准噶尔盆地南缘乌鲁木齐一带芦草沟组含油气页岩储层特征

雷国明 梁斌 史美超 严贞凤

摘  要：以钻探、地质综合录井、综合测井、核磁共振测井、电成像测井技术及实验测试为手段，以岩石矿物学特征、储层物性、储集空间类型和储集性能研究为重点，开展准南冲断带东段乌鲁木齐一带芦草沟组含油气页岩储层特征研究，结果表明：芦草沟组含油气页岩总厚23.8 m，其中油层2层，累计厚13.4 m，为中等含油饱和度页岩油气藏;薄片镜下显示页岩中油迹（油层）呈层状、条带状，垂直页岩层面浸染页岩层，浸染强度中等;页岩储层矿物成分以脆性矿物为主;含油气页岩储层储集空间类型由纳米-微米级孔隙和两期构造裂缝构成，第二期构造运动控制了芦草沟组的油气运聚，缝隙和溶蚀孔洞为主要油气储集空间，含油层段发育高角度高导缝隙。

关键词：准南冲断带;乌鲁木齐一带;芦草沟组;页岩储层

准噶尔盆地南缘位于天山北缘山前褶皱带上，呈长条状分布，构造复杂， 分东西两段[1-4]。东段阜康断裂带西起乌鲁木齐，东至吉木萨尔，南接博格达山北麓。准南冲断带常规油气勘探成果显著，先后发现独山子油田、齐古油田、三台油田、玛纳斯气田、呼图壁气田等，油气藏赋存层位为上三叠统、下中侏罗统，油源主要为上二叠统[5]。近年来，随着国家非常规油气勘探特别是页岩气勘探开发取得重大突破，准南地区巨厚的含油页岩油气勘查日益受到重视[6]，该地区非常规油气勘查研究尚处于探索阶段，2013—2015年新疆地矿局地质九队乌鲁木齐至阜康一带开展页岩气远景区调查，优选乌鲁木齐米东区、吉木萨尔泉子街页岩油气有利区，有利层位为上二叠统芦草沟组页岩层系。2016—2018年在乌鲁木齐米东区、吉木萨尔泉子街有利区开展页岩气战略选区调查工作，估算页岩气资源量1 700×108 m3❶。含油气页岩作为致密的非常规能源层段，其岩性垂向变化快、储层类型多样、较强的非均质性和各向异性，有利储层识别难度大。因此，开展准南冲段带东段含油气页岩储层评价，对该地区页岩油气勘探取得突破奠定了重要地质依据。

1  地质概况

研究区位于准南冲段带东段阜康断裂带乌鲁木齐一带（图1）。上二叠统芦草沟组页岩为区内含油气目标层段，地层平均厚1 057 m。沉积相自下而上由扇三角洲过渡为湖泊-扇三角洲相，岩性自底向上由暗色泥岩、粉砂岩互层向上过渡为暗色富有机质泥页岩夹透镜状碳酸盐岩[5-6]。含油气有利目标层段为芦草沟组上部，暗色页岩厚253～555 m，平均厚350 m（图2）[5]，有机碳（TOC）含量平均为4.31%，有机质成熟度（Ro）平均为0.8%，干酪根类型以Ⅱ型为主，含油气51层总厚229.1 m，单层厚度0.7～21.0 m1。

2  含油气页岩层段特征

页岩作为非常油气储层，具较强的非均质性和各向异性[7-9]，其含油气特征远异于常规油气储层。

2.1  含油气页岩层厚度及测井响应

含油气层有效厚度是油气评价的主要指标之一。研究区米参1井钻探显示，芦草沟组含油岩心一般裂隙较发育，油迹沿裂隙分布，局部沿裂缝渗出（图3-a-f）。共钻遇7层含油气层，单层厚1.0～9.7m，总厚23.8 m。其中油层2层（累计厚13.4 m，）、差油层4层、差气层1层。测井综合解释含油气层段：电阻率平均值为1 945～5 211 Ω·m、声波时差平均值为55～65 μs/ft、密度平均值为2.37～2.50 g/cm3、中子平均为7.1%～17.9%。頁岩含油层测井结果：电阻率为1 945.6～2 287.4 Ω·m、声波时差平均为61.6～62.2 μs/ft、密度平均为2.4～2.5 g/cm3、中子平均为16.1%～17.2%，中高伽马、自然电位无明显异常，与油气显示层相比，油层具相对低电阻率、高声波时差、高中子特征（图4）。

2.2  含油饱和度

含油饱和度反映了储层油气量的大小，是油气藏评价的参数之一[11]。钻井岩心显示，64、66油层岩心沿微裂缝有明显油迹渗出，断面含油面积超过50%，属富含油层（图4）。测井综合解释：芦草沟组含油气7层，含油饱和度为10.5%～33.7%，平均19.3%，其中64、66含油层的含油饱和度为16.3%～33.7%，平均25%，最高为66层，含油饱和度为33.7%，为中等含油饱和度非常规油气藏。

3  含油气页岩储层特征

3.1  页岩储层岩石学特征

芦草沟组页岩油气储层以粉砂质泥岩为主，含有机质泥晶白云岩、泥微晶白云岩。薄片显示暗色泥质与泥晶白云石、泥微晶白云石呈条带状互层产出;油迹（油层）呈暗色层状、条带状，垂直页岩层面浸染页岩层，浸染强度中等;白云石呈他形粒状、似斑状、泥晶集合体产出;局部被油迹浸染，呈黄褐色，油浸深度0.05～0.1 mm（图3-g，h）。

3.2  页岩储层脆性矿物含量

脆性矿物含量是页岩等致密低渗油气储层改造的关键指标[10-12]。研究区芦草沟组含油气页岩脆性矿物主要为石英、钾长石、方解石、白云石及黄铁矿，石英、长石为主，碳酸盐矿物次之。粘土矿物以伊利石及伊-蒙间层为主，含量均值30%。整体上属高脆性矿物层，利于页岩油气储层改造（表1）。

3.3  页岩储层储集空间类型

含油气页岩储集空间类型研究是油气存储评价的重要依据[13-16]。研究区芦草沟组含油气页岩储集空间类型多样[17]，主要包括宏观尺度孔洞、裂缝及微观尺度孔隙与缝隙。其中钻探显示缝隙和溶蚀孔洞为有利油气储集空间，孔隙含油气较一般。

3.3.1  孔隙及发育规律

研究区页岩油气储层孔隙较发育，包括宏观尺度的溶蚀孔洞（肉眼可见的毫米级至厘米级）及微观尺度（肉眼不可见的微米级）的粒间溶孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔、铸模孔及有机质微孔（图5-a-i）。各类孔隙均可形成良好的页岩油气储集空间[11-13]。研究区页岩储层溶蚀孔洞主要发育在碳酸盐岩夹层中的鲕粒或裂缝发育部位，通常形成鲕粒粒内溶孔和粒间溶孔，宏观上可见这类孔洞沿层理面方向呈定向分布、垂向上呈蜂窝状分布（图5-a，b，c））。在碳酸盐岩夹层较多的芦草沟组上段，该类储集空间较为发育;在碳酸盐岩不发育的中段与下段，该类储集空间很少发育。纳米-微米级微孔以有机质孔为主。芦草沟组上段含碳质页岩层系连续厚度及累积厚度均较大，有机质丰度高，有机质孔最发育（图4）。

3.3.2  缝隙及发育规律

缝隙系统对提高储层孔隙连通性及渗透率、改善储层， 提供有效储集空间起关键作用。研究区缝隙包括了宏观尺度（肉眼可见）的裂缝（直立缝、斜裂缝）、溶蚀缝、缝合线及微观尺度（肉眼不可见）的层间微裂缝、粒间缝、微裂缝、粒间孔缝、纹层缝、有机质碎屑边缘的微裂缝及黏土矿物内部缝（图5-j-r）。

对于油气而言，缝隙具双重作用，它既可成为油气运移通道，又可成为有效的储集空间;既可破坏油气藏，导致油气散失，又可改善储层，提高储层孔隙连通性及渗透率。米参1井井下岩石缝隙中含油较普遍（图5-j-m）。从构造裂缝发育的期次来看，在准南乌鲁木齐一带存在 2 期构造留下的痕迹，其中第2期构造运动控制了研究区芦草沟组中的油气运聚。第1期构造运动所形成的裂缝是在挤压背景下所产生的共轭剪节理，多被碳酸盐岩矿物半充填或全充填，之后局部被溶蚀，未有油气充注。推断该期构造运动及伴生裂缝的形成早于芦草沟组生排烃期。该期共轭剪节理形成两组裂缝，裂缝呈低角度斜交或近于平行层面（图5-k-i）。

第 2 期构造运动在芦草沟组中产生强烈的挤压、该期构造运动在脆性岩石中形成两组裂缝，一组垂直或近于垂直层面的裂缝（图5-j），一组高角度斜交层面的裂缝（图5-m）。两组裂缝中无碳酸盐岩脉充填，通常为油气充填;同时在第1期构造运动后形成的碳酸盐岩脉中未被填充的缝隙及溶蚀孔洞里见到油气充注（图5-l），这些缝隙成为研究区良好的页岩油气储集空间。推断该期构造运动及伴生的裂缝与芦草沟组生排烃高峰期大致相当。

第2期构造运动均控制了准南冲段带东段芦草沟组的油气运聚。其构造运动形成的无脉充填缝及第 1 期构造运动后的碳酸盐岩脉溶蚀缝均成为研究区良好储集空间。

3.4  页岩油气储层测井识别

研究区米参1井钻探表明，芦草沟组含油气页岩储层段发育一组高角度裂隙，裂隙一般为未充填或半充填，沿裂隙面见无色轻质油渗出的油迹，镜下显示蓝色荧光（图3-a-f）。电成像测井显示该层段高导缝隙较发育，测井像图上裂缝特征显示为低阻暗色的正弦条纹曲线，裂缝呈垂直或高角度斜交层理面（图4）。

4  结论

（1）芦草沟组含油气页岩总厚23.8 m，其中油层2层，厚13.4 m，为中等含油饱和度页岩油气藏。

（2）含油页岩储层以脆性矿物为主，薄片镜下显示油迹（油层）呈层状、条带状，垂直页岩层面浸染页岩储层，浸染强度中等。

（3）含油页岩储层储集空间类型由孔隙和缝隙两大类构成， 孔隙包括宏观尺度的溶蚀孔洞及微观尺度的粒间溶孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔、铸模孔及有机质微孔，孔隙多以微观尺度的纳米-微米级孔隙为主，宏观尺度的孔隙多发育于碳酸盐岩夹层中。缝隙包括宏观尺度的裂缝、溶蚀缝、缝合线及微观尺度的层间微裂缝、粒间缝、微裂缝、粒间孔缝、纹层缝、有机质微裂缝，缝隙的发育分两期， 第一期形成低角度斜交共轭剪节理，被方解石脉充填，第二期构造运动控制了研究区芦草沟组的油气运聚，其构造运动形成的高角度斜交层面的裂缝及第一期构造运动后的碳酸鹽岩脉溶蚀缝被油气充注。

（4）缝隙和溶蚀孔洞为主要油气储集空间，含油层段发育高角度高导缝隙。

参考文献

[1]    况军，贾希玉.喜马拉雅运动与准噶尔盆地南缘油气成藏[J].新疆石油地质，2005，26（2）：129-133.

[2]    况军，齐雪峰.准噶尔前陆盆地构造特征与油气勘探力向[J].新疆石油地质， 2006，27（1）：5-9.

[3]    陈书平，漆家福，于福生，等.准噶尔盆地南缘构造变形特征及其主控因素[J].地质学报，2007，81（2）：151-157.

[4]    郭召杰，吴朝东，张志诚，等.准噶尔盆地南缘构造控藏作用及大型油气藏勘探力向浅析[J].高校地质学报，2011，17 （2）：185-195.

[5]    王正和，丁邦春，闫剑飞等，准南芦草沟组沉积特征及油气勘探前景[J].西安石油大学学报（ 自然科学版），2016，31（2）25-32.

[6]    陈建平，王绪龙等. 准噶尔盆地南缘油气生成与分布规律—典型油藏油源解剖与原油分布规律[J]. 石油学报，2016，37 （4）：415-429.

[7]    Curtis J B. Fractured shale-gas systems[J]. AAPG Bulletion，2002， 88 （11）：1921-1938.

[8]    王祥，刘玉华，张敏，等.页岩形成条件及成藏影响因素研究[J].天然气地球科学，2010，21（2）：350-356.

[9]    王飞宇，贺志勇，孟晓辉，等.页岩气赋存形式和初始原地气量预测技术[J].天然气地球科学，2011，22（3）：501-510.

[10]  Loucks R U，Reed R M，Ruppel S C，et al. Morphology，gene-sis， and  distribution  of  nanometet-scale  pores in siliceous mud         stones of the Mississippian Barnett Shale[J].Journal of Sedimenta  ry Research，2009，79（12）：848-861.

[11]   Loucks R U，Ruppel S C.Mississippian Barnett Shale; Litho-facier and depositional setting of a deep-water shale-gas succession in the Fort Worth Basin Texa [J].AAPG Bulletin，2007，91（4）：579-601.

[12]  陳吉，肖贤明.南方古生界3套富有机质页岩矿物组成与脆性分析[J].煤炭学报，2013，38（5）：822-826.

[13]  Ambrose Ray J，Hartman Robert C，Diaz-Campos  Mery， etal. New Pore-scale Considerations for Shale Gas in Place Cal-culation[C].SPE 131772，2010：1-17.

[14]  魏祥峰，刘若冰，张廷山，梁兴.页岩气储层微观孔隙结构特征及发育控制因素——以川南一黔北XX地区龙马溪组为例[J].天然气地球科学，2013，24（5）：1048-1059.

[15]  李臣臣， 刘大锰， 蔡益栋，等.新疆准南地区煤储层显微裂隙特征及矿物控因分析[J]. 煤炭科学技术，2015，43（12）144-151.

[16]  于炳松.页岩气储层孔隙分类与表征[J].地学前缘，2013，20（4）;211-220.

[17]  王正和，余谦.准南上二叠统芦草沟组非常规油气储层特征[J].岩性油气藏，2017，29（5）：28-35.

Oil-bearing Shale Reservoirs Characteristics of Lucaogou Formation in Urumqi Region，Southern Margin of Junggar Basin

Lei Guoming1，2， Liang Bing2， Shi Meichao2，Yan Zhenfeng2

（1.Geology and Mineral Resources Office，Xinjiang Bureau of Geological and Mining Resources， Urumqi，830000，China;2.No.9 Geological Party， Xinjiang Bureau of Geological and Mining Resources， Urumqi 830000，China）

Abstract：Based on the results of the drilling，geological comprehensive logging，comprehensive logging，nuclear magnetic resonance logging，electrical imaging logging technology and experimental testing technology，the paper focuses on the study of the Petrological Mineralogical Characteristics，Reservoir Physical Properties，Reservoir Space Types and Reservoir Performance. The results show that the oil-bearing shale has a total thickness of 23.8 m，of which 2 layers， cumulative thickness of 13.4 m，are moderately oil-saturated shale reservoirs in Lucaogou Formation，and the Petroleum slices show that oil traces （reservoirs） in shale are layered，striped and vertical shale layers，and medium intensity of the dissemination;and the mineral composition of shale reservoirs is mainly brittle minerals;the reservoir space type of oil-gas shale reservoir is composed of nano-micron pore and two stages of structural fracture.The second stage of structural movement controls the oil-gas migration and accumulation of Lucaogou Formation in the study area.The main reservoir space is crevice and dissolution hole，and which shows that oil-bearing layers are characterized by high angle and high conductivity fractures.

Key words： Southern margin of Junggar Basin;Urumqi region;Lucaogou Formation;Shale reservoirs