劉偉新，盧龍飛，葉德燎，何陳誠，劉旺威，俞凌杰，張文濤，申寶劍

1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；2.中國石化油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214126

1990年HUNT[1]首先提出了異常壓力封存箱的概念，指出全球180多個盆地存在異常壓力流體封存箱，并常在埋深約大于3 000 m時出現(xiàn)異常流體壓力封存箱系統(tǒng)，流體封存箱在上下左右都是封閉的，與上覆常壓流體系統(tǒng)相隔絕。許多沉積盆地存在2個或以上互相疊置的不同的流體系統(tǒng)，油氣大多產(chǎn)于異常高壓流體封存箱內(nèi)，封隔層是異常流體壓力存在的基本條件[2-3]。封存箱實(shí)質(zhì)上就是一個在三維空間被物理屏障(大多是滲透性很低的封隔層和斷裂帶)包圍的相對獨(dú)立的地質(zhì)體[4]。封存箱形成的關(guān)鍵是要有致密封隔層，而致密封隔層主要受巖性的控制，泥頁巖較純、較厚或碳酸鹽礦物較多的層段相對易于發(fā)育致密層。封存箱內(nèi)部具有統(tǒng)一的壓力梯度，具有較好的內(nèi)部連通性。國內(nèi)對中新生界常規(guī)油氣異常壓力封存箱的研究較多[5]，而對古生界海相頁巖氣異常壓力封存箱研究較少。許多學(xué)者在對四川盆地及周緣奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組頁巖氣成藏機(jī)理分布規(guī)律研究時，逐步認(rèn)識到頁巖氣箱狀封閉體系的存在[6-10]。

已有研究顯示，四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲層異常高壓，存在有由龍馬溪組中上部泥巖或粉砂質(zhì)泥巖的頂板、五峰組底部的致密灰?guī)r所組成底板封隔層，與側(cè)向斷層封堵構(gòu)成的箱狀封閉體系[7-8]。對四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組頁巖氣富集成藏規(guī)律的研究，認(rèn)識到頁巖氣保存條件的重要性[6-7,11-16]，指出壓力系數(shù)高低是保存條件優(yōu)劣的綜合判別指標(biāo)，盆內(nèi)、盆緣、盆外五峰組—龍馬溪組頁巖氣壓力系數(shù)分布具有明顯的地域性，盆內(nèi)頁巖氣保存條件好，表現(xiàn)為異常高壓，向盆緣及盆外壓力系數(shù)逐漸降低，保存條件逐漸變差(圖1)[10,17-18]?？傮w而言，對頁巖氣富集成藏規(guī)律及保存條件研究較多，對頁巖氣是否存在封存箱系統(tǒng)及形成機(jī)制研究較少；對影響頁巖氣保存的構(gòu)造演化、保存類型等地質(zhì)分析較多，對頁巖氣封存箱結(jié)構(gòu)的解剖、封存箱內(nèi)部與頂?shù)装鍘r石微觀特征研究較少。目前對分布較為穩(wěn)定的下伏上奧陶統(tǒng)臨湘組與寶塔組瘤狀灰?guī)r、含泥灰?guī)r地層作為頁巖氣藏底板封隔層的認(rèn)識較為一致[8-9]，但對頁巖氣頂部封隔層的認(rèn)識或頁巖氣封存箱頂板的認(rèn)識并不明確，較多研究把龍一段頁巖氣藏頂板封隔層簡單歸納為龍一段上部大套厚層泥巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖[19]，或龍二段及以上發(fā)育的大套厚層泥巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖，或下志留統(tǒng)石牛欄組泥質(zhì)灰?guī)r，但對具體哪個層段可作為頁巖氣藏的直接封隔層并不清晰。

圖1 川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣地層壓力系數(shù)分布及研究井位置

本文依據(jù)四川盆地東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣異常高壓分布特點(diǎn)，結(jié)合川東南地區(qū)頁巖氣鉆、測井曲線縱向變化規(guī)律，系統(tǒng)分析了典型鉆井——D1井巖心礦物、物性、微觀結(jié)構(gòu)縱向變化特征，對川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣異常壓力封存箱的形成機(jī)制進(jìn)行研究。

1 頁巖氣異常壓力封存箱實(shí)例

1.1 川東南焦石壩地區(qū)J1井

典型的頁巖氣異常壓力封存箱見于川東南涪陵地區(qū)焦石壩頁巖氣田。焦石壩頁巖氣田構(gòu)造上為斷裂圍限的箱狀斷背斜，核部寬緩且地層傾角小，兩翼陡傾并被逆斷層切割[6-7,9]，形成了由四周地層傾伏及斷裂側(cè)向封堵、3個隔板上下封隔的2個獨(dú)立的異常壓力封存箱。該構(gòu)造J1井優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段實(shí)測壓力系數(shù)為1.55，顯示異常超壓。J1井測井曲線如自然伽馬、聲波時差、全烴及地層壓力顯示存在有3個隔板組成的2個異常壓力封存箱系統(tǒng)(圖2)。下封存箱的底板出現(xiàn)在2 415 m左右，由臨湘組與寶塔組連續(xù)分布的泥質(zhì)灰?guī)r或瘤狀灰?guī)r組成，對頁巖氣起底封作用；下封存箱的頂板約出現(xiàn)于2 380～2 390 m處，巖性上以致密的碳質(zhì)泥巖為主及碳酸鹽巖薄層出現(xiàn)為特征，起到優(yōu)質(zhì)頁巖氣層的頂部封隔作用，并成為上封存箱的底板。上封存箱的頂板埋深大約在2 340 m處，同樣以致密灰?guī)r薄層出現(xiàn)為主要標(biāo)志，與泥巖互層或夾層組成上封存箱頂部封隔層。龍馬溪組上部發(fā)育的大套灰色—深灰色厚層泥巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖及志留系小河壩組灰?guī)r形成封存箱的區(qū)域性蓋層[9,11，18]，對下部頁巖氣封存箱的形成起到極好的保護(hù)作用。

圖2 川東南焦石壩構(gòu)造J1井五峰組—龍馬溪組頁巖測井曲線與異常壓力封存箱

1.2 川南昭通地區(qū)X1井

另一個典型例子見于四川盆地南部昭通地區(qū)的X1井，已有測井資料顯示五峰組—龍馬溪組頁巖地層存在著上、下疊置的2個異常壓力封存箱，異常壓力封存箱超壓出現(xiàn)的深度在1 500～3 000 m之間，1 500 m以上為常壓系統(tǒng)。從龍馬溪組上段開始地層壓力逐漸升高，在龍馬溪組底部儲層流體壓力系數(shù)達(dá)到最大值，下封存箱地層實(shí)測壓力為38.67 MPa，壓力系數(shù)為1.62，高壓層段內(nèi)頁巖儲層可能存在連通的天然微裂縫網(wǎng)絡(luò)而形成統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)[20]。從巖性、全烴分布、測井曲線與地層壓力分布看，在埋深2 400～2 510 m之間，也存在2個異常壓力封存箱(圖3)。下封存箱底板出現(xiàn)于2 510 m左右，為上奧陶統(tǒng)寶塔組瘤狀灰?guī)r，頂板埋深約為2 475 m，下封存箱厚度約35 m，與川東南J1井、D1井(見后文)相近，也與優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段相當(dāng)；上封存箱頂板埋深約為2 400 m，巖性上也以碳酸鹽巖薄互層出現(xiàn)為特征，上封存箱厚度約為80 m。龍馬溪組上部灰?guī)r、泥巖互層及志留系石牛欄組致密灰?guī)r，形成異常壓力封存箱上部的區(qū)域性蓋層。

圖3 川南昭通地區(qū)X1井五峰組—龍馬溪組頁巖測井曲線與異常高壓封存箱

1.3 川東南丁山構(gòu)造D1井

川東南丁山構(gòu)造D1井五峰組—龍馬溪組也存在頁巖氣異常壓力封存箱。D1井五峰組—龍馬溪組埋深超過4 000 m，測井及巖性剖面顯示，五峰組—龍馬溪組頁巖中存在由3個隔板形成的2個異常壓力封存箱(圖4)，下封存箱出現(xiàn)的位置與優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段相當(dāng)，實(shí)測壓力系數(shù)為1.58，顯示異常超壓[10,15，21]。下封存箱的底板封隔層埋深4 228 m，由臨湘組含泥灰?guī)r與寶塔組瘤狀灰?guī)r組成；下封存箱頂板埋深為4 194～4 204 m，由薄層碳酸鹽巖、火山灰蝕變黏土巖與碳質(zhì)泥巖互層組成，同時它也是上封存箱的底板。上封存箱的頂板封隔層埋深在4 136 m左右，即在龍一段與龍二段的界面附近，以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主及出現(xiàn)薄層碳酸鹽巖為特征，與J1井測井巖性分布特征類似；D1井志留系龍二、三段泥巖及上部石牛欄組泥質(zhì)灰?guī)r作為區(qū)域性蓋層[22]。

圖4 川東南丁山構(gòu)造D1井五峰組—龍馬溪組頁巖測井曲線與異常壓力封存箱

2 頁巖氣異常壓力封存箱頂、底板巖石微觀特征

頁巖氣異常高壓封存箱的形成，除了埋藏升壓、生烴增壓、構(gòu)造擠壓等升壓機(jī)制外，能夠封閉頁巖氣并維持高壓的致密封隔層即頂?shù)装宓拇嬖诓豢苫蛉?，好的頂板、底板封隔層的存在才能與含氣頁巖層段構(gòu)成異常流體壓力封存箱。

2.1 頁巖氣封存箱頂、底板巖石物性特征

由川東南丁山構(gòu)造D1井下封存箱底板巖石物性分析(表1)可以看出，底板巖石為埋深4 230 m左右的上奧陶統(tǒng)臨湘組與寶塔組含泥灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r，該碳酸鹽巖結(jié)構(gòu)均勻致密，孔隙度低(一般小于1%)、滲透率低，物性封蓋能力強(qiáng)。按蓋層封蓋能力評價標(biāo)準(zhǔn)[23-25]，該底板巖石對頁巖氣具有極好的封蓋能力。作為頂板的封隔層埋深在4 200 m左右，以含泥微晶白云巖薄層、火山灰蝕變黏土巖夾層及泥巖互層為主，薄層含泥細(xì)晶白云巖及火山灰蝕變黏土巖夾層通常也具有極低的孔隙度，并以2 nm以下的微孔隙為主，從其物性封蓋能力、微孔隙結(jié)構(gòu)看，可形成頁巖氣下封存箱頂板封隔層。

2.2 頁巖氣封存箱頂、底板巖石微觀結(jié)構(gòu)特征

2.2.1 頁巖氣封存箱底板巖石微觀結(jié)構(gòu)特征

構(gòu)成頁巖氣下封存箱的底板巖石是奧陶系臨湘組與寶塔組含泥灰?guī)r與瘤狀灰?guī)r。薄片分析顯示，該巖石礦物以微晶方解石為主，并見少量的介殼生物碎屑，呈極致密塊狀，微晶結(jié)構(gòu)，微孔隙、微裂隙均不發(fā)育；高倍顯微鏡下微晶方解石顆粒呈緊密鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，方解石微晶之間有少量呈褐黃色的瀝青充填，同時在方解石微晶之間見少量片狀黏土的充填，揭示早期形成的微孔隙被瀝青與黏土進(jìn)一步充填，使底板巖石結(jié)構(gòu)更加致密而具有更好的封堵性(圖5a-b)，形成了極好的頁巖氣封存箱底板封隔層。

2.2.2 頁巖氣封存箱頂板巖石微觀結(jié)構(gòu)特征

頁巖氣下封存箱頂板巖石一般認(rèn)為是龍馬溪組上部泥巖及上覆的致密灰?guī)r，但具體層位并不明確[6，8]。測井及巖心進(jìn)一步分析后認(rèn)為，龍馬溪組龍一段一亞段存在有以碳酸鹽巖薄層、火山灰蝕變黏土巖夾層與碳質(zhì)泥巖互層構(gòu)成封存箱頂部封隔層。川東南丁山構(gòu)造D1井頁巖氣下封存箱頂板封隔層約在4 200 m左右(圖4)，由含泥微晶白云巖薄層、火山灰蝕變黏土巖夾層及碳質(zhì)泥巖互層構(gòu)成該下封存箱的頂板。薄層含泥微晶白云巖呈極致密塊狀，高倍顯微鏡下見微晶白云石晶體呈緊密鑲嵌狀，微晶之間明顯有瀝青質(zhì)充填，堵塞白云石晶間微孔；孔隙度、滲透率低，并以小于2 nm的微孔隙為主，具有封存箱底板泥晶灰?guī)r相類似的微觀結(jié)構(gòu)與物性封隔特點(diǎn)，形成頁巖氣下封存箱頂板封隔層(圖5c-d，表1)。同時該含泥白云巖中見有微裂縫，產(chǎn)狀上斜交或近于垂直于紋層或?qū)永砻妫⒁姾诤稚珵r青充填(圖5c)，顯示該封隔層在下封存箱中大量生烴及增壓過程中產(chǎn)生破裂及泄壓，曾經(jīng)有過液態(tài)烴類運(yùn)移。垂直或近于垂直頁巖紋層的微裂縫及瀝青充填顯示封存箱內(nèi)部壓力的積聚曾超過該白云巖封隔層破裂強(qiáng)度，存在有烴類流體的脈沖式混相涌流現(xiàn)象[5]。在含泥白云巖的上部，存在有孔隙度極低的火山灰蝕變黏土巖夾層，從薄片(圖5e-f)及礦物組成分析看，大量的基質(zhì)火山灰均已蝕變?yōu)轲ね粒紫抖葮O低(為0.5%)，具有極好的封蓋能力。綜合分析認(rèn)為，含泥微晶白云巖薄層、火山灰蝕變黏土巖夾層及碳質(zhì)泥巖互層構(gòu)成下封存箱的頂板，同時也構(gòu)成上、下頁巖氣異常壓力封存箱之間的封隔層。上封存箱的頂部封隔層常出現(xiàn)于龍一、龍二段之間，測井曲線上以含泥灰?guī)r薄層出現(xiàn)為特點(diǎn)，認(rèn)為其應(yīng)由含泥灰?guī)r薄層及碳質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖互層組成。

表1 川東南丁山構(gòu)造D1井異常壓力封存箱頂、底板物性分析

圖5 川東南丁山構(gòu)造D1井五峰組—龍馬溪組頁巖氣下封存箱頂、底板巖石薄片分析

3 頁巖氣異常壓力封存箱內(nèi)部微觀特征

川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣上、下封存箱內(nèi)部頁巖礦物組成、物性特征、有機(jī)質(zhì)含量與分布形式、頁巖微觀結(jié)構(gòu)及孔隙連通性存在明顯差異。

3.1 上、下頁巖氣封存箱頁巖礦物組成與物性差異

川東南丁山構(gòu)造D1井巖心分析及測井顯示，與上封存箱相比，下封存箱頁巖儲層孔隙度、比表面積、有機(jī)碳含量均較高，總有機(jī)碳含量平均約為4.02%，孔隙度為6%～8%，比表面積一般大于20 m2/g，全烴含量明顯偏高(圖4，圖6)；石英含量高(大于45%，局部可達(dá)65%)，黏土含量低(20%～35%)。上封存箱內(nèi)頁巖儲層孔隙度、比表面積、有機(jī)碳含量均較低，孔隙度為5%～6%，比下封存箱低約2%，總有機(jī)碳含量較低(1%～1.2%)，比表面積一般低于20 m2/g，全烴含量也明顯降低；石英含量相對較低(約在30%左右)，黏土含量明顯增加(大于45%)。上、下頁巖氣異常壓力封存箱的頂、底板巖石與封存箱內(nèi)部頁巖也具有明顯不同的巖石礦物組成與物性特點(diǎn)，上、下封存箱內(nèi)部頁巖儲層的孔隙度、比表面積、有機(jī)碳含量、礦物組成的差異，都指示存在有不同的頁巖氣封隔體系(圖6)。

圖6 川東南丁山構(gòu)造D1井五峰組—龍馬溪組上、下頁巖氣封存箱及頂、底板礦物與物性變化

川東南焦石壩構(gòu)造J1井上、下不同封存箱之間礦物組成、物性變化等與川東南丁山構(gòu)造D1井上、下封存箱之間變化規(guī)律相類似。

3.2 上、下頁巖氣封存箱頁巖微觀結(jié)構(gòu)差異

上、下頁巖氣封存箱頁巖微觀結(jié)構(gòu)也存在明顯的差異，不同封存箱內(nèi)頁巖微孔隙連通性相差也較大。川東南D1井常規(guī)掃描電鏡、氬離子拋光掃描電鏡分析顯示，下封存箱優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段頁巖結(jié)構(gòu)相對均勻，縱橫向結(jié)構(gòu)變化相對小，微細(xì)紋層相對不發(fā)育，微層理縫較少，總體顯示結(jié)構(gòu)各向同性。而上封存箱頁巖結(jié)構(gòu)各向異性明顯，結(jié)構(gòu)定向性強(qiáng)，微細(xì)紋層發(fā)育，微細(xì)層理縫多，與下封存箱形成鮮明對比(圖7a-b)。

上、下頁巖氣封存箱微孔隙連通性也明顯不同。下封存箱內(nèi)頁巖有機(jī)質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)在泥巖中均勻分布，有機(jī)質(zhì)互相連接形成三維空間相連的架狀結(jié)構(gòu)，有機(jī)質(zhì)中的微孔隙呈“蜂窩狀、發(fā)泡狀”，又互相連通[26-28]，這些有機(jī)質(zhì)內(nèi)分布的微孔隙構(gòu)成下封存箱內(nèi)部統(tǒng)一的連通網(wǎng)絡(luò)；同時由于下封存箱中結(jié)構(gòu)相對均勻，頁巖微層理相對不發(fā)育,下封存箱中的頁巖易形成有機(jī)質(zhì)互連、有機(jī)質(zhì)內(nèi)微孔隙互通的均勻的頁巖氣孔隙系統(tǒng)，進(jìn)而形成下封存箱內(nèi)統(tǒng)一的頁巖氣壓力系統(tǒng)。上封存箱內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量較低，粒間分布的有機(jī)質(zhì)顆?；静贿B接，有機(jī)質(zhì)顆粒內(nèi)的微孔隙不能互聯(lián)互通，需要通過無機(jī)礦物粒緣隙而形成連通網(wǎng)絡(luò)，有機(jī)質(zhì)及內(nèi)部孔隙連通性相對較差(圖7c-d)；同時上封存箱頁巖微細(xì)層理發(fā)育，頁巖結(jié)構(gòu)上顯示強(qiáng)的各向異性，垂直與水平方向的連通性存在差異[29-31]，上封存箱內(nèi)頁巖孔隙連通性明顯要差。

圖7 川東南丁山構(gòu)造D1井五峰組—龍馬溪組上、下封存箱頁巖儲層微觀結(jié)構(gòu)分析

4 頁巖氣異常壓力封存箱的形成過程

4.1 頁巖氣異常壓力封存箱位置

川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣異常壓力封存箱位置與五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段相當(dāng)(相當(dāng)于五峰組—龍馬溪組①～⑤小層)，厚度相對穩(wěn)定，約40 m左右。下封存箱底板為臨湘組與寶塔組連續(xù)沉積的致密灰?guī)r與瘤狀灰?guī)r[8-9,32]。下封存箱的頂板位于志留系龍一段一亞段與二亞段之間，由火山灰蝕變黏土巖夾層、致密微晶碳酸鹽巖薄層及致密的碳質(zhì)泥巖互層組成，其中薄層微晶碳酸鹽巖與頁巖氣下封存箱底板臨湘組與寶塔組含泥微晶灰?guī)r類似，物性封蓋能力強(qiáng)。火山灰蝕變黏土巖夾層呈定向排列結(jié)構(gòu)，非常致密，孔隙度極低，封蓋能力好。由微晶碳酸鹽巖薄層、火山灰蝕變泥巖薄層及碳質(zhì)泥巖互層似“三明治式”結(jié)構(gòu)形成了頁巖氣下封存箱極好的頂板封隔層。

上封存箱緊密疊置其上，其位置與龍一段二、三亞段相當(dāng)，因沉積差異不同地區(qū)厚度變化較大，如從焦頁1井到焦頁8井厚度變厚[33]。泥巖地層中出現(xiàn)的薄層含泥致密碳酸鹽巖常表現(xiàn)出極好的頁巖氣封隔特點(diǎn)，從測井曲線上可看出，上封存箱的頂板大致以龍一段頂部的泥質(zhì)碳酸鹽巖薄層出現(xiàn)為標(biāo)志，泥質(zhì)灰?guī)r薄層與泥巖互層常具有極好的頁巖氣封蓋能力，由泥巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖為主及間夾薄層碳酸鹽巖形成頁巖氣上封存箱的頂板封隔層，而其上的下志留統(tǒng)龍馬溪組二段及中上志留統(tǒng)石牛欄組致密泥灰?guī)r形成上、下頁巖氣異常壓力封存箱的區(qū)域性蓋層。

4.2 頁巖氣異常壓力封存箱形成過程

不滲透的頂、底板封隔層的形成是頁巖氣異常壓力封存箱形成的必要條件，該封隔層需要能阻礙所有油、氣、水的通過，同時封存箱的形成還需要有頁巖氣的側(cè)向封堵。五峰組—龍馬溪組頁巖氣頂、底板與異常壓力封存箱的形成經(jīng)歷了4個階段。

(1)異常壓力封存箱雛形階段：常規(guī)油氣異常超壓一般出現(xiàn)于埋深3 000 m左右，該深度下異常超壓流體封存箱較為常見[1]，五峰組—龍馬溪組地層可能也存在類似的情況(圖8)。川東南五峰組—龍馬溪組頁巖埋藏生烴史研究顯示，其經(jīng)歷早期持續(xù)深埋和晚期快速抬升2個階段[6,18,34-35]。五峰組—龍馬溪組泥巖在志留紀(jì)末埋深約2 500 m，到中二疊世處于緩慢并略微抬升過程，該過程持續(xù)時間長，有機(jī)質(zhì)未成熟到低成熟，泥巖持續(xù)壓實(shí)并排出大量孔隙水，以大量排水、少量生油、泥巖孔隙迅速減小為特點(diǎn)，但基本處于正常靜水壓力體系。由于頂、底板地層巖石礦物組成與其相鄰地層存在差異，頂、底板相比于箱體在埋藏成巖過程形成了油氣封隔層，差異壓實(shí)造成更小的孔隙及方解石的微晶化作用，顯示出更好的封蓋特征，此時封存箱及頂、底板的雛形基本形成。

圖8 川東南焦石壩構(gòu)造J1井五峰組—龍馬溪組頁巖地層沉積埋藏史及封存箱形成過程

(2)液態(tài)烴類流體異常超壓封存箱形成階段：中二疊世以后到中侏羅世，泥巖快速持續(xù)深埋，鏡質(zhì)體反射率Ro達(dá)1.3%，進(jìn)入生油高峰期，液態(tài)烴類大量生成，并占據(jù)了泥頁巖中的未被壓實(shí)的粒間微孔隙。由于油、水對泥頁巖礦物潤濕性不同，泥巖微孔隙中的殘余少量水進(jìn)一步從微細(xì)孔喉中排出，導(dǎo)致泥巖中所有微孔隙基本被非潤濕相的液態(tài)烴類流體所充填。此時，上、下封存箱的頂、底板已經(jīng)形成，對液態(tài)烴類具有較好的封蓋能力。由于不同的頂、底板封隔，分別形成上、下2個不同的封存箱。同時，因上、下封存箱中有機(jī)質(zhì)數(shù)量差異較大，生成的液態(tài)烴類數(shù)量相差巨大，導(dǎo)致上、下封存箱有機(jī)質(zhì)含量、分布及微孔隙結(jié)構(gòu)明顯不同。封存箱中的頁巖微孔隙基本被液態(tài)烴類充填，生烴增壓、升溫增壓，微孔隙中烴類流體壓力累積，迭加上覆地層壓力局部承壓，以液態(tài)烴類流體為主的異常高壓封存箱基本成形。當(dāng)下封存箱內(nèi)流體壓力增加而超過下封存箱頂板巖石破裂強(qiáng)度時，可出現(xiàn)頂板巖石破裂及烴類從下封存箱中逸散的現(xiàn)象。如在D1井下封存箱的頂板薄層微晶碳酸鹽巖中出現(xiàn)裂縫充填瀝青，顯示下封存箱中出現(xiàn)烴類通過頂板巖石裂縫向上逸散的過程。

(3)頁巖氣異常超壓封存箱形成階段：隨著進(jìn)一步的埋深，中侏羅世—中晚白堊世，五峰組—龍馬溪組泥巖埋深已超過5 000 m，上、下封存箱頂、底板巖石因埋深大、地層溫度高、靜巖壓力大而處于延性階段，頂、底板巖石對頁巖氣封蓋能力進(jìn)一步提高。此時有機(jī)質(zhì)高、過成熟并大量生氣，封存箱中頁巖微孔隙中充填的液態(tài)烴類大量裂解成氣，迭加地應(yīng)力、頁巖氣上覆靜巖承壓及升溫膨脹，以氣相為主的地層流體壓力進(jìn)一步升高，形成頁巖氣異常高壓封存箱。

(4)頁巖氣異常壓力封存箱晚期改造及定型階段：五峰組—龍馬溪組頁巖氣異常壓力封存箱從白堊紀(jì)末到現(xiàn)今，受燕山中晚期及喜馬拉雅期構(gòu)造作用影響，盆內(nèi)、外經(jīng)歷了強(qiáng)度不同的構(gòu)造變形與抬升剝蝕。盆內(nèi)因埋藏較深，封存箱頂、底板巖石大多處于延性階段，封存箱兩側(cè)地層側(cè)向傾伏、局部被逆斷層切割，底封頂蓋，迭加地層側(cè)向傾伏與逆掩斷層側(cè)向封堵，多數(shù)形成異常高壓封存箱系統(tǒng)。盆緣及盆外地層因褶皺變形強(qiáng)，構(gòu)造抬升幅度大，地層剝蝕多，當(dāng)頁巖氣頂、底板地層抬升高于巖石脆延轉(zhuǎn)化深度時[36]，頂、底板封隔層因發(fā)生脆性破裂而造成頁巖氣垂向滲濾散失，同時應(yīng)力變化也使斷層側(cè)向封堵能力降低，迭加頁巖氣側(cè)向滲濾散失，多數(shù)形成盆緣或盆外的常壓氣藏；少量頂、底板封隔層及側(cè)向逆掩斷層封閉較好時，也可形成淺層異常高壓封存箱，如昭通太陽背斜淺層頁巖氣高壓封存箱[32，37]。

5 結(jié)論

(1)川東南焦石壩構(gòu)造、丁山構(gòu)造以及長寧黃金壩構(gòu)造五峰組—龍馬溪組頁巖氣具有超壓特征，存在有3個隔板組成的互相疊置的2個異常高壓封存箱。下封存箱與五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段相當(dāng)，厚度穩(wěn)定；上封存箱緊密疊置其上，與龍馬溪組龍一段二、三亞段相當(dāng)。下封存箱底板封隔層為臨湘組與寶塔組含泥灰?guī)r與致密瘤狀灰?guī)r，頂板封隔層位于龍一段一亞段中部，由火山灰蝕變黏土巖夾層、致密微晶白云巖薄層及碳質(zhì)泥巖互層組成，它同時構(gòu)成上封存箱的底板。上封存箱的頂板位于龍一段與龍二段地層分界處，多以薄層含泥灰?guī)r地層出現(xiàn)為標(biāo)志，并與泥巖互層組成上封存箱的頂板封隔層。

(2)五峰組—龍馬溪組上、下頁巖氣異常壓力封存箱的形成經(jīng)歷4個階段：即早期埋藏壓實(shí)孔隙水大量排出、近于靜水壓力體系的封存箱雛形階段；有機(jī)質(zhì)成熟大量生油、以液態(tài)烴類流體為主的異常超壓封存箱形成階段；有機(jī)質(zhì)高、過成熟大量生氣，頁巖氣為主的異常超壓封存箱形成階段；異常壓力封存箱晚期改造與定型階段。成巖造箱與生烴增壓的協(xié)同演化及后期的構(gòu)造改造，形成了川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組上、下頁巖氣異常壓力封存箱。

(3)上、下頁巖氣異常壓力封存箱的形成與五峰組—龍馬溪組沉積成巖環(huán)境密切相關(guān)。地層組合與生烴母質(zhì)數(shù)量不同是上、下頁巖氣異常壓力封存箱形成的前提，隨著頂、底板對水、油、氣封隔能力的增強(qiáng)及封存箱的形成，在埋藏成巖與有機(jī)質(zhì)生烴協(xié)同演化過程中，上封存箱生物數(shù)量少，生成油氣少，占據(jù)頁巖微孔隙少，成巖過程中孔隙減少快，導(dǎo)致了現(xiàn)今頁巖氣上封存箱孔隙度低、有機(jī)碳含量低、測井全烴含量低，有機(jī)孔隙少，頁巖儲層連通性差；下封存箱生物數(shù)量多，生成油氣多，占據(jù)較多的頁巖微孔隙空間，成巖過程中被油氣充填的微孔隙很難被壓實(shí)破壞，導(dǎo)致下封存箱孔隙度高、有機(jī)碳含量高、測井全烴含量高，頁巖有機(jī)孔隙多，頁巖儲層連通性好。

(4)頁巖氣異常壓力封存箱壓力系數(shù)受沉積埋藏、有機(jī)質(zhì)生烴、構(gòu)造擠壓、剝蝕卸載、頂?shù)装宓姆飧艏皵鄬觽?cè)向封堵等多種因素控制，盆內(nèi)埋藏深、構(gòu)造破壞影響小，頁巖氣異常高壓封存箱得以保存，常表現(xiàn)為異常高壓。

(5)孔隙度高、有機(jī)質(zhì)含量高、連通性好、壓力系數(shù)高的五峰組—龍馬溪組頁巖氣下封存箱是頁巖氣高效開發(fā)的優(yōu)先目標(biāo)；而孔隙度低、有機(jī)碳含量低、連通性差的上封存箱鉆探效果相對要差。

致謝：兩位審稿專家對論文提出了寶貴的修改意見，在此表示衷心感謝！