泥页岩的岩石学及微观孔隙结构特征是评价页岩油气储集性能的关键指标。通过岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜、压汞-液氮吸附联合测定及微米CT三维重构等实验分析,对东濮凹陷沙河街组页岩油储层的岩石学特征、岩相类型、孔缝类型、孔喉分布及含油性特征等进行研究。实验分析结果表明,东濮页岩油储层矿物组分主要为黏土矿物、碳酸盐矿物,含有少量长英质矿物,主要的岩相类型包括纹层状灰岩相、纹层状黏土岩相、纹层状灰质细粒混合岩相、纹层状黏土质细粒混合岩相、块状黏土岩相和块状白云岩相;储集空间包括晶间孔、粒内溶蚀孔、黏土矿物晶间孔及有机质孔,微裂缝可分为成岩缝和构造缝,纹层状灰岩相和纹层状灰质细粒混合岩相的储集空间类型多样,储集空间相对较大。岩相和层理构造是影响储层孔隙发育及优劣的重要因素,纹层状灰质细粒混合岩、纹层状灰岩相及纹层状黏土质细粒混合相孔隙尺寸大,孔喉连通性较好,裂缝较为发育,同时具有好的含油性及可动性,其中以纹层状灰岩相最优,它们是东濮凹陷页岩油重点勘探对象。

地球演化过程中存在着不同尺度旋回性,其时间跨度可以由一天至数亿年。地球轨道周期驱动的轨道尺度的沉积旋回,是目前定量化地层划分对比研究最好的时间尺度选择。富有机质页岩的连续性使得轨道尺度的天文旋回更容易保存,而米氏旋回的“时间内涵”是进行地层等时对比的有效手段,可以对富有机质页岩进行高精度的地层划分和对比。本文以中国东部渤海湾盆地东营凹陷页岩油勘探的主力烃源岩层段为例,利用地球轨道周期实现陆相富有机质页岩多尺度地层等时对比,相关研究具有重要的科学和页岩油勘探指导意义。以斜率作为地层划分与对比的基本单元,实现东营凹陷富有机质页岩六级层序等时对比,误差小于4万年。通过天文年代标尺的区域对比,明确东营凹陷页岩油高产层段时间为42.85~41.85 Ma,在E2-E4这3个长偏心率周期范围内,与斜率周期的高振幅段恰巧吻合,推测其与斜率周期驱动的纹层状页岩发育所导致的页岩油高产有关。地球轨道周期具有较高的时间分辨率且较容易识别,万年级的年代框架为陆相页岩高精度等时对比提供了可能,可为页岩油勘探中优质烃源岩层段预测提供精细年代框架。

目前,我国页岩层系石油勘探取得初步突破并呈现良好勘探前景,鄂尔多斯盆地延长组7段是主力勘探战场之一。为更精细地分析长7主力产层——夹层型页岩层系内石油的分布规律与富集主控因素,依托典型油藏解剖、岩心和薄片观察、储层物性分析、岩石热解、场发射扫描电镜结合微区矿物分析以及石油充注运移物理模拟实验等方法,在不同空间尺度下进行研究。结果表明,夹层型页岩层系内石油在区带、油层以及油层内部多个尺度下,均呈现显著的分布非均质性;区带尺度下的石油富集主要受烃源岩品质与规模控制,油层尺度下石油的富集首先受源储配置控制,并受储层物性进一步控制,油层内部含油饱和度的强烈非均质性由成岩作用引起的孔隙发育非均质性导致。进一步的机理研究揭示:烃源岩提供运聚动力和烃类来源,并经历短距离二次运移是烃源岩控制区带尺度夹层型页岩层系石油富集的深层机理;运聚动力随砂岩夹层与烃源岩距离的增加而减弱,是源储配置在油层尺度发挥富集控制作用的重要原因;储层物性与石油注入时所受阻力间的指数级关系,是物性控制油层及其内部石油富集的主要原因;裂缝通过降低砂岩夹层的启动压力梯度,提高运移效率,促进页岩层系内石油的富集与高产。

在海相细粒沉积岩中建立高精度层序地层格架可有效预测富有机质发育层段及优质非常规油气储层,格架的建立是目前非常规油气沉积学和细粒层序地层学中的研究难点。本文以川北陡山沱组细粒沉积岩为研究对象,选取典型剖面,通过野外露头精细描述和薄片高精度分析,在陡山沱组浊积序列段和细粒沉积段划分出块状粗砂岩、层理砂岩、富砂质夹层粉砂岩、滑塌揉皱粉砂质泥岩、粒序韵律粉砂质泥岩、断续砂质纹层泥岩和暗纹层泥岩7种“沉积构造+岩性”分类模式的岩相类型;在上部混积序列段划分出细晶云岩、钙质砂岩、球粒灰岩组成的浅水混积岩相组合,以及泥晶灰岩与钙质泥岩形成的深水混积岩相组合,并以此为基础自下而上识别了斜坡相、缓坡相、深水陆棚相、浅水陆棚相、混积潮坪相和混积陆棚相6类沉积相;通过野外露头观察,识别出4个三级层序界面,包括陡山沱组砂岩与南沱组冰碛岩的岩相突变面SB1、冲刷侵蚀面SB2、岩相转换面SB3和SB4;根据岩相叠加样式及沉积构造定量统计,在陡山沱组中划分了56个准层序,18个准层序组,总结了重力流控准层序、浪控缓坡准层序、浪控陆架准层序和混积准层序等4类准层序样式,识别了9个体系域,划分出3个完整的三级层序单元(SQ1-SQ3)和顶部海侵体系域(TST4);结合沉积相和层序特征,认为川北陡山沱组经历了“陡斜坡—缓坡—陆棚—混积台地”填平补齐的演化过程。