1、书书书引 用 格 式：，.，（）：宋斯宇，陈世悦，鄢继华，等 沧东凹陷孔二段页岩纹层结构类型及其对储集性能的影响 甘肃科学学报，（）：沧东凹陷孔二段页岩纹层结构类型及其对储集性能的影响宋斯宇，陈世悦，鄢继华，蒲秀刚（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 ；中国石油大港油田公司勘探开发研究院，天津 ）摘要富有机质页岩大多发育有纹层结构，不同的纹层结构对页岩的储集性能有着不同的影响。以沧东凹陷孔二段页岩为研究对象，通过对射线衍射测试数据、岩心观察、薄片鉴定、氩离子抛光场发射扫描电镜、等资料的分析，根据矿物纹层组合关系，总结出种页岩纹层结构类型，分别为长英质碳酸盐黏土型纹层结构、黏土（
2、有机质）碳酸盐方沸石型纹层结构、长英质有机质黏土（有机质）纹层结构。研究表明，长英质有机质黏土（有机质）纹层结构纹层平直且层厚较小，互层现象明显；层理缝与矿物解理缝发育较多且后期被白云石充填，有机孔与粒间孔大量发育，溶蚀孔与晶间孔也少量发育，有机质孔与矿物颗粒间的边缘微裂缝构成了良好的孔缝联通体系；孔隙度较为均匀的分布在，孔径介于微孔与宏孔间，孔容最大，储集性能最好。关键词纹层结构；储集性能；孔二段；沧东凹陷中图分类号：文献标志码：文章编号：（）页岩是由粒度小于 的矿物组成且发育有页理构造的岩石类型，占地表沉积岩总量的 以上，但由于过往对常规油气的开采，在很长时间内页岩未能引起足够的重视，相关
3、的研究也进展缓慢。随着非常规油气的进一步推进，页岩作为“源储一体”的连续性富油气岩，有着巨大的开发潜力，逐渐成为非常规石油地质学中的研究热点。黎茂稳等认为，中国陆相沉积盆地发育优质页岩，其中陆相页岩发育毫米级纹层，主要发育在深湖相沉积环境，规模相对较小。渤海湾盆地沧东凹陷孔二段的页岩恰是如此，其发育了多套典型的富有机质纹层状页岩。学者们从多个角度探究划分纹层结构类型，刘国恒等根据矿物组分将延长组长段页岩纹层划分为亮层结构与暗层结构；等通过纹层的成分、结构与层理划分纹层结构类型；董虎等根据有机质含量将松辽盆地的青山口组页岩划分为低中高种有机质纹层结构类型；等根据有机质和黏土矿物对俄亥俄上泥盆统页
4、岩纹层进行了划分；葸克来等依据矿物组分、厚度等因素将鄂尔多斯盆地的延长组、段页岩划分为“富有机质粉砂级长英质”纹层组合与“富长英质富凝灰质”纹层组合；华柑霖等根据纹层形态将龙马溪组页岩纹层划分为类：水平等厚纹层结构、透镜体纹层结构、水平不等厚纹层结构与水平小型波状纹层结构；等 根据纹层发育密度与厚度总结了低密度与低厚度型、低密度与高厚度型、高密度与高厚度型种纹层结构。纹层结构为页岩富集研究提供基础信息，不同的纹层结构对页岩储层的评价有着不可忽视的影响。因此，对纹层结构的研究成为目前亟需解决的问题。沧东凹陷孔二段页岩非均质性强、纹层结构发育、黏土矿物含量高、有机质发育分散且局部聚集。第 卷第期
5、年月 甘 肃 科 学 学 报 收稿日期：；修回日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）作者简介：宋斯宇（），男，陕西宝鸡人，硕士，研究方向为非常规油气地质。：通信作者：陈世悦，：前人对纹层的研究往往集中在对样品粉碎后测定、矿物组成，而忽略了非均质性的影响，研究重点大多将页岩简单的划分为块状页岩与纹层状页岩，其中孔二段纹层状页岩有以下个基本特征：（）厚度薄，一般都在 尺度以下；（）成分多，包括有机无机组分，长英质矿物（）、碳酸盐矿物（）、黏土矿物（含量较少，不超过 ）、方沸石（不超过 ）、有机质与黏土矿物伴生；（）粒度细，粉砂泥晶为主，值得注意的是显微镜下观察矿物含量与 测试含量会存在微弱差别，
6、这是由于长英质矿物与碳酸盐矿物部分粒度过小从而难以辨别，可能会将其误认为黏土矿物。这些研究尚未在此基础上提出更为严谨的纹层结构划分方案。此次研究以矿物类型与有机质为纹层划分依据，分析不同纹层组合结构之间的差异，观察不同类型纹层间孔隙与裂缝的差异，进而分别对不同纹层结构页岩的储集性能展开相应的研究。由于页岩岩心粒度细、颜色深、纹层结构观察与划分难度偏大，所以采用宏观与微观相结合的研究方法，以岩心观察手段在宏观尺度上来分析页岩纹层颜色、薄厚与连续性等；在微观层面上可以通过光学显微镜、氩离子抛光高分辨率场发射扫描电镜、等镜下观察矿物组成、纹层叠置关系、不同纹层结构中有机质发育特征与孔隙结构与裂缝特征
7、，最终来评价不同纹层结构的储集性能优劣。研究区地质概况与实验方法地质概况沧东凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷的南部地区，是黄骅坳陷内部第二大富集油气凹陷，油气勘探面积约为 ，是应力拉张作用下形成的陆相断陷盆地 。沧东凹陷地处孔店凸起以北，东光凸起以南，沧县隆起以西，徐黑凸起以东；由于东西两侧隆起更明显，故此凹陷整体上表现为北东南西向的狭长展布形态 。沧东凹陷在孔二段沉积时期是典型淡水半咸水封闭型的坳陷湖盆（见图），沉积相带沿坳陷湖盆呈环状分布，外环发育有常规砂岩（三角洲前缘亚相），内环发育有一定规模的页岩，页岩源储一体，烃类大多原地聚集成藏，其独特的闭塞湖盆沉积模式造就了凹陷级常规非常规油气一体有序
8、成藏的格 局。研 究 区面积 约为 ，孔二段沉积厚度为 ，整个孔二段划分为个亚段，以灰色粉砂质泥岩为主、以灰黑色页岩为主、以重力流砂岩为主、发育有灰黑色页岩。孔二段页岩发育有大量的纹层，不同矿物成层且互相混合或者纵向叠置，不同的纹层结构也导致不同的储集性能。因此，有必要利用多口重点井的资料开展页岩纹层结构的研究，评价不同纹层间储集性能的差异，为页岩油的进一步勘探部署提供依据。图渤海湾盆地沧东凹陷 页岩沉积有利区（据大港油田）（）实验方法实验样品来自孔二段的口重点井（官 、官东、官东、官 ）（见图），岩性为页岩。利用岩心观察手段对宏观纹层结构进行研究，微观层面上可以通过光学显微镜、氩离子抛光场发
9、射扫描电镜、等镜下观察纹层结构对页岩矿物组分、孔隙类型与孔隙结构进行评价，并进一步评价不同纹层结构类型的储集性能。主要实验测试方法介绍如下：氩离子抛 光场发射扫描电镜测试 使 用 德 国 公司 仪器来完成。在中国石油大学国家重点实验室对孔二段重点井的样品进行测试，检测环境要保证温度，湿度。该测试先通过氩离子束对测试样品表面进行抛光处理，获得平滑且无损的截面，以便利用扫描电镜观察到样品表面的微观孔隙结构以及孔隙分布，然后作进一步的定性分析 。甘 肃 科 学 学 报 年第期矿 物 自 动 定 量 分 析 系 统（，）是利用扫描电子显微镜（）对样品中的矿物进行自动快速表征。选取孔二段重点井的岩心样品
10、，在中国科学院地质与地球物理研究所进行测试，该测试以背散射电子图像为基础，结合现代图像分析技术及能谱测试，最终由电脑自动计算后获得矿物基本参数。使用的场发射扫描电镜型号为 ，在实验前先利用 仪器将测试样品进行剖光，再用 仪器对样品表面喷涂碳膜，之后在场发射扫描电镜的背散射探头下选择目标区域，利用配套的能谱仪对样品特定区域进行面扫，再通过 软件进行矿物识别和定量分析。页岩纹层结构类型纹层是指沉积岩中可分辨的最小最薄的原始沉积单元，纹层组合结构能够直接反映沉积时期的水动力特征以及沉积环境，为页岩油富集判断提供有效依据。此次通过岩心观察、显微镜下观察与 、氩 离 子 抛 光扫 描 电 镜、测 试 等
11、 分析，对孔二段页岩纹层结构进行“由大到小”的全尺度表征。观察不同纹层的叠置关系，以及对页岩生储性质的影响，总结出种纹层结构，分别为长英质碳酸盐黏土型纹层结构、黏土（有机质）碳酸盐方沸石型纹层结构、长英质碳酸盐黏土（有机质）纹层结构。孔二段页岩种纹层结构具体特征如表所列。表沧东凹陷 页岩纹层结构分类 特征长英质碳酸盐黏土型纹层结构黏土（有机质）碳酸盐方沸石型纹层结构长英质碳酸盐黏土矿物（有机质）纹层结构纹层形态断续、平行连续、平行连续、微弱弯曲粒度黏土粗粉砂黏土细粉砂黏土中粉砂有机质赋存状态含量低，细条带状丝带状，团块状粗条带状、丝带状，团块状（）有机质类型型和少量型型、型和少量型型和型岩相纹
12、层状混合质页岩相纹层状灰云质页岩相纹层状长英质页岩相长英质碳酸盐黏土型纹层结构通过多尺度观察长英质碳酸盐黏土型纹层结构（见图），发现岩心（见图（）发育有浅灰色长英质纹层、灰黑色泥质纹层与碳酸盐纹层，纹层连续性弱（受沉积环境变化速率较快影响），浅灰色长英质纹层波动明显且起伏较大，局部发育液化变形现象，表明此时沉积水体环境动荡，水动力作用较强。显微镜与 镜下观察可知，长英质矿物、碳酸盐矿物（以白云石为主）、黏土矿物基本都顺层发育；长英质纹层发育有间断且厚度小（见图（），石英与钠长石粒度由泥级到粉砂，个别情况下会出现粒度过大的颗粒，这往往是由于不稳定降水使得大量碎屑物质流向湖泊带入粒度较大的长英质（
13、正长石、钠长石与石英）；黏土矿物纹层（伊利石与绿泥石为主）粒度小（见图（）、（），颜色偏深，更容易受挤压变形，单层厚度往往受到其他矿物挤压变形，粗细不均（见图（）；白云石纹层粒度分布在泥级到粉砂级之间，颜色偏浅，纹层较为平直且厚度较小（见图（）、（）。结合 测试结果可知，长英质矿物平均质量分数最高（），其次为碳酸盐矿物（）和黏土矿物（）。黏土（有机质）碳酸盐方沸石型纹层结构通过多尺度观察黏土（有机质）碳酸盐方沸石型纹层结构（见图），发现岩心中发育大量褐色纹层与深灰色纹层相互叠置组成明暗相间的层偶，纹层界面清晰平直，单个纹层厚度 ，连续性好，部分纹层弯曲（见图（）。显微镜与 镜下观察可知，亮色纹
14、层与暗色纹层分层明显，亮色的为碳酸盐纹层与方沸石纹层（见图（）、（）；碳酸盐纹层厚度大（见图（），主要发育自形程度较好的微晶白云石，大多较为纯净，偶尔夹杂部分黏土矿物，几乎不含长英质矿物，表明此沉积时期湖盆盐度较高；方沸石纹层发育间断（孔二段方沸石主要由黏土矿物在成岩早期转化而来），粒度为粉砂级，显微镜下呈现出小透镜状与蝌蚪状（见图（）；暗色的黏土（有机质）纹层厚度较大且粒度多为泥级（见图（）、（），其中伊利石中混杂着丝状有机质，层厚通常小于碳酸盐纹层（见图（）、（）。结合 分析测试可知，该纹层结构平均含有 的白云石、的方沸石、的黏土矿物和 的泥级长英质矿物。第 卷宋斯宇等：沧东凹陷孔二段页岩
15、纹层结构类型及其对储集性能的影响图孔二段长英质碳酸盐黏土型纹层结构页岩照片 图孔二段黏土（有机质）碳酸盐方沸石型纹层结构页岩照片 （）甘 肃 科 学 学 报 年第期长英质碳酸盐黏土矿物（有机质）纹层结构通过多尺度观察长英质碳酸盐黏土矿物（有机质）纹层结构（见图），发现岩心发育有清晰且细密的纹层，整体呈深灰色灰黑色，单个纹层厚度，不同纹层间的矿物组分有所区别，其力学性质亦有所不同，层理面易收缩发生破裂形成大量微裂缝，后期被白云石所充填（见图（）。显微镜与 镜下观察可知，长英质纹层（以钠长石纹层为主）顺层间断发育且纹层厚度较小，粒度为细粉砂级（见图（）、（）；碳酸盐纹层厚度大且纹层间断较少，粒度为
16、泥级到细粉砂级（见图（）、（）；黏土纹层间断发育且厚度较薄，有机质以小团块状分布、丝状有机质与绿泥石混杂分布，部分有机质条带也单独成层，部分丝状有机质混杂在钠长石纹层内；长石与伊利石互层，钠长石含量相对较多（见图（）（），反映此沉积时期湖盆为微咸水环境，陆源输入效果较弱且古气候发生频繁 变 化。结 合 分 析 测 试，长 英 质 矿 物（）与碳酸盐矿物（）质量分数接近，而黏土（）质量分数相对较低。图孔二段长英质碳酸盐黏土矿物（有机质）纹层结构页岩照片 （）纹层结构类型对储集性能的影响不同纹层结构页岩的孔缝类型页岩储层微纳米孔隙系统主要为有机质孔和无机孔，其中无机孔包括有粒间孔、晶间孔、溶蚀孔。根据孔二段的氩离子剖光场发射扫描电镜照片（见图），研究不同纹层结构类型对应的孔隙结构与类型以及孔隙空间展布。第 卷宋斯宇等：沧东凹陷孔二段页岩纹层结构类型及其对储集性能的影响（：有机质，：方解石，：白云石，：方沸石，：石英，：黄铁矿，：伊利石）图孔二段纹层状页岩场发射扫描电镜照片 长英质碳酸盐黏土矿物（有机质）纹层结构与黏土（有机质）碳酸盐方沸石型纹层结构多发育纳米级有机质孔，有机质孔呈蜂窝状、气
