王同，熊亮，董曉霞，向克滿，周樺，鐘文俊，羅海金，郭衛(wèi)星，周靜

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司，四川成都610016；2.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，四川成都610052）

四川盆地作為頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)地區(qū)，主力層系龍馬溪組提交了萬(wàn)億立方米探明儲(chǔ)量，已建成涪陵、威遠(yuǎn)、威榮、昭通、太陽(yáng)等大型頁(yè)巖氣田[1-3]。尋找落實(shí)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)接替層系成為當(dāng)務(wù)之急。近年來(lái)，川南地區(qū)筇竹寺組黑色頁(yè)巖是前期頁(yè)巖氣勘探目標(biāo)，具有埋深適中、有機(jī)質(zhì)豐度高、生烴潛力大、含氣性好等優(yōu)點(diǎn)，但也存在有機(jī)質(zhì)孔隙較低、熱演化程度高的不足[4-7]。早在2010年中國(guó)石油威遠(yuǎn)地區(qū)威201井針對(duì)筇竹寺組直井壓裂獲測(cè)試產(chǎn)量1.08×104m3/d，隨后中國(guó)石化于2012年在井研犍為地區(qū)A1井筇竹寺組直井壓裂20 m獲測(cè)試產(chǎn)量2.88×104m3/d。2015年，中國(guó)石化在井研犍為地區(qū)筇竹寺組實(shí)施第一口水平井——B1HF井，獲測(cè)試產(chǎn)量5.95×104m3/d，揭示下寒武統(tǒng)筇竹寺組具有良好的勘探潛力，但黑色頁(yè)巖厚度薄，制約了商業(yè)產(chǎn)能關(guān)的突破。因此，有必要深入開展筇竹寺組新層系頁(yè)巖儲(chǔ)層特征研究，探尋非常規(guī)頁(yè)巖氣勘探新思路，落實(shí)下步勘探目標(biāo)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)四川盆地頁(yè)巖氣新層系勘探突破具有重要指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地南部地區(qū)筇竹寺組沉積主要受控于桐灣運(yùn)動(dòng)及興凱運(yùn)動(dòng)[8]。在這兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響下，形成綿陽(yáng)—長(zhǎng)寧拉張槽[9]。拉張槽內(nèi)筇竹寺組表現(xiàn)為3套黑色頁(yè)巖—深灰色、灰色粉砂質(zhì)頁(yè)巖—粉砂巖的沉積旋回。根據(jù)沉積旋回及巖—電組合特征，可將筇竹寺組分為兩段（筇一段、筇二段），11層（①—?號(hào)層）（圖1）。根據(jù)目前鉆探的5口井分析，其中①、⑤、⑨號(hào)層為黑色頁(yè)巖，厚度0～15.5 m，展布不穩(wěn)定，D1井、B2井⑤號(hào)層發(fā)生相變，不發(fā)育黑色頁(yè)巖。統(tǒng)計(jì)各井①、⑤、⑨號(hào)層儲(chǔ)層參數(shù)平均值，TOC為0.5 %～2.4 %，孔隙度為1.5 %～3.8 %；⑥—⑧號(hào)層粉砂質(zhì)頁(yè)巖、含黏土粉砂巖厚度83～105.5 m，氣測(cè)顯示良好，表現(xiàn)為“低密度，低中子”的天然氣挖掘效應(yīng)。統(tǒng)計(jì)各井⑥—⑧號(hào)層儲(chǔ)層參數(shù)平均值，TOC為0.25 %～0.41 %，孔隙度為2.2 %～2.9 %。因此，本次研究主要針對(duì)①、⑤、⑨號(hào)層黑色頁(yè)巖與⑥—⑧號(hào)層粉砂質(zhì)頁(yè)巖、含黏土粉砂巖。

圖1 川南地區(qū)筇竹寺組地層綜合柱狀圖Fig.1 Composite histogram of Qiongzhusi Formation in southern Sichuan

2 礦物巖石學(xué)特征

根據(jù)川南地區(qū)筇竹寺組XRD（X射線衍射，X-Ray Diffraction）分析樣品，①、⑤、⑨號(hào)層礦物主要以石英為主（21 %～47 %），平均32 %；長(zhǎng)石占5%～29.5%，平均13.48%；黏土礦物占11%～58.4%，平均含量40.5 %；碳酸鹽礦物較少（3 %～19.5 %），平均7.62%（圖2a）。⑥—⑧號(hào)層礦物主要以石英為主（8.1%～57.7%），平均39.11%；長(zhǎng)石占8%～32.2%，平均21.69 %；黏土礦物占5.9 %～45 %，平均22.29 %；碳酸鹽礦物較少（2.4 %～70 %），平均14.29%（圖2b）。⑥—⑧號(hào)層局部由于發(fā)育鈣質(zhì)粉砂巖條帶、透鏡體，因此，表現(xiàn)為高碳酸鹽特征。

圖2 川南筇竹寺組礦物學(xué)特征Fig.2 Mineralogical characteristics of Qiongzhusi Formation in the southern Sichuan

3 有機(jī)地化特征

3.1 有機(jī)質(zhì)類型

對(duì)于演化程度高的頁(yè)巖來(lái)說(shuō)，干酪根鏡檢結(jié)果僅供參考[10]，典型的干酪根組分依然以無(wú)定形腐泥為主，見少量海相鏡質(zhì)體（圖3），生烴潛力好。根據(jù)飽和烴色譜及干酪根碳同位素綜合分析結(jié)果表明，干酪根碳同位素分析①、⑤、⑨號(hào)層δ13C（PDB，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Pee Dee Belemnite）為-34.96 ‰～-32.09 ‰，⑥—⑧號(hào)層δ13C（PDB）為-34.09 ‰～-31.31 ‰。筇竹寺組主峰碳為18～23，主峰碳數(shù)較小，表明筇竹寺組有機(jī)質(zhì)類型相對(duì)優(yōu)，綜合飽和烴色譜Ph/C18－Pr/C17關(guān)系分析，其中，Ph為植烷（Phytane），Pr為姥鮫烷（Pristane），筇竹寺組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)為Ⅰ—Ⅱ1型。

圖3 A103井筇竹寺組干酪根組分Fig.3 Kerogen macerals of Qiongzhusi Formation in Well-A103

3.2 成熟度

對(duì)于古生界烴源巖熱成熟度的判斷一直是學(xué)術(shù)界爭(zhēng)論的熱點(diǎn)[11-12]。分析6口井的瀝青質(zhì)反射率（Rb）、巖石熱解高峰溫度（Tmax）及黏土礦物XRD，綜合判斷筇竹寺組熱成熟度。利用測(cè)得的瀝青質(zhì)反射率（Rb）換算等效鏡質(zhì)體反射率（Ro），公式為Ro=0.618Rb+0.4[13]。頁(yè)巖黏土礦物組合反映了黏土礦物的成巖演化程度。3種實(shí)驗(yàn)方法結(jié)論較為一致，Ro為2.35%～2.67%，Tmax為520～530℃，黏土礦物主要以伊利石（49 %）及混層比為5 %～10 %的伊蒙混層（39%）為主，含有少量綠泥石（13%），不含蒙脫石、高嶺石。

3.3 有機(jī)質(zhì)豐度

筇竹寺組具有旋回性特征，因此，有機(jī)質(zhì)豐度差異較大，①、⑤、⑨號(hào)層為海侵背景下形成的凝縮段黑色頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)大量富集，TOC為0.77%～3.55%，平均1.85 %。在高成熟背景下，生烴轉(zhuǎn)化率高達(dá)90%。⑥—⑧號(hào)層沉積期由于粉砂注入，有機(jī)質(zhì)被稀釋，TOC為0.09%～0.94%，平均0.3%。因此，頁(yè)巖氣勘探有待解放思路，探索有機(jī)質(zhì)并不富集的粉砂質(zhì)頁(yè)巖這一新層系。

4 儲(chǔ)層特征

4.1 儲(chǔ)集空間類型

基于氬離子拋光掃描電鏡觀察，認(rèn)為川南筇竹寺組頁(yè)巖儲(chǔ)集空間可歸納為有機(jī)質(zhì)孔隙、無(wú)機(jī)質(zhì)孔隙和微裂縫三大類[14]。

筇竹寺組①、⑤、⑨號(hào)層表現(xiàn)為黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（圖4a），有機(jī)質(zhì)呈星散狀大量分布于微晶石英之間，少量與黃鐵礦、黏土礦物共生。有機(jī)質(zhì)孔是黑色頁(yè)巖的主要的儲(chǔ)集空間。有機(jī)質(zhì)孔結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)型蜂窩狀分布（圖4b）。無(wú)機(jī)孔發(fā)育較少，主要為黏土礦物晶間孔（圖4c），長(zhǎng)石或碳酸鹽礦物溶蝕孔。脆性礦物粒間孔主要表現(xiàn)為黃鐵礦晶粒間印?？?。巖心裂縫幾乎不發(fā)育，微裂縫主要表現(xiàn)為成巖作用過(guò)程中造成礦物收縮或溶蝕（圖4d）。

筇竹寺組⑥—⑧號(hào)層表現(xiàn)為貧有機(jī)質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖（圖4e）、含黏土粉砂巖（圖4f），有機(jī)質(zhì)僅零星分布于粉砂碎屑顆粒之間，少量發(fā)育圓度較高的有機(jī)質(zhì)孔（圖4g），反映出在成巖作用較強(qiáng)的背景下，依然存在脆性礦物顆粒間的抗壓實(shí)作用，有利于儲(chǔ)集空間的保存。主要儲(chǔ)集空間以無(wú)機(jī)孔為主，粉砂顆粒多呈點(diǎn)線接觸（圖4h），黏土礦物大多賦存于粉砂顆粒之間，形成大量的黏土礦物層間孔（圖4i、j）。巖心裂縫并不發(fā)育，縫密度0.1條/m，僅見少量的應(yīng)力卸載縫及方解石充填高角度縫（圖4k）。同時(shí)全巖XRD實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明長(zhǎng)石占8%～32.2%，碳酸鹽礦物占2.4%～70%，結(jié)合掃描電鏡觀察結(jié)果來(lái)看，長(zhǎng)石及碳酸鹽礦物粒內(nèi)溶孔及粒緣縫對(duì)于孔隙也具有一定的貢獻(xiàn)（圖4l）。

圖4 川南筇竹寺組微觀儲(chǔ)集空間類型Fig.4 Micro-reservoir space types of Qiongzhusi Formation in southern Sichuan

4.2 物性特征

結(jié)合氦氣孔隙度與測(cè)井模型，縱向上，⑤號(hào)層與⑨號(hào)層之間所夾的⑥—⑧號(hào)層表現(xiàn)為高孔隙度特征，孔隙度為0.52%～5.03%，平均為3.3%；①、⑤、⑨號(hào)層孔隙度為1.8%～4.2%，平均值分別為2.4%、2.1%、1.5%（圖5）。

圖5 川南地區(qū)筇竹寺組縱向孔隙度特征Fig.5 Vertical porosity characteristics of Qiongzhusi Formation in southern Sichuan

4.3 孔隙結(jié)構(gòu)

利用物理吸附法表征巖石孔隙結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用[15]，低溫氮?dú)馕角€可用以判斷微—中—大孔孔徑分布，滯后回環(huán)判斷孔隙形態(tài)[16]，壓汞曲線在頁(yè)巖中可以用來(lái)判斷孔隙分選及大孔分布[17]。

①、⑤、⑨號(hào)層氮?dú)馕搅看?，低壓區(qū)—中壓區(qū)具有一定吸附量，說(shuō)明發(fā)育微孔及較大中孔，當(dāng)相對(duì)壓力接近1時(shí)，吸附量增加，說(shuō)明有大孔的存在。吸附回環(huán)為H2（b）與H3型的復(fù)合特征，對(duì)應(yīng)細(xì)頸墨水瓶廣體孔為主，含少量狹縫形孔（圖6a）。壓汞曲線與低溫氮?dú)馕椒?lián)測(cè)結(jié)果分析，孔徑分布集中在1～2 nm微孔區(qū)（圖6b）。

⑥—⑧號(hào)層氮?dú)馕搅窟m中，當(dāng)相對(duì)壓力為0.9～1時(shí)，吸附量激增，說(shuō)明發(fā)育有中孔與大孔為主。吸附回環(huán)為H3型，對(duì)應(yīng)細(xì)狹縫形孔（圖6c）。利用壓汞曲線判斷宏孔分選及展布特征，進(jìn)汞曲線及退汞曲線具有“三段式”特征，5～30 MPa大量進(jìn)汞、退汞效率為29.7%，為細(xì)歪度、分選較好，反映大孔連通性良好（圖6d）。壓汞曲線與低溫氮?dú)馕椒?lián)測(cè)結(jié)果分析，孔徑分布呈兩個(gè)峰值，2～10 nm與50～200 nm（圖6e）。結(jié)合掃描電鏡觀察，明確了顆粒間充填的黏土礦物層間孔大量發(fā)育，占據(jù)主要儲(chǔ)集空間。

圖6 川南筇竹寺組孔隙結(jié)構(gòu)特征Fig.6 Pore structure characteristics of the Qiongzhusi Formation in the southern Sichuan

4.4 含氣性特征

根據(jù)5口井實(shí)鉆情況揭示筇竹寺組①、⑤、⑨號(hào)層及⑥—⑧號(hào)層氣顯示較活躍，含氣性較好，鉆井液密度普遍介于1.34～1.60 g/cm3（圖7）。B1井鉆井液密度1.45 g/cm3，⑨號(hào)層全烴顯示高達(dá)26.88%，槽面見5%～10%針尖狀氣泡，解釋為氣層；⑤號(hào)層全烴顯示達(dá)4.74%，①號(hào)層全烴顯示為3.16%，均解釋為含氣層。C1井⑥—⑧號(hào)層鉆井液密度1.55 g/cm3，全烴顯示最高達(dá)24.76%，槽面見5%針尖狀氣泡，錄井解釋為氣層。A103井⑥—⑧號(hào)層鉆井液密度1.60 g/cm3取心鉆進(jìn)，全烴顯示最高達(dá)3.74%。B2井⑥—⑧號(hào)層鉆井液密度1.42 g/cm3，全烴顯示10.60%。全區(qū)多口井⑥—⑧號(hào)層多段解釋為含氣層或氣層。

圖7 川南筇竹寺組氣測(cè)顯示對(duì)比Fig. 7 Gas logging correlation of Qiongzusi Formation in southern Sichuan

現(xiàn)場(chǎng)含氣量分析表明①、⑤、⑨號(hào)層黑色頁(yè)巖段含氣量相對(duì)較高，介于1.05～4.26 m3/t，平均值達(dá)到1.5 m3/t以上；⑥—⑧層含氣量為0.12～1.87 m3/t，平均值0.765 m3/t。從吸附機(jī)理來(lái)看，①、⑤、⑨號(hào)層黑色頁(yè)巖解析速率要低于⑥—⑧號(hào)層粉砂質(zhì)頁(yè)巖及含黏土粉砂巖，因此，⑥—⑧號(hào)層巖心含氣量多在井筒逸散，造成現(xiàn)場(chǎng)含氣量測(cè)值偏低，無(wú)法很好地表征含氣性特征。

4.5 孔隙發(fā)育的影響因素初探

通常非常規(guī)頁(yè)巖氣勘探目標(biāo)為黑色頁(yè)巖，具有一定厚度，脆性高，抗壓實(shí)性好，有機(jī)質(zhì)孔大量發(fā)育，同時(shí)形成生烴增壓，有利于保存孔隙[18-19]。⑥—⑧號(hào)層中粉砂顆粒以石英、長(zhǎng)石為主，隨著硅質(zhì)礦物增加，孔隙度也隨之增大（圖8a、b），結(jié)合前述掃描電鏡觀察表明硅質(zhì)礦物抗壓作用，有利于孔隙保存，具有源內(nèi)富集的條件，并不受高演化程度的影響。碳酸鹽礦物與孔隙度相關(guān)性并不明顯，但碳酸鹽礦物過(guò)多時(shí)儲(chǔ)集空間多被鈣質(zhì)膠結(jié)，表現(xiàn)為低孔隙度特征（圖8c）。黏土礦物過(guò)多表現(xiàn)為塑性增強(qiáng)，在壓實(shí)過(guò)程中，孔隙度降低（圖8d）。同時(shí)，JY1井實(shí)測(cè)地層壓力系數(shù)高達(dá)1.51，⑥—⑧號(hào)層發(fā)育在⑤、⑨號(hào)黑色頁(yè)巖層之間，呈“三明治”結(jié)構(gòu)，其孔隙度較高，具有良好的儲(chǔ)集性能，有利于形成壓力封存。

圖8 筇竹寺組⑥—⑧號(hào)層礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與孔隙度關(guān)系Fig.8 Relation between porosity and mineral content of⑥—⑧l(xiāng)ayers in Qiongzhusi Formation

5 結(jié)論

1）川南地區(qū)筇竹寺組①、⑤、⑨號(hào)層發(fā)育黑色頁(yè)巖具有高TOC、高演化程度、高生烴潛力、較高孔隙度特征，但厚度較??；⑥—⑧號(hào)層粉砂質(zhì)頁(yè)巖、含黏土粉砂巖，具有高孔隙度，高脆性特征，氣測(cè)顯示良好。

2）川南地區(qū)筇竹寺組①、⑤、⑨號(hào)層黑色頁(yè)巖儲(chǔ)集空間以有機(jī)質(zhì)孔為主，是高成熟度頁(yè)巖氣的有利儲(chǔ)集空間；⑥—⑧號(hào)層粉砂質(zhì)頁(yè)巖、含黏土粉砂巖儲(chǔ)集空間以粒間孔及長(zhǎng)石、碳酸鹽礦物溶蝕孔為主，粒緣縫改善其滲流能力。

3）川南地區(qū)筇竹寺組⑥—⑧號(hào)層粉砂質(zhì)頁(yè)巖、含黏土粉砂巖發(fā)育在⑤、⑨號(hào)黑色頁(yè)巖層之間，呈“三明治”結(jié)構(gòu)，有利于形成壓力封存，具有良好的儲(chǔ)集性能，是下一步有利勘探目標(biāo)。