川西南地區(qū)頁(yè)巖氣地質(zhì)特征及“甜點(diǎn)”綜合評(píng)價(jià)

張楨偉，程雨涵，趙發(fā)通

（西安石油大學(xué)，西安 710065）

隨著常規(guī)能源消耗的不斷增大，非常規(guī)能源越來(lái)越受到重視。頁(yè)巖氣的聚集區(qū)主要集中在四川盆地的東部和南部構(gòu)造相對(duì)比較簡(jiǎn)單的區(qū)域[1]。2017年，研究區(qū)域的頁(yè)巖氣產(chǎn)量每日達(dá)到800萬(wàn)m3，全年產(chǎn)量達(dá)到24.73億m3。為了進(jìn)一步研究構(gòu)造復(fù)雜區(qū)塊頁(yè)巖氣的資源潛力，本文從頁(yè)巖的分布特征、巖石物理學(xué)特征以及儲(chǔ)層的特征等幾個(gè)方面，對(duì)川西南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖氣的地質(zhì)特征進(jìn)行研究，進(jìn)而對(duì)研究區(qū)內(nèi)的“甜點(diǎn)”區(qū)做出綜合評(píng)價(jià)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)內(nèi)頁(yè)巖氣田位于四川盆地的西南部，分布在四川省宜賓市的長(zhǎng)寧縣、珙縣、興文縣和筠連縣境內(nèi)。工區(qū)主要屬山地地形，地貌包括大量的低山地和丘陵。海拔在400～1 300 m，相對(duì)高差最大達(dá)到900 m[2]。

研究區(qū)內(nèi)的頁(yè)巖氣田位于四川盆地與云貴高原的交錯(cuò)處。川南古坳中隆低陡構(gòu)造區(qū)與婁山褶皺帶在其兩側(cè)分布，川東褶皺沖斷帶西延于北邊給予一定的影響（見(jiàn)圖1），在南邊婁山褶皺帶演化給予一定的影響，所以研究區(qū)域是一個(gè)構(gòu)造復(fù)合體[3]。研究區(qū)內(nèi)地層受到一定的擠壓，主要受燕山期以來(lái)的陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅期印度板塊的影響，沉積蓋層屬于強(qiáng)烈的壓性構(gòu)造，構(gòu)造走向線以南北向、北東東向和北東向?yàn)橹鱗4]。五峰組-龍馬溪組為研究區(qū)塊頁(yè)巖氣勘探的主要目的層段。

圖1 四川盆地構(gòu)造區(qū)帶劃分

2 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖地質(zhì)特征

2.1 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖分布特征

2.1.1 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖傾角

根據(jù)頁(yè)巖的傾角大小和傾角方向，人們可以判斷地層平緩的程度，進(jìn)而判斷頁(yè)巖氣有利區(qū)。研究區(qū)的西部、西南部以及向斜中心部位奧陶系上統(tǒng)底界的地層傾角較小，主要在5°～15°，走向平緩，而東南部和北部?jī)A角較大，在15°～26°。

2.1.2 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖埋深

適當(dāng)?shù)穆癫厣疃仁琼?yè)巖氣富集區(qū)的一個(gè)有利因素，合適的溫度和壓力都很大部分取決于深度，也是目前頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的主要評(píng)價(jià)要素。研究區(qū)內(nèi)志留系下統(tǒng)龍馬溪組—奧陶系上統(tǒng)五峰組，埋深1 100～3 800 m，最大埋深3 800 m位于J井及其西北部的向斜中心，埋深大于2 000 m的面積達(dá)480 km2。

2.1.3 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖厚度

通過(guò)頁(yè)巖厚度、分布范圍，人們可以大致找出頁(yè)巖氣藏的邊界，頁(yè)巖的厚度也對(duì)頁(yè)巖氣藏的規(guī)模以及經(jīng)濟(jì)效益起著一定的作用[5]。研究區(qū)內(nèi)龍馬溪組黑色頁(yè)巖厚度大多在100～700 m以內(nèi)，底部大部分為黑色碳泥質(zhì)頁(yè)巖，厚度變化不均勻，TOC含量相對(duì)較高，為0.4%～1.6%，且分布穩(wěn)定，是一套高效烴源巖，R0值在1.83%～3.26%。四川盆地五峰組-龍馬溪組地層殘厚平面圖如圖2所示。

2.2 頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

2.2.1 巖石礦物特征

研究區(qū)內(nèi)頁(yè)巖儲(chǔ)層類型主要包含以下幾種頁(yè)巖，即含放射蟲(chóng)碳質(zhì)筆石頁(yè)巖、碳質(zhì)筆石頁(yè)巖、含骨針?lè)派湎x(chóng)筆石頁(yè)巖、含碳含粉砂泥頁(yè)巖、含碳質(zhì)筆石頁(yè)巖以及含粉砂泥巖等。研究區(qū)劃分的各個(gè)小層中，五峰組—龍一1亞段脆性礦物單井平均值大于70%，大部分為硅質(zhì)礦物，表現(xiàn)出良好的可壓裂性，并且其黏土含量平均為24.5%。

2.2.2 儲(chǔ)層物性特征

研究區(qū)內(nèi)五峰組—龍一1亞段的儲(chǔ)集空間主要分為孔隙和裂縫兩大類。頁(yè)巖儲(chǔ)層有微孔隙大量發(fā)育，可以分為晶內(nèi)溶孔及有機(jī)孔，而裂縫可以分為構(gòu)造縫、成巖縫、溶蝕縫與生烴縫。

（1）晶內(nèi)溶孔。晶內(nèi)溶孔是晶體、晶粒內(nèi)部被選擇性溶蝕后出現(xiàn)的，主要位于礦物晶體內(nèi)部，像白云石、方解石、長(zhǎng)石等，一般沿解理方向分布[6]。晶內(nèi)溶孔往往存在于較粗粒的研究層段，對(duì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能影響不大，孔徑一般在0.2～5μm（見(jiàn)圖3）。

（2）有機(jī)孔。有機(jī)孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要呈蜂窩狀，屬于一種干酪根內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，孔徑介于5～200 nm，大部分在150 nm左右，賦存于有機(jī)質(zhì)邊界和礦物顆粒邊界[7]。本次研究通過(guò)掃描電鏡觀察，在區(qū)內(nèi)頁(yè)巖內(nèi)有機(jī)質(zhì)呈分散狀分布，而在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部呈蜂窩狀微孔，孔徑在0.002～1.000 μm。所以，有機(jī)孔是頁(yè)巖氣重要的儲(chǔ)集場(chǎng)所（見(jiàn)圖4）。

圖3 晶內(nèi)溶孔，C井，2 174.04～2174.07 m

圖4 有機(jī)孔，F(xiàn)井，2 214.37～2 214.52 m

（3）裂縫。通過(guò)巖心樣品的分析，研究區(qū)塊中單井平均實(shí)際測(cè)量孔隙度在2.0%～6.8%，平均為5.4%（見(jiàn)表1），測(cè)井孔隙度在3.6%～7.3%。

表1 五峰組—龍一1亞段孔隙度實(shí)測(cè)值

2.2.3 有機(jī)質(zhì)類型

研究區(qū)內(nèi)五峰組—龍一1亞段TOC含量值最高，實(shí)際測(cè)量TOC含量在3.0%～4.2%。在縱向上，五峰組—龍一1亞段的單井各小層平均測(cè)井TOC值最高。龍一1亞段TOC值各小層大小關(guān)系是a＞c＞b＞d。

2.3 頁(yè)巖巖石物理學(xué)特征

2.3.1 測(cè)井曲線分析

通過(guò)分析研究區(qū)內(nèi)A井的測(cè)井曲線（見(jiàn)圖5），筆者發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖儲(chǔ)層的伽馬值偏高，脆性較好，TOC含量高，高孔隙度，高滲透率，含水飽和度較低。

圖5 A井龍馬溪組測(cè)井曲線分析

將龍馬溪組的縱波阻抗、縱橫波速度比進(jìn)行交會(huì)分析（見(jiàn)圖6），其中圖（a）中的顏色部分顯示的是TOC含量多少，暖色調(diào)（虛線區(qū)域）為含量值高的區(qū)域；圖（b）中的顏色部分顯示的是含水飽和度的分布，冷色調(diào)（虛線區(qū)域）為含水飽和度低值區(qū)；圖（c）中顏色部分為孔隙度的大小，暖色調(diào)（虛線區(qū)域）為孔隙度高值區(qū)；圖（d）中顏色部分為滲透率大小，暖色調(diào)（虛線區(qū)域）為滲透率高值區(qū)。經(jīng)研究可知，低縱波阻抗、低縱橫波速度比，這些特征是頁(yè)巖段儲(chǔ)層物性、含氣性較好的地層及優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖所具備的。

2.3.2 敏感參數(shù)優(yōu)選

（1）孔隙度預(yù)測(cè)。通過(guò)研究區(qū)內(nèi)已鉆A井、C井和J井三口井研究，從孔隙度與縱波阻抗的交會(huì)分析結(jié)果來(lái)看（見(jiàn)圖7），孔隙度與縱波阻抗具有相關(guān)性，且相關(guān)性較好，可以看出縱波阻抗與孔隙度呈負(fù)相關(guān)。

圖7 孔隙度與縱波阻抗交會(huì)圖

（2）TOC預(yù)測(cè)。通過(guò)已鉆A井、C井和J井三口井研究，從TOC與縱橫波速度比的交會(huì)分析結(jié)果可得（見(jiàn)圖8），TOC與VP/VS相關(guān)性較好，VP/VS值低的部分TOC高，這段屬于含氣段，VP/VS值高的部分TOC較低，這段屬于非含氣段，表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)（A）；對(duì)含氣層段分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)VP/VS值較低時(shí)，TOC值也是低值，表現(xiàn)出正相關(guān)（B）。

（3）脆性指數(shù)分析。通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)A井、C井和J井三口井研究，由圖9可知，脆性指數(shù)與楊氏模量呈現(xiàn)出正相關(guān)，隨著楊氏模量的增大，脆性指數(shù)增大；而與泊松比呈負(fù)相關(guān)，隨著泊松比增大，脆性指數(shù)隨著減小。

圖8 TOC含量敏感參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析圖

圖9 脆性指數(shù)敏感參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析圖

（4）總含氣量預(yù)測(cè)。對(duì)研究區(qū)內(nèi)A井、C井和J井三口井進(jìn)行研究，由圖10可以得出，含氣量與縱波阻抗的關(guān)系為負(fù)相關(guān)，即隨著縱波阻抗減小，含氣量逐漸增大。

圖10 總含氣量敏感參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析圖

3 研究區(qū)頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”綜合評(píng)價(jià)

在研究區(qū)內(nèi)，根據(jù)地質(zhì)“甜點(diǎn)”劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合斷層發(fā)育情況和總孔隙度指標(biāo)進(jìn)行分類。地質(zhì)“甜點(diǎn)”第Ⅰ類區(qū)域，孔隙度大部分大于5，且斷裂不發(fā)育；地質(zhì)“甜點(diǎn)”第Ⅱ類區(qū)域，距離復(fù)雜斷裂帶較遠(yuǎn)，地質(zhì)“甜點(diǎn)”第Ⅲ類區(qū)域，在斷裂發(fā)育區(qū)域（見(jiàn)圖11）。

關(guān)于工程“甜點(diǎn)”的相關(guān)影響參數(shù)，研究區(qū)的壓力系數(shù)均大于1.4，裂縫均呈現(xiàn)出較發(fā)育-發(fā)育，只需要對(duì)埋深、地層傾角兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，得出工程“甜點(diǎn)”的具體劃分區(qū)域（見(jiàn)圖12）。

圖11 A-J井區(qū)龍馬溪組地質(zhì)“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)圖

圖12 A-J井區(qū)龍馬溪組工程“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)圖

經(jīng)過(guò)對(duì)研究區(qū)多參數(shù)進(jìn)行綜合分析，最終得出“甜點(diǎn)”有利區(qū)，Ⅰ類區(qū)面積345.5 km2，Ⅱ類區(qū)面積132 km2，Ⅲ類區(qū)面積34.2 km2。Ⅰ類區(qū)主要分布于建武向斜和斜坡區(qū)，Ⅱ類區(qū)主要分布于建武向斜北翼和南翼與大雪山背斜毗鄰處，Ⅲ類區(qū)主要分布在大雪山背斜區(qū)域。

4 結(jié)論

工區(qū)內(nèi)西部、西南部及向斜中心部位地層平緩穩(wěn)定；東南部和北部地層傾角較大，整體呈現(xiàn)出東北較高、西南逐漸降低的趨勢(shì)。研究區(qū)內(nèi)的目的層深度在1 100～3 800 m，黑色頁(yè)巖厚度大多在100～700 m以內(nèi)，底部主要分布黑色碳泥質(zhì)頁(yè)巖，有機(jī)碳含量為0.4%～1.6%，R0為1.83%～3.26%，是一套高效烴源巖。

研究區(qū)內(nèi)五峰組—龍一1亞段儲(chǔ)集可劃分為孔隙和裂縫兩大類?？紫犊煞譃榫?nèi)溶孔及有機(jī)孔，裂縫可分為構(gòu)造縫、成巖縫、溶蝕縫及生烴縫。頁(yè)巖儲(chǔ)層中大量發(fā)育此類型的孔隙，其中微孔和小孔所占比例較大，是吸附態(tài)賦存的天然氣主要儲(chǔ)集空間，具有超低孔、超低滲、含氣性好等特征。

研究區(qū)綜合分析后，落實(shí)Ⅰ類區(qū)面積345.5 km2，落實(shí)Ⅱ類區(qū)面積132 km2，Ⅲ類區(qū)面積34.2 km2。由此可以得出，工區(qū)的下一步勘探重點(diǎn)主要在Ⅰ類區(qū)、Ⅱ類區(qū)所主要分布的建武向斜和斜坡區(qū)和建武向斜北翼和南翼與大雪山背斜毗鄰處。