浙江臨安地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層特征

王俊濤

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥 230001)

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浙江臨安地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層特征

王俊濤

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥 230001)

通過X衍射、掃描電鏡等分析，研究了區(qū)塊內(nèi)富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的儲(chǔ)層特征，探討了區(qū)內(nèi)富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的儲(chǔ)層影響因素。臨安地區(qū)富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖的脆性礦物含量整體較高，均大于60%，利于壓裂，脆性礦物含量表現(xiàn)為荷塘組高、楊柳崗組次之、胡樂組低；黏土礦物一般小于35%，利于裂縫的形成及吸附，黏土礦物含量表現(xiàn)為胡樂組高、荷塘組次之、楊柳崗組低。整體來看，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及火山巖影響，臨安地區(qū)暗色泥頁巖的孔隙度和滲透率普遍較低，尤其是楊柳崗組和胡樂組整體偏低。

浙江臨安；有機(jī)質(zhì)；頁巖氣；儲(chǔ)層特征

豐富的有機(jī)質(zhì)是形成頁巖氣烴源巖的基礎(chǔ)。古生物學(xué)研究表明,緩慢的海平面變化有利于產(chǎn)生豐富的有機(jī)質(zhì)，而快速的海平面變化則有利于保持豐富的有機(jī)質(zhì)，形成良好的烴源巖。

頁巖是由多種礦物組成的，其中包含大量的黏土礦物、碎屑礦物及自生礦物。礦物組成決定著頁巖氣藏的品質(zhì)，影響著氣體的含量[1]。

結(jié)合前人的研究和室內(nèi)分析化驗(yàn)資料表明，浙江臨安區(qū)塊寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)的沉積層序中區(qū)域性的烴源巖主要發(fā)育于晚寒武世荷塘組、中寒武世楊柳崗組下段、中-晚奧陶世胡樂組3個(gè)暗色泥頁巖發(fā)育層段(表1)。以往對(duì)這3 套泥頁巖的研究,多集中于生烴潛力的評(píng)價(jià)，少有的一些礦物成分分析也僅僅限于某一區(qū)域或某一地層,缺乏對(duì)整個(gè)南方古生代3套泥頁巖礦物組成的系統(tǒng)研究。筆者通過對(duì)采集于南方古生界3 套暗色泥頁巖野外露頭樣品和部分巖心樣品的巖石礦物學(xué)分析, 研究了其礦物組成和分布,分析了其儲(chǔ)層物性。

表1 主要烴源巖發(fā)育層位

1 巖石礦物學(xué)特點(diǎn)

3套泥頁巖樣品分別采自研究區(qū)內(nèi)典型剖面和參數(shù)井。奧陶系樣品主要分布于區(qū)塊東南角，寒武系樣品主要采于西南地區(qū)。樣品采集地點(diǎn)如圖1 所示。

根據(jù)全巖X射線衍射分析結(jié)果顯示(表2)，臨安地區(qū)早寒武世荷塘組暗色泥頁巖的主要礦物為石英、黏土礦物等，其中，石英的含量最高。荷塘組脆性礦物含量平均超過80%，其中大部分為石英，整體上具有良好的脆性和可壓性。

通過對(duì)臨安地區(qū)楊柳崗組露頭樣品的全巖X衍射分析發(fā)現(xiàn)，楊柳崗組主要礦物為石英、黏土礦物、長石等，次生礦物主要為黃鐵礦、菱鐵礦等，部分樣品還檢測出硬石膏和無水芒硝(表3)。

研究區(qū)胡樂組脆性礦物含量平均超過60%，其中大部分為石英，整體上具有良好的脆性和可壓性；但是與寒武系地層相比，胡樂組中石英含量較低，而黏土含量較高(表4)。

2 黏土礦物X衍射分析

黏土礦物相較于頁巖的其他礦物成分具有更多的納米孔隙，比表面積十分巨大[2]。且不同的黏土礦物組成，其比表面積也存在很大的差異性，如蒙脫石的比表面積明顯高于其他類型的黏土礦物。黏土巨大的比表面積為頁巖氣提供了可吸附的空間，大大改善了頁巖的吸附能力，但頁巖中過多的黏土礦物含量不利于天然裂縫和人工裂縫的改造[3]。因此從目前來看，最有利于頁巖氣形成和開發(fā)的黏土礦物含量為20%～40%。

圖1 采樣位置

根據(jù)黏土礦物X射線衍射分析結(jié)果顯示(表5、6、7)，各地區(qū)黏土礦物類型和含量均不同，主要分兩類：一為以伊利石(I)為主，其含量可高達(dá) 90%以上；二為以伊利石(I)、伊/蒙間層(I/S)為主。除此之外，還有高嶺石(K)和綠泥石(C)，綠泥石的含量在不同地區(qū)存在較大差異，而高嶺土普遍含量較低。

表2 荷塘組富含有機(jī)質(zhì)泥巖全巖X衍射分析統(tǒng)計(jì) %

表3 楊柳崗組富含有機(jī)質(zhì)泥巖全巖X衍射分析統(tǒng)計(jì) %

表4 胡樂組富含有機(jī)質(zhì)泥巖全巖X衍射分析統(tǒng)計(jì) %

表5 荷塘組富含有機(jī)質(zhì)泥巖黏土礦物X衍射分析 %

表6 楊柳崗組富含有機(jī)質(zhì)泥巖黏土礦物X衍射分析 %

表7 胡樂組富含有機(jī)質(zhì)泥巖黏土礦物X衍射分析 %

黏土礦物組成的變化與成巖作用密切相關(guān)。根據(jù)研究區(qū)熱演化程度分析結(jié)果表明，荷塘組基本均處于晚成巖作用階段。據(jù)王行信等[4]研究表明，當(dāng)巖石處于晚成巖作用階段，黏土礦物組成以富含伊利石、伊/蒙間層、綠泥石和高嶺石為特征，且成巖作用時(shí)間越長，伊/蒙間層和高嶺石含量越低。這與研究區(qū)的黏土礦物組成一致，同時(shí)也從側(cè)面驗(yàn)證了研究區(qū)的熱演化程度處于過成熟階段。

綜上分析，臨安地區(qū)富含有機(jī)質(zhì)頁巖層位荷塘組脆性礦物含量高，黏土礦物含量適中，利于頁巖氣富集及后期壓裂；楊柳崗次之；而胡樂組受成熟度的影響最差。

3 儲(chǔ)集物性特征

頁巖的物性特征一般呈現(xiàn)為低孔和特低滲，總孔隙度不大于10%。頁巖的孔隙包括宏觀微孔隙、微裂縫和微觀上的納米級(jí)孔隙。微孔隙和微裂縫不僅為頁巖氣提供聚集空間，也為頁巖氣提供運(yùn)移通道，它們的存在大大改善了頁巖的滲流能力，直接影響著頁巖氣的產(chǎn)量[5]。另外，處于斷裂帶和裂縫發(fā)育帶的頁巖，其物性會(huì)有一定程度的改善，改善頁巖的孔隙度和滲透率[6]。

研究區(qū)早寒武世荷塘組泥頁巖的微孔隙較發(fā)育，普通掃描電鏡下觀察到其微孔隙主要包括溶蝕孔、顆粒粒間孔與粒內(nèi)孔、微裂縫(圖2)，可以看出，巖石成分以泥質(zhì)為主，碎屑少，巖石內(nèi)孔隙少量，以微孔為主，面孔率小于1%，泥質(zhì)形態(tài)不規(guī)則，其間碎屑顆粒少，微孔少，泥質(zhì)、硅質(zhì)等結(jié)合較緊密，部分微細(xì)孔隙內(nèi)充填少量針狀礦物結(jié)晶，泥質(zhì)成分以伊利石為主，溶蝕微細(xì)孔徑多為5～30 μm，部分相互連通。從荷塘組野外樣品分析的結(jié)果來看，臨安地區(qū)荷塘組頁巖的孔隙度和滲透率普遍較高，荷塘組樣品孔隙度為1.04%～22.82%，平均6.73%；滲透率為(0.052～6.1)×10-3μm2，平均1.98×10-3μm2，屬于低孔低滲型儲(chǔ)層。荷塘組中部分樣品由于天然裂縫的存在，致使頁巖的孔隙度和滲透率變高。

另外從楊柳崗組樣品掃描電鏡(圖3)中可以看出，巖石成分以泥質(zhì)為主，碎屑少，巖石內(nèi)孔隙少量，以微孔為主，面孔率3%～4%。泥質(zhì)形態(tài)不規(guī)則，其間碎屑顆粒少，微孔較發(fā)育，多數(shù)相互連通，泥質(zhì)間微細(xì)孔隙以溶蝕微孔為主，微細(xì)孔隙連通性好。楊柳崗組孔隙度為0.3%～13.7%，平均為5.1%，孔隙度普遍大于3%；滲透率為(0.04-0.10)×10-3μm2，平均為0.07×10-3μm2，屬于低孔超低滲儲(chǔ)層。

圖2 臨安地區(qū)荷塘組孔隙特征

圖3 臨安地區(qū)楊柳崗組孔隙特征

胡樂組樣品巖石成分以硅質(zhì)為主，泥質(zhì)少，巖石結(jié)構(gòu)致密，孔隙不發(fā)育，面孔率少。巖石基質(zhì)成分以硅質(zhì)為主，微細(xì)孔隙零星分布。零星分布的溶蝕微孔，局部個(gè)別相互連通?？紫抖葹?.64%～5.2%，平均為3.9%，普遍小于5%；滲透率為(0.04～0.214)×10-3μm2，平均為0.101×10-3μm2，屬于超低孔超低滲儲(chǔ)層。

4 頁巖儲(chǔ)層物性影響因素探討

整體來看，臨安地區(qū)暗色泥頁巖的孔隙度和滲透率普遍較低，尤其是楊柳崗組和胡樂組整體偏低。這可能是由于下?lián)P子地區(qū)地層經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、埋深較大且受火山巖影響，致使頁巖的孔隙度和滲透率變小。

泥頁巖中的裂縫對(duì)于儲(chǔ)層以及頁巖氣的運(yùn)移和聚集作用是巨大的。泥頁巖中的裂縫按其成因類型可以劃分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫兩種大的成因類型和12個(gè)亞類[7]。泥頁巖裂縫的發(fā)育情況會(huì)影響頁巖吸附氣與游離氣的含量。裂縫較發(fā)育的地方，有利于頁巖吸附氣的解析以及游離氣體積的增加[8-9]。但是，當(dāng)裂縫規(guī)模過大或其密度較高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致游離氣的散逸，不利于頁巖氣的成藏[10]。泥頁巖裂縫的發(fā)育情況會(huì)影響頁巖吸附氣與游離氣的含量。泥頁巖裂縫發(fā)育的控制因素主要包括巖性、礦物組成、巖石力學(xué)性質(zhì)等內(nèi)部因素和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、沉積成巖作用、構(gòu)造部位等外部因素[11]。

研究區(qū)早寒武世泥頁巖的脆性較大，加之印支-早燕山期的強(qiáng)烈擠壓和燕山期的拉張斷陷，使本區(qū)頁巖中剪節(jié)理和張裂縫大量發(fā)育。裂縫的存在增加了泥頁巖的孔隙度和滲透率。在野外剖面中均可見到大量節(jié)理和裂縫(圖4)。鑒于研究區(qū)自身的情況，對(duì)于失去生烴能力的早寒武世泥頁巖，規(guī)模較大或較為密集的裂縫發(fā)育會(huì)對(duì)頁巖氣藏產(chǎn)生破壞作用。

圖4 研究區(qū)荷塘組黑色頁巖剖面照片

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編輯：趙川喜

1673-8217(2016)06-00014-04

2016-05-31

王俊濤，博士，1983年生，2011年畢業(yè)于中國地質(zhì)科學(xué)院，現(xiàn)從事油氣地質(zhì)勘探。

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(12120114019801)；安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局科技項(xiàng)目(KJ2012-01)。

TE112.23

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