四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖脆性評價與“甜點層”預(yù)測

張晨晨　王玉滿　董大忠，2　李新景　管全中

1.中國石油勘探開發(fā)研究院　2.國家能源頁巖氣研發(fā)（實驗）中心

張晨晨等.四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖脆性評價與“甜點層”預(yù)測. 天然氣工業(yè)，2016， 36（9）: 51-60.

四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖脆性評價與“甜點層”預(yù)測

張晨晨1王玉滿1董大忠1，2李新景1管全中1

1.中國石油勘探開發(fā)研究院2.國家能源頁巖氣研發(fā)（實驗）中心

張晨晨等.四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖脆性評價與“甜點層”預(yù)測. 天然氣工業(yè)，2016， 36（9）: 51-60.

頁巖氣儲層評價過程中，有機(jī)碳含量是表征富有機(jī)質(zhì)頁巖的主要指標(biāo)，脆性指數(shù)則是反映壓裂品質(zhì)的重要參數(shù)，有機(jī)碳含量與脆性指數(shù)相結(jié)合可以更為精細(xì)地刻畫“甜點層”的分布，從而為勘探開發(fā)工作提供有利依據(jù)。為此，依據(jù)巖礦資料，應(yīng)用“石英+白云石+黃鐵礦”三礦物脆性指數(shù)模型對四川盆地焦石壩、長寧和威遠(yuǎn)3個氣田的上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖進(jìn)行了脆性評價?；诖嘈灾笖?shù)（BI）與有機(jī)碳含量（TOC）之間的顯著相關(guān)性，綜合有機(jī)質(zhì)豐度和可壓裂性，建立了儲層品質(zhì)的分級標(biāo)準(zhǔn)：TOC＞3%且BI＞50%為優(yōu)質(zhì)儲層（甜點層）；2%＜TOC＜3%且40%＜BI＜50%為次優(yōu)儲層；1%＜TOC＜2%且30%＜BI＜40%為差儲層；TOC＜1%且BI＜30%為非儲層。依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，長寧地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層厚度為32 m，焦石壩地區(qū)優(yōu)質(zhì)儲層厚度為22 m，威遠(yuǎn)地區(qū)優(yōu)質(zhì)儲層厚度為13 m。探索脆性指數(shù)與測井響應(yīng)之間的相關(guān)性，并建立了富有機(jī)質(zhì)、高脆性頁巖的常規(guī)測井響應(yīng)圖版，以自然伽馬大于160 API、釷鈾比小于3且密度小于2.58 g/cm3作為優(yōu)質(zhì)儲層的測井識別標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而預(yù)測了四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖“甜點層”的平面展布特征。

四川盆地頁巖氣晚奧陶世—早志留世脆性指數(shù)TOC可壓裂性儲集層品質(zhì)測井響應(yīng)甜點層

儲層評價是頁巖氣勘探開發(fā)工作的基礎(chǔ)，是優(yōu)選有利區(qū)和有利層段的必要環(huán)節(jié)，通常包括烴源巖特性、巖性、物性、含氣性、脆性和地應(yīng)力特性等內(nèi)容，總體可分為指示頁巖氣資源潛力的“地質(zhì)甜點”評價內(nèi)容和指示儲層可壓裂性的“工程甜點”評價內(nèi)容［1］。其中，有機(jī)碳含量是表征富有機(jī)質(zhì)頁巖的主要指標(biāo)，既可以反映烴源巖的生烴潛力，又決定著有機(jī)質(zhì)孔隙度的大??；脆性指數(shù)則是反映儲層壓裂品質(zhì)的重要參數(shù)，在很大程度上決定著壓裂的難易程度和壓裂縫的形態(tài)，頁巖脆性越好，越易形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，改造效果越理想［2-5］。綜合黑色頁巖有機(jī)質(zhì)豐度和可壓裂性的儲層評價是開展“甜點層”表征的基礎(chǔ)性工作。我國頁巖氣勘探開發(fā)起步晚，目前儲層的定量表征和評價多集中在烴源巖特性、巖性、物性和含氣性等方面［6-11］，而關(guān)于頁巖脆性的研究還處在探索階段，尤其是定量表征工作明顯不足，對“甜點層”分布規(guī)律的認(rèn)識還有待深入。

筆者以焦石壩、長寧和威遠(yuǎn)3個氣田的鉆井資料為基礎(chǔ)，應(yīng)用“石英+白云石+黃鐵礦”三礦物脆性指數(shù)模型對上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖進(jìn)行定量的脆性評價；在此基礎(chǔ)上建立頁巖儲層品質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)和富有機(jī)質(zhì)、高脆性頁巖的常規(guī)測井響應(yīng)識別圖版，從而精細(xì)刻畫四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖“甜點層”的平面展布情況，以期為該區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)工作提供地質(zhì)依據(jù)。

1　五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖巖相與巖石學(xué)特征

焦石壩、長寧和威遠(yuǎn)是目前四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探取得突破的主要區(qū)塊，已相繼建成規(guī)模產(chǎn)能，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)［12］。焦石壩氣田位于四川盆地東南部，隸屬于川東褶皺帶，構(gòu)造為主體平緩、邊緣被斷層夾持的箱狀背斜構(gòu)造；長寧氣田位于四川盆地南緣的平緩向斜區(qū)；威遠(yuǎn)氣田位于樂山—龍女寺古隆起帶東南上斜坡帶的威遠(yuǎn)構(gòu)造［13-14］。五峰組—龍馬溪組底部富有機(jī)質(zhì)頁巖的沉積環(huán)境在焦石壩地區(qū)主要為泥質(zhì)深水陸棚，在長寧和威遠(yuǎn)地區(qū)則主要為鈣質(zhì)深水陸棚［15］。受沉積環(huán)境的控制，3個氣田頁巖儲層的巖相、礦物組成和脆性特征并不完全相同，因此優(yōu)質(zhì)儲層的厚度存在差異。

威遠(yuǎn)氣田的產(chǎn)層發(fā)育于魯?shù)るA—特列奇階，長寧和焦石壩氣田的產(chǎn)層則主要發(fā)育于凱迪階—魯?shù)るA。3個氣田富有機(jī)質(zhì)頁巖的巖相和礦物組成特征對比結(jié)果顯示（圖1、圖2、表1）：長寧和威遠(yuǎn)地區(qū)具有相似性，而與焦石壩地區(qū)則明顯不同，主要表現(xiàn)為前者鈣質(zhì)含量高、后者鈣質(zhì)含量低。

圖1　焦石壩、長寧和威遠(yuǎn)地區(qū)五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖礦物組成三角圖

依據(jù)常用的礦物三端元法巖相分類方案［16］，焦石壩地區(qū)頁巖儲層主要發(fā)育硅質(zhì)頁巖（Ⅰ）和黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁巖（Ⅳ）；而長寧和威遠(yuǎn)地區(qū)產(chǎn)層則主要為硅質(zhì)頁巖（Ⅰ）、黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁巖（Ⅳ）和鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁巖（Ⅵ），局部發(fā)育有鈣質(zhì)頁巖（Ⅲ）（圖1）。由此可見，川南和川東地區(qū)五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖的礦物組成特征存在較大差異。具體說明如下：

威遠(yuǎn)地區(qū)：富含石英、長石、方解石、白云石和黃鐵礦等礦物，石英平均含量為35%左右，長石平均含量為6%，鈣質(zhì)含量較高，普遍高于15%，其中白云石含量最高超過10%，黃鐵礦含量在赫南特階最高可達(dá)17%，平均含量為4%，黏土礦物平均含量為30%左右。礦物組成縱向變化大：石英含量在凱迪階和魯?shù)るA底部最高可達(dá)82.3%和70.0%，而在赫南特階頂部僅為1.6%；方解石在赫南特階最為發(fā)育，最高可達(dá)98.4%；白云石主要發(fā)育在赫南特階和魯?shù)ぁＢ‰A，在赫南特階最高為25.7%，在埃隆階最高為17.5%；黏土礦物含量在凱迪階—赫南特階向上逐漸降低，而在魯?shù)るA—特列奇階向上逐漸增加。

圖2　焦石壩和長寧地區(qū)五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖段綜合柱狀圖

長寧地區(qū)：石英含量略高于威遠(yuǎn)地區(qū)，平均為40%左右，長石含量略低于威遠(yuǎn)地區(qū)，平均含量為4%，鈣質(zhì)含量與威遠(yuǎn)地區(qū)相當(dāng)，普遍高于15%，尤其是凱迪階和赫南特階，最高可達(dá)36%，其中白云石含量最高超過15%，黃鐵礦平均含量為2%，黏土礦物平均含量為26%左右。礦物組成縱向變化大：石英含量普遍高于30%，僅在赫南特階略低；方解石、白云石和黃鐵礦含量的縱向變化大體具有一致性，主要發(fā)育于凱迪階—魯?shù)るA下部；黏土礦物含量在凱迪階—魯?shù)るA下部普遍低于30%，而在魯?shù)るA上部普遍高于50%。

表1　焦石壩、長寧和威遠(yuǎn)地區(qū)五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖礦物組成特征對比表

焦石壩地區(qū)：石英占絕對優(yōu)勢，平均含量超過60%，長石平均含量為5%，方解石和白云石等鈣質(zhì)含量偏低，總平均含量為6%左右，黃鐵礦平均含量為4%，黏土礦物平均含量為20%左右。礦物組成縱向變化趨勢為：石英含量向上逐漸降低；黏土礦物含量向上逐漸增加；長石含量向上略有增加；方解石和黃鐵礦含量較低且基本保持穩(wěn)定；白云石主要發(fā)育于赫南特階—魯?shù)るA底部。

2　頁巖脆性指數(shù)計算與儲層品質(zhì)評價

2.1脆性指數(shù)計算方法

頁巖脆性的評價方法還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前我國主要是借鑒北美頁巖氣勘探開發(fā)中總結(jié)的經(jīng)驗公式，依據(jù)礦物組成或彈性參數(shù)進(jìn)行脆性的定量評價和有利壓裂層段的優(yōu)選［17-18］，即礦物脆性指數(shù)法（式1）和彈性參數(shù)脆性指數(shù)法（式2）。

式中BI1為礦物脆性指數(shù)；W為各礦物組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

式中BI2表示彈性參數(shù)脆性指數(shù)；E和ν分別表示楊氏模量和泊松比；Emax、Emin、νmax和νmin則分別表示楊氏模量和泊松比在研究區(qū)的最大值和最小值。

彈性參數(shù)脆性指數(shù)的計算需要縱橫波速度和密度資料，這些資料往往是通過陣列聲波測井和密度測井而獲取，難度較大；而礦物脆性指數(shù)僅依據(jù)巖礦測試資料便可直接計算，相比之下實用性更強(qiáng)。然而，不同頁巖氣區(qū)的礦物組成特征存在差異，應(yīng)用礦物脆性指數(shù)法進(jìn)行脆性解釋的可靠性依賴于對脆性礦物的準(zhǔn)確界定和對具體地區(qū)頁巖巖石學(xué)特征的詳細(xì)分析。目前，對于脆性礦物的界定還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識。Rickman基于對Barnett頁巖的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，指出脆性隨石英含量的增加而增強(qiáng)，隨著黏土含量的增加而減弱，而富碳酸鹽巖礦物的頁巖為中等脆性水平［18］；Matthews等對北美典型頁巖氣開發(fā)區(qū)塊進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為相對黏土和石英來說，碳酸鹽巖更脆，也應(yīng)該屬于脆性礦物［19］；Nelson則認(rèn)為石英、長石和白云石是脆性礦物組分［20］。為了更加科學(xué)合理地界定脆性礦物，筆者統(tǒng)計了海相頁巖常見礦物組分的楊氏模量（E）和泊松比（ν）［21］，對比發(fā)現(xiàn)，石英（E=95.94 GPa，ν=0.07）、白云石（E=121 GPa，ν=0.24）和黃鐵礦（E=305.32 GPa，ν=0.15）3種礦物具有高楊氏模量和低泊松比的顯著特征，脆性程度最高，符合北美主要產(chǎn)氣頁巖儲層特征和我國頁巖氣儲層評價標(biāo)準(zhǔn)（E＞30 GPa，ν＜0.25）［22］；黏土礦物則呈現(xiàn)低楊氏模量和高泊松比（E=14.2 GPa，ν=0.30）的特征，塑性明顯；而通常被作為脆性礦物的長石（鉀長石E=39.62 GPa，ν=0.32；斜長石E=69.02 GPa，ν=0.35）和方解石（E=79.58 GPa，ν=0.31）雖然楊氏模量大于30 GPa，但是泊松比均大于0.3，脆性并不理想。因此，針對我國南方海相頁巖鈣質(zhì)含量偏高和黃鐵礦發(fā)育的基本特征［6，8］，并依據(jù)不同礦物組分的力學(xué)性質(zhì)差異性，提出基于石英、白云石和黃鐵礦三礦物的脆性指數(shù)計算模型。

式中BI3為礦物脆性指數(shù)；W為各礦物組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

應(yīng)用“石英+白云石+黃鐵礦”三礦物脆性指數(shù)法（式3）分別對JY1井、長寧雙河剖面和W201井的五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖段進(jìn)行脆性指數(shù)的定量計算和評價（表1、圖2）。結(jié)果顯示，焦石壩和長寧地區(qū)的脆性指數(shù)普遍高于40%，且高于50%的層段連續(xù)厚度大，脆性特征整體較為優(yōu)越；威遠(yuǎn)地區(qū)的脆性指數(shù)在40%左右波動顯著，且高于50%的層段連續(xù)厚度明顯較小，脆性特征次之。具體如下：

JY1井：凱迪階—魯?shù)るA中部的脆性指數(shù)普遍高于40%，自下而上呈現(xiàn)先降低后緩慢增加又降低的趨勢，最高值位于赫南特階中部，接近80%。凱迪階—魯?shù)るA下部18 m和魯?shù)るA中部4 m的層段脆性指數(shù)均高于50%，脆性特征最好（圖2-a）。

長寧雙河剖面：凱迪階—魯?shù)るA下部的脆性指數(shù)普遍高于50%，魯?shù)るA中上部的脆性指數(shù)則基本在38%左右，脆性指數(shù)整體呈現(xiàn)波動變化的趨勢，最高值位于魯?shù)るA中部，達(dá)到90%，其次是魯?shù)るA底部，接近80%。凱迪階—魯?shù)るA下部32 m和魯?shù)るA中部4 m的兩個層段脆性指數(shù)分別介于48%～80%和40%～90%，脆性特征最好（圖2-b）。

W201井：凱迪階—特列奇階下部的脆性指數(shù)普遍介于40%～50%，呈現(xiàn)波動變化的趨勢，赫南特階頂部的石灰?guī)r由于方解石含量極高、石英和白云石含量極低造成脆性指數(shù)的極小值，最高值則位于凱迪階上部和魯?shù)るA下部，超過80%。凱迪階上部約3 m和魯?shù)るA—埃隆階下部13 m的層段脆性指數(shù)均高于45%，脆性特征最好（圖略）。

2.2儲層品質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)

脆性指數(shù)是反映頁巖儲層壓裂品質(zhì)的重要參數(shù)，可以從可壓裂性的角度幫助研究人員優(yōu)選有利層段。但是在頁巖氣儲層的綜合評價中，地質(zhì)工作者不僅需要關(guān)注儲層的壓裂品質(zhì)，還要考慮頁巖有機(jī)質(zhì)豐度和典型測井響應(yīng)等關(guān)鍵指標(biāo)，為“甜點層”評價和預(yù)測提供依據(jù)。為此，筆者以上述3個氣田儲層的脆性指數(shù)、TOC和測井資料為基礎(chǔ)，探索建立頁巖儲層品質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)和富有機(jī)質(zhì)、高脆性頁巖的常規(guī)測井響應(yīng)識別圖版。

圖3　四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖脆性指數(shù)與TOC的關(guān)系圖版

由焦石壩、長寧和威遠(yuǎn)3個氣田富有機(jī)質(zhì)頁巖的脆性評價結(jié)果可知（表1、圖2），受沉積環(huán)境和生物成因硅質(zhì)的控制［16，23］，脆性指數(shù)與有機(jī)碳含量之間存在顯著的相關(guān)性，脆性指數(shù)的峰值和變化趨勢與有機(jī)碳含量的峰值和變化趨勢大體一致。筆者根據(jù)W201井、N203井和長寧雙河剖面的巖礦分析和有機(jī)碳含量測試資料建立脆性指數(shù)與TOC的關(guān)系圖版（圖3），結(jié)果表明二者呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.621 2，并且TOC在1%、2%和3%這3個點大致與脆性指數(shù)的30%、40%和50%這3個特征值對應(yīng)。根據(jù)勘探開發(fā)實踐，頁巖氣有利儲層的TOC一般超過2%，“甜點層”的TOC下限則為3%［16］。綜合TOC和BI雙指標(biāo)，從有機(jī)質(zhì)豐度和可壓裂性兩個角度建立儲層品質(zhì)的分級標(biāo)準(zhǔn)如下（表2）：①Ⅰ類（優(yōu)質(zhì)儲層，即“甜點層”）：TOC＞3%且BI＞50%；②Ⅱ類（次優(yōu)儲層）：2%＜TOC＜3%且40%＜BI＜50%；③Ⅲ類（差儲層）：1%＜TOC＜2%且30%＜BI＜40%；④Ⅳ類（非儲層）：TOC＜1%且BI＜30%。

表2　四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖儲層品質(zhì)的分級評價標(biāo)準(zhǔn)表

為實現(xiàn)“甜點層”的有效預(yù)測，筆者進(jìn)一步探索脆性指數(shù)與常規(guī)測井響應(yīng)之間的相關(guān)關(guān)系。根據(jù)W201井和N203井的脆性評價結(jié)果與測井資料，在自然伽馬、自然伽馬能譜（釷、鈾、鉀）、體積密度、熱中子和電阻率等一系列常規(guī)測井響應(yīng)中，自然伽馬、釷鈾比和密度與頁巖脆性指數(shù)之間的相關(guān)性最為顯著，其中自然伽馬（GR）與脆性指數(shù)間存在正相關(guān)關(guān)系，而釷鈾比（Th/U）和密度（DEN）則與脆性指數(shù)負(fù)相關(guān)（圖4）。自然伽馬、釷鈾比和密度與脆性指數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系是由沉積環(huán)境所控制的。五峰—龍馬溪早期為深水陸棚沉積，氣候變暖、全球海平面上升、海域水體分層、“海洋雪”作用以及藻類、放射蟲、海綿骨針和有孔蟲等浮游生物爆發(fā)等因素導(dǎo)致了有機(jī)質(zhì)和硅質(zhì)成分在五峰組—龍馬溪組底部的大量富集，且硅質(zhì)成分多為生物成因［16，24-25］。富有機(jī)質(zhì)、富硅質(zhì)的頁巖通常是強(qiáng)還原環(huán)境的沉積產(chǎn)物。因此在測井響應(yīng)上通常表現(xiàn)為高伽馬、低Th/U和低密度等典型特征［26-27］。

圖4　四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖脆性指數(shù)與測井響應(yīng)的關(guān)系圖版

為此，筆者優(yōu)選自然伽馬、釷鈾比和密度3種測井響應(yīng)作為儲層品質(zhì)判別和預(yù)測的主要指標(biāo)，并依據(jù)三者與脆性指數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系圖版，確定四類儲層品質(zhì)的測井評價標(biāo)準(zhǔn)如下（表2）。

Ⅰ類（ “甜點層”，即TOC＞3%且BI＞50%）：GR＞160 API，Th/U＜3且DEN＜2.58 g/cm3。

Ⅱ類（次優(yōu)儲層，即2%＜TOC＜3%且40%＜BI＜50%）： 130 API＜GR＜160 API，3＜Th/U＜4.5且2.58 g/cm3＜DEN＜2.63 g/cm3。

Ⅲ類（差儲層，即1%＜TOC＜2%且30%＜BI＜40%）：100 API＜GR＜130 API，4.5＜Th/U＜6.0且2.63 g/cm3＜DEN＜2.67 g/cm3。

Ⅳ類（非儲層，即TOC＜1%且BI＜30%）：GR＜100 API，Th/U＞6.0且DEN＞2.67 g/cm3。

2.3焦石壩、長寧和威遠(yuǎn)氣田的儲層品質(zhì)

依據(jù)上述頁巖儲層分級評價標(biāo)準(zhǔn)，筆者基于JY1井、長寧雙河剖面和W201井五峰組—龍馬溪組頁巖的脆性指數(shù)和有機(jī)碳含量，對三氣田產(chǎn)層段的儲層品質(zhì)進(jìn)行分級評價（圖2、表3）。

JY1井：“甜點層”和次優(yōu)儲層總厚度38 m?！疤瘘c層”在凱迪階—魯?shù)るA下部和魯?shù)るA中部，連續(xù)厚度分別為18 m和4 m，脆性指數(shù)介于50%～80%，TOC介于3%～6%；次優(yōu)儲層為魯?shù)るA中部的兩段，連續(xù)厚度分別為7 m和9 m，脆性指數(shù)介于38%～50%，TOC介于2%～4%。

表3　焦石壩、長寧和威遠(yuǎn)地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖次優(yōu)—優(yōu)質(zhì)儲層地質(zhì)特征對比表

長寧雙河剖面：“甜點層”和次優(yōu)儲層總厚度36 m。“甜點層”在凱迪階—魯?shù)るA下部，連續(xù)厚度為32 m，脆性指數(shù)介于48%～80%， TOC介于2%～8%；次優(yōu)儲層在魯?shù)るA中部，連續(xù)厚度約4 m，脆性指數(shù)介于40%～90%，TOC僅為1.8～2.2%。

W201井：“甜點層”和次優(yōu)儲層總厚度29 m?！疤瘘c層”在魯?shù)るA—埃隆階下部，連續(xù)厚度約13 m，脆性指數(shù)介于48%～80%，TOC介于2.8%～6.5%；次優(yōu)儲層在埃隆階中部和特列奇階下部，連續(xù)厚度分別為10.5 m和5.5 m，脆性指數(shù)介于40%～55%，TOC介于1.8%～3.1%。

根據(jù)“甜點層”的累計厚度情況，長寧地區(qū)的五峰組—龍馬溪組頁巖品質(zhì)最為優(yōu)越，焦石壩地區(qū)次之，威遠(yuǎn)地區(qū)相對較差。

綜上所述，五峰—魯?shù)て谑恰疤瘘c層”的主要形成期，埃隆期其次；主力開發(fā)層系在川南—川東坳陷區(qū)為五峰—魯?shù)るA，在威遠(yuǎn)地區(qū)則為魯?shù)ぁＢ‰A。

3　四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖“甜點層”分布預(yù)測

富有機(jī)質(zhì)、高脆性的“甜點層”是頁巖氣開發(fā)的主力層系，對“甜點層”分布規(guī)律的深入認(rèn)識是勘探開發(fā)取得成功的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。為精細(xì)刻畫五峰組—龍馬溪組頁巖“甜點層”的平面展布情況，筆者對四川盆地及周緣21個資料點的巖礦、地球化學(xué)和測井資料進(jìn)行了系統(tǒng)復(fù)查，根據(jù)“甜點層”評價指標(biāo)（TOC＞3%且BI＞50%）及其測井響應(yīng)識別標(biāo)準(zhǔn)（GR＞160 API，Th/U＜3且DEN＜2.58 g/cm3），并結(jié)合五峰組—龍馬溪組巖相古地理的研究成果［15-16，24］，對四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖“甜點層”厚度進(jìn)行了預(yù)測（圖5）。下面重點對“甜點層”分布特征進(jìn)行描述。

1）五峰組—龍馬溪組頁巖“甜點層”在四川盆地及周緣的分布明顯受沉降沉積中心控制，主要發(fā)育于川南、川東兩大深水陸棚沉積區(qū)，厚度介于5～70 m，區(qū)域分布穩(wěn)定，面積約為20×104km2。

2）受構(gòu)造活動和古地理格局控制［15，24］，川東坳陷區(qū)“甜點層”的厚度略低于川南地區(qū)。川南坳陷在五峰—龍馬溪期為持續(xù)的含鈣質(zhì)半深水—深水陸棚沉積區(qū)，“甜點層”厚度介于10～70 m，厚度最大值位于長寧—瀘州地區(qū)，位于沉積中心附近的陽101井（Y101）的“甜點層”厚度高達(dá)70 m。川東坳陷在五峰組—龍馬溪組沉積早期為泥質(zhì)半深水—深水陸棚沉積區(qū)，在龍馬溪組沉積中晚期構(gòu)造擠壓強(qiáng)烈，陸源黏土輸入量大且水體較淺，因此“甜點層”厚度略低，為8～68 m，厚度最大值位于涪陵—石柱—萬州一帶，位于沉積中心區(qū)的池7井（C7）“甜點層”厚度為68 m。

3）“甜點層”占地層總厚度的比例呈現(xiàn)坳陷中心區(qū)大、邊緣區(qū)小的變化趨勢，即在兩大深水陸棚沉積中心區(qū)，“甜點層”不僅厚度大，而且占地層總厚度的比例普遍較高，而在深水陸棚區(qū)的邊緣，“甜點層”厚度小，且占地層比例普遍低于10%。例如，川南坳陷邊緣的W201井“甜點層”厚度為13 m，占總厚度的7.22%；足201井（Z201）“甜點層”厚度為25 m，占總厚度的6.78%；川東坳陷邊緣的座3井（Z3）“甜點層”厚度為38 m，占總厚度的8.62%。然而川南沉積中心的陽101井“甜點層”厚度為70 m，占總厚度的13.81%；川東沉積中心的池7井（C7）“甜點層”厚度為68 m，占總厚度的10%。

4）受沉積中心自東南向西北方向遷移的影響，不同地區(qū)“甜點層”發(fā)育層位和厚度存在顯著差異。五峰—魯?shù)こ练e期為富有機(jī)質(zhì)頁巖的主要形成期，長寧和涪陵地區(qū)的“甜點層”主要發(fā)育于五峰—魯?shù)て冢蚨穸容^大。隨著沉積中心在龍馬溪晚期向川中、川北方向遷移，產(chǎn)層逐漸變新，威遠(yuǎn)地區(qū)的“甜點層”則主要發(fā)育于魯?shù)ぁＢ∑?。川東北巫溪地區(qū)在五峰組—特列奇階早期為持續(xù)性的深水沉積，“甜點層”主要為五峰組—埃隆階的富有機(jī)質(zhì)頁巖，厚度和占地層比例相對更大，例如，溪202井（X202）“甜點層”厚度為45 m，占地層總厚度的比例達(dá)到21.53%。川北地區(qū)的鎮(zhèn)巴觀音和南江橋亭的“甜點層”形成期較晚，主要為特列奇階的沉積物，厚度明顯較川南、川東地區(qū)薄。

圖5　四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖“甜點層”平面分布圖

可見，五峰組—龍馬溪組“甜點層”在川南—川東坳陷區(qū)主要分布于五峰組—魯?shù)るA；在川中—川北地區(qū)則以魯?shù)ぁＢ‰A為主，局部地區(qū)可能為五峰組—特列奇階底部。

4　結(jié)論

1）“石英+白云石+黃鐵礦”三礦物脆性指數(shù)法是海相頁巖巖相表征中定量評價頁巖脆性的簡單有效方法。通過對焦石壩、長寧和威遠(yuǎn)地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖的脆性評價，焦石壩和長寧地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖脆性指數(shù)普遍高于40%，且高于50%的層段連續(xù)厚度大；威遠(yuǎn)地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖脆性指數(shù)在40%左右波動顯著，且高于50%的層段連續(xù)厚度明顯較小。

2）基于脆性指數(shù)與有機(jī)質(zhì)豐度建立了儲層品質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)：TOC＞3%且BI＞50%為優(yōu)質(zhì)儲層（“甜點層”）；2%＜TOC＜3%且40%＜BI＜50%為次優(yōu)儲層；1%＜TOC＜2%且30%＜BI＜40%為差儲層；TOC＜1%且BI＜30%為非儲層。依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，長寧地區(qū)“甜點層”厚度為32 m，焦石壩地區(qū)為22 m，威遠(yuǎn)地區(qū)則為13 m。

3）基于脆性指數(shù)與常規(guī)測井響應(yīng)之間的相關(guān)關(guān)系圖版，認(rèn)為高自然伽馬、低Th/U和低密度是富有機(jī)質(zhì)、高脆性的優(yōu)質(zhì)頁巖的基本測井響應(yīng)特征，從而確定了“甜點層”的測井識別標(biāo)準(zhǔn)為GR＞160 API，Th/U＜3且密度小于2.58 g/cm3。

4）預(yù)測了四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖“甜點層”的平面展布特征。結(jié)果顯示，“甜點層”的分布明顯受沉降沉積中心控制，主要分布于川南、川東兩大深水陸棚區(qū)，厚度為5～70 m，且區(qū)域分布穩(wěn)定，面積約20×104km2；受沉積環(huán)境和沉降沉積中心遷移的影響，五峰組—魯?shù)るA為“甜點層”分布的主要層位，埃隆階次之，特列奇階較?。淮稀|坳陷中心區(qū)“甜點層”厚度最大，占地層比例高，坳陷邊緣區(qū)厚度小，占地層比例低。

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（修改回稿日期 2016-07-08 編輯 羅冬梅）

Evaluation of the Wufeng-Longmaxi shale brittleness and prediction of "sweet spot layers" in the Sichuan Basin

Zhang Chenchen1， Wang Yuman1， Dong Dazhong1，2， Li Xinjing1， Guan Quanzhong1
（1. PetroChina Petroleum Exploration & Deνelopment Research Institute， Beijing 100083， China； 2. National Energy Shale Gas R&D Center， Langfang， Hebei 065007， China）
NATUR. GAS IND. VOLUME 36， ISSUE 9， pp.51-60， 9/25/2016. （ISSN 1000-0976； In Chinese）

In the geological evaluation of shale gas reservoirs， organic matter content is a major indicator for characterizing organic matter-rich shale and brittleness indexes are the prominent parameters reflecting the quality of fracturing. And the combination of organic matter content and brittleness indexes can more finely depict the distribution of "sweet spot layers"， thereby providing favorable foundation for the exploration and development of shale gas. In view of this， based on rock and mineral data and by applying the brittleness indexes model of three minerals of "quartz+dolomite+pyrite"， the brittleness evaluation of organic matter-rich shale in the Upper Ordovician Wufeng Fm-Lower Silurian Longmaxi Fm in the three gas fields of Jiaoshiba， Changning and Weiyuan were conducted. Based on the significant correlation between brittleness indexes （BI） and total organic carbon （TOC）， organic matter abundance and fracturing quality，the classification standard for reservoir quality was established: a high-quality reservoir （a sweet spot layer） （TOC＞3% and BI＞50%）；a sub-high-quality reservoir （2%＜TOC＜3% and 40%＜BI＜50%）； a poor reservoir （1%＜TOC＜2% and 30%＜BI＜40%）； a non-reservoir （TOC＜1% and BI＜30%）. According to this standard， the thickness of high-quality shale gas reservoir in the Changning，Jiaoshiba and Weiyuan areas is 32 m， 22 m and 13 m respectively. By exploring the correlation between brittleness indexes and logging responses， the conventional well logging response plate of organic matter-rich and high brittle shale was established. Taking GR＞160 API， Th/U＜3 and DEN＜2.58 g/cm3as the logging standard for identifying high-quality reservoirs， the planar distribution features of the "sweet spot layers" for the Wufeng Fm-Longmaxi Fm shales in the Sichuan Basin were predicted.

Sichuan Basin； Shale gas； Late Ordovician-Early Silurian； Brittleness index； TOC； Fracturability； Reservoir quality； Logging response； Sweet spot layer

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.09.006

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目（編號：2013CB228001）、國家科技重大專項（編號：2011ZX05018-001）。

張晨晨，女，1991年生，碩士研究生；主要從事頁巖氣儲層地質(zhì)評價研究工作。地址：（100083）北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號910信箱。ORCID: 0000-0001-9305-9113。E-mail: 15624960659@163.com

董大忠，1962年生，教授級高級工程師，《Natural Gas Industry B》編委會委員，博士；主要從事油氣資源評價與發(fā)展戰(zhàn)略、非常規(guī)油氣資源地質(zhì)勘探與開發(fā)研究工作。地址：（100083）北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號910信箱。ORCID: 0000-0002-5842-4223。E-mail: ddz@petrochina.com.cn