明 盈 孫豪飛 葉玥豪 王嘉先 宋金民 王宇峰 邱玉超 陳 偉 戴 鑫

1.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué) 3.中國(guó)石油西南油氣田公司

0 引言

我國(guó)南方發(fā)育多套海相黑色頁(yè)巖，黑色頁(yè)巖分布面積廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、生烴潛力大，頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)潛力巨大[1-4]。2017 年，四川盆地累計(jì)年產(chǎn)頁(yè)巖氣近100×108m3，標(biāo)志著我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)入到全新的階段[5]。截至2020 年底，全國(guó)已探明地質(zhì)儲(chǔ)量約為1.8×1012m3，在埋深3 500 m 以淺的海相頁(yè)巖區(qū)已經(jīng)建成200×108m3的頁(yè)巖氣年產(chǎn)規(guī)模[6-7]。已經(jīng)陸續(xù)建立了涪陵、威遠(yuǎn)—榮昌、威遠(yuǎn)—長(zhǎng)寧、瀘州—渝西等頁(yè)巖氣區(qū)，且勘探深度從3 500 m 以淺逐漸向深層（＞3 500 m）進(jìn)行勘探[8]，但目前海相頁(yè)巖氣在上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組以外層位未取得商業(yè)突破。四川盆地上二疊統(tǒng)主要發(fā)育龍?zhí)督M(吳家坪組)和長(zhǎng)興組（大隆組）兩套地層，其龍?zhí)督M在川中—川南地區(qū)主要發(fā)育海陸過(guò)渡相頁(yè)巖，吳家坪組、大隆組在川北以及川東北地區(qū)為海相碳酸鹽巖與深水陸棚相黑色頁(yè)巖[9-11]，在川北地區(qū)實(shí)施的多口常規(guī)探井鉆遇大隆組厚層暗色泥頁(yè)巖并有良好的油氣顯示，LB1 井鉆遇暗色泥頁(yè)巖27.0 m，最大全烴42.73%；JX1 井鉆遇暗色泥頁(yè)巖厚度27.8 m，最大全烴3.86%[12]。湘中地區(qū)中國(guó)石化華東分公司部署實(shí)施的湘頁(yè)1 井鉆遇上二疊統(tǒng)大隆組—龍?zhí)督M泥頁(yè)巖，見(jiàn)頁(yè)巖氣顯示，解析含氣量介于0.16 ～1.41 m3/t[10]，川東北地區(qū)針對(duì)吳家坪組的JYx 井取心段顯示良好，且現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試含氣量為3.81 m3/t[13]。2022 年底，開(kāi)江—梁平海槽內(nèi)部署的大頁(yè)1H 井在上二疊統(tǒng)深水陸棚相頁(yè)巖測(cè)試獲氣32.06×104m3/d，向新的層系尋求突破勢(shì)在必行。展現(xiàn)出四川盆地及周緣上二疊統(tǒng)吳家坪組與大隆組頁(yè)巖氣具有較大的勘探潛力，相關(guān)學(xué)者對(duì)龍?zhí)督M研究認(rèn)為龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相主要為煤系地層，巖性類型多樣，頁(yè)巖氣成藏條件復(fù)雜[14-16]，但受開(kāi)江—梁平海槽的影響，吳家坪組和大隆組在川北地區(qū)發(fā)育深水陸棚相海相頁(yè)巖，其地質(zhì)條件與海相龍馬溪組頁(yè)巖有相似性，為下一步頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)與研究的重點(diǎn)層位。因此本文選擇峰探1 井上二疊統(tǒng)吳家坪組為研究對(duì)象，詳細(xì)深入開(kāi)展川東北地區(qū)黑色頁(yè)巖氣地質(zhì)條件評(píng)價(jià)，對(duì)下一步吳家坪組頁(yè)巖氣勘探提供重要的參考作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

川東北地區(qū)包括大巴山褶皺沖斷帶的雙重疊加構(gòu)造帶和川東高陡斷褶帶，其東、西邊界分別為齊岳山斷裂和華鎣山斷裂，區(qū)內(nèi)構(gòu)造整體呈北東東向延伸，北側(cè)為大巴山弧形褶皺帶[11,17]，構(gòu)造特征表現(xiàn)為北東向、北北東向高陡背斜帶和斷裂帶組成的隔擋式褶皺，背斜緊閉，向斜寬緩，成排成帶平行排列。峰探1 井位于重慶市萬(wàn)州區(qū)龍沙鎮(zhèn)川東高陡構(gòu)造帶東部大池干構(gòu)造東北段萬(wàn)州向斜東南翼[18]，整體呈現(xiàn)北東—南西相展布（圖1）。中二疊世末期受東吳運(yùn)動(dòng)的影響，四川盆地大部分地區(qū)隆升剝蝕，晚二疊世四川盆地整體展現(xiàn)為南西高、北東低的古地理格局[16]，受開(kāi)江—梁平海槽拉張的影響，晚二疊世川東北地區(qū)以開(kāi)闊臺(tái)地—深水陸棚沉積為主，縱向上以濱岸潮坪—開(kāi)闊臺(tái)地—深水陸棚—淺水陸棚相，主要發(fā)育兩套厚層富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，一套為海陸過(guò)渡相黑色頁(yè)巖，另一套為海相黑色頁(yè)巖（圖2）。

2 地層及巖性特征

峰探1 井中上二疊統(tǒng)自下而上依次發(fā)育茅口組、吳家坪組、長(zhǎng)興組和下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組（圖2）。茅口組為含生屑泥晶灰?guī)r與泥晶生屑灰?guī)r為主，該套石灰?guī)r在四川盆地穩(wěn)定分布，中二疊世晚期受東吳運(yùn)動(dòng)的影響，吳家坪組底部王坡頁(yè)巖與下伏茅口組的泥晶生屑灰?guī)r平行不整合接觸。吳家坪組一段主要巖性為鋁土質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)泥巖和玄武巖厚14 m（圖3a，d），黑色頁(yè)巖不發(fā)育，在后面的頁(yè)巖氣地質(zhì)條件評(píng)價(jià)中就不加以探討。吳家坪組二段下部主要為暗色含凝灰質(zhì)泥巖和淺灰色泥灰?guī)r的互層厚約7.4 m（圖3b，e，c，f），上部10 m 為淺灰泥晶生屑灰?guī)r，吳一段—吳二段主要為一個(gè)緩慢海侵的過(guò)程，沉積相為濱岸潮坪—開(kāi)闊臺(tái)地相。吳二段黑色頁(yè)巖主要發(fā)育于濱岸潮坪相，其主要巖性為暗色含凝灰質(zhì)泥巖。吳家坪組三段初期沉積一套硅質(zhì)頁(yè)巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r與鈣質(zhì)頁(yè)巖互層（圖3g-l），底部為硅質(zhì)頁(yè)巖和鈣質(zhì)頁(yè)巖，向上鈣質(zhì)含量增加，逐漸過(guò)渡為泥質(zhì)灰?guī)r或泥晶灰?guī)r，其中高伽馬頁(yè)巖段厚度約26 m，展現(xiàn)為拉張階段一個(gè)快速海侵緩慢海退的一個(gè)沉積過(guò)程，主要為深水陸棚相沉積—淺水陸棚沉積；由于海平面持續(xù)下降，長(zhǎng)興組主要沉積生屑灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r，為開(kāi)闊臺(tái)地相沉積。

圖3 峰探1 井吳家坪組典型巖性照片

3 礦物組分特征

通過(guò)對(duì)峰探1 井吳家坪組黑色頁(yè)巖進(jìn)行X 衍射全巖礦物分析，其主要礦物為石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽巖、黏土礦物和黃鐵礦，個(gè)別樣品見(jiàn)菱鐵礦和方沸石。其中吳家坪組二段黑色凝灰質(zhì)泥巖的黏土礦物含量在8.6%～78.6%，平均48.4%，石英含量在7.9%～78.4%，平均36.4%，黃鐵礦含量相對(duì)較高平均5.7%，碳酸鹽巖含量較低平均在1.0%（圖4、圖5）。吳家坪組三段黑色頁(yè)巖礦物石英和碳酸鹽巖含量高，石英含量在3.0%～85.8%，平均40.4%，碳酸鹽巖含量在1.2%～97.9%，平均46.55%，其兩者占巖石礦物含量的87.0%，脆性指數(shù)高；黏土礦物含量在0 ～54.6%，平均6.6%，其他礦物含量較低，整體都未超過(guò)5%（圖4、圖5）。

圖4 峰探1 井吳家坪組礦物綜合柱狀圖

圖5 峰探1 井吳家坪組頁(yè)巖全巖X 衍射分析礦物含量圖

峰探1 井吳家坪組二段黑色頁(yè)巖黏土礦物含量較高，石英含量次之，在巖相三角圖中主要位于黏土質(zhì)頁(yè)巖巖相區(qū)；吳家坪組三段石英和碳酸鹽巖含量較高，主要位于鈣質(zhì)頁(yè)巖巖相和硅質(zhì)頁(yè)巖巖相（圖6）；總體吳家坪組三段黑色頁(yè)巖脆性礦物高于吳家坪組二段黑色頁(yè)巖，同時(shí)也反映了兩套黑色頁(yè)巖的沉積環(huán)境的差異，吳家坪組二段黑色頁(yè)巖為濱岸沼澤沉積，吳家坪組三段黑色頁(yè)巖為深水陸棚相沉積。與四川盆地川南地區(qū)和焦石壩等五峰組—龍馬溪組深水泥巖進(jìn)行三角圖投點(diǎn)對(duì)比（圖6），發(fā)現(xiàn)吳家坪組黑色頁(yè)巖與五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖巖相分布區(qū)略有差異，吳二段分布于遠(yuǎn)離碳酸鹽巖端元，靠近黏土端元，脆性指數(shù)37.5，脆性相對(duì)較低。吳三段主要分布在遠(yuǎn)離黏土端元，靠近碳酸鹽巖與石英兩個(gè)端元，脆性指數(shù)為86.9，脆性較高。

圖6 峰探1 井吳家坪組礦物特征投點(diǎn)圖

4 有機(jī)地球化學(xué)特征

4.1 有機(jī)質(zhì)豐度

通過(guò)對(duì)峰探1 井吳家坪組樣品進(jìn)行有機(jī)碳測(cè)試，吳家坪組二段頁(yè)巖段樣品TOC分布在0.07%～22.34%，平均值為1.41%（圖4），其中多數(shù)樣品的TOC＜1%，整體黑色頁(yè)巖品質(zhì)不高（圖7），高TOC段分布于玄武巖之上的暗色泥巖夾層，而灰色凝灰?guī)rTOC整體較低（圖4），TOC＞2%的黑色頁(yè)巖厚度約5 m。吳家坪組三段頁(yè)巖段TOC分布在0.15%～9.34%，平均值為3.52%，TOC含量整體較高，大多樣品TOC＞2%（圖7）。TOC＞2%的黑色頁(yè)巖厚度約26 m，黑色頁(yè)巖段平均TOC可達(dá)4.69%（圖4），高TOC段主要集中在吳家坪組三段底部硅質(zhì)頁(yè)巖和鈣質(zhì)頁(yè)巖段，向上TOC含量逐漸降低（圖7）。

圖7 峰探1 井吳家坪組有機(jī)地球化學(xué)特征圖

4.2 有機(jī)質(zhì)類型與成熟度

干酪根組分和碳同位素是烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的重要判識(shí)手段。通過(guò)對(duì)峰探1 井吳家坪組樣品進(jìn)行分析測(cè)試分析，其中干酪根碳同位素-23.3‰～-28.4‰（圖7），其中吳家坪組二段干酪根碳同位素在23.3‰，以Ⅲ型干酪根為主；吳家坪組三段干酪根碳同位素在-25‰～-29‰之間，顯示吳家坪組三段干酪根類型為Ⅱ1—Ⅱ2型，干酪根組分主要以殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組為主，干酪根類型指數(shù)在0 ～80%之間，同樣顯示為Ⅱ1—Ⅱ2為主。吳三段鏡質(zhì)體反射率介于2.71%～2.92%，平均2.81%（圖7），達(dá)到過(guò)成熟階段，早期生成的原油完全裂解，利于有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育。

5 孔隙特征

5.1 孔隙類型

本次研究采用前人提出的頁(yè)巖孔隙類型的分類標(biāo)準(zhǔn)[19-21]，將黑色頁(yè)巖孔隙類型劃分為有機(jī)質(zhì)孔與無(wú)機(jī)孔，其中無(wú)機(jī)孔包括礦物顆粒內(nèi)部的孔隙、礦物顆粒間的孔隙和裂縫。

吳家坪組二段主要以無(wú)機(jī)孔為主，有機(jī)質(zhì)孔和裂隙為輔，其中無(wú)機(jī)孔和裂隙主要類型包括：①黏土礦物之間在隨埋深加深過(guò)程中成巖轉(zhuǎn)化形成的伊利石和少量綠泥石礦物間的粒間孔，其孔隙主要為長(zhǎng)條扁平狀（圖8 b、c、d）；②草莓狀黃鐵礦晶粒之間的晶間孔，而草莓狀顆粒之間的孔隙大多被有機(jī)質(zhì)充填（圖8 a）；③在成巖階段菱鐵礦形成或者暴露階段在菱鐵礦顆粒內(nèi)形成的少量溶蝕孔隙或者包裹體，其孔隙相對(duì)孤立（圖8 e、f）；④石英顆粒與黏土礦物之間非定向排列形成的石英顆粒與黏土礦物之間的粒間孔（圖8 c）；⑤可能與構(gòu)造作用相關(guān)的黏土礦物之間形成的微裂隙（圖8 e）。吳家坪組二段有機(jī)質(zhì)多與黃鐵礦伴生，多成塊狀，其有機(jī)質(zhì)孔不發(fā)育（圖8 a）。

圖8 吳家坪組二段頁(yè)巖孔隙特征圖

吳家坪組三段黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量較高，有機(jī)質(zhì)的存在狀態(tài)主要有三種類型：有機(jī)質(zhì)充填于石英和方解石原生孔中（圖9 a、h），形態(tài)呈不規(guī)則狀；有機(jī)質(zhì)充填于微裂隙中呈長(zhǎng)條狀，其可能與早期油氣運(yùn)移相關(guān)（圖9 b）；③有機(jī)質(zhì)呈團(tuán)塊狀以顆粒的形式存在（圖9 g），為一些原生沉積有機(jī)質(zhì)。由于原始沉積的無(wú)機(jī)孔大多被生烴演化過(guò)程中生成的原油（瀝青）充填，吳家坪組三段主要發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔，無(wú)機(jī)孔和裂隙相對(duì)較少，現(xiàn)存無(wú)機(jī)孔都相對(duì)孤立連通性相對(duì)較差（圖9 d）。有機(jī)質(zhì)發(fā)育類型多樣，大多呈蜂窩狀、孔徑在幾十到幾百納米（圖9 e、f），有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育明顯受有機(jī)質(zhì)顯微組分控制，其中固體瀝青有機(jī)質(zhì)孔最為發(fā)育，孔隙大多呈氣泡狀或蜂窩狀（圖9 e、f），殼質(zhì)組和腐泥組中有機(jī)質(zhì)孔呈不規(guī)則狀、在有機(jī)質(zhì)中分布不均呈團(tuán)簇狀（圖9 f），還有一部分有機(jī)質(zhì)在掃描電鏡尺度下孔隙難以觀察到（圖9 g）。吳三段中無(wú)機(jī)孔發(fā)育相對(duì)較少，原生孔隙大多被瀝青充填，主要的無(wú)機(jī)孔為碳酸鹽礦物內(nèi)部的粒內(nèi)孔（圖9a、c），和少部分礦物之間的粒間孔（圖9 d）。

圖9 吳家坪組三段黑色頁(yè)巖掃描電鏡下孔隙特征圖

5.2 孔隙結(jié)構(gòu)

頁(yè)巖按孔徑分類標(biāo)準(zhǔn)較多[22-23]，但目前應(yīng)用較多的是國(guó)家化學(xué)學(xué)會(huì)分類標(biāo)準(zhǔn)，將孔隙分為微孔（＜2 nm）、介孔（2 ～50 nm）和宏孔（＞50 nm），本文主要應(yīng)用此分類方案，但為了展示孔隙結(jié)構(gòu)的差異，進(jìn)一步把介孔分為小介孔（2～5 nm）、與大介孔（5 ～50 nm）。

峰探1 井吳家坪組二段氮?dú)馕角€為Ⅳb型吸附等溫線，表明吳家坪組二段孔隙以微孔和介孔為主（圖10）。吳家坪組二段氣體吸附BET法（Brunauer、Emmett 和Teller）比表面積為5.02 m2/g；孔隙體積為0.006 6 cm3/g，其孔徑主要分布在1 ～10 nm，平均孔徑（4 V/A）為8.4 nm。

圖10 峰探1 井吸附曲線圖

吳家坪組三段氮?dú)馕角€為IIb，具有明顯的回滯環(huán)，其回滯環(huán)類型為H2型與H4型特征（圖10），表明孔隙形態(tài)為多個(gè)片狀顆粒組成的墨水瓶孔，該類孔隙為前文掃描電鏡觀察中的礦物粒間孔以及有機(jī)質(zhì)生烴形成的海綿狀孔，表明吳家坪組三段微觀孔隙以微孔為主，介孔相對(duì)降低。吳家坪組三段BET 比表面積介于4.06 ～47.39 m2/g，平均為18.60 m2/g；孔隙體積介于0.003 6 ～0.034 6cm3/g，平均為0.014 1cm3/g，其孔徑主要分布在1 ～5 nm，平均孔徑為3.9 nm。

峰探1 井吳家坪組三段和吳家坪組二段頁(yè)巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間存在一定的差別。吳家坪組三段黑色頁(yè)巖孔隙直徑較吳家坪組二段相對(duì)更小，但孔隙體積相對(duì)較大。而吳家坪組二段頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間相對(duì)較大，大介孔孔隙體積占孔隙比例較大，而吳家坪組三段黑色頁(yè)巖儲(chǔ)集空間相對(duì)較小，微孔孔隙體積占比較大（圖11）。

圖11 峰探1 井吳家坪組頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征圖

圖12 峰探1 井吳家坪組不同孔體積與比表面積相關(guān)性圖

5.3 有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育控制因素

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)黑色頁(yè)巖納米孔隙發(fā)育控制做了較多探討[19-20,24]，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)四川盆地下古生界黑色頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)影響因素研究發(fā)現(xiàn)，黑色頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)受有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度、有機(jī)質(zhì)類型和礦物含量等因素的控制，其中有機(jī)質(zhì)含量對(duì)頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)起主要控制作用。

摘 要：中職教育是我國(guó)教育的重要組成部分，是培養(yǎng)技術(shù)人才的基地，中職教育的教學(xué)質(zhì)量決定了學(xué)生的就業(yè)能力。中職物理是中職學(xué)校普遍開(kāi)設(shè)的一門文化基礎(chǔ)課，是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的理性思維科學(xué)，對(duì)于學(xué)生的理論知識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力有著很好的促進(jìn)作用。在物理課程的教學(xué)過(guò)程中，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性、培養(yǎng)學(xué)生濃厚的物理學(xué)習(xí)興趣？離不開(kāi)教師的教育教學(xué)智慧。

有機(jī)質(zhì)孔是富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖中重要的一種孔隙類型，也是頁(yè)巖氣賦存的主要孔隙[25-26]。有機(jī)質(zhì)孔是由成熟的干酪根生烴或液態(tài)烴類受熱裂解而形成[26-28]，主要受盆地的熱演化控制。黑色頁(yè)巖達(dá)到高成熟階段（Ro>1.2%），頁(yè)巖中干酪根達(dá)到生氣窗開(kāi)始生氣就會(huì)形成有機(jī)質(zhì)孔[27，29-30]。熱演化達(dá)到過(guò)成熟階段（Ro>2.0%或溫度達(dá)到170℃），早期生成的原油裂解也會(huì)形成機(jī)質(zhì)孔[31]。吳家坪組黑色頁(yè)巖主要有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1—Ⅲ型為主，Ro為2.8%達(dá)到過(guò)成熟階段，已經(jīng)具備發(fā)育大量有機(jī)質(zhì)孔的條件。但通過(guò)掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，固體瀝青中存在大量的有機(jī)質(zhì)孔，塊狀有機(jī)質(zhì)中有機(jī)質(zhì)孔較少，與前人認(rèn)為Ⅲ—Ⅱ2型干酪根有機(jī)質(zhì)孔欠發(fā)育一致[32-33]。

對(duì)吳家坪組三段海相黑色頁(yè)巖孔隙體積和比表面與TOC、石英含量和碳酸鹽巖含量進(jìn)行了相關(guān)分析（圖13），孔隙體積和比表面積與黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度呈正相關(guān)性，且相關(guān)性非常好（R2＞0.9），證明有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)黑色頁(yè)巖孔隙具有明顯的控制作用，且有機(jī)質(zhì)孔對(duì)黑色頁(yè)巖納米級(jí)孔隙貢獻(xiàn)較大，而有機(jī)質(zhì)含量與孔徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性較強(qiáng)（R2=0.56），有機(jī)質(zhì)含量越高孔徑越小，在高有機(jī)質(zhì)豐度情況下微孔更發(fā)育。石英含量與孔隙體積和表面積呈正相關(guān)性，但其相關(guān)性非常低（R2＜0.1），表明石英對(duì)黑色頁(yè)巖孔隙體積沒(méi)有明顯控制作用。與四川盆地五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖表現(xiàn)出明顯的不同，另外石英含量與孔徑呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)性較低（R2=0.36），石英含量對(duì)孔徑大小有一定影響，前人研究其石英主要為成巖石英和同沉積化學(xué)沉淀石英[18]，成巖化學(xué)沉淀的石英填充孔隙從而降低孔隙度。碳酸鹽巖礦物含量與孔隙體積、比表面積和孔徑都呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但其相關(guān)性非常弱（R2＜0.2），表明碳酸鹽巖礦物對(duì)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯的控制作用。這與掃描電鏡觀察到的結(jié)構(gòu)具有相似性，吳家坪組三段黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)發(fā)育，且大量固體瀝青充填石英顆粒和碳酸鹽顆粒之間的粒間孔，觀察到的無(wú)機(jī)孔較少，大多不連通相對(duì)孤立。

圖13 峰探1 井吳家坪組孔體積與比表面積與TOC 含量、石英和黏土礦物含量關(guān)系圖

總之，有機(jī)質(zhì)豐度主要控制吳家坪組三段黑色頁(yè)巖的孔隙發(fā)育，其孔隙主要以有機(jī)質(zhì)孔為主，為黑色頁(yè)巖孔隙的體積的主要貢獻(xiàn)者；石英與碳酸鹽巖對(duì)黑色頁(yè)巖的孔隙沒(méi)有明顯的控制作用。

6 含氣性特征

6.1 等溫甲烷吸附特征

頁(yè)巖氣在巖石中的賦存狀態(tài)主要為吸附氣、游離氣和溶解氣等[24，34]。頁(yè)巖氣吸附能力可以通過(guò)等溫甲烷吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)反映，為了真實(shí)反映峰探1井黑色頁(yè)巖的等溫吸附能力，本次實(shí)驗(yàn)為盡量恢復(fù)地層的真實(shí)情況，采取實(shí)驗(yàn)溫度為90℃，其等溫甲烷吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖14，顯示實(shí)測(cè)過(guò)剩吸附量隨壓力的增加而增大，當(dāng)壓力在12 MPa 左右吸附量達(dá)到最大值，當(dāng)壓力再增加其吸附量逐漸降低，這與壓力增加過(guò)程中吸附相氣體密度和氣相密度差異有關(guān)，并且其下降速度與頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征有關(guān)[35]。為了更好反映頁(yè)巖的吸附氣能力，基于單層吸附機(jī)理的Langmuir 模型，也能達(dá)到高精度擬合的效果，計(jì)算出蘭氏體積（VL）來(lái)表征頁(yè)巖的甲烷吸附能力。所以本文采用蘭氏體積來(lái)表征頁(yè)巖的吸附能力大小。吳家坪組二段頁(yè)巖氣量為1.519 cm3/g，吳家坪組三段為0.842 ～4.226 cm3/g，平均為2.307 cm3/g，展現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附能力。

圖14 峰探1 井吳家坪組黑色頁(yè)巖甲烷等溫吸附曲線圖

6.2 現(xiàn)場(chǎng)解析氣性特征

頁(yè)巖含氣性直接決定了頁(yè)巖氣資源潛力，因此頁(yè)巖含氣對(duì)頁(yè)巖氣潛力分析尤為重要，頁(yè)巖含氣性主要是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)含氣量測(cè)試而獲得，其測(cè)試主要包括現(xiàn)場(chǎng)解吸氣、殘余氣和損失氣三部分組成。通過(guò)直線回歸進(jìn)行損失氣恢復(fù)，吳家坪組二段含氣量在0.331 ～0.927 cm3/g，平均0.69 cm3/g，吳家坪組三段含氣性在0.967 ～8.02 cm3/g，平均為3.33 cm3/g，吳家坪組三段含氣性好，吳家坪組二段含氣性相對(duì)較差。

6.3 吸附氣量控制因素

為了明確吳家坪組黑色頁(yè)巖吸附能力主控因素，重點(diǎn)從頁(yè)巖的物質(zhì)組成和孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)性分析（圖15）。可以看出，頁(yè)巖組分中有機(jī)質(zhì)豐度、石英與黏土礦物與Langmuir 體積呈正相關(guān)性，其中Langmuir 體積與TOC的相關(guān)性較強(qiáng)（R2=0.88），與石英含量呈中等相關(guān)性（R2=0.23），與黏土礦物含量沒(méi)有明顯的相關(guān)性；碳酸鹽巖含量與Langmuir體積的呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性中等（R2=0.31）（圖15）。Langmuir 體積與有機(jī)質(zhì)豐度、石英與黏土礦物相關(guān)性表明在物質(zhì)組分上，有機(jī)質(zhì)豐度明顯控制了頁(yè)巖氣吸附氣量，石英和黏土礦物含量對(duì)吸附氣含量的控制作用不明顯，碳酸鹽巖礦物含量對(duì)吸附氣含量具有一定抑制作用，展現(xiàn)出碳酸鹽巖含量越高吸附氣含量越低。

圖15 峰探1 井吳家坪組黑色頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)、礦物組分和TOC 與吸氣量的關(guān)系圖

總之，TOC含量和孔隙結(jié)構(gòu)是控制頁(yè)巖氣吸附能力的主要控制因素，控制了頁(yè)巖吸附氣量，而石英和碳酸鹽巖對(duì)吸附氣含量具有一定控制作用但控制性較差，黏土礦物對(duì)吸附氣含量沒(méi)有明顯的控制作用。

7 川東北地區(qū)吳家坪組勘探潛力分析

通過(guò)對(duì)峰探1 井和四川盆地五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖地質(zhì)條件和頁(yè)巖氣Ⅰ類儲(chǔ)層評(píng)價(jià)指標(biāo)[36-38]對(duì)比，吳家坪組二段黑色頁(yè)巖從沉積相、有機(jī)質(zhì)豐度、類型、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度、脆性指數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)特征和含氣性等方面與龍馬溪組黑色頁(yè)巖相比，頁(yè)巖氣地質(zhì)條件存在差距，顯示其頁(yè)巖氣勘探潛力較弱。

吳家坪組三段黑色頁(yè)巖從沉積相類型、孔隙類型和脆性指數(shù)與龍馬溪組相比具有相似性，但有機(jī)質(zhì)類型和孔隙結(jié)構(gòu)上存在差異，而有機(jī)質(zhì)豐度和含氣性優(yōu)于龍馬溪組，基本都達(dá)到了I 類儲(chǔ)層的指標(biāo)，揭示出川東北地區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪組三段具有較大的頁(yè)巖勘探潛力。

表1 峰探1 井吳家坪組頁(yè)巖與龍馬溪組黑色頁(yè)巖地質(zhì)條件對(duì)比表

8 結(jié)論

通過(guò)對(duì)川東北地區(qū)峰探1 井吳家坪組頁(yè)巖氣地質(zhì)條件的研究，得到以下結(jié)論：

1）川東北地區(qū)峰探1 井上二疊統(tǒng)吳家坪組發(fā)育多套頁(yè)巖，其中吳家坪組二段發(fā)育濱岸潮坪相黑色頁(yè)巖，其巖性主要為含凝灰質(zhì)泥巖（頁(yè)巖），黏土礦物含量高，石英次之，巖相以黏土質(zhì)頁(yè)巖巖相為主，脆性指數(shù)低，可壓裂性弱；吳家坪組三段發(fā)育深水陸棚相黑色頁(yè)巖，其主要巖性為鈣質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)頁(yè)巖，石英和碳酸鹽巖含量高，黏土礦物含量低，巖相以硅質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)頁(yè)巖相為主，脆性指數(shù)高，可壓裂性強(qiáng)。

2）峰探1 井吳家坪組二段頁(yè)巖TOC在0.07% ～22.34 %，平均值為1.41%，TOC＞2%黑色頁(yè)巖厚度約5 m，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型，達(dá)到過(guò)成熟階段；吳家坪組三段黑色頁(yè)巖TOC分布在0.15%～9.34%，平均值為3.52%，黑色頁(yè)巖（TOC＞2%）厚度約26 m，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1—Ⅱ2型，也達(dá)到過(guò)成熟階段。

3）吳家坪組二段頁(yè)巖儲(chǔ)集空間主要以黏土礦物之間粒間孔和微裂縫為主，有機(jī)質(zhì)孔相對(duì)不發(fā)育，孔隙體積較低，以介孔為主和微孔占比較低，且含氣性也相對(duì)較低；吳家坪組三段頁(yè)巖儲(chǔ)集空間主要以有機(jī)質(zhì)孔為主，無(wú)機(jī)孔相對(duì)較低，孔隙體積中等，孔隙以微孔為主介孔次之，且含氣性相對(duì)較高，孔隙結(jié)構(gòu)和含氣性受有機(jī)質(zhì)豐度控制明顯，礦物組分對(duì)其沒(méi)有明顯控制作用。

4）綜合頁(yè)巖氣地質(zhì)條件，吳家坪組二段頁(yè)巖氣地質(zhì)條件相對(duì)較差，頁(yè)巖氣資源勘探潛力較弱；吳家坪組三段頁(yè)巖氣地質(zhì)條件較好，甚至個(gè)別參數(shù)優(yōu)于龍馬溪組，展示較大頁(yè)巖氣勘探潛力。