苏北盆地古近系页岩油储层有效裂缝识别

王海方

中国石化胜利油田勘探开发研究院，山东东营257015

苏北盆地古近系页岩油储层有效裂缝识别

王海方*

中国石化胜利油田勘探开发研究院，山东东营257015

为了查明苏北盆地古近系阜宁组四段（E1f4）裂缝型页岩油资源的富集规律，对钻孔岩芯所含裂缝进行了精细地观察与描述，对区内E1f4页岩基质和裂缝充填方解石进行了碳氧同位素测试、结合区域埋藏史、生烃史，总结了区内油页岩储层裂缝成因类型与特征，划分了裂缝形成期次并识别了有效裂缝。结果表明：研究区E1f4页岩裂缝可分为4种成因类型：平移式剪裂缝、正向剪切缝、逆向剪切缝和顺层缝；构造裂缝可分为5期次，其中，第I期为平移式剪切缝，未见原油显示，形成于吴堡运动；第II期为正向剪切缝，未见原油显示，形成于真武运动早期；第III期为顺层缝，原油显示丰富，形成于三垛运动中期；第IV期为正向剪切缝，原油显示丰富，形成于三垛运动晚期；第V期为逆向剪切缝，属压性缝，形成于三垛运动末期。第III期和第IV期裂缝原油显示丰富，气测异常明显，为有效裂缝。

构造裂缝；碳氧同位素；阜宁组四段；页岩油；苏北盆地

引言

页岩油是近年来油气勘探的新领域和研究热点［1-3］。阜四段（E1f4）是苏北盆地页岩油勘探和评价的主要目的层，区内多口探井在E1f4段有不同级别的油气显示［4］；显示类型主要以裂缝含油为主，裂缝是页岩油的储集空间和渗流通道［5］。开展泥页岩有效裂缝的成因类型和形成时间研究，对于深入分析页岩油富集规律、准确预测页岩油钻探甜点以及提高页岩油勘探成功率等方面具有重要理论及实际意义［6］。

本文在裂缝宏观、微观特征观察与描述的基础上，依据裂缝发育特征，划分了裂缝成因类型及期次。在裂缝之间相互限制切割关系分析的基础上，运用裂缝充填物碳氧同位素分析，综合研究了裂缝发育时期，识别了有效裂缝的形成时间，以期为该区页岩油气勘探提供重要依据。

1 阜四段页岩沉积构造背景

苏北盆地系苏北南黄海陆相中、新生代盆地的陆地部分，位于江苏省北部，包括安徽省天长县的部分地区。其南以江都-如皋一线为界，北至滨海，西起泗洪、盱眙一带，东临黄海（图1），面积3.5 km2［7］；盆地基底为海相中、古生代沉积实体；盖层为陆相中、新生代断-拗陷沉积体（图2）。依据盖层发育程度将盆地划分为3个二级构造单元、23个三级构造单元［8（］图1）。

E1f4形成于苏北盆地拗陷演化阶段，为一套半深湖—深湖相泥岩、页岩，云、灰质含量高；矿物组成以黏土矿物为主，次为石英和碳酸盐矿物，少量长石、黄铁矿和石膏；岩石相以纹层状灰质泥岩、含灰泥岩、灰质泥岩相为主；TOC在1%～2%，油气显示丰富，是页岩油勘探和评价的主要目的层［9］。主要分布于高邮凹陷和金湖凹陷，高邮凹陷深凹带厚度可达400余米，金湖凹陷汊涧和龙岗次凹厚度可达300余米，向凹陷边缘厚度逐渐变薄；海安、盐城、阜宁凹陷仅在深凹带局部残存，厚度多小于100m［10］。

E1f4沉积后，盆地经历了吴堡、三垛、真武和盐城等多期构造运动［11-12］。其中，吴堡运动以南北向挤压为主，形成戴南组和阜宁组之间的不整合面；真武运动早期以伸展块陷为主，末期以抬升为主；三垛运动早期以伸展块陷为主，末期以抬升为主；盐城运动以抬升剥蚀为主，局部地区有火山活动［13］。这些构造运动的改造与叠加，在阜宁组页岩中形成了多期次、多方向、不同性质的构造裂缝（图3）。

图1 苏北盆地中新生代构造区划图Fig.1 M esozoic-Cenozoic tectonic division of thenorthern Jiangsu Basin

图2 苏北盆地构造演化特征Fig.2 Tectonic evolution characteristicsof northern Jiangsu Basin

图3 苏北盆地E1f4页岩裂缝成因类型及特征Fig.3 Fracture typesand characteristicsof shaleof E1f4in northern Jiangsu Basin

2 裂缝成因类型及特征

在对区内33口钻井岩芯裂缝参数精细观察描述与统计的基础上，依据裂缝成因、产状、几何形态、破裂性质等，将其划分为平移式剪切缝、正向剪切缝、逆向剪切缝、顺层缝等4种成因类型。依据裂缝之间的相互限制切割关系、裂缝开度和充填情况等，识别出了5期裂缝。

第I期裂缝：为平移式剪切缝，多成组出现。一般垂直岩芯层面发育，倾角70◦～90◦，缝面发育垂直岩芯长轴的擦痕（图3a）。被暗色有机质充填或无充填，是在局部或区域应力场作用下形成的剪性缝。

第II期裂缝：为正向剪切缝。与层面呈高角度相交，倾角45◦～70◦。裂缝开度较大，可达10 cm，而且自岩芯顶部向底部逐渐变小。被方解石及泥砾等充填（图3b），未见油气显示。裂缝充填方解石δ13C为1.8‰，δ18O为-7.9‰。

第III期裂缝：为顺层缝，裂缝倾角小，多顺层发育，一般0◦～20◦（图3b，图3e，图3g）；多被方解石充填，方解石脉顶底面光滑，多呈薄片页状，且多含油，气测异常明显。裂缝充填方解石δ13C为4.0‰～5.3‰，δ18O为-8.5‰～-9.2‰。切割被方解石和泥砾充填的正向剪切缝，被正向剪切缝和平移式剪切缝切割。

第IV期裂缝：为正向剪切缝。与层面呈高角度相交，倾角60◦～80◦（图3c，图3f，图3g）；裂缝开度较小，岩芯中多小于2 cm。无充填或被方解石半充填，多含油，裂缝发育段具明显气测异常。部分充填方解石自形程度较好，具粗晶结构。裂缝充填方解石δ13C为2.8‰～3.8‰，δ18O为-9.0‰～-10.0‰。

第V期裂缝：为逆向剪切缝，倾角20◦～45◦，断面擦痕明显（图3d），未见油气显示。属闭合缝，为局部或区域应力场作用下形成的剪性缝。

3 有效裂缝形成时间

充填物碳氧同位素分析是目前国内裂缝型储层研究较为有效的手段［14-16］。对区内E1f4页岩基质和第II、III、IV期裂缝充填方解石进行了碳氧同位素成分测试，获取了其形成时的温度及埋深等参数（表1）。

表1 蜀南地区龙潭组煤层等温吸附参数表Tab.1_ Isothermaladsorp tion parameters tab le of coal，Longtan Formation，in southern Sichuan Basin

分析结果表明，区内E1f4裂缝充填方解石和页岩基质碳氧同位素差异明显，而且第II、III、IV期裂缝充填方解石碳氧同位素也显著不同，同位素分布图上明显可划分为4个区，反映它们的成因不同（图4）。

第II期裂缝充填方解石δ13C为1.8‰，δ18O为-9.2‰，与第III、IV期显著不同，而与页岩基质特征相似；其形成时温度为57.50◦C，E1f4顶面埋深为782.9m，对应于真武运动期。

第III期裂缝充填方解石δ18O和δ13C均较页岩基质偏大，表明方解石脉的δ13C主要来源仍然是原来页岩中的碳酸盐（主要是骨骼碳酸盐），是原生碳酸盐中固有的，而不是来源于其他生物化学及化学作用的产物［17］。同时也说明了这些方解石脉的溶解和沉淀是发生于一个至少半封闭的体系内，与外来的溶解碳酸盐CO2无关，更不是交代成因，应为钙质纹层页岩或富含碳酸盐岩页岩在晚成岩期随有机质的热演化经溶解和再沉淀作用的产物［18］。通过对其形成温度和埋深与高邮凹陷埋藏史［10］对比，认为其形成时间应为三垛中期（图5）。

第IV期裂缝充填物δ13C比页岩基质高，δ18O明显比页岩基质偏负；其形成温度为63.49～68.90◦C，E1f4顶面埋深1 126.0～1 235.0m；其形成温度和埋深均略高于第III期裂缝，推测其形成时间略晚于第III期裂缝形成时间，为三垛中—晚期。该结论与岩芯中上述两套裂缝之间的相互限制切割关系吻合。

结合苏北盆地构造背景及裂缝之间相互限制切割关系，推算第I期裂缝应形成于吴堡运动右行走滑期，第V期裂缝形成应于三垛运动末期（三垛事件）。

图4 苏北盆地E1f4页岩和裂缝充填物碳氧同位素分布图Fig.4 Carbon and oxygen isotopesdistribution diagrame of shale and fracture infillingsof E1f4in northern Jiangsu Basin

图5 形成温度与高邮凹陷埋藏史曲线判断裂缝形成时间图Fig.5 Determ ine fracture formation timew ith form ing time and burialhistory curve in Gaoyou Sag

综上所述，第III期顺层缝和第IV期正向剪切缝均形成于三垛运动期，即三垛中—晚期，与阜四段大规模生排烃期（E2s1晚期-E2s2）［19-20］匹配较好，而且油气显示丰富，气测异常明显，为有效裂缝。而第I期和第II期裂缝由于形成时间与大规模生排烃期匹配较差，且未见油气显示，属于无效缝；第V期缝属压性缝，断面闭合，且与油气形成时间匹配不好，亦属无效缝。该认识与区内E1f2页岩裂缝含油显示等认识一致，如盐城朱家墩地区E1f2含油裂缝均为高角度张裂缝。

4 结论

（1）苏北盆地E1f4页岩发育4类5期构造裂缝，其中第I期缝为平移式剪裂缝，形成于吴堡运动；第II期缝为正向剪切缝，形成于真武运动；第III期裂缝为顺层缝，形成于三垛运动中期；第IV期缝为正向剪切缝，形成于三垛运动晚期；第V期缝为逆向剪切缝，形成于三垛运动末期。

（2）三垛运动中期和晚期形成的顺层缝和正向剪切缝，油气显示丰富，与E1f4大规模生排烃期匹配较好，为有效裂缝。

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编辑：张云云

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Recognition of Effective FracturesW ithin theOil Shale in the Fourth M ember of Funing Formation in Northern Jiangsu Basin

WANG Haifang*
Research Instituteof Exploration and Development ShengliOilfield，Dongying，Shandong 257015，China

To investigate thedistribution of shaleoil in the fourthMemberof Paleogene Funing Formation（E1f4）in Northern Jiangsu Basin，the fractures contained in borehole coreswere surveyed and describedin detail；the carbon and oxygen isotopes w ithin shalematrix and filling calciteweredetermined，andw ith considerationof theburialhistory and hydrocarbongeneration history，thegenetic typesof fracturesand their featuresaresummarized，the formation stagesaredivided and effective fractures are discerned.We conclude that the fractures in E1f4can be classified into four categories：strike-slip shear fracture，normal shear fracture，reverse shear fractureand bedding fracture；the developmentof fracturescan be divided into five stages：on the firststagestrike-slip shear fractureswere formed inWubaomovement；on the second stagenormalshear fractureswere formed in early Zhenwumovement；on the third stage bedding fractureswere formed inm id Sanduomovement；on the fourth stage normalshear fractureswere formed in the late Sanduomovementand on the fifth stage reverse compressional shear fractures were formed in the end of Sanduomovement.Among these five stages，no oil occurs in the first，second and fifth stages of fractureswhile abundantoil appears in the third and fourth stages of fracturesw ith obvious gas logging abnormality and therefore the third and fourth stagesof fracturesareeffectiveones foroilexploration.

tectonic fracture；carbon and oxygen isotopes；the Fourth Memberof Funing Formation；shaleoil；north Jiangsu Basin

王海方，1979年生，女，汉族，河南辉县人，工程师，主要从事油层保护方面的研究工作。E-mail：wwhhff1214@sina.com

10.11885/j.issn.1674-5086.2014.08.27.02

1674-5086（2016）03- 0021-07

TE112

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20160518.1450.002.htm l

王海方．苏北盆地古近系页岩油储层有效裂缝识别［J］．西南石油大学学报（自然科学版），2016，38（3）：21-27．

WANG Haifang．Recognition of Effective FracturesWithin the Oil Shale in the Fourth Member of Funing Formation in Northern Jiangsu Basin［J］．Journalof Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition），2016，38（3）：21- 27．

2014- 08-27网络出版时间：2016- 05-18

王海方，E-mail：wwhhff1214@sina.com