方志雄,何希鵬

(中國石化 華東油氣分公司，江蘇 南京 210000)

渝東南武隆向斜常壓頁巖氣形成與演化

方志雄,何希鵬

(中國石化 華東油氣分公司，江蘇 南京 210000)

為了研究渝東南武隆地區(qū)常壓頁巖氣的形成與演化，利用研究區(qū)頁巖氣鉆井數(shù)據(jù)，綜合運用巖石薄片觀察、氬離子拋光掃描電鏡分析、構(gòu)造平衡剖面及埋藏史分析等多種實驗方法與分析技術(shù)，并基于“動態(tài)保存”四要素(沉積-埋藏-生烴-抬升)對常壓頁巖氣富集主控因素進行了分析。研究表明：武隆地區(qū)常壓頁巖氣形成與演化受控于3個關(guān)鍵因素。①五峰組-龍馬溪組沉積巖性組合為頁巖氣形成供烴供儲供保，深水陸棚相形成區(qū)域上分布穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)頁巖，是良好的烴源基礎，上部厚層頁巖封蓋使生成的烴類有效保存。②有機質(zhì)孔為頁巖氣提供了儲集空間，內(nèi)部復雜的孔隙形態(tài)改善了頁巖的滲透性，與有機質(zhì)伴生的脆性礦物一定程度上減弱了壓實作用對有機質(zhì)孔的影響。③構(gòu)造作用直接影響頁巖氣規(guī)模。構(gòu)造作用導致頁巖中氣體運移散失，武隆向斜五峰-龍馬溪組沉積后經(jīng)歷了持續(xù)深埋并達到生烴高峰，之后發(fā)生了大規(guī)模的抬升，生成的烴類部分散失，使儲層壓力降低，形成常壓(地層壓力系數(shù)0.8～1.2)頁巖氣。

成藏要素；常壓儲層；頁巖氣；五峰組；龍馬溪組；武隆向斜；渝東南

中國頁巖氣具有沉積類型多，發(fā)育層位多，分布面積廣等特征。國內(nèi)學者對海相、海陸過渡相及陸相頁巖氣分別進行了大量研究[1-6]，中國石化和中國石油在南方地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組海相頁巖氣勘探上取得重大突破，焦石壩、長寧、威遠、富順-永川及彭水地區(qū)多井獲頁巖氣工業(yè)氣流。

美國是最早開發(fā)利用頁巖氣的國家。北美頁巖氣盆地主要分布在阿巴拉契亞早古生代逆沖褶皺帶、馬拉松-沃希托晚古生代逆沖褶皺帶和科迪勒拉中生代逆沖褶皺帶及相鄰地臺之上的克拉通盆地[7-8]，頁巖氣成藏地質(zhì)條件簡單，選區(qū)評價主要考慮頁巖厚度、埋深、有機碳含量(TOC)、含氣性及脆性礦物含量[9-10]，地層壓力系數(shù)不作為選區(qū)評價重要參數(shù)[11-13]。同北美地區(qū)相比，中國南方海相頁巖氣具有獨特性[14-15]，以四川盆地及周緣五峰組-龍馬溪組為例：深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖各項指標均十分優(yōu)越，具備良好的生烴物質(zhì)基礎；沉積期后總體經(jīng)歷了緩慢持續(xù)深埋，鏡質(zhì)組反射率(Ro)均超過2.0%，有機質(zhì)大量生烴；侏羅紀末經(jīng)歷了復雜的構(gòu)造運動，特別是燕山運動、喜馬拉雅運動對頁巖氣保存條件造成了很大影響，部分地區(qū)五峰組-龍馬溪組完全剝蝕，部分地區(qū)斷裂破壞儲層形成氣體逸散通道，部分地區(qū)儲層抬升超過“頁巖氣富集臨界深度”，均不利于頁巖氣形成。

勘探實踐證明地層壓力系數(shù)是中國南方地區(qū)海相頁巖氣的重要評價指標。雖然焦石壩、威遠、長寧等超壓(地層壓力系數(shù)>1.2)頁巖氣井大部分獲得了工業(yè)氣流[16]，但更多勘探區(qū)以常壓(壓力系數(shù)0.8～1.2)頁巖氣為主，特別是四川盆地及周緣埋深3 500 m以淺的五峰組-龍馬溪組常壓頁巖氣面積超過6.2×104km2，地質(zhì)資源量巨大。如何有效動用常壓頁巖氣資源，形成適用于常壓頁巖氣勘探開發(fā)的技術(shù)體系是中國未來頁巖氣勘探開發(fā)必須面對的現(xiàn)實問題。

1 常壓頁巖氣特征

常壓頁巖氣(埋深3 500 m以淺)以渝東南彭水區(qū)塊桑柘坪向斜、道真向斜、武隆向斜為典型代表，華東油氣分公司多年來針對該區(qū)塊進行了大量研究工作。2015年在武隆向斜鉆探隆頁1HF井壓裂后獲日產(chǎn)氣4.5×104～6×104m3，標志著常壓頁巖氣勘探取得了重要進展，特別是對解放盆外廣大常壓頁巖氣區(qū)塊具有重要示范意義。

頁巖含氣層段增壓機制主要有構(gòu)造增壓、水熱增壓、生烴增壓及粘土礦物脫水引起的壓力增加。南方地區(qū)海相頁巖理論上均經(jīng)歷了超壓階段，以武隆向斜為代表的常壓頁巖氣實測地層壓力系數(shù)為1.08，其現(xiàn)今表現(xiàn)是多因素耦合共同影響的結(jié)果。以往眾多學者提出“保存條件”是影響南方海相頁巖氣壓力系數(shù)的關(guān)鍵因素[17-19]，通過對武隆向斜詳細的地質(zhì)研究，認為常壓頁巖氣較超壓頁巖氣對頁巖埋深、厚度、TOC、脆性礦物含量及頂?shù)装鍘r性等評價參數(shù)更為敏感，應細化“常壓頁巖氣影響關(guān)鍵因素”分類，開展沉積-埋藏-生烴-抬升等因素時空演化差異性研究，明確各因素對頁巖氣的影響，形成“動態(tài)保存”的研究思路與方法。

2 武隆地區(qū)常壓頁巖氣控制因素

2.1 五峰組-龍馬溪組沉積巖性組合供烴供儲供保

武隆向斜位于四川盆地東部盆緣。五峰組沉積早期全球處于凱迪間冰期[20]，四川盆地及周緣大部分為陸棚相，沉積了五峰組暗色頁巖。隆頁1井元素地球化學剖面顯示，該期Al/Ti比值高、P元素富集(圖1)，說明表層水體營養(yǎng)物質(zhì)豐富，利于藻類、放射蟲、筆石等生物繁殖；深水區(qū)處于缺氧環(huán)境，有利于生物碎屑的保存。隆頁1井五峰組優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大于5 m，巖心實測TOC平均為4.65%，表明五峰組頁巖具有良好的生烴潛力。五峰組晚期進入赫南特冰期，全球范圍內(nèi)海平面大幅降低，在四川盆地及周緣沉積了一套平面上不連續(xù)分布的觀音橋段介殼灰?guī)r(鈣質(zhì)含量大于20%，TOC小于1%)，在武隆向斜厚度約為0.5m，其存在會影響水平井壓裂對五峰組頁巖的改造效果[21]。

受赫南特冰期劇烈氣候變化影響，大量生物滅絕，為低等生物繁殖提供了有利的條件。龍馬溪組沉積早期海平面上升，水域面積擴大，形成同五峰組沉積早期范圍大致相當?shù)年懪锵喑练e。加里東運動使本區(qū)形成寬緩的褶皺，隆升造成深水陸棚區(qū)面積相對減小，沿瀘州-永川-重慶-萬縣呈北東向狹長展布，周緣被川中古陸-黔中隆起-雪峰山隆起夾持，形成相對閉塞的海灣環(huán)境，半封閉環(huán)境導致陸棚水域黑海式水體分層[14]，表層水P元素豐富(圖1)，生產(chǎn)力高，藻類大量繁殖，筆石數(shù)量急劇增加，深水區(qū)長期處于缺氧環(huán)境，為有機質(zhì)保存提供了良好的條件。武隆向斜臨近深水陸棚沉積中心，沉積了厚層的暗色頁巖，TOC大于2%的優(yōu)質(zhì)頁巖厚度約27 m。龍馬溪組沉積中晚期，整個上揚子地區(qū)發(fā)生緩慢的海退，頁巖砂質(zhì)成分增加，由盆內(nèi)向盆緣(焦石壩-武隆-桑柘坪)頁巖含碳量逐漸減少，厚度逐漸減薄。

武隆向斜優(yōu)質(zhì)頁巖主要分布在五峰組及龍馬溪組下部，根據(jù)測井響應特征將隆頁1井優(yōu)質(zhì)頁巖段劃分為①—⑤共5個小層，與焦石壩地區(qū)焦頁1井及桑柘坪向斜彭頁1井對比良好。海相頁巖沉積微相或巖石相劃分國內(nèi)外目前沒有統(tǒng)一的標準，但不同區(qū)塊勘探表明，深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖沉積微相差異是影響頁巖含氣性、脆性、TOC等參數(shù)的關(guān)鍵。筆者結(jié)合測井曲線、硅質(zhì)含量、TOC及筆石豐度等對優(yōu)質(zhì)頁巖主要的巖相類型進行了劃分，標準如表1。

圖1 渝東南武隆向斜隆頁1井五峰組-龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖地球化學剖面Fig.1 Geochemical profile of the organic-rich shale in the Wufeng-Longmaxi Formations in Wulong Syncline Well LY1,Southeast Chongqing

TOC/%石英/%筆石/個富碳>4富硅>50富筆石>25高碳3～4高硅40～50高含筆石15～25中碳2～3中硅30～40中含筆石5～15低碳1～2低硅20～30含筆石0～5貧碳<1貧硅<20無筆石0

根據(jù)劃分標準，武隆向斜隆頁1井五峰組-龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖①—⑤小層可劃分為6種巖相類型。①小層為富碳富硅富筆石硅質(zhì)頁巖，薄片觀察顯示該小層含有放射蟲化石；②小層為富碳富硅富筆石高伽馬硅質(zhì)頁巖，高伽馬尖在焦石壩地區(qū)、南川地區(qū)及彭水地區(qū)鉆井中均出現(xiàn)，是區(qū)域地層對比典型的標志；③小層為富碳富硅富筆石硅質(zhì)頁巖；④小層為富碳富硅富筆石高伽馬硅質(zhì)頁巖，高伽馬尖是區(qū)域上典型的標志；⑤小層下部7 m為高碳中硅含筆石硅質(zhì)頁巖，上部5 m為中碳中硅含筆石硅質(zhì)頁巖。

圖2 渝東南武隆向斜焦頁1井-隆頁1井-彭頁1井優(yōu)質(zhì)頁巖巖相對比Fig.2 Lithofacies corelation among the organic-rich shales in Wells JY1,LY1 and PY1 in Wulong Syncline,Southeast Chongqing

依文中標準對焦頁1井、彭頁1井優(yōu)質(zhì)頁巖巖相進行了劃分，并對比了3口井優(yōu)質(zhì)頁巖厚度及巖相分布的差異性。對比結(jié)果顯示(圖2)：焦頁1井優(yōu)質(zhì)頁巖38 m，彭頁1井優(yōu)質(zhì)頁巖24 m，隆頁1井介于兩者之間，優(yōu)質(zhì)頁巖32 m。5個小層橫向展布具有差異性，①小層焦石壩地區(qū)與武隆向斜無明顯差異，桑柘坪向斜含碳量較前兩者低；②小層區(qū)域上分布比較穩(wěn)定，表明了赫南特冰期結(jié)束后區(qū)域上沉積環(huán)境一致；③小層及④小層武隆向斜含碳量較焦石壩及桑柘坪高，分析認為③和④小層沉積時武隆向斜水體較深，有機質(zhì)保存條件較為優(yōu)越；⑤小層區(qū)域上變化最明顯，焦石壩地區(qū)及武隆向斜下部7 m為高碳中硅含筆石硅質(zhì)頁巖，武隆向斜上部5 m硅、碳含量均降低，桑柘坪向斜⑤小層自然伽馬特征區(qū)域上可對比，但碳、硅含量已達優(yōu)質(zhì)頁巖下限。優(yōu)質(zhì)頁巖巖相特征表明雖然沉積期均處于深水陸棚環(huán)境，但由于水體深度、生物豐度、沉積速率等差異性，巖相區(qū)域上具有一定的變化。

超壓頁巖氣頁巖含氣飽和度高、地層能量強，單井產(chǎn)量高，對頁巖沉積微相變化關(guān)注度低。常壓頁巖氣地層能量低，對優(yōu)質(zhì)頁巖沉積微相的變化反應極為敏感，應特別重視沉積微相分布規(guī)律研究，尋找有利于頁巖氣富集的優(yōu)勢巖相。根據(jù)渝東南地區(qū)頁巖氣鉆井資料，對優(yōu)質(zhì)頁巖①—⑤小層沉積微相平面分布特征進行了研究：①和②小層全區(qū)無明顯差異，總體為深水陸棚環(huán)境沉積的一套富碳富硅富筆石硅質(zhì)頁巖，其中①小層頂部發(fā)育觀音橋段，主要巖性為泥質(zhì)灰?guī)r，局部發(fā)育介殼灰?guī)r；③，④和⑤小層沉積中心位于焦石壩-武隆，炭質(zhì)含量較周邊地區(qū)高，沉積中心具有逐漸西移的趨勢。優(yōu)質(zhì)頁巖段富碳富硅是形成規(guī)?；搸r氣的重要條件，武隆向斜優(yōu)質(zhì)頁巖段沉積微相具備形成頁巖氣富集的條件，水平井鉆探主要穿行③小層底—②小層頂，是優(yōu)質(zhì)頁巖段地質(zhì)條件極為有利的層位，并且上部厚層含氣頁巖及下部介殼灰?guī)r層對頁巖儲氣及壓裂改造具有積極影響。

總的來說，渝東南地區(qū)五峰組-龍馬溪組沉積期廣闊的深水陸棚相在區(qū)域上形成了兩套分布較為穩(wěn)定的富有機質(zhì)頁巖，富含筆石、藻類生物化石。武隆向斜優(yōu)質(zhì)頁巖TOC平均3.93%，有機質(zhì)為Ⅰ-Ⅱ1型，具有良好的生烴潛力，有機質(zhì)生烴形成大量的有機質(zhì)孔與原生/后生無機孔為氣體提供了大量儲集空間，細小的孔隙吼道具有較大的毛細管力，形成局部超壓，有效的減弱了壓實作用造成的孔隙減少；優(yōu)質(zhì)頁巖上部發(fā)育厚層泥頁巖，形成分布較為穩(wěn)定的良好蓋層(武隆向斜厚度達180 m)，厚層泥頁巖一定程度上減弱了燕山運動、喜馬拉雅運動對頁巖儲層破壞造成的氣體散失。這種優(yōu)質(zhì)頁巖+厚層含氣頁巖的沉積巖性組合為頁巖氣形成供烴、供儲、供保(圖3)，是武隆向斜乃至整個上揚子地區(qū)海相頁巖氣形成的最基礎條件。

2.2 有機質(zhì)孔發(fā)育是頁巖氣富集的關(guān)鍵

頁巖儲層相對致密，成巖作用導致原始無機孔隙壓實，現(xiàn)今保存下來的孔隙主要為有機質(zhì)生烴形成的有機質(zhì)孔、成巖作用階段粘土礦物轉(zhuǎn)化形成的無機孔及一定量的溶蝕孔等，其中有機質(zhì)孔是頁巖氣賦存的主要儲集空間，是目前發(fā)現(xiàn)的與生烴演化具有直接關(guān)系的孔隙類型，孔徑一般為幾納米到幾十納米，部分可達上百納米。由于母質(zhì)類型的差異，鏡下觀察頁巖中發(fā)育的有機質(zhì)孔類型較為復雜。根據(jù)華東油氣分公司實驗中心對武隆向斜隆頁1井巖心鏡下觀察分析，將有機質(zhì)孔分為4個亞類[22]：瀝青質(zhì)孔、無定形干酪根孔、結(jié)構(gòu)型干酪根孔和有機/礦物復合孔(表2)。

圖3 渝東南武隆向斜五峰組-龍馬溪組頁巖供烴、供儲、供保組合模式Fig.3 Hydrocarbon generation,storage and preservation of the Wufeng and Longmaxi Formations in Wulong Syncline,Southeast Chongqing

亞類成因特征瀝青質(zhì)孔瀝青質(zhì)的生烴作用發(fā)育單個或幾個獨立的大孔無定形干酪根孔無定形干酪根的生烴作用發(fā)育大量微孔，連通性中等有機質(zhì)無明顯結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)型干酪根孔結(jié)構(gòu)型干酪根的生烴作用發(fā)育大量孔隙，連通性較好有機質(zhì)具有纖網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)有機/礦物復合孔有機粘土復合體或有機黃鐵礦復合體的生烴作用發(fā)育多個或連片且連通的大孔，部分可見環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)

武隆向斜五峰組-龍馬溪組頁巖中發(fā)育普遍的有機質(zhì)孔類型為無定形干酪根孔及結(jié)構(gòu)型干酪根孔，其主要區(qū)別在于干酪根內(nèi)部結(jié)構(gòu)：無定形干酪根無明顯的結(jié)構(gòu)，孔徑一般小于100 nm，孔隙的連通性較好；結(jié)構(gòu)型干酪根在原子力顯微鏡下可見清晰的纖網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙主要發(fā)育在纖網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)之間，骨架本身不發(fā)育孔隙，內(nèi)部網(wǎng)絡格架復雜連通，形成蟻巢狀空間系統(tǒng)，連通性好(圖4)。

此外，優(yōu)質(zhì)頁巖還發(fā)育相當數(shù)量的有機/礦物復合連孔，具體可劃分為三類：第一類為有機/粘土集合體，發(fā)育“環(huán)帶狀”孔隙，對環(huán)帶成分分析表明越靠近孔隙，硅質(zhì)含量越高，碳含量越低，硅/鋁比值(3.3～3.5)變化不大(圖5)，表明有機質(zhì)降解、孔隙生成過程中，硅質(zhì)與粘土礦物起到催化作用。第二類為有機/硅質(zhì)集合體，發(fā)育“圓球狀”孔隙，其特征表現(xiàn)為有機質(zhì)包含圓形硅質(zhì)顆粒，在熱演化過程中，硅質(zhì)顆粒與有機質(zhì)同時被消耗，發(fā)生化學反應后晶形被破壞，以元素的形式與周圍的有機質(zhì)混合，在原有的位置上出現(xiàn)了“圓球狀”的孔隙。第三類為有機質(zhì)/黃鐵礦集合體，發(fā)育有機孔、無機孔及有機-無機復合孔隙。

有機質(zhì)孔的存在將頁巖微觀儲層結(jié)構(gòu)與宏觀頁巖氣分布緊密的聯(lián)系在一起，國內(nèi)外學者研究均認為大量存在的有機質(zhì)孔是頁巖氣富集的重要因素[23-26]。以武隆向斜為代表的常壓頁巖氣區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖有機質(zhì)顯微特征表明：①有機質(zhì)孔大量存在，優(yōu)質(zhì)頁巖段有機質(zhì)經(jīng)歷過大規(guī)模生烴，有機質(zhì)類型及鏡下結(jié)構(gòu)與焦石壩地區(qū)無明顯差異，表明兩區(qū)氣源基礎條件基本一致；②有機質(zhì)孔形態(tài)復雜，連通性好，孔隙內(nèi)表面為不規(guī)則曲面，提供了巨大的吸附表面積和游離空間，同時孔隙吼道的毛細管力一定程度上阻礙了氣體的運移，既封閉了氣體，形成的局部超壓又減弱了壓實作用的影響；③隆頁1井優(yōu)質(zhì)頁巖段鏡質(zhì)組反射率大于2.0%，有機質(zhì)大量生烴，且處于中晚成巖作用階段，水熱增壓、粘土礦物脫水增壓及有機質(zhì)生烴增壓共同作用形成超壓系統(tǒng)，對儲層的改造、有機質(zhì)孔的保存具有積極影響。

圖4 渝東南武隆向斜無定形干酪根、結(jié)構(gòu)型干酪根掃描電鏡、原子力顯微鏡照片及孔隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.4 SEM and AFM pictures of amorphous /structural kerogens and internal structures of pores in Wulong Syncline,Southeast Chongqinga，b.無定形干酪根SEM-AFM圖；c，d.結(jié)構(gòu)型干酪根SEM-AFM圖；e.有機質(zhì)孔；f. Barnett頁巖有機質(zhì)孔；g.天然蟻巢

圖5 渝東南武隆向斜龍馬溪組頁巖有機/粘土集合體孔隙能譜分布圖Fig.5 Energy spectrum of the organic pores and clay mineral aggregate pores in the shales of the Wufeng Longmaxi Formations in Wulong Syncline,Southeast Chongqing

典型頁巖時代優(yōu)質(zhì)頁巖厚度/mTOC/%Ro/%石英/%含氣量/(m3·t)游離氣占比/%產(chǎn)量/(104m3)Marcellus泥盆紀15～6120～13009～504016～826490Haynesville侏羅紀60～9105～4022～303030～9475276～545Barnett石炭紀30～1824510～204542～985054～62EagleFord白堊紀4620～8508～161530～6075142～187Fayetteville石炭紀6～6040～9820～453514～604050Woodford石炭紀37～6749～7804～493750～824060焦石壩奧陶紀—志留紀38～4405～7124～2851～8038～9875116～547長寧奧陶紀—志留紀28～603528514132～7105～274威遠奧陶紀—志留紀37～462418～2745296513～280武隆奧陶紀—志留紀32～4016～622556～7010～327450彭水奧陶紀—志留紀24～3521～4724～304514～266225

備注：統(tǒng)計包括最小值～最大值或平均值兩種結(jié)果類型。

2.3 構(gòu)造作用直接影響頁巖氣藏規(guī)模

通過對比北美地區(qū)及國內(nèi)主要頁巖氣勘探區(qū)各項指標顯示，游離氣含量高的井頁巖氣初產(chǎn)氣量較高，如Eagle Ford和Haynesville。中國南方地區(qū)海相頁巖游離氣占比較大，但僅焦石壩地區(qū)及長寧-威遠部分井獲得較高的產(chǎn)氣量。對比還發(fā)現(xiàn)作為頁巖氣選區(qū)評價重要的靜態(tài)參數(shù)指標(頁巖厚度、TOC、脆性礦物含量、Ro、孔隙度)“宏觀”統(tǒng)計上除含氣性及孔隙度有一定差異外，其他參數(shù)均無顯著差異[27]，因此在確定TOC，Ro和脆性礦物含量等參數(shù)下限值得基礎上，對于常壓頁巖氣勘探區(qū)應進一步深化頁巖含氣性影響因素研究。

頁巖含氣性的影響因素是多方面的，渝東南地區(qū)“宏觀”沉積條件差異不明顯，有機質(zhì)普遍大量生烴，TOC和Ro等參數(shù)統(tǒng)計特征均體現(xiàn)這一認識。造成武隆向斜與焦石壩、長寧、威遠等地區(qū)頁巖含氣性差異的核心因素為構(gòu)造作用。對隆頁1井進行了埋藏史-生烴史分析(圖6)，武隆向斜五峰組-龍馬溪組沉積后經(jīng)歷了短暫沉降，上部沉積了小河壩組、韓家店組等地層，志留紀末期進入生烴門限，海西期經(jīng)歷了緩慢、持續(xù)、幅度很小的抬升，有機質(zhì)未大規(guī)模生烴，對氣藏破壞作用??；海西期末—印支期—燕山期，武隆向斜經(jīng)歷了持續(xù)深埋階段，有機質(zhì)熱演化程度持續(xù)升高，三疊紀進入干氣、裂解氣階段，白堊紀達到最大埋深，鏡質(zhì)組反射率最高達2.7%。

決定武隆向斜乃至整個中上揚子地區(qū)頁巖氣保存條件優(yōu)劣的主要構(gòu)造運動為燕山運動和喜馬拉雅運動。白堊紀末東南-西北向的擠壓作用造成上揚子地區(qū)隆坳相間的構(gòu)造格局，從四川盆地外部到盆內(nèi)變形具有遞變特征(圖7)，焦頁1井埋藏史分析表明其抬升期為85 Ma[28]，隆頁1井抬升期約為90 Ma。

圖6 渝東南武隆向斜隆頁1井埋藏史及熱演化史Fig.6 Burial history and thermal evolution history of Well LY1 in Wulong Syncline,Southeast Chongqing

圖7 渝東南桑柘坪-武隆-涪陵地區(qū)構(gòu)造平衡剖面Fig.7 Tectonic balanced section of Sangzheping-Wulong-Fuling area,Southeast Chongqing

“常壓”是儲層現(xiàn)今的一種狀態(tài)，對于武隆向斜及整個上揚子地區(qū)而言，多口井(隆頁1井、焦頁1井、焦頁8井、彭頁1井等)證實五峰組-龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖段沉積環(huán)境差異性不大，有機質(zhì)含量基本一致，后期經(jīng)歷了同樣的埋藏生烴過程，熱演化程度大致相當，影響頁巖氣富集的關(guān)鍵在于“氣藏調(diào)整階段”，該階段直接導致了儲層現(xiàn)今的“常壓”狀態(tài)。構(gòu)造抬升使地層遭受剝蝕，儲層破裂壓力降低[29]，對彭水地區(qū)頁巖巖心進行了三軸應力卸載物理模擬實驗結(jié)果表明，實驗室模擬條件下頁巖埋深由5 600 m抬升至1 500 m，巖石發(fā)生剪切破裂，滲透率成倍增加，表明構(gòu)造抬升對儲層條件影響明顯。

對于盆外大部分常壓頁巖氣來講，構(gòu)造抬升的破壞作用非常明顯，其形式可概括為3類。

1) 抬升超過儲層破裂壓力“平衡點”，在儲層內(nèi)部及上部蓋層集中出現(xiàn)大量裂縫，構(gòu)造作用未必形成區(qū)域規(guī)模的大斷裂，應力松弛區(qū)(背斜)改變了巖石物性，滲透率增加，應力集中區(qū)(向斜)水平應力差異形成滑脫面均會導致氣體重新調(diào)整分布，發(fā)生近距離的運移，“儲層”體積增大，又未發(fā)生二次生烴，導致原始儲層壓力降低。

2) 抬升導致儲層出露地表，儲層泄壓回彈，滲透率增加，加之原始儲層中局部超壓急劇釋放，氣體大規(guī)模散失，形成常壓頁巖氣。

3) 抬升的同時產(chǎn)生大規(guī)模的斷裂，斷裂面附近壓力急劇降低，儲層內(nèi)部壓力失衡使得氣體發(fā)生大規(guī)模運移散失。

常壓頁巖氣勘探的關(guān)鍵是確定“平衡點”，平衡點之下屬于超壓頁巖氣；平衡點附近儲層雖然表現(xiàn)為常壓，但由于氣體僅發(fā)生“微異地”運移，相較生烴高峰僅使“儲層”體積增大，而未發(fā)生大規(guī)模散失；平衡點之上氣體發(fā)生了大規(guī)模的運移散失，雖然表現(xiàn)為常壓，但基本無開采價值。進一步分析，認為“平衡點”的確定需要考慮優(yōu)質(zhì)頁巖-大套泥頁巖的巖石力學特征，頁巖成巖作用對物性的影響、生烴增壓及脆性礦物含量、產(chǎn)狀等多種因素，其對各因素的反應極為敏感。

3 結(jié)論與認識

武隆地區(qū)五峰組-龍馬溪組沉積期主要為深水陸棚環(huán)境，沉積巖性組合以下部優(yōu)質(zhì)頁巖+上部大套泥頁巖為主，形成區(qū)域上良好的烴源巖，同時分布穩(wěn)定的厚層泥巖一定程度上減弱了大規(guī)模構(gòu)造運動對頁巖氣儲層的破壞，是頁巖氣形成的基本條件。優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育大量納米級有機質(zhì)孔，為頁巖氣富集提供了有效的儲集空間，鏡質(zhì)組反射率均大于2.0%，處于中晚成巖作用階段，水熱增壓、粘土礦物脫水增壓及有機質(zhì)生烴增壓共同作用在優(yōu)質(zhì)頁巖段形成超壓系統(tǒng)，對儲層的改造、有機質(zhì)孔的保存具有積極影響。五峰組-龍馬溪組頁巖在志留紀末期進入生烴門限，白堊紀達到最大埋深，鏡質(zhì)組反射率最高達2.7%，之后經(jīng)歷的構(gòu)造運動對頁巖氣形成具有重要影響，一方面構(gòu)造運動使地層抬升形成現(xiàn)今可開發(fā)的頁巖氣田，一方面由于抬升幅度過大、斷裂發(fā)育等因素破壞了部分地區(qū)頁巖氣的保存，武隆地區(qū)構(gòu)造抬升破壞程度較小，氣體發(fā)生“微異地”運移或小規(guī)模散失，從而表現(xiàn)為常壓。

總的來說，常壓與超壓頁巖氣在構(gòu)造抬升之前的形成條件及過程是一致的，但構(gòu)造運動對保存條件的破壞程度不一致使得常壓頁巖氣對巖性組合、巖石力學特征等反應更為敏感，勘探評價要求更高，如何在常壓頁巖氣區(qū)找到經(jīng)濟有效的開發(fā)井，關(guān)鍵是強化保存條件分析，確定“平衡點”，再基于沉積微相認識、頁巖物性特征等確定合適的水平井穿層。

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(編輯 張亞雄)

Formation and evolution of normal pressure shale gas reservoir in Wulong Syncline,Southeast Chongqing，China

Fang Zhixiong,He Xipeng

(SINOPEC East China,Nanjing,Jiangsu 210000,China)

In order to understand the formation and evolution of the normal pressure shale gas reservoirs in Wulong Syncline in Southwest Chonqing,China the major controlling factors of shale gas accumulation were studied through drilling data analysis,thin section observation,Ar-SEM,tectonic balanced section and burial history analyses,in combination with analysis of four dynamic preservation factors (sedimentation,burial evolution,hydrocarbon generation,and tectonic uplifting).Results show that there are 3 key elements controlling the formation and evolution of the typical normal pressure shale gas reservoirs in Wulong syncline.The first one is the favorable lithological association of the Wufeng and Longmaxi Formations.The quality shales of deep shelf facies are stable in lateral distribution and have high potential of hydrocarbon generation,while the overlying thick shale has good sealing capacity,thus is favorable for the preservation of shale gas.The second one is the favorable reservoir conditions.The organic nanopores provide high porosity for gas storage and the complex pore geometries improve the permeability of the shale reservoirs.In addition,the brittle minerals associated with the organic maters acted as skeleton and protected to some extent the organic nanopores from compaction during diagenesis.The third one is tectonic evolution which determines the reservoir scale.After the continuous deep burial and main period of hydrocarbon generation,the target reservoirs experienced reformation during tectonic uplift,which led to the partial gas migration and dispersion,and the formation of normal-pressure shale gas reservoir with a pressure coefficient in the range from 0.8 to 1.2.

accumulation factor,normal pressure reservoir,shale gas,Wufeng Formation,Longmaxi Formation,Wulong Syncline,Southeast Chongqing

2016-07-08;

2016-11-07。

方志雄(1962—)，男，教授級高級工程師，石油地質(zhì)勘探。E-mail:fangzx.hdsj@sinopec.com。

國家科技重大專項(2016ZX05061)。

0253-9985(2016)06-0819-09

10.11743/ogg20160603

TE122

A