苏北盆地上白垩统—第三系页岩油气成藏层位及有利区带

郑开富，彭霞玲

(中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司地质科学研究院，江苏 扬州 225012)

0 引言

页岩油是指以页岩为主的页岩层系中所含的石油资源，其中包括泥页岩孔隙和裂缝中的石油，也包括泥页岩层系中的致密碳酸岩或碎屑岩邻层和夹层中的石油资源。页岩油与页岩气一样，是存在于页岩或坚硬岩盘中的液体状原油或凝析油，但分布地区不同，其密度、黏度比页岩气高，基本上可用相同的技术开采(罗承先，2011)。

页岩气的狭义指产于页岩中的天然气，但在实际应用中已扩展到富有机质的泥岩、页岩、粉砂质泥岩、硅质泥岩等。正因为此，也称之为泥岩气。与其相关的是页岩油，则是指在此类泥质岩(主要是裂缝)中所含的原油(张抗等，2009)。

页岩气是以吸附和游离状态同时存在于泥页岩地层中的天然气。全世界页岩气资源估计为456×1012m3，页岩气资源主要分布在北美、中亚、中国、拉美、中东、北非和前苏联，其中北美最多，为108.7×1012m3(刘洪林等，2009)。据近年来的国外页岩气研究统计，页岩中的吸附气量和游离气量大约各占50%(张金川等，2008)。

苏北盆地上白垩统—第三系分布广，地层完整，泥页岩发育良好，厚度大，有机质丰富，演化程度高，具备页岩油气成藏的地质条件，开发潜力巨大。因此，研究、勘探与开发页岩油气资源具有重要的现实意义。

1 苏北盆地泥页岩沉积与分布特征

苏北盆地上白垩统—第三纪地层发育完整，勘探揭示，地层由上到下为第四系东台组、第三系盐城组、三垛组、戴南组、阜宁组和上白垩统泰州组。其中，高邮凹陷是地层发育最完整的凹陷，岩性以河湖相成因的砂泥岩为主，最大沉积厚度达7 000 m(张喜林等，2004)。

在上述地层中，泥页岩主要发育在阜宁组四段(E1f4)、二段(E1f2)和泰州组二段(K2t2)，它们是苏北盆地重要烃源岩(陈安定，2006)。

1.1 泰州组二段(K2t2)

泰州组二段沉积时期，地壳运动相对平静，苏北盆地的陆屑供给不足，导致东台坳陷东西沉积差异明显，其界限大致在柳堡—秦栏一线。该线以西地区，砂岩发育，厚度最大，暗色泥岩最少，代表了湖区水下还原环境;以东地区则暗色泥页岩发育，厚度变化不大，反映为滨浅湖—半深湖的沉积相带。在盐阜坳陷内，主要是浅湖相沉积环境。因此，泥页岩的发育地区主要在海安凹陷和部分高邮凹陷。其岩性主要为一套灰黑色泥岩为主夹薄层泥灰岩、粉砂岩，富含女星介化石为其特征，顶部尚夹泥灰岩或粉砂岩薄层。

东台坳陷:东台坳陷以柳堡—菱塘桥一线为界，以西为河流相发育区，以东为湖相发育区。其中，西区(包括现今之菱塘桥、柳堡低凸起和金湖凹陷)主要发育河流泛滥平原沉积。东区高邮凹陷许庄地区发育冲积扇相沉积，大仪集—邵伯—竹墩发育扇三角洲相沉积，秦栏地区发育三角洲相沉积，临泽凹陷、柘垛低凸起西部、高邮凹陷北斜坡中西部发育滨浅湖相沉积，柘垛低凸起东部、高邮凹陷北斜坡东部发育浅湖、半深湖相沉积。

盐阜坳陷:盐阜坳陷主要为浅湖相沉积，以暗色泥岩发育为特征;涟北凹陷北部、阜宁凹陷北部、盐城凹陷引水沟地区发育扇三角洲相沉积。

该套泥页岩，在苏北盆地的中、西部较薄，东部较厚，厚度为50～150 m(图1)。

图1 苏北盆地泰州组二段(K2t2)泥页岩厚度分布图

1.2 阜宁组二段(E1f2)

阜宁组二段沉积期，苏北盆地湖面开阔，湖盆比较平稳，周围高差不大，基本保持西高东低的沉积格局。

东台坳陷:坳陷西部的金湖凹陷H2井附近发育水下扇沉积，岩性以砂砾岩为主夹黑色泥岩。泥沛—汊涧一线以西发育三角洲前缘相带。柳堡—沙埝—韦庄以西发育浅湖砂坝沉积，在刘庄—崔庄—韩竹园分别向南分叉至潘庄—汊涧一带、向西南分叉至老朱庄一带以及宝应、唐港、塔集—闵桥地区碳酸盐生物滩(或鲕滩)沉积。其他广阔区域为半深湖、深湖相沉积发育区，岩性主要为灰黑色泥岩夹少量薄层泥灰岩，及少许方沸石化凝灰岩，代表着一种比较平静的半深湖相还原性环境，盐度较西部高些。

盐阜坳陷:全区均为半深湖、深湖相沉积发育区，主要是灰黑色泥岩夹少量泥灰岩、油页岩薄层，代表着一种比较平静的半深湖、深湖相还原性环境。

洪泽凹陷:顺河次凹深凹带为蒸发盐湖相沉积，富含石膏及岩盐层，代表闭塞的潟湖环境，气候也比较干旱;其他区域为滨浅湖相沉积发育区。

阜宁组二段在纵向上可分为3个沉积时期:初期—海侵开始阶段，由于地壳运动相对平静，陆地继续下降;另一方面剥蚀减弱，使入湖碎屑物大大减少，致使湖体迅速扩大到全盆地。与此同时，海水又开始影响湖盆，因此，在水较浅的中、西部沉积了一套生物灰岩、鲕灰岩、虫管灰岩等粗结构碳酸盐岩。阜宁组二段中期—海侵影响阶段，海侵影响进一步加大，湖盆水体扩展，水面上升，水深加大，沉积了一套岩性均一的灰黑色泥岩夹泥灰岩、油页岩等，这是半深水环境产物。阜宁组二段晚期—海退阶段，海水逐渐退出本区，在平坦地貌上继续沉积了一套灰黑色湖相泥岩。

阜宁组二段的沉积范围比阜宁组一段大，分布广泛，厚度相对稳定，多在150～350 m左右(图2)。

图2 苏北盆地阜宁组二段(E1f2)泥页岩厚度分布图

1.3 阜宁组四段(E1f4)

阜宁组四段沉积时期，苏北盆地总体上为湖相沉积环境，但由于古沉积环境和构造格局的制约，并在物源供应的差异上，形成了不同凹陷不同的沉积特征。

东台坳陷:源于西部物源区的三角洲继承性发育，三角洲平原相分布于金湖凹陷西部X4井及其以西地区;三角洲前缘相带发育于金湖凹陷骆王庄—泥沛—潘庄一线以西的区域;崔庄—安乐—汊涧次凹深凹部位为浅湖相发育区。源于东北部物源区的三角洲退出该坳陷，其他大部区域为半深湖、深湖相沉积发育区。

盐阜坳陷:源于东北部物源区的三角洲退出该坳陷，三角洲前缘相带分布于盐城、涟南凹陷为半深湖、深湖相沉积发育区。

洪泽凹陷:管镇次凹大部发育源于西南部物源区的三角洲前缘相沉积，顺河次凹深凹带为蒸发盐湖相沉积，顺河次凹外斜坡为滨浅湖相沉积，其他区域为半深湖相沉积发育区。

阜宁组四段的沉积范围更广，厚度相对稳定，一般在100～500 m(图3)。

图3 苏北盆地阜宁组四段(E1f4)泥页岩厚度分布图

2 苏北盆地泥页岩油气显示特征

苏北盆地E1f4、E1f2和K2t23套泥页岩层中油气显示丰富，特别是E1f2和E1f4油气显示尤为丰富。初步统计全区有67口钻井在E1f2和E1f4泥页岩层系中见油气显示，其中E1f2油气显示45井，平面上主要分布于盐城凹陷、高邮凹陷、金湖凹陷和海安凹陷，纵向上主要分布于山字形、四尖峰和七尖峰3个亚段。E1f4全区共有30口井见显示，平面上主要分布于高邮凹陷和金湖凹陷;纵向上尖峰段和弹簧段均有分布。

此外，苏北盆地页岩油气显示类型多样，既有泥岩裂缝含油也有泥页岩中的粉砂岩(或生物碎屑灰岩)薄夹层显示，其中盐城、海安凹陷主要以泥岩“裂缝含油”为主，高邮凹陷和金湖凹陷则二者皆有。

另外，苏北盆地有12口探井在E1f2和E1f4泥页岩层系进行了测试，其中9口井试获原油:YC1井在E1f2试获原油36.83 m3/d;H20井在E1f4累计试获原油11.65 t;HU2井在E1f2累计试获原油35 t，从而证实了苏北盆地泥页岩油气勘探的潜力巨大，E1f2和E1f4泥页岩层系也是页岩油气勘探的重点层系。

3 苏北盆地页岩油气的成藏条件

苏北盆地是江苏地区油气勘探开发的主战场，勘探程度也最高，目前全区共钻探井1 171口，其中高邮凹陷和金湖凹陷共钻探井1 082口。揭示上白垩统泰州组二段(K2t2)、下第三系阜宁组二段(E1f2)和四段(E1f4)等三套泥页岩层发育良好，分布广，厚度变化小。

3.1 泰州组二段(K2t2)

泰州组二段以深灰色、灰黑色泥岩为主，总厚度50～150 m，但属于腐泥型干酪根性质的仅为底部25～40 m厚度的浅湖—半深湖相灰质泥岩。上部40～110 m浅湖相暗色泥岩，虽然有机碳大于0.5%，但生烃潜力、沥青“A”、烃质量分数等均低于生油层标准。仅海安凹陷K2t2泥灰岩段有机碳质量分数0.86% ～5.2%，平均达2.42%，生烃潜力较大(表1)。

表1 苏北盆地上白垩统—古新统烃源岩有机质丰度对比

分析化验结果表明，K2t2富有机质段主要分布在高邮凹陷东部及海安凹陷，剖面上位于K2t2底部泥灰岩段，厚度约15～40 m。根据六尖峰段的发育程度，可以确定K2t2页岩油成藏的最有利区。通过构造演化分析，K2t2泥页岩段现今埋深多大于3 000 m，特别是海安地区，因此，K2t2泥页岩段已达到成熟生排烃阶段。

3.2 阜宁组二段(E1f2)

阜宁组二段以半深湖—深湖相灰黑色泥岩为主，夹薄层泥灰岩、生物灰岩。泥岩的有机碳质量分数一般大于1.0%，平均1.44%，总烃一般大于500 ×10－6，生烃潜力w(S1)+w(S2)介于6～20 mg/g之间，有机质非常丰富。

阜宁组二段富有机质泥页岩、泥灰岩段在苏北盆地全区均有分布，仅在隆起及低凸起上部分剥蚀，厚度一般100～300 m(表2)。样品测试表明，E1f2泥质岩的有机碳具有深凹带较高、斜坡上较低，东部较高、西部较低的特征。认为斜坡上较低与生烃层生油后有机碳的成烃损耗有关，而东部较高与生烃层排烃不畅致使烃类滞留在烃源岩内有直接关系。

表2 苏北盆地晚白垩—第三系烃源岩在东西及南北方向变化特征

根据苏北盆地T33反射层构造图，E1f2生烃层在高邮、金湖、海安及盐城深凹部位埋深多大于2 400 m，在斜坡及低凸起埋深在1 200～2 400 m左右。因此，盆地中深凹带内E1f2的有机质均达到成熟生排烃阶段。

3.3 阜宁组四段(E1f4)

阜宁组四段以大套暗色泥岩为主，夹薄层泥灰岩及油页岩。纵向上，可分为上、下2段，即上部泥灰岩段(也称“尖峰段”)和下部“弹簧段”。E1f4上部泥灰岩段的各项生烃指标相对较高，有机碳质量分数大于1.0%，沥青“A”质量分数大于0.05%，特别是成熟度较高的高邮凹陷，总烃均质量分数大于500×10－6，属于好生烃层。下部弹簧段各项生烃指标相对较低，有机碳质量分数小于1.0%，属于差生烃层。

在对建筑结构基础的处理过程中，存在着多种各类型的处理方法，不同的建筑物对于处理的方法有着不同的要求，在实际的处理过程中，如果将同一种方法应用在不同的建筑物地基结构处理中，就会为地面沉降埋下隐患，一旦建筑物在使用过程中出现意外，就会导致地面沉降加剧。

阜宁组四段烃源岩主要分布在金湖、高邮及溱潼凹陷，其中高邮深凹带的厚度最大，达500 m以上，隆起上及苏北盆地东部海安、盐城等地区多遭到剥蚀，仅在深凹带局部残存，厚度一般小于250 m。

上白垩统—古新统3套生烃层的有机质丰度对比表明，虽然高邮、金湖凹陷E1f2烃源岩的生烃条件最为有利，但烃源岩中有机质丰度低于盐城、海安凹陷。这与盐城、海安凹陷E1f2生烃后输导条件差有关，E1f2生成的烃类排烃后未能及时运移到储层中，滞留在烃源岩内部，因而最有利于形成页岩油。

4 苏北盆地页岩油气有利区带预测

4.1 有利区带评价标准

页岩油气的评价标准主要参照中石化页岩油(气)资源评价及选区研究技术方案(表3)和非常规天然气的分布模式——页岩气主要分布在盆地/凹陷深凹带(刘成林等，2009)。

表3 中石化页岩油气有利区优选参数

4.2 有利区带预测

依据上述标准和页岩油气显示特征，对泥页岩层系相对比较落实、勘探程度相对较高的苏北盆地E1f4、E1f2和K2t23套泥页岩层系进行预测，指出苏北盆地的盐城凹陷、金湖凹陷、高邮凹陷和海安凹陷的深凹带是页岩气勘探的有利区带(图4)。

4.2.1 盐城凹陷 盐城凹陷属于勘探页岩油气的有利区带。勘探目的层包括E1f4、E1f2和K2t2。其中E1f2为页岩油勘探重点层位。

盐城凹陷E1f2暗色泥岩厚可达200 m以上，XZ1最厚达 305 m，TOC在 2.0%左右，Ro大于0.6%，其中，YC1井等深凹带附近Ro大于0.7%，有机质类型以Ⅱ1型为主，Ⅱ2次之。石英、长石、碳酸盐岩等脆性矿物质量分数平均51.3%，黏土矿物质量分数平均36.0%。因此，评价盐城凹陷尤其南洋次凹是苏北盆地页岩油气勘探最有利地区。预测勘探目标区面积553 km2，主要包括南洋次凹、中央断隆带及新洋次凹南部区域。

盐城凹陷E1f4暗色泥岩厚度100～200 m，深凹带厚度200 m以上，其上部残余有机碳质量分数1.23%～2.06%，平均1.65%，其上部Ro为0.42%，因此预测其有利区面积为365 km2，主体位于南洋次凹内。

图4 苏北盆地泥页岩油气勘探的有利区带分布图

盐城凹陷 K2t2底部“六尖峰”段泥岩厚度在2～5 m左右，TOC均值在1.5%左右，Ro在0.8% ～1.0%之间。有机质类型以Ⅲ型为主。预测目标区面积132 km2，主要位于盐城1井附近区域。

高邮凹陷E1f4暗色泥岩厚度多大于200 m，靠近东南部凹陷深凹带厚度可达500 m以上，其上部残余有机碳质量分数最小0.53%，最大2.54%，平均1.27%，上部Ro多大于0.5%，真武地区达1.0%以上。预测勘探有利区面积1 194 km2，主体覆盖了高邮凹陷的深凹带。

高邮凹陷E1f2暗色泥岩厚度普遍大于150 m，向深凹带增 厚至350 m以上，深凹带 TOC小于1.5%，其他地区1.5% ～2.0%，从凹陷北西边缘向东南深凹带Ro由0.5%增 大至0.8%以上。预测勘探有利区面积2 969 km2，基本覆盖了整个高邮凹陷。

高邮凹陷 K2t2底部“六尖峰”段泥岩厚度在30 m左右，TOC均值大多小于 1.5%，Ro大于0.6%，在靠近边界断层的深凹部位能达到1.2%左右。有机质类型以Ⅱ型为主。因此预测有利区面积1 767 km2，主要位于高邮凹陷深凹带东部。

4.2.3 金湖凹陷 金湖凹陷属于勘探页岩油气的有利区带，勘探目的层包括E1f4和E1f2，均为页岩油气勘探目的层。

金湖凹陷E1f2暗色泥岩厚度50～100 m，大部区域厚100 m左右，深凹带TOC小于1.5%，深凹带东西两侧其他地区1.5% ～2.0%，Ro在0.5% ～0.8%之间，深凹带0.8%以上，预测勘探有利区面积2 909 km2，基本覆盖了整个凹陷。

金湖凹陷E1f4暗色泥岩厚度100～300 m，在金湖、桐城深凹带厚达300 m以上，其上部残余有机碳质量分数最小0.91%，最大2.23%，平均1.63%，靠近深凹带E1f4上部Ro多大于0.6%。预测其勘探有利区面积2 664 km2，基本覆盖了整个金湖凹陷。4.2.4 海安凹陷 海安凹陷属于勘探页岩油气的有利区带，勘探目的层包括 E1f4、E1f2和 K2t2，其中K2t2为页岩油勘探目的层，其他为页岩油勘探目的层。

海安凹陷 K2t2底部“六尖峰”段泥岩厚度在35 m左右，由中部向外围逐渐减薄。在凹陷中部，TOC大于1.0%，其中在A10、A6、A22及B1井、TX9井附近地区较高，TOC大于2.0%;Ro大于0.6%，其中在凹陷中部富安次凹及新街次凹内Ro在0.8%～1.0%左右。有机质类型以Ⅱ型为主。因此预测目标区面积317 km2，主要位于海安凹陷富安次凹及李堡地区的B1井附近区域;有利区面积903 km2，主要位于海安凹陷中部区域。

海安凹陷 E1f4上部 TOC最小0.92%，最大2.04%，平均1.21%，其上部Ro多大于0.6%。勘探预测有利区面积437 km2，主体覆盖了海安凹陷除曲塘次凹以外的深凹带区域。

海安凹陷E1f2海北、新街次凹厚达250 m以上，凹陷内TOC自西部向东由1.5%增 大至2.0%以上，深凹带Ro大于0.6%，预测勘探有利区面积921 km2，大体位于海安凹陷深凹带。

5 结论

页岩油气的勘探、开发在我国才刚刚起步，作为能源家族中的新成员——页岩油气的勘查研究就显得更加重要。

苏北盆地在常规油气勘探中已经取得重要进展，而且油气勘探程度很高，在晚白垩—第三系的油气勘探中，揭示泰州组二段、阜宁组二段和阜宁组四段泥页岩发育，分布广，厚度为100～250 m，有机质丰富，有机碳质量分数一般大于1.0%，演化程度高，并在苏北盆地盐城凹陷的E1f2页岩中见到良好的油显示，证实苏北盆地上白垩统—第三系的泥页岩具备了油气形成条件。因此，通过对苏北盆地上白垩统—第三系的基本石油地质条件分析，指出苏北盆地金湖凹陷、高邮凹陷、海安凹陷和盐城凹陷的深凹带是勘探、开发页岩油气的有利区带。

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