提供了大量有机质及营养元素(赵俊兴等,2008熊林芳等,2015)。
4 有机质纹层模式与“甜点”预测
4.1 有机质模型的建立
通过对长 73段地球化学特征及生物标志化合物等参数的分析,发现纹层类型是控制有机质丰度、类型和生烃产物组成的首要因素,在整合前述岩石学与地球化学特征的基础上,构建一个统一的有机质纹层模式,以期实现页岩油‘甜点’的微观识别与预测。通过显微镜以及扫描电镜观察,鄂尔多斯盆地三叠系延长组长 73段有机质呈 4 种状态分布:①稠密浸染状:有机质呈稠密浸染状均匀分布,总体含量较高,平均有机质含量约 13%,主要分布于板状黏土纹层中,据统计数据纹层越薄有机质含量越高;②稀疏浸染状:有机质在页岩中分布较为分散,有机质总体含量较低,大多低于 8%,主要分布于黏土层中;③脉状和透镜状:有机质呈脉状和透镜状分布,此类有机质常和黄铁矿和胶磷矿共生,有机质在不同页岩样品中存在较大差异,各类纹层中均有分布。④纹层状:有机质以纹层状分布,纹层不连续,有机质含量相对较低,主要分布于薄层平行板状纹层中(图11)。
10长73段有机质成熟度评价参数
a—长73RoTmax关系图;b—长73段TOC含量与氯仿沥青“A”关系图;c—长73段TOC含量与S1+S2关系图;d—长73段TOC含量与S1关系图
11长73段页岩有机质分布微观特征
a—有机质呈稠密浸染状分布,珠80井,2277.98 m,单偏光;b—有机质呈稠密浸染状分布,珠80井,2269.30 m,SEM;c—有机质呈稀疏浸染状分布,珠80井,2275.30 m,单偏光;d—有机质呈稀疏浸染状分布,珠80井,2268.14 m,SEM;e—有机质呈脉状、透镜状分布,珠80井,2266.90 m,单偏光;f—有机质呈纹层状分布,珠80井,2261.00 m,SEM
12长73段页岩有机质纹层模式
a—粉砂级长英质纹层;b—富凝灰质纹层;c—富有机质板状黏土纹层;d—富有机质波状黏土纹层;e—含有机质板状黏土纹层;f—含有机质波状黏土纹层;g—富有机质均质黏土层;h—含有机质均质黏土层
经长 73段 119 组页岩样本测试数据显示,研究层段生烃母质以腐泥型(Ⅰ型)和混合偏腐泥型(Ⅱ A型)为主,且纹层类型与有机质组成呈现显著相关性(图5)。具体表现为:粉砂质长英纹层以ⅡA型占优,富有机质泥质纹层及凝灰质纹层则以Ⅰ型为主导,均质黏土层则兼具Ⅲ型与Ⅰ型特征。这种差异与沉积环境密切相关:高能水动力条件下形成的粉砂质长英纹层主要发育Ⅱ型母质,具备中等生油能力;中等水动力环境中形成的富有机质泥质纹层,其有机质具有高氢低氧特征,以藻类来源的类脂组分为主,S1+S2值达 53.13mg/g,显著高于其他类型 2 倍以上,是油气勘探重点目标。低能静水沉积的均质黏土层含两类母质组合,其中高有机质含量>8% 的黑色层段可能掩盖板状纹层特征,而中等有机质层段以Ⅲ型为主,生烃能力较弱。值得注意的是凝灰质纹层虽有机质含量仅3%~5%、产烃潜力均值为 23.38 mg/g,但其携带的营养物质可促进相邻层段藻类富集,形成胶磷矿富集带。
基于矿物组分、纹层形态及有机质分布特征,研究建立了鄂尔多斯盆地延长组73段8类有机质纹层模型(图12):①高含量(70%)长英质粉砂纹层,以钾长石为主,有机质呈分散态;②浅褐色凝灰质纹层,含火山碎屑及 0.2~1 mm 厚条带,有机质 3%~5%,伴生黄铁矿;③板状富有机质(8%~12%)泥质纹层,呈 0.1~1mm 水平层理;④波状富有机质(7%~12%)泥质纹层,具 0.05~0.5mm 波状构造;⑤板状中等有机质(3%~5%)泥质纹层,深浅层理交替;⑥波状低有机质泥质纹层,含透镜状矿物集合体;⑦块状富有机质(10%~15%)均质泥层,厚度超过 10 mm;⑧分散状中等有机质(3%~6%)均质泥层。其中板状/波状富有机质泥质纹层及块状富有机质均质层构成页岩油气“甜点区”,尤以板状富有机质泥质纹层为最优开发目标。
4.2 “甜点”预测
综上所述,鄂尔多斯盆地长 73段页岩油勘探的 “甜点”并非均匀分布,而是高度集中在以“板状/波状富有机质泥质纹层”为核心,并与凝灰质纹层形成有利互层的特定纹层组合中。预测与勘探的关键在于识别那些 TOC 含量大于 8%、生烃潜力高于 50 mg/g的富有机质纹层高度富集段,尤其是当此类纹层与饱和烃含量高、可能起催化作用的凝灰质纹层形成互层时,可构成最优的“源-催化”共生体系。因此,在垂向地层序列中,应优先将测井及地球化学参数显示为富有机质黏土纹层集中发育,如珠80 井 2259.2~2268.3 m 层段(图5),且横向连续性的层段作为核心靶区,而广泛发育粉砂质长英质纹层或贫有机质均质层的区带则勘探潜力有限。本模型为从微观纹层尺度精准预测页岩油“甜点”提供了明确的地质依据。
5 结论
(1)根据纹层形态、矿物组成和有机质含量,将鄂尔多斯长 73段页岩纹层划分为:粉砂级长英质纹层、凝灰质纹层、富有机质黏土纹层、含有机质黏土纹层和均质黏土纹层。其中富有机质黏土纹层生烃潜力最高,整体处于低成熟阶段。岩性包括:纹层状页岩、块状泥岩、粉砂质泥岩、细砂岩、凝灰岩。
(2)长 73段不同岩性有机地球化学参数呈现规律性分异,富有机质页岩总有机碳丰度最高,平均值为10.2%,显著高于暗色泥岩和细砂岩;相较于暗色泥岩,富有机质页岩中芳烃及沥青质组分含量显著偏高,然而其饱和烃含量则相对偏低。凝灰岩纹层饱和烃含量达41.92%,泥质粉砂岩则以芳烃优势为特征。镜质体反射率介于 0.52%~62%,指示整体处于低成熟阶段。
(3)鄂尔多斯盆地长 73段页岩有机质呈稠密浸染状、稀疏浸染状、脉状透镜状及纹层状 4 类分布,在纹层特征和有机质分布基础上,建立了 8 类纹层模式。纹层类型与有机质组成呈现显著相关性,其中板状/波状富有机质泥质纹层及块状富有机质均质层构成页岩油气“甜点区”,为页岩油气“甜点”预测提供理论依据,同时为深化陆相湖盆烃源岩非均质性机制的认识提供参考。
1鄂尔多斯盆地构造单元划分
2长73段不同岩性类型镜下特征
3鄂尔多斯盆地长73段矿物三角图解
4长73亚段不同纹层类型图
5鄂尔多斯长73亚段纹层特征及变化规律
6长73段有机质组分参数图
7长73段氯仿沥青及族组分柱状图
8长73段不同岩性氯仿沥青及族组分特征
9长73段不同地球化学特征参数统计图
10长73段有机质成熟度评价参数
11长73段页岩有机质分布微观特征
12长73段页岩有机质纹层模式
1长73段页岩纹层类型划分方案
2陆相页岩烃源岩有机质类型划分标准(据杜家满,2024
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