川東北地區(qū)頁巖氣地質(zhì)條件及其勘探潛力
——以峰探1 井上二疊統(tǒng)吳家坪組為例

明 盈 孫豪飛 葉玥豪 王嘉先 宋金民 王宇峰 邱玉超 陳 偉 戴 鑫

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室·成都理工大學(xué) 3.中國石油西南油氣田公司

0 引言

我國南方發(fā)育多套海相黑色頁巖，黑色頁巖分布面積廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、生烴潛力大，頁巖氣勘探開發(fā)潛力巨大[1-4]。2017 年，四川盆地累計年產(chǎn)頁巖氣近100×108m3，標(biāo)志著我國頁巖氣勘探開發(fā)進(jìn)入到全新的階段[5]。截至2020 年底，全國已探明地質(zhì)儲量約為1.8×1012m3，在埋深3 500 m 以淺的海相頁巖區(qū)已經(jīng)建成200×108m3的頁巖氣年產(chǎn)規(guī)模[6-7]。已經(jīng)陸續(xù)建立了涪陵、威遠(yuǎn)—榮昌、威遠(yuǎn)—長寧、瀘州—渝西等頁巖氣區(qū)，且勘探深度從3 500 m 以淺逐漸向深層（＞3 500 m）進(jìn)行勘探[8]，但目前海相頁巖氣在上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組以外層位未取得商業(yè)突破。四川盆地上二疊統(tǒng)主要發(fā)育龍?zhí)督M(吳家坪組)和長興組（大隆組）兩套地層，其龍?zhí)督M在川中—川南地區(qū)主要發(fā)育海陸過渡相頁巖，吳家坪組、大隆組在川北以及川東北地區(qū)為海相碳酸鹽巖與深水陸棚相黑色頁巖[9-11]，在川北地區(qū)實(shí)施的多口常規(guī)探井鉆遇大隆組厚層暗色泥頁巖并有良好的油氣顯示，LB1 井鉆遇暗色泥頁巖27.0 m，最大全烴42.73%；JX1 井鉆遇暗色泥頁巖厚度27.8 m，最大全烴3.86%[12]。湘中地區(qū)中國石化華東分公司部署實(shí)施的湘頁1 井鉆遇上二疊統(tǒng)大隆組—龍?zhí)督M泥頁巖，見頁巖氣顯示，解析含氣量介于0.16 ～1.41 m3/t[10]，川東北地區(qū)針對吳家坪組的JYx 井取心段顯示良好，且現(xiàn)場測試含氣量為3.81 m3/t[13]。2022 年底，開江—梁平海槽內(nèi)部署的大頁1H 井在上二疊統(tǒng)深水陸棚相頁巖測試獲氣32.06×104m3/d，向新的層系尋求突破勢在必行。展現(xiàn)出四川盆地及周緣上二疊統(tǒng)吳家坪組與大隆組頁巖氣具有較大的勘探潛力，相關(guān)學(xué)者對龍?zhí)督M研究認(rèn)為龍?zhí)督M海陸過渡相主要為煤系地層，巖性類型多樣，頁巖氣成藏條件復(fù)雜[14-16]，但受開江—梁平海槽的影響，吳家坪組和大隆組在川北地區(qū)發(fā)育深水陸棚相海相頁巖，其地質(zhì)條件與海相龍馬溪組頁巖有相似性，為下一步頁巖氣勘探開發(fā)與研究的重點(diǎn)層位。因此本文選擇峰探1 井上二疊統(tǒng)吳家坪組為研究對象，詳細(xì)深入開展川東北地區(qū)黑色頁巖氣地質(zhì)條件評價，對下一步吳家坪組頁巖氣勘探提供重要的參考作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

川東北地區(qū)包括大巴山褶皺沖斷帶的雙重疊加構(gòu)造帶和川東高陡斷褶帶，其東、西邊界分別為齊岳山斷裂和華鎣山斷裂，區(qū)內(nèi)構(gòu)造整體呈北東東向延伸，北側(cè)為大巴山弧形褶皺帶[11,17]，構(gòu)造特征表現(xiàn)為北東向、北北東向高陡背斜帶和斷裂帶組成的隔擋式褶皺，背斜緊閉，向斜寬緩，成排成帶平行排列。峰探1 井位于重慶市萬州區(qū)龍沙鎮(zhèn)川東高陡構(gòu)造帶東部大池干構(gòu)造東北段萬州向斜東南翼[18]，整體呈現(xiàn)北東—南西相展布（圖1）。中二疊世末期受東吳運(yùn)動的影響，四川盆地大部分地區(qū)隆升剝蝕，晚二疊世四川盆地整體展現(xiàn)為南西高、北東低的古地理格局[16]，受開江—梁平海槽拉張的影響，晚二疊世川東北地區(qū)以開闊臺地—深水陸棚沉積為主，縱向上以濱岸潮坪—開闊臺地—深水陸棚—淺水陸棚相，主要發(fā)育兩套厚層富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，一套為海陸過渡相黑色頁巖，另一套為海相黑色頁巖（圖2）。

2 地層及巖性特征

峰探1 井中上二疊統(tǒng)自下而上依次發(fā)育茅口組、吳家坪組、長興組和下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組（圖2）。茅口組為含生屑泥晶灰?guī)r與泥晶生屑灰?guī)r為主，該套石灰?guī)r在四川盆地穩(wěn)定分布，中二疊世晚期受東吳運(yùn)動的影響，吳家坪組底部王坡頁巖與下伏茅口組的泥晶生屑灰?guī)r平行不整合接觸。吳家坪組一段主要巖性為鋁土質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)泥巖和玄武巖厚14 m（圖3a，d），黑色頁巖不發(fā)育，在后面的頁巖氣地質(zhì)條件評價中就不加以探討。吳家坪組二段下部主要為暗色含凝灰質(zhì)泥巖和淺灰色泥灰?guī)r的互層厚約7.4 m（圖3b，e，c，f），上部10 m 為淺灰泥晶生屑灰?guī)r，吳一段—吳二段主要為一個緩慢海侵的過程，沉積相為濱岸潮坪—開闊臺地相。吳二段黑色頁巖主要發(fā)育于濱岸潮坪相，其主要巖性為暗色含凝灰質(zhì)泥巖。吳家坪組三段初期沉積一套硅質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r與鈣質(zhì)頁巖互層（圖3g-l），底部為硅質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)頁巖，向上鈣質(zhì)含量增加，逐漸過渡為泥質(zhì)灰?guī)r或泥晶灰?guī)r，其中高伽馬頁巖段厚度約26 m，展現(xiàn)為拉張階段一個快速海侵緩慢海退的一個沉積過程，主要為深水陸棚相沉積—淺水陸棚沉積；由于海平面持續(xù)下降，長興組主要沉積生屑灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r，為開闊臺地相沉積。

圖3 峰探1 井吳家坪組典型巖性照片

3 礦物組分特征

通過對峰探1 井吳家坪組黑色頁巖進(jìn)行X 衍射全巖礦物分析，其主要礦物為石英、長石、碳酸鹽巖、黏土礦物和黃鐵礦，個別樣品見菱鐵礦和方沸石。其中吳家坪組二段黑色凝灰質(zhì)泥巖的黏土礦物含量在8.6%～78.6%，平均48.4%，石英含量在7.9%～78.4%，平均36.4%，黃鐵礦含量相對較高平均5.7%，碳酸鹽巖含量較低平均在1.0%（圖4、圖5）。吳家坪組三段黑色頁巖礦物石英和碳酸鹽巖含量高，石英含量在3.0%～85.8%，平均40.4%，碳酸鹽巖含量在1.2%～97.9%，平均46.55%，其兩者占巖石礦物含量的87.0%，脆性指數(shù)高；黏土礦物含量在0 ～54.6%，平均6.6%，其他礦物含量較低，整體都未超過5%（圖4、圖5）。

圖4 峰探1 井吳家坪組礦物綜合柱狀圖

圖5 峰探1 井吳家坪組頁巖全巖X 衍射分析礦物含量圖

峰探1 井吳家坪組二段黑色頁巖黏土礦物含量較高，石英含量次之，在巖相三角圖中主要位于黏土質(zhì)頁巖巖相區(qū)；吳家坪組三段石英和碳酸鹽巖含量較高，主要位于鈣質(zhì)頁巖巖相和硅質(zhì)頁巖巖相（圖6）；總體吳家坪組三段黑色頁巖脆性礦物高于吳家坪組二段黑色頁巖，同時也反映了兩套黑色頁巖的沉積環(huán)境的差異，吳家坪組二段黑色頁巖為濱岸沼澤沉積，吳家坪組三段黑色頁巖為深水陸棚相沉積。與四川盆地川南地區(qū)和焦石壩等五峰組—龍馬溪組深水泥巖進(jìn)行三角圖投點(diǎn)對比（圖6），發(fā)現(xiàn)吳家坪組黑色頁巖與五峰組—龍馬溪組黑色頁巖巖相分布區(qū)略有差異，吳二段分布于遠(yuǎn)離碳酸鹽巖端元，靠近黏土端元，脆性指數(shù)37.5，脆性相對較低。吳三段主要分布在遠(yuǎn)離黏土端元，靠近碳酸鹽巖與石英兩個端元，脆性指數(shù)為86.9，脆性較高。

圖6 峰探1 井吳家坪組礦物特征投點(diǎn)圖

4 有機(jī)地球化學(xué)特征

4.1 有機(jī)質(zhì)豐度

通過對峰探1 井吳家坪組樣品進(jìn)行有機(jī)碳測試，吳家坪組二段頁巖段樣品TOC分布在0.07%～22.34%，平均值為1.41%（圖4），其中多數(shù)樣品的TOC＜1%，整體黑色頁巖品質(zhì)不高（圖7），高TOC段分布于玄武巖之上的暗色泥巖夾層，而灰色凝灰?guī)rTOC整體較低（圖4），TOC＞2%的黑色頁巖厚度約5 m。吳家坪組三段頁巖段TOC分布在0.15%～9.34%，平均值為3.52%，TOC含量整體較高，大多樣品TOC＞2%（圖7）。TOC＞2%的黑色頁巖厚度約26 m，黑色頁巖段平均TOC可達(dá)4.69%（圖4），高TOC段主要集中在吳家坪組三段底部硅質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)頁巖段，向上TOC含量逐漸降低（圖7）。

圖7 峰探1 井吳家坪組有機(jī)地球化學(xué)特征圖

4.2 有機(jī)質(zhì)類型與成熟度

干酪根組分和碳同位素是烴源巖有機(jī)質(zhì)類型的重要判識手段。通過對峰探1 井吳家坪組樣品進(jìn)行分析測試分析，其中干酪根碳同位素-23.3‰～-28.4‰（圖7），其中吳家坪組二段干酪根碳同位素在23.3‰，以Ⅲ型干酪根為主；吳家坪組三段干酪根碳同位素在-25‰～-29‰之間，顯示吳家坪組三段干酪根類型為Ⅱ1—Ⅱ2型，干酪根組分主要以殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組為主，干酪根類型指數(shù)在0 ～80%之間，同樣顯示為Ⅱ1—Ⅱ2為主。吳三段鏡質(zhì)體反射率介于2.71%～2.92%，平均2.81%（圖7），達(dá)到過成熟階段，早期生成的原油完全裂解，利于有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育。

5 孔隙特征

5.1 孔隙類型

本次研究采用前人提出的頁巖孔隙類型的分類標(biāo)準(zhǔn)[19-21]，將黑色頁巖孔隙類型劃分為有機(jī)質(zhì)孔與無機(jī)孔，其中無機(jī)孔包括礦物顆粒內(nèi)部的孔隙、礦物顆粒間的孔隙和裂縫。

吳家坪組二段主要以無機(jī)孔為主，有機(jī)質(zhì)孔和裂隙為輔，其中無機(jī)孔和裂隙主要類型包括：①黏土礦物之間在隨埋深加深過程中成巖轉(zhuǎn)化形成的伊利石和少量綠泥石礦物間的粒間孔，其孔隙主要為長條扁平狀（圖8 b、c、d）；②草莓狀黃鐵礦晶粒之間的晶間孔，而草莓狀顆粒之間的孔隙大多被有機(jī)質(zhì)充填（圖8 a）；③在成巖階段菱鐵礦形成或者暴露階段在菱鐵礦顆粒內(nèi)形成的少量溶蝕孔隙或者包裹體，其孔隙相對孤立（圖8 e、f）；④石英顆粒與黏土礦物之間非定向排列形成的石英顆粒與黏土礦物之間的粒間孔（圖8 c）；⑤可能與構(gòu)造作用相關(guān)的黏土礦物之間形成的微裂隙（圖8 e）。吳家坪組二段有機(jī)質(zhì)多與黃鐵礦伴生，多成塊狀，其有機(jī)質(zhì)孔不發(fā)育（圖8 a）。

圖8 吳家坪組二段頁巖孔隙特征圖

吳家坪組三段黑色頁巖有機(jī)質(zhì)含量較高，有機(jī)質(zhì)的存在狀態(tài)主要有三種類型：有機(jī)質(zhì)充填于石英和方解石原生孔中（圖9 a、h），形態(tài)呈不規(guī)則狀；有機(jī)質(zhì)充填于微裂隙中呈長條狀，其可能與早期油氣運(yùn)移相關(guān)（圖9 b）；③有機(jī)質(zhì)呈團(tuán)塊狀以顆粒的形式存在（圖9 g），為一些原生沉積有機(jī)質(zhì)。由于原始沉積的無機(jī)孔大多被生烴演化過程中生成的原油（瀝青）充填，吳家坪組三段主要發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔，無機(jī)孔和裂隙相對較少，現(xiàn)存無機(jī)孔都相對孤立連通性相對較差（圖9 d）。有機(jī)質(zhì)發(fā)育類型多樣，大多呈蜂窩狀、孔徑在幾十到幾百納米（圖9 e、f），有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育明顯受有機(jī)質(zhì)顯微組分控制，其中固體瀝青有機(jī)質(zhì)孔最為發(fā)育，孔隙大多呈氣泡狀或蜂窩狀（圖9 e、f），殼質(zhì)組和腐泥組中有機(jī)質(zhì)孔呈不規(guī)則狀、在有機(jī)質(zhì)中分布不均呈團(tuán)簇狀（圖9 f），還有一部分有機(jī)質(zhì)在掃描電鏡尺度下孔隙難以觀察到（圖9 g）。吳三段中無機(jī)孔發(fā)育相對較少，原生孔隙大多被瀝青充填，主要的無機(jī)孔為碳酸鹽礦物內(nèi)部的粒內(nèi)孔（圖9a、c），和少部分礦物之間的粒間孔（圖9 d）。

圖9 吳家坪組三段黑色頁巖掃描電鏡下孔隙特征圖

5.2 孔隙結(jié)構(gòu)

頁巖按孔徑分類標(biāo)準(zhǔn)較多[22-23]，但目前應(yīng)用較多的是國家化學(xué)學(xué)會分類標(biāo)準(zhǔn)，將孔隙分為微孔（＜2 nm）、介孔（2 ～50 nm）和宏孔（＞50 nm），本文主要應(yīng)用此分類方案，但為了展示孔隙結(jié)構(gòu)的差異，進(jìn)一步把介孔分為小介孔（2～5 nm）、與大介孔（5 ～50 nm）。

峰探1 井吳家坪組二段氮?dú)馕角€為Ⅳb型吸附等溫線，表明吳家坪組二段孔隙以微孔和介孔為主（圖10）。吳家坪組二段氣體吸附BET法（Brunauer、Emmett 和Teller）比表面積為5.02 m2/g；孔隙體積為0.006 6 cm3/g，其孔徑主要分布在1 ～10 nm，平均孔徑（4 V/A）為8.4 nm。

圖10 峰探1 井吸附曲線圖

吳家坪組三段氮?dú)馕角€為IIb，具有明顯的回滯環(huán)，其回滯環(huán)類型為H2型與H4型特征（圖10），表明孔隙形態(tài)為多個片狀顆粒組成的墨水瓶孔，該類孔隙為前文掃描電鏡觀察中的礦物粒間孔以及有機(jī)質(zhì)生烴形成的海綿狀孔，表明吳家坪組三段微觀孔隙以微孔為主，介孔相對降低。吳家坪組三段BET 比表面積介于4.06 ～47.39 m2/g，平均為18.60 m2/g；孔隙體積介于0.003 6 ～0.034 6cm3/g，平均為0.014 1cm3/g，其孔徑主要分布在1 ～5 nm，平均孔徑為3.9 nm。

峰探1 井吳家坪組三段和吳家坪組二段頁巖儲層的儲集空間存在一定的差別。吳家坪組三段黑色頁巖孔隙直徑較吳家坪組二段相對更小，但孔隙體積相對較大。而吳家坪組二段頁巖儲層儲集空間相對較大，大介孔孔隙體積占孔隙比例較大，而吳家坪組三段黑色頁巖儲集空間相對較小，微孔孔隙體積占比較大（圖11）。

圖11 峰探1 井吳家坪組頁巖孔隙結(jié)構(gòu)特征圖

圖12 峰探1 井吳家坪組不同孔體積與比表面積相關(guān)性圖

5.3 有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育控制因素

近年來國內(nèi)外學(xué)者對黑色頁巖納米孔隙發(fā)育控制做了較多探討[19-20,24]，國內(nèi)學(xué)者對四川盆地下古生界黑色頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)影響因素研究發(fā)現(xiàn)，黑色頁巖孔隙結(jié)構(gòu)受有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度、有機(jī)質(zhì)類型和礦物含量等因素的控制，其中有機(jī)質(zhì)含量對頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)起主要控制作用。

摘 要：中職教育是我國教育的重要組成部分，是培養(yǎng)技術(shù)人才的基地，中職教育的教學(xué)質(zhì)量決定了學(xué)生的就業(yè)能力。中職物理是中職學(xué)校普遍開設(shè)的一門文化基礎(chǔ)課，是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的理性思維科學(xué)，對于學(xué)生的理論知識、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力有著很好的促進(jìn)作用。在物理課程的教學(xué)過程中，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性、培養(yǎng)學(xué)生濃厚的物理學(xué)習(xí)興趣？離不開教師的教育教學(xué)智慧。

有機(jī)質(zhì)孔是富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖中重要的一種孔隙類型，也是頁巖氣賦存的主要孔隙[25-26]。有機(jī)質(zhì)孔是由成熟的干酪根生烴或液態(tài)烴類受熱裂解而形成[26-28]，主要受盆地的熱演化控制。黑色頁巖達(dá)到高成熟階段（Ro>1.2%），頁巖中干酪根達(dá)到生氣窗開始生氣就會形成有機(jī)質(zhì)孔[27，29-30]。熱演化達(dá)到過成熟階段（Ro>2.0%或溫度達(dá)到170℃），早期生成的原油裂解也會形成機(jī)質(zhì)孔[31]。吳家坪組黑色頁巖主要有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1—Ⅲ型為主，Ro為2.8%達(dá)到過成熟階段，已經(jīng)具備發(fā)育大量有機(jī)質(zhì)孔的條件。但通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，固體瀝青中存在大量的有機(jī)質(zhì)孔，塊狀有機(jī)質(zhì)中有機(jī)質(zhì)孔較少，與前人認(rèn)為Ⅲ—Ⅱ2型干酪根有機(jī)質(zhì)孔欠發(fā)育一致[32-33]。

對吳家坪組三段海相黑色頁巖孔隙體積和比表面與TOC、石英含量和碳酸鹽巖含量進(jìn)行了相關(guān)分析（圖13），孔隙體積和比表面積與黑色頁巖有機(jī)質(zhì)豐度呈正相關(guān)性，且相關(guān)性非常好（R2＞0.9），證明有機(jī)質(zhì)豐度對黑色頁巖孔隙具有明顯的控制作用，且有機(jī)質(zhì)孔對黑色頁巖納米級孔隙貢獻(xiàn)較大，而有機(jī)質(zhì)含量與孔徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性較強(qiáng)（R2=0.56），有機(jī)質(zhì)含量越高孔徑越小，在高有機(jī)質(zhì)豐度情況下微孔更發(fā)育。石英含量與孔隙體積和表面積呈正相關(guān)性，但其相關(guān)性非常低（R2＜0.1），表明石英對黑色頁巖孔隙體積沒有明顯控制作用。與四川盆地五峰組—龍馬溪組黑色頁巖表現(xiàn)出明顯的不同，另外石英含量與孔徑呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)性較低（R2=0.36），石英含量對孔徑大小有一定影響，前人研究其石英主要為成巖石英和同沉積化學(xué)沉淀石英[18]，成巖化學(xué)沉淀的石英填充孔隙從而降低孔隙度。碳酸鹽巖礦物含量與孔隙體積、比表面積和孔徑都呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但其相關(guān)性非常弱（R2＜0.2），表明碳酸鹽巖礦物對頁巖孔隙結(jié)構(gòu)沒有明顯的控制作用。這與掃描電鏡觀察到的結(jié)構(gòu)具有相似性，吳家坪組三段黑色頁巖有機(jī)質(zhì)發(fā)育，且大量固體瀝青充填石英顆粒和碳酸鹽顆粒之間的粒間孔，觀察到的無機(jī)孔較少，大多不連通相對孤立。

圖13 峰探1 井吳家坪組孔體積與比表面積與TOC 含量、石英和黏土礦物含量關(guān)系圖

總之，有機(jī)質(zhì)豐度主要控制吳家坪組三段黑色頁巖的孔隙發(fā)育，其孔隙主要以有機(jī)質(zhì)孔為主，為黑色頁巖孔隙的體積的主要貢獻(xiàn)者；石英與碳酸鹽巖對黑色頁巖的孔隙沒有明顯的控制作用。

6 含氣性特征

6.1 等溫甲烷吸附特征

頁巖氣在巖石中的賦存狀態(tài)主要為吸附氣、游離氣和溶解氣等[24，34]。頁巖氣吸附能力可以通過等溫甲烷吸附實(shí)驗結(jié)果來反映，為了真實(shí)反映峰探1井黑色頁巖的等溫吸附能力，本次實(shí)驗為盡量恢復(fù)地層的真實(shí)情況，采取實(shí)驗溫度為90℃，其等溫甲烷吸附實(shí)驗測試結(jié)果如圖14，顯示實(shí)測過剩吸附量隨壓力的增加而增大，當(dāng)壓力在12 MPa 左右吸附量達(dá)到最大值，當(dāng)壓力再增加其吸附量逐漸降低，這與壓力增加過程中吸附相氣體密度和氣相密度差異有關(guān)，并且其下降速度與頁巖孔隙結(jié)構(gòu)特征有關(guān)[35]。為了更好反映頁巖的吸附氣能力，基于單層吸附機(jī)理的Langmuir 模型，也能達(dá)到高精度擬合的效果，計算出蘭氏體積（VL）來表征頁巖的甲烷吸附能力。所以本文采用蘭氏體積來表征頁巖的吸附能力大小。吳家坪組二段頁巖氣量為1.519 cm3/g，吳家坪組三段為0.842 ～4.226 cm3/g，平均為2.307 cm3/g，展現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附能力。

圖14 峰探1 井吳家坪組黑色頁巖甲烷等溫吸附曲線圖

6.2 現(xiàn)場解析氣性特征

頁巖含氣性直接決定了頁巖氣資源潛力，因此頁巖含氣對頁巖氣潛力分析尤為重要，頁巖含氣性主要是通過現(xiàn)場含氣量測試而獲得，其測試主要包括現(xiàn)場解吸氣、殘余氣和損失氣三部分組成。通過直線回歸進(jìn)行損失氣恢復(fù)，吳家坪組二段含氣量在0.331 ～0.927 cm3/g，平均0.69 cm3/g，吳家坪組三段含氣性在0.967 ～8.02 cm3/g，平均為3.33 cm3/g，吳家坪組三段含氣性好，吳家坪組二段含氣性相對較差。

6.3 吸附氣量控制因素

為了明確吳家坪組黑色頁巖吸附能力主控因素，重點(diǎn)從頁巖的物質(zhì)組成和孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)性分析（圖15）。可以看出，頁巖組分中有機(jī)質(zhì)豐度、石英與黏土礦物與Langmuir 體積呈正相關(guān)性，其中Langmuir 體積與TOC的相關(guān)性較強(qiáng)（R2=0.88），與石英含量呈中等相關(guān)性（R2=0.23），與黏土礦物含量沒有明顯的相關(guān)性；碳酸鹽巖含量與Langmuir體積的呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性中等（R2=0.31）（圖15）。Langmuir 體積與有機(jī)質(zhì)豐度、石英與黏土礦物相關(guān)性表明在物質(zhì)組分上，有機(jī)質(zhì)豐度明顯控制了頁巖氣吸附氣量，石英和黏土礦物含量對吸附氣含量的控制作用不明顯，碳酸鹽巖礦物含量對吸附氣含量具有一定抑制作用，展現(xiàn)出碳酸鹽巖含量越高吸附氣含量越低。

圖15 峰探1 井吳家坪組黑色頁巖孔隙結(jié)構(gòu)、礦物組分和TOC 與吸氣量的關(guān)系圖

總之，TOC含量和孔隙結(jié)構(gòu)是控制頁巖氣吸附能力的主要控制因素，控制了頁巖吸附氣量，而石英和碳酸鹽巖對吸附氣含量具有一定控制作用但控制性較差，黏土礦物對吸附氣含量沒有明顯的控制作用。

7 川東北地區(qū)吳家坪組勘探潛力分析

通過對峰探1 井和四川盆地五峰組—龍馬溪組黑色頁巖地質(zhì)條件和頁巖氣Ⅰ類儲層評價指標(biāo)[36-38]對比，吳家坪組二段黑色頁巖從沉積相、有機(jī)質(zhì)豐度、類型、富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度、脆性指數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)特征和含氣性等方面與龍馬溪組黑色頁巖相比，頁巖氣地質(zhì)條件存在差距，顯示其頁巖氣勘探潛力較弱。

吳家坪組三段黑色頁巖從沉積相類型、孔隙類型和脆性指數(shù)與龍馬溪組相比具有相似性，但有機(jī)質(zhì)類型和孔隙結(jié)構(gòu)上存在差異，而有機(jī)質(zhì)豐度和含氣性優(yōu)于龍馬溪組，基本都達(dá)到了I 類儲層的指標(biāo)，揭示出川東北地區(qū)上二疊統(tǒng)吳家坪組三段具有較大的頁巖勘探潛力。

表1 峰探1 井吳家坪組頁巖與龍馬溪組黑色頁巖地質(zhì)條件對比表

8 結(jié)論

通過對川東北地區(qū)峰探1 井吳家坪組頁巖氣地質(zhì)條件的研究，得到以下結(jié)論：

1）川東北地區(qū)峰探1 井上二疊統(tǒng)吳家坪組發(fā)育多套頁巖，其中吳家坪組二段發(fā)育濱岸潮坪相黑色頁巖，其巖性主要為含凝灰質(zhì)泥巖（頁巖），黏土礦物含量高，石英次之，巖相以黏土質(zhì)頁巖巖相為主，脆性指數(shù)低，可壓裂性弱；吳家坪組三段發(fā)育深水陸棚相黑色頁巖，其主要巖性為鈣質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖，石英和碳酸鹽巖含量高，黏土礦物含量低，巖相以硅質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖相為主，脆性指數(shù)高，可壓裂性強(qiáng)。

2）峰探1 井吳家坪組二段頁巖TOC在0.07% ～22.34 %，平均值為1.41%，TOC＞2%黑色頁巖厚度約5 m，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型，達(dá)到過成熟階段；吳家坪組三段黑色頁巖TOC分布在0.15%～9.34%，平均值為3.52%，黑色頁巖（TOC＞2%）厚度約26 m，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1—Ⅱ2型，也達(dá)到過成熟階段。

3）吳家坪組二段頁巖儲集空間主要以黏土礦物之間粒間孔和微裂縫為主，有機(jī)質(zhì)孔相對不發(fā)育，孔隙體積較低，以介孔為主和微孔占比較低，且含氣性也相對較低；吳家坪組三段頁巖儲集空間主要以有機(jī)質(zhì)孔為主，無機(jī)孔相對較低，孔隙體積中等，孔隙以微孔為主介孔次之，且含氣性相對較高，孔隙結(jié)構(gòu)和含氣性受有機(jī)質(zhì)豐度控制明顯，礦物組分對其沒有明顯控制作用。

4）綜合頁巖氣地質(zhì)條件，吳家坪組二段頁巖氣地質(zhì)條件相對較差，頁巖氣資源勘探潛力較弱；吳家坪組三段頁巖氣地質(zhì)條件較好，甚至個別參數(shù)優(yōu)于龍馬溪組，展示較大頁巖氣勘探潛力。