泥頁(yè)巖脆-延轉(zhuǎn)化帶及其在頁(yè)巖氣勘探中的意義

袁玉松，劉俊新，周 雁

(1. 中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083； 2. 西南科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010)

中國(guó)近期頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)正在快速推進(jìn)，取得了多領(lǐng)域頁(yè)巖氣勘探突破，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展[1-2]。在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中，泥頁(yè)巖的脆-延性備受關(guān)注[3-4]。泥頁(yè)巖天然裂隙發(fā)育特征[5-6]、人工水力壓裂效果[7-8]、頁(yè)巖氣探井鉆井工程[9-11]以及頁(yè)巖氣保存環(huán)境[12-16]等均與泥頁(yè)巖脆-延性密切相關(guān)。脆-延性特征是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中地質(zhì)評(píng)價(jià)和工程評(píng)價(jià)重要的力學(xué)參數(shù)[17-18]。脆性泥頁(yè)巖更可能形成天然裂縫，水力壓裂也更容易產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫，從而壓裂效果更好[19]。天然裂縫可以為頁(yè)巖氣提供一定的儲(chǔ)集空間，但也可能破壞保存條件，導(dǎo)致頁(yè)巖氣滲漏散失[13]?？梢?jiàn)，泥頁(yè)巖脆-延性對(duì)頁(yè)巖氣保存和水力壓裂具有重要影響。巖石脆性大小通常用脆性指數(shù)來(lái)衡量。脆性指數(shù)目前存在多種定義和指標(biāo)，如內(nèi)聚力、斷裂力學(xué)特征[20]、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系[21]等。在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中，楊氏模量和泊松比以及脆性礦物含量經(jīng)常用于評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖的脆性。泊松比越小，脆性越大；隨著楊氏模量的增加，脆性增加[22]。石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽巖礦物為泥頁(yè)巖中常見(jiàn)的脆性礦物組分，脆性礦物含量越高，脆性越大[23]。然而，脆性并非完全由泥頁(yè)巖本身決定，除了巖性特征、礦物組成、總有機(jī)碳(TOC)含量、成巖作用、熱成熟度、孔隙度等因素之外，還受有效應(yīng)力、溫度、流體和埋深(圍壓)等多種因素的影響[24-26]。比如，具有同樣礦物組成的高成巖演化泥頁(yè)巖在不同的圍壓條件下可能為脆性、半脆性甚至延性。極端地，即使脆性礦物含量高達(dá)90%的泥頁(yè)巖，在深埋條件下也可以是延性的。沉積盆地中泥頁(yè)巖的脆性和延性隨著埋藏深度的變化可以相互轉(zhuǎn)化?？梢?jiàn)，如果忽略了埋藏深度這個(gè)參數(shù)，完全采用脆性礦物含量或泊松比等參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖的脆性大小，有時(shí)可能會(huì)出錯(cuò)。對(duì)于一定范圍內(nèi)指定的泥頁(yè)巖，巖性特征、礦物組成、總有機(jī)碳(TOC)含量、成巖作用、熱成熟度、孔隙度等基本一致，且沉積盆地油氣勘探領(lǐng)域之內(nèi)，溫度(小于200°)對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)雖然有一定影響，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圍壓的影響[27]。因此，評(píng)價(jià)地下泥頁(yè)巖的脆-延性時(shí)，埋藏深度是首先要考慮的參數(shù)。如何定量評(píng)價(jià)埋藏深度對(duì)泥頁(yè)巖脆-延性的影響，是本文關(guān)注的焦點(diǎn)。

中國(guó)南方海相層系發(fā)育多套富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，其中志留系龍馬溪組是目前的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的主要對(duì)象[28-30]。龍馬溪組泥頁(yè)巖成巖演化程度高，經(jīng)歷過(guò)早期埋深和晚期抬升過(guò)程，現(xiàn)今的埋藏深度并非在地質(zhì)歷史時(shí)期的最大埋深。在本文中，我們?cè)趲r石力學(xué)試驗(yàn)基礎(chǔ)上建立了一套技術(shù)方法，用于確定這類(lèi)經(jīng)過(guò)復(fù)雜構(gòu)造改造的高演化泥頁(yè)巖的脆-延轉(zhuǎn)化深度，目的是為頁(yè)巖氣保存和水力壓裂評(píng)價(jià)提供關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，以降低頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)和工程風(fēng)險(xiǎn)。

1 確定泥頁(yè)巖脆-延轉(zhuǎn)化帶的基本思路

文中泥頁(yè)巖脆-延轉(zhuǎn)化帶指脆性帶底界和延性帶頂界之間的深度帶。脆性帶底界采用超固結(jié)比門(mén)限值確定；延性帶的頂界依據(jù)脆延轉(zhuǎn)化臨界圍壓確定。

2 脆性帶底界的確定

基于OCR門(mén)限值確定脆性帶底界的具體過(guò)程包括：①單軸應(yīng)變?cè)囼?yàn)確定前期固結(jié)壓力(亦稱(chēng)名義固結(jié)壓力)；②三軸壓縮試驗(yàn)計(jì)算不同圍壓下的OCR值，數(shù)學(xué)擬合確定OCR門(mén)限值;③確定脆性帶底界深度。

2.1 單軸應(yīng)變?cè)囼?yàn)

利用單軸應(yīng)變?cè)囼?yàn)確定前期固結(jié)壓力。

圖1 泥頁(yè)巖脆-延轉(zhuǎn)化帶確定方法流程Fig.1 Schematic diagram showing the workflow of determining brittle-ductile transition zone of shales

在單軸應(yīng)變?cè)囼?yàn)中，采用壁厚為12 mm，內(nèi)徑23.24 mm，外徑35.5 mm，高度140 mm的鋼質(zhì)模具(45號(hào)鋼)對(duì)試樣的側(cè)向變形進(jìn)行約束。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用位移加載，位移加載速率為0.001 mm/s，同時(shí)在鋼質(zhì)套筒的外壁中部沿環(huán)向均勻地粘貼6個(gè)應(yīng)變片測(cè)量套筒的環(huán)向變形。通過(guò)所測(cè)鋼質(zhì)模具外側(cè)的環(huán)向變形，可以計(jì)算作用在試樣側(cè)壁的側(cè)向應(yīng)力，計(jì)算公式如下:

(1)

式中:p1為作用在內(nèi)壁上的壓力，Pa；a,b,E1分別為鋼質(zhì)模具的內(nèi)、外半徑和鋼的楊氏模量，分別為23.24 mm，35.50 mm和2.20×1011Pa；εθ為鋼質(zhì)模具外側(cè)測(cè)量的環(huán)向變形，%。

選取中國(guó)南方川東-鄂西地區(qū)志留系龍馬溪組和侏羅系桐竹園組兩種不同時(shí)代的泥頁(yè)巖樣品用于單軸應(yīng)變?cè)囼?yàn)，每種樣品各鉆取兩件，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

雖然兩種樣品成巖演化程度不同，但XRD分析得到的礦物組分基本一致。志留系龍馬溪組石英和粘土的含量分別為36%和50%，其余礦物占14%。侏羅系桐竹園組泥頁(yè)巖的石英和粘土礦物含量分別為40%和50%，其余占10%。利用公式(1)計(jì)算獲得側(cè)向應(yīng)力，編制軸向應(yīng)力-側(cè)向應(yīng)力交會(huì)圖(圖2，圖3)，交會(huì)圖上曲線(xiàn)斜率發(fā)生轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)力就是前期固結(jié)壓力[35-36]。志留系龍馬溪組和侏羅系桐竹園組的前期固結(jié)壓力平均值分別為155 MPa和26 MPa?？梢?jiàn)成巖演化程度更高，古埋深更大的志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖具有更高的前期固結(jié)壓力。

表1 川東-鄂西地區(qū)泥頁(yè)巖單軸應(yīng)變?cè)囼?yàn)測(cè)試結(jié)果Table 1 Results of the uniaxial strain test for the shale samples from eastern Sichuan-western Hubei area

圖3 川東-鄂西地區(qū)侏羅系桐竹園組側(cè)向應(yīng)力-軸向應(yīng)力交會(huì)圖Fig.3 Crossplot of lateral stress and axial stress of the Jurassic Tongzhuyuan Formation in eastern Sichuan-western Hubei areaa.桐竹園組1號(hào)樣品(樣品J1-1)，名義固結(jié)壓力pc為25.85MPa;b.桐竹園組2號(hào)樣品(樣品J1-2)，名義固結(jié)壓力pc為25.3MPa

2.2 三軸壓縮試驗(yàn)

三軸壓縮試驗(yàn)的目的是確定OCR門(mén)限值。OCR可以反映泥頁(yè)巖的脆性，OCR越大，脆性越大[32,37]。那么OCR達(dá)到多大值時(shí)，泥頁(yè)巖完全轉(zhuǎn)化為脆性，這是問(wèn)題的關(guān)鍵。本文將泥頁(yè)巖完全轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詴r(shí)的OCR值定義為OCR門(mén)限值(OCR門(mén)限值)。

在三軸壓縮試驗(yàn)中，給定了一系列圍壓值(對(duì)應(yīng)于實(shí)際地質(zhì)條件下的不同埋深)，測(cè)試不同圍壓下的峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度參數(shù)，再結(jié)合名義固結(jié)壓力，得到不同圍壓下的一系列OCR值，相當(dāng)于得到了抬升過(guò)程中不同剝蝕量情況下的OCR值。即：

(2)

三軸壓縮試驗(yàn)在長(zhǎng)春新特實(shí)驗(yàn)機(jī)械廠(chǎng)和中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所共同研制的XTR01 型微機(jī)控制電液伺服巖石三軸實(shí)驗(yàn)儀上完成。樣品采自與單軸應(yīng)變?cè)囼?yàn)樣品相同地點(diǎn)的志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖。三軸壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)及OCR計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

在表2中，峰值應(yīng)力即三軸壓縮試驗(yàn)?zāi)囗?yè)巖樣品破壞時(shí)的軸向應(yīng)力，圍壓即與軸向應(yīng)力垂直方向的應(yīng)力，主應(yīng)力差即峰值應(yīng)力與圍壓之差。歸一化主應(yīng)力差即主應(yīng)力差與圍壓之比。由名義固結(jié)壓力與圍壓之比，即得到該圍壓下的OCR值。由表2可知，隨著圍壓的降低，OCR增大，意味著隨著抬升剝蝕的增加，泥頁(yè)巖的OCR增大。

表2 川東-鄂西地區(qū)志留系龍馬溪組三軸壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)及OCR計(jì)算結(jié)果Table 2 Triaxial compression test data and calculated OCR of samples collected from the Silurian Longmaxi Formation in eastern Sichuan-western Hubei area

泥頁(yè)巖的OCR不僅能反映泥頁(yè)巖的脆性，而且能反映泥頁(yè)巖的抗剪強(qiáng)度[38]。OCR與歸一化抗剪強(qiáng)度(qu/σ3)之間存在如下關(guān)系[32]

qu/σ3=a×OCRb

(3)

式中:qu為三軸試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)的主應(yīng)力差，MPa ；σ3為三軸試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)的圍壓，MPa ；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a相當(dāng)于正常固結(jié)泥頁(yè)巖(OCR=1)的歸一化抗剪強(qiáng)度，b為擬合參數(shù)?？梢?jiàn)，OCR越大，泥頁(yè)巖的歸一化抗剪強(qiáng)度也越大。

如果將超固結(jié)比(OCR)與脆性指數(shù)(BRI)關(guān)聯(lián)[17]，則有：

(4)

BRI越大，脆性越大，當(dāng)BRI>2時(shí)，泥頁(yè)巖完全變成脆性[17]。因此，可將OCRb=2時(shí)的OCR值，作為泥頁(yè)巖的脆性破裂門(mén)限值，其中b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由歸一化抗剪強(qiáng)度與OCR數(shù)據(jù)擬合得到。由表2中的歸一化主應(yīng)力差和OCR數(shù)據(jù)繪制交會(huì)圖(圖4)。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合，得到歸一化主應(yīng)力差與OCR之間的函數(shù)關(guān)系為：y=2.472 3x0.728 5，R2=0.992 7，擬合程度非常高?？梢?jiàn)，擬合系數(shù)b=0.73，再由OCRb=2，得到OCR的門(mén)限值為2.6。即當(dāng)志留系龍馬溪組的OCR達(dá)到2.6時(shí)，將變?yōu)榇嘈浴?/p>

2.3 脆性帶底界深度

在獲得OCR門(mén)限值之后，結(jié)合最大垂直有效壓力，便可計(jì)算脆性帶底界深度。地下泥頁(yè)巖最大垂直有效壓力可以通過(guò)埋藏史恢復(fù)得到。由埋藏史恢復(fù)得到最大古埋深，由最大古埋深計(jì)算最大垂直有效壓力。由OCR的定義可知：

(5)

式中:ρ1為最大埋深時(shí)上覆地層平均密度，g/cm3；ρ2為現(xiàn)今上覆地層平均密度，g/cm3；Hmax，最大古埋深，m；Hpresent為現(xiàn)今埋深，m。

當(dāng)OCR達(dá)到門(mén)限值時(shí)的埋深，即為脆性帶底界深度(Hb)：

(6)

以中國(guó)南方川東-鄂西地區(qū)焦頁(yè)1井、河頁(yè)1井、建深1井、丁頁(yè)1HF和丁頁(yè)2HF為例，采用回剝法[39]恢復(fù)埋藏史，得到最大古埋深Hmax。由志留系底界最大古埋深和龍馬溪組泥頁(yè)巖OCR門(mén)限值2.6，即可計(jì)算脆性帶的底界深度，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，川東-鄂西地區(qū)志留系龍馬溪組脆性帶底界埋深變化于1 940～2 763 m。脆性帶的底界深度隨最大古埋深的變化而變化，最大古埋深越大，脆性帶的底界深度也越大。

圖4 川東-鄂西地區(qū)志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖OCR與歸一化最大主應(yīng)力差交會(huì)圖Fig.4 Crossplot of normalized principal stress difference and OCR of the Silurian Longmaxi Formation shales in eastern Sichuan-western Hubei area

井名最大埋深/m現(xiàn)今埋深/m脆性帶底界埋深/m焦頁(yè)1井5 7082 4092 195河頁(yè)1井6 4612 1622 485建深1井7 1844 9862 763丁頁(yè)1HF井5 0452 0501 940丁頁(yè)2HF井6 3544 3592 443

3 延性帶頂界的確定

延性帶頂界由脆-延轉(zhuǎn)化臨界圍壓折算成深度獲得。通常認(rèn)為，當(dāng)三軸壓縮試驗(yàn)的峰后應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)反映完全塑性特征時(shí)的圍壓為脆-延轉(zhuǎn)化臨界圍壓[40]。利用三軸壓縮試驗(yàn)獲得的峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度數(shù)據(jù)，計(jì)算殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度之比，編制圍壓和殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度之比交會(huì)圖(圖5)，線(xiàn)性擬合得到泥頁(yè)巖的圍壓與殘余強(qiáng)度/峰值強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)殘余強(qiáng)度/峰值強(qiáng)度為1時(shí)對(duì)應(yīng)的圍壓，即為泥頁(yè)巖脆延轉(zhuǎn)化臨界圍壓。

由圖5可知，隨著圍壓的增加，殘余強(qiáng)度/峰值強(qiáng)度也增大，二者之間呈高度線(xiàn)性相關(guān)性(y=ax-b)。那么，當(dāng)x=1時(shí)，y=a-b即為臨界圍壓。由脆-延轉(zhuǎn)化的臨界圍壓所折算的深度，即為延性帶頂界深度。即：

Hd=100(a-b)/(ρ-1.07)

(7)

式中:Hd為延性帶頂界深度，m；ρ為上覆地層密度，g/cm3；a和b為擬合常數(shù)。

圖5 川東-鄂西地區(qū)志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖殘余強(qiáng)度/峰值強(qiáng)度隨圍壓變化關(guān)系Fig.5 Variation of residual strength/peak intensity with the confining pressure of the Longmaxi Formation shales in eastern Sichuan-western Hubei area

井名上覆地層平均密度/(g·cm-3)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差/(g·cm-3)延性帶頂界深度/m深度標(biāo)準(zhǔn)偏差/m焦頁(yè)1井2.670.0784 464319焦頁(yè)11-4井2.670.0384 466109河頁(yè)1井2.680.0494 428184建深1井2.640.0824 545252丁頁(yè)1HF2.670.0984 492411丁頁(yè)2HF2.680.0434 438132總體平均2.670.0654 470230

由圖5得到的線(xiàn)性擬合關(guān)系式為y=112.66x- 41.415，可以計(jì)算得到志留系龍馬溪組的脆-延轉(zhuǎn)化臨界圍壓為71.2 MPa。由密度測(cè)井曲線(xiàn)計(jì)算獲得上覆地層的平均密度。地層水的密度取1.07 g/cm3，將脆-延轉(zhuǎn)化臨界圍壓和密度結(jié)合，得到川東-鄂西地區(qū)代表性頁(yè)巖氣探井志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖延性帶的頂界深度為4 470 m±230 m(表4)，也就是說(shuō)，在川東-鄂西地區(qū)，當(dāng)志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖的埋深超過(guò)4 470 m±230 m，就轉(zhuǎn)變?yōu)檠有浴?/p>

4 泥頁(yè)巖脆-延轉(zhuǎn)化帶及其意義

4.1 脆-延轉(zhuǎn)化帶

在抬升過(guò)程中由圍壓控制的脆-延轉(zhuǎn)化不是突變的而是逐漸轉(zhuǎn)化的。在完全脆性和完全延性之間存在一個(gè)脆-延轉(zhuǎn)化帶。在確定了脆性帶底界和延性帶頂界之后，二者之間的過(guò)渡帶即為脆-延轉(zhuǎn)化帶。川東-鄂西地區(qū)焦頁(yè)1井、河頁(yè)1井、丁頁(yè)2HF井和建深1井志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖的脆性帶底界深度分別為2 195，2 485，2 443和2 763 m，延性帶頂界深度分別為4 464，4 428，4 438和4 545 m，那么，脆-延轉(zhuǎn)化帶的深度區(qū)間分別為：2 195～4 464，2485～4 428，2 443～4 438和2 763～ 4 545 m。

由于不同地區(qū)某套泥頁(yè)巖的最大古埋深不同，抬升剝蝕程度不同，所受最大垂直有效壓力也不同，因此，脆性帶底界深度也不同。雖然對(duì)于給定泥頁(yè)巖的脆-延轉(zhuǎn)化臨界圍壓相同，但由于上覆地層密度的差異性，導(dǎo)致延性帶的頂界也存在一定的差別。因此，同一套泥頁(yè)巖的脆-延轉(zhuǎn)化帶在不同地區(qū)也相應(yīng)地存在一定的差別。計(jì)算結(jié)果顯示，河頁(yè)1井、焦頁(yè)1井和丁頁(yè)2HF井志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖分別處于脆性帶、脆-延轉(zhuǎn)化帶和延性帶。

4.2 脆-延轉(zhuǎn)化帶的地質(zhì)意義

由本文建立的技術(shù)方法所確定的脆-延轉(zhuǎn)化帶可以作為中國(guó)南方復(fù)雜構(gòu)造改造區(qū)頁(yè)巖氣保存條件評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)，并且對(duì)水力壓裂效果評(píng)價(jià)也具有重要參考價(jià)值。

泥頁(yè)巖的脆-延性特征與天然裂縫發(fā)育及裂縫性質(zhì)密切相關(guān)，從而控制頁(yè)巖氣保存條件、影響泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性能和可壓性。在構(gòu)造應(yīng)力作用下，脆性泥頁(yè)巖容易發(fā)生脆性破裂，產(chǎn)生開(kāi)啟裂縫，導(dǎo)致其封閉能力顯著降低[32]。處于脆性帶的泥頁(yè)巖，雖然脆性好，可壓性好，但在構(gòu)造應(yīng)力或隆升剝蝕過(guò)程產(chǎn)生的張性裂縫導(dǎo)致保存條件變差，引起泥頁(yè)巖中游離氣大量散失。處于延性帶的泥頁(yè)巖，雖然延性好，不容易發(fā)生脆性破裂，保存條件好，但是水力壓裂時(shí)可壓性差，高圍壓下裂縫又容易發(fā)生閉合。而處于脆-延轉(zhuǎn)化帶的泥頁(yè)巖，既具有較好的可壓性、又可以形成一定的天然微裂縫且不破壞保存條件，因此，對(duì)儲(chǔ)集空間發(fā)育和頁(yè)巖氣保存都有利。

目的層處于脆性帶之內(nèi)的探井，由于保存條件被破壞，往往不具備工業(yè)產(chǎn)能，且頁(yè)巖氣組分以吸附氣為主，游離氣含量很低。鄂西地區(qū)的河頁(yè)1井志留系龍馬溪組位于脆性帶，壓裂未獲氣流，僅在泥頁(yè)巖巖芯表面見(jiàn)零星狀氣泡，做浸水試驗(yàn)無(wú)氣泡逸出，地層呈正常壓力變化，壓力系數(shù)約為1.0。在河頁(yè)1井井深2 156.22 m和2 163.87 m處的含氣量測(cè)試顯示總含氣量分別為0.74 m3/t和0.86 m3/t，以吸附氣為主。

目的層處于延性帶之內(nèi)的探井，由于水力壓裂裂縫容易閉合，即使初產(chǎn)產(chǎn)量高，但難以穩(wěn)產(chǎn)。川東南地區(qū)的丁頁(yè)2HF井志留系龍馬溪組接近于延性帶，最高初產(chǎn)達(dá)10×104m3/d，但很快降至2.6×104m3/d。

目的層處于脆-延轉(zhuǎn)化帶的探井雖然不一定高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)(因?yàn)槌舜?延性和保存條件之外，頁(yè)巖氣富集成藏還受有機(jī)碳含量(TOC)、鏡質(zhì)體反射率(Ro)、孔隙度等其他很多因素控制)，但高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)井通常位于脆-延轉(zhuǎn)化帶之內(nèi)。川東礁石壩地區(qū)的探井志留系龍馬溪組位于脆-延轉(zhuǎn)化帶，既高產(chǎn)又穩(wěn)產(chǎn)(因斷層破壞除外)。焦頁(yè)1井初產(chǎn)氣產(chǎn)量20.3×104m3/d，穩(wěn)產(chǎn)(6～6.5)×104m3/d，游離氣含量超過(guò)50%。

以上鉆井的頁(yè)巖氣產(chǎn)量高低、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間、吸附氣與游離氣含量之間的巨大差別，并非烴源條件、儲(chǔ)集條件等成藏要素的控制，而是受保存條件和水力壓裂效果控制。河頁(yè)1井和焦頁(yè)1井的TOC及Ro基本一致。河頁(yè)1井志留系龍馬溪組有TOC介于1.28%～5.28% ,平均為2.54%；Ro為2.6%～2.8%，平均值2.7%。焦頁(yè)1井龍馬溪組泥頁(yè)巖TOC為0.8%～5.8%，平均為2.5%；Ro為2.5%～3.1%。但前者失利，后者為工業(yè)頁(yè)巖氣井，其主要原因可能在于河頁(yè)1井抬升剝蝕大，志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖處于脆性帶，保存條件遭受破壞。河頁(yè)1井志留系龍馬溪組不僅含氣量低，且以吸附氣為主，說(shuō)明游離氣已經(jīng)大量散失，地層壓力系數(shù)為1.0，保存條件較差可能是主要原因。焦頁(yè)1井志留系龍馬溪組泥壓力系數(shù)為1.45[41]，頁(yè)巖氣中游離氣含量高，表明保存條件良好。丁頁(yè)2HF井志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖接近于延性帶，雖然保存條件好，初產(chǎn)高，但泥頁(yè)巖延性大，水利壓裂裂縫在高圍壓下容易閉合，導(dǎo)致產(chǎn)量快速降低。

鑒于以上頁(yè)巖氣探井具有很好的代表性，因此，由本文提出的研究思路和技術(shù)方法所確定的脆-延轉(zhuǎn)化帶可以作為中國(guó)南方復(fù)雜構(gòu)造改造區(qū)海相頁(yè)巖氣保存條件和水力壓裂評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)。

5 結(jié)論

1) 泥頁(yè)巖脆性帶底界可以依據(jù)名義固結(jié)壓力和OCR門(mén)限值確定；延性帶的頂界可根據(jù)脆-延轉(zhuǎn)化臨界圍壓確定。脆性帶底界深度隨最大古埋深的變化而變化，最大古埋深越大，脆性帶的底界深度也越大。延性帶的頂界受脆延轉(zhuǎn)化臨界圍壓和上覆地層密度共同控制。

2) 川東-鄂西地區(qū)志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖脆性帶底界深度介于1 940 m～2 763 m，延性帶頂界深度大約為4 470 m±230 m。

3) 脆-延轉(zhuǎn)化帶可以作為中國(guó)南方復(fù)雜構(gòu)造改造區(qū)頁(yè)巖氣保存條件和水力壓裂評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)。脆性帶通常保存條件不好，延性帶往往壓裂效果不好，脆-延轉(zhuǎn)化帶既具有一定的保存條件，又具有較好的可壓性，是中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的最佳深度帶。