尹興平，蔣裕強(qiáng)，2，付永紅，2，張雪梅，雷治安，陳 超，張海杰

（1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500；2.中國(guó)石油非常規(guī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)層評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500；3.四川科宏石油天然氣工程有限公司，成都 610056；4.重慶頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，重慶 610213；5.四川長(zhǎng)寧天然氣開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，成都 610056）

0 引言

經(jīng)過(guò)近10 年的努力，在四川盆地陸續(xù)建成了焦石壩、長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)、昭通3 個(gè)國(guó)家頁(yè)巖氣示范基地，實(shí)現(xiàn)了3 500 m 以淺頁(yè)巖氣商業(yè)規(guī)?；_(kāi)發(fā)［1］。至2015 年，我國(guó)已正式進(jìn)入“海相頁(yè)巖氣規(guī)?；_(kāi)采和海陸過(guò)渡相、陸相頁(yè)巖氣工業(yè)化開(kāi)采實(shí)驗(yàn)”階段［2］，并向深層海相頁(yè)巖拓展。已在瀘州、榮昌、渝西等地區(qū)取得了一系列突破，其中渝西地區(qū)Z202-H1 井和Z203 井分別獲日產(chǎn)45.67 萬(wàn)m3和21.3 萬(wàn)m3的高產(chǎn)工業(yè)性氣流［3-4］，展現(xiàn)出深層頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的廣闊前景。在瀘州、榮昌、渝西等地區(qū)深層龍馬溪組底部發(fā)育優(yōu)質(zhì)深水陸棚亞相黑色頁(yè)巖，但其沉積微相存在顯著不同，從而導(dǎo)致其巖相發(fā)育特征差異明顯［5-7］。在頁(yè)巖巖相劃分與巖相特征方面，Allix等［8］以黏土礦物、碳酸鹽巖與石英+長(zhǎng)石為三端元對(duì)頁(yè)巖進(jìn)行巖相劃分；Wang 等［9］在國(guó)內(nèi)首次將巖相概念引入頁(yè)巖研究，并根據(jù)有機(jī)質(zhì)豐度與礦物組分確定頁(yè)巖巖相；朱逸青等［10］以“礦物組分+沉積構(gòu)造”的分類(lèi)方案將川東地區(qū)頁(yè)巖劃分為7 種巖相；柳波等［11］以“有機(jī)質(zhì)豐度+沉積構(gòu)造+礦物組分”的分類(lèi)方案對(duì)陸相頁(yè)巖進(jìn)行巖相劃分。以上頁(yè)巖巖相劃分方案均是從頁(yè)巖礦物組分、有機(jī)質(zhì)豐度、沉積構(gòu)造3 個(gè)方面開(kāi)展巖相劃分，在最有利的儲(chǔ)層段（3～5 m）往往出現(xiàn)多類(lèi)巖相，且?guī)r相與儲(chǔ)層特征關(guān)聯(lián)性差，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用困難。

在薄片鑒定、礦物組分、TOC 含量、物性、含氣性及微觀特征等資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，采用“TOC+礦物組分”的分類(lèi)方案對(duì)巖相進(jìn)行劃分。通過(guò)開(kāi)展不同巖相的儲(chǔ)層品質(zhì)評(píng)價(jià)和對(duì)比不同巖相的儲(chǔ)層品質(zhì)差異，分析頁(yè)巖巖相及其對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響，優(yōu)選了有利于開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖巖相，以期為優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖平面展布預(yù)測(cè)提供一定數(shù)據(jù)支撐，并對(duì)優(yōu)選頁(yè)巖儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”段、優(yōu)化開(kāi)發(fā)工藝、提高頁(yè)巖氣單井產(chǎn)能和實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域概況

四川盆地分為川東南斜坡高陡構(gòu)造區(qū)（包括川東高陡褶皺帶和川南低陡褶皺帶）、川中隆起低緩構(gòu)造區(qū)和川西坳陷低陡構(gòu)造區(qū)3 個(gè)構(gòu)造區(qū)［12］。Z203 井位于川中隆起低緩構(gòu)造區(qū)與川南低陡褶皺帶之間的蒲呂場(chǎng)向斜，兩側(cè)發(fā)育西山背斜與西溫泉背斜（圖1）。鉆井揭示上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組龍一1亞段為一套深水陸棚相黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，為主要產(chǎn)氣層段。由于受海平面升降旋回變化影響，龍一1亞段可以細(xì)分為龍共4 個(gè)小層（簡(jiǎn)稱(chēng)為1 小層、2 小層、3小層、4 小層）［4，13］。

圖1 渝西地區(qū)Z203 井區(qū)構(gòu)造背景與地層劃分（據(jù)文獻(xiàn)［4］修改）Fig.1 Structural setting and stratigraphic division of well block Z203 in western Chongqing

2 頁(yè)巖巖相類(lèi)型及其演化規(guī)律

2.1 頁(yè)巖巖相劃分的方法和方案

采用“TOC+礦物組分”的巖相劃分方法（圖2），是以TOC 表征儲(chǔ)層的生氣能力，以礦物組分反映頁(yè)巖的可壓裂性［14］。其具體步驟為：（1）將w（TOC）≥4%的頁(yè)巖稱(chēng)為高碳類(lèi)頁(yè)巖，3%≤w（TOC）＜4%的頁(yè)巖稱(chēng)為中碳類(lèi)頁(yè)巖，2%≤w（TOC）＜3%的頁(yè)巖稱(chēng)為低碳類(lèi)頁(yè)巖；（2）將黏土礦物、碳酸鹽礦物和（石英+長(zhǎng)石）三者的含量作為三端元進(jìn)行礦物組分巖相劃分：①黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞40% 為黏土質(zhì)頁(yè)巖相；②碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥90% 為灰?guī)r相；（石英+長(zhǎng)石）質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥90%為硅質(zhì)巖相；③以RQC［w（石英+長(zhǎng)石）/w（碳酸鹽礦物）］進(jìn)行劃分，可分為硅質(zhì)頁(yè)巖相（RQC≥3）、鈣質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖相（1/3≤RQC＜3）、鈣質(zhì)頁(yè)巖相（RQC＜1/3）。

圖2 渝西地區(qū)Z203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段頁(yè)巖巖相劃分（據(jù)文獻(xiàn)［14］修改）Fig.2 Lithofacies division of shale of Wufeng Formation-lower Long 1 submember of Longmaxi Formation in well Z203 in western Chongqing

將Z203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段頁(yè)巖劃分為高碳硅質(zhì)頁(yè)巖（S1）、中碳硅質(zhì)頁(yè)巖（S2）、低碳硅質(zhì)頁(yè)巖（S3）、低碳鈣質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖（C-S3）、低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖（M3）、特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖（M4）6 種巖相。

2.2 頁(yè)巖巖相的組分和發(fā)育特征

（1）高碳硅質(zhì)頁(yè)巖（S1）。該巖相巖性主要為黑色硅質(zhì)頁(yè)巖。TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.1%～7.2%，平均值為5.7%；石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為65.9%；碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.1%～11.2%，平均值為8.4%；黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為15.8%（表1）。巖心見(jiàn)紋層與厚層狀黃鐵礦發(fā)育，厚約1.5 cm［圖3（a）］。鏡下可見(jiàn)硅質(zhì)顆粒明亮純凈，有機(jī)質(zhì)呈層狀富集，微裂縫發(fā)育［圖4（a）］。

圖3 渝西地區(qū)Z203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段頁(yè)巖主要巖相巖心特征（a）高碳硅質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)育厚層狀黃鐵礦，紋層富集，1 小層，4 102.20～4 102.27 m；（b）中碳硅質(zhì)頁(yè)巖，紋層富集，3 小層，4 088.45～4 088.63 m；（c）中碳硅質(zhì)頁(yè)巖，薄層狀黃鐵礦沿層理發(fā)育，3 小層，4 085.61～4 085.86 m；（d）低碳硅質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)育薄層狀黃鐵礦、斑點(diǎn)狀黃鐵礦與砂質(zhì)結(jié)核，4 小層，4 073.15～4 073.40 m；（e）低碳鈣質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖，五峰組，4 110.85～4 111.05 m；（f）特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖，4 小層，4 065.27～4 065.40 mFig.3 Core characteristics of main shale lithofacies of Wufeng Formation-lower Long 1 submember of Longmaxi Formation of well Z203 in western Chongqing

（2）中碳硅質(zhì)頁(yè)巖（S2）。該巖相巖性以黑色含粉砂頁(yè)巖及硅質(zhì)頁(yè)巖為主。TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為3.4%；石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.1%～69.8%，平均值為54.9%；碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%～18.5%，平均值為16.3%；黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為18.5%（表1）。紋層富集，薄層狀黃鐵礦沿層理發(fā)育（厚約0.2 cm）［圖3（b）—（c）］。鏡下鈣質(zhì)粉砂顆粒含量相對(duì)較高，微裂縫發(fā)育［圖4（b）］。

圖4 渝西地區(qū)Z203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段主要巖相頁(yè)巖鏡下特征（a）高碳硅質(zhì)頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)層狀富集，裂縫發(fā)育，1 小層，4 102.22 m；（b）中碳硅質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)育一條微裂縫，2 小層，4 094.45 m；（c）低碳硅質(zhì)頁(yè)巖，見(jiàn)黃鐵礦結(jié)核，3 小層，4 076.80 m；（d）低碳鈣質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖，鈣質(zhì)粉砂顆粒，4 小層，4 076.07 m；（e）低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖，見(jiàn)斑點(diǎn)狀黃鐵礦，4 小層，4 076.07 m；（f）特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)育泥質(zhì)結(jié)核與泥質(zhì)條帶，4 小層，4 067.20 mFig.4 Microscopic characteristics of main shale lithofacies of Wufeng Formation-lower Long 1 submember of Longmaxi Formation of well Z203 in western Chongqing

表1 渝西地區(qū)Z203井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段主要巖相礦物組分統(tǒng)計(jì)Table 1 Mineral compositionstatistics of mainlithofacies of Wufeng Formation-lowerLong 1 submember of Longmaxi Formation of well Z203 in western Chongqing%

（3）低碳硅質(zhì)頁(yè)巖（S3）。該巖相巖性以黑灰色—灰黑色粉砂質(zhì)頁(yè)巖為主。TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.2%；石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.8%～68.8%，平均為51.3%，黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，平均為25.6%（表1）。紋層較發(fā)育，見(jiàn)順層理發(fā)育的薄層狀黃鐵礦、砂質(zhì)結(jié)核［圖3（d）］。鏡下粉砂級(jí)顆粒較多，偶見(jiàn)黃鐵礦結(jié)核［圖4（c）］。

（4）低碳鈣質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖（C-S3）。該巖相巖性以灰黑色—黑灰色含鈣粉砂質(zhì)頁(yè)巖及含粉砂頁(yè)巖為主［圖3（e）］。TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.3%，主要礦物成分為石英，碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，平均為23.5%（表1）。鏡下可見(jiàn)大量鈣質(zhì)細(xì)粉砂顆粒［圖4（d）］。

（5）低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖（M3）。該巖相巖性為灰黑色黏土質(zhì)頁(yè)巖。TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均2.0%，黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30.8%～50.2%，平均值為42.1%，石英平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.1%，碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為11.0%（表1）。鏡下可見(jiàn)鈣質(zhì)粉砂與黃鐵礦結(jié)核［圖4（e）］。

（6）特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖（M4）。該巖相巖性為灰綠色—深灰色頁(yè)巖及凝灰質(zhì)頁(yè)巖［圖3（f）］。TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均僅為0.8%，黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33.8%～59.5%，平均為47.9%，石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為38.8%（表1）。鏡下可見(jiàn)泥質(zhì)結(jié)核與泥質(zhì)條帶發(fā)育［圖4（f）］。

2.3 頁(yè)巖巖相演化特征

受氣候變化、物源供給、海平面變化等多因素的綜合控制，不同的巖相具有不同的礦物組分、有機(jī)質(zhì)含量和沉積結(jié)構(gòu)特征等，可以反映不同的沉積環(huán)境。上奧陶統(tǒng)五峰組主要發(fā)育中碳硅質(zhì)頁(yè)巖，碳酸鹽含量較高，可見(jiàn)薄層狀黃鐵礦沿層理發(fā)育，反映了相對(duì)滯留的還原環(huán)境。龍馬溪組自下而上依次發(fā)育高碳硅質(zhì)頁(yè)巖、中碳硅質(zhì)頁(yè)巖、低碳硅質(zhì)頁(yè)巖和特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)含量與石英含量逐漸降低，粉砂顆粒與黏土含量逐漸增加，至頂部巖心可見(jiàn)砂質(zhì)結(jié)核和砂質(zhì)條帶，黃鐵礦由下部呈厚層狀發(fā)育逐漸過(guò)渡為上部星散狀發(fā)育，龍一1亞段自下而上陸源碎屑輸入逐漸增加，水動(dòng)力條件逐漸增強(qiáng)，沉積水體逐漸變淺，沉積環(huán)境由強(qiáng)滯留強(qiáng)還原環(huán)境向弱還原環(huán)境轉(zhuǎn)變（圖5）。

圖5 渝西地區(qū)Z203 井五峰組—龍一1亞段巖相縱向演化規(guī)律綜合柱狀圖Fig.5 Vertical evolution of lithofacies of Wufeng Formation-lower Long 1 submember of Longmaxi Formation in well Z203 of western Chongqing

3 不同巖相的儲(chǔ)層特征

3.1 有機(jī)質(zhì)分布

TOC 含量與頁(yè)巖儲(chǔ)層的生氣能力、含氣性及儲(chǔ)集空間等密切相關(guān)，是頁(yè)巖氣富集的物質(zhì)基礎(chǔ)［15-17］。高碳硅質(zhì)頁(yè)巖鏡下顯示其有機(jī)質(zhì)主要呈條帶狀分布，條帶厚度明顯較其他巖相厚（［圖6（a）］），氬離子拋光掃描電鏡分析顯示，有機(jī)質(zhì)主要以定向條帶狀或團(tuán)塊狀連片分布于剛性礦物間［圖7（a）］，TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，平均值為5.7%［圖8（a）］。中碳硅質(zhì)頁(yè)巖鏡下有機(jī)質(zhì)條帶較少，且厚度?。蹐D6（b）—（c）］，氬離子拋光掃描電鏡分析顯示，有機(jī)質(zhì)主要呈分散狀分布，局部出現(xiàn)團(tuán)塊［圖7（d）］。低碳/特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖鏡下顯示為土黃色，見(jiàn)泥質(zhì)結(jié)核和泥質(zhì)條帶［圖6（e）—（f）］，氬離子拋光掃描電鏡分析顯示，有機(jī)質(zhì)僅呈局部小團(tuán)塊狀［圖7（g）］。

圖6 渝西地區(qū)Z203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段主要巖相頁(yè)巖儲(chǔ)層紋層發(fā)育特征（a）高碳硅質(zhì)頁(yè)巖，紋層發(fā)育，1 小層，4 099.84 m；（b）中碳硅質(zhì)頁(yè)巖，紋層富集，2 小層，4 098.22 m；（c）中碳硅質(zhì)頁(yè)巖，紋層發(fā)育，3 小層，4 085.27 m；（d）低碳硅質(zhì)頁(yè)巖，紋層較發(fā)育，4 小層，4 069.34 m；（e）低碳黏土頁(yè)巖，紋層不發(fā)育，五峰組，4 109.78 m；（f）特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖，紋層欠發(fā)育，4 小層，4 058.72 mFig.6 Lamination characteristics of shale lithofacies of Wufeng Formation-lower Long 1 submember of Longmaxi Formation of well Z203 in western Chongqing

圖7 渝西地區(qū)Z203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段主要巖相頁(yè)巖儲(chǔ)層微觀特征（a）高碳硅質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔與粒內(nèi)溶孔，1 小層，4 101.07 m；（b）a 的局部放大，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育；（c）b 的局部放大，有機(jī)質(zhì)孔連通性好；（d）中碳硅質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔、粒間孔與微裂縫，2 小層，4 081.23 m；（e）中碳硅質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)育微裂縫與溶蝕孔，3 小層，4 081.23 m；（f）e 的局部放大，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育；（g）低碳硅質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)育微裂縫與粒間孔，4 小層，4 070.88 m；（h）低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)育溶蝕孔、粒間孔及微裂縫，五峰組，4 109.78 m；（i）特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)孔孔徑細(xì)小，4 小層，4 062.90 mFig.7 Pore development characteristics of main shale lithofacies of Wufeng Formation-lower Long 1 submember of Longmaxi Formation of well Z203 in western Chongqing

圖8 渝西地區(qū)Z203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段頁(yè)巖主要巖相儲(chǔ)層特征對(duì)比Fig.8 Comparison of main shale lithofacies characteristics of Wufeng Formation-lower Long 1 submember of Longmaxi Formation of well Z203 in western Chongqing

3.2 紋層結(jié)構(gòu)

頁(yè)巖紋層是頁(yè)巖中可分辨的最小沉積單元，是影響頁(yè)巖物性的主要因素之一［18］。通過(guò)薄片及巖心分析，高碳硅質(zhì)頁(yè)巖紋層發(fā)育程度較高，主要為泥紋層，紋層密度為5～10 條/cm，紋層厚度較大，為0.05～1.50 mm［圖6（a）］；中碳硅質(zhì)頁(yè)巖粉砂紋層和泥紋層均發(fā)育，粉砂紋層以相對(duì)粗粒的石英或碳酸鹽顆粒組成，泥紋層相對(duì)較少且厚度小，平均紋層密度為10.2 條/cm［圖8（b）］，紋層厚度為0.05～1.00 mm［圖6（b）—（c）］；低碳硅質(zhì)頁(yè)巖與中碳硅質(zhì)頁(yè)巖具有相似的紋層發(fā)育特征，但紋層密度較低［圖6（d）］。低碳/特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖，紋層不發(fā)育，偶見(jiàn)不連續(xù)紋層或泥質(zhì)條帶［圖6（e）—（f）］。

3.3 儲(chǔ)集空間與物性特征

頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類(lèi)型及孔滲特征可影響頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集性能及產(chǎn)能，是進(jìn)行頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)［19-21］。有機(jī)質(zhì)孔在頁(yè)巖中具有重要意義，是頁(yè)巖氣賦存的重要場(chǎng)所，也是頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。高碳硅質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育，以圓形和近圓形為主［圖7（b）—（c）］，孔徑通常大于100 nm［圖7（b）］，連通性好［圖7（c）］，孔隙度平均為5.29%［圖8（c）］。中碳硅質(zhì)頁(yè)巖可見(jiàn)有機(jī)質(zhì)與剛性礦物邊緣的微裂縫及剛性顆粒內(nèi)部的溶蝕孔隙［圖7（e）］。團(tuán)塊狀有機(jī)質(zhì)中孔發(fā)育，但孔徑偏?。蹐D7（f）］，連通性略差，孔隙度平均為4.04%［圖8（c）］。低碳硅質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量低，粒間孔與微裂縫發(fā)育，孔隙度平均為4.44%［圖7（g）］。低碳/特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖偶見(jiàn)微裂縫發(fā)育，有機(jī)質(zhì)孔與無(wú)機(jī)孔均欠發(fā)育［圖7（h）—（i）］，孔隙度低，平均值分別為2.32%和2.49%。

頁(yè)巖滲透率主要受微裂縫、紋層發(fā)育程度和孔隙連通性等因素影響。本次研究采用柱塞樣分析滲透率，裂縫發(fā)育程度低，基本可視為基質(zhì)滲透率，所以可排除裂縫對(duì)滲透率的影響。高碳硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙較為發(fā)育［圖7（c）］，紋層密度為5～10 條/cm，且紋層厚度大［圖6（b）］，平均滲透率為0.032 mD。中碳硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙發(fā)育程度差于高碳硅質(zhì)頁(yè)巖，但紋層密度＞10 條/cm，多為粉砂紋層和泥紋層交互出現(xiàn)，平均滲透率為0.051 mD。低碳硅質(zhì)頁(yè)巖即使具有較高的孔隙度，由于紋層密度低于中碳硅質(zhì)頁(yè)巖，滲透率仍較低［圖8（d）］。低碳/特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖孔隙和紋層發(fā)育程度均較差，滲透率較小。

3.4 含氣性特征

含氣性是衡量頁(yè)巖儲(chǔ)層產(chǎn)能及經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值不可或缺的指標(biāo)［22-23］。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)解析結(jié)果分析表明，高碳硅質(zhì)頁(yè)巖總含氣量最高，為6.32 cm3/g，中碳硅質(zhì)頁(yè)巖次之，含氣量為4.5 cm3/g［圖8（e）］。低碳硅質(zhì)頁(yè)巖與低碳鈣質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量相當(dāng)，但由于低碳硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙度遠(yuǎn)大于低碳鈣質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖，導(dǎo)致含氣量也相差較大，分別為4.09 cm3/g 和2.34 cm3/g［圖8（e）］。

3.5 優(yōu)質(zhì)巖相頁(yè)巖儲(chǔ)層

結(jié)合研究區(qū)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，根據(jù)有機(jī)碳含量、物性特征、含氣量、脆性指數(shù)等指標(biāo)來(lái)判別Z203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段黑色優(yōu)勢(shì)巖相頁(yè)巖儲(chǔ)層，以反映各巖相儲(chǔ)層的資源潛力與可開(kāi)發(fā)性。高碳硅質(zhì)頁(yè)巖泥紋層發(fā)育，石英含量高，連片分布有機(jī)質(zhì)與其內(nèi)部的連通有機(jī)質(zhì)孔保存良好，脆性指數(shù)高［圖8（f）］，使其不僅具有良好的有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度和較高的含氣量，且滲流能力與可壓裂性較強(qiáng)，利于頁(yè)巖氣的富集與開(kāi)采，是最有利的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)巖相。中碳硅質(zhì)頁(yè)巖與低碳硅質(zhì)頁(yè)巖粉砂紋層發(fā)育，有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較低，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度略差，生儲(chǔ)能力稍差，但仍具有較強(qiáng)的滲流能力與可壓裂性，為次有利頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)巖相。其余巖相TOC 含量和石英含量低，黏土含量高，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度差，含氣量偏低，難以具備較好的商業(yè)開(kāi)采價(jià)值。

4 優(yōu)質(zhì)巖相頁(yè)巖儲(chǔ)層發(fā)育主控因素

沉積環(huán)境對(duì)巖相的發(fā)育起決定性作用，通常用地球化學(xué)示蹤方法來(lái)指示沉積環(huán)境。w（U）/w（Th），w（Si）/w（Si+Al+Fe），w（Fe）等分別是反映沉積氧化還原環(huán)境、物源信息和古水深的常用指標(biāo)［24-26］。其中，w（U）/w（Th）＜0.75指示弱還原環(huán)境，0.75＜w（U）/w（Th）＜1.25 指示還原環(huán)境，w（U）/w（Th）＞1.25 指示強(qiáng)還原環(huán)境；w（Si）/w（Si+Al+Fe）越接近1，表明生物硅在物源中占比越大；w（Fe）則與古水深呈明顯的負(fù)相關(guān)。通過(guò)w（U）/w（Th），w（Si）/w（Si+Al+Fe），w（Fe）等與TOC 含量的相關(guān)性分析可看出，3 個(gè)指標(biāo)與TOC 含量的相關(guān)性均較好（圖9），表明沉積環(huán)境是控制Z203 井有機(jī)質(zhì)富集與保存的決定因素。

圖9 渝西地區(qū)Z203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段w（U）/w（Th）（a），w（Fe）（b），w（Si）/w（Si+Al+Fe）（c）與TOC 含量的相關(guān)性Fig.9 Relationships of TOC content with w（U）/w（Th）（a），w（Fe）（b），w（Si）/w（Si+Al+Fe）（c）in lithofacies of Wufeng Formation-lower Long 1 submember of Longmaxi Formation of well Z203 in western Chongqing

高碳硅質(zhì)頁(yè)巖中w（U）/w（Th）＞1.25，F(xiàn)e 含量最低，w（Si）/w（Si+Al+Fe）平均值接近0.9（圖9），沉積環(huán)境為強(qiáng)滯留強(qiáng)還原環(huán)境，沉積水體最深，且物源主要為生物硅，有利于有機(jī)質(zhì)富集與保存，TOC 含量與石英含量均較高。高碳硅質(zhì)頁(yè)巖沉積期生物繁盛，生物勃發(fā)形成的有機(jī)質(zhì)呈層狀沉積富集，形成厚度較大的泥質(zhì)紋層和間隔性的粉砂紋層［27］。泥紋層增強(qiáng)了儲(chǔ)層的滲流能力，抗壓實(shí)作用強(qiáng)的石英顆粒有利于孔隙的保存。有利的沉積環(huán)境易形成高TOC 含量與優(yōu)越的孔隙空間，分別為頁(yè)巖氣富集與保存提供了優(yōu)越的物質(zhì)基礎(chǔ)和賦存場(chǎng)所，較高的滲透能力與脆性礦物含量為頁(yè)巖儲(chǔ)層的壓裂開(kāi)采創(chuàng)造了有利條件。

中碳硅質(zhì)頁(yè)巖與低碳硅質(zhì)頁(yè)巖中w（U）/w（Th）為0.51～0.95，F(xiàn)e 含量較低，w（Si）/w（Si+Al+Fe）＞0.7（圖9），沉積環(huán)境主要為滯留還原環(huán)境，沉積水體較深，生物硅含量較高，仍具有較好的有機(jī)質(zhì)富集及保存條件。中碳硅質(zhì)頁(yè)巖與低碳硅質(zhì)頁(yè)巖沉積期，生物繁盛程度降低，有機(jī)質(zhì)減少，碳酸鹽礦物、生物骨骼等大粒徑碎屑與泥級(jí)有機(jī)質(zhì)間歇性沉積，使粉砂紋層和泥紋層頻繁交互，其接觸面為巖石力學(xué)薄弱面，易形成微裂縫，為良好的滲流通道，滲透率最大［圖8（d）］。粉砂紋層中大粒徑的石英與碳酸鹽顆粒間有利于分散有機(jī)質(zhì)保存，進(jìn)而發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔；碳酸鹽礦物易受溶蝕作用影響形成溶蝕孔。由此可見(jiàn)，中碳硅質(zhì)頁(yè)巖與低碳硅質(zhì)頁(yè)巖仍具有較高的孔隙度和良好的頁(yè)巖氣賦存條件。

低碳/特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖w（U）/w（Th）＜0.5，F(xiàn)e含量最高，w（Si）/w（Si+Al+Fe）平均值為0.6 左右（圖9），沉積環(huán)境為弱還原環(huán)境，沉積水體淺，生物硅減少，有機(jī)質(zhì)富集及保存環(huán)境差，使該類(lèi)巖相TOC含量與石英含量低，黏土含量高，脆性較低［圖8（f）］。該類(lèi)巖相TOC 含量、孔隙度、滲透率與可壓裂性均較低，難以形成具有商業(yè)價(jià)值的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層。

5 結(jié)論

（1）依據(jù)“TOC+礦物組分”的巖相劃分方法，Z203 井五峰組—龍馬溪組龍一1亞段頁(yè)巖主要發(fā)育6 類(lèi)巖相，分別為高碳硅質(zhì)頁(yè)巖（S1）、中碳硅質(zhì)頁(yè)巖（S2）、低碳硅質(zhì)頁(yè)巖（S3）、低碳鈣質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖（C-S3）、低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖（M3），特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖（M4）。

（2）綜合分析有機(jī)碳含量、紋層結(jié)構(gòu)、物性特征、含氣量、脆性指數(shù)等特征優(yōu)選了優(yōu)勢(shì)巖相。高碳硅質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育較厚泥紋層和少量砂質(zhì)紋層，有機(jī)質(zhì)連片狀分布，有機(jī)質(zhì)孔孔徑較大，孔隙度和含氣量均較高，是最有利的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)儲(chǔ)層；中碳硅質(zhì)頁(yè)巖砂質(zhì)紋層和泥紋層頻繁交互，有機(jī)質(zhì)分布出現(xiàn)分散狀特征，孔隙孔徑小，孔隙度和含氣量略差，為次有利頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)儲(chǔ)層；低碳/特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖紋層不發(fā)育，滲透率、含氣量與脆性指數(shù)均最低，開(kāi)發(fā)潛力差。

（3）沉積環(huán)境差異決定了不同巖相頁(yè)巖儲(chǔ)層品質(zhì)的優(yōu)越性。強(qiáng)滯留強(qiáng)還原環(huán)境沉積水體最深，生物繁盛，具有優(yōu)越的有機(jī)質(zhì)富集與保存條件，使高碳硅質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層具有富有機(jī)質(zhì)泥紋層、高生物硅含量、連通有機(jī)質(zhì)孔保存完好的特征；滯留還原環(huán)境沉積水體較深，還原性較強(qiáng)，具有較好的有機(jī)質(zhì)富集及保存條件，形成的中碳硅質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層表現(xiàn)為粉砂紋層與泥紋層頻繁交互，無(wú)機(jī)孔發(fā)育，強(qiáng)滲流能力與可壓裂性等特征；弱還原環(huán)境沉積水體淺，生物硅少，使低碳/特低碳黏土質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層紋層不發(fā)育，黏土質(zhì)量含量高，不利于有機(jī)質(zhì)與孔隙保存。