四川盆地涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組海相頁(yè)巖巖相類(lèi)型及儲(chǔ)層特征

王 超，張柏橋,舒志國(guó),陸永潮,陸亞秋,包漢勇,李 爭(zhēng),劉 超[.中國(guó)石化 江漢油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，湖北 武漢 40； .中國(guó)石化 江漢油田分公司，湖北 潛江 44；.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，湖北 武漢 40074]

近幾年，北美頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的成功實(shí)例掀起了一場(chǎng)全球范圍的頁(yè)巖氣革命風(fēng)潮。2009年以來(lái)，中國(guó)也開(kāi)展了大規(guī)模頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)工作，先后在重慶涪陵焦石壩地區(qū)、四川威遠(yuǎn)和長(zhǎng)寧地區(qū)取得了海相頁(yè)巖氣勘探的重大商業(yè)性突破[1-4]，并建成了中國(guó)最大的頁(yè)巖氣田——涪陵頁(yè)巖氣田。

以往認(rèn)為特定沉積環(huán)境下的頁(yè)巖較為均一，但隨頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)和細(xì)粒沉積學(xué)研究的不斷深入，頁(yè)巖非均質(zhì)性特征已被廣泛認(rèn)同[5-6]，并指出頁(yè)巖是由富含有機(jī)質(zhì)的不同巖相組成[7]。所謂巖相，是指一定沉積環(huán)境中形成的巖石類(lèi)型及其組合，既包含了巖石類(lèi)型、顏色、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等宏觀信息，也包含了無(wú)機(jī)礦物與有機(jī)組成等微觀信息[8-12]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于頁(yè)巖巖相劃分開(kāi)展了一系列研究工作，劃分方案也由早期的單因素劃分，逐漸擴(kuò)展到現(xiàn)階段的多因素劃分。

四川盆地五峰組-龍馬溪組海相頁(yè)巖作為我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的重要層系受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。前人對(duì)這套地層的研究主要集中于構(gòu)造背景、沉積環(huán)境、有機(jī)地化、孔隙結(jié)構(gòu)和資源潛力等方面[2,13-18]，巖相劃分方面雖開(kāi)展了一些研究，但仍缺乏統(tǒng)一劃分標(biāo)準(zhǔn)[19-22]。而巖相精細(xì)劃分對(duì)于評(píng)價(jià)頁(yè)巖開(kāi)發(fā)潛力具有重要指導(dǎo)意義，北美頁(yè)巖氣商業(yè)性開(kāi)發(fā)認(rèn)識(shí)到不同巖相的礦物組分、含氣性和可壓性等方面的差異，決定了巖相開(kāi)發(fā)潛力不同。因此，巖相劃分作為頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)性研究?jī)?nèi)容，對(duì)于發(fā)掘黑色頁(yè)巖沉積環(huán)境和過(guò)程，找尋頁(yè)巖氣勘探甜點(diǎn)均具有重要的理論與生產(chǎn)意義。

考慮以上問(wèn)題，筆者針對(duì)四川盆地涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段(龍一段)富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖，在巖心觀察描述的基礎(chǔ)上，利用全巖X射線(xiàn)衍射和薄片鑒定等資料，應(yīng)用巖礦三端元法和巖相分級(jí)命名方法建立了海相頁(yè)巖巖相劃分方案，并綜合TOC、含氣性和物性特征等分析測(cè)試數(shù)據(jù)，以巖相為分析單元，剖析不同巖相的儲(chǔ)層品質(zhì)差異性特征，進(jìn)而為頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的選區(qū)選層提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

四川盆地西至龍門(mén)山，東抵齊岳山，北鄰米倉(cāng)山-大巴山，南至大涼山-婁山，是一個(gè)在上揚(yáng)子克拉通基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的疊合型盆地。四川盆地以華鎣山和龍泉山兩個(gè)背斜帶為界，亦可劃分為川東南斜坡高陡構(gòu)造區(qū)(包括川東高陡褶皺帶和川南低陡褶皺帶)、川西坳陷低陡構(gòu)造區(qū)和川中隆起低緩構(gòu)造區(qū)(圖1a)[22]。涪陵頁(yè)巖氣田位于川東高陡褶皺帶萬(wàn)縣復(fù)向斜，構(gòu)造整體呈北東向展布。研究區(qū)邊界發(fā)育北東向石門(mén)、吊水巖、天臺(tái)場(chǎng)和山窩斷層，北北東向大耳山西斷層及北西向?yàn)踅瓟鄬拥榷嗥跀嗔严到y(tǒng)(圖1b)。研究區(qū)自震旦紀(jì)以來(lái)受多期構(gòu)造作用影響，具有早期沉降、晚期隆升的特點(diǎn)，發(fā)育晚震旦世至三疊紀(jì)地層，研究層段上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組含氣頁(yè)巖段厚度介于83～100 m，為深水陸棚沉積，平面展布穩(wěn)定。

2 海相頁(yè)巖巖相劃分方案

受資料條件和表征方法的制約，目前細(xì)粒沉積學(xué)中頁(yè)巖巖相如何劃分和表征尚沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和方法。早期頁(yè)巖巖相劃分多以顏色、礦物成分、粒度大小和沉積構(gòu)造(紋層發(fā)育特征)作為分類(lèi)參數(shù)[7,12]，例如梁超等(2012)用礦物成分將四川盆地五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖劃分為5類(lèi)巖相(炭質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖和普通頁(yè)巖)[23]。但隨頁(yè)巖氣地質(zhì)認(rèn)識(shí)不斷深化，單一礦物含量(粘土礦物、石英)、古生物類(lèi)型/豐度、含有物、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型/豐度、特殊礦物等指標(biāo)也常作為分類(lèi)參數(shù)應(yīng)用于巖相劃分方案中[14,20-22]，例如Loucks和Ruppel(2007)基于礦物成分、古生物和沉積構(gòu)造對(duì)北美Barnett頁(yè)巖劃分為紋層狀硅質(zhì)泥巖、紋層狀含粘土灰質(zhì)泥巖和骨架狀泥質(zhì)灰?guī)r[8]，而Abouelresh和Slatt(2012)分別從結(jié)核類(lèi)型和沉積環(huán)境角度將Barnett頁(yè)巖巖相進(jìn)一步細(xì)分[10]。

盡管現(xiàn)階段頁(yè)巖巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，但筆者認(rèn)為合理的巖相劃分既需考慮頁(yè)巖巖石學(xué)和沉積環(huán)境等地質(zhì)因素，同時(shí)也應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)開(kāi)發(fā)認(rèn)識(shí)。在晚奧陶世和早志留世兩次大規(guī)模海侵背景下，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)廣泛分布[14]。通過(guò)以硅質(zhì)礦物(石英+長(zhǎng)石)、碳酸鹽巖礦物(方解石+白云石)和粘土礦物三礦物法為基礎(chǔ)，可劃分為硅質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖、鈣質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖、粘土類(lèi)頁(yè)巖和混合類(lèi)頁(yè)巖四大類(lèi)，并將三端元含量的10%，25%，50%和75%為分界，以單組分、雙組分和三組分為命名層級(jí)(表1)，將頁(yè)巖巖相進(jìn)一步細(xì)分為31種亞類(lèi)(表2;圖2)，該頁(yè)巖巖相劃分方案可有效指導(dǎo)涪陵頁(yè)巖氣田生產(chǎn)開(kāi)發(fā)。

圖1 四川盆地涪陵地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景(a)及取心井位置(b)[22](修改)Fig.1 Regional geological setting and location of coring wells in the Fuling area,Sichuan Basin[22](modified)

表1 頁(yè)巖分級(jí)命名方案Table 1 Shale classification and nomenclature scheme

3 五峰組-龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)海相頁(yè)巖巖相特征

以涪陵頁(yè)巖氣田三口取心井為例(圖1b)，對(duì)五峰組-龍一段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖系統(tǒng)采樣分析(采樣間距為0.9～1.2 m)可知，研究區(qū)海相頁(yè)巖以硅質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖、混合類(lèi)頁(yè)巖和粘土類(lèi)頁(yè)巖為主，共發(fā)育14種巖相亞類(lèi)，其中主要巖相5類(lèi)(占比88.70%)，分別為粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(S-4),含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(S-8),粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖(M-2),含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖(M-5)和硅質(zhì)粘土頁(yè)巖(CM-2)；次要巖相3類(lèi)(占比7.19%)，分別為含粘土硅質(zhì)頁(yè)巖(S-6),含鈣硅質(zhì)粘土頁(yè)巖(CM-7)和混合頁(yè)巖(M-7)；偶見(jiàn)巖相6類(lèi)(占比4.11%)(圖3)。

表2 涪陵地區(qū)海相頁(yè)巖巖相類(lèi)型劃分方案Table 2 Marine shale lithofacies classification scheme in the Fuling area

圖2 頁(yè)巖巖相劃分及涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段頁(yè)巖巖相類(lèi)型Fig.2 Ternary diagram showing shale lithofacies types of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation’s first member,Fuling area

3.1 粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(S-4)

該巖相主要發(fā)育于五峰組和龍一段中下部，在五峰組呈薄層狀。其中硅質(zhì)礦物含量在49.3%～65.0%，平均值為55.8%，其中石英含量在29.0%～60.9%，粘土礦物含量24.1%～43.5%，平均值為33%，碳酸鹽礦物含量1.4%～9.6%，平均值為7.2%(表3)。該巖相在巖心上呈深黑色，頁(yè)理縫非常發(fā)育(圖4a)，可見(jiàn)大量筆石雜亂分布(圖5a)；鏡下觀察可見(jiàn)礦物成分多為石英及長(zhǎng)石，偶見(jiàn)紋層發(fā)育，紋層寬度在0.02～0.04 mm(圖5b)。

3.2 含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(S-8)

該巖相主要發(fā)育于龍一段中下部，多呈塊狀。石英+長(zhǎng)石含量在47.1%～61.2%，平均值為52.5%，粘土礦物含量在24.3%～36.9%，平均值為30.1%，碳酸鹽巖礦物含量在9.5%～19.4%，平均值為12.3%(表3)。該巖相在巖心上表現(xiàn)為深黑色-黑色，頁(yè)理縫非常發(fā)育，偶見(jiàn)薄層黃鐵礦條帶(圖4b)，可見(jiàn)筆石發(fā)育(圖5c)。薄片觀察顯示，石英及長(zhǎng)石呈次棱-次圓狀，邊緣被粘土、炭質(zhì)等輕微交代、侵染，砂質(zhì)紋層較發(fā)育，紋層寬度多在0.02～0.20 mm(圖5d)。相較于粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，其碳酸鹽巖礦物有所增加。

圖3 涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段巖相占比分布直方圖Fig.3 Histogram showing the lithofacies composition of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation’s first member,Fuling area

表3 涪陵地區(qū)主要巖相礦物組分統(tǒng)計(jì)Table 3 Mineral composition statistics of major shale lithofacies in the Fuling area

圖4 涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段海相頁(yè)巖主要巖相巖心照片F(xiàn)ig.4 Core pictures of the major shale lithofacies of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation’s first member,Fuling area

a.粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)育條帶狀黃鐵礦，JY-A井，埋深2 351.12～2 351.36 m；b.含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，JY-A井，埋深2 340.06～2 340.30 m；c.粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖，JY-A井，埋深2 300.10～2 300.34 m；d.含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖，JY-A井，埋深2 306.04～2 306.28 m；e.硅質(zhì)粘土頁(yè)巖，JY-A井，埋深2 285.17～2 285.41 m

3.3 粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖(M-2)

該巖相主要發(fā)育于龍一段中部，其硅質(zhì)礦物含量為39.9%～48.5%，平均值為44.0%，粘土礦物含量在38.2%～49.0%，平均值為44.3%，碳酸鹽巖礦物含量在3.4%～9.7%，平均值為7.7%(表3)。巖心觀察可見(jiàn)該巖相呈黑色，頁(yè)理縫不發(fā)育，沿層發(fā)育有大量星散狀黃鐵礦(圖4c)；鏡下表現(xiàn)為粉砂質(zhì)紋層較發(fā)育，粘土被炭質(zhì)侵染，沿長(zhǎng)軸定向分布，紋層寬度約為0.01～0.14 mm，紋層發(fā)育密度為10條/cm(圖5f)。

3.4 含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖(M-5)

該巖相主要發(fā)育于龍一段中部，以薄層狀?yuàn)A于含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖之中。其硅質(zhì)礦物含量在35.3%～48.0%，平均值為42.1%，粘土礦物含量在28.5%～48.7%，平均值為40.2%，碳酸鹽巖礦物含量在9.7%～23.6%，平均值為14.1%(表3)。巖心觀察方面，該巖相為灰黑色，頁(yè)理不發(fā)育，可見(jiàn)星散狀黃鐵礦發(fā)育(圖4d)；鏡下薄片顯示，片狀礦物呈定向性排列且具紋層構(gòu)造，紋層寬度約為0.01～0.42 mm，紋層發(fā)育密度為16條/cm，少量紋層呈斷續(xù)狀分布(圖5e)。

圖5 涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段海相頁(yè)巖主要巖相巖心及鏡下特征Fig.5 Photographs of mojor cores and thin sections of marine shale of the Wufeng Formation Longmaxi Formation’s first member in the Fuling area

a.粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，筆石非常發(fā)育，呈非定向性，JY-A井，龍馬溪組，埋深2 360.80 m；b.粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，透鏡狀紋層；JY-A井，龍馬溪組，埋深2 361.39 m；c.含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，可見(jiàn)筆石發(fā)育，JY-A井，龍馬溪組，埋深2 343.00 m；d.含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，石英及長(zhǎng)石呈次棱-次圓狀，JY-A井，龍馬溪組，埋深2 341.30 m；e.含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖，紋層發(fā)育，寬度約0.01～0.42 mm，紋層密度為16條/cm，JY-A井，龍馬溪組，埋深2 303.93 m；f.粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖，成分以石英和長(zhǎng)石為主，具紋層構(gòu)造，JY-A井，龍馬溪組，埋深2 300.00 m；g.硅質(zhì)粘土頁(yè)巖，粘土含量達(dá)51%，被炭質(zhì)輕微侵染，紋層構(gòu)造不明顯，JY-A井，龍馬溪組，埋深2 294.95 m；h.硅質(zhì)粘土頁(yè)巖，粘土含量達(dá)87%，見(jiàn)侵蝕面，泥內(nèi)碎屑順層分布，JY-A井，龍馬溪組，埋深2 276.59 m

3.5 硅質(zhì)粘土頁(yè)巖(CM-2)

該巖相主要發(fā)育于龍一段頂部，粘土礦物含量在45.1%～67.6%，平均值56.4%，硅質(zhì)礦物含量在28.0%～48.2%，平均值為37.8%，碳酸鹽巖礦物含量平均值為3.2%(表3)。巖心觀察可見(jiàn)，該巖相呈灰黑色，發(fā)育大套粉砂質(zhì)條帶(圖4e)；鏡下觀察可見(jiàn)，粘土礦物含量超過(guò)50.0%，被炭質(zhì)輕微侵染(圖5g)，粗顆粒石英與細(xì)顆粒石英相混，粘土和少量粉砂形成泥內(nèi)碎屑(圖5h)，呈長(zhǎng)條狀順層分布。

3.6 頁(yè)巖巖相垂向演化特征

頁(yè)巖在沉積過(guò)程中受盆地結(jié)構(gòu)、水體分層、水體化學(xué)、沉積物供給、氣候變化、構(gòu)造以及全球-區(qū)域海平面變化等多因素綜合控制，不同類(lèi)型的巖相反映了不同的沉積環(huán)境。五峰組至龍一段下部發(fā)育以粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(S-4)和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(S-8)為主的硅質(zhì)頁(yè)巖巖相，偶見(jiàn)薄層狀粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖(M-2)和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖(M-5)。該段巖相可見(jiàn)大量筆石發(fā)育，且條帶狀黃鐵礦和斷續(xù)狀砂質(zhì)紋層的發(fā)育指示了沉積期相對(duì)安靜的深水還原環(huán)境。在龍一段中部，巖相由硅質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖漸變?yōu)橐哉惩临|(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖(M-2)和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖(M-5)互層沉積的混合類(lèi)頁(yè)巖巖相，粘土礦物含量略有增加，有機(jī)質(zhì)含量和硅質(zhì)含量相對(duì)減少，并可見(jiàn)沿層分布的星散狀黃鐵礦和較為發(fā)育的粉砂質(zhì)紋層，反映出沉積環(huán)境由早期強(qiáng)還原環(huán)境漸變?yōu)槿踹€原環(huán)境。龍一段頂部發(fā)育塊狀硅質(zhì)粘土頁(yè)巖，粘土礦物含量進(jìn)一步升高，巖心可見(jiàn)粉砂質(zhì)條帶呈遞變層理發(fā)育，反映其陸源碎屑供給增強(qiáng)，沉積環(huán)境由弱還原環(huán)境向氧化環(huán)境過(guò)渡。

4 不同巖相儲(chǔ)層品質(zhì)發(fā)育特征

4.1 總有機(jī)碳含量(TOC)

不同巖相總有機(jī)碳含量差異較大。結(jié)合涪陵頁(yè)巖氣田勘探開(kāi)發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，依次以1%,2%,3%和4%為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，將總有機(jī)碳含量劃分為貧碳(<1%),低碳(1%～2%),中碳(2%～3%),高碳(3%～4%)和富碳(>4%)五類(lèi)。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知，五峰組至龍一段總有機(jī)碳含量以大于1%為主，其中以粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(S-4)和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(S-8)為主的硅質(zhì)頁(yè)巖其總有機(jī)碳含量最高，最高可達(dá)5.65%，平均值約為2.6%，主要為富碳和高碳，分別占比84.09%和85.95%；混合類(lèi)頁(yè)巖總有機(jī)碳含量有所降低，平均值為1.99%，主要為中碳和低碳，部分可見(jiàn)高碳和富碳；以硅質(zhì)粘土頁(yè)巖(CM-2)為主的粘土頁(yè)巖總有機(jī)碳含量最低，平均值僅為1.05%，且絕大部分屬于貧碳(圖6)。

圖6 涪陵地區(qū)不同巖相總有機(jī)碳含量對(duì)比綜合圖Fig.6 Comparison of TOC in different lithofacies in Fuling areaa.不同巖相總有機(jī)碳含量分布；b.主要巖相總有機(jī)碳含量分布直方圖；c.不同巖相總有機(jī)碳含量占比綜合圖

4.2 孔隙結(jié)構(gòu)及孔滲特征

孔隙結(jié)構(gòu)是頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙性、滲流性和有效性評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)中的大量納米級(jí)孔隙和粘土礦物晶層中的無(wú)機(jī)孔隙，均可增加頁(yè)巖孔隙比表面積，有利于頁(yè)巖氣賦存和吸附[18]。根據(jù)研究區(qū)掃描電鏡和氬離子拋光掃描電鏡等觀測(cè)結(jié)果可知，粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖內(nèi)部有機(jī)質(zhì)孔隙非常發(fā)育(圖7a,b)，少見(jiàn)粒內(nèi)孔和粒間孔等無(wú)機(jī)孔隙，且有機(jī)質(zhì)孔隙以圓形和橢圓形為主，孔隙尺度從納米級(jí)到微米級(jí)，連通性好，孔隙度平均值為3.77%(圖8a)，滲透率平均值為1.57×10-3μm2；含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖孔隙類(lèi)型多樣，普遍發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔隙和無(wú)機(jī)孔隙(圖7c)。其中有機(jī)質(zhì)孔孔徑較小，無(wú)機(jī)孔隙主要為粘土礦物晶間孔和碎屑顆粒原生粒間孔(圖7d)，孔隙度平均值為3.39%，滲透率為2.16×10-3μm2(圖8b)；硅質(zhì)粘土頁(yè)巖內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)以粘土礦物粒間孔為主(圖7e)，有機(jī)質(zhì)孔隙欠發(fā)育(圖7f)，孔隙度為3.05%，滲透率為2.31×10-3μm2。

4.3 紋層發(fā)育程度

紋層是指沉積物或沉積巖中可分辨的最小或最薄原始沉積層，是頁(yè)巖常見(jiàn)的沉積構(gòu)造[24]。頁(yè)巖紋層發(fā)育差異性特征會(huì)對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性、含氣性和可壓性等方面產(chǎn)生重要影響。借助薄片鑒定、掃描電鏡等對(duì)不同巖相的紋層發(fā)育特征研究揭示，受沉積成因機(jī)制影響，粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖為主的混合類(lèi)頁(yè)巖紋層發(fā)育密度最大，可達(dá)9.25條/cm，紋層橫向連續(xù)性好(圖5e,f)；硅質(zhì)粘土頁(yè)巖紋層發(fā)育密度最低，為6.11條/cm，但紋層單層寬度較大，且紋層呈斷續(xù)狀，反映出陸源碎屑物質(zhì)供給能力增強(qiáng)；粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖為主的硅質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖紋層發(fā)育密度介于兩者之間，平均值為7.04條/cm，紋層呈連續(xù)狀(圖8c)。

4.4 含氣性

頁(yè)巖含氣性是衡量其是否具有經(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)，目前北美商業(yè)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣層含氣量普遍大于1.1 m3/t[25]。測(cè)試數(shù)據(jù)揭示，不同巖相含氣量同其孔隙度具有較高一致性。粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖其孔隙類(lèi)型以有機(jī)質(zhì)孔隙為主，且孔隙度相對(duì)較高，含氣量相對(duì)較高，平均為1.61 m3/t(圖8d)；而粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖的孔隙類(lèi)型為有機(jī)孔和無(wú)機(jī)孔共生，但因總有機(jī)碳含量相對(duì)較低，含氣性相對(duì)較低，為1.16 m3/t；硅質(zhì)粘土頁(yè)巖含氣量最低，僅為0.66 m3/t。

4.5 優(yōu)勢(shì)巖相發(fā)育段

優(yōu)勢(shì)頁(yè)巖巖相判別是衡量頁(yè)巖是否具有經(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)[25]。目前結(jié)合中國(guó)首個(gè)大型頁(yè)巖氣田-涪陵頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，筆者綜合礦物成分、有機(jī)碳含量、孔隙度、滲透率、含氣性和紋層發(fā)育特征等指標(biāo)，對(duì)五峰組-龍一段主要巖相儲(chǔ)層品質(zhì)特征進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。從表4中可知，以粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖和含鈣粘土硅質(zhì)頁(yè)巖為主的硅質(zhì)頁(yè)巖具有高TOC、高孔隙度、高含氣性的特征，為最有利海相頁(yè)巖氣勘探目標(biāo)，而混合頁(yè)巖和粘土頁(yè)巖因其有機(jī)碳含量、孔隙度和紋層發(fā)育密度較低等特征，其含氣量相對(duì)較低，為次有利海相頁(yè)巖氣勘探目標(biāo)。

圖7 涪陵地區(qū)主要巖相孔隙發(fā)育特征Fig.7 Pore characteristics of main lithofacies in the Fuling areaa.粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，有機(jī)孔發(fā)育，JY-A井，龍馬溪組，埋深2 358.06 m；b.粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，有機(jī)孔發(fā)育，JY-C井，龍馬溪組，埋深3 143.50 m；c.含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)內(nèi)部有機(jī)孔發(fā)育，可見(jiàn)微裂隙、粒間孔、粒內(nèi)孔，JY-A井，龍馬溪組，埋深2 306.17 m；d.含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖，有機(jī)孔發(fā)育，可見(jiàn)微裂隙、粒間孔及粒內(nèi)孔，JY-A井，龍馬溪組，埋深2 315.85 m；e.硅質(zhì)粘土頁(yè)巖，粒間孔及微裂隙較發(fā)育，JY-C井，龍馬溪組，埋 深3 028.10 m；f.硅質(zhì)粘土頁(yè)巖，有機(jī)孔欠發(fā)育，見(jiàn)粒內(nèi)孔，JY-C井，龍馬溪組，埋深3 059.50 m

5 不同巖相儲(chǔ)層品質(zhì)差異性成因機(jī)理

5.1 硅質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖巖相

硅質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖巖相主要分布于五峰組和龍一段下部，整體呈富硅與富碳特征，孔隙結(jié)構(gòu)以有機(jī)質(zhì)孔隙為主。該類(lèi)巖相主要是由生物沉積作用形成。五峰組末期爆發(fā)了多期火山活動(dòng)[26]，火山活動(dòng)一方面為浮游生物爆發(fā)提供了大量富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)火山噴發(fā)導(dǎo)致氣候環(huán)境突變?yōu)閰捬醐h(huán)境，利于有機(jī)質(zhì)保存。從對(duì)古海洋氧化還原環(huán)境敏感的U和Th微量元素分析可知[27]，硅質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育段氧化還原環(huán)境以貧氧、厭氧環(huán)境為主(圖9)，這為浮游生物的有機(jī)殘骸同粘土礦物通過(guò)生物化學(xué)作用結(jié)合成“海洋雪”沉積至海底[28]，形成富硅和富碳的硅質(zhì)頁(yè)巖提供了有利的氧化還原條件。此外，該類(lèi)巖相有機(jī)質(zhì)發(fā)育形成的大量有機(jī)質(zhì)孔隙成為頁(yè)巖氣有利的賦存場(chǎng)所，使硅質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖具有高有機(jī)碳與高含氣性特征。

圖8 涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段主要巖相儲(chǔ)層特征Fig.8 Reservoir characteristics of the main lithofa cies from the Wufeng Formation-Longmaxi Formation’s first member,Fuling area

表4 涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段海相頁(yè)巖主要巖相儲(chǔ)層特征綜合對(duì)比Table 4 Comprehensive comparison of reservoir characteristics of the main marine shale lithofacies from the Wufeng Formation-Longmaxi Formation’s first member,Fuling area

圖9 涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段海相頁(yè)巖儲(chǔ)層及沉積環(huán)境綜合柱狀圖Fig.9 A composite column of marine shale reservoir and sedimentary environment of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation’s first member in the Fuling area

5.2 混合類(lèi)頁(yè)巖巖相

混合類(lèi)頁(yè)巖巖相呈薄互層狀分布于龍一段中部，其粉砂質(zhì)紋層發(fā)育密度高，紋層寬度較小，平均為0.05～0.2 mm，紋層呈連續(xù)狀分布，巖心觀察可見(jiàn)局部發(fā)育變角度層理，氧化還原條件揭示該巖相發(fā)育段主要以富氧環(huán)境為主，并受底流沉積事件影響。由于該時(shí)期貧氧/厭氧環(huán)境受到破壞，加之底流沉積相對(duì)較快的沉積速率[22]，使得混合類(lèi)頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)保存較硅質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖有所變差，混合類(lèi)頁(yè)巖具有相對(duì)較低的總有機(jī)碳含量、孔隙度和含氣性。

5.3 粘土類(lèi)頁(yè)巖巖相

以硅質(zhì)粘土頁(yè)巖為主的粘土類(lèi)頁(yè)巖巖相呈厚層狀分布于龍一段上部，具有較高的粘土含量，巖心薄片可見(jiàn)局部下切侵蝕不整合面，紋層發(fā)育密度相較于混合類(lèi)頁(yè)巖有所減少，但紋層寬度較大，平均為0.1～0.56 mm，反映出該類(lèi)巖相受陸源碎屑物質(zhì)供給影響較強(qiáng)。陸源物質(zhì)供給增強(qiáng)及富氧環(huán)境，既不利于有機(jī)質(zhì)保存，同時(shí)欠發(fā)育的有機(jī)質(zhì)孔隙也不能為頁(yè)巖氣提供有效的賦存空間，使粘土類(lèi)頁(yè)巖總有機(jī)碳含量、含氣性相較于硅質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖和混合類(lèi)頁(yè)巖變差。

6 結(jié)論

1) 四川盆地涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段海相頁(yè)巖巖相發(fā)育有3大類(lèi)，其中主要巖相5亞類(lèi)，分別為粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(S-4)、含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(S-8)、硅質(zhì)粘土頁(yè)巖(CM-2)、粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖(M-2)和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖(M-5)。

2) 以粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖為主的硅質(zhì)頁(yè)巖具有高TOC、高孔隙度、高含氣性等特征，為最優(yōu)頁(yè)巖巖相；以硅質(zhì)粘土頁(yè)巖為代表的粘土頁(yè)巖其總有機(jī)碳含量、孔隙度和含氣性均為最低，非頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)有效巖相，而以粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖和含鈣粘土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖為主的混合頁(yè)巖介于兩者之間。

3) 不同巖相由于不同的沉積地質(zhì)背景，決定了頁(yè)巖儲(chǔ)層品質(zhì)具有較大差異。硅質(zhì)類(lèi)頁(yè)巖主要發(fā)育于貧氧和厭氧環(huán)境，有機(jī)質(zhì)保存條件較好，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育，利于頁(yè)巖氣賦存；混合類(lèi)頁(yè)巖和粘土類(lèi)頁(yè)巖多發(fā)育于富氧沉積環(huán)境，紋層發(fā)育密度和紋層寬度較大，反映出底流事件和陸源碎屑物質(zhì)供給增強(qiáng)，由于富氧和相對(duì)較快的沉積速率，使得有機(jī)質(zhì)保存條件較差，有機(jī)質(zhì)孔隙相對(duì)欠發(fā)育，含氣量較低。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 鄒才能，董大忠，王社教，等.中國(guó)頁(yè)巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2010,37(6):641-653.

Zou Caineng，Dong Dazhong，Wang Shejiao，et al.Geological characteristics，formation mechanism and resource potential of shale gas in China[J].Petroleum Exploration and Development，2010,37(6):641-653.

[2] 郭彤樓，劉若冰.復(fù)雜構(gòu)造區(qū)高演化程度海相頁(yè)巖氣勘探突破的啟示-以四川盆地東部盆緣JY1井為例[J].天然氣地球科學(xué)，2013,24(4):643-651.

Guo Tonglou，Liu Ruobing.Implications from marine shale gas exploration breakthrough in complicated structural area at high thermal stage: Taking Longmaxi Formation in well JY1 as an example[J].Natural Gas Geoscience，2013,24(4):643-651.

[3] 郭旭升，胡東風(fēng)，文治東，等.四川盆地及周緣下古生界海相頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)主控因素-以焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組為例[J].中國(guó)地質(zhì)，2014,41(3):893-901.

Guo Xusheng，Hu Dongfeng，Wen Zhidong，et al.Major factors controlling the accumulation and high productivity in marine shale gas in the Lower Paleozoic of Sichuan Basin and its periphery: A case study of the Wufeng-Longmaxi Formation of Jiaoshiba area[J].Geology in China，2014,41(3):893-901.

[4] 郭彤樓.中國(guó)式頁(yè)巖氣關(guān)鍵地質(zhì)問(wèn)題與成藏富集主控因素[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2016,43(3):317-326.

Guo Tonglou.Key geological issues and main controls on accumulation and enrichment of Chinese shale gas[J].Petroleum Exploration and Development，2016,43(3):317-326.

[5] Chen L，Lu Y，Jiang S，et al.Heterogeneity of the Lower Silurian Longmaxi marine shale in the southeast Sichuan Basin of China[J].Marine and Petroleum Geology，2015,65:232-246.

[6] Xiong F，Jiang Z，Tang X，et al.Characteristics and origin of the heterogeneity of the Lower Silurian Longmaxi marine shale in southeastern Chongqing，SW China[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering，2015,27，Part 3:1389-1399.

[7] Hickey J J，Henk B.Lithofacies summary of the Mississippian Barnett Shale，Mitchell 2 T.P.Sims well，Wise County，Texas[J].AAPG Bulletin，2007,91(4):437-443.

[8] Loucks R G，Ruppel S C.Mississippian Barnett Shale: Lithofacies and depositional setting of a deep-water shale-gas succession in the Fort Worth Basin，Texas[J].AAPG Bulletin，2007,91(4):579-601.

[9] Ross D J K，Marc Bustin R.The importance of shale composition and pore structure upon gas storage potential of shale gas reservoirs[J].Marine and Petroleum Geology，2009,26(6):916-927.

[10] Abouelresh M O，Slatt R M.Lithofacies and sequence stratigraphy of the Barnett Shale in east-central Fort Worth Basin，Texas[J].AAPG Bulletin，2012,96(1):1-22.

[11] Milliken K L，Esch W L，Reed R M，et al.Grain assemblages and strong diagenetic overprinting in siliceous mudrocks，Barnett Shale (Mississippian)，F(xiàn)ort Worth Basin，Texas[J].AAPG Bulletin，2012,96(8):1553-1578.

[12] Wang G，Carr T R.Marcellus Shale Lithofacies Prediction by Multiclass Neural Network Classification in the Appalachian Basin[J].Mathematical Geosciences，2012,44(8):975-1004.

[13] 丁文龍，李超，李春燕，等.頁(yè)巖裂縫發(fā)育主控因素及其對(duì)含氣性的影響[J].地學(xué)前緣，2012,19(2):212-220.

Ding Wenlong，Li Chao，Li Chunyan，et al.Dominant factor of fracture development in shaleand its relationship to gas accumulation[J].Earth Science Frontiers，2012,19(2):212-220.

[14] 王玉滿(mǎn)，董大忠，李新景，等.四川盆地及其周緣下志留統(tǒng)龍馬溪組層序與沉積特征[J].天然氣工業(yè)，2015,35(3):12-21.

Wang Yuman，Dong Dazhong，Li Xinjing，et al.Stratigraphic sequence and sedimentary characteristicsof Lower Silurian Longmaxi Formation in the Sichuan Basin and its peripheral areas[J].Natural Gas Industry，2015,35(3):12-21.

[15] 朱志軍，陳洪德.川東南地區(qū)早志留世晚期沉積特征及沉積模式分析[J].中國(guó)地質(zhì)，2012,39(1):64-76.

Zhu Zhijun，Chen Hongde.An analysis of sedimentary characteristics and model of Silurian Xiaoheba Formation in southeastern Sichuan Province[J].Geology in China，2012,39(1):64-76.

[16] 高鍵，何生，易積正.焦石壩頁(yè)巖氣田中高密度甲烷包裹體的發(fā)現(xiàn)及其意義[J].石油與天然氣地質(zhì)，2015,36(3):472-480.

Gao Jian，He Sheng，Yi Jizheng.Discovery of high density methane inclusions in Jiaoshiba shale gas field and its significance[J].Oil & Gas Geology，2015,36(3):472-480.

[17] 陳尚斌，夏筱紅，秦勇，等.川南富集區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分類(lèi)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2013,38(5):760-765.

Chen Shangbin，Xia Xiaohong，Qin Yong，et al.Classification of pore structures in shale gas reservoir at the Longmaxi Formation in the south of Sichuan Basin[J].Journal of China Coal Society，2013,38(5):760-765.

[18] 郭旭升，李宇平，劉若冰，等.四川盆地焦石壩地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其控制因素[J].天然氣工業(yè)，2014,34(6):9-16.

Guo Xusheng，Li Yuping，Liu Ruobing，et al.Characteristics and controlling factors of micro-pore structures of Longmaxi Shale Play in the Jiaoshiba area，Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry，2014,34(6):9-16.

[19] 董春梅，馬存飛，林承焰，等.一種泥頁(yè)巖層系巖相劃分方法[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015,39(3):1-7.

Dong Chunmei,MaCunfei，Lin Chengyan，et al.A method of classification of shale set[J].Journal of China UniversityofPetroleum(Edition of Natural Science)，2015,39(3):1-7.

[20] 冉波，劉樹(shù)根，孫瑋，等.四川盆地及周緣下古生界五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖巖相分類(lèi)[J].地學(xué)前緣，2016,23(2):96-107.

Ran Bo，Liu Shugen，Sun Wei，et al.Lithofacies classification of shales of the Lower Paleozoic Wufeng-Longmaxi Formations in the Sichuan Basin and its surrounding areas,China[J].Earth Science Frontiers，2016,23(2):96-107.

[21] 王玉滿(mǎn)，王淑芳，董大忠，等.川南下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖巖相表征[J].地學(xué)前緣，2016,23(1):119-133.

Wang Yuman，Wang Shufang，Dong Dazhong，et al.Lithofacies cha-racterization of Longmaxi Formation of the Lower Silurian，southernSichuan.Earth Science Frontiers，2016,23(1):119-133.

[22] 趙建華，金之鈞，金振奎，等.四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖巖相類(lèi)型與沉積環(huán)境[J].石油學(xué)報(bào)，2016,37(5):572-586.

Zhao Jianhua，Jin Zhijun，JinZhenkui，et al.Lithofacies types and sedimentary environment of shale in Wufeng-Longmaxi Formation，Sichuan Basin[J].Acta PetroleiSinica，2016,37(5):572-586.

[23] 梁超，姜在興，楊鐿婷，等.四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖巖相及儲(chǔ)集空間特征[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2012,39(6):691-698.

Liang Chao，Jiang Zaixing,YangYiting，et al.Characteristics of shale lithofacies and reservoir space of the Wufeng-Longmaxi Formation，Sichuan Basin[J].Petroleum Exploration and Development，2012,39(6):691-698.

[24] 王冠民，鐘建華.湖泊紋層的沉積機(jī)理研究評(píng)述與展望[J].巖石礦物學(xué)雜志，2004,23(1):43-48.

Wang Guanmin，Zhong Jianhua.A review and the prospects of the researches on sedimentary mechanism of lacustrine laminae[J].Acta Petrologica et Mineralogica，2004,23(1):43-48.

[25] 吳藍(lán)宇，胡東風(fēng)，陸永潮，等.四川盆地涪陵氣田五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖優(yōu)勢(shì)巖相[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2016,43(2):189-197.

Wu Lanyu，Hu Dongfeng，Lu Yongchao，et al.Advantageous shale lithofacies of Wufeng Formation-Longmaxi Formation in Fuling gas field of Sichuan Basin，SW China[J].Petroleum Exploration and Development，2016,43(2):189-197.

[26] 胡艷華，孫衛(wèi)東，丁興，等.奧陶紀(jì)-志留紀(jì)邊界附近火山活動(dòng)記錄:來(lái)華南周緣鉀質(zhì)斑脫巖的信息[J].巖石學(xué)報(bào)，2009,25(12):3298-3308.

Hu Yanhua，Sun Weidong，Ding Xing，et al.Volcanic event at the Ordovician-Silurian boundary: The message from K-bentonite of Yangtze Block[J].Acta Petrologica Sinica，2009,25(12):3298-3308.

[27] 常華進(jìn)，儲(chǔ)雪蕾,馮連君，等.氧化還原敏感微量元素對(duì)古海洋沉積環(huán)境的指示意義[J].地質(zhì)論評(píng)，2009,55(1):91-99.

Chang Huajin，Chu Xuelei，F(xiàn)eng Lianjun，et al.Redox Sensitive Trace Elements as Paleoenvironments Proxies[J].GeologicalReview,2009,55(1):91-99.

[28] Alldredge A L，Silver M W.Characteristics，dynamics and significance of marine snow[J].Progress in Oceanography，1998,20(1):41-82.