中国海、陆相页岩层系岩相组合多样性与非常规油气勘探意义

doi:10.11743/ogg20220101

石油与天然气地质 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (1): 1-25.doi: 10.11743/ogg20220101

中国海、陆相页岩层系岩相组合多样性与非常规油气勘探意义

黎茂稳^1,²(), 马晓潇^1,², 金之钧^1,², 李志明^1,², 蒋启贵^1,², 吴世强³, 李政⁴, 徐祖新⁵

^1.页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室, 江苏无锡 214126
^2.中国石化石油勘探开发研究院, 北京 100083
^3.中国石化江汉油田分公司, 湖北武汉 430223
^4.中国石化胜利油田分公司, 山东东营 257015
^5.中国石化勘探分公司, 四川成都 610041

收稿日期:2021-08-19 修回日期:2021-11-25 出版日期:2022-02-01 发布日期:2022-01-28
第一作者简介:黎茂稳（1962—），男，博士、教授级高级工程师，石油地质。E?mail： limw.syky@sinopec.com。
基金项目:
国家自然科学基金项目(42090022)

Diversity in the lithofacies assemblages of marine and lacustrine shale strata and significance for unconventional petroleum exploration in China

Maowen Li^1,²(), Xiaoxiao Ma^1,², Zhijun Jin^1,², Zhiming Li^1,², Qigui Jiang^1,², Shiqiang Wu³, Zheng Li⁴, Zuxin Xu⁵

^1.State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development, Wuxi, Jiangsu 214126, China
^2.Petroleum Exploration and Production Research Institute, SINOPEC, Beijing 100083, China
^3.Jianghan Oilfield Company, SINOPEC, Wuhan, Hubei 430223, China
^4.Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying, Shandong 257015, China
^5.Exploration Company, SINOPEC, Chengdu, Sichuan 610041, China

Received:2021-08-19 Revised:2021-11-25 Online:2022-02-01 Published:2022-01-28

摘要/Abstract

摘要：

富有机质细粒沉积岩相组合和有机相之间存在着很强的相关性，富碳酸盐细粒沉积岩相组合以Ⅰ-S或Ⅱ-S型有机相为主，长英质页岩相组合多数为Ⅱ型有机相，而富粘土质页岩相组合的有机相多为Ⅲ/Ⅳ型有机质。因此，全岩矿物X衍射分析既可用于研究细粒沉积岩相与沉积环境，也可提供有机质类型、烃类产物特征、岩石力学性质和可压性等重要参考信息。在北美和四川盆地海相页岩对比分析的基础上，以中国主要陆相页岩层系为研究对象，利用全岩矿物X衍射分析，结合岩心观察、薄片鉴定、总有机碳含量（TOC）分析等多种手段，开展岩相和有机相类型识别及岩相组合特征和不同页岩层系差异性分析，并探讨它们对非常规页岩油气勘探的指导意义。研究结果表明，中国陆相湖盆沉积类型多样，陆相盆地拗陷期淡水-微咸水湖泊页岩层系以贫碳酸盐矿物的粘土质-长英质页岩相组合为主；而陆相盆地裂陷期咸化、碱化湖泊沉积以碳酸盐质页岩相组合和含碳酸盐的粘土质-长英质页岩相组合为主，各种陆相细粒沉积体系均以相带变化快、岩性-岩相复杂、储-盖组合样式多变为特征。中国陆相细粒沉积岩相的非均质性和岩相组合的多样性，带来了陆相页岩油气“甜点”类型的多样性；不同岩相组合对应的有机相存在显著差异，有机质的差异演化又带来了不同岩相中烃类赋存状态的差异性。这些分析结果证实，每套陆相页岩都具有各自的地质特点。细粒沉积岩相和有机相组合的多样性和差异性，揭示了陆相页岩油气“甜点”和资源分类评价的必要性。

关键词: 全岩矿物X衍射分析, 有机相, 沉积微相分析, 细粒沉积岩, 陆相页岩油, 中国

Abstract:

There is a strong correlation between the lithofacies and organofacies of fine-grained organic matter-rich sedimentary rocks，where the carbonate-， quartz-feldspar- and clay mineral-rich lithofacies often show high affinity respectively with type I-S/II-S，I/II and III/IV organic facies. Hence， whole rock mineral X-ray diffraction analysis （XRD） represents a straightforward and effective method to predict the lithofacies， organic matter type， depositional environment， hydrocarbon characteristics， and rock mechanics of geological samples concerned. Based on a thorough review of marine shale data from North America and the Sichuan Basin， a large collection of lacustrine shales from major non-marine sedimentary basins in China were characterized by whole-rock mineral XRD， core observation， thin section analysis and total organic carbon （TOC） measurement. The aims are to classify the lithofacies and organofacies， identify the key difference in lithofacies assemblages， and discuss their implication for unconventional shale oil and gas exploration. The results indicate that lacustrine shales in sedimentary basins in China were deposited in various tectonostratigraphic settings. In general， the fine-grained sediments in freshwater-brackish water lakes in sag stage are dominated by clay-quartz with minor carbonate， whereas the saline and alkaline lacustrine sediments in rift stage consist of carbonate or clay-quartz with carbonate minerals. The sedimentary systems of fine-grained lacustrine deposits are characterized by rapid facies change， complex lithologies， and variable reservior-caprock combinations. Thus， the strong heterogeneity in the lithofacies and their combinations often lead to multiple types of shale oil “sweetspots”； as different lithofacies correspond to varying organofacies， the variation in the thermal behaviors of different organofacies contributes to the change in the states of hydrocarbon occurrence among the various lithofacies combinations. These results confirm that every shale is unique. Therefore， the variation in lithofacies and organofacies of the fine-grained sediments indicates that it is essential to use quantitative and objective parameters in classifying the “sweetspots” and hydrocarbon states of occurrence in order to make the credible assessment of shale oil resources.

Key words: whole rock XRD analysis, organofacies, microfacies analysis, fine-grained sedimentary rocks, Lacustrine shale oil, China

中图分类号:

TE132.1

黎茂稳,马晓潇,金之钧,等. 中国海、陆相页岩层系岩相组合多样性与非常规油气勘探意义[J]. 石油与天然气地质, 2022, 43(1): 1-25. doi: 10.11743/ogg20220101 Maowen Li,Xiaoxiao Ma,Zhijun Jin,et al. Diversity in the lithofacies assemblages of marine and lacustrine shale strata and significance for unconventional petroleum exploration in China[J]. Oil & Gas Geology, 2022, 43(1): 1-25. doi: 10.11743/ogg20220101

图/表 17

图1

表1

图2

图3

表2

中国主要陆相烃源岩层系基本特征对比"

盆地/凹陷	盆地类型	层位	湖泊环境	主要岩相类型	有机相类型	有利面积/ （10⁴km²）	累计厚度/m	成熟度/ %	TOC/ %
准噶尔盆地吉木萨尔凹陷	裂陷	二叠系芦草沟组	咸水	中-高碳块状泥晶云岩相、块状粉砂质砂屑云岩相、块状凝灰质粉砂岩相、条带状含凝灰云岩相、纹层状粉砂质／泥质沉凝灰岩相和纹层状云质泥岩相	Ⅱ，Ⅱ-S	3.0~4.0	30~200	0.6~1.6	1.2~8.9
准噶尔盆地玛湖凹陷	裂陷	二叠系风城组	咸水-碱水	低-中碳混合质页岩相、薄层白云质粉砂岩相、泥晶白云岩相、岩屑砂岩相和长石质岩屑砂岩相	Ⅰ，Ⅱ，Ⅰ-S	0.5	150~550	0.6~1.6	1.2~2.0
鄂尔多斯盆地	坳陷	三叠系 7段	淡水-微咸水	富碳厚层状、薄层状和纹层状长英质泥页岩相、混合页岩相夹薄层状粉-细砂岩相	Ⅰ，Ⅱ，Ⅱ-S	10.0	10~100	0.7~1.5	2.0~20.0
四川盆地	坳陷	中下侏罗统	淡水-微咸水	中-高碳粘土质页岩相、纹层-薄层状粘土质页岩相、中-低碳粉砂质页岩相为主，低-中碳粘土质介壳灰质页岩相和粉砂质粘土质页岩相次之	Ⅲ，Ⅱ	3．0	80~150	0.5~1.6	0.2~3.8
松辽盆地古龙凹陷	坳陷	上白垩统青山口组	淡水-微咸水	富碳长英质泥页岩相、富碳层状/纹层状粉砂岩相、泥质粉砂岩相和泥质粉砂质页岩相	Ⅰ	5.0~6.0	100~150	0.5~2.0	0.9~9.0
渤海湾盆地济阳坳陷	裂陷	古近系沙河街组	微咸水-咸水	富碳黑色灰质页岩相、高碳块状灰质泥岩相、中-高碳混合质泥页岩相、中碳薄透镜状晶粒灰岩相	Ⅰ，Ⅱ，I-S	5.0~10.0	30~1 000	0.5~2.0	1.5~10.0
渤海湾盆地沧东凹陷	裂陷	古近系孔店组	微咸水-咸水	粉砂岩相、富碳长英质页岩、富碳混合质页岩、高碳块状灰云岩	I，Ⅱ，I-S	0.2	200~500	0.6~1.3	1.3~8.8
江汉盆地潜江凹陷	裂陷	古近系潜江组	咸水-盐湖	富碳纹层状白云岩相、富碳纹层状泥质白云岩相、纹层状泥质灰岩相	Ⅱ-S	2.8	50~650	0.5~1.2	0.5~12.0

表2

图4

图5

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图8

图9

图10

图11

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表3

表4

表5

参考文献 124

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BP有机相分类	生源环境	主要生源	含硫量	环境与地质年代分布	IFP有机相分类	本文修改建议	生油气特征
A	水生，海相，硅质，碳酸盐/蒸发岩	海藻，细菌	高	海洋上升洋流区，贫陆源碎屑盆地，任何时代	Ⅱ-S型	Ⅰ-S，Ⅱ-S；适用于海相和陆相湖盆裂陷期富碳酸盐-蒸发岩体系	生油为主
B	水生，海相，硅质碎屑岩	海藻，细菌	中等	海洋，碎屑盆地，任何时代	Ⅱ型
C	水生，非海相，湖相	淡水藻，细菌	低	构造活动，陆相盆地，近海平原（少见），显生宙	Ⅰ型	仅适用于陆相湖盆拗陷期淡水为主的细粒沉积体系
D	陆生，非海相，高蜡	植物角质层，树脂，木质素，细菌	低	近海平原湿地，中生代以来	Ⅲ型		生气为主
E	陆生，非海相，高蜡	植物角质层，木质素，细菌	低	近海平原湿地，中生代以后	Ⅲ型
F	陆生，非海相，低蜡，煤	木质素	低	近海平原，晚古生代以来	Ⅲ/Ⅳ型

盆地/凹陷	页岩油层系	代表井	R_o/%
洛杉矶盆地	蒙特利	Sanfield WC1	0.50~0.70
威利斯顿盆地	巴肯组	Parshall SD1	0.80~1.00
墨西哥湾盆地	鹰滩	Getty 1， Hurt	>1.10
吉木萨尔凹陷	芦草沟组	吉174	0.80~0.85
鄂尔多斯盆地	长7段	城页1	0.90~1.10
四川盆地	大安寨段等	涪页8-1HF	1.00~1.30
松辽盆地	青一段	黑197	1.00~1.50
东营凹陷	沙四下亚段	樊页平1	0.70~1.30
沧东凹陷	孔二段	官东1701H	0.60~1.30
潜江凹陷	潜三段	潜页油2	0.60~0.90
溱潼凹陷	阜二段	沙垛1	0.90左右

类型	典型实例	地质特征	地质分布
致密砂岩、灰岩夹层型	鄂尔多斯盆地长7段、四川盆地侏罗系	源-储共存、页岩层系整体含油，薄层砂岩或灰岩有利储集层“甜点”近源富集	淡水湖盆：鄂尔多斯盆地、松辽盆地、四川盆地
混合质页岩型	渤海湾盆地沧东凹陷孔二段、沾化-东营凹陷沙三段-沙四段、江汉盆地潜三段	源-储共存或一体，页岩层系整体含油，多源供烃，混合质页岩自身与相邻页岩向混合质页岩“甜点”供油	咸水湖盆-盐湖：江汉盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、三塘湖盆地、柴达木盆地
页岩基质型	松辽盆地古龙凹陷青一段	源-储一体，纹层状页岩整体含油，烃类在砂质、钙质页岩有利储集层原地富集形成“甜点”，高TOC、高演化、地层超压、物性甜点控制富集	淡水湖盆、咸化湖盆、盐湖

湖盆类型	沉积模式	源-储组合类型分布			代表盆地
湖盆类型	沉积模式	内缘（深湖-半深湖）	中缘（前三角洲-前缘、浊积）	外缘（三角洲前缘）	代表盆地
咸水湖泊- 盐湖	陆源碎屑与内源化学二源混积模式	碳酸盐岩-混积岩夹层型、页岩型	混积岩夹层型、砂岩夹层型	砂岩互层型	渤海湾盆地、准噶尔盆地、三塘湖盆地、柴达木盆地
淡水湖泊	陆源碎屑沉积模式	页岩型	砂岩夹层型	砂泥互层型	鄂尔多斯盆地、四川盆地、松辽盆地

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中国海、陆相页岩层系岩相组合多样性与非常规油气勘探意义

Diversity in the lithofacies assemblages of marine and lacustrine shale strata and significance for unconventional petroleum exploration in China

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