焦石壩地區(qū)五峰組－龍馬溪組頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)特征

劉江濤

（中國(guó)石化江漢油田工程有限公司國(guó)際合作公司，湖北 武漢430040）

1 區(qū)域地質(zhì)概況

焦石壩構(gòu)造帶，位于四川盆地內(nèi)齊躍山和華鎣山斷裂所夾持的川東高陡褶皺帶的萬(wàn)縣復(fù)向斜，地表主要出露嘉陵江組或雷口坡組。焦石壩構(gòu)造帶發(fā)育為北東向（晚燕山期）、近南北向（喜山期）兩組（兩期）斷裂系統(tǒng)，呈現(xiàn)“東西分帶、南北分塊”的格局。北部焦石壩主體由四周4條壓扭性斷層圍限，地層平緩，北東至南西地層傾角在5°左右，呈“箱狀”，東與大耳山背斜斷凹相接，西為斜坡進(jìn)入盆內(nèi)，南部總體為背向斜相間分布的格局，構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，向斜埋深較大，背斜較為高陡。焦石壩地區(qū)頁(yè)巖氣目的層發(fā)育于上奧陶統(tǒng)五峰組－下志留統(tǒng)龍馬溪組。

2 頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)特征

2.1 頁(yè)巖厚度

頁(yè)巖厚度，特別是高伽馬、富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的厚度越大，則頁(yè)巖氣藏富集程度越高。頁(yè)巖厚度和分布面積是保證有充足的儲(chǔ)滲空間和有機(jī)質(zhì)的重要條件，一般要求直井厚度大于30m。從焦石壩地區(qū)已鉆井資料來(lái)看，頁(yè)巖氣層段沉積相、巖性、厚度橫向展布穩(wěn)定，厚度為80～110m。其中，龍馬溪組頁(yè)巖氣組有利層段集中在底部的深水陸棚相黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段中（如焦頁(yè)X井厚度為38m，其他井厚度大多在35～45m），能滿足頁(yè)巖氣開采工程的需要，是頁(yè)巖氣頁(yè)巖氣開發(fā)有利區(qū)。

2.2 地化特征

頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)研究主要從有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)成熟度三方面入手。

有機(jī)質(zhì)豐度最常用的指標(biāo)是有機(jī)碳含量（TOC）。分析焦頁(yè)1X井在龍馬溪組－五峰組一亞段、二亞段、三亞段的有機(jī)碳含量，結(jié)果表明，一亞段有機(jī)碳含量主要分布在2%～4%，以及大于4%的兩個(gè)區(qū)間，分別占樣品總數(shù)的60%和35%，只有5%的有機(jī)碳含量在1%～2%，且從上向下增高，平均3.56%，顯示了較強(qiáng)的生烴能力。二、三亞段有機(jī)碳含量主要分布在1%～2%，平均分別為1.65%、1.67%。其中，有機(jī)碳含量在1%以上的樣品占80%以上，顯示這兩段的有機(jī)碳含量中等偏上（圖1）。

圖1 焦頁(yè)1X井龍馬溪組－五峰組有機(jī)碳含量直方圖

通過(guò)對(duì)焦頁(yè)1井下志留統(tǒng)龍馬溪組－五峰組干酪根鏡檢的分析發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)以腐泥無(wú)定形體＋藻類體為主，干酪根類型指數(shù)在90%以上，均為易于生油氣的Ⅰ型干酪根。

焦頁(yè)1井鏡質(zhì)體反射率測(cè)定表明，焦石壩地區(qū)熱演化程度適中（Ro為2.20%～3.13%，平均2.65%），處于過(guò)成熟階段，有利于頁(yè)巖氣的形成和富集。

由上可知，龍馬溪組－五峰組的有機(jī)質(zhì)豐度高，鏡質(zhì)體反射率Ro大多在2%以上，進(jìn)入過(guò)成熟熱演化時(shí)期，是很好的烴源巖，處于熱裂解干氣生成階段。

2.3 儲(chǔ)集特征

2.3.1 巖性特征

焦石壩地區(qū)五峰組－龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層橫向展布穩(wěn)定，巖性、厚度基本相當(dāng)。根據(jù)礦物成分、沉積特征等資料將焦石壩區(qū)五峰組－龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層分為三亞段（圖2）：上部（Ⅲ亞段），含粉砂泥巖、碳質(zhì)筆石頁(yè)巖，以沉積環(huán)境為主，厚度一般為25～35m；中部（Ⅱ亞段），含粉砂含碳泥巖，淺水陸棚沉積，厚度一般為10～30m；下部（Ⅰ亞段），含骨針?lè)派湎x碳質(zhì)筆石頁(yè)巖，深水陸棚沉積，厚度一般為35～45m。泥頁(yè)巖礦物成分以石英和黏土礦物為主，含鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、方解石、白云石和黃鐵礦等。

圖2 焦頁(yè)1X井五峰組－龍馬溪組一段綜合圖

2.3.2 裂縫與孔隙度特征

裂縫在焦石壩地區(qū)大型頁(yè)巖氣田的形成過(guò)程中起到重要作用。泥頁(yè)巖中裂縫系統(tǒng)的發(fā)育有助于頁(yè)巖層中游離態(tài)天然氣體積的增加和吸附態(tài)天然氣的解析，為頁(yè)巖提供儲(chǔ)集間，同時(shí)為頁(yè)巖的生產(chǎn)提供運(yùn)移通道，有利于頁(yè)巖氣的聚集和開采。

通過(guò)對(duì)顯微薄片和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡下巖心的觀察發(fā)現(xiàn)，龍馬溪組頁(yè)巖孔隙和微裂縫發(fā)育活躍。分析認(rèn)為，焦石壩地區(qū)龍馬溪組－五峰組地層共發(fā)育三種類型孔隙（有機(jī)孔、粘土礦物孔、脆性礦物孔），一般以有機(jī)質(zhì)、粘土礦物孔為主。其中：有機(jī)質(zhì)孔主要發(fā)育在富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段，孔隙直徑介于5～200nm；粘土礦物層間孔連通性好，孔隙直徑介于100～1 200nm。裂縫類型主要包含微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類。其中：微觀裂縫包含礦物或有機(jī)質(zhì)內(nèi)部裂縫以及礦物或有機(jī)質(zhì)顆粒邊緣縫等，微觀裂縫寬度最小為幾納米，最大達(dá)到幾百納米；宏觀裂縫除普遍發(fā)育層理縫外，還發(fā)育垂直縫和層間頁(yè)理縫，裂縫寬度在5mm左右，多為方解石、黃鐵礦充填。

2.4 巖礦特征

焦石壩地區(qū)不同沉積亞相類型的頁(yè)巖中礦物組成不同，龍馬溪組底部－五峰組的深水陸棚相頁(yè)巖較其他層位的頁(yè)巖具有更高的脆性礦物含量。深水陸棚相沉積中富含大量含硅質(zhì)及碳酸鹽礦物的生物（如筆石、硅藻、放射蟲、海綿骨針等），這些生物的大量富集提供了生物成因的脆性礦物。巖石脆性越好，越容易形成天然裂縫和人工誘導(dǎo)縫，這些裂縫的存在可以有效地改善儲(chǔ)層物性并提高壓裂成功率。

對(duì)焦頁(yè)1X井龍馬溪組－五峰組井段（2 330.02～2 415.00m）的泥頁(yè)巖儲(chǔ)層進(jìn)行X－衍射全巖分析后發(fā)現(xiàn)，泥頁(yè)巖儲(chǔ)層中泥頁(yè)巖石英、碳酸巖（方解石、白云石）、長(zhǎng)石等脆性礦物的含量越高，脆度越大。其中，石英含量為26%～80%，斜長(zhǎng)石含量為6%～33%，粘土礦物為10%～63%，鐵白云石含量為3%～32%，黃鐵礦為1%～13%，方解石含量為2%～10%（圖3）。

圖3 焦頁(yè)1X井2330.02m－2415.00mX－衍射全巖分析（平均含量）

2.5 成藏演化特征

構(gòu)造穩(wěn)定并持續(xù)沉積是焦石壩地區(qū)下古生界頁(yè)巖氣藏形成的關(guān)鍵。埋藏史圖（圖4）顯示，焦石壩地區(qū)自古生代以來(lái)頁(yè)巖經(jīng)歷了3期抬升和3期沉降。其中：第1期沉降為加里東運(yùn)動(dòng)時(shí)期的奧陶系、志留系的連續(xù)沉降，沉降時(shí)間不長(zhǎng)，埋深不大；第2期沉降為印支－海西運(yùn)動(dòng)時(shí)期上石炭統(tǒng)短暫沉降，沉降期非常短暫，埋深很淺；第3期沉降為印支－海西運(yùn)動(dòng)晚期及燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期的早二疊系晚期－早白堊系晚期的穩(wěn)定沉降，沉降時(shí)間長(zhǎng)，埋深大，過(guò)成熟。第1期抬升為加里東運(yùn)動(dòng)末期，揚(yáng)子板塊抬升遭受剝蝕，缺失早泥盆系－早石炭系地層，第2期抬升為海西運(yùn)動(dòng)時(shí)期晚石炭系－早二疊系，川東南地區(qū)整體抬升，遭受剝蝕，缺失石炭系中統(tǒng)地層，第3次抬升是燕山運(yùn)動(dòng)晚期和喜山運(yùn)動(dòng)時(shí)期晚白堊系之后，造成地層抬升剝蝕，發(fā)生擠壓變形，形成復(fù)雜的褶皺和斷裂組合，地層整體抬升了近4 000m，上覆地層厚超過(guò)2 000m，同時(shí)該時(shí)期也是油氣形成并聚集成藏的階段。從圖4上可以看出，海西期－早印支期開始生烴，印支中期－早燕山期達(dá)到生烴高峰，早白堊世末達(dá)到最大生烴階段。

圖4 焦石壩地區(qū)沉積埋藏史

2.6 氣藏特征

統(tǒng)計(jì)多口井的地層溫度與壓力測(cè)試數(shù)據(jù)，得知焦石壩地區(qū)地層溫度梯度約2.7℃／100m，屬于正常地溫梯度，地層壓力系數(shù)為1.5左右，氣藏屬于高壓氣藏。其中，離斷層較遠(yuǎn)構(gòu)造高部位地區(qū)相對(duì)高壓，東部斷層附近，不在構(gòu)造高部位地區(qū)相對(duì)低壓。

3 結(jié)論

1）焦石壩地區(qū)龍馬溪組－五峰組頁(yè)巖氣層段沉積相、巖性、厚度橫向展布穩(wěn)定。

2）焦石壩地區(qū)頁(yè)巖有利層段集中在龍馬溪組底部－五峰組，厚度為80～110m，其中最底部35～45m頁(yè)巖為最優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖層段。

3）有機(jī)質(zhì)是影響頁(yè)巖生氣能力和儲(chǔ)集能力的重要因素，有利于頁(yè)巖氣的形成和吸附，同時(shí)還有利于孔隙的形成。

4）燕山晚期－喜山時(shí)期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生的擠壓變形，形成復(fù)雜褶皺和斷裂組合，對(duì)頁(yè)巖氣的聚集成藏影響較大。

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