中国陆相页岩油资源潜力巨大，是未来油气储量、产量实现规模增长的重大领域^[1-4]。近年来，页岩油的勘探相继在准噶尔盆地二叠系芦草沟组、鄂尔多斯盆地三叠系延长组、四川盆地下侏罗统凉高山组、松辽盆地白垩系青山口组、渤海湾盆地古近系孔店组和沙河街组，以及苏北盆地溱潼凹陷古近系阜宁组获得工业突破，证实了陆相页岩油的良好勘探潜力^[5-14]。根据岩石组构类型与富集机理，页岩油可划分为纹层型、夹层型、混积型3种类型，其中纹层型页岩油分布面积最广，资源量最大，占总资源量的72%，目前已在渤海湾、松辽、鄂尔多斯等多个盆地取得勘探突破^[15-20]。

随着勘探和研究的进一步深入，发现湖相纹层状页岩既有较好的生烃潜力又有较好的孔渗条件，页岩的纹层越发育，储集能力和渗流能力越好，也更有利于压裂改造^{[2, 9, 21]}，因此，纹层发育密集段被认为是页岩油的有利勘探目的层^[22-24]。越来越多的证据表明，湖相细粒沉积岩发育多种类型纹层，不同类型的纹层对页岩油储集性、可动性及页岩可压裂性具有重要影响，然而不同沉积环境（例如咸水、半咸水、淡水）形成的纹层、纹层组合，以及储油性能之间的差异性尚不清晰^[25]。渤海湾盆地黄骅坳陷沧东凹陷孔店组二段（孔二段）、歧口凹陷沙河街组三段（沙三段）和沙河街组一段（沙一段）已被证实具备良好的页岩油勘探开发前景^{[9, 26]}。2013年，中国石油大港油田率先开展沧东凹陷孔二段500m长井段连续取心，2018年在国内率先实现纹层型页岩勘探突破，2021年实现3套页岩层系全面突破，日产油上升到300t，最高日产油369t，2023年率先建成了中国首个十万吨级陆相页岩油效益开发示范平台。关于沧东凹陷孔二段页岩油的富集规律研究，已经认识到“三高一中”是湖相页岩油富集的有利条件，即高脆性（长英质含量大于50%）、高纹层密度(纹层密度大于11000层/m）、高有机碳含量（2%~6%）、中等热演化程度（R_o为0.6%~1.2%）^[27]。前人的研究表明孔二段、沙三段、沙一段沉积于不同的气候背景和古湖盆环境中，分别代表着咸水、淡水—微咸水及半咸水—咸水的水体中，从而导致纹层类型、组分、结构的差异性^{[9, 26]}，继而影响页岩油的含油性、储集性、可动性、可压裂性等甜点评价。目前国内外尚未有针对不同类型纹层发育特征和形成环境差异性的系统对比研究。本文以渤海湾盆地黄骅坳陷为例，聚焦沧东凹陷孔二段和歧口凹陷沙三段、沙一段页岩油，采用大量的原位表征和测试手段，对纹层的类型、形成环境、控制因素及对页岩储集性、渗流能力和压裂效果的影响进行系统分析，以期为中国陆相页岩油勘探理论和技术的发展提供借鉴和参考。

黄骅坳陷位于渤海湾盆地腹地，属于次级负向构造单元之一，面积约为1.7×10⁴km²，主要发育沧东凹陷、歧口凹陷两大含油气凹陷（图 1a、b）。黄骅坳陷古近系发育孔店组、沙河街组、东营组等多套地层，其中沧东凹陷孔二段、歧口凹陷沙三段和沙一段的泥页岩为3套主力烃源岩发育层段，厚度为200~500m，埋深为2500~5000m，既是常规油气藏的主要供烃层系，又是页岩油勘探的重点层段（图 1c）^[28]。3套页岩层系的沉积环境涵盖了淡水、半咸水和咸水环境，发育了长英质、灰云质、黏土质、混合质4种不同类型的页岩，并且涵盖了中低—中高成熟度，发育不同类型纹层的页岩油均获得勘探突破，充分表明3套烃源岩层系均具有页岩油勘探开发潜力。2018年，GD1701H、GD1702H两口井压裂后均获高产稳产，分别累计产油8964m³、12080m³，率先在沧东凹陷孔二段实现页岩油重大突破；随后借鉴沧东凹陷页岩油勘探开发经验，歧口凹陷沙三段（B56-1H井）页岩油、沙一下亚段（QY1H井）页岩油也取得勘探突破，两口突破井分别累计产油8075t、9526t。

图 1

图 1 黄骅坳陷沧东凹陷、歧口凹陷沉积相图及地层发育特征图[26, 28] Fig. 1 Sedimentary facies distribution and stratigraphic development characteristics in Cangdong Sag and Qikou Sag, Huanghua Depression [26, 28] (a) 沧东凹陷孔二段沉积相图；(b) 歧口凹陷沙三段沉积相图；(c) 黄骅坳陷古近系孔店组、沙河街组地层柱状图

沧东凹陷孔二段页岩层系为一套半干旱—潮湿的咸化闭塞湖盆沉积^[29]，孔二段沉积初期处于湖泛状态，水体持续加深进入湖侵期，湖盆可容纳空间达到最大，然后进入湖退时期，湖盆萎缩，水体变浅，盐度增高^[30]，主要发育长英质、混合质和灰云质页岩，处于中等成熟阶段。歧口凹陷沙三段页岩层系为一套半深湖—深湖的淡水—微咸水湖盆沉积，沉积水体较深，可容纳空间较大，整体处于欠补偿状态^[31]，主要发育混合质和长英质页岩，处于中高成熟阶段^[32]。歧口凹陷沙一段页岩层系发育于湖盆萎缩阶段^[33]，为一套半干旱—半潮湿的半咸水沉积，主要发育灰云质页岩，其中夹有混合质页岩^[34]，埋深相对较浅，仍处于中低成熟阶段^[35]。

初步评估，沧东凹陷孔二段页岩油甜点区分布面积达400km²，其中Ⅰ类甜点区面积为200~400km²，资源量为10.96×10⁸t；歧口凹陷沙三段页岩油甜点区分布面积达1200km^2[26]，其中Ⅰ类甜点区面积为125km²，资源量为2.4×10⁸t；歧口凹陷沙一段页岩油Ⅰ类甜点区面积为86km²，资源量为0.75×10⁸t。

本文研究的泥页岩样品取自渤海湾盆地黄骅坳陷沧东凹陷孔二段G108-8井、G5-5-1H井、G19-25井，歧口凹陷沙三段QY12-1-1井、F39X1井，以及沙一段QY12-1-1井。针对典型样品开展薄片观察、有机地球化学测试、X射线衍射（XRD）矿物分析、AMICSCAN矿物扫描、高分辨率扫描电镜、能谱元素、微米CT扫描及真三轴水力压裂模拟等实验。

沧东凹陷孔二段页岩有机质丰度较高，TOC介于0.14%~7.79%，平均为3.09%（图 2a），有机质以腐泥型和腐殖—腐泥型为主（图 2b），含有少量的腐泥—腐殖型和腐殖型^[30]；岩石热解S₁平均为2.41mg/g，S₂平均为17.05mg/g，R_o的范围是0.7%~1.2%，处于中等热演化阶段^[27]。歧口凹陷沙三段页岩有机质丰度相对较低，TOC介于0.06%~ 3.87%，平均为1.30%（图 2a），有机质以腐殖—腐泥型及腐泥—腐殖型为主（图 2b）；S₁平均为0.90mg/g，S₂平均为2.63mg/g，R_o的范围是0.7%~1.7%，处于中高等热演化阶段。歧口凹陷沙一段有机质丰度介于沙三段和孔二段之间^[35]，TOC介于0.30%~3.52%，平均为1.68%（图 2a），有机质以腐泥型和腐殖—腐泥型为主（图 2b）^[34]；S₁平均为0.69mg/g，S₂平均为9.60mg/g，R_o介于0.5%~0.8%，处于低—中等热演化阶段。

图 2

图 2 黄骅坳陷古近系3套页岩有机地球化学特征图 Fig. 2 Organic geochemical characteristics of the three sets of shale in the Paleogene, Huanghua Depression

XRD矿物分析表明黄骅坳陷古近系3套页岩的矿物主要由石英、长石等长英质矿物，方解石、白云石等灰云质矿物，伊利石、绿泥石等黏土矿物及方沸石等组成（图 3）。以长英质矿物、灰云质矿物、黏土矿物作为三端元，将黄骅坳陷古近系的3套页岩划分为长英质页岩、灰云质页岩、黏土质页岩和混合质页岩4种类型。其中，孔二段的矿物组成以长英质矿物和灰云质矿物为主，含少量黏土矿物；沙三段的矿物组成以长英质矿物、黏土矿物和灰云质矿物为主；沙一段的矿物组成以灰云质矿物、长英质矿物为主，并发育少量黏土矿物。因此孔二段的页岩类型主要为长英质页岩，兼混合质页岩及少量灰云质页岩（图 3a）；沙三段的页岩类型主要为混合质页岩，兼长英质页岩（图 3b）；沙一段的页岩类型主要为混合质页岩及少量灰云质页岩和长英质页岩（图 3c）。

图 3

图 3 黄骅坳陷古近系页岩矿物三端元岩石类型图 Fig. 3 Ternary diagram of shale minerals in the Paleogene, Huanghua Depression

纹层是沉积岩中可分辨的最小或最薄的原始沉积层，用肉眼和光学显微镜能够识别的一种毫米级的微地层单元，具有独特的成分和结构特征，内部无法继续分层，厚度一般小于1mm^{[15, 36]}。随着研究的深入，越来越多的学者发现页岩中的纹层类型复杂，在颜色、形态、物质组成、结构、构造上存在明显的差别，尤其是在湖盆沉积中，沉积物对环境变化更敏感，因此湖相页岩具有更强的非均质性，不同纹层也有更显著的差别^[37-40]。按照矿物成分可以分为长英质纹层、灰云质纹层、黏土质纹层（富有机质纹层）等。

黄骅坳陷3套页岩层系主要发育长英质纹层、灰云质纹层和黏土质（有机质）纹层（图 4）。其中，孔二段页岩层系主要发育长英质纹层及少量灰云质纹层、黏土质纹层，沙三段页岩层系主要发育灰云质纹层、黏土质纹层及少量长英质纹层，沙一段页岩层系主要发育灰云质纹层及少量长英质纹层、黏土质纹层。长英质纹层在薄片下呈黄白色、灰白色等亮色，在荧光薄片下观察呈黄白色或蓝白色中等荧光，根据AMICS分析，其矿物组分主要为长石、石英及一些黏土矿物（图 4）。灰云质纹层在薄片下呈灰白色、黄白色等亮色，在荧光薄片下呈蓝白色或黄绿色中等荧光，根据AMICS分析，其矿物组分主要为泥晶方解石、白云石及亮晶白云石、方解石等矿物（图 4）。富含有机质的黏土质纹层，在薄片下呈黑色、黄褐色等暗色，在荧光薄片下观察荧光亮度低或者发黄褐色暗光，根据AMICS分析，其矿物组分主要为伊利石、绿泥石、微晶方解石、白云石及石英等矿物^[28]。暗色黏土质（有机质）纹层的有机碳含量高，常作为微观源—储系统中的生烃部分，为页岩油富集奠定资源基础，而灰云质纹层和长英质纹层的储集物性较好，常作为微观源—储系统中的储集部分，为页岩油提供储集和赋存空间。

图 4

图 4 黄骅坳陷古近系不同类型纹层的薄片、荧光和AMICS照片特征图 Fig. 4 Characteristics of thin section, fluorescence and AMICS images of different types of shale laminae in the Paleogene, Huanghua Depression

目前砂岩和碳酸盐岩是常规油气藏的主要储层，油气储量约占全世界油气总储量的85%以上，产量更是占到90%以上；与常规的砂岩和碳酸盐岩储层相似，长英质页岩和灰云质页岩中的储层以不同尺度的纹层结构呈现，油气依然富集在长英质和灰云质的孔隙和裂缝中。湖相纹层型页岩有较好的生烃潜力及孔渗条件，因此纹层发育密集段被认为是页岩油的有利勘探目的层^[41]。利用全息扫描荧光技术和微钻对典型页岩样品中不同类型纹层开展含油性分析，可见不同类型纹层含油性具有显著差异，长英质纹层、灰云质纹层含油量高于黏土质（有机质）纹层，长英质纹层含油量可达27.1mg/g，灰云质纹层含油量为25.6mg/g，黏土质纹层含油量为6.3mg/g（图 5）。

图 5

图 5 沧东凹陷孔二段页岩不同纹层微钻取样定量荧光分析图 Fig. 5 Micro-drilling sampling and quantitative fluorescence analysis of shale laminae in the second member of Kongdian Formation, Cangdong Sag (a) G108-8井，3231.55m，孔二段，岩石薄片；(b) 长英质纹层（浅色纹层），荧光光谱；(c) 灰云质纹层（浅色纹层），荧光光谱；(d) 黏土质纹层（深色纹层），荧光光谱

高分辨率扫描电镜和微米CT扫描分析表明，纹层状页岩普遍发育微米—纳米级粒间孔、晶间孔等（图 6），孔径主要为50~500nm；此外，孔隙顺纹层集中发育特征明显，主要集中发育在长英质等脆性矿物纹层中。前人研究表明，脆性矿物纹层厚度仅占35%，但对页岩孔隙度的贡献率可达85%以上^[28]，长英质纹层、灰云质纹层和黏土质纹层有序堆叠时，长英质纹层和灰云质纹层可提供良好的储集和赋存空间。

图 6

图 6 黄骅坳陷古近系纹层状页岩储集空间分布特征图 Fig. 6 Reservoir space distribution characteristics of the Paleogene laminated shale in Huanghua Depression 沙一段下亚段，纹层状灰云质页岩，高分辨率电镜扫描图；(b) 沙三段，纹层状混合质页岩，高分辨率电镜扫描图；(c) 沙三段，纹层状混合质页岩，AMICSCAN矿物扫描图；(d)孔二段，纹层状长英质页岩，微米CT扫描，孔隙三维分布图；（e）孔二段，纹层状长英质页岩，微米CT扫描，球棍模型图

高分辨率扫描电镜观察分析结果表明，长英质纹层发育大量微米级原生粒间孔（含油膜），并发育少部分黏土矿物片间孔、长石及灰云质矿物溶蚀孔（图 7a—c）；灰云质纹层发育大量白云石溶蚀孔、微晶白云石晶间孔，并发育少部分原生粒间孔、黏土矿物片间孔（图 7d—f）；黏土质纹层发育大量的黏土矿物片间孔并发育部分原生粒间孔、晶间孔等（图 7g—i）。综合分析认为，长英质纹层中的孔隙空间以原生粒间孔为主，灰云质纹层中的孔隙空间以溶蚀孔、晶间孔为主，黏土质纹层中的孔隙空间以黏土矿物片间孔为主，因此长英质纹层储集性能最优，其次为灰云质纹层，黏土质纹层储集性能最差。

图 7

图 7 沧东凹陷孔二段不同纹层发育的孔隙类型扫描电镜特征图 Fig. 7 SEM observed pore types in different types of shale laminae in the second member of Kongdian Formation, Cangdong Sag (a) 长英质纹层，原生粒间孔，G5-5-1H井，4103.51m；(b) 长英质纹层，溶蚀孔，G5-5-1H井，4103.51m；(c) 长英质纹层，黏土矿物片间孔，G5-5-1H井，4103.51m；(d) 灰云质纹层，溶蚀孔，G5-5-1H井，4097.05m；(e) 灰云质纹层，微晶白云石晶间孔，G5-5-1H井，4097.05m；(f) 灰云质纹层，黏土矿物片间孔，G5-5-1H井，4097.05m；(g) 黏土质纹层，原生粒间孔、黏土矿物片间孔，G5-5-1H井，3997.54m；(h) 黏土质纹层，黏土矿物片间孔，G5-5-1H井，3997.54m；(i) 黏土质纹层，原生粒间孔，G5-5-1H井，3997.54m

沙一段沉积环境为半干旱—半潮湿的半咸水到咸水湖盆^[34]（图 8a），水体较浅，水体盐度增加，易形成灰云质纹层。沙一段纹层类型主要包含灰云质纹层和长英质纹层两种（图 9）。灰云质纹层的矿物组分主要为泥晶—微晶方解石及白云石，而长英质纹层中的矿物组分主要为碎屑石英、长石、方沸石及白云石等。

图 8

图 8 黄骅坳陷古近系3套页岩微量元素指标纵向变化特征图 Fig. 8 Vertical variation characteristics of trace element indexes of the three sets of shale in the Paleogene, Huanghua Depression (a) 歧口凹陷沙一段C54X1井；(b) 歧口凹陷沙三段F39X1井；(c) 沧东凹陷孔二段G108-8井

图 9

图 9 歧口凹陷沙一段长英质纹层、灰云质纹层发育特征图 Fig. 9 Development characteristics of felsic laminae and limy-dolomitic laminae in the first member of Shahejie Formation, Qikou Sag QY12-1-1井，3673.57m，高分辨率扫描电镜尺度下的灰云质纹层和长英质纹层特征；(b) 与（a）同视域的能谱元素图；(c) QY12-1-1井，3673.57m，高分辨率扫描电镜尺度下的长英质纹层和灰云质纹层特征；(d) 与（c）同视域的能谱元素图

沙三段沉积时期，气候变暖，降雨量增多，沉积环境为半深湖到深湖，且为微咸水到淡水湖盆^[31]（图 8b），水体相对于孔二段和沙一段沉积时期较深，为缺氧的弱还原—还原环境^[32]，形成黏土质纹层。沙三段纹层类型主要为灰云质纹层和黏土质纹层两种，兼部分长英质纹层（图 10）。灰云质纹层的矿物组分主要为泥晶—微晶方解石、白云石等，而黏土质纹层的矿物组分以黏土矿物为主，含有泥晶—微晶方解石、石英及白云石等。

图 10

图 10 歧口凹陷古近系沙三段长英质纹层、黏土质纹层发育特征图 Fig. 10 Development characteristics of felsic laminae and clay laminae in the third member of the Paleogene Shahejie Formation, Qikou Sag (a) F39X1井，3993.29m，长英质纹层、黏土质纹层二元混积；(b) 与（a）同视域的能谱元素图

孔二段沉积环境整体上为半干旱—潮湿的咸水湖盆^[42]（图 8c），其沉积环境从湖泛初期到半深湖再到半深湖—深湖，以及最后的滨湖沉积，表现为先湖侵再湖退的沉积旋回^[43]；半干旱—潮湿的气候使陆源碎屑的输入增强，从而形成长英质纹层；半干旱气候期湖水的蒸发量大于注入量，表现为湖平面下降，同时水体中的盐度增加，方解石、白云石等矿物沉淀，从而形成灰云质纹层。孔二段纹层类型包含长英质纹层、灰云质纹层两种（图 11）。基于扫描电镜成像技术和能谱元素面扫分析，长英质纹层中的矿物组分主要为石英、长石、方沸石及白云石等；而灰云质纹层的矿物组分主要为泥晶方解石、白云石及微晶石英等。

图 11

图 11 沧东凹陷古近系孔二段长英质纹层、灰云质纹层发育特征图 Fig. 11 Development characteristics of felsic laminae, limy-dolomitic laminae in the second member of the Paleogene Kongdian Formation, Cangdong Sag (a) G19-25井，3342.32m，长英质、灰云质二元混积；(b) 与（a）同视域的能谱元素图；(c) G5-5-1H井，4097.05m，长英质、灰云质二元混积；(d) 与（c）同视域的能谱元素图；(e) G5-5-1H井，4103.51m，长英质、灰云质二元混积；(f) 与（e）同视域的能谱元素图

通过对比纹层状页岩和层状、块状页岩的比表面积、孔隙连通性、含油饱和度3个方面，发现高频纹层发育的页岩具有孔隙接触比表面积大、孔隙连通性好、渗流能力强的特点。发育高频纹层的页岩储层比表面积更大，相对于常规油藏所需的充注压差小。在相同的纹层类型页岩体积内，随着纹层密度的增加，长英质纹层或者灰云质纹层等脆性纹层和黏土质纹层之间的层理面增加，可以作为优势渗流通道，油气充注面积也会相应地增加，油气充注面积的增加更有利于油气充注（图 12），因此发育高频纹层的页岩油气充注面积更大，更利于页岩油富集。

图 12

图 12 黄骅坳陷不同类型页岩纹层密度增加时充注面相应增加示意图 Fig. 12 Schematic diagram of hydrocarbon charging surface increasing corresponding to density increase of different types of shale laminae, Huahua Depression

对典型纹层状页岩和层状页岩样品进行洗油前后的氮气吸附实验分析对比，并比较二者洗油前后的孔隙增量及孔径分布。结果表明纹层状页岩洗油后的孔隙增量较高，孔隙连通比例占30%~40%，孔隙连通性较好（图 13a）；而发育层状/厚层状页岩洗油效率低，洗油后孔隙增量不明显，孔隙连通性较差（图 13b），页岩油产出难度更大，主要是因为发育高频纹层的页岩具有更好的孔隙连通性，更有利于页岩油渗流。

图 13

图 13 洗油前后页岩储层孔隙增量对比图 Fig. 13 Comparison of pore increment of shale reservoir before and after oil washing

发育高频纹层的页岩具有较多的富有机质纹层，持续生烃增压使地层整体处于超压状态，压力系数最高可以达到1.58，因此页岩整体具有更高的含油饱和度，并且有机质生烃过程中也会产生有机酸，对长石、灰云质矿物等产生溶蚀作用，形成微米级长石溶蚀孔、灰云质矿物溶蚀孔，与储层协同演化，改善储层物性，从而改善了页岩的储集能力和渗流能力（图 14）。

图 14

图 14 沧东凹陷孔二段长英质页岩内长石、灰云质矿物溶蚀现象特征图 Fig. 14 Dissolution characteristics of feldspar and limy-dolomitic minerals in felsic shale in the second member of Kongdian Formation, Cangdong Sag (a) G5-5-1H井，4096.6m，高分辨率扫描电镜尺度下长石溶蚀孔；(b) G5-5-1H井，4096.6m，高分辨率扫描电镜尺度下灰云质矿物溶蚀孔；(c) 对应（a）放大后的长石溶蚀孔；(d) 对应（b）放大后的灰云质矿物溶蚀孔

黄骅坳陷的页岩层系主要发育长英质纹层、灰云质纹层、黏土质纹层及其组合。已有的资料表明，两种或两种以上的纹层互层构成一种层偶结构，不同岩相具有不同的纹层组合，纹层组合不同造成了页岩储层的非均质性，从而影响页岩储层的微观源储体系。常规油气成藏无论是源外长距离运移成藏还是源内短距离运移成藏，良好的源—储时空匹配是成藏的基本条件。在页岩油气成藏中，富有机质的黏土质纹层（暗色纹层，可定义为源纹层）生成的烃类在满足黏土质纹层自身吸附和充注后，多余的烃类经过源内短距离运移至与黏土质纹层相邻的灰云质纹层和长英质纹层（亮色纹层，可定义为储纹层）中富集^[28]，因此富有机质页岩内的源纹层和储纹层高频耦合有利于页岩油富集成藏。页岩层系宏观尺度下是源储一体的，油气通过微距离运移而后聚集成藏，成藏动力以分子间相互作用力和毛细管力为主，与常规油藏的成藏动力具有较大差异，富有机质纹层生烃后经微距离运移至储纹层，源储匹配相对常规油气藏更为优越。

长水平段和体积压裂相结合是实现页岩油开发动用的必要手段，其中页岩储层的可压裂性对压裂效果评估、设计压裂层段、提升压裂改造效果具有重要意义。利用三棱锥针尖压入样品表面并卸载获取应力—应变曲线，计算获得压痕点弹性模量与硬度力学参数，以此揭示不同类型纹层力学性质的差异性。歧口凹陷沙三段页岩中的长英质纹层较黏土质纹层模量高20%~45%、硬度高50%~300%，灰云质纹层较黏土质纹层模量高6%、硬度高约11%（图 15)。当具有不同力学性质的纹层堆叠在一起时，黏土质纹层弱面能降低页岩屈服应力和断裂韧性，高频纹层型页岩更易起裂。已有的研究表明，沧东凹陷孔二段的页岩以孔径小于2mm的微米级薄纹层为主，歧口凹陷沙三段的页岩以孔径为2~10mm的中厚纹层为主，高频纹层状页岩压裂效果要好于厚层状及薄层状页岩，因此沙三段的压裂难度比孔二段要大，形成复杂缝网难度大。

图 15

图 15 歧口凹陷古近系沙三段不同类型纹层压痕测试结果图 Fig. 15 Indentation test results of different types of laminae in the third member of the Paleogene Shahejie Formation, Qikou Sag (a) QY12-1-1井，4076.83m，长英质页岩中不同纹层压痕实验测试区域；(b) 压痕测试原理示意图；(c) QY12-1-1井，4076.83m，长英质纹层和黏土质纹层模量差异图；(d) QY12-1-1井，4076.83m，长英质纹层和黏土质纹层硬度差异图；(e) QY12-1-1井，4000.7m，灰云质页岩中灰云质纹层和黏土质纹层模量差异图；(f) QY12-1-1井，4000.7m，灰云质纹层和黏土质纹层硬度差异图

采用真三轴水力压裂模拟实验系统，对不同厚度、不同纹层组合（灰云质纹层、长英质纹层、黏土质纹层）开展压裂裂缝扩展物理模拟实验，以明确不同纹层组构对页岩压裂改造效果的影响(图 16)。物理模拟压裂实验结果表明，水力缝高在块状灰云质页岩中扩展受到抑制(图 16a)，在纹层状长英质页岩中扩展较充分(图 16b)；在裂缝起裂阶段，纹层状混合质页岩裂缝长度最大(图 16c)，层状灰云质页岩裂缝长度最短（图 16d）；纹层状混合质页岩水力裂缝面积最大（图 16c），块状灰云质页岩中面积最小（图 16a）。脆性储层在人工压裂过程中能够形成复杂缝网，主要受岩石矿物组分、岩石结构和构造特征控制，高脆性矿物含量、高频纹层结构和适量的层理缝、裂缝是形成脆性储层的有利条件。长英质页岩主要发育长英质纹层和黏土质纹层组合，可压裂性好，可探索形成长段多簇、中等液量、全程滑溜水高起步连续加砂压裂。灰云质页岩主要发育灰云质纹层和黏土质纹层组合，纹层应力差异大、不易形成复杂缝网，创新逆混合压裂新方法，“高黏+低黏+高黏”逆混合压裂提高压裂液造缝能力，解决页岩储层压裂加砂难题。

图 16

图 16 黄骅坳陷不同类型纹层模拟压裂结果图 Fig. 16 Simulated fracturing results of different types of laminae in Huanghua Depression (a) 块状灰云质页岩；(b) 纹层状长英质页岩；(c) 纹层状混合质页岩；(d) 层状灰云质页岩

在孔二段页岩油富集规律和甜点评价的基础上，2017年针对官东地区纹层状长英质页岩C1甜点部署实施两口水平井（GD1701H井、GD1702H井），在先导实验井试采中日产油大于20t的天数达到307天，累计产油达2×10⁴t^[17]，初期日产油61~72m³，稳定自喷650天，日产油稳定在10~12t，预测单井EUR为2.1×10⁴t，率先实现咸化湖盆纹层型页岩油勘探重大突破。其中GD1702H井完钻进尺5280m，压裂段长1286m，S₁平均为3.6mg/g，总液量为40678m³，最高日产油61m³，累计产油12110t，单井EUR为2.32×10⁴t（图 17）。2019—2020年，GY5-1-9井在纹层型页岩甜点层实施水平井钻探，压裂改造后单井EUR达3×10⁴t，之后的GY5-1-3井、GY5-1-4井、GY5-1-5井通过结合长水平段和体积压裂技术，单井EUR达4×10⁴t，实现效益开发^[44]；2023年，先后建成沧东5号平台、歧口6号平台两个效益开发先导实验平台，其中沧东5号平台连续自喷生产416天，累计产油6.93×10⁴t，歧口6号平台见油早、压力稳、产量上升快，放喷65~72天，累计产油3916t。

图 17

图 17 沧东凹陷孔二段纹层型页岩GD1702H井生产曲线图 Fig. 17 Production curve of laminated shale in the second member of Kongdian Formation in Well GD1702H, Cangdong Sag

（1）渤海湾盆地黄骅坳陷古近系发育3套富有机质页岩，分别为沧东凹陷孔二段和歧口凹陷沙三段、沙一段。孔二段有机质丰度高，干酪根以腐泥型和腐殖—腐泥型为主，热演化程度中等，页岩以长英质页岩为主，并发育部分混合质页岩及少量灰云质页岩；沙三段有机质丰度相对较低，干酪根以腐泥—腐殖型和腐殖—腐泥型为主，热演化程度中—高等，页岩以混合质页岩为主，并发育部分长英质页岩；沙一段有机质丰度介于沙三段和孔二段之间，干酪根以腐泥型和腐殖—腐泥型为主，热演化程度低—中等，页岩以混合质页岩为主，并发育少量长英质页岩及灰云质页岩。

（2）纹层类型及组合是影响页岩含油性、储集性及可压裂性的关键，明确纹层的形成环境及分布规律对理解页岩油富集规律及甜点评价优选至关重要。孔二段沉积时期湖盆为半干旱—潮湿的咸水环境，主要发育长英质纹层及少量灰云质纹层、黏土质纹层，长英质纹层主要由石英、长石、方沸石等刚性矿物组成，在压实过程中能保留部分原生粒间孔，灰云质纹层主要由方解石、白云石等灰云质矿物组成，在热演化生烃阶段易与有机酸相互作用形成溶蚀孔隙和晶间孔，从而形成有效储集空间并储集页岩油。沙三段沉积时期湖盆为半深湖—深湖的淡水—微咸水环境，主要发育灰云质纹层、黏土质纹层及少量长英质纹层，黏土质纹层主要由伊利石、蒙皂石、绿泥石等黏土矿物组成，黏土质纹层吸附较多有机质，有机质生成烃类满足自身吸附后，多余烃类运移至相邻的长英质纹层或灰云质纹层的孔隙空间。沙一段沉积时期湖盆为半干旱—半潮湿的半咸水—咸水环境，主要发育灰云质纹层及少量长英质纹层、黏土质纹层，其中，黏土质纹层与长英质纹层、灰云质纹层等脆性纹层形成良好的源—储时空匹配是成藏的基本条件，富有机质页岩内优质源纹层和优质储纹层高频耦合才是页岩油富集的基础。

（3）发育高频纹层的储层比表面积更大，油气充注面积也更大，并且孔隙连通性更好，有利于页岩油的储集、赋存和渗流。高频纹层持续生烃增压，使地层处于超压状态，从而使页岩具有更高的含油饱和度，有机质生烃过程中产生的有机酸溶蚀长石等矿物产生微米级的溶蚀孔及铸模孔，从而改善了富集页岩油纹层的储集能力和渗流能力。此外，纹层组构对于页岩压裂改造效果具有重要的影响，其中，纹层状长英质页岩的压裂效果最好，块状灰云质页岩的压裂效果最差。