楊宇寧，王劍，郭秀梅，熊小輝

1.成都理工大學(xué)研究生院, 成都 610082 2.四川中成煤田物探工程院有限公司, 成都 610072 3.國(guó)土資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,成都 610082

渝東北田壩地區(qū)五峰—龍馬溪組頁(yè)巖礦物學(xué)特征及其油氣地質(zhì)意義

楊宇寧1,2，王劍3，郭秀梅3，熊小輝3

1.成都理工大學(xué)研究生院, 成都 610082 2.四川中成煤田物探工程院有限公司, 成都 610072 3.國(guó)土資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,成都 610082

渝東北田壩地區(qū)五峰—龍馬溪組泥頁(yè)巖的礦物成分主要為石英和黏土礦物，其次為長(zhǎng)石，此外還含有少量黃鐵礦、硬石膏等含硫礦物，以及極少量的碳酸鹽礦物。沉積學(xué)及礦物學(xué)研究表明，五峰—龍馬溪組的沉積環(huán)境以淺海陸棚為主，而淺海陸棚屬還原環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)富集和保存，可以更好地形成頁(yè)巖氣；頁(yè)巖含石英量較多并且脆性指數(shù)較高，因此有利于形成裂縫以利于滲流。與相鄰的涪陵地區(qū)相對(duì)比，兩者可比性較高，并且渝東北田壩地區(qū)五峰—龍馬溪組頁(yè)巖的石英等脆性礦物含量大于涪陵地區(qū)，而黏土礦物含量、碳酸鹽礦物含量遠(yuǎn)小于涪陵地區(qū)；渝東北田壩地區(qū)黏土礦物組合反映，五峰—龍馬溪組已進(jìn)入了晚期成巖作用階段，該階段所對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)成熟度為高成熟—過(guò)成熟，表明其成熟度條件有利于形成頁(yè)巖氣藏；進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，五峰組及龍馬溪組頁(yè)巖具有較高的孔隙度和滲透性，能為頁(yè)巖氣儲(chǔ)存提供較好的儲(chǔ)集空間。

頁(yè)巖氣；五峰—龍馬溪組；礦物學(xué)；沉積學(xué)；渝東北；田壩地區(qū)

0 引言

頁(yè)巖氣作為一種非常規(guī)天然氣資源，是常規(guī)的油氣能源重要的戰(zhàn)略接替[1]。近年來(lái)，由于美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)取得了重要突破，我國(guó)也加入頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的行列[2]。上揚(yáng)子五峰—龍馬溪組黑色頁(yè)巖厚度大、分布穩(wěn)定、有機(jī)質(zhì)含量高，因此被視為優(yōu)質(zhì)的海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，盡管其熱演化程度較高，后期構(gòu)造作用較強(qiáng)，但近年來(lái)在上揚(yáng)子地區(qū)海相頁(yè)巖氣勘探方面，仍然取得了一系列重大突破[3-7]。

然而，有關(guān)五峰—龍馬溪組黑色頁(yè)巖的礦物學(xué)組成特征及其沉積學(xué)方面的研究還有待深入。事實(shí)上，中國(guó)南方五峰—龍馬溪組黑色頁(yè)巖的礦物學(xué)組成特征是不一樣的，它們的礦物組成成份變化極大，而且它們與頁(yè)巖氣富集區(qū)關(guān)系十分密切。例如，川東南地區(qū)黏土礦物含量為41.6%，石英含量為36.1%，方解石和白云石含量為9.9%[8]；川南地區(qū)黏土礦物含量為29.9%，長(zhǎng)石和石英含量為53.7%，碳酸鹽礦物含量為16.4%[9-10]；鄂西渝東地區(qū)黏土礦物含量為30.6%，長(zhǎng)石和石英含量為67.8%，碳酸鹽礦物含量為1.6%[11]；而在長(zhǎng)寧地區(qū)黏土礦物含量為48.5%，石英含量為31.3%，方解石含量為20.2%[12]。此外，五峰—龍馬溪組頁(yè)巖礦物成分在縱向方面也存在差異，五峰—龍馬溪組從底到頂石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，由五峰組下段的44.3%降至龍馬溪組上段的27%；黏土礦物逐漸增加，五峰組下段為35%，龍馬溪組下段黑色頁(yè)巖段為40.1%，龍馬溪組上段非黑色頁(yè)巖段為53%[13]。通過(guò)這些特征對(duì)比研究及其與頁(yè)巖含氣性相關(guān)關(guān)系研究，可為頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”的確定、有利區(qū)塊和有利層段預(yù)測(cè)等提供有效依據(jù)。

以渝東北田壩地區(qū)五峰—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的礦物組成特征及其沉積學(xué)特征為主線，探討頁(yè)巖氣儲(chǔ)層礦物成分特征所揭示的沉積埋藏演化信息，如成巖階段、熱成熟度、沉積環(huán)境等[14]，并且在對(duì)頁(yè)巖氣成藏機(jī)理分析、資源評(píng)價(jià)及開(kāi)發(fā)工藝設(shè)計(jì)等均要用到礦物成分的研究成果[15]。以渝東北地區(qū)出露最完整的田壩剖面為解剖重點(diǎn)，開(kāi)展詳細(xì)觀察測(cè)量和系統(tǒng)采樣，結(jié)合區(qū)域上其他觀測(cè)剖面，開(kāi)展沉積學(xué)分析研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室X射線衍射資料形成了田壩地區(qū)五峰—龍馬溪組野外露頭礦物成分剖面，從而對(duì)沉積成巖、環(huán)境、成熟度及儲(chǔ)層物性影響因素開(kāi)展深入的研究與分析。

1 地質(zhì)背景

渝東北田壩剖面位于巫溪縣田壩鄉(xiāng)。區(qū)域構(gòu)造上，研究區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)臺(tái)地與秦嶺造山系過(guò)渡地區(qū)，揚(yáng)子板塊的北緣沙市隱伏斷裂以北的區(qū)域，包括了大巴山臺(tái)地邊緣坳陷與大巴山褶皺區(qū)部分地區(qū)(圖1)。地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，在平面上城口—房縣斷裂將其分為北、南大巴山?jīng)_斷褶皺帶，北大巴山被認(rèn)為是南秦嶺造山帶和揚(yáng)子地塊之間的拼合帶，南大巴山代表了典型的前陸沖斷褶皺帶的特點(diǎn)[16-19]。根據(jù)渝東北地區(qū)所處的大地構(gòu)造位置及不同時(shí)期構(gòu)造變形性質(zhì)與特征等，將工區(qū)構(gòu)造地質(zhì)單元?jiǎng)澐譃?個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元、2個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元、1個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元和1個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元。

圖1 研究剖面位置及大地構(gòu)造圖Fig.1 Location of Tianba profile and structural characteristics

五峰—龍馬溪組是該區(qū)一套主要富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層段[20]，主要為深水還原沉積環(huán)境下的產(chǎn)物，總體厚度為39～140 m，巖性組合特征：下部為黑色薄層狀硅質(zhì)巖與碳質(zhì)、粉砂質(zhì)頁(yè)巖互層，中部灰黑色碳質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖，黑色碳質(zhì)筆石頁(yè)巖；上部黑色頁(yè)巖夾泥質(zhì)白云巖透鏡體及鈣質(zhì)粉砂巖。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與條件

礦物成份X射線衍射技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，現(xiàn)已滲透到地質(zhì)學(xué)和含油氣盆地分析中，成為一種重要的分析方法[21]。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試工作在國(guó)土資源部重慶礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成。黏土礦物和全巖分析使用儀器ZJ207型X射線衍射儀，測(cè)試溫度為24℃，檢測(cè)依據(jù)SY/T5163—2010，檢測(cè)條件如下：靶型：Cu，輻射：Kα，濾光片：Ni，起始角：3°(2θ)，終止角：45°(2θ)，步速：2 deg/min，步長(zhǎng)：0.02°，工作電流：40 Ma，工作電壓：40 kv，狹縫：發(fā)散，散射狹縫均為1°；巖石物性測(cè)試溫度為27℃，濕度50%，依據(jù)SY/Y 5336—2006標(biāo)準(zhǔn)，使用ZJ206覆壓孔滲測(cè)定儀采用非穩(wěn)態(tài)壓力脈沖衰減法完成。

2.2 實(shí)驗(yàn)取樣

渝東北巫溪縣田壩鄉(xiāng)的田壩剖面地層沿省道102出露，出露率達(dá)90%以上，層間接觸關(guān)系清楚，并在走向上有一定延伸。地層傾角從底部30°向上變化到50°。五峰組的巖性主要為黑色薄—中層狀硅質(zhì)巖與碳質(zhì)、粉砂質(zhì)頁(yè)巖互層，分為3個(gè)小層，龍馬溪組共分為10個(gè)小層，主要巖性為黑色碳質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖、黑色碳質(zhì)頁(yè)巖和黑色頁(yè)巖夾泥質(zhì)白云巖透鏡體及鈣質(zhì)粉砂巖。五峰—龍馬溪組視厚度為112.4 m，真厚度為81.42 m。在五峰組底部以及龍馬溪組底部到中上部均順層分布一些個(gè)體大小不一的筆石。龍馬溪組水平層理發(fā)育，中下部可見(jiàn)黃鐵礦晶粒順層面均勻分布。田壩剖面可以清晰地觀察到臨湘組—新灘組各組的分界面(圖2)。

在詳測(cè)剖面時(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)采樣，共采集了4個(gè)五峰組的頁(yè)巖樣品，19個(gè)龍馬溪組泥巖樣品。結(jié)合巖性特征和各樣品在剖面上的位置，最終選定了17個(gè)樣品進(jìn)行全巖分析，10個(gè)樣品進(jìn)行黏土礦物分析，8個(gè)樣品進(jìn)行巖石物性的實(shí)驗(yàn)。

2.3 X射線衍射測(cè)試結(jié)果

田壩剖面樣品黏土礦物及全巖X衍射分析測(cè)試結(jié)果表明(表1)，17個(gè)樣品礦物成分含量有差異。樣品總體來(lái)看石英含量最高，為42.6%～88.2%，平均為61.6%；其次為黏土礦物，為12.9%～47.3%，平均為27.8%；再次為長(zhǎng)石，平均含量8.29%；還含有少量的礦物如黃鐵礦、石膏等，平均含量不足5%。

田壩剖面五峰—龍馬溪組泥巖/頁(yè)巖的礦物成分較多，樣品中均含有黏土礦物、石英和長(zhǎng)石，黏土礦物中均含有伊利石、伊蒙混層，其中五峰—龍馬溪組泥巖/頁(yè)巖的主要組成礦物是石英和黏土礦物。大部分樣品中含有長(zhǎng)石等碎屑礦物，部分樣品還含有綠泥石、黃鐵礦等黏土礦物和自生礦物。

2.4 巖石物性測(cè)試結(jié)果

圖2 田壩剖面五峰—龍馬溪組詳測(cè)剖面及樣品分布圖Fig.2 Detailed surveying profile and sample distribution of Tianba Wufeng-Longmaxi Formation

表1 田壩剖面五峰—龍馬溪組礦物成分X射線衍射分析結(jié)果

田壩剖面泥巖/頁(yè)巖樣品的物性分析結(jié)果顯示(表2)，樣品孔隙度在0.33%～14.42%之間，平均為5.96%；滲透率在(0.001 1～0.010 8)×10-3m2之間，平均為0.004 1×10-3m2。

3 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層條件分析研究

3.1 沉積環(huán)境與脆性礦物特征

3.1.1 沉積環(huán)境

礦物成分、含量及其結(jié)構(gòu)特征(成分成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度)對(duì)于缺少沉積構(gòu)造的深水沉積環(huán)境分析是非常關(guān)鍵的依據(jù)之一，此外，沉積地球化學(xué)也是重要的判別依據(jù)。

上揚(yáng)子地區(qū)五峰—龍馬溪組為一套深水還原環(huán)境沉積的地層，分布廣泛[22]。X射線衍射結(jié)果表明，泥巖/頁(yè)巖中的碎屑礦物石英含量平均為61.6%，長(zhǎng)石含量平均為8.29%，黏土礦物含量平均為27.8%，還含有黃鐵礦、硬石膏等含硫礦物；并在顯微鏡下觀察到草莓狀黃鐵礦的存在，且該地區(qū)發(fā)現(xiàn)的黑色泥頁(yè)巖也間接證明了沉積環(huán)境為還原缺氧環(huán)境。這些均能間接表明五峰—龍馬溪為深水還原環(huán)境[23-25]。這種還原環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)富集和保存，可以更好地形成頁(yè)巖氣[15]。結(jié)果中還顯示田壩剖面五峰—龍馬溪組中含極少碳酸鹽礦物，究其原因有幾點(diǎn)：其一田壩地區(qū)離物源區(qū)較近，陸源碎屑充足；其二從水體來(lái)說(shuō)渝東北地區(qū)水體較深，形成水體超過(guò)CCD界面，形成的碳酸鹽溶解。這兩方面原因都能造成沉積水體不利于碳酸鹽的形成。

表2 田壩剖面龍馬溪組頁(yè)巖巖石物性分析結(jié)果

熊小輝等在田壩剖面所做的地球化學(xué)測(cè)試得到樣品的δU值在1.03～1.78之間，平均為1.32，Ni/Co比值在5.6～117.5間，平均35.4，并且微量元素w(V)/w(V+Ni)比值在0.6～0.9之間，平均為0.81，也指示一種厭氧、偶有強(qiáng)烈水體分層的沉積環(huán)境，以上測(cè)試數(shù)據(jù)均證實(shí)了田壩地區(qū)沉積環(huán)境為缺氧還原環(huán)境[26]。

3.1.2 脆性礦物特征

由于泥頁(yè)巖原始孔滲率很低，如果要對(duì)頁(yè)巖氣藏進(jìn)行開(kāi)發(fā)僅依靠原始孔滲是不現(xiàn)實(shí)的，因此在開(kāi)發(fā)過(guò)程中就需要壓裂技術(shù)形成裂縫以利于滲流。在此就有必要研究頁(yè)巖的脆性程度，脆性越高則更有利于形成裂縫。巖石脆性與其礦物的成分有關(guān)，目前認(rèn)為對(duì)此起重要作用的是石英和方解石[27]。這些礦物脆性較高，有利于形成裂縫，從而提高頁(yè)巖氣解析和滲流的能力，進(jìn)一步為游離態(tài)頁(yè)巖氣增加儲(chǔ)存空間[28]。田壩剖面中石英含量最高，為42.6%～88.2%，平均為61.6%；還含有較多的長(zhǎng)石，平均含量為8.29%，說(shuō)明儲(chǔ)層的脆性礦物含量較高。脆性指數(shù)是評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層的一個(gè)重要參數(shù)，巖石脆性指數(shù)的計(jì)算方法需運(yùn)用到巖石礦物學(xué)，即脆性礦物與黏土礦物相對(duì)含量，本文利用以下公式來(lái)計(jì)算田壩剖面的頁(yè)巖脆性指數(shù)：

脆性指數(shù)=(石英+長(zhǎng)石+方解石)/(石英+長(zhǎng)石+方解石+黏土礦物)×100%

(1)

通過(guò)以上公式計(jì)算得出田壩剖面五峰—龍馬溪組的頁(yè)巖脆性指數(shù)范圍51%～89%，主值位于60%～90%(圖3)，平均值為71%。

圖4和表3顯示出北美頁(yè)巖層的石英含量多在50%及以上，脆性指數(shù)較高，并且產(chǎn)氣量較高；表3中看出涪陵區(qū)塊龍馬溪組的石英含量大于40%，脆性指數(shù)也高，產(chǎn)氣量為高產(chǎn)。此外，對(duì)比發(fā)現(xiàn)田壩剖面的石英、碳酸鹽礦物及黏土礦物三元分布圖與北美地區(qū)密西西比系的 Barnett 和 Woodford 含氣頁(yè)巖[29]落在同一個(gè)區(qū)域，表明它們具有較好的可比性(圖4)。田壩剖面的平均石英含量也較大，在60%左右，因此，根據(jù)工程類比和田壩剖面地質(zhì)調(diào)查可以得到，五峰組全段和龍馬溪組的中下段至少有厚72 m的泥頁(yè)巖具有利用壓裂技術(shù)改造儲(chǔ)層的初始條件。

圖3 田壩剖面五峰—龍馬溪組頁(yè)巖脆性指數(shù)頻率分布圖Fig.3 Brittleness index distribution of Tianba Wufeng-Longmaxi Formation shale

圖4 中美頁(yè)巖石英—碳酸鹽—黏土礦物含量三角圖北美頁(yè)巖數(shù)據(jù)源自文獻(xiàn)[29]Fig.4 The quartz-carbonate-clay mineral content triangle plot of Sino-American Shales

表3 北美頁(yè)巖與田壩剖面頁(yè)巖TOC、Ro及石英礦物含量參數(shù)對(duì)比表

3.2 黏土礦物組合與有機(jī)質(zhì)成熟度分析

泥巖/頁(yè)巖黏土礦物的組合特征、含量等與沉積環(huán)境、古氣候、成巖作用等有密切關(guān)系，且成巖作用階段及成熟度可以通過(guò)一些標(biāo)志性黏土礦物的組合及其含量反映出來(lái)，而成熟度是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣藏的一個(gè)重要指標(biāo)。X射線衍射結(jié)果表明，田壩剖面黏土礦物組合主要是伊利石+伊蒙間層+綠泥石礦物，這種組合是晚期成巖階段B亞期(或有機(jī)質(zhì)高成熟階段) 組合特征[34]。據(jù)趙杏媛對(duì)黏土礦物分布所總結(jié)出的6種分類模式來(lái)看[35]，屬于Ⅰ類，即正常轉(zhuǎn)化型。從淺到深存在蒙脫石向伊利石以及高嶺石向綠泥石兩個(gè)轉(zhuǎn)化序列，蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化序列為：蒙脫石→伊/蒙無(wú)序間層→伊/蒙有序間層→伊利石。從表1可以看出，田壩剖面的黏土礦物主要為伊蒙混層，次為伊利石黏土礦物，而含少量綠泥石。初步分析可能是沉積時(shí)形成的高嶺石不多，并且在成巖場(chǎng)向弱堿性轉(zhuǎn)變過(guò)程中多向伊利石轉(zhuǎn)化[36]；而蒙脫石有一部分已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化為伊利石，還有剩下的一部分屬于過(guò)渡階段，轉(zhuǎn)化成為伊蒙間層礦物。綠泥石分布不規(guī)律且偶爾出現(xiàn)，可能不是成巖階段形成的，而是從物源帶來(lái)的。這種黏土礦物的組合形式反應(yīng)了有機(jī)質(zhì)高—過(guò)成熟階段[37]，并且對(duì)田壩剖面所做的測(cè)試也得到(Ro為2.03%～2.33%，見(jiàn)表2、表3)其有機(jī)質(zhì)成熟度為高—過(guò)成熟階段，接近于美國(guó)Marcellus頁(yè)巖(Ro為1.5%～3.0%)和Woodford頁(yè)巖(Ro為1.1%～3.0%)，而略低于鄰區(qū)涪陵區(qū)塊(Ro為2.2%～3.06%)[38]。田壩剖面的礦物成分所反映的有機(jī)質(zhì)成熟度說(shuō)明其具有形成頁(yè)巖氣藏的成熟度條件。

3.3 礦物組成與儲(chǔ)層物性的關(guān)系

大量研究表明[35,39]，礦物成分、含量、分布等特征直接影響儲(chǔ)層孔隙的演化和保存。一般情況下，孔隙度和滲透率隨著頁(yè)巖中黏土總量的增加而降低，綠泥石相對(duì)含量的變化與孔隙演化趨勢(shì)相反[40]，而該區(qū)綠泥石含量顯著較少，據(jù)此規(guī)律推論，龍馬溪組必然具有較高的孔滲率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到該區(qū)域平均孔隙度較高(平均為5.96%)，滲透率也較高(平均為0.004×10-3m2)。田壩剖面中因?yàn)橐?蒙有序間層比為6%左右，所以將伊/蒙有序間層納入伊利石一起考慮。頁(yè)巖剖面中伊利石含量與孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系，而與滲透率也呈弱的正相關(guān)關(guān)系(圖5)。造成這一現(xiàn)象的原因是隨伊利石不斷生成其體積變小而使得孔隙體積有所增加，進(jìn)而滲透率也相應(yīng)地有所改善，但是由于伊利石晶體細(xì)小，會(huì)影響孔隙，使得滲透率受到一定影響。

圖5 田壩剖面頁(yè)巖黏土礦物相對(duì)含量與物性關(guān)系圖Fig.5 Correlation of relative content of clay minerals with physical properties of Tianba profile

鉀長(zhǎng)石與有效孔隙度和滲透率均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖6)。通常情況下，長(zhǎng)石的溶蝕作用有利于儲(chǔ)層次生孔隙的形成[41]。但研究區(qū)的鉀長(zhǎng)石溶解作用發(fā)生在埋藏成巖階段，該階段頁(yè)巖的流體活動(dòng)為半封閉狀態(tài)，鉀長(zhǎng)石的溶解作用與高嶺石轉(zhuǎn)化為伊利石相伴生，高嶺石向伊利石轉(zhuǎn)化消耗了流體體系中的K+，從而促進(jìn)了鉀長(zhǎng)石的溶解，鉀長(zhǎng)石足夠多以使高嶺石全部轉(zhuǎn)化為伊利石[42-43]。

因此，鉀長(zhǎng)石的溶解對(duì)儲(chǔ)層物性的影響就可以近似的看為伊利石含量與孔滲的關(guān)系，通過(guò)對(duì)比伊利石相對(duì)含量與孔滲的關(guān)系可以得出伊利石的相對(duì)含量越高，即鉀長(zhǎng)石溶蝕使高嶺石轉(zhuǎn)化為伊利石的比重越高，孔滲相對(duì)就越高。所以鉀長(zhǎng)石與孔滲有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系。根據(jù)分析可以得到該區(qū)域具有較高的孔隙度及滲透性，能為頁(yè)巖氣儲(chǔ)存提供較好的場(chǎng)所。

圖6 田壩剖面頁(yè)巖礦物相對(duì)含量與物性關(guān)系圖Fig.6 Correlation of relative content of minerals with physical properties of Tianba profile

3.4 區(qū)域?qū)Ρ妊芯?/p>

涪陵地區(qū)是目前我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)成果頗豐的地區(qū)，且與本研究區(qū)相鄰。因此，對(duì)相關(guān)重要參數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究，有利于渝東北地區(qū)頁(yè)巖氣潛力評(píng)價(jià)與靶區(qū)預(yù)測(cè)。

涪陵地區(qū)五峰—龍馬溪組頁(yè)巖的黏土礦物含量為16.6%～62.8%，平均為40.0%。黏土礦物以伊蒙混層為主，其次為伊利石，分別占黏土總量的54.0%和40.0%；脆性礦物含量為34.0%～80.0%，平均56.0%，其中以石英為主，其次是長(zhǎng)石和方解石，含量分別為38.0%、9.0%、3.8%[36]。渝東北地區(qū)與涪陵地區(qū)的五峰—龍馬溪組頁(yè)巖的頁(yè)巖成熟度、總有機(jī)碳含量基本一致(表3)。但渝東北地區(qū)的脆性礦物含量遠(yuǎn)大于涪陵地區(qū)，以石英為主，幾乎不發(fā)育碳酸鹽礦物。兩地區(qū)黏土礦物組成基本一致，但渝東北黏土礦物含量小于涪陵地區(qū)。因此，在巖石孔滲物性方面，渝東北地區(qū)田壩剖面五峰—龍馬溪組頁(yè)巖的孔隙度大于涪陵地區(qū)(4.51%)，而滲透率遠(yuǎn)小于涪陵地區(qū)(0.12×10-3m2)[31]。

造成這些差異的原因主要是沉積背景與構(gòu)造兩個(gè)方面的因素：沉積環(huán)境兩者都屬于深水沉積，但是涪陵地區(qū)外陸棚沉積環(huán)境較渝東北地區(qū)內(nèi)陸棚沉積環(huán)境其水體更深，渝東北地區(qū)相對(duì)涪陵地區(qū)更靠近古陸隆起；而田壩剖面所在的渝東北地區(qū)緊鄰褶皺帶，構(gòu)造更強(qiáng)烈，涪陵頁(yè)巖氣田主要在焦石壩背斜上，相對(duì)渝東北地區(qū)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。其次是，涪陵地區(qū)埋深更深(2 330～2 415 m[31])，而田壩剖面所在的渝東北地區(qū)地層受構(gòu)造影響大部分抬升強(qiáng)烈。雖然渝東北與涪陵地區(qū)存在一定差異，但是各項(xiàng)參數(shù)都是有可比性的，特別是脆性指數(shù)更高，對(duì)于后期壓裂開(kāi)采更有利。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)渝東北地區(qū)五峰—龍馬溪組頁(yè)巖礦物學(xué)特征研究我們可以得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1) 研究區(qū)礦物組分在區(qū)域上及剖面上均變化較大，其中，石英含量為42.6%～88.2%，平均為61.6%；其次為黏土礦物，為12.9%～47.3%，平均為28.0%；再次為長(zhǎng)石，平均含量8.29%；還含有少量的礦物如黃鐵礦、石膏等，平均含量不足5%。這些研究成果為后續(xù)沉積環(huán)境分析、成巖作用分析及頁(yè)巖氣儲(chǔ)集特征等研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)條件。

(2) 礦物成分含量、組合特征以及形態(tài)均能反映五峰—龍馬溪為深水還原沉積環(huán)境。這種還原環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)富集和保存，可以更好地形成頁(yè)巖氣。黏土礦物組合反映，五峰—龍馬溪組已進(jìn)入了晚期成巖作用階段，該階段所對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)成熟度為高成熟—過(guò)成熟，表明其成熟度條件有利于形成頁(yè)巖氣藏。

(3) 研究區(qū)頁(yè)巖脆性指數(shù)較高，因此具有運(yùn)用壓裂技術(shù)的先決條件。并且利用三元圖對(duì)比北美高產(chǎn)氣量頁(yè)巖發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)頁(yè)巖和北美頁(yè)巖礦物組成可比性高，并且與相鄰涪陵地區(qū)對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩者有一定差異，但是也有一定的相似之處，且研究區(qū)的脆性指數(shù)比涪陵地區(qū)還要高一些，因此可以得到，研究區(qū)頁(yè)巖具備形成頁(yè)巖氣的初期條件。

(4) 根據(jù)礦物組成與儲(chǔ)層物性分析發(fā)現(xiàn)，伊利石含量與孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系，而與滲透率呈弱的正相關(guān)關(guān)系；樣品鉀長(zhǎng)石含量較低而頁(yè)巖有效孔隙度則較大，樣品鉀長(zhǎng)石含量較高而頁(yè)巖有效孔隙度較低。該現(xiàn)象印證了鉀長(zhǎng)石與有效孔隙度存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。并且該區(qū)域礦物有效孔隙度和滲透率均較高，能為頁(yè)巖氣儲(chǔ)存提供較好的場(chǎng)所。

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Mineralogical Characteristics and Petroleum Geological Significance of Wufeng-Longmaxi Formation Shale in the Tianba Area, Northeast of Chongqing

YANG YuNing1,2, WANG Jian3, GUO XiuMei3, XIONG XiaoHui3

1. Chengdu University of Technology, Chengdu 610082, China 2. Research Institute of Geophysical Exploration Engineering Co. , Ltd. , Zhongcheng Coal Field, Chengdu 610072, China 3. Key Laboratory of Sedimentary Basin and Oil and Gas Resources, Chengdu Institute of Geology and Mineral Resources, Ministry of Land and Resources PRC, Chengdu 610082, China

Shale samples are from Wufeng-Longmaxi Formation of Tianba area in northeast of Chongqing. The results showed that major components of the Wufeng-Longmaxi Formation mud shale were composed of quartz, clay minerals and feldspar. In addition, other mineral components include Sulfide mineral like pyrite, gypsum and few carbonate. The mineral assemblage revealed that the Wufeng-Longmaxi Formation was composed of neritic shelf deposits that was in favor of the preservation and enrichment of organic matter and provided a good depositional condition for the shale gas reservoirs. Shale reservoir contained much quartz, and brittleness index was high that were conductive to form crack. Comparing adjacent Fuling area and Tianba area, we would find they were similar and the quartz and brittleness mineral content of Tianba shale was greater that of than the Fuling area, however, the clay minerals content and carbonate mineral content of Tianba shale was less than that of the Fuling area. Clay mineral compositions characterization reflected that Wufeng-Longmaxi Formation had already been in a phyllomorphic stage and that was corresponding to a highly mature or postmature evolutionary stage of hydrocarbons and provided with a suitable maturity condition for shale gas formation. Moreover, the Wufeng Formation and Longmaxi Formation were highly poriferous and which provided a better place for the shale gas reservoirs.

shale gas; Wufeng-Longmaxi Formation; mineralogy; sedimentology; Northeast of Chongqing; Tianba area

1000-0550(2017)04-0772-09

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.04.011

2015-10-28； 收修改稿日期： 2016-11-30

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41030315)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 41030315]

楊宇寧，女，1987年出生，博士，含油氣盆地沉積與層序地層，E-mail: yyn8711@163.com

王劍，男，研究員，E-mail: w1962jian@163.com

P588.22 P618.13

A