四川盆地涪陵氣田五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相

吳藍(lán)宇，胡東風(fēng)，陸永潮，劉若冰，劉曉峰

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院；2.中國(guó)石油化工股份有限公司勘探分公司）

四川盆地涪陵氣田五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相

吳藍(lán)宇1，胡東風(fēng)2，陸永潮1，劉若冰2，劉曉峰1

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院；2.中國(guó)石油化工股份有限公司勘探分公司）

以四川盆地涪陵氣田主力產(chǎn)層上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖為研究對(duì)象，利用改進(jìn)的硅質(zhì)礦物-碳酸鹽礦物-黏土礦物三端元圖解，對(duì)其頁(yè)巖巖相類型進(jìn)行精細(xì)劃分。涪陵氣田五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖主要發(fā)育8種巖相：硅質(zhì)頁(yè)巖相（S）、混合硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-2）、含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3）、含灰/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-1）、含黏土/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-2）、混合質(zhì)頁(yè)巖相（M）、含硅黏土質(zhì)頁(yè)巖相（CM-1）和含黏土/灰混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-3）。將優(yōu)勢(shì)巖相定義為頁(yè)巖的含氣量達(dá)到特定工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的巖相，結(jié)合研究區(qū)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，劃分出2類優(yōu)勢(shì)巖相，即含氣量大于4.0 m3/t評(píng)為Ⅰ類（特優(yōu)），含氣量在2.0～4.0 m3/t評(píng)為Ⅱ類（優(yōu)）。篩選出有機(jī)質(zhì)豐度、硅質(zhì)礦物含量、黏土礦物含量3項(xiàng)參數(shù)與含氣量作相關(guān)性分析，建立了五峰組—龍馬溪組一段頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確定了研究區(qū)混合硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-2）、含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3）為Ⅰ類優(yōu)勢(shì)巖相，含黏土/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-2）為Ⅱ類優(yōu)勢(shì)巖相。頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可為其他區(qū)塊頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)提供參考。圖5參31

頁(yè)巖；優(yōu)勢(shì)巖相；奧陶系五峰組；志留系龍馬溪組；涪陵氣田；四川盆地

0 引言

作為中國(guó)第1個(gè)具備商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的大型整裝頁(yè)巖氣田，四川盆地涪陵氣田的發(fā)現(xiàn)，極大地推動(dòng)了中國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。作為該頁(yè)巖氣田主力產(chǎn)層的上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖含氣厚度大，成熟度高，生烴能力強(qiáng)，油氣顯示活躍，具有較好的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)前景，亦成為了目前學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)[1-3]。頁(yè)巖巖相研究經(jīng)歷了快速發(fā)展的歷程：在頁(yè)巖巖相劃分依據(jù)方面，從強(qiáng)調(diào)礦物成分、古生物、結(jié)構(gòu)構(gòu)造到強(qiáng)調(diào)單一的礦物含量[4-5]；在研究方法上，從巖石學(xué)、地球化學(xué)的方法擴(kuò)展到基于測(cè)井和地震等地球物理方法[6-8]；在頁(yè)巖巖相類型劃分方面，逐漸由原先的隨機(jī)性轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)性和精細(xì)性[9]。盡管現(xiàn)階段已認(rèn)識(shí)到不同頁(yè)巖巖相在礦物組成、有機(jī)質(zhì)含量、含氣量等方面存在顯著差異，但對(duì)優(yōu)勢(shì)頁(yè)巖巖相的劃分尚缺乏明確的標(biāo)準(zhǔn)。本文利用改進(jìn)的硅質(zhì)礦物-碳酸鹽礦物-黏土礦物三端元圖解，結(jié)合巖心和薄片觀測(cè)，對(duì)四川盆地東南部（川東南）地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁(yè)巖巖相進(jìn)行了精細(xì)劃分與評(píng)價(jià)，并借鑒國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的最新成果，提取頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相劃分的關(guān)鍵參數(shù)，建立了頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)勢(shì)巖相分析成果可以為研究區(qū)頁(yè)巖氣有利勘探目標(biāo)的預(yù)測(cè)提供依據(jù)，所提出的頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)也可以為其他區(qū)塊頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

涪陵氣田位于四川盆地萬(wàn)縣復(fù)向斜的南部與方斗山背斜帶西側(cè)的交會(huì)區(qū)域[1]（見(jiàn)圖1）。該區(qū)作為四川盆地的一部分經(jīng)歷了加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等多期運(yùn)動(dòng)的疊加改造，其中前3期以隆升遭受剝蝕為主，對(duì)志留系烴源巖的影響主要表現(xiàn)為延緩了有機(jī)質(zhì)成熟演化；而燕山—喜馬拉雅期是川東南地區(qū)構(gòu)造形成、油氣成藏的關(guān)鍵時(shí)期，涪陵氣田所在區(qū)域表現(xiàn)為快速沉降—緩慢隆升剝蝕—快速隆升剝蝕的過(guò)程[10]?，F(xiàn)今構(gòu)造呈北東—南西走向，構(gòu)造變形弱，深大斷裂不發(fā)育，頂?shù)装宓貙臃舛滦暂^好，空間展布穩(wěn)定，有利于頁(yè)巖氣的保存。

研究區(qū)富含有機(jī)質(zhì)（TOC>2.0%）的地層主要集中在上奧陶統(tǒng)五峰組和下志留統(tǒng)龍馬溪組一段（簡(jiǎn)稱龍一段）。五峰組—龍馬溪組自下而上主要發(fā)育深水陸棚和淺水陸棚兩套沉積[11]。從海侵體系域到高位體系域，保持了長(zhǎng)時(shí)間的深水缺氧環(huán)境，為有機(jī)質(zhì)富集、保存提供了有利場(chǎng)所，沉積了巖性較單一、細(xì)粒、厚度大、分布廣泛、富含生物化石的富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖[12]。

圖1 涪陵氣田區(qū)域位置圖[1]

五峰組—龍馬溪組除四川盆地西部和中部地區(qū)缺失外，在盆地其余地區(qū)連續(xù)分布。其中五峰組主要發(fā)育黑色炭質(zhì)泥巖，頂部可見(jiàn)厚約1 m的灰黑色灰質(zhì)泥巖；龍馬溪組主要發(fā)育灰色泥巖、含粉砂泥巖夾少量深灰色粉砂巖條帶、深灰色—黑色炭質(zhì)頁(yè)巖[13]。主力含氣段龍一段黑色炭質(zhì)頁(yè)巖在區(qū)內(nèi)分布穩(wěn)定，發(fā)育豐富的筆石化石，富含有機(jī)質(zhì)。

2 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖巖相類型和特征

目前，不同學(xué)者對(duì)頁(yè)巖巖相劃分有著不同依據(jù)和分類方法，但總體可歸為3類：①根據(jù)宏觀沉積特征劃分巖相，如以泥頁(yè)巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征等為主要依據(jù)劃分泥巖相和頁(yè)巖相[14-15]；②根據(jù)礦物組成劃分巖相[16]；③根據(jù)古生物組合劃分巖相，如筆石頁(yè)巖微相、放射蟲(chóng)頁(yè)巖微相等[17]。其中根據(jù)第②類劃分依據(jù)，結(jié)合有機(jī)質(zhì)熱演化程度和天然裂縫分布特征進(jìn)行綜合分析是識(shí)別頁(yè)巖氣有利區(qū)的重要手段[18-19]，因此，本次研究主要根據(jù)微觀礦物組成對(duì)研究區(qū)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖巖相進(jìn)行劃分。

2.1 頁(yè)巖巖相劃分方案

在晚奧陶世和早志留世兩次大規(guī)模海侵背景下沉積的五峰組與龍馬溪組下部富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖頁(yè)理發(fā)育，在研究區(qū)廣泛穩(wěn)定分布。通過(guò)硅質(zhì)礦物（石英+長(zhǎng)石，QF）-碳酸鹽礦物-黏土礦物三端元圖解對(duì)研究區(qū)頁(yè)巖進(jìn)行分類，劃分出4個(gè)巖相組合（大類）和16個(gè)巖相（類）（見(jiàn)圖2a）。當(dāng)硅質(zhì)礦物含量大于50%時(shí)，為硅質(zhì)頁(yè)巖相組合；當(dāng)碳酸鹽礦物含量大于50%時(shí)，為灰質(zhì)頁(yè)巖相組合；當(dāng)黏土礦物含量大于50%時(shí)，為黏土質(zhì)頁(yè)巖相組合；而當(dāng)硅質(zhì)、碳酸鹽以及黏土礦物的含量均小于50%且大于25%時(shí)，為混合質(zhì)頁(yè)巖相組合。按三端元含量的25%、50%、75%可將上述4個(gè)頁(yè)巖相組合進(jìn)一步細(xì)分為16種頁(yè)巖巖相（見(jiàn)圖2a）。

圖2 頁(yè)巖礦物組成三端元圖解（b圖中數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)[20]）

2.2 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖巖相特征

以涪陵氣田A井、B井、C井為例，對(duì)研究區(qū)五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖巖相類型和特征進(jìn)行分析?；贏井、B井、C井樣品分析測(cè)試數(shù)據(jù)，將其硅質(zhì)、碳酸鹽以及黏土礦物的含量投影到三端元圖內(nèi)，據(jù)此可以看出研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育8種巖相：硅質(zhì)頁(yè)巖相（S）、混合硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-2）、含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3）、含灰/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-1）、含黏土/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-2）、混合質(zhì)頁(yè)巖相（M）、含硅黏土質(zhì)頁(yè)巖相（CM-1）、含黏土/灰混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-3）。其中大部分樣品分布在含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3）、含黏土/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-2）和含硅黏土質(zhì)頁(yè)巖相（CM-1）3個(gè)區(qū)域，只有4個(gè)巖樣落在灰質(zhì)頁(yè)巖相組合區(qū)域內(nèi)（見(jiàn)圖2a）。同時(shí)，與國(guó)外典型頁(yè)巖氣區(qū)巖相分布特征對(duì)比（見(jiàn)圖2b），本文研究區(qū)頁(yè)巖礦物組成與國(guó)外主要產(chǎn)氣盆地相當(dāng)，具有極高的相似性，投影點(diǎn)大多落于硅質(zhì)含量較高的區(qū)域。不同之處在于，在部分國(guó)外典型實(shí)例中，混合灰質(zhì)頁(yè)巖相所占的比例也較大。筆者深入解析了五峰組及龍一段頁(yè)巖巖相類型，其基本特征闡述如下。

2.2.1 硅質(zhì)頁(yè)巖相（S）

該巖相主要發(fā)育于五峰組上部（見(jiàn)圖3），巖相厚度比（單種巖相累計(jì)厚度占五峰組底部至龍一段頂部總巖相厚度的百分比）為1.54%。其中長(zhǎng)石+石英平均含量為77.7%，黏土礦物與碳酸鹽礦物含量均小于25%，TOC平均值為2.1%。該巖相為深黑色，頁(yè)理發(fā)育，可見(jiàn)黃鐵礦結(jié)核；鏡下表現(xiàn)為石英顆粒均勻分布，白云石呈半自形晶分散分布，可觀察到大量放射蟲(chóng)，放射蟲(chóng)含量約為12%，放射蟲(chóng)殼壁為硅質(zhì)，部分殼壁被黃鐵礦交代（見(jiàn)圖4a）。硅質(zhì)頁(yè)巖相礦物成分較純且含黃鐵礦，表明其沉積環(huán)境為相對(duì)低能、缺氧的還原環(huán)境。

圖3 涪陵氣田A井頁(yè)巖巖相綜合柱狀圖（GR—自然伽馬）

2.2.2 混合硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-2）

該巖相為五峰組發(fā)育的主要巖相（見(jiàn)圖3），巖相厚度比為2.89%。其中硅質(zhì)礦物含量為74.2%，黏土礦物與碳酸鹽礦物含量均小于25%，TOC平均值為4.50%。該巖相為深黑色，頁(yè)理發(fā)育，可見(jiàn)大量雙列筆石雜亂分布；鏡下表現(xiàn)為大量石英呈均勻分布，粗顆粒石英與細(xì)顆粒石英相混，少量白云石零星分布，泥晶方解石呈塊狀聚集分布，少量片狀礦物具定向性排列（見(jiàn)圖4b）。

2.2.3 含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3）

該巖相主要分布于五峰組的局部以及龍一段下部的主力含氣段（見(jiàn)圖3），巖相厚度比約為24.22%。其中硅質(zhì)礦物含量平均為51.58%，黏土礦物含量平均為29.21%，碳酸鹽礦物含量小于25%，TOC平均值為3.01%。巖心上主要表現(xiàn)為黑色，頁(yè)理發(fā)育，部分呈紋層狀，可見(jiàn)黃鐵礦結(jié)核；鏡下表現(xiàn)為石英顆粒均勻分散分布，泥粉晶白云石呈零星分布；在含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相中觀察到了大量的放射蟲(chóng)、骨針個(gè)體和殘片，其中放射蟲(chóng)含量約為8%～26%，殼壁內(nèi)為放射狀玉髓，個(gè)體大小不一，均勻分布，發(fā)育多射骨針（見(jiàn)圖4c）。推測(cè)其中的硅質(zhì)主要為生物成因，并且生物硅主要來(lái)自于放射蟲(chóng)、骨針。此外，該巖相有機(jī)質(zhì)含量較高，表明硅質(zhì)對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集具有較大貢獻(xiàn)，硅質(zhì)來(lái)源可能與生物作用有關(guān)。

圖4 涪陵氣田A井五峰組—龍一段頁(yè)巖巖相類型與特征

2.2.4 含灰/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-1）

該巖相主要發(fā)育于龍一段底部，以薄層的形式夾于其他類型的巖相內(nèi)（見(jiàn)圖3），巖相厚度比約為2.02%，其中長(zhǎng)石+石英平均含量為45.2%，碳酸鹽礦物含量平均為32.5%，黏土礦物含量小于25.0%，TOC平均值為2.97%。巖心上可觀察到水平紋層發(fā)育，并可見(jiàn)鈣質(zhì)薄層和黃鐵礦結(jié)核；鏡下觀察可見(jiàn)黏土、泥粉晶白云石、粉砂石英顆粒三者均勻分布，并可見(jiàn)針狀、片狀礦物具定向性（見(jiàn)圖4d）。相對(duì)于硅質(zhì)頁(yè)巖相，由于含灰/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相含有一定量的鈣質(zhì)，推測(cè)其沉積水體深度比硅質(zhì)頁(yè)巖相略淺，沉積水動(dòng)力環(huán)境相對(duì)略強(qiáng)[21]。

2.2.5 含黏土/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-2）

該巖相主要發(fā)育于龍一段中部（見(jiàn)圖3），而在龍一段上部和下部均以薄層的形式存在。該巖相厚度比約為40.49%。其中黏土礦物含量平均為43.28%，硅質(zhì)礦物含量平均為39.29%，碳酸鹽礦物含量小于25%，TOC平均為2.08%。在龍一段中部該巖相在巖心上主要表現(xiàn)為砂質(zhì)條帶發(fā)育且平行分布，發(fā)育筆石且具定向性；鏡下觀察水平紋層發(fā)育，紋層厚0.09～1.10 mm，紋層為云質(zhì)與含粉砂炭質(zhì)黏土巖不等厚互層；泥粉晶白云石分布不均；石英粉砂呈星點(diǎn)狀較為均勻分布（見(jiàn)圖4e）；在龍一段的下部以薄層形式產(chǎn)出時(shí)，巖心上主要表現(xiàn)為水平紋層發(fā)育且密集分布，浸水后可見(jiàn)明顯的水平縫，鏡下水平紋層發(fā)育。

2.2.6 混合質(zhì)頁(yè)巖相（M）

該巖相主要以薄層形式發(fā)育于龍一段下部以及龍一段中上部（見(jiàn)圖3），巖相厚度比約為3.85%。其長(zhǎng)石和石英含量、黏土礦物含量以及碳酸鹽礦物含量均大于25%、小于50%，TOC平均為1.79%。巖心上觀察到頁(yè)理，裂隙發(fā)育，未充填或方解石半充填；鏡下觀察可見(jiàn)水平云質(zhì)紋層發(fā)育，可見(jiàn)少量放射蟲(chóng)和海綿骨針，其中放射蟲(chóng)占0～6%，海綿骨針占0～5%，且放射蟲(chóng)多被白云石交代，海綿骨針多被黃鐵礦交代（見(jiàn)圖4f）。

2.2.7 含硅黏土質(zhì)頁(yè)巖相（CM-1）

該巖相主要發(fā)育于龍一段上部（見(jiàn)圖3），其巖相厚度比約為23.72%。其中黏土礦物含量平均為56.53%，硅質(zhì)礦物含量平均為34.52%，碳酸鹽礦物含量小于25%，TOC平均值為1.59%。巖心上主要表現(xiàn)為頁(yè)理發(fā)育，巖石脆性較低，可見(jiàn)耙筆石；鏡下觀察波狀交錯(cuò)紋層發(fā)育，黏土和炭質(zhì)黏土呈連晶分布，生物擾動(dòng)和生物潛穴較多且分布不均（見(jiàn)圖4g）。

2.2.8 含黏土/灰混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-3）

該巖相僅發(fā)育于龍一段上部（見(jiàn)圖3），以薄層狀?yuàn)A于含硅泥質(zhì)頁(yè)巖之中，厚度僅占總厚度的1.26%。其中黏土礦物含量平均為45.7%，碳酸鹽礦物含量平均為30.9%，硅質(zhì)礦物含量小于25%，TOC平均值為1.41%。巖心主要表現(xiàn)為頁(yè)理發(fā)育，可見(jiàn)黃鐵礦條帶，為后期充填裂縫形成；鏡下觀察可見(jiàn)粉晶、泥晶白云石呈星點(diǎn)狀較均勻分布，波狀交錯(cuò)紋層發(fā)育，炭質(zhì)黏土呈眉狀定向排列，黏土呈透鏡狀定向排列，黏土和炭質(zhì)黏土呈連晶分布（見(jiàn)圖4h）。由此推測(cè)該巖相碳酸鹽礦物含量高和TOC值低是由于較淺水的氧化環(huán)境所致。

不同類型的巖相指示了不同的沉積環(huán)境，五峰組主要發(fā)育混合硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-2）、薄層硅質(zhì)頁(yè)巖相（S）和含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3），該期沉積了富含放射蟲(chóng)、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，黃鐵礦的發(fā)育指示了缺氧的還原環(huán)境。龍一段下部巖相主要為含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3）、薄層混合質(zhì)頁(yè)巖相（M）、含灰/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-1）和含黏土/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-2）。該段發(fā)育大量放射蟲(chóng)、骨針揭示了海平面上升導(dǎo)致了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，尤其是硅質(zhì)的富集。黃鐵礦結(jié)核的大量發(fā)育指示相對(duì)安靜的深水還原環(huán)境，這種還原沉積環(huán)境為有機(jī)質(zhì)的富集和保存提供了良好的條件。龍一段中部主要發(fā)育含黏土/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-2）和薄層含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3），該段頁(yè)巖中的有機(jī)碳含量和硅質(zhì)含量都開(kāi)始降低，表明由之前較強(qiáng)的缺氧環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槿踹€原環(huán)境。龍一段上部主要發(fā)育含硅黏土質(zhì)頁(yè)巖相（CM-1）和薄層含黏土/灰混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-3），頁(yè)巖中的有機(jī)碳含量和硅質(zhì)含量均較低，表明其沉積環(huán)境以氧化—弱還原為主。

3 頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相評(píng)價(jià)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

3.1 優(yōu)勢(shì)巖相判別參數(shù)

頁(yè)巖含氣量是衡量其是否具經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值和進(jìn)行資源評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)[22]，目前北美已商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣層含氣量最高達(dá)9.91 m3/t，最低約為1.1 m3/t。在中國(guó)涪陵氣田龍馬溪組海相頁(yè)巖中，已發(fā)現(xiàn)了大量具商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的頁(yè)巖氣，其含氣量中值為2.5 m3/t[23]。根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本文將優(yōu)勢(shì)巖相定義為其中頁(yè)巖的含氣量達(dá)到特定工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的巖相[24]，即與“甜點(diǎn)段”對(duì)應(yīng)的巖相。結(jié)合中國(guó)首個(gè)大型頁(yè)巖氣田——涪陵頁(yè)巖氣田的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，將優(yōu)勢(shì)巖相分為2類，含氣量大于4.0 m3/t為Ⅰ類（特優(yōu)），含氣量在2.0～4.0 m3/t為Ⅱ類（優(yōu)）。再將含氣量與其他參數(shù)作相關(guān)性分析。

北美頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，形成工業(yè)價(jià)值頁(yè)巖氣的基本條件為：富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖必須具備較高的含氣量、有機(jī)質(zhì)豐度以及高熱成熟度、高脆性和低黏土礦物含量等[25-26]。這些參數(shù)是頁(yè)巖氣核心區(qū)評(píng)價(jià)、優(yōu)選的基本標(biāo)準(zhǔn)，亦可作為頁(yè)巖巖相、“甜點(diǎn)段”優(yōu)選的指標(biāo)。根據(jù)研究區(qū)頁(yè)巖巖相特點(diǎn)，筆者從頁(yè)巖氣富集控制因素分析入手，篩選出有機(jī)質(zhì)豐度（TOC）、硅質(zhì)礦物含量、黏土礦物含量3項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)與總含氣量進(jìn)行擬合（見(jiàn)圖5），確定3項(xiàng)參數(shù)的取值范圍，建立了一套適用于研究區(qū)五峰組—龍一段頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 涪陵氣田五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖含氣量與TOC、硅質(zhì)礦物含量、黏土礦物含量關(guān)系圖（R—復(fù)相關(guān)系數(shù)）

3.1.1 有機(jī)碳含量（TOC）

北美石油地質(zhì)專家在評(píng)定烴源巖等級(jí)時(shí)，一般將有效頁(yè)巖TOC下限值確定為2.0%，以此作為“好生油巖”的標(biāo)準(zhǔn)[27]，而一些國(guó)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為在中國(guó)高成熟度地區(qū)，TOC的下限值達(dá)到1.0%，頁(yè)巖也具有較好的開(kāi)采價(jià)值[28-29]。研究區(qū)五峰組—龍一段頁(yè)巖TOC與含氣量呈正相關(guān)，根據(jù)有機(jī)碳含量與含氣量之間的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)，qg=1.127 2 TOC+0.307 5（見(jiàn)圖5c，qg為含氣量）。由此可計(jì)算當(dāng)含氣量為4.0 m3/t時(shí)，所對(duì)應(yīng)的有機(jī)碳含量為3.28%；當(dāng)含氣量為2.0 m3/t時(shí)，所對(duì)應(yīng)的有機(jī)碳含量為1.50%。綜上所述，研究區(qū)頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)豐度標(biāo)準(zhǔn)可劃分為2類，TOC大于3.0%為Ⅰ類，TOC在1.5%～3.0%為Ⅱ類。

另外，成熟度和有機(jī)質(zhì)類型也是影響頁(yè)巖含氣性的重要因素，在討論TOC與含氣性的相關(guān)性時(shí)，也需要考慮成熟度和有機(jī)質(zhì)類型的影響。由于資料所限，根據(jù)僅有的數(shù)據(jù)分析得出研究區(qū)主要目的層段頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)類型和成熟度與含氣量有一定的正相關(guān)性，且兩者差別不大，因此在此情況下重點(diǎn)分析TOC值對(duì)頁(yè)巖含氣性的影響較為合理。

3.1.2 硅質(zhì)礦物含量

對(duì)比各頁(yè)巖巖相硅質(zhì)礦物含量與含氣量之間相關(guān)性可知（見(jiàn)圖5a），兩者之間具有明顯的正相關(guān)性。當(dāng)硅質(zhì)礦物含量大于40%時(shí)，部分巖相頁(yè)巖含氣量高于4.0 m3/t；當(dāng)硅質(zhì)礦物含量大于30%時(shí)，大多數(shù)頁(yè)巖巖相含氣量均大于2.0 m3/t。因此，筆者認(rèn)為研究區(qū)頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相對(duì)應(yīng)的硅質(zhì)礦物含量可劃分為2類，即：硅質(zhì)礦物含量大于40%為Ⅰ類；硅質(zhì)礦物含量在30%～40%為Ⅱ類。地球化學(xué)及古生物資料顯示，焦石壩地區(qū)五峰組—龍一段頁(yè)巖中的硅質(zhì)主要為生物成因（放射蟲(chóng)、海綿骨針），放射蟲(chóng)個(gè)體及其共生的藻類可形成較大的富硅、富有機(jī)質(zhì)團(tuán)粒，增大其在海水中的沉積速率，也更加有效地降低了有機(jī)質(zhì)在水中被氧化的速率，在提高沉積物中硅質(zhì)含量的同時(shí)，也增加了有機(jī)質(zhì)的保存效率，這為頁(yè)巖氣的富集成藏及壓裂開(kāi)發(fā)提供了非常有利的條件[30]。國(guó)內(nèi)部分學(xué)者也認(rèn)為放射蟲(chóng)是古生代海洋高有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)力的主要貢獻(xiàn)者之一[31]，由此推測(cè)硅質(zhì)生物，尤其是放射蟲(chóng)的大量繁盛是龍一段沉積時(shí)期硅質(zhì)與有機(jī)碳富集的重要決定性因素。

3.1.3 黏土礦物含量

相對(duì)頁(yè)巖中其他成分，黏土礦物具有更強(qiáng)的吸附能力，但隨黏土礦物含量增大，頁(yè)巖中不易形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，降低脆性，影響壓裂效果。在研究區(qū)內(nèi)，大多數(shù)頁(yè)巖巖相中的黏土礦物含量與含氣量之間均呈明顯的負(fù)相關(guān)性（見(jiàn)圖5b）。當(dāng)黏土礦物含量小于40%時(shí)，部分頁(yè)巖巖相含氣量高于4.0 m3/t；當(dāng)黏土礦物含量小于50%時(shí)，大多數(shù)巖相的含氣量均大于2.0 m3/t。因此，筆者認(rèn)為研究區(qū)頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相中黏土礦物含量亦可分為兩類，即黏土礦物含量小于40%為Ⅰ類；黏土礦物含量在40%～50%為Ⅱ類。

3.2 優(yōu)勢(shì)巖相分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

筆者綜合含氣量、有機(jī)質(zhì)含量、硅質(zhì)礦物含量、黏土礦物含量這4項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)，劃分出頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相級(jí)別（見(jiàn)圖3），即Ⅰ類：含氣量大于4.0 m3/t、TOC大于3.0%、硅質(zhì)礦物含量大于40%、黏土礦物含量小于40%；Ⅱ類：含氣量為2.0～4.0 m3/t、TOC值為1.5%～3.0%、硅質(zhì)礦物含量為30%～40%、黏土礦物含量在40%～50%?；谏鲜鰳?biāo)準(zhǔn)，確定了涪陵五峰組—龍一段Ⅰ類優(yōu)勢(shì)巖相為混合硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-2）、含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3）；Ⅱ類為含黏土/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-2）。

4 結(jié)論

根據(jù)改進(jìn)的硅質(zhì)礦物-碳酸鹽礦物-黏土礦物三端元圖解，將五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖劃分為8類巖相：硅質(zhì)頁(yè)巖相（S）、混合硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-2）、含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3）、含灰/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-1）、含黏土/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-2）、混合質(zhì)頁(yè)巖相（M）、含硅黏土質(zhì)頁(yè)巖相（CM-1）和含黏土/灰混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-3）。優(yōu)勢(shì)巖相是指其頁(yè)巖含氣量達(dá)到特定工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的巖相，結(jié)合研究區(qū)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，將優(yōu)勢(shì)巖相分為2類，即含氣量大于4.0 m3/t為Ⅰ類（特優(yōu)），含氣量在2.0～4.0 m3/t為Ⅱ類（優(yōu)）。參考國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)情況，優(yōu)選了有機(jī)碳含量、硅質(zhì)礦物含量、黏土礦物含量3項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)與含氣量作相關(guān)性分析，并界定了各參數(shù)的取值范圍。建立了研究區(qū)五峰組—龍一段頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即Ⅰ類：含氣量大于4.0 m3/t、TOC大于3.0%、硅質(zhì)礦物含量大于40%、黏土礦物含量小于40%；Ⅱ類：含氣量為2.0～4.0 m3/t、TOC為1.5%～3.0%、硅質(zhì)礦物含量為30%～40%、黏土礦物含量為40%～50%，基于上述標(biāo)準(zhǔn)，確定了研究區(qū)Ⅰ類優(yōu)勢(shì)巖相為混合硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-2）、含黏土硅質(zhì)頁(yè)巖相（S-3）；Ⅱ類為含黏土/硅混合質(zhì)頁(yè)巖相（M-2）。

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（編輯 黃昌武）

Advantageous shale lithofacies of Wufeng Formation-Longmaxi Formation in Fuling gas field of Sichuan Basin,SW China

WU Lanyu1,HU Dongfeng2,LU Yongchao1,LIU Ruobing2,LIU Xiaofeng1
(1.Faculty of Earth Resources,China University of Geoscience (Wuhan),Wuhan 430074,China; 2.Sinopec Exploration Branch Company,Chengdu 610041,China)

The lithofacies types of Upper Ordovician Wufeng Formation-Lower Silurian Longmaxi Formation shale,the main producing layer in Fuling gas field,are classified in detail using the modified ternary diagram of siliceous minerals-carbonates minerals-clay minerals.There develop eight lithofacies in the Wufeng-Longmaxi shale:siliceous shale lithofacies (S),mixed siliceous shale lithofacies (S-2),clay-rich siliceous shale lithofacies (S-3),calcareous/siliceous mixed shale lithofacies (M-1),argillaceous/siliceous mixed shale lithofacies (M-2),mixed shale lithofacies (M),silica-rich argillaceous shale lithofacies (CM-1),and argillaceous/calcareous mixed shale lithofacies (M-3).The advantageous shale lithofacies is defined as lithofacies with gas content reaching a specific industrial standard.Based on the current development status of the study area,advantageous shale lithofacies is divided into two classes,namely,Class I with gas content of more than 4.0 m3/t (also known as extra superior),Class II with gas content of 2.0-4.0 m3/t (also known as superior).The correlation between the abundance of organic matter,the content of siliceous mineral,clay content and gas content has been analyzed to establish the classification criteria for advantageous shale lithofacies in the Wufeng-Longmaxi shale.The mixed siliceous shale lithofacies (S-2) and clay-rich siliceous shale lithofacies (S-3) have been identified as Class I advantageous shale lithofacies,and argillaceous/siliceous mixed shale lithofacies (M-2) as Class II.The classification criteria of advantageous shale lithofacies can provide reference for shale gas evaluation in other exploration areas.

shale; advantageous shale lithofacies; Ordovician Wufeng Formation; Silurian Longmaxi Formation; Fuling gas field; Sichuan Basin

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目（SQ2013CB021013）

TE122.2

A

1000-0747(2016)02-0189-09

10.11698/PED.2016.02.04

吳藍(lán)宇（1990-），女，江蘇南京人，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）在讀博士研究生，主要從事層序地層與非常規(guī)油氣地質(zhì)方面的研究。地址：湖北省武漢市魯磨路388號(hào)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院，郵政編碼：430074。E-mail：472401404@qq.com

2015-06-18

2016-01-10