滇東北木桿向斜奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)

楊 平，汪正江，余 謙，劉 偉，熊?chē)?guó)慶，劉家洪，何江林

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081； 2.自然資源部 沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610081)

四川盆地及周緣是我國(guó)頁(yè)巖氣的重要勘探領(lǐng)域，2010年以來(lái)，涪陵[1-3]、威遠(yuǎn)—長(zhǎng)寧地區(qū)[4]奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組(O3w—S1ln)頁(yè)巖氣已獲得商業(yè)開(kāi)發(fā)，顯示出廣闊的頁(yè)巖氣勘探前景。前人研究表明，四川盆地周緣五峰組—龍馬溪組沉積相穩(wěn)定，發(fā)育厚度穩(wěn)定的深水陸棚相黑色頁(yè)巖[5-6]。四川盆地盆緣構(gòu)造變形強(qiáng)烈，一般認(rèn)為對(duì)頁(yè)巖氣保存不利。近年來(lái)，在四川盆地外圍構(gòu)造復(fù)雜區(qū)貴州安場(chǎng)、鄂西部署了多口探井，證實(shí)盆外弱改造區(qū)仍具備良好的頁(yè)巖氣資源潛力[7-9]。四川盆地西南緣的滇東北及鄰區(qū)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖沉積相類(lèi)型好，頁(yè)巖厚度大[10-11]，在該區(qū)圍繞構(gòu)造高部位先后部署了My1、Yd1、Yy1及Y201等鉆井，但均未獲得頁(yè)巖氣商業(yè)發(fā)現(xiàn)?；跇?gòu)造保存條件研究，該區(qū)頁(yè)巖氣勘探思路已由傳統(tǒng)的“正向構(gòu)造”向“穩(wěn)定向斜”轉(zhuǎn)變，優(yōu)選木桿向斜等有利區(qū)，相繼進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查井鉆探和驗(yàn)證。

2016年以來(lái)，先后在木桿向斜東部和西部分別鉆探2口頁(yè)巖氣井。利用鉆井巖心，進(jìn)行地球化學(xué)、礦物組成及物性分析，結(jié)合頁(yè)巖發(fā)育特征，綜合評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣資源潛力。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地西南緣主要構(gòu)造變形及抬升發(fā)生在燕山期—喜馬拉雅期，按照活動(dòng)時(shí)期的先后大致可以劃分出EW、NE、NW和SN等方向構(gòu)造。該區(qū)磷灰石裂變徑跡曲線研究表明，燕山構(gòu)造主要抬升及變形應(yīng)在95～65 Ma左右，喜馬拉雅期構(gòu)造抬升始于10 Ma[12-13]。在上述多期構(gòu)造疊加下，形成一系列構(gòu)造穹窿、殘留向斜和弧形構(gòu)造等(圖1)。木桿向斜為燕山期—喜馬拉雅期構(gòu)造改造后殘留向斜，向斜核部為下三疊統(tǒng)。地表構(gòu)造調(diào)查和二維地震解釋成果顯示，該向斜核部大致位于Xd2井。向斜不具有對(duì)稱(chēng)性，西部地層平緩，地層傾角在5～10°之間，向西過(guò)渡為長(zhǎng)坪背斜，核部出露震旦系；東翼地層傾角相對(duì)較陡，向東過(guò)渡為中和高陡背斜，核部出露下古生界。在木桿向斜部署的Xd2和Ydd3地質(zhì)調(diào)查井鉆探查明該區(qū)奧陶系—志留系發(fā)育狀況和埋藏深度，其中Xd2井五峰組底界埋深2 081.84 m，Ydd3井五峰組底界埋深1 815.62 m。早志留世木桿向斜依次沉積龍馬溪組、石牛欄組和韓家店組，志留系厚度可達(dá)817～936 m；志留紀(jì)末受廣西運(yùn)動(dòng)影響，志留系有短暫暴露和少量剝蝕；泥盆紀(jì)為裂谷盆地形成與演化階段，由南向北逐漸超覆在下古生界上，且沉積范圍受該時(shí)期南北向正斷裂控制。以漂壩斷裂為界，斷裂以東泥盆系厚度316 m，主要為泥頁(yè)巖、灰?guī)r及石英砂巖等；斷裂以西，二疊系直接覆蓋在志留系之上。二疊系巖性及厚度分布穩(wěn)定，中二疊統(tǒng)棲霞組、茅口組灰?guī)r厚度合計(jì)455～486 m；上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖厚320～375 m，樂(lè)平組厚約109 m。向斜中部和東部發(fā)育下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組和銅街子組，主要巖性為紫紅色泥巖、粉砂巖。

圖1 滇東北木桿向斜位置

2 鉆井揭示頁(yè)巖發(fā)育特征

Xd2井2016年8月完鉆，位于木桿向斜東部。開(kāi)鉆層位為上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖；完鉆井深2 100 m，完鉆層位為上奧陶統(tǒng)臨湘組。鉆井液密度為1.01～1.05 g/cm3，泥漿黏度18～29 s，整個(gè)井段未發(fā)生泥漿漏失，估算五峰組—龍馬溪組地層壓力系數(shù)1.0。該井在井深1 921 m鉆遇龍馬溪組一段(S1ln1)黑色碳質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，氣測(cè)值∑Cn：0.069%↑1.524%，C1：0.069%↑1.126%，水浸實(shí)驗(yàn)起泡劇烈，呈串珠狀上涌，最大現(xiàn)場(chǎng)解析量(常態(tài))可達(dá)3.38 m3/t[14]。

Ydd3井2017年10月開(kāi)鉆，位于木桿向斜西部。開(kāi)鉆層位為下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組。鉆井液密度為1.01～1.05 g/cm3，泥漿黏度20～25 s。在井深320 m處，二疊系峨眉山玄武巖發(fā)生失返性漏失，估算五峰組—龍馬溪組地層壓力系數(shù)0.82。自2018年9月12日進(jìn)入龍馬溪組一段黑色碳質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)泥巖后，全烴∑Cn：0.553%↑7.845%，C1：0.403%↑6.904%，全烴顯示維持在較高水平，且峰值可達(dá)基質(zhì)的8～14倍，至五峰組上段(1 808 m)，具有良好全烴顯示井段厚110 m。同時(shí)，從井深1 768 m開(kāi)始，水浸實(shí)驗(yàn)起泡劇烈，含氣量趨于穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)解析氣量為0.80～2.23 m3/t，平均1.42 m3/t(常態(tài))，連續(xù)厚度達(dá)38.46 m。上述表明四川盆地西南緣木桿向斜五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖整體含氣性好，含氣頁(yè)巖厚度大，并呈連續(xù)分布，木桿向斜頁(yè)巖氣區(qū)塊基本落實(shí)，進(jìn)一步證實(shí)殘留向斜等常壓構(gòu)造區(qū)[15]也具備較好的頁(yè)巖氣資源潛力。

3 有機(jī)地球化學(xué)特征

Xd2井鉆遇五峰組—龍馬溪組一段暗色頁(yè)巖，厚161.26 m，其中總有機(jī)碳含量大于1.0%的厚130 m；頁(yè)巖優(yōu)質(zhì)段(總有機(jī)碳含量大于2.0%)厚70 m，分布在五峰組上段和龍一段的1、2亞段，呈連續(xù)分布，有機(jī)碳含量平均為3.61%。Ydd3井鉆遇五峰組—龍馬溪組一段暗色頁(yè)巖，厚164.26 m，其中總有機(jī)碳含量大于1.0%的厚110 m；頁(yè)巖優(yōu)質(zhì)段(總有機(jī)碳含量大于2.0%)厚40 m，分布在五峰組上段和龍一段1亞段，呈連續(xù)分布，有機(jī)碳含量平均為3.00%。五峰組下段、五峰組上段—龍一段1亞段、龍一段2亞段和龍一段3亞段具有不同的有機(jī)質(zhì)含量，Xd2井上述各層段平均有機(jī)碳含量為1.56%，4.06%，1.92%和0.81%，Ydd3井分別為1.42%，3.00%，1.47%和0.90%，總體上由下至上表現(xiàn)為先增加、再減小。有機(jī)質(zhì)含量最高的層段分布于五峰組上段—龍一段1亞段，該層段Xd2井和Ydd3井厚度分別為43 m和38 m(表1)。

有機(jī)顯微組分以腐泥組占優(yōu)勢(shì)，含量68%～97%，平均87.4%，鏡質(zhì)組3%～32%，平均12.6%，沒(méi)有殼質(zhì)組和惰質(zhì)組，為Ⅰ—Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)。各種生物體中δ13Corg值具有不同的特征，海生藻類(lèi)為-17‰～-28‰；海洋浮游生物脂肪質(zhì)具有較低的δ13Corg值，為-24‰～-34‰；海洋性自養(yǎng)菌具有最低的δ13Corg值，為-34‰～-36‰[16]。本次測(cè)定Ydd3井五峰組—龍馬溪組一段干酪根碳同位素值-30.2‰～-27.0‰，表明有機(jī)質(zhì)主要為低等菌藻或浮游生物等輸入。采用瀝青反射率(BRo)恢復(fù)有機(jī)質(zhì)成熟度，等效鏡質(zhì)體反射率VRo按公式VRo=0.668BRo+0.346[17]進(jìn)行計(jì)算。Xd2井和Ydd3井瀝青反射率為3.46%～3.78%和3.46%～4.00%，平均等效鏡質(zhì)體反射率VRo為2.79%和2.73%。

圖2 滇東北木桿向斜Xd2井五峰組—龍馬溪組一段頁(yè)巖儲(chǔ)層柱狀圖

區(qū)塊/鉆井層段深度/m總有機(jī)碳含量/%范圍平均樣品數(shù)平均礦物組成/%石英長(zhǎng)石碳酸鹽巖黃鐵礦黏土樣品數(shù)木桿向斜東部/Xd2井木桿向斜西部/Ydd3井S1ln311 921～1 9750.25～1.620.814425.108.7027.601.6037.001S1ln211 975～2 0320.40～3.711.925429.849.8625.142.8332.348O3w2+S1ln112 032～2 0752.28～10.124.064229.896.9737.593.8821.6710O3w12 075～2 0821.23～2.101.56336.702.2043.703.1514.252S1ln311 651～1 7160.43～2.080.902828.199.5321.631.5639.008S1ln211 716～1 7680.75～2.281.472829.249.5922.341.8236.9312O3w2+S1ln111 768～1 8061.16～6.773.002138.355.5231.253.0921.7115O3w11 806～1 8160.86～2.091.42636.102.9844.451.4815.434

4 巖石礦物組成

Xd2井和Ydd3井五峰組—龍馬溪組一段分別分析21件和39件全巖礦物組分。Xd2井五峰組—龍馬溪組一段石英含量16.5%～40.70%，平均31.36%；長(zhǎng)石含量1.90%～11.40%，平均7.70%；黏土礦物含量10.50%～42.5%；碳酸鹽巖含量11.90%～64.80%；黃鐵礦含量2.30%～6.30%。Ydd3井五峰組—龍馬溪組一段石英含量22.8%～69.5%，平均31.36%；長(zhǎng)石含量1.10%～17.10%，平均7.24%；黏土礦物含量6.30%～54.6%；碳酸鹽巖含量5.50%～55.80%；黃鐵礦含量2.30%～6.30%。區(qū)域?qū)Ρ确治霰砻?，木桿向斜石英和長(zhǎng)石含量較低，碳酸鹽巖含量高，且變化范圍大，普遍含黃鐵礦，黏土含量中等，在礦物組成三角圖中與威遠(yuǎn)—長(zhǎng)寧大致處于同樣的區(qū)域，且分布范圍更加集中(圖3a)。

五峰組下段主要為灰黑色薄層硅質(zhì)巖和灰黑色薄—中層鈣質(zhì)碳質(zhì)泥巖。礦物組分主要特點(diǎn)是石英和碳酸鹽巖含量相對(duì)較高，黏土礦物含量最低。Xd2井和Ydd3井五峰組下段石英含量分別為36.70%和36.10%，碳酸鹽巖含量分別為43.70%和44.45%，而黏土礦物含量?jī)H為14.25%和15.43%(圖3b)。

五峰組上段—龍一段1亞段石英和碳酸鹽巖含量高且變化范圍較大，如Ydd3井該段石英含量24.4%～69.5%，平均38.35%；碳酸鹽巖含量8.4%～54.6%，平均31.25%，這與巖心的巖性組合特征基本吻合。該段底部的硅質(zhì)巖很大一部分可能為熱液成因硅質(zhì)，數(shù)層斑脫巖的存在也說(shuō)明這一點(diǎn)。該段具有最高的黃鐵礦含量，反映水體還原增強(qiáng)，從平均值看，Xd2井和Ydd3井分別達(dá)到3.88%和3.09%。長(zhǎng)石和黏土礦物含量較低，對(duì)比五峰組下段，各礦物組分具有一定繼承性。

龍一段2亞段，隨著熱液活動(dòng)減弱，沉積水體中硅質(zhì)逐漸消耗，陸源碎屑補(bǔ)給持續(xù)增加，水體稍稍變淺，還原強(qiáng)度減弱。該亞段石英、碳酸鹽巖和黃鐵礦含量明顯降低，同時(shí)長(zhǎng)石和黏土含量明顯增加。該亞段Xd2井和Ydd3井石英含量分別為29.89%和29.24%，碳酸鹽巖含量為25.14%和22.34%，長(zhǎng)石含量為9.86%和9.59%，黏土含量為32.34%和36.93%。對(duì)比龍一段2亞段，龍一段3亞段礦物組成具有很強(qiáng)的繼承性，該亞段具有最低的石英、碳酸鹽巖和黃鐵礦含量，同時(shí)長(zhǎng)石和黏土含量又是這4個(gè)分段中最高或者次高的。如Ydd3井該亞段石英、碳酸鹽巖和黃鐵礦含量?jī)H為28.19%、21.63%和1.57%，而長(zhǎng)石和黏土含量可以達(dá)9.53%和39.00%(圖4)。

5 儲(chǔ)層物性及孔隙特征

5.1 物性特征

氦氣法孔隙度—脈沖衰減法滲透率測(cè)試結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)含量與孔隙度具有正相關(guān)性，Xd2井五峰組上段—龍一段1亞段孔隙度為2.39%～8.53%，平均5.07%，橫向滲透率(0.002 8～15.0)×10-3μm2。Ydd3井同樣層段孔隙度為2.55%～5.12%，平均3.57%，橫向滲透率(0.000 01～1.4)×10-3μm2。滲透性差異系數(shù)(K0)采用公式K0=lgk橫向-lgk縱向計(jì)算，Xd2井頁(yè)巖K0為1.37～3.60，平均1.63；Ydd3井除個(gè)別縱向滲透率大于橫向外，大部分頁(yè)巖K0為0.27～5.78，平均2.59。按照“DZ/T 0254—2014頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)”，屬于以中等孔隙為主、低—特低滲透率的儲(chǔ)層，且橫向滲透率較縱向滲透率平均高出2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，顯示該區(qū)頁(yè)巖氣以水平擴(kuò)散為主要特點(diǎn)。

圖3 滇東北木桿向斜五峰—龍馬溪組一段頁(yè)巖礦物組成及與鄰區(qū)對(duì)比

圖4 滇東北木桿向斜Ydd3井五峰組—龍馬溪組一段頁(yè)巖全巖分析

5.2 孔隙類(lèi)型

使用JEOLJSM-6610LV掃描電鏡，對(duì)頁(yè)巖進(jìn)行氬離子拋光掃描電子顯微鏡觀察。頁(yè)巖孔隙類(lèi)型按照成因可劃分為無(wú)機(jī)孔、有機(jī)質(zhì)孔和裂縫。

(1)無(wú)機(jī)孔。主要有溶蝕孔、晶間孔，另有少量粒間殘余孔、粒內(nèi)孔等。溶蝕孔多為黏土礦物和碎屑顆粒粒間、粒內(nèi)溶蝕孔，多呈不規(guī)則狀，連通性較好。黏土礦物主要是伊利石和綠泥石，黏土礦物晶間微孔發(fā)育，孔徑5～30 nm不等，片狀黏土礦物之間發(fā)育晶間微裂縫，裂縫延伸2～100 μm。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖形成于還原環(huán)境，沉積環(huán)境穩(wěn)定(圖5a)，泥頁(yè)巖沉淀大量分散狀、團(tuán)塊狀及草莓狀黃鐵礦。特別是龍一段1亞段，黃鐵礦含量普遍較高(圖5b，h，i)，鏡下顯示草莓狀黃鐵礦發(fā)育晶粒間孔，孔徑多在25～50 nm之間，孔隙中往往充填有機(jī)質(zhì)。

圖5 滇東北木桿向斜五峰組—龍馬溪組一段巖心及孔隙特征

a.Xd2井龍一段1亞段黑色頁(yè)巖，含少量粉砂，2 058.8～2 064.80 m；b.Ydd3井龍一段2亞段黑色頁(yè)巖，水平紋層和頁(yè)理發(fā)育，可見(jiàn)黃鐵礦結(jié)核，1 721.10 m；c.Ydd3井龍一段2亞段花瓣筆石、三角半耙筆石，1 766.60 m；d.Xd2井龍一段2亞段，現(xiàn)場(chǎng)解析量2.29 m3/t，2 000 m；e.Xd2井龍一段2亞段，現(xiàn)場(chǎng)解析量1.54 m3/t，2 006 m；f.Ydd3井龍一段1亞段，現(xiàn)場(chǎng)解析量2.23 m3/t，1 803 m；g.Xd2井礦物溶蝕孔隙，0.020～0.120 μm，背散射，×18 000，2 000 m；h.Xd2井黃鐵礦晶間孔隙，0.030～0.263 μm，背散射，×15 000，2 000 m；i.Xd2井黃鐵礦晶間孔隙，0.032～0.333 μm，背散射，×14 000，2 052.40 m；j.Xd2井有機(jī)質(zhì)孔隙，0.031～0.279 μm，背散射，×13 000，2 050.40 m；k.Xd2井有機(jī)質(zhì)孔隙，0.022～0.162 μm，背散射，×18 000，2 055.50 m； l.Xd2井有機(jī)質(zhì)孔隙，0.040～0.170 μm，背散射，×15 000，2 070.40 m

Fig.5 Shale core and pore characteristics of O3w-S1ln1in Mugan syncline, northeastern Yunnan

(2)有機(jī)質(zhì)孔。鏡下觀察顯示，Xd2井在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部及富有機(jī)質(zhì)黏土中形成了“蜂窩狀”有機(jī)質(zhì)孔隙，局部面孔率達(dá)到40%以上，有機(jī)質(zhì)孔隙大小多在2～10 nm，部分大型有機(jī)質(zhì)孔在50～150 nm(圖5j，k，l)。有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度直接決定了頁(yè)巖物性和含氣性的優(yōu)劣，現(xiàn)場(chǎng)解析高的層段一般具有較高的孔隙度和有機(jī)質(zhì)含量(圖5d，e，f)，有機(jī)質(zhì)孔也異常發(fā)育。五峰組—龍馬溪組發(fā)育多個(gè)筆石帶(圖5c)，局部呈疊加堆積式或紋層狀分布。筆石體上發(fā)育大量有機(jī)質(zhì)，具有網(wǎng)狀生物組織結(jié)構(gòu)。筆石體內(nèi)發(fā)育蜂窩狀孔隙，對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間具有重要貢獻(xiàn)，同時(shí)也可作為頁(yè)巖氣流動(dòng)的優(yōu)勢(shì)通道[18]。

(3)裂縫。大體可以觀察到不規(guī)則微裂縫和層間頁(yè)理縫。不規(guī)則微裂縫普遍發(fā)育，縫寬0.189～3.399 μm，連通性較好，發(fā)育主控因素為構(gòu)造應(yīng)力、生烴增壓和有機(jī)酸溶蝕，后期不同程度被方解石充填，或者未充填。層間頁(yè)理縫主要指具剝離線理的平行層理紋層面間的孔縫，為沉積作用所形成，頁(yè)理為力學(xué)性質(zhì)薄弱的界面，極易剝離。該區(qū)龍馬溪組紋層狀粉砂質(zhì)頁(yè)巖及鈣質(zhì)頁(yè)巖的亮暗相間處發(fā)育大量頁(yè)理縫，一般順層發(fā)育且被瀝青全充填或半充填。

總體而言，木桿向斜龍馬溪組頁(yè)巖發(fā)育大量微米—納米級(jí)孔隙，尤其是五峰組—龍一段1亞段有機(jī)孔特別發(fā)育，為頁(yè)巖氣富集提供了良好的儲(chǔ)集空間，層間頁(yè)理縫的發(fā)育有利于水力壓裂人工造縫，容易形成立體裂縫網(wǎng)絡(luò)，提高頁(yè)巖氣產(chǎn)能。

5.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

氮?dú)馕椒ㄔ诒碚骺捉Y(jié)構(gòu)時(shí)更能得到微觀結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)信息和總體特征，在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔隙研究中得到廣泛應(yīng)用[19-22]。氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)使用的儀器為比表面積和微孔分析儀(ZJ297)，吸附—脫附相對(duì)壓力(P/P0)范圍為0.01～0.99，由此得到頁(yè)巖的吸附、脫附曲線，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出BET比表面積、BJH總孔容和BJH平均孔直徑等數(shù)據(jù)。

(1)吸附—脫附曲線。各樣品氮?dú)馕健摳角€特征類(lèi)似(圖6a)。吸附曲線整體呈反S形，類(lèi)似于諧式多層吸附曲線。在相對(duì)壓力(P/P0)0.10～0.85的區(qū)域，吸附量隨相對(duì)壓力的增高而緩慢增加，吸附曲線相對(duì)平坦，在該階段發(fā)生多分子層吸附。在相對(duì)壓力大于0.85后，液氮吸附量急劇增加，并且在達(dá)到飽和蒸氣壓時(shí)未出現(xiàn)飽和吸附。脫附曲線在中值壓力附近很陡，且吸—脫附曲在相對(duì)壓力0.42～0.99的區(qū)域呈現(xiàn)出分離特征，說(shuō)明頁(yè)巖孔隙存在毛細(xì)凝聚現(xiàn)象，這是頁(yè)巖中存在一定的中孔和大孔造成的。按照Brunauer對(duì)吸—脫附曲線分類(lèi)和孔隙類(lèi)型劃分方案[23]，此類(lèi)頁(yè)巖孔隙以規(guī)則的兩端開(kāi)口圓筒孔和狹窄的平行板孔為主，還包括部分兩端開(kāi)口的錐形管孔和墨水瓶形等無(wú)定型孔。

(2)孔隙體積。Xd2井五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖總孔容0.007 5～0.014 6 cm3/g，平均0.010 5 cm3/g。Ydd3井頁(yè)巖BJH總孔容為0.003 9～0.019 7 cm3/g，上、下部頁(yè)巖總孔容差異較大，含氣性最好的五峰組上段—龍一段1亞段(井深1 768～1 806 m)BJH總孔容為0.011 1～0.019 7 cm3/g，平均0.014 2 cm3/g。頁(yè)巖總孔容與總有機(jī)碳含量相關(guān)性非常好，有機(jī)碳含量越高，總孔容越大。

(3)孔徑。從平均孔直徑來(lái)看，Xd2井BJH平均孔直徑4.87～5.97 nm，Ydd3井BJH平均孔直徑4.53～6.82 nm。以介孔發(fā)育為主，微孔次之，大孔較少。大于50 nm的孔隙數(shù)量比例為0.03%～0.06%，對(duì)總孔容的貢獻(xiàn)達(dá)到8.01%～13.10%。介孔數(shù)量約占72.55%～74.40%，微孔占25.55%～27.41%，介孔和微孔對(duì)總孔容的貢獻(xiàn)達(dá)到86.90%～91.99%。

圖6 滇東北木桿向斜五峰組—龍馬溪組一段頁(yè)巖吸附實(shí)驗(yàn)

(4)比表面積。將吸附相對(duì)壓力0.99時(shí)的吸附量作為孔體積，據(jù)BET模型，Xd2井頁(yè)巖BET比表面積12.39～21.65 m2/g，Ydd3井頁(yè)巖BET比表面積15.83～36.93 m2/g，自下而上比表面積逐漸降低，與孔隙體積變化規(guī)律一致。同時(shí)，頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量越高，BET比表面積越大，反映有機(jī)質(zhì)微孔是頁(yè)巖比表面積的主要貢獻(xiàn)者，構(gòu)成頁(yè)巖氣吸附的主要空間。

6 頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)

木桿向斜五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖含氣量和資源量采用“DZ/T 0254—2014”標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)方法，根據(jù)吸附氣、游離氣之和確定總含氣量，其中吸附氣采用體積法計(jì)算，游離氣采用容積法確定。

(1)吸附氣含量。由于巖心在出筒前隨著溫度壓力發(fā)生改變，頁(yè)巖吸附能力下降，導(dǎo)致吸附氣損失，現(xiàn)場(chǎng)解析氣量一般小于等溫吸附氣量，兩者并不能進(jìn)行簡(jiǎn)單代替。因此利用等溫吸附和現(xiàn)場(chǎng)解析量數(shù)據(jù)對(duì)比可以進(jìn)行簡(jiǎn)單校正。選取Xd2井五峰組、龍馬溪組一段1亞段3件頁(yè)巖樣品，深度分別為2 050，2 062和2 070 m，總有機(jī)碳含量分別為4.57%，3.53%和6.04%，氦氣法孔隙度分別為9.98%，3.51%和6.66%，現(xiàn)場(chǎng)解析量分別為2.33，3.38和3.04 m3/t(常態(tài))，標(biāo)態(tài)為1.79，2.58和2.33 m3/t。對(duì)該3件頁(yè)巖進(jìn)行等溫吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，在60 ℃、21 MPa(相當(dāng)于地層壓力系數(shù)約1.0，埋深2 100 m)吸附量分別為1.77，2.74和2.80 mg/g，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下2.47，3.83和3.91 m3/t(圖6b)。據(jù)上述數(shù)據(jù)，大致估算等溫吸附含氣量比現(xiàn)場(chǎng)解析氣量平均高出52.4%。

(2)游離氣含量。計(jì)算公式如下：

Q=Φg×Sg×Z/ρ

式中：Q為游離氣量，m3/t；Φg為頁(yè)巖孔隙度，%；Sg為頁(yè)巖含氣飽和度，%，采用70%；ρ為頁(yè)巖密度，平均2.6 g/cm3；Z為CH4體積換算系數(shù)，涉及到的地層壓力和溫度分別采用地層壓力系數(shù)和地溫梯度估算，Xd2井壓力系數(shù)1.0，Ydd3井壓力系數(shù)0.82，地溫梯度為30 ℃/km。

計(jì)算結(jié)果表明，Xd2井五峰組下段、五峰組上段—龍一段1亞段、龍一段2亞段和龍一段3亞段平均總含氣量(標(biāo)態(tài))分別為2.11，4.31，2.87和1.67 m3/t。Ydd3井相應(yīng)層段分別為1.51，2.95，1.54和1.60 m3/t(表2)。

木桿向斜五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣有效含氣面積125.55 km2(埋深超1 500 m)，總資源量可達(dá)999.93×108m3，吸附氣和游離氣分別約占50%。其中五峰組上段—龍一段1亞段為主力含氣段，厚度38～43 m，平均有機(jī)碳含量為3.00%～4.06%，孔隙度2.39%～8.53%，資源量441.17×108m3，約占總體的44%。向斜東部龍馬溪組底界埋深約2 000～2 300 m，面積41.34 km2，資源量486.71×108m3；向斜西部龍馬溪組底界埋深約1 500～2 000 m，面積84.21 km2，資源量513.22×108m3。木桿向斜是一殘留向斜，壓力系數(shù)近似1.0，單井平均總含氣量略低于威遠(yuǎn)—長(zhǎng)寧及涪陵等高產(chǎn)區(qū)，但最高含氣量可達(dá)7.03 m3/t，含氣頁(yè)巖厚度大，橫向縱向連續(xù)分布，埋藏適中，具有較大的資源潛力。

7 結(jié)論

(1)木桿向斜五峰組—龍馬溪組一段暗色頁(yè)巖厚161.26～164.26 m，其中總有機(jī)碳含量大于1.0%的厚110～130 m。優(yōu)質(zhì)段(總有機(jī)碳含量大于2.0%)厚40～70 m，平均有機(jī)碳含量為3.00%～3.61%，干酪根碳同位素-30.2‰～-27.0‰，有機(jī)質(zhì)含量高且類(lèi)型好，等效鏡質(zhì)體反射率為2.73%～2.79%。

表2 滇東北木桿向斜頁(yè)巖氣資源量

(2)礦物組成具有較低含量的石英和長(zhǎng)石，較高含量的碳酸鹽巖和黃鐵礦，由下至上石英、碳酸鹽巖和黃鐵礦含量降低，長(zhǎng)石和黏土含量增加。頁(yè)巖孔隙度為2.39%～8.53%，橫向滲透率(0.000 01～15.0)×10-3μm2，屬于以中等孔隙為主，低—特低滲透率的儲(chǔ)層，孔隙類(lèi)型主要為有機(jī)質(zhì)演化形成的介孔和微孔。

(3)頁(yè)巖埋深約1 500～2 300 m，含氣面積約125.55 km2，資源量999.93×108m3。其中主力含氣層段位于五峰組上部—龍一段1亞段，厚度38～43 m，平均總含氣量2.95～4.31 m3/t。木桿向斜五峰組—龍馬溪組含氣頁(yè)巖厚度大，橫向上連續(xù)分布，埋藏適中，資源潛力良好。