玛页1井风城组页岩油藏地质特征及甜点评价

邹阳，戚艳平，宋栋，陈文顺，韦盼云

（中国石油 新疆油田分公司a.勘探开发研究院；b.重油开发公司，新疆 克拉玛依 834000）

页岩油是赋存于页岩层系中，未经大规模长距离运移的自生自储石油[1-2]。北美通过页岩油革命改变了世界能源格局，对油气勘探开发理论和实践产生了深远影响[3]。近年来，页岩油已成为中国石油勘探的前沿和油气资源增储的热点[4]。鄂尔多斯盆地延长组页岩层系勘探获得突破，发现十亿吨级大油区[5-6]；松辽盆地青山口组页岩油勘探开发展现出良好前景[7]；渤海湾盆地多口井在孔店组获页岩油工业油流，表明其具备一定的勘探潜力[8]，证实中国陆相湖盆页岩油前景广阔。

准噶尔盆地中—下二叠统发育一套以湖相暗色泥页岩与白云质岩为主的混积岩，蕴含丰富的非常规油气资源[9]。有别于吉木萨尔凹陷芦草沟组咸化湖盆页岩油，玛湖凹陷风城组是以碱湖优质烃源岩为基础的全油气系统典型勘探实例[10-11]。受岩相控制，湖盆边缘常规油气—斜坡区致密油气—凹陷区页岩油气有序共生，其中，常规油和致密油勘探已取得重大发现，而凹陷区页岩油勘探未获得突破。关于凹陷区烃源岩层系内部油气聚集研究较为薄弱，多限于沉积模式、构造演化、成藏条件、资源潜力等方面[12-15]，而针对细粒沉积岩精细描述、烃源岩评价、储集层品质和甜点综合评价缺乏系统性研究，制约了风城组下步勘探目标选择。此外，该区风城组页岩独特的碱湖沉积环境使其岩石组成和岩相组合较为复杂，因此，亟需开展优势岩相分析和甜点识别研究。

本文基于玛页1 井风城组页岩油层段厚度达284.31 m 的连续取心资料，从岩心描述入手，分析玛湖凹陷北斜坡风城组岩石组成、沉积环境和岩相类型，开展风城组各亚段烃源岩品质、储集层品质、工程品质和可动性评价研究，确定碱湖型页岩油甜点评价标准，提出风三3亚段应是该区页岩油勘探重点，同时对不同类型甜点储集层的勘探实践进行简要分析，以期为风城组油气勘探提供借鉴。

1 地质概况

玛页1 井位于准噶尔盆地西部隆起乌夏断裂带，紧邻玛湖凹陷（图1）。玛湖凹陷是准噶尔盆地主要富烃凹陷之一，面积约5 000 km2，地层自下而上为石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系及第四系。早—中二叠世，在西伯利亚板块与准噶尔盆地块激烈碰撞的构造背景下，玛湖凹陷二叠系整体呈现不对称箕状构造格局[9]。其中，下二叠统风城组具有西北厚且陡、东南薄而缓的沉积特点，沉降中心厚度达1 500 m，自上而下划分为风三段、风二段和风一段，以细粒沉积岩为主。

图1 准噶尔盆地玛湖凹陷构造位置Fig.1.Structural location of Mahu sag in Junggar basin

根据沉积旋回将风城组分为9个沉积亚段。作为风城组页岩油首口连续取心风险探井的玛页1井，风三3亚段—风一1亚段为细粒沉积岩段，取心长度为284.31 m（深度为4 579.54—4 863.85 m），岩心收获率为96.55%。

2 细粒沉积岩特征

2.1 岩石类型

2.1.1 划分依据

风城组细粒沉积岩矿物类型多样，主要包括碳酸盐矿物、长石和石英、黏土矿物3 大类，具体由白云石、方解石、碱性矿物、石英、斜长石、钾长石、黄铁矿和黏土矿物组成。参考中国咸化湖细粒岩分类方案[16-17]，本文采用石英+长石、白云石+方解石、黏土矿物三端元划分标准，将风城组细粒沉积岩划分为砂岩类、碳酸盐岩类、混积岩类和泥岩类4类（图2）。

图2 玛页1井风城组细粒沉积岩岩石类型Fig.2.Rock types of fine-grained sedimentary rocks in Fengcheng formation in Well Maye-1

风城组细粒沉积岩主要发育透镜状层理、条带状层理、纹层状层理、雪花状层理、树根状层理和块状层理。砂岩类最常见的沉积构造是透镜状层理和条带状层理，厚度小于5 cm，透镜状层理往往由沉积物再次搬运形成（图3a），条带状层理常伴随反粒序构造样式（图3a）。碳酸盐岩类主要发育纹层状层理、雪花状层理和树根状层理，纹层状碳酸盐岩矿物颗粒细小、自形程度低（图3b、图3c）；雪花状碳酸盐岩以粉—细晶为主，自形程度较高（图3d、图3e）；树根状碳酸盐岩形成受裂缝控制（图3f、图3g）。混积岩类以纹层状层理和块状层理为主（图3h—图3j）。泥岩类多数为块状层理（图3k），局部常富集黄铁矿（图3l），反映深水还原环境。

图3 玛页1井风城组细粒沉积岩及其结构构造Fig.3.Typical core images and microscopic images of fine-grained sedimentary rocks in Fengcheng formation in Well Maye-1

2.1.2 划分方案

岩相是特定沉积环境的产物，不同岩石类型的矿物种类、结构以及层理构造差异明显[18]。首先根据岩石薄片和全岩分析资料确定各类矿物相对含量（图4），参照岩石学三级命名法对岩石进行命名，再考虑层理构造，将玛页1 井风城组页岩油层段划分为1 548 个小层，划分出12 种细粒沉积岩，其中，块状混积岩、纹层状混积岩、雪花状泥质白云岩、透镜状白云质粉砂岩、透镜状泥质粉砂岩和块状泥岩较为发育（表1）。

表1 玛页1井风城组细粒沉积岩岩石类型划分Table 1 .Classification of fine-grained sedimentary rocks in Fengcheng formation in Well Maye-1

2.2 沉积组合

沉积岩中微量元素与其沉积环境有着密切关系，风城组Sr/Ba 大于1、Th/U 小于2，指示咸水和还原沉积环境，从风一1亚段到风三3亚段，Sr/Ba 的变化反映沉积环境是从淡水到咸水再到微咸水，Th/U 的变化反映沉积环境从弱还原到强还原再到弱还原（图4）。

在明确风城组沉积环境变化规律的基础上，结合风城组岩石矿物类型与含量，可将该组划分为5 种沉积组合。从风一1亚段到风三3亚段分别为淡水沉积组合、咸化沉积组合、蒸发盐岩沉积组合、弱咸化沉积组合和低盐度沉积组合（图4），纵向上沉积组合的时序性变化与湖盆的扩张、萎缩关系密切。

风一1亚段淡水沉积组合形成于盆地快速沉降时期，湖盆盐度较低，以透镜状泥质粉砂岩和块状泥岩为主。风二3亚段咸化沉积组合表明该阶段湖水蒸发量大于输入量，方解石和白云石依次析出，岩石类型以透镜状白云质粉砂岩夹块状混积岩为主，局部发育雪花状泥质白云岩和雪花状泥质石灰岩。风二2亚段蒸发盐岩沉积组合代表湖盆盐度最高沉积时期，常与咸化沉积组合交替出现，岩石类型以雪花状泥质白云岩和碱矿盐岩为主，夹少量块状混积岩和雪花状粉砂质白云岩。风二1亚段为弱咸化沉积组合，湖侵使得湖水盐度降低，蒸发盐岩类矿物、白云石、方解石依次溶解，岩石类型以块状混积岩和透镜状白云质粉砂岩为主，局部发育雪花状泥质白云岩。风三3亚段低盐度沉积组合反映持续湖侵、陆源碎屑物质频繁输入，岩石类型以纹层状混积岩为主，雪花状泥质石灰岩和透镜状泥质粉砂岩次之（图4）。

图4 玛页1井风城组细粒沉积岩层理构造与沉积组合特征Fig.4.Bedding structures and sedimentary assemblages of fine-grained sedimentary rocks in Fengcheng formation in Well Maye-1

3 页岩油地质评价

风城组页岩油地质评价从5 个沉积亚段优势甜点储集层入手，对比分析各亚段烃源岩品质、储集层品质、工程品质和可动性。优势甜点储集层指烃源岩品质好、储集条件优越、裂缝发育、脆性好、可改造性强，有一定连续厚度，累计厚度占地层总厚度30%以上的岩层。例如，风三3亚段优势甜点储集层以纹层状混积岩为主（图4）。

3.1 烃源岩品质

3.1.1 有机质丰度

岩石热解资料表明，玛页1 井风城组残余有机碳含量为0.11%～2.85%，平均为0.69%，残余有机碳含量大于0.50%的中等—优质烃源岩样品占52.8%；生烃潜量为0.13～15.41 mg/g，平均为2.83 mg/g，生烃潜量大于2.00 mg/g 的中等—好烃源岩样品占57.9%；氯仿沥青“A”含量为0.004 5%～0.921 0%，平均为0.235 0%，氯仿沥青“A”含量大于0.100 0%的好—优质烃源岩样品占81.8%（图5）。综合评价风城组烃源岩现今残余有机质丰度不高，属于中等—好烃源岩。

玛页1井风城组样品地球化学分析表明，风三3亚段、风二1亚段和风二3亚段残余有机碳含量主体大于0.50%，风二2亚段和风一1亚段多数样品残余有机碳含量小于0.50%。除泥岩类和混积岩类有机质丰度较高外，部分碳酸盐岩类和粉砂岩类生烃潜量也大于2.00 mg/g，揭示每种岩性都具有一定的生烃能力，但生烃潜量大于6.00 mg/g的好烃源岩多集中在风三3亚段、风二1亚段和风二3亚段（图5）。综合对比，风三3亚段、风二1亚段和风二3亚段有机质丰度相对更高，主要是由于上述3 个亚段为咸水或微咸水沉积环境。物理模拟实验已证实咸水利于有机质絮凝，有机质捕获效率高。特别是风三3亚段处于还原咸水向弱还原微咸水转变的过渡环境中，沉积速率相对较大，有机质快速埋藏，被分解的时间缩短，易于保存，因而生烃条件最为有利。

图5 玛页1井风城组地球化学综合评价剖面Fig.5.Comprehensive geochemical evaluation profile of Fengcheng formation in Well Maye-1

3.1.2 干酪根类型

热解参数氢指数-岩石热解峰温分析揭示，风城组烃源岩氢指数主要为0～600 mg/g，具有4 种干酪根类型。其中，风二2亚段和风一1亚段烃源岩样品氢指数小于400 mg/g 的烃源岩样品占87.7%，干酪根类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主；风三3亚段、风二1亚段和风二3亚段烃源岩样品氢指数范围较大，氢指数大于300 mg/g的烃源岩样品占63.5%，干酪根类型以Ⅱ1型和Ⅰ型为主，生烃潜力大（图6）。

图6 玛页1井风城组烃源岩干酪根类型Fig.6.Kerogen types of the source rocks in Fengcheng formation in Well Maye-1

受玛页1井镜检样品数量限制，仅针对风二2亚段和风二3亚段开展干酪根显微组分分析，风城组母质类型以富氢的腐泥组和壳质组为主，腐泥组和壳质组含量超过65%。由标准SY/T 5125—1996《透射光—荧光干酪根显微组分鉴定及类型划分方法》可知，干酪根类型指数不小于80 时，干酪根为Ⅰ型；干酪根类型指数为40～80 时，干酪根为Ⅱ1型；干酪根类型指数为0～40时，干酪根为Ⅱ2型；干酪根类型指数小于0时，干酪根为Ⅲ型。玛页1井样品干酪根类型指数为14.5～42.9，干酪根以Ⅱ2型为主，其中，风二2亚段样品干酪根类型指数均小于20，而风二3亚段样品干酪根类型指数均大于20，甚至部分样品该指数大于40，因此，风二3亚段生烃潜力大于风二2亚段。

3.1.3 有机质成熟度

玛页1井风城组烃源岩镜质体反射率实测数据点11个，深度为4 735～4 851 m，镜质体反射率集中在0.8%左右，表明风城组烃源岩已达到成熟阶段（图5）。

另外，玛页1 井风城组各亚段岩石热解峰温为435～450 ℃的样品超65%，各亚段烃源岩成熟度无明显变化，均处于成熟阶段（图5）。主要是由于取样深度跨度不超过300 m，按照现今地温梯度2.3 ℃/hm 计算，玛页1 井风城组烃源岩成熟度变化理应不大。但是玛页1 井仅代表玛北风城组埋深小于5 000 m 的热演化面貌，盆地热演化史模拟推测玛湖凹陷风城组埋藏深度大于6 000 m，可达到高成熟热演化阶段。

综上所述，玛页1 井风城组各亚段均发育有效烃源岩，其沉积环境和沉积组合存在明显差异，导致烃源岩的优势岩性、有机质的丰度和类型均有所区别。风三3亚段、风二1亚段和风二3亚段烃源岩品质相对较好，其中，风三3亚段烃源岩最优，是一套有机质丰度达到中等—好、以Ⅱ1型和Ⅰ型干酪根为主的成熟烃源岩。

3.2 储集层品质

3.2.1 储集空间类型

玛页1 井岩心、薄片、扫描电镜等资料揭示，风城组储集空间类型主要包括微裂缝、溶孔、粒间孔以及有机质孔，各亚段储集空间类型受优势岩相控制，存在明显差异（图7）。

风一1亚段微裂缝欠发育，裂缝密度为1～7条/dm，以构造裂缝为主，多被泥质充填。优势甜点储集层为透镜状泥质粉砂岩，相比泥页岩有一定抗压实能力，以粒间孔为主，孔隙直径为0.9～20.0 μm（图7a），由于陆源物质输入量较小，该类甜点规模较小。

图7 玛页1井风城组储集空间类型Fig.7.Reservoir spaces of Fengcheng formation in Well Maye-1

风二3亚段裂缝密度为2～16 条/dm，以构造裂缝和缝合线为主，构造裂缝多被碳酸盐矿物半充填，未充填矿物表面原油浸染明显，缝合线明显弯曲和分叉，多被有机质充填。该亚段优势甜点储集层以透镜状白云质粉砂岩和块状混积岩为主。透镜状白云质粉砂岩易形成构造微裂缝，其中的白云石易被有机酸溶蚀，因此，孔隙类型以溶孔和微裂缝为主，溶孔孔隙直径为0.3～5.0 μm，裂缝开度多小于3.0 μm（图7b、图7c）；块状混积岩由陆源矿物和内源结晶矿物混积形成，发育溶孔和微裂缝，溶孔以钾长石和白云石晶内溶孔为主，孔隙直径多小于5.0 μm，局部发育微裂缝（图7d）。

风二2亚段裂缝密度为1～17 条/dm，以成岩泄水缝和构造裂缝为主，多被碳酸盐矿物充填。雪花状泥质白云岩是该亚段常见的优势甜点储集层，这种内源控制型甜点储集层有机质孔比较有限，烃类物质主要富集在碳酸盐矿物的晶间孔和溶孔内，孔隙直径多小于2.0 μm（图7e）。

风二1亚段与风二3亚段沉积环境相同，优势甜点储集层类似，以块状混积岩和透镜状白云质粉砂岩为主，二者孔隙类型基本一致（图7f），天然裂缝发育特征相似，裂缝密度稍大，为2～21条/dm。

风三3亚段微细裂缝最发育，密度为5～45 条/dm，优势甜点储集层多为纹层状混积岩，层理缝、构造裂缝和扩溶缝发育，层理缝连续性较好，裂缝走向近水平，以未充填—半充填为主。镜下可见纹层状混积岩为亮色碳酸盐岩、长英质矿物与暗色有机质互层（图7g），白云石和长石晶内溶孔发育，孔隙直径为1.2～8.3 μm，有机质粒间孔呈多边形（图7h），有机质内部发育大量气泡状和纺锤状孔隙（图7i），孔隙直径普遍小于2.0 μm。

3.2.2 物性和含油性

玛页1 井风城组纹层状混积岩和透镜状白云质粉砂岩有效孔隙度为2.0%～5.0%，含油级别以油斑和油浸为主；块状混积岩有效孔隙度为1.0%～3.0%，含油级别以油斑和油迹为主；雪花状泥质白云岩和透镜状泥质粉砂岩有效孔隙度普遍小于2.0%，含油级别以油迹为主。

3.3 工程品质与可动性

3.3.1 脆性指数

玛页1 井风城组储集层脆性指数为41.1%～90.7%，受石英、白云石、长石等脆性矿物含量影响，风二3亚段和风二2亚段脆性指数较大，平均为81.6%和75.7%，风三3亚段、风二1亚段和风一1亚段次之，平均为68.5%、68.3%和52.7%（图8）。当脆性指数大于60.0%时，储集层易形成裂缝网络[19]，因此，除风一1亚段，风城组各亚段均属于可压裂性强的储集层。

3.3.2 可动性

目前评价页岩油可动性多采用含油饱和度指数[20-21]。玛页1井风城组各亚段优势甜点储集层平均含油饱和度指数多大于50 mg/g，均发育含油饱和度指数大于100 mg/g的甜点段，其中，风三3亚段含油饱和度指数主要为67～434 mg/g，平均为190 mg/g；风二1亚段含油饱和度指数主要为38～234 mg/g，平均为88 mg/g；风二2亚段含油饱和度指数主要为35～213 mg/g，平均为78 mg/g；风二3亚段含油饱和度指数主要为45～305 mg/g，平均为105 mg/g；风一1亚段含油饱和度指数主要为23～135 mg/g，平均为59 mg/g（图5）。因此，玛页1 井风城组页岩油可动性整体较好，风三3亚段最好。

3.4 页岩油甜点优选

根据玛页1 井风城组各亚段烃源岩品质、储集层品质、工程品质、天然裂缝特征及可压裂性对比分析，确定页岩油甜点评价标准，其中，Ⅰ类甜点的孔隙度大于3.0%，游离烃含量大于1.0 mg/g，脆性指数大于65.0%，裂缝密度大于10 条/dm，含油饱和度指数大于100 mg/g（表2）。基于此评价标准，玛页1井风城组划分出Ⅰ类甜点5 层、Ⅱ类甜点4 层和Ⅲ类甜点4 层。其中，Ⅰ类甜点优势储集层主要为纹层状混积岩和透镜状白云质粉砂岩，集中发育在风三3亚段和风二3亚段（图8）。以玛页1 井风三3亚段深度为4 590.3—4 598.5 m层段为例，该层段优势岩性以纹层状混积岩为主，含油面积定量评价大于30%，平均裂缝密度为23条/dm，高角度裂缝较发育，整体含油，原油沿层理缝和微裂缝分布。该层段平均游离烃含量为1.8 mg/g，平均残余有机碳含量为0.80%，平均岩石热解峰温为445 ℃，平均有效孔隙度为4.3%，平均脆性指数为75%，平均含油饱和度指数为232 mg/g。综合评价该层段为Ⅰ类甜点。

表2 玛页1井风城组甜点分类评价Table 2 .Classification and evaluation of the sweet spots in Fengcheng formation in Well Maye-1

4 勘探实践

依据甜点评价结果，优选玛页1井射孔井段，采用直井大段分层压裂试油，射开深度为4 581～4 852 m处共19个小层，加入压裂液10 843 m3，加砂443 m3，3 mm油嘴自喷最高日产油量为51 m3，236 d 累计产油量为5 490 m3。玛页1 井风城组获高产工业油流，并具备长期稳产能力，证实玛北风城组页岩油具有良好的勘探前景。

玛页1井风城组产液剖面显示，虽然纵向上19个小层均有产油能力，但各亚段产液贡献率存在明显差异，其中，风三3亚段和风二3亚段产油贡献率大于65%，证实了风城组甜点评价的准确性。此外，为落实风三3亚段Ⅰ类甜点产油能力，2021 年优选老井风南14 井恢复试油，射开储集层厚度仅5 m（4 113—4 118 m），优势岩性以纹层状混积岩为主，加入压裂液597 m3，加砂31 m3，3 mm油嘴自喷日产油量为22 m3，日产气量为1 510 m3；针对风二3亚段Ⅰ类甜点，优选老井夏202 井恢复试油，射开储集层厚度为47 m，优势岩性以透镜状白云质粉砂岩为主，加入压裂液2 020 m3，加砂200 m3，日产油量为36 m3，老井的成功突破进一步证实风城组页岩油勘探开发的巨大潜力。

综上所述，玛湖凹陷风城组碱湖型页岩油勘探前景广阔，特别是风三3亚段埋藏深度小，发育纹层状混积岩优势储集层，是Ⅰ类甜点主要发育层段，多口探井试油成效显著，可作为该区风城组页岩油勘探开发的重点目标。

5 结论

（1）玛湖凹陷风城组页岩油藏细粒沉积岩可划分为12 种岩石类型，其中，块状混积岩、纹层状混积岩、雪花状泥质白云岩、透镜状白云质粉砂岩、透镜状泥质粉砂岩和块状泥页岩分布广泛。根据沉积环境将风城组划分为淡水、咸化、蒸发盐岩、弱咸化和低盐度5类沉积组合，对应5个细粒沉积岩亚段，沉积组合时序性变化与各亚段优势甜点储集层的形成密切相关。

（2）玛湖凹陷风城组各亚段均发育有效烃源岩，其中，风三3亚段为有机质丰度中等、以Ⅱ1型和Ⅰ型干酪根为主的成熟烃源岩，发育纹层状混积岩优势储集层，裂缝和溶孔发育，物性和含油性好，脆性指数大，油气可动能力强，具有利于页岩油富集的生烃、储集等诸多优势条件，可作为风城组页岩油下步勘探开发首选目标。