大面積高豐度海相頁巖氣富集理論及地質(zhì)評價(jià)技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用

王紅巖，劉德勛，蔚遠(yuǎn)江，趙 群，邱 振，董大忠，施振生，孫莎莎，姜振學(xué)，劉洪林，周尚文，拜文華

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.國家能源頁巖氣研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，北京 100083；3.中國石油大學(xué)(北京) 非常規(guī)油氣科學(xué)技術(shù)研究院，北京 102249)

四川盆地及周緣五峰-龍馬溪組海相頁巖氣是我國天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)最重要的領(lǐng)域，分布面積大、豐度高、超壓、熱演化程度高、埋藏深、納米級孔喉發(fā)育，獨(dú)具中國特色。殼牌、BP 等國際知名油公司在川南3 個(gè)合作區(qū)鉆井35 口，但由于北美技術(shù)“水土不服”，水平井平均測試產(chǎn)量12×104m3/d，效果不佳，相繼退出了合作。

近年來，國外提出了非常規(guī)油氣連續(xù)型富集理論，寬泛且未考慮中國地質(zhì)特點(diǎn)；研發(fā)了頁巖氣儲(chǔ)層精細(xì)表征和定量評價(jià)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備，呈部分領(lǐng)先和區(qū)域優(yōu)勢，關(guān)鍵參數(shù)具地域性特征；頁巖氣地質(zhì)評價(jià)參數(shù)體系與有利區(qū)優(yōu)選技術(shù)主要為各大油公司獨(dú)有技術(shù)，少見報(bào)道。

國內(nèi)勘探家和學(xué)者們持續(xù)開展了海相頁巖氣富集規(guī)律及主控因素研究，先后提出了二元富集[1]、三元富集[2]、五性一體富集[3]、源-蓋控藏富集[4]、雙控和三控富集[5-6]認(rèn)識(shí)，認(rèn)為保存條件是多期構(gòu)造演化的疊合型四川盆地頁巖氣富集高產(chǎn)的關(guān)鍵因素[7-10]，“源-蓋”空間匹配關(guān)系的數(shù)量(靜態(tài)匹配)和質(zhì)量(動(dòng)態(tài)匹配)控制著頁巖氣富集位置和富集程度，提出了頁巖氣“建造-改造”的富集評價(jià)思路[7-12]，總結(jié)了涪陵頁巖氣地質(zhì)評價(jià)技術(shù)[13]，包括優(yōu)質(zhì)含氣頁巖段的沉積特征、生烴潛力、儲(chǔ)集特征、含氣性、可壓性、資源量及地質(zhì)綜合選區(qū)評價(jià)七方面，初步形成了適用于簡單地質(zhì)工程條件的頁巖氣地質(zhì)評價(jià)13 項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)體系與有利區(qū)優(yōu)選技術(shù)[14]，但尚無高溫原位物理模擬裝置、頁巖氣成藏過程的定量模擬試驗(yàn)裝置，頁巖氣儲(chǔ)層表征和評價(jià)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)和量化。

總體來看，海相頁巖氣勘探開發(fā)仍然面臨頁巖氣富集規(guī)律認(rèn)識(shí)不到位、優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲(chǔ)層特征研究不深入、頁巖氣地質(zhì)評價(jià)風(fēng)險(xiǎn)大、核心勘探評價(jià)技術(shù)依賴國外等瓶頸問題。筆者基于勘探開發(fā)地質(zhì)、地球物理多學(xué)科聯(lián)合研究、現(xiàn)場調(diào)研、重點(diǎn)露頭野外踏勘與取樣分析、關(guān)鍵探井巖心觀察與精細(xì)描述等方法和大量實(shí)物工作，探討大面積高豐度頁巖氣富集理論和地質(zhì)評價(jià)專有技術(shù)新進(jìn)展與應(yīng)用成效，以期支撐我國頁巖氣增儲(chǔ)上產(chǎn)和國家頁巖氣示范區(qū)建設(shè)，為尋找有利區(qū)塊、甜點(diǎn)目標(biāo)和穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)拓展勘探思路，提供理論依據(jù)。

1 大面積高豐度超壓頁巖氣的內(nèi)涵

1.1 大面積、高豐度指標(biāo)與內(nèi)涵

本文所謂“大面積”，是指頁巖氣源巖、儲(chǔ)層兩類成藏富集要素在四川盆地大面積發(fā)育與橫向規(guī)模展布，烴類在其中連續(xù)型聚集、廣泛發(fā)育形成的規(guī)模分布頁巖氣資源。

大面積發(fā)育包含兩方面內(nèi)涵：①源巖、儲(chǔ)層兩類成藏富集要素的大面積發(fā)育與平面上的規(guī)模變化。從成藏要素看，烴、儲(chǔ)一體的海相頁巖及源-儲(chǔ)疊置組合的分布面積至少在數(shù)千甚至上萬平方千米，如四川盆地及周緣五峰-龍馬溪組海相頁巖，埋深4 500 m 以淺的分布面積達(dá)3.78×104km2。從成藏要素的規(guī)模變化看，四川盆地及周緣海相頁巖的平面分布存在一定非均勻性，致使頁巖氣富集在橫向上具有連續(xù)聚集、變化性展布。② 富集分布樣式上表現(xiàn)為連續(xù)聚集，表現(xiàn)出非常規(guī)油氣連續(xù)型聚集最典型的特征。

高豐度頁巖氣的內(nèi)涵體現(xiàn)在3 個(gè)方面：①這類頁巖氣烴源巖具有高有機(jī)質(zhì)豐度特征，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(TOC)普遍大于2%(大于4.0%為特高豐度，2.0%～4.0%為高豐度)[15-16]，是由特定的地質(zhì)環(huán)境與演化歷史決定的；② 該類頁巖氣具有高資源豐度特征，資源評價(jià)厘定的面積資源豐度通常大于5×108m3/km2(資源豐度大于1.0×108m3/km2為高豐度)[15,17]，資源分布具有非均質(zhì)性、連續(xù)分布性；③具有中高儲(chǔ)量豐度特征，儲(chǔ)量豐度平均8.27×108m3/km2(技術(shù)可采儲(chǔ)量豐度大于8.0×108m3/km2為高豐度)[16]，含氣面積大(數(shù)十至數(shù)千平方千米)、地質(zhì)儲(chǔ)量規(guī)模大(數(shù)十億至數(shù)千億方)；④ 具有高壓力系數(shù)[16]特征，川南構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)五峰-龍馬溪組海相頁巖分布區(qū)普遍存在超壓現(xiàn)象，壓力系數(shù)普遍大于1.2、主體大于1.5。超壓作用下地層能量相對充足，頁巖儲(chǔ)層具超低含水飽和度、離散納米孔隙群、較好可改造性，有利于壓裂后形成高產(chǎn)。

1.2 區(qū)域地質(zhì)概況與頁巖氣勘探現(xiàn)狀

四川盆地及周緣廣泛發(fā)育6 套海相、海陸過渡相及陸相頁巖地層，最為有利的是海相頁巖地層，其中的奧陶系-志留系的五峰組-龍馬溪組底部黑色頁巖是主要產(chǎn)氣層位。四川盆地五峰組-龍馬溪組分布面積大，頁巖氣資源豐富。據(jù)中國石油第四次油氣資源評價(jià)結(jié)果，五峰組-龍馬溪組分布面積14.4×104km2，地層厚度100～600 m，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2%的優(yōu)質(zhì)頁巖厚度20～70 m，埋深4 500 m 以淺面積4.9×104km2，頁巖氣地質(zhì)資源量21.94×1012m3，主要分布在川南地區(qū)。巨大的頁巖分布面積和遠(yuǎn)景資源量，為選區(qū)評價(jià)提供了資源基礎(chǔ)。我國的海相頁巖氣勘探開發(fā)從2005 年開始至今，經(jīng)歷了資源評價(jià)與勘探突破、先導(dǎo)試驗(yàn)示范區(qū)建設(shè)、工業(yè)化生產(chǎn)等階段[18]，在四川盆地及其周緣上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組一段獲得商業(yè)開發(fā)，相繼建成長寧、威遠(yuǎn)、昭通、涪陵等海相頁巖大氣田。截至2020 年底，累計(jì)探明儲(chǔ)量2.01×1012m3，2020 年產(chǎn)量達(dá)到200.6×108m3。據(jù)統(tǒng)計(jì)，長寧(寧201、寧216-寧209 井區(qū))、威遠(yuǎn)(威202、威204、威202H9、威208井區(qū))、昭通(YS108、陽102、YS118 井區(qū))、瀘州(瀘203、陽101、黃202 井區(qū))、東勝-平橋、永川等區(qū)塊的頁巖氣儲(chǔ)量豐度分布在(5.7～11.45)×108m3/km2，平均8.28×108m3/km2(圖1)，具有典型的大面積高豐度富集特征，成為中國近期探明頁巖氣儲(chǔ)量的重點(diǎn)。

圖1 四川盆地及周緣海相頁巖氣不同井區(qū)儲(chǔ)量豐度統(tǒng)計(jì)Fig.1 Reserve abundance statistics of marine shale gas in different well areas in Sichuan Basin and its periphery

2 超壓頁巖氣大面積高豐度連續(xù)型富集理論

“十三五”以來，主要采用野外剖面觀測、巖心觀察、樣品測試化驗(yàn)、地質(zhì)綜合分析等手段，創(chuàng)建了生物勃發(fā)+硫化缺氧底部水體+優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層控制“三高”豐度分布、超壓聚集與差異富集為核心的超壓頁巖氣大面積高豐度連續(xù)型富集地質(zhì)理論。

2.1 多地質(zhì)事件耦合富有機(jī)質(zhì)頁巖成因及其高豐度發(fā)育機(jī)理

2.1.1 硫化缺氧陸棚環(huán)境發(fā)育對富有機(jī)質(zhì)沉積與富有機(jī)質(zhì)頁巖展布的控制作用

四川盆地海相優(yōu)質(zhì)頁巖總體為缺氧環(huán)境沉積，龍馬溪期陸棚相可分為深水和淺水陸棚亞相，深水陸棚亞相為靜水強(qiáng)還原沉積，水動(dòng)力條件弱[19-21]，底部靜水環(huán)境適合有機(jī)質(zhì)保存，有利于富有機(jī)質(zhì)頁巖形成。

奧陶紀(jì)末-志留紀(jì)初的凱迪-魯?shù)て谑歉挥袡C(jī)質(zhì)頁巖發(fā)育的最有利時(shí)期。在全球持續(xù)性海平面上升背景下，揚(yáng)子板塊所處區(qū)域普遍海侵，在四川盆地及周緣形成了川南-黔北、川東-鄂西、川北大面積低能、欠補(bǔ)償、缺氧的海相半深水-深水陸棚相環(huán)境，沉積了五峰組-龍馬溪組大套巖性單一、細(xì)粒、厚度大、富有機(jī)質(zhì)、富硅質(zhì)/鈣質(zhì)黑色頁巖，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(TOC)一般大于3.0%。

頁巖氣甜點(diǎn)段形成與有機(jī)質(zhì)沉積富集過程密切相關(guān)。基于四川盆地五峰組-龍馬溪組高精度元素地球化學(xué)特征，探討該頁巖層系中異常高有機(jī)質(zhì)沉積富集過程，認(rèn)為五峰組-龍馬溪組頁巖沉積期的海洋表層水體總體為高生產(chǎn)力背景，這種高的初級生產(chǎn)力水平是異常高有機(jī)質(zhì)大量沉積富集的重要前提條件和決定性因素；而在斷裂帶發(fā)育較弱的構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)域，硫化缺氧的緩慢沉積水體環(huán)境更易形成大規(guī)模異常高有機(jī)質(zhì)沉積[21]，是控制頁巖氣甜點(diǎn)段及區(qū)域上甜點(diǎn)區(qū)形成的關(guān)鍵因素。異常高有機(jī)質(zhì)沉積富集的形成是水體表層高的初級生產(chǎn)力及其與水體循環(huán)共同控制著的氧化還原條件這兩大因素動(dòng)態(tài)演化的結(jié)果[21-22]。

2.1.2 富硅富鈣海洋生物勃發(fā)對川南頁巖氣高有機(jī)質(zhì)豐度分布的控制作用

在五峰組沉積早中期(即凱迪間冰期)，氣候溫暖濕潤，海平面上升至高位，海底出現(xiàn)大面積缺氧環(huán)境，水體營養(yǎng)豐富，藻類、放射蟲、筆石等浮游生物出現(xiàn)高生產(chǎn)，生物碎屑顆粒、有機(jī)質(zhì)和黏土礦物等復(fù)合體主體以“海洋雪”方式緩慢沉降，沉積速率一般2.3～3.2 m/Ma。在川南-川東-川東北及其周緣深水-半深水區(qū)，沉積一套富含有機(jī)質(zhì)和生物硅的硅質(zhì)頁巖，鏡下紋層不發(fā)育(較少或欠發(fā)育)，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般2.0%～4.6%。

在奧陶紀(jì)末五峰組沉積晚期(即赫南特冰期)，隨著海平面急劇下降(降幅50～100 m)、海水溫度降低和以浮游生物為食物的筆石大量滅絕，δ13C 值開始發(fā)生正漂移，在觀音橋段中部(即奧陶紀(jì)末全球最大冰期)達(dá)-29.0‰(長寧)到-27.6‰(宜昌王家灣)，P2O5/TiO2比值達(dá)到0.84 高峰值[23]。缺氧的深水域縮小至川南-川東-川東北-中揚(yáng)子北部坳陷區(qū)，并形成了表層浮游生物勃發(fā)(達(dá)到高生產(chǎn)力頂峰)、底層有機(jī)質(zhì)高埋藏率的滯留海盆，沉積一套富含有機(jī)質(zhì)和生物硅的硅質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)硅質(zhì)混合頁巖，沉積速率為0.3～3.6 m/Ma，TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般2.1%～11%。

在川南地區(qū)五峰組-龍馬溪組識(shí)別出8 個(gè)斑脫巖(火山灰)密集段，優(yōu)質(zhì)頁巖主要發(fā)育于第五層斑脫巖密集段以下。斑脫巖(火山灰)層是火山噴發(fā)事件的產(chǎn)物，古海洋表層環(huán)境下營養(yǎng)豐富的火山灰物質(zhì)促進(jìn)了筆石與藻類等富硅富鈣生物勃發(fā)，提高了烴類生產(chǎn)力，生物勃發(fā)導(dǎo)致短期內(nèi)有機(jī)質(zhì)高度富集。鐵化-硫化缺氧控制有機(jī)質(zhì)保存，是川南地區(qū)頁巖高有機(jī)質(zhì)豐度(TOC 普遍大于2%)的主因，龍馬溪組底部則形成了高TOC(＞3%)、高硅(＞60%)、高孔(＞4%)“甜點(diǎn)段”。

2.1.3 多地質(zhì)事件沉積耦合對富有機(jī)質(zhì)頁巖甜點(diǎn)段和高資源豐度分布的控制作用

頁巖氣甜點(diǎn)段沉積時(shí)期，全球及華南揚(yáng)子地區(qū)主要發(fā)生了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海平面升/降、氣候變冷(岡瓦納冰期)、火山噴發(fā)、海水硫化缺氧、生物滅絕/勃發(fā)六大重要地質(zhì)事件，其沉積耦合作用對頁巖氣甜點(diǎn)段形成與時(shí)空分布產(chǎn)生重要影響。最為直接的兩個(gè)影響因素，一是沉積時(shí)期海洋表層較高的初級生產(chǎn)力，是有機(jī)質(zhì)大量生成的重要前提條件[21]；二是海洋底部發(fā)育硫化缺氧水體，是有機(jī)質(zhì)有效保存的關(guān)鍵條件。在奧陶紀(jì)末凱迪階晚期及赫南特中期，全球發(fā)生了顯生宙第一次生物大滅絕事件，造成了海洋底棲動(dòng)物如珊瑚、腕足、三葉蟲等、游泳動(dòng)物如牙形石類和筆石類及浮游藻類不同程度的屬、種消亡。而得以存活的海洋生物如筆石類型相對單一，可能因競爭者減少出現(xiàn)“勃發(fā)”現(xiàn)象，沉積后形成富筆石頁巖。這些筆石生物不僅為頁巖氣形成提供一些有機(jī)質(zhì)，它們本身富含有機(jī)質(zhì)孔、且能夠形成筆石紋層，有利于頁巖氣儲(chǔ)存及開發(fā)過程中頁巖氣流動(dòng)。在生物大量滅絕之后，全球氣候逐漸變暖，藻類等浮游生物因捕食者減少開始繁盛，海洋表層初級生產(chǎn)力大幅度提高，生成大量有機(jī)質(zhì)；同時(shí)，海洋陸棚廣泛發(fā)育硫化缺氧底部水體，將有機(jī)質(zhì)有效保存下來，沉積后形成富有機(jī)質(zhì)頁巖，為甜點(diǎn)段頁巖氣大量生成及納米級孔喉系統(tǒng)發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

富有機(jī)質(zhì)頁巖甜點(diǎn)段形成是多地質(zhì)事件沉積耦合作用的結(jié)果，志留紀(jì)早期大規(guī)模硫化缺氧和奧陶紀(jì)末期局部硫化缺氧水體有利于富有機(jī)質(zhì)頁巖大面積沉積發(fā)育。兩個(gè)規(guī)模硫化缺氧之間存在冰期事件，加劇生物滅絕，冰期事件和硫化缺氧生物大滅絕，是“甜點(diǎn)段”形成的大背景。硫化缺氧沉積條件是甜點(diǎn)段/區(qū)形成的關(guān)鍵因素，控制了頁巖氣的高資源豐度(普遍大于5×108m3/km2)分布，這為大面積“甜點(diǎn)”發(fā)育提供了理論解釋。

2.2 海相頁巖氣優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層特征與時(shí)空展布規(guī)律

2.2.1 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層紋層與有機(jī)質(zhì)納米孔喉發(fā)育

四川盆地及周緣五峰-龍馬溪組黑色頁巖可劃分出富有機(jī)質(zhì)紋層、含有機(jī)質(zhì)紋層、黏土質(zhì)紋層和粉砂質(zhì)紋層4 類，富有機(jī)質(zhì)+含有機(jī)質(zhì)紋層組和含有機(jī)質(zhì)+粉砂質(zhì)紋層組2 類紋層組，以及富有機(jī)質(zhì)層、含有機(jī)質(zhì)層、砂泥薄互層、生物碎屑層、黃鐵礦層5 類層[24-25]。研究紋層縱向演化發(fā)現(xiàn)，巫溪2 井龍馬溪組紋層類型縱向上呈規(guī)律性變化(圖2)。龍一1 亞段1-3 小層富有機(jī)質(zhì)紋層約占90%，含有機(jī)質(zhì)紋層和粉砂質(zhì)紋層各占5%；龍一1 亞段4 小層含有機(jī)質(zhì)紋層約占55%，富有機(jī)質(zhì)紋層和粉砂質(zhì)紋層分別占20%，黏土質(zhì)紋層占5%；龍一2 亞段黏土質(zhì)紋層占60%，粉砂質(zhì)紋層占30%，富有機(jī)質(zhì)紋層和含有機(jī)質(zhì)紋層各占5%。紋層組類型中，龍一1 亞段1-3 小層富有機(jī)質(zhì)+含有機(jī)質(zhì)紋層組占90%，含有機(jī)質(zhì)+粉砂質(zhì)紋層組占10%；龍一1 亞段4 小層富有機(jī)質(zhì)+含有機(jī)質(zhì)紋層組約占15%，含有機(jī)質(zhì)+粉砂質(zhì)紋層組約占85%；龍一2 亞段富有機(jī)質(zhì)+含有機(jī)質(zhì)紋層組約占5%，含有機(jī)質(zhì)+粉砂質(zhì)紋層組占95%。層類型中，龍一1 亞段1-3 小層富有機(jī)質(zhì)層占75%，含有機(jī)質(zhì)層占5%，生物碎屑層和黃鐵礦層分別占10%；龍一1 亞段4 小層下部含有機(jī)質(zhì)層占70%，富有機(jī)質(zhì)層占20%，砂泥薄互層占10%；龍一1亞段4 小層上部砂泥薄互層占60%；龍一2 亞段砂泥薄互層占約80%，富有機(jī)質(zhì)層和含有機(jī)質(zhì)層分別占10%[24-25]。

圖2 四川盆地巫溪2 井龍馬溪組礦物組成與紋層分布(據(jù)文獻(xiàn)[25])Fig.2 Mineral composition and laminar distribution of the Longmaxi Formation in well Wuxi 2,Sichuan Basin (according to literature [25])

頁巖納米孔隙和微裂縫發(fā)育，相互連通構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。龍馬溪組一段含氣頁巖以納米孔隙為主，孔徑為0～1 000 nm，以0～100 nm 區(qū)間孔隙含量最大[25]。其中泥紋層10～40 nm 孔徑區(qū)間孔隙含量最大，粉砂紋層100～1 000 nm 孔徑區(qū)間孔隙含量最大。有機(jī)孔孔徑集中分布于0～100 nm，其中10～40 nm 區(qū)間孔隙含量最大。無機(jī)孔中，粒間孔孔徑分布于200～1 000 nm，其中500～1 000 nm 區(qū)間孔隙含量最大；溶蝕孔隙孔徑分布于40～1 000 nm，100～1 000 nm 區(qū)間孔隙含量最大。微裂縫長度10～200 nm，其中40～200 nm 區(qū)間微裂縫含量較大。

川南地區(qū)頁巖紋層和層理發(fā)育，由下至上依次發(fā)育6 種層理類型，包括生物擾動(dòng)型塊狀層理、遞變型水平層理、均質(zhì)型塊狀層理、條帶狀粉砂型水平層理、砂泥遞變型水平層理和砂泥互層型水平層理。

統(tǒng)計(jì)表明，優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育砂泥遞變型和條帶狀粉砂型水平層理，其中含條帶狀粉砂紋層頁巖脆性礦物含量最高、有機(jī)孔含量最高、物性最好、頁巖水平/垂直滲透率比值最大，總體巖性、電性、物性、地化特性、含氣性、可壓性“六性”最佳，是“甜點(diǎn)段”主要層理類型。

2.2.2 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層時(shí)空展布規(guī)律

沉積研究發(fā)現(xiàn)，四川盆地及周緣存在蜀南和川東兩大富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度中心與暗色頁巖厚度中心，兩者位置相同(圖3)，只是富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度是暗色頁巖厚度的50% 左右。蜀南厚度中心分布在威遠(yuǎn)南-富順-永川-瀘州-長寧一帶，五峰-龍馬溪組下部富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度45～65 m，面積1.8×104km2；川東厚度中心分布在巫溪-萬州-石柱-豐都-涪陵-武隆-南川一帶，五峰-龍馬溪組下部富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度35～50 m，面積擴(kuò)大到4.5×104km2。高TOC、高硅質(zhì)、高有效孔隙度和高游離氣飽和度層段位于LM1-LM3。

圖3 四川盆地及周緣五峰-龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度分布Fig.3 Thickness distribution of organic rich shale of the Wufeng Longmaxi Formation in Sichuan Basin and its periphery

從凱迪晚期到埃隆早期，川南地區(qū)處于局限靜水環(huán)境的深水陸棚相沉積環(huán)境，控制了優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層(甜點(diǎn)層)分布。瀘州-長寧地區(qū)龍一1 亞段底部的優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育，沉積厚度30～50 m；靠近川中剝蝕區(qū)，局部發(fā)育有古地貌高部位(或水下高地)，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)頁巖厚度相對較薄，LM1-LM4 筆石帶極薄，鈾釷比一般小于1.2，與川南地區(qū)其他深水陸棚區(qū)強(qiáng)還原環(huán)境存在一定區(qū)別；川南北部地區(qū)局部的古地貌高地甜點(diǎn)層較薄，分布范圍非常局限。總體上，川南地區(qū)頁巖氣開發(fā)主層系沉積相帶有利，沉積厚度大，分布穩(wěn)定。富有機(jī)質(zhì)頁巖主要發(fā)育于深水陸棚相，明確LM1-LM3 層段頁巖沉積時(shí)還原性最強(qiáng)，儲(chǔ)層品質(zhì)最優(yōu)，為選區(qū)評價(jià)奠定了基礎(chǔ)。

2.3 海相頁巖氣超壓聚集、差異富集特征與機(jī)理

2.3.1 超壓聚集、差異富集特征

實(shí)踐表明，儲(chǔ)層壓力系數(shù)表征地下流體能量和流體封閉程度，很好地反映了頁巖含氣性及保存條件，川南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層壓力系數(shù)普遍較高(為1.2～2.0)，壓力系數(shù)大于1.2 的異常高壓地層區(qū)頁巖氣保存條件均較好，超壓儲(chǔ)層主要分布在川南的長寧-昭通中淺層、威遠(yuǎn)、瀘州、渝西、焦石壩區(qū)塊。壓力系數(shù)為1.8～2.0 的地區(qū)保存條件較為優(yōu)越，超壓富集區(qū)主要分布在川南的富順-瀘州-長寧，以及川東-重慶地區(qū)的涪陵-忠縣-萬州-達(dá)州地區(qū)。但壓力系數(shù)大于2.0 的地區(qū)多數(shù)埋藏深度較大，頁巖氣開發(fā)難度加大。

超壓頁巖氣藏具有3 個(gè)基本特征：一是超低的含水飽和度，富氣頁巖在儲(chǔ)層條件下含水飽和度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于束縛水飽和度；二是離散性的納米孔隙群，納米孔隙主要分布在有機(jī)質(zhì)內(nèi)，有機(jī)質(zhì)的分散性發(fā)育決定了孔隙連續(xù)性差、呈離散性分布；三是較好的可改造性，優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層均有高脆性，是能夠被體積改造的巖石學(xué)基礎(chǔ)。

五峰組-龍馬溪組頁巖氣在縱向上和區(qū)域上均呈現(xiàn)出明顯的差異富集特征，有利(富集)段與甜點(diǎn)段在厚度、含氣量、TOC 含量等方面具有明顯差異?？v向上集中發(fā)育甜點(diǎn)段，主要富集于該頁巖層系的底部富有機(jī)質(zhì)頁巖段，含氣量一般為1.5～4.5 m3/t，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為1.5%～5.0%；區(qū)域上甜點(diǎn)段厚度、含氣量、TOC 含量等關(guān)鍵參數(shù)存在較大變化，其中長寧與涪陵地區(qū)較優(yōu)。

同一種測定方法下600 余個(gè)頁巖含氣量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，頁巖縱向上含氣量變化較大，低者幾乎不含氣，高者可達(dá)9.0 m3/t。有利(富集)段含氣量一般為2.0～4.5 m3/t，其中，甜點(diǎn)段含氣量一般為3.0～7.5 m3/t；非富集段含氣量一般低于1.5 m3/t 或2.0 m3/t。不同區(qū)塊有利(富集)段和甜點(diǎn)段的含氣量均存在較大差異。如涪陵、長寧、威遠(yuǎn)及巫溪地區(qū)有利(富集)段的含氣量分別為3.8～7.0、2.1～5.5、1.8～4.9、1.9～4.9 m3/t，甜點(diǎn)段的含氣量分別為4.7～7.7、3.2～5.5、4.7～7.2、3.4～5.0 m3/t。

1 000 余個(gè)頁巖總有機(jī)碳(TOC)含量統(tǒng)計(jì)顯示，頁巖層系縱向上TOC 含量變化較大，低者可在0.5%以下，高者可達(dá)10%以上。有利(富集)段TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍較大，主體分布為2.0%～5.0%；甜點(diǎn)段作為頁巖氣有利段中最優(yōu)質(zhì)含氣量富集段，其TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)主體為3.0%～6.5%；非富集段TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于2.0%。

2.3.2 超壓聚集、差異富集機(jī)理與模式

根據(jù)研究，我國南方海相頁巖納米孔隙中包含豐富的原油裂解形成的氣泡孔，進(jìn)入成熟生氣階段后“氣泡成孔”機(jī)理下原油裂解生氣、源巖成熟生氣，良好的保存條件(圍巖層的不滲透性、構(gòu)造破壞小)下，有機(jī)質(zhì)持續(xù)生氣、大量氣體無法排出，從而形成高壓和異常高壓。

高壓力系數(shù)區(qū)氣體能量更大、封閉程度更強(qiáng)，具有孔隙度更大、孔隙結(jié)構(gòu)更優(yōu)且含氣性更好的特征。高儲(chǔ)層壓力形成孔內(nèi)支撐、高強(qiáng)度石英礦物形成剛性骨架支撐、封閉成巖環(huán)境有機(jī)酸長期溶蝕鈣質(zhì)礦物等因素共同作用，造成深層頁巖孔隙度4%～6%，與淺層差異不大。

通過川南地區(qū)30 余口井的埋深與儲(chǔ)層孔隙度相關(guān)性分析，隨埋深逐漸增大，龍馬溪組Ⅰ類儲(chǔ)集層有效孔隙度存在先減小再增大的趨勢，高孔隙度區(qū)間位于2 200～4 500 m 范圍內(nèi)。Ⅰ類儲(chǔ)層孔隙以有機(jī)質(zhì)孔、黏土礦物無機(jī)孔等塑性孔為主，缺少剛性礦物顆粒支撐，易被上覆地層有效應(yīng)力壓實(shí)，超壓的存在對于孔隙具有保護(hù)作用，超壓流體可以抵抗壓實(shí)作用對孔隙的破壞，從而使成巖作用過程中形成的頁巖孔隙得以保存，形成儲(chǔ)氣空間。通過氬離子拋光掃描電鏡分析，高壓力系數(shù)的探井中龍馬溪組Ⅰ類儲(chǔ)集層的有機(jī)質(zhì)孔徑更大[18]。

不同深度、壓力系數(shù)下頁巖氣井吸附氣、游離氣模擬計(jì)算結(jié)果及含氣性分析表明，隨著地層溫度和壓力不斷增加，頁巖的吸附氣含量增大，在特定溫度下(埋深為1 500 m)，隨著埋深增加，游離氣比例不斷增大，由30% 增加到65% 以上，更有利于高效開發(fā)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，川南地區(qū)高壓力系數(shù)是頁巖氣井高產(chǎn)的必要條件之一，已發(fā)現(xiàn)工業(yè)頁巖氣井均位于壓力系數(shù)大于1.2 的超壓區(qū)，壓力系數(shù)未達(dá)到1.2 的頁巖氣井很難獲得高產(chǎn)。

頁巖氣藏源儲(chǔ)一體，分布不受構(gòu)造圈閉的限制，川南典型的甜點(diǎn)富集區(qū)可存在于多種構(gòu)造樣式中。結(jié)合勘探開發(fā)實(shí)踐，建立頁巖氣6 種類型甜點(diǎn)[18]、4 個(gè)階段過程的差異富集演化模式，不同富集模式均可實(shí)現(xiàn)工業(yè)開發(fā)。由此鎖定超壓“甜點(diǎn)區(qū)”，明確深水強(qiáng)還原環(huán)境控制“富碳低黏高硅”優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層“甜點(diǎn)段”分布，拓展了開發(fā)領(lǐng)域。

研究認(rèn)為，不同宏觀構(gòu)造樣式下，頁巖氣富集演化主要經(jīng)歷4 個(gè)階段：①構(gòu)造抬升初期，埋深遠(yuǎn)大于2 000 m，頁巖氣以垂向擴(kuò)散運(yùn)移為主，正向部位與負(fù)向部位均可富氣；② 抬升中期，埋深大于2 000 m，抬升幅度適中，頁巖氣以垂向與側(cè)向擴(kuò)散、側(cè)向滲流運(yùn)移為主，正向部位相對富氣；③抬升中晚期，埋深小于2 000 m，抬升幅度略大，頁巖氣以垂向與側(cè)向擴(kuò)散、垂向與側(cè)向滲流運(yùn)移為主，負(fù)向部位相對富氣；④ 抬升晚期，抬升幅度大，埋深淺，頁巖氣以垂向與側(cè)向擴(kuò)散、垂向與側(cè)向滲流運(yùn)移為主，發(fā)生向地表的垂向滲流和散失，正向和負(fù)向部位均貧氣?？傮w上，抬升時(shí)間晚、抬升幅度適中的正向部位更有利于頁巖氣的富集；焦石壩、長寧地區(qū)主要處于第②階段；威遠(yuǎn)、昭通地區(qū)處于第②-③階段；渝東南地區(qū)處于第③-④階段。

3 復(fù)雜構(gòu)造演化、高-過成熟下大面積高豐度超壓頁巖氣地質(zhì)評價(jià)技術(shù)

“十三五”以來，主要基于筆石、腕足、三葉蟲化石生物地層基礎(chǔ)研究對比、測井響應(yīng)分析、多尺度實(shí)驗(yàn)測試分析相結(jié)合等方法，創(chuàng)新了黑色筆石頁巖地層測井響應(yīng)分析與工業(yè)分層劃帶、儲(chǔ)層定量表征與評價(jià)、“雙厚度多參數(shù)”選區(qū)評價(jià)為核心的大面積高豐度超壓頁巖氣地質(zhì)評價(jià)技術(shù)，有效指導(dǎo)和支撐了中國石油頁巖氣地質(zhì)選區(qū)、資源評價(jià)和儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)。

3.1 基于“層序地層、化學(xué)地層、生物地層”的小層對比與評價(jià)技術(shù)

3.1.1 黑色筆石頁巖地層測井響應(yīng)分析與工業(yè)分層劃帶

過去頁巖地層僅劃分為4 段，部分井區(qū)五峰組和龍馬溪組都難以區(qū)分。研究發(fā)現(xiàn)，奧陶紀(jì)-志留紀(jì)之交生物滅絕、劫后得以存活的筆石生物類型相對單一，可能因競爭者減少出現(xiàn)“勃發(fā)”現(xiàn)象，沉積后形成富筆石黑色頁巖甜點(diǎn)段，具有高伽馬、高有機(jī)質(zhì)含量特征。古生物地層中的筆石是全球公認(rèn)的第一門類，古生物化石和電性特征是沉積環(huán)境和地質(zhì)事件兩種不同記錄方式，利用筆石、腕足、三葉蟲化石開展86 口氣井生物地層研究、測井響應(yīng)分析(圖4)，創(chuàng)建黑色頁巖地層筆石-巖性-電性三結(jié)合精細(xì)劃分方案、筆石頁巖儲(chǔ)層工業(yè)分層劃帶標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)研究與工業(yè)化應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合。

圖4 川南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖測井響應(yīng)及地層劃分新方案Fig.4 Logging response for shale strata and new scheme for stratigraphic division of the Wufeng-Longmaxi Formations in southern Sichuan

按筆石帶序列可將五峰組和龍馬溪組黑色頁巖劃分為13 個(gè)筆石帶，甜點(diǎn)段6.85 Ma 形成20～40 m 富筆石頁巖段。這13 個(gè)筆石帶化石特征明顯，其中，龍馬溪組魯?shù)?、埃隆和特列? 階9 個(gè)筆石帶；五峰組凱迪、赫南特2 階4 個(gè)筆石帶(圖4)，以赫南特貝動(dòng)物群準(zhǔn)確標(biāo)定龍馬溪/五峰組界線，高精度時(shí)間標(biāo)尺對比精度達(dá)分米級，平均時(shí)限小于1 Ma，并可全球范圍廣泛應(yīng)用，對比標(biāo)準(zhǔn)意義重大。

建立筆石帶-伽馬等時(shí)測井響應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，厘定典型區(qū)域五峰-龍馬溪組筆石地層4 種筆石帶測井響應(yīng)模式。武隆-巫溪區(qū)塊，處于深水環(huán)境，沉積期構(gòu)造穩(wěn)定，測井曲線呈現(xiàn)4 個(gè)明顯尖峰，形成易于識(shí)別的澗草溝組與五峰組界線、LM1、LM4 與LM5 界線、LM5 與LM6 界線。威遠(yuǎn)-永川區(qū)塊，凱迪期水體相對較淺，頁巖與灰?guī)r互層，測井曲線中缺失GR1，呈現(xiàn)3個(gè)明顯尖峰，形成易于識(shí)別的LM1、LM4 與LM5 界線、LM5 與LM6 界線。長寧-昭通區(qū)塊，受廣西運(yùn)動(dòng)影響，測井曲線中缺失GR4，呈現(xiàn)3 個(gè)明顯尖峰，包括寶塔-五峰組、LM1、LM4 下部特征曲線。宜昌-來鳳區(qū)塊，受宜昌上升影響，測井曲線中缺失GR3，測井曲線呈現(xiàn)3 個(gè)明顯尖峰，形成易于識(shí)別的寶塔-五峰組、LM1、LM5-LM6 特征曲線。

3.1.2 黑色筆石頁巖地層小層對比與精細(xì)評價(jià)技術(shù)

基于筆石帶高等時(shí)性地質(zhì)年代框架和剖面/鉆井大數(shù)據(jù)地層信息，圈定生物地層連續(xù)沉積區(qū)和間斷缺失區(qū)；結(jié)合層序地層與化學(xué)地層分析，創(chuàng)建了頁巖地層小層對比與精細(xì)評價(jià)技術(shù)。

一是結(jié)合自然伽馬、電阻率等測井資料，將龍馬溪組劃分為SQ1、SQ2 兩個(gè)三級層序，開展層序?qū)Ρ取Q1 為龍馬溪組沉積早期深水相筆石頁巖沉積建造，富含有機(jī)質(zhì)和生物硅質(zhì)；SQ2 為龍馬溪組沉積中晚期的半深水-淺水相沉積建造[23]，有機(jī)質(zhì)豐度明顯低于SQ1，黏土含量明顯高于SQ1。二是建立上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)五峰組和龍馬溪組高精度生物地層格架，確定生產(chǎn)井和地質(zhì)淺井頁巖氣主力層段地質(zhì)時(shí)代識(shí)別和區(qū)域?qū)Ρ?。三是建立黑色頁巖分層測井特征突出識(shí)別技術(shù)，基于GR、AC 和CNL 測井響應(yīng)特征，建立生物地層測井識(shí)別特征，準(zhǔn)確識(shí)別魯?shù)るA頁巖生物地層。

結(jié)合沉積、層序、測井、生物帶，形成了五峰組-龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層的地層綜合劃分對比方案和與國際接軌的黑色頁巖儲(chǔ)層工業(yè)化分層標(biāo)準(zhǔn)(圖4)。該工業(yè)分層劃帶方案中明確，五峰組劃分為五一和五二段；龍馬溪組劃分為龍一和龍二段，龍一段分龍一1和龍一2；龍一1亞段進(jìn)一步細(xì)分為龍一11、龍一12、龍一13和龍一14；五一段對應(yīng)于WF1-3，五二段對應(yīng)WF4；龍一1 1-4 分別對應(yīng)于LM1、LM2-3、LM4 和LM5[26]。在中國石油勘探與生產(chǎn)分公司大力支持下，在區(qū)域內(nèi)工業(yè)化推廣應(yīng)用。

利用分層劃帶新方案，對示范區(qū)頁巖氣儲(chǔ)層展布研究取得了新認(rèn)識(shí)。一是威遠(yuǎn)存在次一級水下古隆起，水下古隆起發(fā)育區(qū)龍馬溪組下部筆石帶缺失，優(yōu)質(zhì)頁巖減薄；二是建立了蜀南-威遠(yuǎn)、黔-渝和宜昌地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層沉積模式，在GBDB 數(shù)據(jù)庫(Geobiodiversity Database)和GIS(Geographic Information System)軟件基礎(chǔ)上初建了中上揚(yáng)子地區(qū)晚奧陶世-早志留世頁巖定量古地理特征，落實(shí)了優(yōu)質(zhì)頁巖分布特征；三是長寧至昭通黑色頁巖生物地層特征變化大，由長寧至昭通筆石帶最高層位變低，明確長寧和昭通地區(qū)WF1-LM5 有機(jī)質(zhì)最為富集，威遠(yuǎn)地區(qū)LM1-LM5 有機(jī)質(zhì)最為富集。

3.2 頁巖氣儲(chǔ)層關(guān)鍵參數(shù)實(shí)驗(yàn)分析、定量表征與評價(jià)技術(shù)

3.2.1 頁巖儲(chǔ)層表征關(guān)鍵參數(shù)測試裝置與分析技術(shù)

一是研發(fā)了高溫原位物理模擬裝置，實(shí)現(xiàn)頁巖孔隙演化的原位觀測和表征，為深入研究頁巖孔隙演化提供技術(shù)支撐※。模擬結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度受熱演化程度控制，干酪根有機(jī)質(zhì)孔主要在生油氣階段產(chǎn)生，瀝青孔(氣泡孔)為高-過演化階段瀝青裂解生氣產(chǎn)生。

二是研制了基于壓力衰減的頁巖顆?；|(zhì)滲透率測量系統(tǒng)，解決了高壓密封、精確控溫、高壓高精度測量三方面難題。該系統(tǒng)采用精密恒溫腔控溫(0.005℃)，第三方氦氣泄漏測試(＜10-9Pa·m3/s)，自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳云及挖掘的web 儀器端口。測量數(shù)據(jù)在低壓條件下(2 MPa 以下)滲透率相差2×10-9μm 之內(nèi)，高壓條件下(3 MPa 及以上)多次測量滲透率相差0.1×10-9μm 之內(nèi)。指標(biāo)對比表明，關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)于美國同類設(shè)備※。

三是研制了頁巖顆粒孔隙度測量系統(tǒng)(低溫凍融核磁共振)，該設(shè)備克服了CT、氣體吸附、壓汞等方法的局限性，測試孔徑范圍寬、用時(shí)短、精度高、可重復(fù)測試，實(shí)現(xiàn)了頁巖孔隙度高效、精確測試。

四是自主研發(fā)新型保壓取心含氣量測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過巖心保壓內(nèi)筒排水降壓+多次集氣+自然解吸+加熱解吸計(jì)量，實(shí)現(xiàn)地下原位頁巖含氣量測試[27]，精確測量含氣量，為頁巖氣資源、儲(chǔ)量評價(jià)提供更科學(xué)依據(jù)。

五是研制了頁巖氣高溫高壓成藏模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣成藏過程精確模擬，其模擬不同溫壓條件下頁巖氣在地層中橫向/垂向成藏過程，定量評價(jià)頁巖氣藏含氣量變化特征，目前國內(nèi)尚沒有用定量模擬頁巖氣成藏過程的試驗(yàn)裝置，這填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)模擬裝置空白※。

3.2.2 頁巖氣儲(chǔ)層定量表征與評價(jià)技術(shù)

一是采用微米CT、納米CT、(離子束)掃描電鏡等高分辨率掃描技術(shù)進(jìn)行頁巖樣品的掃描成像和表征分析，其中微米CT 分辨率可達(dá)1 μm 左右、納米CT分辨率可達(dá)50 nm 左右、掃描電鏡分辨率最高可達(dá)1 nm 左右，結(jié)合離子束的掃描電鏡(FIB-SEM)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)樣品的切割和成像，將掃描電鏡成像的范圍從二維拓展到了三維[28]，可以較全面地定性認(rèn)識(shí)頁巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)。圖像處理技術(shù)與分析軟件的發(fā)展將孔隙表征從定性識(shí)別拓展到定量分析，可以定量化研究孔隙結(jié)構(gòu)、類型(有機(jī)孔、無機(jī)孔)、大小、孔徑分布、孔隙度(面孔率)、微裂縫、有機(jī)質(zhì)及礦物成分[29]。對龍馬溪組龍一1亞段內(nèi)4 個(gè)小層頁巖孔隙分析表明，龍一11小層的面孔率最高，氣體保存條件較好，對于頁巖氣開發(fā)層位優(yōu)選有一定指示意義。

二是采用高壓壓汞實(shí)驗(yàn)+低溫N2吸附實(shí)驗(yàn)+低溫CO2吸附實(shí)驗(yàn)3 種流體注入分析技術(shù)、頁巖樣品孔隙熱演化物理模擬技術(shù)、基于壓力衰減的頁巖顆?；|(zhì)滲透率測試系統(tǒng)等頁巖儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率測試技術(shù)、核磁共振凍融法測量孔隙度等頁巖顆粒樣品孔隙度測試技術(shù)、頁巖含氣性核磁共振測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等多種頁巖儲(chǔ)層測試技術(shù)手段開展研究，建立多尺度孔隙結(jié)構(gòu)精細(xì)評價(jià)方法。利用CO2吸附表征微孔，N2吸附表征中孔，高壓壓汞表征宏孔，利用加權(quán)平均表征兩種方法的疊合區(qū)間，創(chuàng)新了基于流體注入的頁巖孔隙全孔徑表征技術(shù)。通過高分辨率FE-SEM 孔隙圖像的濾波、閾值分割，實(shí)現(xiàn)孔隙、有機(jī)質(zhì)和無機(jī)礦物的圖像識(shí)別和定量評價(jià)，創(chuàng)新了基于掃描電鏡的頁巖孔隙自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

三是基于掃描電鏡孔隙自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和頁巖多尺度孔隙結(jié)構(gòu)精細(xì)評價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)、無機(jī)孔隙的定量評價(jià)，明確主力產(chǎn)層段優(yōu)勢孔徑的分布特征。深化了五峰-龍馬溪組頁巖類型劃分研究，明確孔隙類型以有機(jī)質(zhì)孔為主，礦物粒間孔和粒內(nèi)溶蝕孔次之。有機(jī)質(zhì)孔的孔隙類型包括原生有機(jī)質(zhì)孔(Ⅰ)、干酪根有機(jī)質(zhì)孔(Ⅱ)、瀝青孔(Ⅲ)、有機(jī)質(zhì)-黏土復(fù)合體有機(jī)質(zhì)孔(Ⅳ)、有機(jī)質(zhì)-黃鐵礦復(fù)合體孔隙(Ⅴ)。明確主力產(chǎn)層優(yōu)勢孔徑分布，頁巖氣甜點(diǎn)段以有機(jī)質(zhì)孔為主，發(fā)育中孔和宏孔。主力產(chǎn)層(1-3 小層)有機(jī)質(zhì)孔面孔率可達(dá)34.1%，無機(jī)質(zhì)孔面孔率約為2.4%；100 nm 以下的有機(jī)質(zhì)孔的面孔率貢獻(xiàn)占95%左右。主力產(chǎn)層(1-3小層)的孔體積主要由中孔和宏孔提供，有利于游離氣富集，微孔提供了主要的比表面積，對吸附氣富集有利。

3.3 頁巖氣“雙厚度、多參數(shù)”甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選評價(jià)技術(shù)

由前述可知，我國海相頁巖氣富集成藏具有復(fù)雜性與特殊性，優(yōu)選勘探開發(fā)甜點(diǎn)區(qū)需要考慮多種地質(zhì)因素。在對比研究的基礎(chǔ)上，提出以成藏條件為主、突出“源-?！瘪詈蠙C(jī)制，兼顧經(jīng)濟(jì)-開采條件與工程條件的甜點(diǎn)區(qū)評價(jià)參數(shù)體系(表1)，選區(qū)參數(shù)在沉積-成巖-保存三方面獨(dú)具地質(zhì)內(nèi)涵。

表1 四川盆地及周緣頁巖氣甜點(diǎn)區(qū)評價(jià)優(yōu)選參數(shù)體系Table 1 Evaluation and optimization parameter system of shale gas sweet spot area in Sichuan Basin and its periphery

根據(jù)川南地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)踐、前人研究和分類界限綜合分析，總結(jié)出適合川南地區(qū)頁巖氣三類有利目標(biāo)區(qū)或“甜點(diǎn)”區(qū)選區(qū)評價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)及指標(biāo)體系(表2)。

表2 川南地區(qū)頁巖氣甜點(diǎn)選區(qū)評價(jià)關(guān)鍵參數(shù)與分類指標(biāo)體系Table 2 Key parameters and classification index system of shale gas evaluation in southern Sichuan

建立了復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣“雙厚度、多參數(shù)”疊合法選區(qū)評價(jià)方法及流程，針對不同勘探開發(fā)程度的區(qū)塊(如勘探程度低的區(qū)塊、關(guān)鍵參數(shù)難獲取)，采用以變權(quán)有利區(qū)優(yōu)選法為主導(dǎo)的分級分類優(yōu)選有利區(qū)。所謂“雙厚度”，是指LM1-LM3 厚度和Ⅰ+Ⅱ類儲(chǔ)層厚度，選區(qū)評價(jià)中首先考慮最佳層段LM1-LM3 厚度及儲(chǔ)層關(guān)鍵參數(shù)平面展布，綜合考慮五峰組-龍馬溪組Ⅰ+Ⅱ類儲(chǔ)層厚度及關(guān)鍵參數(shù)平面展布。所謂“多參數(shù)”，是指經(jīng)濟(jì)開采的重要參數(shù)“儲(chǔ)層埋深”、平臺(tái)實(shí)施作業(yè)的基礎(chǔ)參數(shù)“地表城鎮(zhèn)及地形”、儲(chǔ)層游離氣及孔隙保存關(guān)鍵參數(shù)“儲(chǔ)層壓力”、不同構(gòu)造分區(qū)保存條件有利區(qū)參數(shù)“斷層發(fā)育”等。通過頁巖氣“雙厚度、多參數(shù)”疊合優(yōu)選有利區(qū)。

根據(jù)上述流程與參數(shù)指標(biāo)體系，指導(dǎo)有利勘探方向優(yōu)選及富集區(qū)帶(區(qū)塊)、目標(biāo)(甜點(diǎn))區(qū)綜合評價(jià)。最終優(yōu)選出四川盆地及周緣五峰-龍馬溪組頁巖氣有利區(qū)36 個(gè)，有效面積2.6×104km2，資源量10.35×1012m3。

4 大面積高豐度頁巖氣富集理論與地質(zhì)評價(jià)技術(shù)應(yīng)用及成效

超壓頁巖氣大面積高豐度連續(xù)型富集地質(zhì)理論，將北美頁巖氣理論認(rèn)識(shí)與我國南方海相頁巖氣地質(zhì)深度結(jié)合并發(fā)展創(chuàng)新，解決了我國復(fù)雜構(gòu)造背景下海相頁巖氣富集與甜點(diǎn)區(qū)評價(jià)難題，豐富了非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)，明確海相頁巖氣是中國未來天然氣增長的主體，夯實(shí)了海相頁巖氣高效勘探與甜點(diǎn)規(guī)模開發(fā)的理論基礎(chǔ)。

自主研發(fā)的大面積高豐度超壓頁巖氣地質(zhì)評價(jià)技術(shù)，提出黑色頁巖地層筆石-巖性-電性三結(jié)合精細(xì)劃分與工業(yè)分層劃帶方案，促進(jìn)了非常規(guī)氣領(lǐng)域生物地層學(xué)的發(fā)展，在油田現(xiàn)場廣泛推廣應(yīng)用，服務(wù)于開發(fā)方案優(yōu)化與工業(yè)化生產(chǎn)，解決了頁巖地層劃分不一致、部分井區(qū)五峰和龍馬溪組難以區(qū)分的問題，實(shí)現(xiàn)五峰組-龍馬溪組分層的全球可對比；提出威遠(yuǎn)地區(qū)威205至202 井區(qū)一帶存在水下古隆起，優(yōu)質(zhì)頁巖段缺失，有效規(guī)避了建產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。研發(fā)了頁巖儲(chǔ)層定量表征與精細(xì)評價(jià)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜頁巖儲(chǔ)層特征的精細(xì)刻畫，確定游離氣、吸附氣賦存空間與比例，厘定了頁巖氣高產(chǎn)富集段。研發(fā)的頁巖儲(chǔ)層關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)測試裝置與新技術(shù)，多項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)優(yōu)于國外同類裝置；實(shí)現(xiàn)厘米級取樣，多尺度、高精度、多維度定量表征孔隙裂縫結(jié)構(gòu)等特征，有利于提高水平井優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率，為頁巖氣開發(fā)優(yōu)化提供了快速?zèng)Q策支持和技術(shù)支撐。

基于大面積高豐度頁巖氣富集理論與地質(zhì)評價(jià)技術(shù)的有效指導(dǎo)和技術(shù)支撐，評價(jià)優(yōu)選出四川盆地及周緣36 個(gè)有利目標(biāo)區(qū)、頁巖氣總地質(zhì)資源量10.35×1012m3，其中4 500 m 以淺有利目標(biāo)(甜點(diǎn))區(qū)24 個(gè)、資源量7.18×1012m3，預(yù)計(jì)可探明儲(chǔ)量近3×1012m3；有效助力陽102、YS118、威204、威202H9、威208、寧216-寧209 等井區(qū)申報(bào)探明儲(chǔ)量8 975×108m3，支撐川南地區(qū)新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量5 000×108m3，發(fā)現(xiàn)并探明了國內(nèi)首個(gè)頁巖氣萬億方儲(chǔ)量大氣田。上述理論與技術(shù)為四川盆地長寧-威遠(yuǎn)、昭通國家級頁巖氣示范區(qū)綜合評價(jià)與建設(shè)，為海相頁巖氣規(guī)模開發(fā)與產(chǎn)建部署提供了地質(zhì)依據(jù)，為推動(dòng)中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供重要支撐和決策依據(jù)，促進(jìn)川南頁巖氣增儲(chǔ)上產(chǎn)快速發(fā)展和我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)快速形成。研究認(rèn)識(shí)將在未來頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要作用，對其他非常規(guī)油氣勘探開發(fā)具有一定指導(dǎo)意義和推廣應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)論

a.大面積高豐度頁巖氣，是指頁巖氣源巖與儲(chǔ)層要素大面積發(fā)育和橫向規(guī)模展布、技術(shù)可采儲(chǔ)量豐度大于等于8×108m3/km2、普遍存在超壓現(xiàn)象(壓力系數(shù)大于1.2)的頁巖氣資源，具有其各自相應(yīng)的地質(zhì)內(nèi)涵。

b.創(chuàng)建了超壓頁巖氣大面積高豐度連續(xù)型富集地質(zhì)理論，認(rèn)為硫化缺氧、富硅富鈣海洋生物勃發(fā)等多地質(zhì)事件沉積耦合作用控制了富有機(jī)質(zhì)頁巖甜點(diǎn)段和高資源豐度分布；闡述了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層具有紋層和層理、有機(jī)質(zhì)納米孔喉發(fā)育、條帶狀粉砂紋層“六性”最佳的特征；基于海相頁巖氣超壓聚集、差異富集特征與機(jī)理，建立了4 個(gè)階段過程的差異富集演化模式。

c.創(chuàng)新大面積高豐度超壓頁巖氣地質(zhì)評價(jià)技術(shù)系列，提出了基于“層序地層、化學(xué)地層、生物地層”的小層對比與評價(jià)技術(shù)，研發(fā)了頁巖氣儲(chǔ)層定量表征與評價(jià)技術(shù)，形成了頁巖氣“雙厚度、多參數(shù)”甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選評價(jià)技術(shù)。

d.闡述了大面積高豐度頁巖氣富集理論的地質(zhì)意義、地質(zhì)評價(jià)技術(shù)的應(yīng)用成效，有效指導(dǎo)和支撐了四川盆地頁巖氣地質(zhì)選區(qū)、資源評價(jià)、儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)、示范區(qū)綜合評價(jià)與建設(shè)，為海相頁巖氣規(guī)模開發(fā)與產(chǎn)建部署、推動(dòng)頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了重要支撐和決策依據(jù)。