海相沉積環(huán)境與沉積層序?qū)?yè)巖儲(chǔ)層含氣性的影響
——以黔淺1井五峰組-龍馬溪組為例

趙迪斐,郭英海,曾春林,焦偉偉,任呈瑤,王玉杰,于金巧

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 人工智能研究院，江蘇 徐州 221000；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州221116；3.自然資源部頁(yè)巖氣資源勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 401120；4.頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心,重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 401120；5.昆士蘭大學(xué) 可持續(xù)礦產(chǎn)中心，澳大利亞 布里斯班 4072)

0 引 言

沉積環(huán)境是頁(yè)巖儲(chǔ)層特征與含氣性特征的重要影響因素，控制著頁(yè)巖儲(chǔ)層的物質(zhì)成分、分布及其非均質(zhì)性，并進(jìn)而影響頁(yè)巖儲(chǔ)層的物性與含氣性[1-5]。受控于沉積條件差異，海相頁(yè)巖儲(chǔ)層具有縱向、橫向的非均質(zhì)性，具體體現(xiàn)在5個(gè)方面：脆性礦物、黏土礦物含量及礦物組合存在差異，礦物成因也存在成巖成因、陸源碎屑成因等不同成因的差異；有機(jī)質(zhì)豐度、類型存在差異；組成成分的比例、分異、賦存狀態(tài)、接觸關(guān)系存在差異；因物質(zhì)組分的非均質(zhì)性，在成巖作用控制下，儲(chǔ)層不同層段呈現(xiàn)生烴能力、儲(chǔ)集空間發(fā)育程度、物性、含氣性的差異；在沉積環(huán)境等因素的影響下，儲(chǔ)層不同層段、不同區(qū)域產(chǎn)能差異顯著[6-9]。故沉積環(huán)境是影響儲(chǔ)層含氣性的關(guān)鍵因素之一，對(duì)沉積條件的解剖，有助于揭示頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣性的控制機(jī)理，為頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)、資源預(yù)測(cè)評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。

近年來(lái)，海相頁(yè)巖沉積環(huán)境及古地理特征研究取得了一系列進(jìn)展，沉積環(huán)境及其影響下的礦物組分、有機(jī)質(zhì)富集模式，是頁(yè)巖氣優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層勘探開(kāi)發(fā)的重要依據(jù)[10-13]。目前，學(xué)者們已經(jīng)從古沉積環(huán)境特征、層序地層特征等方面對(duì)海相頁(yè)巖的控制影響因素展開(kāi)了研究和論述，在不同海相頁(yè)巖層系中取得了豐富的研究成果，表征了沉積環(huán)境與頁(yè)巖儲(chǔ)層的關(guān)系[2-9，12-18]，但某些方面仍有待深入研究，如沉積環(huán)境控制下的物質(zhì)分異和沉積構(gòu)造、沉積環(huán)境對(duì)頁(yè)巖含氣性的控制影響機(jī)理、何為關(guān)鍵影響因素、儲(chǔ)層非均質(zhì)性的控制因素、沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層含氣性的影響機(jī)理，等等。在沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育及含氣性的影響研究中，相比于地球化學(xué)角度的分析，結(jié)合巖石學(xué)特征、古生物、層序、地化特征的綜合研究可以加深儲(chǔ)層含氣性控制影響機(jī)理的研究深度，使研究結(jié)果的可應(yīng)用性得以增強(qiáng)。故本文綜合巖石手標(biāo)本研究、化石研究、巖心薄片觀察、測(cè)井小波分析、地化測(cè)試等手段，以黔淺1井五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層為例，討論海相頁(yè)巖沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層含氣性的影響，為頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)、資源評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景與測(cè)試條件

1.1 地質(zhì)背景

黔淺1井鉆于渝東南地區(qū)黔江區(qū)塊(圖1(a))，大地構(gòu)造位置屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)上揚(yáng)子臺(tái)坳渝東南拗褶黔江凹陷褶皺帶內(nèi)的桑拓平向斜，區(qū)域內(nèi)北北東、北東向褶皺、伴生褶皺發(fā)育，主要的富有機(jī)質(zhì)巖系包括上奧陶統(tǒng)五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖及下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖。桑拓平向斜展布方向?yàn)楸睎|-南西向，傾角相對(duì)平緩，主體斷裂不發(fā)育。黔淺1井鉆于桑拓平向斜北東軸部，揭露地層包括第四系地層、志留系小河壩組、新灘組、龍馬溪組及奧陶系五峰組、臨湘組。底部臨湘組主要為灰色中厚層狀瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r，五峰組頁(yè)巖與臨湘組瘤狀灰?guī)r呈整合接觸，巖性主要是黑色碳質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖，厚度約8 m，頂部為觀音橋段泥灰?guī)r-灰質(zhì)泥巖，見(jiàn)赫南特貝化石。龍馬溪組與下伏五峰組呈整合接觸，在志留紀(jì)早期對(duì)應(yīng)古地理環(huán)境屬于泥質(zhì)深水陸棚環(huán)境(圖1(b))，巖性主要為黑色-灰黑色碳質(zhì)頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖，上部見(jiàn)泥質(zhì)粉砂巖，底部頁(yè)巖筆石含量豐富、富筆石水平層理非常發(fā)育(圖1(c))。

1.2 研究方法

為探究頁(yè)巖儲(chǔ)層沉積環(huán)境對(duì)含氣性的影響，本文采取了手標(biāo)本研究、化石研究、巖心薄片觀察、測(cè)井小波分析、地化測(cè)試、儲(chǔ)層特征測(cè)試等手段展開(kāi)綜合研究。通過(guò)對(duì)黔淺1井及鄰近地區(qū)4口鉆孔的巖心編錄與手標(biāo)本研究，系統(tǒng)觀測(cè)巖性、沉積構(gòu)造、大化石特征等在垂向上的變化，并選取典型樣品制作薄片200余片，利用高分辨率顯微鏡觀察微觀物質(zhì)組分與分異特征；利用黔淺1井798～700 m五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖層段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)井小波分析，結(jié)合巖性特征、地化數(shù)據(jù)以及鄰近地區(qū)鉆孔信息，綜合劃分層序地層格架?；趯有虻貙痈窦芟碌某练e環(huán)境差異，結(jié)合儲(chǔ)層發(fā)育特征、含氣性特征，對(duì)沉積環(huán)境影響儲(chǔ)層含氣性的機(jī)理展開(kāi)討論。

圖1 渝東南地區(qū)黔淺1井鉆孔位置

1.3 測(cè)試條件

薄片觀測(cè)完成于煤層氣資源與成藏過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，采用了德國(guó)徠卡DM2700P研究級(jí)LED偏光顯微鏡。自然伽馬測(cè)井主要是對(duì)地層中元素放射性的捕捉和反饋，而黏土級(jí)礦物對(duì)這些元素具有較強(qiáng)的吸附作用，故通過(guò)測(cè)井信號(hào)，可以輔助分析地層中的沉積環(huán)境變化。對(duì)測(cè)井采用小波分析和快速傅里葉變換處理，處理過(guò)程使用MATLAB軟件中的Morlet小波頻譜，測(cè)井信號(hào)屬于復(fù)雜信號(hào)[19]，對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化為小波曲線，以增強(qiáng)測(cè)井周期性規(guī)律的辨識(shí)程度。X射線衍射測(cè)試使用BRUKER D8 ADVANCE型X射線衍射儀，比對(duì)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射資料進(jìn)行礦物定量。TOC測(cè)試使用CS-344型碳硫分析儀，對(duì)80目的頁(yè)巖樣品粉末進(jìn)行測(cè)試。儲(chǔ)層含氣性數(shù)據(jù)為現(xiàn)場(chǎng)解析含氣量數(shù)據(jù)。儲(chǔ)層特征測(cè)試主要是對(duì)礦物與孔隙發(fā)育特征的測(cè)試，其中，掃描電鏡觀測(cè)完成于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，使用Helios Nanolab 600i聚焦離子電子雙束顯微鏡和S-4700冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡。

2 沉積環(huán)境

2.1 沉積環(huán)境與沉積相

五峰組-龍馬溪組的宏觀巖石學(xué)特征顯示，其底部以黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為主，水平層理發(fā)育(圖2(a))，層面多富集筆石化石，黃鐵礦較為發(fā)育。五峰組硅質(zhì)含量較高，部分層段樣品敲擊清脆，屬于硅質(zhì)頁(yè)巖。龍馬溪組底部為碳質(zhì)頁(yè)巖。五峰組與龍馬溪組雖為整合接觸，但其沉積環(huán)境存在顯著差異[3，5]，薄片觀測(cè)顯示，五峰組硅質(zhì)頁(yè)巖中見(jiàn)有放射蟲(chóng)等硅質(zhì)化石，并見(jiàn)有黃鐵礦自形晶、黃鐵礦結(jié)核等現(xiàn)象(圖2(b))；地化數(shù)據(jù)顯示，五峰組沉積于相對(duì)滯留、還原的水體環(huán)境中，其沉積期水體受周緣隆起、古陸限制而與外洋勾通受限[3]。五峰組頂部的觀音橋段泥質(zhì)灰?guī)r-鈣質(zhì)泥巖沉積見(jiàn)有赫南特貝等化石(圖3(c))，示水體較淺，故綜合判斷五峰組沉積期為水體相對(duì)較淺的滯水盆地相環(huán)境，其水深可能受全球氣候由間冰期向冰期轉(zhuǎn)化的影響[20]。值得注意的是，手標(biāo)本研究中，在觀音橋段附近鈣質(zhì)泥巖斷面中發(fā)現(xiàn)了多層疑似翼足類動(dòng)物化石，化石相對(duì)較小，個(gè)體大小5～25 cm不等(圖2(d))，此尚未見(jiàn)于其他文獻(xiàn)報(bào)道。

圖2 黔淺1井五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖樣品宏微觀特征

龍馬溪組底部頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，頁(yè)巖水平層理非常發(fā)育，斷面筆石化石富集，保存較完好，見(jiàn)黃鐵礦發(fā)育，礦物粒度極為細(xì)小(圖2(e))；地化測(cè)試數(shù)據(jù)顯示[3]，其沉積時(shí)期的水體環(huán)境為缺氧-還原環(huán)境，沉積物粒度極細(xì)，富筆石水平層理極為發(fā)育，斷面筆石化石豐度高、無(wú)定向性，示沉積條件以懸浮沉積為主，沉積速率緩慢，對(duì)應(yīng)自然伽馬測(cè)井具有較高的響應(yīng)值(圖3)，與龍馬溪組早期水平面快速上升的沉積背景相符合[21]。雖然龍馬溪組沉積初期繼承了五峰期的古地理格局[21]，但冰期結(jié)束背景下海平面快速上升的沉積條件打破了周緣地理格局對(duì)水體與外洋交流的限制，有利于有機(jī)質(zhì)(包括含有機(jī)質(zhì)生物大化石)及細(xì)粒礦物的富集沉積。龍馬溪組中上部頁(yè)巖儲(chǔ)層則出現(xiàn)了更為豐富的陸源相關(guān)沉積構(gòu)造，頁(yè)巖顏色相對(duì)變淺，有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)減低，粒度相對(duì)變粗(圖2(f))，示沉積水體相對(duì)變淺。龍馬溪組初期沉積環(huán)境水體深度顯著加深，綜合巖性特征、礦物特征、化石特征等，結(jié)合前人研究成果判斷[3，5，21-22]，龍馬溪組初期沉積相類型屬于泥質(zhì)深水陸棚相，中上部?jī)?chǔ)層則沉積于砂泥質(zhì)淺水陸棚或泥質(zhì)淺水陸棚環(huán)境。

圖3 黔淺1井五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖柱狀圖

2.2 筆石沉積特征與沉積構(gòu)造變化

筆石是五峰組-龍馬溪組沉積期典型的海相生物大化石，短暫出現(xiàn)但分布廣泛，可以作為黑色頁(yè)巖對(duì)比劃分的重要依據(jù)，為海相頁(yè)巖沉積的研究提供時(shí)代框架，為沉積環(huán)境分析提供參考[23]，同時(shí)，筆石本身及富筆石水平層理的發(fā)育對(duì)儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)含量、孔隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育具有重要影響[24-25]。五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖中筆石沉積主要以碳質(zhì)硬體薄膜形式賦存于層理面間(圖4(a))，筆石化石的筆石枝、筆石胞管等結(jié)構(gòu)未見(jiàn)顯著損壞，保存相對(duì)完好，化石個(gè)體大小1 mm～15 cm不等。五峰組常分為4個(gè)筆石帶[25]，通過(guò)對(duì)黔淺1井?dāng)嗝娴南到y(tǒng)觀察，在五峰組中觀察到棠埡筆石等化石種屬(圖4(b))，而未能觀察到WF-1扁平叉筆石，故可在黔淺1井中劃分出WF1-2，WF3，WF4等3個(gè)筆石帶；龍馬溪組頁(yè)巖中觀察到雕刻正筆石、向上尖筆石、尖削尖筆石、曲背冠筆石、三角半耙筆石、盤旋喇叭筆石、賽氏具刺筆石、葛氏螺旋筆石等分帶界限筆石，將龍馬溪組劃分為L(zhǎng)1，L2，L3，L4-5，L6，L7，L8，L9共8個(gè)筆石帶(圖3)。

由五峰組至龍馬溪組底部，筆石種屬面貌、化石特征發(fā)生顯著變化，筆石枝至龍馬溪組底部全部變?yōu)閱沃?，受奧陶系末期生物滅絕事件影響，龍馬溪組早期水體中的筆石在經(jīng)歷了滅絕事件后開(kāi)始重新輻射演化，此時(shí)期內(nèi)筆石屬單枝期(圖4(c)(d))，以雕刻雕筆石等為代表，具雙列胞管，發(fā)育支撐筆石體的中軸，筆石結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，筆石向上演化結(jié)構(gòu)趨向復(fù)雜，說(shuō)明沉積水體環(huán)境更為復(fù)雜，水動(dòng)力條件相對(duì)加強(qiáng)，與龍馬溪組底部向上水體變淺的趨勢(shì)相一致；至中上部出現(xiàn)三角形胞管結(jié)構(gòu)或孤立胞管，至頂部出現(xiàn)賽氏單筆石等具有彎鉤狀胞管的筆石類型(圖4(e)(g)(i))。

筆石大化石觀測(cè)顯示，LM1-3筆石帶內(nèi)，筆石化石在沉積斷面的分布基本呈雜亂、分散的無(wú)定向狀(圖4(c)(d))，而LM4-5筆石帶內(nèi)則開(kāi)始出現(xiàn)筆石化石的定向排列(圖4(f))，示筆石的沉積受到了水體流動(dòng)的影響，但部分?jǐn)嗝娴墓P石化石分布仍然為雜亂的無(wú)定向分布，說(shuō)明在LM4-5筆石帶沉積期內(nèi)，水體變淺已經(jīng)對(duì)沉積物產(chǎn)生了顯著影響，水體的底部沉積環(huán)境已經(jīng)間歇性的受到了動(dòng)力作用的影響，黔淺1井LM4-5筆石帶內(nèi)開(kāi)始具有與底部LM1-3筆石帶顯著不同的水體沉積條件，LM1-3筆石帶沉積期的懸浮-慢速沉積消失，沉積物受陸源影響逐漸加強(qiáng)。

圖4 黔淺1井五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖筆石化石特征

與此相對(duì)應(yīng)，LM1-3筆石帶沉積期內(nèi)，頁(yè)巖發(fā)育有豐富的水平層理，層理細(xì)密，開(kāi)裂后使頁(yè)巖成為薄層巖石片層的疊加體，這是由于懸浮沉積條件下，層理面的發(fā)育受控于黏土級(jí)碎屑物與生物遺體的沉降供給，而供給又受到天時(shí)、氣候等其他因素的干擾而具有周期性[19]，進(jìn)而使頁(yè)巖細(xì)粒沉積物具有發(fā)育的間斷面[4]。故LM1-3筆石帶沉積期主要發(fā)育碳質(zhì)-泥質(zhì)富筆石水平層理沉積構(gòu)造，而LM4-5筆石帶沉積期開(kāi)始，粒度相對(duì)更粗的粉砂質(zhì)紋層、夾層發(fā)育顯著增多，也發(fā)育有一定的水平層理沉積構(gòu)造，至LM6，LM7已轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑凵百|(zhì)紋層為主要沉積構(gòu)造，向上陸源粉砂質(zhì)影響進(jìn)一步加強(qiáng)，出現(xiàn)更多的粉砂質(zhì)、砂質(zhì)夾層，層面筆石化石也常見(jiàn)定向性(圖4(h))，也導(dǎo)致龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層上下層段具有顯著不同的微觀結(jié)構(gòu)和賦孔特征[7]。

2.3 層序地層格架

綜合巖心研究、古生物特征、地球化學(xué)特征、測(cè)井響應(yīng)特征等，依據(jù)巖性變化、物質(zhì)組分與巖石結(jié)構(gòu)變化、古生物特征、測(cè)井響應(yīng)以及接觸關(guān)系等進(jìn)行層序界面識(shí)別與層序格架劃分。五峰組與下伏臨湘組間存在巖性轉(zhuǎn)換，臨湘組瘤狀灰?guī)r與五峰組底部頁(yè)巖間存在一個(gè)顯著的巖性差異面，在測(cè)井響應(yīng)上出現(xiàn)“跳相”特征，古生物面貌存在顯著差異，識(shí)別為一個(gè)3級(jí)層序界面；五峰組頂部的觀音橋段泥灰?guī)r與龍馬溪組底部頁(yè)巖間屬于整合接觸，但界面上下存在巖性差異，界面以下的觀音橋段發(fā)育有Hirnantiafauna動(dòng)物群，其上則為Glyptograptus.persculptus筆石帶，四川盆地部分區(qū)域在此界面存在筆石帶缺失[26]，判斷為Ⅰ型層序界面，此界面在區(qū)域上是一個(gè)上超面；龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層底部-下部與中上部存在一個(gè)分界面，此界面的判定依據(jù)主要包括古生物組合差異、元素地球化學(xué)特征所揭示的沉積環(huán)境差異及巖性變化等，此界面以上筆石帶組合主要以Demirastritestriangulatus(三角半耙筆石)、Oktavitescommunis(通常奧氏筆石)、Monograptussedgwickii(賽氏單柵筆石)為主，以下則以Glyptograptuspersculptus(雕刻雕筆石)、Akidograptusacuminatus(尖削尖筆石)、Orthograptnsvesiculosus(泡沫直筆石)、Pristiograptnscyphus(曲背鋸筆石)等為主，此界面以下，碳同位素較輕且穩(wěn)定，向上呈現(xiàn)變重趨勢(shì)，界面以上出現(xiàn)波動(dòng)[21]，水體氧化還原地化指數(shù)、陸源輸入地化指標(biāo)、稀土元素等也在此界面出現(xiàn)差異[3]，同時(shí)，界面以下具有相對(duì)更高的有機(jī)質(zhì)豐度(圖3)，界面以上出現(xiàn)更多的陸源粉砂質(zhì)顆粒沉積，巖性發(fā)生一定程度的變化，此界面在黔淺1井內(nèi)深度約760 m；龍馬溪組頂部與新灘組的分界線是一個(gè)巖性與古生物特征轉(zhuǎn)換面，新灘組與崖家溝組、王家灣組、小河壩組等屬于同期異相的地層，界面巖性由下部的龍馬溪組泥頁(yè)巖夾泥質(zhì)粉砂質(zhì)過(guò)渡為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，是一個(gè)Ⅱ型層序界面。通過(guò)層序界面識(shí)別，在黔淺1井五峰組-龍馬溪組內(nèi)識(shí)別出3個(gè)三級(jí)層序：Sq1，Sq2，Sq3，分別對(duì)應(yīng)五峰組、龍馬溪組底部與下部頁(yè)巖、中上部頁(yè)巖。與筆石帶相對(duì)應(yīng)，Sq1對(duì)應(yīng)五峰組WF1-4筆石帶，Sq2基本對(duì)應(yīng)LM1-4筆石帶，Sq3則對(duì)應(yīng)LM5-9筆石帶(圖5)。

通過(guò)對(duì)自然伽馬測(cè)井的小波信號(hào)分析，進(jìn)一步劃分了黔淺1井的高分辨率層序地層，在五峰組-龍馬溪組內(nèi)劃分出5個(gè)中期旋回A—E，Sq1對(duì)應(yīng)旋回A，Sq2內(nèi)包括旋回B—C，Sq3內(nèi)則包括旋回D—E。中期旋回A—B具有相對(duì)較強(qiáng)的振幅，說(shuō)明旋回A—B沉積時(shí)期沉積物細(xì)小、吸附放射性元素含量高，示沉積速率緩慢。中期旋回B基本對(duì)應(yīng)龍馬溪組底部地層，基本對(duì)應(yīng)筆石帶LM1-3帶，旋回C對(duì)應(yīng)龍馬溪組下部?jī)?chǔ)層，旋回D—E則對(duì)應(yīng)中上部?jī)?chǔ)層。

圖5 黔淺1井五峰組-龍馬溪組層序地層格架

2.4 沉積-層序背景下的儲(chǔ)層發(fā)育特征

在層序格架與沉積環(huán)境研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)儲(chǔ)層不同層段選取樣品展開(kāi)儲(chǔ)層發(fā)育特征測(cè)試，結(jié)果顯示，五峰組-龍馬溪組底部具有較高的TOC含量，高有機(jī)質(zhì)豐度段深度在780～800 m間(圖3)，有機(jī)質(zhì)豐度介于0.1%～5.3%之間，測(cè)試樣品的TOC均值約1.7%成熟度介于1.9%～3.2%之間，示樣品熱演化程度達(dá)到了高-過(guò)成熟階段[27]。高TOC層段主要分布在中期旋回A—B段，平均TOC值高于3%，旋回C—D段的TOC值顯著降低，大部分介于1%～2%之間，旋回E段TOC值進(jìn)一步降低，平均值低于1%。

XRD測(cè)試顯示，黔淺1井頁(yè)巖樣品的礦物組分相對(duì)穩(wěn)定，但不同層段礦物含量具有差異，780～800 m層段具有最高的石英和脆性礦物含量，鉆孔樣品脆性礦物含量向上相對(duì)降低，黏土礦物含量相對(duì)增加，同時(shí)，根據(jù)薄片和電鏡-能譜觀測(cè)結(jié)果，五峰組(Sq1-旋回A)含有相對(duì)較多的生物成因硅質(zhì)礦物，龍馬溪組底部(Sq2-旋回B)賦存的石英脆性礦物則粒度極為細(xì)小，龍馬溪組中上部(Sq2旋回C-Sq3旋回D—E)粒徑相對(duì)較粗的陸源石英輸入則顯著增多。石英的礦物學(xué)特征反映了受控于沉積環(huán)境、沉積條件差異及其帶來(lái)的物質(zhì)成分差異[28]，五峰組-龍馬溪組層系內(nèi)不同層段的石英礦物具有不同的成因，五峰組高硅質(zhì)頁(yè)巖受到了生物成因硅質(zhì)礦物的影響[29-30]，龍馬溪組底部則是在懸浮沉積、細(xì)粒黏土礦物富集的物質(zhì)成分基礎(chǔ)上，經(jīng)由儲(chǔ)層成巖作用中的黏土礦物礦物轉(zhuǎn)化作用釋放硅質(zhì)并再沉淀形成大量自生石英[4，27，31-32]，而龍馬溪組中上部則受到陸源輸入石英礦物的顯著影響[27，31-32]。故在物質(zhì)成分上，頁(yè)巖儲(chǔ)層顯示出了較強(qiáng)的非均質(zhì)性特征，進(jìn)而影響了儲(chǔ)層的力學(xué)脆性、孔隙發(fā)育、微裂隙與微觀力學(xué)薄弱面發(fā)育等儲(chǔ)層特征[6-8]。

頁(yè)巖微觀孔隙等儲(chǔ)集空間的發(fā)育均以礦物或有機(jī)質(zhì)等為物質(zhì)基礎(chǔ)[33]，在儲(chǔ)層成巖作用與熱演化作用的影響下，物質(zhì)成分差異也進(jìn)一步導(dǎo)致儲(chǔ)層具有儲(chǔ)集空間類型與發(fā)育程度的非均質(zhì)性[6-7，32]。掃描電鏡觀測(cè)顯示，黔淺1井五峰組-龍馬溪組底部頁(yè)巖儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)納米孔顯著更為發(fā)育，黏土礦物晶間孔隙、顆粒礦物周緣孔隙、微裂隙、莓狀黃鐵礦微晶間有機(jī)質(zhì)納米孔等也有一定程度發(fā)育，而龍馬溪組中上部頁(yè)巖莓狀黃鐵礦相關(guān)孔隙發(fā)育差，有機(jī)質(zhì)納米孔比例顯著降低，骨架礦物相關(guān)孔隙發(fā)育比例增多；孔隙類型的變化受到有機(jī)質(zhì)含量、礦物含量差異的影響[7-9]。

2.5 儲(chǔ)層含氣性

含氣性特征是頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要參數(shù)，是頁(yè)巖儲(chǔ)層是否具有開(kāi)采價(jià)值的直接指標(biāo)[33]。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)解吸獲取黔淺1井頁(yè)巖的含氣性特征(圖6)，數(shù)據(jù)顯示：五峰組-龍馬溪組底部具有相對(duì)較好的含氣性，對(duì)應(yīng)中期旋回A—B，中期旋回C儲(chǔ)層含氣性顯著變差，旋回D含氣性數(shù)據(jù)有所波動(dòng)，但數(shù)值仍相對(duì)較低。整體來(lái)看，高含氣性段與有機(jī)質(zhì)富集段、孔隙度相對(duì)較高層段具有一致性，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)和有機(jī)孔隙對(duì)儲(chǔ)層含氣性的有利貢獻(xiàn)[7]。

圖6 黔淺1井五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層礦物與含氣性特征

3 沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層含氣性的影響

對(duì)黔淺1井五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層沉積環(huán)境、沉積條件的研究表明，脆性礦物含量高、有機(jī)質(zhì)豐度高的層段主要發(fā)育于滯留盆地環(huán)境或海平面上升背景下的深海陸棚環(huán)境，位于層序地層格架的Sq1-Sq2下部的海侵體系域TST內(nèi)。從頁(yè)巖沉積-演化來(lái)看，頁(yè)巖儲(chǔ)層的含氣性特征主要受到3個(gè)因素的制約，即物質(zhì)基礎(chǔ)-儲(chǔ)層成巖演化-后期保存條件[32-35]，沉積環(huán)境通過(guò)控制礦物與有機(jī)質(zhì)輸入量及沉積方式，控制了儲(chǔ)層的原始礦物與有機(jī)質(zhì)含量及其堆疊組合結(jié)構(gòu)，成為儲(chǔ)層成巖作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，在熱演化、壓實(shí)作用、有機(jī)質(zhì)熱排烴作用、溶蝕作用、黏土礦物轉(zhuǎn)化作用等復(fù)雜成巖作用的持續(xù)影響下[32，36]，頁(yè)巖經(jīng)過(guò)體積壓縮后開(kāi)發(fā)發(fā)育微-納米級(jí)的微觀儲(chǔ)集空間，并同時(shí)生烴、排烴，殘留烴則保留在形成的微觀儲(chǔ)集空間內(nèi)，并在適宜的沉積構(gòu)造(水平層理等)、構(gòu)造保存條件、低滲致密的頁(yè)巖基質(zhì)條件下[4]，形成可以保持一定儲(chǔ)層壓力的優(yōu)質(zhì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層(超壓是頁(yè)巖儲(chǔ)層高產(chǎn)的重要影響因素[27，35])，具有較強(qiáng)的微觀吸附儲(chǔ)集能力、較好的力學(xué)脆性、較強(qiáng)的壓力自封能力是五峰組-龍馬溪組下部頁(yè)巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的重要特征(圖7)。由于經(jīng)過(guò)一定程度壓實(shí)作用后的頁(yè)巖儲(chǔ)層較為致密，頁(yè)巖成巖演化的過(guò)程與外界物質(zhì)交換程度弱，基本可以視為一個(gè)相對(duì)封閉的地化系統(tǒng)，這也為量化討論成巖作用對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層發(fā)育的影響提供了基礎(chǔ)[36]，也正是由于頁(yè)巖儲(chǔ)層演化的相對(duì)封閉性，沉積條件所控制的原始物質(zhì)成分具有更為重要的意義，具體體現(xiàn)在：(1)在相同的演化條件下，其所造成的有機(jī)質(zhì)含量差異控制著親氣、強(qiáng)吸附的有機(jī)孔隙儲(chǔ)集空間的發(fā)育程度，也影響著儲(chǔ)層的生烴量和生烴潛力；(2)沉積條件所控制的礦物輸入類型與輸入量，影響儲(chǔ)層基質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而在應(yīng)力作用的影響下，控制儲(chǔ)層中微裂縫的發(fā)育程度，影響儲(chǔ)層的滲透性；(3)原始沉積礦物中的易溶蝕礦物影響儲(chǔ)層溶蝕孔隙的發(fā)育程度，脆性礦物的粒度和沉積方式影響礦物周緣孔隙、堆疊孔隙的發(fā)育，還原水體中莓狀黃鐵礦等礦物的大量形成有利于儲(chǔ)層孔隙的發(fā)育[37]；(4)沉積構(gòu)造、物質(zhì)分異特征、頁(yè)巖基質(zhì)微觀滲透率影響著儲(chǔ)層的自封能力，自封能力弱的儲(chǔ)層頁(yè)巖氣更容易逸散，具有更好自封能力的儲(chǔ)層則容易形成超壓；(5)綜上，沉積環(huán)境控制儲(chǔ)層的原始物質(zhì)成分，并在儲(chǔ)層成巖作用的過(guò)程中簡(jiǎn)介影響儲(chǔ)層物性與生氣排烴，進(jìn)而影響儲(chǔ)層的含氣性與開(kāi)發(fā)潛力。生氣量充足、儲(chǔ)集空間發(fā)育、自封能力強(qiáng)的儲(chǔ)層在適宜的構(gòu)造條件下，容易形成高產(chǎn)儲(chǔ)層[35]。

五峰組頁(yè)巖沉積環(huán)境與龍馬溪組的陸棚沉積環(huán)境存在差異，受到周緣古隆起限制，五峰組頁(yè)巖在研究區(qū)內(nèi)水體較為閉塞、滯留，與外界大洋水體交流受限[3-5]，但閉塞滯留的水體環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的保存與富筆石水平層理的發(fā)育，可以為儲(chǔ)層生烴、吸附孔隙發(fā)育、垂向低滲特征的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)，使儲(chǔ)層仍然具有較好的生氣、儲(chǔ)氣與自封能力。龍馬溪組底部在海平面迅速上升的背景下形成了水體底部較好的靜水、還原沉積環(huán)境，陸源碎屑被限制在近陸區(qū)域，靜水沉積有利于層理結(jié)構(gòu)的發(fā)育和有機(jī)質(zhì)、生物硅質(zhì)的富集，有利于形成自封性能好，生氣、儲(chǔ)氣能力強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，具有良好的含氣性；龍馬溪組下部層理發(fā)育程度、有機(jī)質(zhì)與脆性礦物的豐度已經(jīng)顯著降低，儲(chǔ)層自封性能、生氣、儲(chǔ)氣能力下降，進(jìn)而造成儲(chǔ)層含氣性變差，至龍馬溪組中上部，陸源碎屑與擾動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)，具有自封能力的水平層理微觀結(jié)構(gòu)發(fā)育差，有機(jī)質(zhì)、生物硅質(zhì)豐度降低，生氣、儲(chǔ)氣能力進(jìn)一步下降，儲(chǔ)層含氣性差(圖8)。

圖7 沉積環(huán)境對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣性的影響

據(jù)解析氣量，黔淺1井五峰組-龍馬溪頁(yè)巖可以劃分為含氣性具有顯著差異的3段，底部(五峰組-龍馬溪組底部，旋回A—B)含氣性較好，中部(龍馬溪組中下部，旋回C)顯著變差，至中上部(旋回D)的泥質(zhì)淺水陸棚環(huán)境，含氣量出現(xiàn)輕微波動(dòng)(圖9)。這樣的含氣性特征顯著受到沉積環(huán)境差異的影響，底部高含氣性段主要沉積于TST內(nèi)，沉積環(huán)境為滯留盆地與海平面快速上升背景下的泥質(zhì)深水陸棚，而陸源碎屑一旦開(kāi)始影響沉積物(即沉積環(huán)境轉(zhuǎn)化為砂泥質(zhì)淺水陸棚、水體變淺)，細(xì)粒懸浮沉積的沉積條件被破壞，儲(chǔ)層的含氣性即顯著下降。剖析五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖層系儲(chǔ)層特征在沉積環(huán)境演化下的變化，有助于揭示沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層物質(zhì)成分、物性、含氣性的關(guān)系[38]，探討沉積條件與沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層含氣性的控制機(jī)理，解釋頁(yè)巖氣富集賦存機(jī)理及優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層發(fā)育機(jī)理，可以為頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)，為基于沉積與古地理的頁(yè)巖氣勘探奠定理論基礎(chǔ)。黔淺1井沉積環(huán)境、儲(chǔ)層特征及含氣性特征的研究表明，五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖層系中，TST內(nèi)的滯留盆地環(huán)境與泥質(zhì)深水陸棚具有較好的儲(chǔ)層發(fā)育條件，有利于形成具有高含氣性、易壓裂開(kāi)發(fā)的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層。含油氣細(xì)粒沉積是目前油氣地質(zhì)以及沉積學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，以頁(yè)巖為代表的細(xì)粒沉積物粒度細(xì)小、微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，我國(guó)發(fā)育有多套細(xì)粒沉積層系，勘探開(kāi)發(fā)潛力巨大[39-40]。黔淺1井所在位置位于重慶地區(qū)下古生界頁(yè)巖氣非有利聚集條件預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)[41]，非有利區(qū)內(nèi)頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)難度顯著更高，加深儲(chǔ)層含氣性及其控制影響因素的認(rèn)識(shí)程度，對(duì)指導(dǎo)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)與勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。

圖8 龍馬溪組頁(yè)巖綜合沉積模式

圖9 黔淺1井沉積環(huán)境及其與儲(chǔ)層含氣性的關(guān)系

4 結(jié) 論

(1)黔淺1井五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層主要巖性為黑色—灰黑色頁(yè)巖、粉砂質(zhì)泥頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖，五峰組-龍馬溪組底部具有較高的有機(jī)質(zhì)含量，富筆石水平層理發(fā)育，沉積環(huán)境對(duì)應(yīng)滯留盆地-海平面快速上升背景下的深水陸棚；中上部沉積構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)榉凵百|(zhì)紋層、夾層，沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槟噘|(zhì)、砂泥質(zhì)淺水陸棚；儲(chǔ)層具有較強(qiáng)非均質(zhì)性。

(2)黔淺1井五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖中劃分出11個(gè)筆石帶，五峰組含3個(gè)筆石帶，龍馬溪組識(shí)別出8個(gè)筆石帶，由五峰組至龍馬溪組底部筆石種屬面貌、化石特征發(fā)生顯著變化，由多筆石枝變?yōu)閱沃?，并在LM1-3筆石帶向上呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)向復(fù)雜化演化的趨勢(shì)，示水體環(huán)境更為復(fù)雜。

(3)通過(guò)層序界面識(shí)別、測(cè)井小波分析，結(jié)合筆石帶，建立黔淺1井的高分辨率層序地層格架：識(shí)別出3個(gè)三級(jí)層序Sq1，Sq2，Sq3及五個(gè)中期旋回A—E；不同儲(chǔ)層層序地層格架位置、不同旋回內(nèi)，儲(chǔ)層發(fā)育特征顯示了有機(jī)質(zhì)含量、礦物含量、力學(xué)性質(zhì)、儲(chǔ)集空間發(fā)育特征、儲(chǔ)層物性及含氣性上的差異，旋回A—B具有相對(duì)最優(yōu)的儲(chǔ)層發(fā)育特征及含氣性。

(4)沉積環(huán)境通過(guò)控制礦物與有機(jī)質(zhì)輸入量及沉積方式，控制了儲(chǔ)層的原始礦物與有機(jī)質(zhì)含量及其堆疊組合結(jié)構(gòu)，在儲(chǔ)層成巖作用的影響下形成微觀儲(chǔ)集空間、滲流通道及氣源，在適宜的沉積構(gòu)造(水平層理等)、構(gòu)造保存條件、低滲致密的頁(yè)巖基質(zhì)條件下形成可以保持一定儲(chǔ)層壓力的優(yōu)質(zhì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層；黔淺1井不同層段的含氣性差異受到沉積條件差異的顯著影響，剖析沉積環(huán)境對(duì)含氣性的控制機(jī)理，可以為頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)，為基于沉積與古地理的頁(yè)巖氣勘探奠定理論基礎(chǔ)：TST內(nèi)的滯留盆地環(huán)境與泥質(zhì)深水陸棚具有較好的儲(chǔ)層發(fā)育條件，有利于形成具有高含氣性、易壓裂開(kāi)發(fā)的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層。