成都理工大学学报（自然科学版）

边瑞康 武晓玲 聂海宽

（中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083）

摘 要 对东濮凹陷古近系泥页岩的分布特征、有机地球化学特征和储集特征进行了系统分析，认为沙河街组三段具有页岩油气成藏的物质基础和有利条件。分析认为沙三段具有页岩油、页岩气同时发育并以页岩油为主的特点。在成藏条件分析基础之上对沙三段页岩油气有利区进行了优选，其中沙三1亚段主要以页岩油为主，分布在北部地区的白衣阁—文明寨中间地区，沙三2亚段页岩油主要分布在濮城附近的大邢庄、毛岗一带和文留、户部寨、胡状集一带，页岩气主要分布在靠近前梨园洼陷的毛岗地区和文留地区的文45井一带；沙三3亚段页岩油主要分布在濮城—白衣阁一带和户部集、文留、徐镇集、前梨园一带，页岩气主要分布在文留、徐镇集与胡状集之间的深洼地带；沙三4亚段页岩油分布在户部寨—文留地区，页岩气主要分布在桥口—东明地区。

关键词 东濮凹陷 古近系 页岩油 页岩气 成藏条件

Accumulation Conditions of Eogene Shale Oil and

Gas in Dongpu Depression

BIAN Ruikang，WU Xiaoling，NIE Haikuan

（Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，

Beijing 100083，China）

Abstract Systematic analyses of the distribution characteristics，organic geochemistry characteristics and reservoir characteristics of Eogene shale in Dongpu Depression indicate that Es3 formation have the basic materials and favorable conditions for forming shale oil and are characteristics of both developing shale oil and shale gas，and shale oil takes the majority of the areas of shale oil and shale gas in Es3 formation are optimized after analyzing accumulation oil in mainly occurs in the middle area of Baiyige－ oil in mainly occurs in Daxingzhuang，Maogang areas and Wenliu，Hubuzhai， Huzhuangji gas mainly occurs in Maogang area and well Wen－45 of Wenliu oil in mainly occurs in Pucheng－Baiyige area and Hubuzhai，Wenliu，Xuzhenji，Qianliyuan areas；shale gas mainly occurs in the deep sag areas of middle Wenliu，Xuzhenji and oil in mainly occurs in Hubuzhai －Wenliu area；shale gas mainly occurs in Qiaokou－Dongming area.

Key words Dongpu Depression；eogene；shale oil；shale gas；accumulation condition

中国博士后科学基金“华北石炭－二叠系煤系泥页岩含气性特征及主控因素研究”项目（2012M510714）。

2007年后受北美页岩油气勘探开发获得巨大成功的影响，国内石油公司重新意识到陆相断陷盆地页岩油气勘探的巨大潜力［1～6］。2008年，中国石油辽河油田在辽河东部凹陷开展了非常规天然气资源潜力研究，证实了辽河坳陷陆相古近系具有丰富的页岩气资源［7～8］。2011年3月辽河西部凹陷古近系曙古165井对沙三段泥岩进行压裂，日产油24m3，也充分证明了辽河坳陷陆相古近系页岩油的存在。自2010年开始，中国石化在东部老区开展了页岩油气老井复查复试工作，胜利、河南、江汉等油田分公司对100余口老井进行了复查，在泌阳凹陷、东营凹陷、沾化凹陷和东濮凹陷泥页岩段发现了丰富的油气显示。以东濮凹陷为例，在柳屯洼陷部署的风险探井濮深18井，在沙三中上亚段泥页岩中油气显示活跃，随后部署的濮深18－1井用钻杆投产方式放喷，日产油约，首次在泥页岩中获得高产油流，取得东濮凹陷泥页岩油藏勘探的突破。此外，前期部署在中央隆起带文留潜山构造上的文古2井、文300井等井在沙三中上亚段泥页岩中也见到良好气测显示及多次后效显示，仅限于当时的工艺技术，未能求得产能，但这些钻井显示初步揭示了沙三中上亚段泥页岩油层可能具有连片分布的特点。除页岩油外，东濮凹陷沙三段也发现了页岩气的存在。桥口构造的桥14井曾在沙三段获得日产×104m3的工业气流，此后中原油田对东濮凹陷深层气进行了多轮攻关，先后部署了一批“濮深” 字号井。其中濮深4井，在钻至处发生强烈井喷，该井沙三中—沙三下亚段连续含气井段长达1200m，气测显示大套泥岩段普遍含气。随后濮深7井、濮深10井、濮深14井、新12井等在沙三下—沙四段均发生井喷或获得低产气流。可见，东濮凹陷古近系具有页岩油气形成的物质基础，并且具有页岩油、页岩气同时存在的特点。

1 泥页岩分布特征

东濮凹陷为典型的古近系断陷湖盆，沉积了厚达6500m的古近系湖相砂泥岩与含盐组合。根据地震解释和钻井资料揭示，泥页岩层主要赋存于古近系沙河街组沙四上亚段、沙三段和沙一段，其中沙三段是东濮凹陷主要的生烃层系，具有形成泥页岩油气藏的良好条件。

东濮凹陷发育有5个次级生油洼陷：濮城－前梨园洼陷、柳屯－海通集洼陷、葛岗集洼陷、南何家－孟岗集洼陷和观城洼陷。其中，北部的濮城－前梨园洼陷与柳屯－海通集洼陷长期大幅度、继承性沉降，生油岩发育，沉积厚度大，是最有利的生油洼陷。而葛岗集洼陷在第三纪中期大幅度沉降，晚期抬升；南何家－孟岗集洼陷早期沉降幅度小，晚期大幅度沉降，因此，烃源岩品质及油气的生成不如北部有利。

沙三段为一套下细上粗的反旋回沉积，在中央隆起带厚度为1500～2500m，在前梨园洼陷厚度达3000m以上。沙三段自上而下划分为沙三1、沙三2、沙三3、沙三4四个亚段，其岩性剖面的突出特点是发育有3套盐岩沉积，沙三段盐间泥岩为有效烃源岩，其沉积厚度大，分布范围广，属于深湖—半深湖相沉积。

沙三3亚段暗色泥页岩厚度一般介于100～400m之间，存在文留、胡状集、葛岗集、前梨园、马厂等多个沉积中心，最大沉积厚度可达300 ～400m，凹陷北部观城及南部梁寨一带厚度较薄，东部洼陷带厚度大于西部洼陷带。有效烃源岩岩性主要为灰－深灰色泥岩及深灰色、灰色含膏泥岩、白云质泥岩、钙质泥岩夹薄层褐色页岩。

沙三2亚段沉积中心位于海通集－胡状集一带，在白庙和前梨园也存在两个次级沉积中心。凹陷南部脑里集－三里集一带厚度较薄。沙三2亚段上部有效烃源岩最厚处主要分布于东西两洼，最厚可达400m，大部分厚100～300m。岩性主要为褐色油页岩、含膏泥岩及薄层深灰色泥岩、钙质泥岩。沙三2亚段下部厚度分布不均，最厚处可达600m，主要分布在柳屯－海通集洼陷带。该层段盐岩发育，下部盐岩段主要分布于卫87井、濮70井以南地区，上部盐岩段分布范围小于下部，主要分布于濮83井、濮139井以南区域。

沙三1亚段泥岩除西南部长垣－马厂一带厚度较薄外，其他地区厚度都大于100m，其中又以前梨园洼陷厚度最大，达到400～500m，在孟居一带厚度也较大，达到300m，北部卫城－观城一带厚度在100 ～200m之间。岩性以灰色、深灰色泥岩为主，部分夹灰色页岩、钙质页岩、油页岩。

综合分析，东濮凹陷沙三2亚段有效烃源岩厚度最大，最厚处可达900m，其次为沙三3亚段。从整体来看，北部有效烃源岩厚度大于南部，西部洼陷带厚度大于东部洼陷带。

2 泥页岩有机地球化学特征

有机质丰度

东濮凹陷沙河街组有机质泥页岩有机质丰度在纵向上变化较大，有机质丰度普遍不高，南部地区相对北部地区有机质丰度较低。北部地区沙三1亚段有机碳含量最高达到％，沙三2亚段有机碳含量最高达到％，沙三3亚段有机碳含量最高达到％，尤其是北部的濮城前梨园洼陷沙三段有机碳含量平均达％，柳屯－海通集凹陷有机碳含量均为％。凹陷南部的葛岗集凹陷和南何家－孟岗集凹陷有机碳含量较低，生油能力较差。

沙三段岩心样品氯仿沥青 “A” 分析测试显示，其含量主要为％～％，平均为％。岩石热解烃S1、S2与S3之和在一定程度上能反映泥页岩的生烃能力，东濮凹陷3口井不同深度段岩心热解分析表明，沙三段生烃能力在～（表1）。可见，东濮凹陷古近系沙河街组有机质泥页岩在纵向和横向上分布均质性较强，以中等烃源岩为主，当然也存在烃源岩质量非常好的甜点区，例如北部地区。

表1 东濮凹陷沙三段有机质泥岩热解分析

续表

有机质类型

北部地区泥页岩有机质的主要来源为低等水生生物，如濮城－前梨园洼陷的沙三段，Ⅰ型干酪根占总数的％，Ⅱ1型干酪根占该地区总数的％，以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，占分析样品的％，具有很高的生烃潜力（图1）；北部非含盐区Ⅱ1型干酪根占该地区总数的％，Ⅱ2型干酪根占该地区总数的％，以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主，占分析总数的％（图2）。南区相对要差一些，葛岗集等无盐区的沙三段Ⅱ1型干酪根占总量的％，Ⅱ2型干酪根也仅占总量的％，Ⅲ型干酪根却占了总量的％。因此优质烃源岩主要分布在东濮凹陷北部含盐地带。

图1 东濮凹陷北部含盐区干酪根类型

图2 东濮凹陷北部非含盐区干酪根类型

热演化程度

整个东濮凹陷大约在2500m左右进入生烃门限（Ro ＝％），沙三段主体处于成熟、高成熟演化阶段。沙三1亚段有机质成熟度主要分布在％～％，除少部分埋深较浅地区处于未成熟阶段外，其余皆处于成熟和高成熟演化阶段。凹陷东南部和西南部Ro值相对较低，主要分布在％～％，呈向中心地带演化程度逐渐变高的趋势；凹陷中部地区Ro值分布在％～％；东北部地区Ro值分布在％～％，北部和东部地区Ro值分布在％～％，有从东北部向东部和北部地区逐渐增加的趋势。沙三2亚段热演化程度处于成熟和高成熟阶段，Ro值分布在％～％，分布特征与沙三1亚段相似。高成熟区主要分布在凹陷东北部与西南部之间的中间地带。沙三3亚段热演化程度分布在％～％，凹陷北部边缘和南部边缘地区热演化程度较低，局部地区Ro值在％左右，处于未成熟阶段，其余地区主要分布在％～％，呈南部和北部向四周增加的变化趋势。沙三4亚段热演化程度较高，Ro主要分布在％～％，大部分地区Ro＞％，处于高成熟阶段，Ro值有由北、东、南向中部和西部逐渐变大的趋势。

东濮凹陷古近系沙三段泥页岩在东营期末期经历过地壳抬升，剥蚀厚度在1000m左右，且已发生过生排烃过程，与北美已发现页岩油气源岩的生烃埋藏史具有一定的相似性。由于北部含盐区在大约4200m才达到生油高峰，因此东濮凹陷在这个深度以浅以泥页岩油为主。

3 泥页岩储层特征

矿物组成

图3 PS18－1井沙三段不同深度段矿物含量

东濮凹陷濮深18－1井沙三段，矿物类型主要为黏土、石英、斜长石、方解石、白云石，其次是黄铁矿、硬石膏、菱铁矿，仅一个样品含有较少钙芒硝矿物（图3）。其中，黏土含量主要为％～％，平均含量％，小于30％的样品占多数。石英含量主要为％～25％，平均含量％。斜长石在每个泥页岩样品中均有分布，主要含量为2％～％，平均为％，不同深度的样品含量变化较大。方解石含量主要为1％～％，其中段样品岩性为膏岩盐，方解石含量高达98％。白云石含量主要为％～45％，平均％。黄铁矿、菱铁矿、硬石膏发育于部分井段，含量较低。东濮凹陷沙三段脆性矿物类型主要为石英、方解石、白云石等。通过对PS18－1井和PS18 －8井不同深度段共计28个样品进行矿物组分分析统计，脆性矿物含量为％～72％，平均％，其中脆性矿物含量大于40％的样品数为％（图4）。

图4 28个样品的脆性矿物含量分布

物性特征

孔隙度分析测试显示（表2），沙三段孔隙度分布在％～％，主要分布于3％～8％之间，平均为％。沙三段有机质泥页岩渗透率分布在（～）×10－3μm2，由于泥页岩较致密，渗透率整体偏低，属于超低渗型。泥页岩中发育的天然裂缝对渗透率影响较大，PS18－8井沙三段微裂缝较发育，渗透率相对其他微裂缝发育程度较弱的测试岩心要好。东濮凹陷沙三段有机质泥页岩比表面积主要分布在 ～，平均达 m2/g。页岩气主要以吸附性形式赋存，比表面积是影响吸附气含量的主要因素之一。

表2 东濮凹陷沙三段泥页岩物性分析

续表

储集空间

图5 东濮凹陷沙三段粒间孔隙发育特征

图6 东濮凹陷沙三段有机孔发育特征

东濮凹陷沙三段储集空间可分为微孔隙和微裂缝（图5）两大类，其中孔隙空间可分为有机孔和无机孔。有机孔主要发育收缩孔和溶蚀孔（图6），无机孔主要分为黏土粒间微孔、晶间溶蚀孔和晶内溶蚀孔（图7）。充填状态主要为未充填和半充填，充填物主要为方解石和黄铁矿，主要孔径分布在50nm至1μm，可对页岩油的储集和运移提供通道。

图7 东濮凹陷沙三段溶蚀孔隙发育特征

泥页岩含气性

濮深18－1井、濮深18－8井、卫42井和文260井4口井不同深度段共计9个样品的含气性分析测试显示，东濮凹陷古近系泥页岩吸附气量分布在～，平均为。等温吸附曲线均呈现3个阶段特征（图8）：(1)初期，随压力增加吸附气量直线增加；(2)中期，随着压力继续增加，吸附气量增速明显变缓；(3)末期，随着压力的继续增加，吸附气量接近饱和状态，微量变化，或不再变化。吸附气量大小与泥页岩有机质含量有较大关系，分析样品中PS18－1和PS18－8井岩心样品有机质丰度较高，吸附气量主要分布在～。卫42井和文260井的岩心样品TOC为％～％，所测得的吸附气含量主要为～。

4 有利区优选

有利区优选基于页岩分布情况、地球化学指标、含油气性等研究，采用多因素叠加、综合地质评价、地质类比等方法，优选出进一步钻探能够或可能获得工业页岩油气流的区域，参数见表3。

表3 页岩油、页岩气有利区优选参数

续表

图8 东濮凹陷沙三段等温吸附曲线｜ Isothermal adsorption curves of Es3 in Dongpu Depression

优选结果显示，沙三1亚段泥页岩演化程度较低，主要以页岩油为主，主要分布在北部地区的白衣阁—文明寨中间地区；沙三2亚段页岩油有利区主要分布在濮城附近的大邢庄、毛岗一带和文留、户部寨、胡状集一带，页岩气有利区主要分布在靠近前梨园洼陷的毛岗地区和文留地区的文45井一带，分布面积较小；沙三3亚段页岩油有利区主要分布在濮城—白衣阁一带和户部集、文留、徐镇集、前梨园一带，页岩气有利区主要分布在文留、徐镇集与胡状集之间的深洼地带；沙三4亚段页岩油分布在户部寨—文留地区，页岩气主要分布在以Ⅱ2和Ⅲ型干酪根为主的桥口—东明地区（图9）。

5 结论

成藏条件分析认为，东濮凹陷古近系沙三段为页岩油气有利发育层段，并以发育页岩油为主。有利区优选结果显示，沙三1亚段主为页岩油，分布在白衣阁—文明寨中间地区；沙三2亚段页岩油主要分布在大邢庄、毛岗一带和文留、户部寨、胡状集一带，页岩气主要分布在毛岗地区和文留地区的文45井一带；沙三3亚段页岩油主要分布在濮城—白衣阁一带和户部集、文留、徐镇集、前梨园一带，页岩气主要分布在文留、徐镇集与胡状集之间的深洼地带；沙三4亚段页岩油主要分布在户部寨—文留地区，页岩气主要分布在桥口—东明地区。

图9 东濮凹陷沙三4亚段页岩油、页岩气有利区预测图

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