鄂西地區(qū)二疊系大隆組含氣頁(yè)巖巖相類型及儲(chǔ)層特征

摘要：為研究鄂西地區(qū)上二疊統(tǒng)大隆組含氣頁(yè)巖巖相類型和儲(chǔ)層特征，本文以鄂西地區(qū)恩施市恩地2井鉆井巖心為研究對(duì)象，利用X射線衍射全巖礦物分析（XRD）、總有機(jī)碳（TOC）質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定、鏡質(zhì)體反射率（Ro）測(cè)定、干酪根鏡檢、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）觀察、CO2和N2吸附實(shí)驗(yàn)、頁(yè)巖含氣量測(cè)定、微量元素測(cè)定等方法開(kāi)展精細(xì)研究。結(jié)果顯示：鄂西地區(qū)二疊系大隆組主要發(fā)育的巖相類型包括硅質(zhì)巖相、黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相和混合質(zhì)硅質(zhì)巖相，其中黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相是大隆組有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的巖相類型；大隆組頁(yè)巖孔隙類型多樣，微孔和介孔貢獻(xiàn)了頁(yè)巖主要的孔隙體積和孔比表面積；高有機(jī)碳和高黏土礦物有利于頁(yè)巖氣的聚集和頁(yè)巖中微小孔隙（孔徑＜50 nm）系統(tǒng)的建立，微孔和介孔中的吸附氣是總含氣量的重要組成部分。以含氣量和有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為指標(biāo)建立鄂西二疊系大隆組頁(yè)巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相和混合質(zhì)硅質(zhì)巖相為Ⅱ1類優(yōu)勢(shì)巖相類型，硅質(zhì)巖為Ⅱ2類頁(yè)巖氣優(yōu)勢(shì)巖相類型，恩地2井1 241.0～1 250.4 m井段為頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)段”。頁(yè)巖微量元素和有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系表明大隆組高有機(jī)質(zhì)含量是高古生產(chǎn)力和水體還原環(huán)境的共同結(jié)果，其中高古生產(chǎn)力是有機(jī)質(zhì)富集的主要原因。

關(guān)鍵詞：鄂西地區(qū)；大隆組；頁(yè)巖巖相；孔隙結(jié)構(gòu)；含氣性；儲(chǔ)層

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230076

中圖分類號(hào)：P586

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

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Foundation of China（42130803） and the Science and Research Project of Hubei Geological Bureau （KJ202316，KJ202314）

Lithofacies Types and Reservoir Characteristics of Gas-Bearing Shale of Permian Dalong Formation in Western Hubei

Xie Tong1， Chen Wei1， Pan Shiyang2， Shi Wanzhong3，4， Wang Yi1， Zhang Yanlin1， Duan Ke1，

Ren Zhijun1

1. Hubei Geological Survey， Wuhan 430034，China

2. Hubei Geological Research Laboratory， Wuhan 430034，China

3. School of Earth Resources， China University of Geosciences， Wuhan 430074， China

4. Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources （China University of Geosciences）， Ministry of Education， "Wuhan 430074， China

Abstract： To study the lithofacies types and reservoir characteristics of gas-bearing shale in the Upper Permian Dalong Formation in western Hubei area， the drilling cores of Endi 2 Well were taken as the research object and analyzed by whole rock X-ray diffraction， organic carbon content， vitrinite reflectance， kerogen microscopy， field emission scanning electron microscopy， carbon dioxide and nitrogen physical adsorption experiments， shale gas content and trace elements. The results show that the main lithofacies types of the Permian Dalong Formation in western Hubei include siliceous rocks， clayey siliceous rocks and mixed siliceous rocks， and the clayey siliceous lithofacies has the highest average organic carbon content. The shale of Dalong Formation has multiple pore types. Micropores and mesopores contribute to the main pore volume and specific surface area of shale. High organic carbon and clay mineral content are conducive to the accumulation of shale gas and the establishment of micro-pore system （pore size lt; 50 nm） in shale， and the adsorbed gas in micropores and mesopores is an important part of the total gas content. This paper established the evaluation criteria of Permian Dalong Formation shale in western Hubei based on gas content and TOC. The results show that clayey siliceous lithofacies and mixed siliceous lithofacies are Ⅱ1 class advantageous lithofacies types， siliceous lithofacies are Ⅱ2 class advantageous lithofacies types， and the 1 241.01 250.4 m section of Endi 2 Well is the “sweet section” of shale gas. The relationship between trace elements and organic carbon content of shale shows that the high organic matter content of Dalong Formation is the joint result of high productivity and water reduction environment， and the high ancient productivity is the main reason for the enrichment of organic matter.

Key words： western Hubei area; Dalong Formation; shale lithofacies; pore structure; gas-bearing property;reservoir

0 引言

中國(guó)是美國(guó)之外最大的頁(yè)巖氣生產(chǎn)國(guó)，近10年來(lái)，國(guó)內(nèi)石油公司在四川盆地及其鄰區(qū)實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣的有效開(kāi)發(fā)和利用[1]。鄂西地區(qū)緊鄰四川盆地，近些年多家企事業(yè)單位在宜昌、恩施等地區(qū)開(kāi)展了針對(duì)震旦系—侏羅系多套頁(yè)巖層系的調(diào)查評(píng)價(jià)工作，并在寒武系牛蹄塘組、志留系龍馬溪組和二疊系大隆組獲得了頁(yè)巖氣發(fā)現(xiàn)[23]。湖北省二疊系頁(yè)巖氣研究起步較晚，人們對(duì)其認(rèn)識(shí)較薄弱，目前僅2019年和2021年在湖北恩施地區(qū)先后實(shí)施的恩地1井和恩地2井在二疊系大隆組獲得了顯著的頁(yè)巖氣發(fā)現(xiàn)[45]，2021年中國(guó)石化在湖北利川紅星地區(qū)鉆探的HY1井，在二疊系頁(yè)巖獲得了日產(chǎn)氣8.9×104" m3[6]，頁(yè)巖氣試采效果顯著。這不僅打破了中國(guó)南方頁(yè)巖氣“一層獨(dú)輝”的局面，也為鄂西地區(qū)二疊系頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

頁(yè)巖巖相研究是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，巖相主要受沉積環(huán)境的控制，其劃分方案多樣，大多以礦物組分為基礎(chǔ)，進(jìn)而引入有機(jī)質(zhì)豐度、沉積構(gòu)造、古生物等因素進(jìn)行綜合分類，不同類型的巖相儲(chǔ)層特征具有差異性，巖相研究對(duì)于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層劃分具有指導(dǎo)意義[710]。頁(yè)巖氣主要以吸附態(tài)或者游離態(tài)賦存于頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙中，具有自生自儲(chǔ)、源儲(chǔ)一體的特點(diǎn)[1]。頁(yè)巖儲(chǔ)層研究是頁(yè)巖氣勘探與開(kāi)發(fā)的核心問(wèn)題，主要包括有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度、巖石礦物成分、儲(chǔ)集物性特征等多個(gè)方面[11]，全面多角度研究頁(yè)巖儲(chǔ)層，總結(jié)頁(yè)巖氣富集機(jī)理，是頁(yè)巖氣高效勘探的必要手段。

前人對(duì)于鄂西地區(qū)二疊系大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖相類型和儲(chǔ)層綜合研究較少，大多成果僅以地層露頭剖面資料為基礎(chǔ)，露頭樣品風(fēng)化程度較高，測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，且缺少關(guān)鍵的含氣量數(shù)據(jù)，對(duì)下一步勘探開(kāi)發(fā)指導(dǎo)意義不足。恩地2井位于鄂西地區(qū)恩施市，在1 204 ～1 256 m井段鉆遇二疊系大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，并獲取了完整的巖心。恩地2井大隆組平均含氣量為3.0 m3/t，最大含氣量達(dá)到5.9 m3/t，截至2022年，恩地2井是鄂西地區(qū)解吸含氣量最高的頁(yè)巖氣調(diào)查井。本文以恩地2井巖心為研究對(duì)象，先利用巖心觀察、偏光顯微鏡觀察、X射線衍射全巖礦物分析（XRD）等方法對(duì)大隆組地層巖相進(jìn)行研究，然后采用總有機(jī)碳（TOC）質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定、鏡質(zhì)體反射率（Ro）測(cè)定、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）觀察、巖石孔隙度測(cè)定、巖石滲透率測(cè)定、CO2和N2吸附實(shí)驗(yàn)、頁(yè)巖含氣量測(cè)定等手段，分析大隆組儲(chǔ)層特征及優(yōu)勢(shì)巖相類型，最后根據(jù)巖石地球化學(xué)特征，探討大隆組有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理，并開(kāi)展該鉆井頁(yè)巖巖相劃分、儲(chǔ)層特征研究，確定優(yōu)勢(shì)巖相，以期對(duì)后續(xù)鄂西地區(qū)二疊系頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于湖北省西南部地區(qū)（圖1a），構(gòu)造上屬于中揚(yáng)子區(qū)，西鄰四川盆地，東南接江南雪峰推覆隆起帶。侏羅紀(jì)末期的燕山褶皺運(yùn)動(dòng)造成了全區(qū)的強(qiáng)烈變形，形成了以北東向和北北東向?yàn)橹鞯鸟薨櫤蛿嗔褬?gòu)造[13]。恩地2井位于花果坪復(fù)向斜帶西部、白楊坪—椒園向斜帶中段，受白楊坪—椒園向斜東側(cè)大青山逆沖斷層影響，該向斜呈現(xiàn)為西側(cè)寬緩、東側(cè)較緊閉的形態(tài)（圖1b）。已部署的二維地震剖面顯示，該區(qū)二疊系大隆組地震同相軸振幅較強(qiáng)且連續(xù)分布，未表現(xiàn)出明顯的構(gòu)造變形和破碎特征，可認(rèn)為該區(qū)大隆組頁(yè)巖構(gòu)造保存條件較好。

晚二疊世，古特提斯洋打開(kāi)，中上揚(yáng)子區(qū)發(fā)生了大規(guī)模的陸內(nèi)裂陷，研究區(qū)西側(cè)發(fā)育開(kāi)江—梁平海槽，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育城口—鄂西海槽（圖1c）。在構(gòu)造拉張作用背景下，城口—鄂西海槽一直保持到二疊紀(jì)末期[1314]，該裂陷槽主要分布在重慶奉節(jié)—湖北恩施—湖南張家界一帶，走向?yàn)槟夏蠔|—北北西方向。晚二疊世在裂陷槽內(nèi)沉積了深水盆地相的黑色富含硅質(zhì)和碳質(zhì)的泥頁(yè)巖，裂陷槽兩側(cè)主要沉積了碳酸鹽巖臺(tái)地相的灰色厚層含生物屑灰?guī)r，利川地區(qū)局部沉積呈點(diǎn)狀或條帶狀分布的生物礁灰?guī)r。

2 樣品采集及測(cè)試方法

恩地2井位于晚二疊世裂陷槽內(nèi)沉積區(qū)，大隆組發(fā)育了富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，從測(cè)井曲線（圖2）可見(jiàn)深色泥巖段自然伽馬表現(xiàn)為異常高值，深側(cè)向和淺側(cè)向電阻率值偏低；灰?guī)r段自然伽馬值偏低，深側(cè)向和淺側(cè)向電阻率較高，其中1 215.0 ～1 256.0 m井段獲得頁(yè)巖含氣量較高，本次研究實(shí)驗(yàn)樣品主要來(lái)自恩地2井大隆組含氣層段。共完成120件巖心樣品總有機(jī)碳含量測(cè)定、X射線衍射全巖礦物分析；34件樣品干酪根顯微組分分析；26樣品件鏡質(zhì)體反射率測(cè)定；6件樣品氬離子拋光場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察；7件樣品二氧化碳和氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)用于孔隙結(jié)構(gòu)分析；23件頁(yè)巖現(xiàn)場(chǎng)含氣量測(cè)定實(shí)驗(yàn)；35件樣品微量元素分析，樣品位置如圖2所示。

頁(yè)巖X射線衍射全巖礦物分析，依據(jù)《沉積巖中黏土礦物和常見(jiàn)非黏土礦物X射線衍射分析方法》（SY/T 5163—2018）[15]，在電壓40 kV、電流40 mA的條件下，采用理學(xué)SmartLab SE型X射線衍射儀進(jìn)行。有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定，依據(jù)《沉積巖中總有機(jī)碳的測(cè)定》（GB/T 19145—2022）[16]，采用日本島津TOCL CPH SM5000總有機(jī)碳分析儀進(jìn)行。干酪根顯微組分測(cè)試，依據(jù)《透射光—熒光干酪根顯微組分鑒定及類型劃分方法》（SY/T 5125—2014）[17]，采用DMLD 型顯微鏡進(jìn)行。鏡質(zhì)體反射率（Ro）測(cè)試，依據(jù)《沉積巖中鏡質(zhì)體反射率測(cè)定方法》（SY/T 5124—2012）[18]，采用德國(guó)Leica MPM80體視顯微鏡進(jìn)行。場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察采用EVO LS 15掃描電子顯微鏡系統(tǒng)，依據(jù)《油氣儲(chǔ)層砂巖樣品掃描電子顯微鏡分析方法》（GB/T 18295—2001）[19]進(jìn)行。低溫低壓二氧化碳和氮?dú)馕綔y(cè)試均采用Quantachrome儀器公司的Autosorb IQ3全自動(dòng)比表面吸附儀，二氧化碳吸附測(cè)試以二氧化碳為吸附質(zhì)，測(cè)定相對(duì)壓力在0～0.03區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的氣體吸附量，應(yīng)用DFT（density functional theory）模型處理數(shù)據(jù)，主要分析微孔孔隙體積和微孔比表面積；氮?dú)馕綔y(cè)試在液氮溫度（-195.8 ℃）下測(cè)定氮?dú)庠诓煌瑝毫ο碌奈搅亢兔摳搅?，?yīng)用BJH（Barret-Joyner-Halenda）模型計(jì)算孔隙體積及比表面積等相應(yīng)參數(shù)。頁(yè)巖微量元素分析，依據(jù)《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法：第30部分： 44個(gè)元素量測(cè)定》（GB/T 14506.30—2010）[20]，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行。以上樣品測(cè)試均在武漢新生紀(jì)科技有限公司完成。

頁(yè)巖含氣量測(cè)定采用重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院生產(chǎn)的頁(yè)巖含氣量測(cè)定儀，巖心從井口取出后首先放置在密封的鋼制解吸罐內(nèi)，然后用軟管連接解吸罐和含氣量測(cè)定儀，收集巖心逸出的氣體并計(jì)算氣體體積，再根據(jù)頁(yè)巖起始解吸速率和損失氣時(shí)間計(jì)算損失氣量。本次采用的頁(yè)巖總含氣量為解吸氣和損失氣之和。該實(shí)驗(yàn)在鉆井現(xiàn)場(chǎng)自然環(huán)境下完成，最終得到的氣體體積均換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20 ℃，101.325 kPa）下的體積。

3 礦物特征與巖相劃分

3.1 礦物組分

恩地2井大隆組頁(yè)巖礦物組分以石英、黏土礦物、斜長(zhǎng)石、方解石、白云石、黃鐵礦和赤鐵礦為主，個(gè)別樣品檢測(cè)出少量鉀長(zhǎng)石、菱鐵礦、鐵白云石和硬石膏。掃描電鏡下石英通常呈不規(guī)則的多邊形，偶見(jiàn)微裂縫發(fā)育，礦物粒徑普遍介于1～10 μm之間，邊緣呈次圓—次棱角狀，能譜分析主要元素為O和Si（圖3a、b）；黏土礦物大多呈條帶狀或絮狀，具有成層性和較好的晶型結(jié)構(gòu)，能譜分析主要元素為O、Al和Si（圖3c、d）；白云石一般呈較規(guī)則的四邊形，礦物粒徑為1～20 μm，礦物內(nèi)和礦物邊緣常發(fā)育溶蝕孔洞，能譜分析主要元素為O、Mg和Ca（圖3e、f）；方解石多呈不規(guī)則的多邊形，礦物粒徑為1～10 μm，礦物內(nèi)常發(fā)育大小不一的溶蝕孔洞，能譜分析主要元素為C、O和Ca（圖3g、h）。

由各礦物體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：石英體積分?jǐn)?shù)為9.7%～87.2%，是大隆組頁(yè)巖最主要的礦物成分，平均體積分?jǐn)?shù)高達(dá)56.8%；黏土礦物體積分?jǐn)?shù)為4.7%～80.0%，平均體積分?jǐn)?shù)可達(dá)20.9%；斜長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)為0.9%～22.9%，平均體積分?jǐn)?shù)為6.5%；方解石體積分?jǐn)?shù)為0.2%～38.4%，平均體積分?jǐn)?shù)為7.3%；白云石體積分?jǐn)?shù)為0.2%～48.6%，平均體積分?jǐn)?shù)為3.9%；黃鐵礦體積分?jǐn)?shù)為0.8%～14.7%，平均體積分?jǐn)?shù)為3.8%。由礦物組分分析結(jié)果可知，大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段是一套以石英和黏土礦物為主的硅質(zhì)泥頁(yè)巖。

3.2 巖相劃分方案

富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖大多形成于凝縮段，一般具有非均質(zhì)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，劃分頁(yè)巖巖相類型對(duì)于預(yù)測(cè)儲(chǔ)層“甜點(diǎn)段”有著重要的意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者[2124]在頁(yè)巖巖相劃分方面所采用的方法還未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同區(qū)域不同地層頁(yè)巖特征，劃分依據(jù)包括礦物成分、沉積結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)豐度和生物特征等。國(guó)內(nèi)學(xué)者[2526]已對(duì)揚(yáng)子地區(qū)志留系龍馬溪組頁(yè)巖開(kāi)展了較深入的頁(yè)巖巖相劃分研究，主要采用三端元圖解劃分巖相。鄂西地區(qū)晚二疊世主要沉積了黑色灰黑色薄層狀含碳硅質(zhì)泥巖，發(fā)育水平層理，鉆井巖心和野外露頭均未見(jiàn)到典型的沉積構(gòu)造特征層段差異性，因此本次研究以硅酸鹽礦物（石英+長(zhǎng)石）、碳酸鹽巖礦物（方解石+白云石）、黏土礦物三端元圖解劃分大隆組頁(yè)巖巖相，共劃分出4個(gè)巖相組合（大類）和16個(gè)巖相（類），具體劃分方案見(jiàn)表1。

3.3 巖相特征

按照巖相劃分方案[2324]分類統(tǒng)計(jì)恩地2井大隆組頁(yè)巖巖相類型，結(jié)果（表1）顯示大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段主要巖相組合為硅酸鹽巖類，包括硅質(zhì)巖相（S）、黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相（S1）和混合質(zhì)硅質(zhì)巖相（S2），三者體積分?jǐn)?shù)分別為35.8%、23.3%和21.7%。其他巖相組合多以?shī)A層形式發(fā)育于大隆組地層中，單層厚度一般小于5 cm，鈣質(zhì)硅質(zhì)巖相（S3）、如硅質(zhì)黏土巖相（CM3）、黏土質(zhì)硅質(zhì)混合巖相（M2）、鈣質(zhì)硅質(zhì)混合巖相（M3）等。相較于湖北宜昌和重慶涪陵地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖[2728]（圖4a）和美國(guó)典型頁(yè)巖[29]礦物組成（圖4b）特征，恩地2井大隆組硅酸鹽礦物體積分?jǐn)?shù)較高，大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖硅酸鹽礦物（石英+長(zhǎng)石）體積分?jǐn)?shù)普遍超過(guò)50%（表1），碳酸鹽礦物和黏土礦物體積分?jǐn)?shù)較少。

根據(jù)巖相垂向分布特征，可將恩地2井大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段劃分為5個(gè)巖相組合段（圖2、表2）。如表2所示：第②巖相組合段內(nèi)巖性為灰色含生物屑粉晶灰?guī)r，不含氣，本文不作詳細(xì)討論；①③④⑤組合段內(nèi)硅質(zhì)巖相、黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相、混合質(zhì)硅質(zhì)巖相為主要巖相類型，對(duì)這三種巖相特征詳細(xì)闡述如下。

3.3.1 硅質(zhì)巖相

該巖相類型在恩地2井大隆組第①和第④巖相組合段（1 252.8～1 255.2 m，1 230.0～1 241.0 m）巖相占比較高（表2）。該巖相中石英平均體積分?jǐn)?shù)為75.2%，長(zhǎng)石平均體積分?jǐn)?shù)為4.7%，方解石平均體積分?jǐn)?shù)為3.9%，白云石平均體積分?jǐn)?shù)為2.0%，黃鐵礦平均體積分?jǐn)?shù)為3.1%，黏土礦物平均體積分?jǐn)?shù)為11.1%。該巖相類型巖心為黑色（圖5a），發(fā)育水平層理，見(jiàn)少量深灰色鈣質(zhì)紋層，局部見(jiàn)數(shù)條高角度裂隙（圖5b），裂隙寬度一般不超過(guò)3 mm，均被方解石完全充填，巖心硬度大，較脆，大多沿層理面和高角度裂隙碎裂成數(shù)厘米的小塊。鏡下觀察石英多呈不定形隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，部分為微晶結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)大量圓狀橢圓狀硅質(zhì)放射蟲(chóng)（圖5c），反映出生物硅是大隆組硅質(zhì)來(lái)源之一。

3.3.2 黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相

該巖相在恩地2井大隆組第③巖相組合段（1 241.0～1 250.4 m）巖相占比最高（表2、圖5d）。該巖相中石英平均體積分?jǐn)?shù)為48.2%，長(zhǎng)石平均體積分?jǐn)?shù)為9.2%，方解石平均體積分?jǐn)?shù)為3.0%，白云石平均體積分?jǐn)?shù)為2.4%，黃鐵礦平均體積分?jǐn)?shù)為6.6%，黏土礦物平均體積分?jǐn)?shù)為30.6%。該巖相巖心為黑色—灰黑色，水平層理較發(fā)育，發(fā)育星點(diǎn)狀黃鐵礦或透鏡狀黃鐵礦集合體（圖5e），局部見(jiàn)腕足生物碎片，放射蟲(chóng)富集層（單層1～5 cm）較發(fā)育，局部發(fā)育高角度裂縫和層理縫，被方解石完全充填，該段巖心硬度和脆性較硅質(zhì)巖相明顯減小，巖心較完整。鏡下黏土質(zhì)通常表現(xiàn)為深色鱗片狀或網(wǎng)狀分布（圖5f）。

3.3.3 混合質(zhì)硅質(zhì)巖相

該巖相在恩地2井大隆組第③和第⑤巖相組合段（1 241.1～1 250.4 m，1 213.5～1 230.0 m）巖相占比較高（表2）。該巖相類型石英平均體積分?jǐn)?shù)為58.7%，長(zhǎng)石平均體積分?jǐn)?shù)為7.4%，方解石平均體積分?jǐn)?shù)為10.3%，白云石平均體積分?jǐn)?shù)為4.0%，黃鐵礦平均體積分?jǐn)?shù)為4.8%，黏土礦物平均體積分?jǐn)?shù)為14.8%。該巖相巖心為黑色—灰黑色（圖5g），發(fā)育水平層理（圖5h），夾較多灰質(zhì)夾層，夾層中見(jiàn)生物屑（圖5i），發(fā)育高角度裂隙和層理縫，被方解石完全充填。該井段巖相類型多，縱向變化快。鏡下方解石通常為泥晶微晶結(jié)構(gòu)，層理清晰，部分樣品中見(jiàn)腕足生物化石碎片順層分布，并被方解石交代。

4 儲(chǔ)層特征

4.1 有機(jī)地球化學(xué)特征

4.1.1 有機(jī)質(zhì)類型

在生物顯微鏡下將恩地2井大隆組頁(yè)巖干酪根樣品放大400～600倍進(jìn)行觀察，可見(jiàn)干酪根主要由棉絮狀、團(tuán)粒狀腐泥組無(wú)定形體和少量無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體組成（圖6）。測(cè)得Ⅰ型干酪根樣品26件，類型指數(shù)[17]平均值為89.5，Ⅱ1型干酪根樣品8件，類型指數(shù)平均值為77.5；說(shuō)明研究區(qū)大隆組有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于藻類、海洋浮游生物和少量孢子等，生烴潛力較大。大隆組頁(yè)巖巖心和鏡下觀察均發(fā)現(xiàn)大量硅質(zhì)放射蟲(chóng)等生物化石，表明大隆組具較高的初級(jí)生產(chǎn)力。前人[30]研究表明無(wú)定形有機(jī)質(zhì)內(nèi)常形成孔隙且面孔率高，是優(yōu)質(zhì)的頁(yè)巖孔隙類型。

4.1.2 總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

鄂西地區(qū)二疊系大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖具有有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于揚(yáng)子地區(qū)其他海相頁(yè)巖層系的特點(diǎn)，前人[31]在湖北建始、恩施、鶴峰一帶采集的頁(yè)巖樣品有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多超過(guò)4%。恩地2井大隆組有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于1.5%～19.5%之間，平均值為8.9%，其中在1 239.0 ～1 254.0 m井段，平均有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10.9%。綜合分析頁(yè)巖不同礦物組分和有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系（圖7）可知：w（硅酸鹽礦物）在0～60%區(qū)間與w（TOC）呈正相關(guān)關(guān)系，w（硅酸鹽礦物）在60%～100%區(qū)間與w（TOC）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖7a）；w（黏土礦物）在0～30%區(qū)間與w（TOC）呈正相關(guān)關(guān)系，w（黏土礦物）在40%～100%區(qū)間與w（TOC）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖7b）；w（碳酸鹽巖礦物）與w（TOC）之間未顯示出明顯的相關(guān)性（圖7c）。雖然硅酸鹽礦物和黏土礦物在不同體積分?jǐn)?shù)區(qū)間表現(xiàn)出與w（TOC）不同的相關(guān)性，但w（硅酸鹽礦物）在0～40%和w（黏土礦物）在40%～100%區(qū)間樣品占比較小，可認(rèn)為不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。主體數(shù)據(jù)投影位置顯示，大隆組頁(yè)巖w（TOC）與w（硅酸鹽礦物）呈弱負(fù)相關(guān)關(guān)系，與w（黏土礦物）呈較明顯的正相關(guān)關(guān)系。統(tǒng)計(jì)得出大隆組w（TOC）最高的巖相是黏土質(zhì)硅質(zhì)巖（圖7d），即w（硅酸鹽礦物）約60%，w（黏土礦物）約30%，w（碳酸鹽巖礦物）小于5%的巖相類型;可見(jiàn)任何一種單一礦物類型高度富集均不利于有機(jī)質(zhì)的富集。

4.1.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

鏡質(zhì)體反射率測(cè)定結(jié)果顯示，恩地2井大隆組頁(yè)巖Ro為

2.53%～2.79%，處于過(guò)成熟階段早期，干酪根已經(jīng)進(jìn)入裂解生干氣階段；與四川盆地志留系龍馬溪組Ro值（平均值為2.1%～3.0%）相近[32]，過(guò)成熟階段是較有利于頁(yè)巖氣成藏的成熟度階段。

4.2 孔隙結(jié)構(gòu)

掃描電鏡觀察表明，大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育的孔隙類型包括粒間孔、粒內(nèi)孔、有機(jī)質(zhì)孔和微裂縫等，其中粒內(nèi)孔主要包括溶蝕孔、黏土礦物層間孔和黃鐵礦晶間孔，各孔隙類型特征如表3和圖8所示，其中粒間孔和有機(jī)質(zhì)孔是大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布最廣的孔隙類型。大隆組石英、方解石等脆性礦物體積分?jǐn)?shù)較高，礦物間常形成大小不一的粒間孔，尤其是以石英為主的硅質(zhì)礦物形成的剛性孔隙骨架，

剛性孔隙骨架

可以減少在成巖過(guò)程中孔隙被壓實(shí)改造。大隆組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)體積分?jǐn)?shù)高，大多與黃鐵礦和黏土礦物交織共生，主要呈條帶狀或破碎狀充填在礦物粒間或裂縫內(nèi)，當(dāng)Ro≥0.6%時(shí)，因生烴熱演化過(guò)程中的有機(jī)質(zhì)消耗和成分收縮，有機(jī)質(zhì)內(nèi)常發(fā)育孔隙，有機(jī)質(zhì)孔是大隆組泥頁(yè)巖最主要的孔隙類型。觀察發(fā)現(xiàn)大隆組的有機(jī)質(zhì)大多難以辨別其生物的原始結(jié)構(gòu)，因此大隆組頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)孔隙屬于次生有機(jī)質(zhì)孔隙，是有機(jī)質(zhì)熱演化和烴類排出機(jī)制致使有機(jī)質(zhì)內(nèi)形成橢圓形麻點(diǎn)狀或撕裂狀的孔隙。大隆組有機(jī)質(zhì)孔孔徑分布在1～200 nm之間，大量的微孔和介孔均形成于有機(jī)質(zhì)孔內(nèi)，增加了氣體吸附比表面積，且其油性表面更有利于烴類氣體的吸附[33]。

恩地2井大隆組頁(yè)巖氮?dú)?、二氧化碳吸附?shí)驗(yàn)結(jié)果（表4）顯示頁(yè)巖中微孔（孔徑＜2 nm）、介孔（2nm≤孔徑lt;50 nm）和宏孔（≥50 nm）均有發(fā)育，孔隙體積和孔比表面積均表現(xiàn)出由大隆組頂至底逐漸增大的趨勢(shì)。大隆組頁(yè)巖孔隙中介孔是頁(yè)巖孔隙總體積的主要貢獻(xiàn)者，計(jì)算得知平均貢獻(xiàn)為69%，微孔平均貢獻(xiàn)為23%，宏孔平均貢獻(xiàn)為8%（圖9a）；微孔是頁(yè)巖孔隙總比表面積的主要貢獻(xiàn)者，計(jì)算得知平均貢獻(xiàn)為60%，介孔平均貢獻(xiàn)為39%，宏孔平均貢獻(xiàn)小于1%（圖9b）。

統(tǒng)計(jì)各孔隙參數(shù)與礦物成分之間的關(guān)系（圖10）發(fā)現(xiàn)，恩地2井大隆組頁(yè)巖BET比表面積，微孔和介孔的孔隙體積、孔比表面積均與黏土礦物體積分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)（圖10a、b、c、e、f），并與碳酸鹽巖礦物和硅酸鹽礦物呈負(fù)相關(guān)，而宏孔的孔隙體積和孔比表面積與各礦物組成無(wú)明顯的相關(guān)性（圖10d、g）。統(tǒng)計(jì)孔隙參數(shù)與w（TOC）的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖微孔、介孔孔隙體積與w（TOC）呈明顯正相關(guān)性，頁(yè)巖BET比表面積、微孔比表面積、介孔比表面積與w（TOC）均呈明顯的正相關(guān)性，而宏孔的孔隙體積和孔比表面積均未與w（TOC）表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性（圖10h、i）。以上結(jié)果表明，微孔和介孔是大隆組頁(yè)巖氣最主要的賦存空間類型，頁(yè)巖中黏土礦物和有機(jī)碳的富集有利于頁(yè)巖在成巖與生烴演化過(guò)程中微孔和介孔的形成。吸附態(tài)是頁(yè)巖氣聚集的主要方式之一，當(dāng)頁(yè)巖氣吸附在孔隙表面，由于其特殊的物理狀態(tài)，不容易在構(gòu)造演化中流失，微孔和介孔這種納米級(jí)孔隙可為頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集提供大量的可吸附表面，是頁(yè)巖優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)集孔隙類型，因此微孔和介孔的發(fā)育程度是判斷頁(yè)巖儲(chǔ)集條件的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。

4.3 含氣性

資料[34]顯示，湖北恩施地區(qū)地溫梯度約1.8 ℃/hm。

本次頁(yè)巖含氣量測(cè)定實(shí)驗(yàn)共經(jīng)過(guò)兩個(gè)溫度的解吸階段，分別為38 ℃（地溫階段）和90 ℃（高溫階段）（圖11，表5）。

38 ℃為模擬鉆井大隆組地層溫度（即地溫階段），此階段解吸速度用于計(jì)算含氣量測(cè)定實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前頁(yè)巖氣損失氣量;90 ℃高溫加熱是為了加速頁(yè)巖氣的解吸附過(guò)程，以滿足鉆探工程進(jìn)度要求。含氣量測(cè)定實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，當(dāng)?shù)販仉A段單小時(shí)收集氣體體積小于50×10-3 m3時(shí)，則開(kāi)始高溫解吸階段;當(dāng)高溫解吸階段單小時(shí)收集氣體體積小于5×10-3 m3時(shí)，則結(jié)束整個(gè)含氣量測(cè)定實(shí)驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)得到了巖心初始?xì)怏w解吸附速度、損失時(shí)間、解吸附時(shí)間、解吸附氣量和巖心質(zhì)量等數(shù)據(jù)。

先利用初始?xì)怏w解吸附速率和損失時(shí)間計(jì)算出損失氣量，再用損失氣量加巖心解吸附氣量，最后結(jié)合巖心樣品質(zhì)量計(jì)算出單位質(zhì)量巖心含氣量，含氣量單位為m3/t。

頁(yè)巖氣解吸附遵循由宏孔至微孔、由游離氣至吸附氣的過(guò)程[3536]。損失氣時(shí)間和地溫階段解吸初期，釋放的氣體主要是頁(yè)巖中裂縫和連通性較好的宏孔中的游離氣；地溫階段解吸中期主要是頁(yè)巖宏孔、微裂隙和少量介孔中的游離氣和吸附氣；高溫解吸階段是本次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵階段，釋放的氣體主要來(lái)自介孔和微孔的吸附氣，該階段是一個(gè)漫長(zhǎng)的氣體擴(kuò)散釋放過(guò)程，高溫可以降低頁(yè)巖的吸附量，加速解吸附過(guò)程[35]。本次解吸實(shí)驗(yàn)高溫階段解吸氣量可以反映出頁(yè)巖小孔徑內(nèi)的吸附氣量，統(tǒng)計(jì)可知，恩地2井大隆組高溫階段解吸氣含量占總含氣量比例平均為53%，高溫解吸氣占比與黏土礦物體積分?jǐn)?shù)、w（TOC）和含氣量均表現(xiàn)正相關(guān)性（圖12a、b）；證明大隆組微孔和介孔中的吸附氣是總含氣量的重要組成部分，高體積分?jǐn)?shù)的黏土礦物和有機(jī)質(zhì)有利于大隆組微小孔隙系統(tǒng)的建立。恩地2井在1 215.0～1 253.0 m層段巖心含氣量介于1.6～5.9 m3/t之間，平均值為3.0 m3/t，總含氣量與w（TOC）呈較明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖12c）。結(jié)合全巖X射線衍射礦物數(shù)據(jù)分析，恩地2井大隆組總含氣量與黏土礦物體積分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)關(guān)系，與硅酸鹽礦物呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與碳酸鹽礦物沒(méi)有較明顯的相關(guān)性（圖12d）；也可說(shuō)明黏土礦物是研究區(qū)大隆組頁(yè)巖氣富集的關(guān)鍵礦物類型。

5 頁(yè)巖氣富集優(yōu)勢(shì)巖相

國(guó)內(nèi)外目前大多觀點(diǎn)[3，8，2728]認(rèn)為，形成具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的頁(yè)巖氣基本條件包括高含氣量、高有機(jī)質(zhì)豐度、較高熱成熟度和高硅質(zhì)礦物。鄂西地區(qū)大隆組頁(yè)巖Ro介于2.2%～2.8%之間，總體處于過(guò)成熟階段早期，是較有利于頁(yè)巖氣成藏的成熟度階段。恩地2井礦物組分?jǐn)?shù)據(jù)顯示，恩施地區(qū)大隆組含氣層段頁(yè)巖硅質(zhì)含量高，硅酸鹽礦物體積分?jǐn)?shù)平均達(dá)到66%。因此頁(yè)巖成熟度和硅質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)為本次評(píng)價(jià)的常量指標(biāo)，頁(yè)巖含氣量和有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是評(píng)價(jià)主要參考的變量指標(biāo)。

頁(yè)巖含氣量是判斷頁(yè)巖的是否具有經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值的最有效、最直接的指標(biāo)。北美已商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣層含氣量主要為1～9 m3/t，中國(guó)南方頁(yè)巖氣田志留系龍馬溪組海相頁(yè)巖的含氣量為2～3 m3/t[28]，鄂西地區(qū)目前已實(shí)施的10余口針對(duì)二疊系的頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查井現(xiàn)場(chǎng)解吸含氣量為1～6 m3/t，大多為2～4 m3/t。國(guó)內(nèi)外油氣田常用標(biāo)準(zhǔn)[27， 37]認(rèn)為Ⅰ類優(yōu)勢(shì)巖相的頁(yè)巖含氣量＞4 m3/t，Ⅱ類優(yōu)質(zhì)巖相的頁(yè)巖含氣量為2～4 m3/t。恩地2井頁(yè)巖含氣量測(cè)定實(shí)驗(yàn)中有3個(gè)樣品含氣量超過(guò)4 m3/t，其中2個(gè)樣品巖相類型為混合質(zhì)硅質(zhì)巖，1個(gè)樣品巖相類型為黏土質(zhì)硅質(zhì)巖，其余巖相類型樣品平均含氣量均未超過(guò)4 m3/t；為了進(jìn)一步劃分，將含氣量介于3～4 m3/t之間定義為Ⅱ1類優(yōu)質(zhì)巖相，含氣量介于2～3 m3/t之間的定義為Ⅱ2類優(yōu)質(zhì)巖相。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者根據(jù)不同地區(qū)和不同層位頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐總結(jié)出了不同的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，目前大多學(xué)者認(rèn)為具有商業(yè)開(kāi)采潛力的頁(yè)巖氣藏w（TOC）應(yīng)不小于2%[28]，如果頁(yè)巖的有效厚度較小，則商業(yè)開(kāi)采的w（TOC）下限應(yīng)進(jìn)一步提高。鄂西地區(qū)二疊系大隆組頁(yè)巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，有效頁(yè)巖層段相對(duì)較薄（＜30 m），由圖12c可知恩地2井總含氣量與w（TOC）呈正相關(guān)，當(dāng)頁(yè)巖樣品w（TOC）超過(guò)10%，頁(yè)巖含氣量顯著增加，平均可達(dá)3.7 m3/t，w（TOC）小于10%的頁(yè)巖樣品，平均含氣量為2.4 m3/t，w（TOC）小于4%的頁(yè)巖樣品，平均含氣量?jī)H為1.9 m3/t；因此本次評(píng)價(jià)認(rèn)為湖北恩施地區(qū)大隆組Ⅰ類優(yōu)勢(shì)巖相的頁(yè)巖w（TOC）應(yīng)大于10%，Ⅱ類優(yōu)質(zhì)巖相的頁(yè)巖w（TOC）分布在4%～10%之間，其中4%～7%為Ⅱ2類，7%～10%為Ⅱ1類。統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表6）顯示：恩地2井大隆組黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相w（TOC）平均為12.6%，達(dá)到Ⅰ類優(yōu)勢(shì)巖相標(biāo)準(zhǔn)；混合質(zhì)硅質(zhì)巖相和硅質(zhì)巖相w（TOC）平均分別為9.0%和7.4%，均達(dá)到Ⅱ1類優(yōu)勢(shì)巖相標(biāo)準(zhǔn)。

選取w（TOC）和總含氣量指標(biāo)評(píng)價(jià)下限作為綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，認(rèn)為鄂西恩施地區(qū)二疊系大隆組黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相和混合質(zhì)硅質(zhì)巖相屬于Ⅱ1類頁(yè)巖氣優(yōu)勢(shì)巖相，硅質(zhì)巖相屬于Ⅱ2類頁(yè)巖氣優(yōu)勢(shì)巖相類型，黏土質(zhì)硅質(zhì)巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較混合質(zhì)硅質(zhì)巖更高；因此黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相為鄂西恩施地區(qū)二疊系大隆組頁(yè)巖氣富集最優(yōu)質(zhì)巖相類型。恩地2井黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相和混合質(zhì)硅質(zhì)巖相占比最高的井段位于1 241.0 ～1 250.4 m，該井段灰?guī)r夾層少，大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖w（TOC）平均為11.1%，含氣量平均為3.5 m3/t，最大可達(dá)5.9 m3/t，是湖北恩施地區(qū)大隆組頁(yè)巖氣最有利的層段，亦可稱為“甜點(diǎn)段”。確定頁(yè)巖儲(chǔ)層“甜點(diǎn)段”對(duì)于頁(yè)巖氣的高效開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。

6 有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理探討

含氣量是判斷頁(yè)巖是否經(jīng)濟(jì)可采的關(guān)鍵指標(biāo)[27]。綜合本次研究的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，認(rèn)為湖北恩施地區(qū)二疊系大隆組w（TOC）直接影響含氣量（圖10a），w（TOC）是評(píng)判鄂西地區(qū)大隆組頁(yè)巖優(yōu)劣最有效的指標(biāo)之一;因此大隆組有機(jī)碳富集機(jī)理是值得我們探討的方向，包括影響大隆組頁(yè)巖有機(jī)碳富集的主要因素是高古生產(chǎn)力還是缺氧環(huán)境，以及高有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是否與富硅質(zhì)的特性相關(guān)等。前人[3840]對(duì)中揚(yáng)子地區(qū)晚二疊世硅質(zhì)成因看法各異，通過(guò)元素地球化學(xué)特征分析，得出的結(jié)論主要包括生物成因、熱液成因、上升流成因等。

筆者認(rèn)為恩施地區(qū)二疊系大隆組高硅質(zhì)的形成主要與峨眉山地幔柱活動(dòng)和相伴生的熱液活動(dòng)相關(guān)；鄂西恩施地區(qū)晚二疊世位于裂陷槽內(nèi)部，硅質(zhì)巖沉積于碳酸鹽巖補(bǔ)償界面之下，海底熱液攜帶富硅的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)上涌，致使該時(shí)期藻類、放射蟲(chóng)等硅質(zhì)生物繁盛，在大隆組巖心上可以觀察到富硅質(zhì)放射蟲(chóng)的條帶；海水富硅是晚二疊世硅質(zhì)生物繁盛和大隆組頁(yè)巖富硅的根本原因，也是硅質(zhì)生物繁盛的主要原因，恩地2井大隆組硅酸鹽礦物體積分?jǐn)?shù)與w（TOC）并未呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，反而部分極高硅酸鹽礦物體積分?jǐn)?shù)樣品有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，因此筆者認(rèn)為大隆組有機(jī)質(zhì)富集與硅質(zhì)事件無(wú)直接關(guān)系。

沉積環(huán)境控制著頁(yè)巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，鄂西大隆組頁(yè)巖沉積在臺(tái)地坳陷地區(qū)缺（貧）氧而富硫的還原環(huán)境中，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)伴隨的上升流提供大量的富硅營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，缺氧的環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的保存，陸源碎屑含量整體較低[38， 41]。恩地2井大隆組有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型干酪根，鏡下觀察為彌散狀的無(wú)定形體，掃描電鏡下可以觀察到有機(jī)質(zhì)填充在石英、方解石等礦物間，并與層狀黏土礦物交互共生。研究[27]表明，黏土礦物對(duì)有機(jī)質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附作用，恩地2井大隆組w（TOC）與黏土礦物體積分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)關(guān)系，證明了高黏土礦物體積分?jǐn)?shù)有利于有機(jī)質(zhì)的吸附和保存。

古生產(chǎn)力反映了單位水體面積產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)的速度[42]，依據(jù)大隆組微量元素分析結(jié)果，可探討其沉積環(huán)境和古生產(chǎn)力水平。Ni、Zn和Cu通常會(huì)以硫化物的形式保存在沉積物中，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)可作為評(píng)價(jià)初級(jí)生產(chǎn)力的替代指標(biāo)[43]。

恩地2井大隆組中，Ni、Zn和Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)反映該組中古生產(chǎn)力由底至頂逐漸降低，其中在1 230.0 ～1 250.0 m井段較高。

U、Mo、V等元素在還原條件下的水體中容易沉積下來(lái)，因此其元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)可用來(lái)指示水體的氧化還原環(huán)境[44]。另外一些元素的比值也常作為水體的氧化還原指標(biāo)，如V/（V+Ni）、V/Cr、U/Th和Ni/Co值[4547]，具體來(lái)講：V/（V+Ni）＜0.46指示水體處于氧化環(huán)境，V/（V+Ni）＞0.60指示水體處于缺氧環(huán)境，V/（V+Ni）在0.46～0.60之間指示水體處于次氧化環(huán)境；當(dāng)V/Cr＞4.25時(shí)，指示水體缺氧，當(dāng)V/Cr介于2.00～4.25之間時(shí)指示水體貧氧環(huán)境；U/Th＞1.25時(shí)指示還原環(huán)境，U/Th＜0.75時(shí)指示氧化環(huán)境；當(dāng)Ni/Co＜5時(shí)，指示氧化環(huán)境，Ni/Co值介于5～7之間時(shí)，指示貧氧環(huán)境，當(dāng)Ni/Co≥7時(shí)，指示缺氧環(huán)境。分析大隆組各氧化還原指標(biāo)值垂向變化特征（表7，圖13），其中V/（V+Ni）與U/Th值顯示大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段完全處于缺氧的還原環(huán)境，僅在局部指示為氧化還原環(huán)境；而V/Cr、Ni/Co值顯示大隆組主體處于缺氧的還原環(huán)境，但在部分層段存在間歇性氧化還原環(huán)境和氧化環(huán)境水體。

結(jié)合有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)分析，恩地2井大隆組w（TOC）與古生產(chǎn)力指標(biāo)Ni、Zn和Cu元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均表現(xiàn)為正相關(guān)性（圖14a）；w（TOC）與氧化還原指標(biāo)V、Mo和Ni/Co（圖14b、c）指示的還原性呈正相關(guān)關(guān)系，與U、V/Cr和U/Th值指示的水體還原性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與V/（V+Ni）值無(wú)明顯相關(guān)性。因此認(rèn)為該區(qū)大隆組高有機(jī)質(zhì)含量是高生產(chǎn)力和水體還原環(huán)境的共同結(jié)果，其中高生產(chǎn)力是有機(jī)質(zhì)富集的更重要原因。

大隆組中下段（1 239.0 ～1 255.0 m）巖心可以觀察到較多灰綠色斑脫巖夾層，夾層單層厚度1～3 mm，研究區(qū)二疊世晚期受到峨眉山火山事件影響[4850]，火山灰?guī)?lái)大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使得該時(shí)期初級(jí)生產(chǎn)力提高，水體耗氧量增大以及大規(guī)模的海侵，導(dǎo)致底層水體處于缺氧的還原環(huán)境，有機(jī)質(zhì)伴隨著的黏土礦物較好地保存下來(lái)。

圖例同圖2。

7 結(jié)論

1）鄂西地區(qū)上二疊統(tǒng)大隆組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖以硅質(zhì)巖相、黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相和混合質(zhì)硅質(zhì)巖相為主，大隆組有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，w（TOC）平均為8.9%，Ro為2.53% ～2.79%，處于裂解生干氣階段。以總含氣量和w（TOC）建立鄂西二疊系大隆組頁(yè)巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，恩地2井大隆組頁(yè)巖主要屬于頁(yè)巖氣Ⅱ類優(yōu)勢(shì)巖相，黏土質(zhì)硅質(zhì)巖相和混合質(zhì)硅質(zhì)巖相平均含氣量分布在3.0～4.0 m3/t之間，平均w（TOC）大于7.0%，為Ⅱ1類優(yōu)勢(shì)巖相類型，硅質(zhì)巖平均含氣量分布在2.0～3.0 m3/t之間，平均w（TOC）大于4%，為Ⅱ2類頁(yè)巖氣優(yōu)勢(shì)巖相類型，

恩地2井Ⅱ1類優(yōu)勢(shì)巖相主要分布在井深1 241.0～1 250.4 m段，該段為大隆組頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)段”。

2）大隆組孔隙類型主要包括粒間孔、粒內(nèi)孔、有機(jī)質(zhì)孔和微裂隙，孔徑由數(shù)納米至數(shù)微米均有分布。介孔是大隆組頁(yè)巖孔隙體積的主要貢獻(xiàn)者，微孔是孔比表面積的主要貢獻(xiàn)者。高有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和高黏土礦物體積分?jǐn)?shù)有利于頁(yè)巖中微小（孔徑＜50 nm）孔隙系統(tǒng)的建立，微孔和介孔中的吸附氣是總含氣量的重要組成部分，大隆組高含氣量頁(yè)巖具有高黏土礦物體積分?jǐn)?shù)和高有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征。

3）鄂西地區(qū)二疊系大隆組高硅質(zhì)含量特征可能與峨眉山地幔柱活動(dòng)和相伴生的熱液活動(dòng)相關(guān)，硅質(zhì)熱液和上升流是硅質(zhì)生物繁盛和大隆組頁(yè)巖富硅的根本原因，硅質(zhì)含量與大隆組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)富集無(wú)明顯相關(guān)性。大隆組硅質(zhì)頁(yè)巖高有機(jī)質(zhì)含量是高生產(chǎn)力和水體還原環(huán)境的共同結(jié)果，高古生產(chǎn)力是有機(jī)質(zhì)富集的更重要原因。構(gòu)造演化過(guò)程中，大隆組富硅質(zhì)頁(yè)巖中脆性礦物組成的剛性格架可以減少有機(jī)質(zhì)在壓實(shí)作用和構(gòu)造擠壓作用下孔隙的閉合。因此鄂西地區(qū)大隆組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層是有利的沉積環(huán)境以及后期成巖演化綜合作用的結(jié)果。

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