川東南地區(qū)龍馬溪組深層頁(yè)巖儲(chǔ)層差異性及其對(duì)含氣性影響研究

李帥 馬若龍

成都理工大學(xué) 四川 成都 610059

四川盆地頁(yè)巖氣資源主要集中在大于3500m的深層，是中淺層頁(yè)巖氣的重要接替領(lǐng)域[1-2]。為評(píng)價(jià)深層頁(yè)巖儲(chǔ)集性能和優(yōu)選頁(yè)巖氣有利儲(chǔ)層，因此，本文以四川盆地東南緣Y-A井及林灘場(chǎng)構(gòu)造區(qū)內(nèi)L-B井為對(duì)象，在Y-A井選取34塊志留系龍馬溪組頁(yè)巖，取樣深度介于3700-3900m，取樣層位為五峰-龍馬溪組一段，取樣巖性主要為灰黑色頁(yè)巖。在L-B井選取17塊頁(yè)巖，取樣深度介于4000-4150m，取樣層位為五峰-龍馬溪組一段，取樣巖性主要為黑色頁(yè)巖。通過(guò)對(duì)比分析其構(gòu)造背景以及對(duì)井下巖心樣品X-射線衍射，孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、氬離子拋光+掃描電鏡等實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析，進(jìn)一步明確深層頁(yè)巖儲(chǔ)層差異性，以及影響儲(chǔ)層含氣性的主控因素，以便為四川盆地深層頁(yè)巖氣的賦存富集研究和勘探開(kāi)發(fā)提供一定依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

永川地區(qū)位于四川盆地南部，川渝交界處，工區(qū)區(qū)域構(gòu)造位于華鎣山構(gòu)造帶上，為四川盆地川中低緩褶皺與川東高陡構(gòu)造的分界線。整體為“兩凹夾一隆”的特征，可分為北部向斜、中部背斜、南部向斜三個(gè)部分。根據(jù)構(gòu)造形態(tài)又可將中部背斜進(jìn)一步細(xì)分為背斜核部、背斜南翼、背斜北翼、東部斷塊四個(gè)部分。其中Y-A井所在的南部向斜區(qū)深層頁(yè)巖經(jīng)歷的構(gòu)造期次較多，受燕山運(yùn)動(dòng)以來(lái)的構(gòu)造改造差異性影響，其構(gòu)造復(fù)雜且斷層較發(fā)育，多為層間斷層，未斷開(kāi)多套地層，斷距?。ǎ?00m），具有活化儲(chǔ)層，增大裂縫網(wǎng)絡(luò)作用。L-B井位于盆緣林灘場(chǎng)斷背斜內(nèi)，該井的志留系五峰-龍馬溪組頁(yè)巖龍一段①-③小層埋藏深度為4118.25～4134.75m。

圖1 川東南構(gòu)造背景及井點(diǎn)位置圖（據(jù)史洪亮修改）

2 龍馬溪組深層頁(yè)巖儲(chǔ)層特征對(duì)比分析

2.1 有機(jī)地化特征

2.1.1 干酪根類型

永川區(qū)塊龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)以藻類體、無(wú)定形體為主，有機(jī)質(zhì)不具熒光特征。腐泥組含量在52%～68%之間，殼質(zhì)組含量在32%～48%之間，未見(jiàn)鏡質(zhì)組。根據(jù)顯微組分含量計(jì)算得到的類型指數(shù)76%～84%之間，顯示有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根，表明龍馬溪組烴源巖干酪根類型好，易于生油。林灘場(chǎng)構(gòu)造區(qū)龍馬溪組為海相沉積，生物組合主要為低等水生動(dòng)物和菌藻植物。因此，烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為由動(dòng)物、低等水生浮游生物和藻類所形成的腐泥型有機(jī)質(zhì)，為Ⅰ型干酪根。

2.1.2 有機(jī)質(zhì)豐度

永川地區(qū)五峰組-龍馬溪組深層頁(yè)巖有機(jī)碳含量值多在1.5%～3%之間，總體含量較高。其下部沉積于富碳高硅-中碳高硅微相的頁(yè)巖，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖段有機(jī)碳含量為0.9%～6.01%，生烴潛力大。林灘場(chǎng)構(gòu)造區(qū)五峰組-龍馬溪組下部富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖段有機(jī)碳含量為0.43%～6.71%，平均2.31%，約占總樣品數(shù)的81.4%。優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖段有機(jī)碳含量為0.99%～6.71%，平均為3.6%，約占總樣品數(shù)的81.25%，總體上與永川地區(qū)相當(dāng)。

2.2 巖石學(xué)特征

通過(guò)鉆井薄片鑒定和X射線衍射全巖分析結(jié)果表明：Y-A井和L-B井的礦物組成成分非常相似，都包含有石英、長(zhǎng)石、云母等碎屑礦物，方解石、白云石等碳酸鹽礦物以及伊利石、綠泥石、高嶺石等粘土礦物；總體上表現(xiàn)為脆性礦物含量較高的特點(diǎn)，且脆性礦物含量自上而下逐漸增加，粘土礦物含量自上而下逐漸降低；通過(guò)對(duì)比分析認(rèn)為：兩口井龍一段①-③小層脆性礦物含量均較高，黏土礦物含量較低，數(shù)值上相差不大，脆性均較好。

2.3 物性及孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.3.1 儲(chǔ)層孔隙度及滲透率

Y-A井五峰-龍一段孔隙度為2.21-10.34%，平均5.15%，龍一段①-③小層平均5.2%。L-B井孔隙度為1.07-10.81%，平均3.3%，龍一段①-③小層平均5.32%?？v向上，龍馬溪組底部孔隙度最高且孔隙度自上而下逐漸增大，五峰組孔隙度略低。盡管龍一段①-③小層兩井的孔隙度平均含量相當(dāng)，但優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段孔隙度Y-A井大于L-B井。

滲透率是表征頁(yè)巖儲(chǔ)層物性的一項(xiàng)重要參數(shù)，不同深度段頁(yè)巖滲透率表現(xiàn)出明顯的不均一性，裂縫發(fā)育段頁(yè)巖滲透率往往急劇增大。Y-A井龍馬溪組深層頁(yè)巖滲透率為（0.2～4.7）×10-5μm2，均值1.1×10-5μm2。L-B井龍馬溪組深層頁(yè)巖滲透率為（0.03～6.8）×10-4μm2，均值0.97×10-4μm2。Y-A井龍馬溪組深層頁(yè)巖樣品滲透率均值明顯偏低，與L-B井比相差1個(gè)數(shù)量級(jí)。

2.3.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)孔隙的賦存狀態(tài)，可將基質(zhì)孔隙進(jìn)一步歸納為脆性礦物內(nèi)微孔隙（包括殘余原生孔隙、不穩(wěn)定礦物溶蝕孔）、粘土礦物層間微孔隙、有機(jī)質(zhì)微孔隙（黃鐵礦晶間孔和有機(jī)質(zhì)孔）3大類[3-7]。Y-A井龍馬溪組深層頁(yè)巖微孔隙和微裂隙發(fā)育，有機(jī)質(zhì)內(nèi)微孔隙發(fā)育良好，孔徑跨度較大，從幾納米至幾百納米不等，孔徑主要集中在＞50nm的宏孔上，孔隙多呈蜂窩狀、橢圓狀，為主要孔隙類型。其次為粘土礦物間發(fā)育的線狀孔隙和方解石、白云石粒緣縫以及粒內(nèi)孔，還可見(jiàn)黃鐵礦莓球內(nèi)微孔及黃鐵礦晶間孔及少量微裂縫（圖2-a，c，e，g）。而L-B井五峰-龍一段孔隙整體上較發(fā)育，多為有機(jī)質(zhì)微孔隙，及少量微粒狀方解石發(fā)育溶蝕孔，片狀黏土礦物發(fā)育層間縫，有機(jī)質(zhì)孔隙多呈長(zhǎng)條狀和不規(guī)則形狀，少數(shù)呈橢圓形，孔徑集中在2～50nm的介孔上，孔徑總體相對(duì)較?。▓D2-b，d，f，h）。可能是由于L-B井地區(qū)經(jīng)歷了明顯的泄壓過(guò)程，壓力系數(shù)的降低、壓實(shí)作用變強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)孔開(kāi)始閉合導(dǎo)致孔徑變小?？傮w來(lái)說(shuō)Y-A井有機(jī)質(zhì)孔隙更為發(fā)育，孔隙圓度更好，更有利于油氣富集。

圖2 Y-A、L-B井五峰-龍馬溪組頁(yè)巖SEM圖片對(duì)比（a、c、e、g為Y-A井；b、d、f、h為L(zhǎng)-B井；i、j為兩井有機(jī)質(zhì)孔圓度、孔徑對(duì)比）

a-有機(jī)質(zhì)孔，孔徑較大，橢圓狀，Y-A井，3860.88m；b—有機(jī)質(zhì)孔，孔徑較小，扁平、長(zhǎng)條狀，L-B井，4119.41m；c—有機(jī)質(zhì)孔，蜂窩狀、橢圓狀，Y-A井，3866.54m；d—有機(jī)質(zhì)孔，長(zhǎng)條狀，L-B井，4130.61m；e—黃鐵礦晶間孔，Y-A井，3846.53m；f—黃鐵礦晶間孔，L-B井，4129.44m；g—微裂縫，Y-A井，3868.42m；h—黏土礦物層間縫，L-B井，4119.41m；

3 含氣性差異成因及分析

3.1 含氣性特征

含氣量是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的核心參數(shù)，為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、儲(chǔ)量計(jì)算和甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選等研究提供重要依據(jù)[6-7]。Y-A井巖心實(shí)測(cè)總含氣量為1.05～8.58m3/t，均值3.88m3/t，①-③號(hào)層含氣量均值5.43m3/t，達(dá)到Ⅰ類儲(chǔ)層標(biāo)準(zhǔn)。L-B井巖心實(shí)測(cè)總含氣量為0.91～7.6m3/t，均值2.62m3/t，①-③小層均值3.84m3/t左右。兩口井縱向上自上而下巖心實(shí)測(cè)含氣量總體呈逐漸增大趨勢(shì)。整體上Y-A井總含氣量較L-B井高。

3.2 儲(chǔ)層縱向上含氣性影響

永川地區(qū)構(gòu)造帶為蓋層滑脫構(gòu)造帶，構(gòu)造類型以斷彎背斜及隔檔式向斜為主，Y-A井所在的南部向斜區(qū)以低角度縫為主，地層傾角小于10°，伸縮率小于10%，保存條件好，巖芯實(shí)測(cè)吸附氣占比29.3%，游離氣占比70.7%。林灘場(chǎng)地區(qū)為基底逆沖構(gòu)造帶，L-B井所在的背斜南翼低角度和高角度裂縫均發(fā)育，地層傾角約為20°，保存相對(duì)較差，巖芯實(shí)測(cè)吸附氣占比42.6%，游離氣占比57.4%。通過(guò)巖芯觀察，Y-A井龍一段①-③小層共發(fā)育335條裂縫，主要發(fā)育層理縫，其次為高角度斜交裂縫和垂直縫（傾角大于45°）。L-B井主要發(fā)育高角度斜交裂縫和垂直縫，其次為層理縫。線密度能夠較為直觀的反應(yīng)儲(chǔ)層縱向上裂縫的發(fā)育程度，Y-A和L-B井線密度主要都集中在0-20條/m，但Y-A井裂縫明顯更為發(fā)育。綜合上述的分析結(jié)果，初步表明：L-B井龍馬溪組高角度斜交裂縫和垂直裂縫發(fā)育程度更高，受構(gòu)造作用影響較大，過(guò)于發(fā)育的高角度穿層裂縫溝通了上部封蓋層，且充填程度相對(duì)較低，存在頁(yè)巖氣沿這些裂縫發(fā)生運(yùn)移和逃逸的可能性，對(duì)頁(yè)巖氣的保存相對(duì)不利；而Y-A井龍馬溪組處于構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域，除個(gè)別層段外，高角度斜交裂縫和垂直縫發(fā)育程度總體較低，且充填程度相對(duì)較高，頁(yè)巖氣垂向逸散受限，對(duì)頁(yè)巖氣保存相對(duì)有利。因此，構(gòu)造作用對(duì)儲(chǔ)層的改造具有雙重作用：一方面構(gòu)造抬升和擠壓作用有利于儲(chǔ)層裂縫的形成，加大頁(yè)巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間，溝通不連續(xù)的孤立孔隙，成為頁(yè)巖氣解吸和流動(dòng)的通道；另一方面過(guò)強(qiáng)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也會(huì)破壞儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)，構(gòu)造縫成為頁(yè)巖氣逸散的通道，造成頁(yè)巖儲(chǔ)層的無(wú)效化。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）Y-A井五峰-龍馬溪組一段①-③小層深層頁(yè)巖TOC平均含量4.98%，L-B井平均含量4.16%，兩井有機(jī)質(zhì)類型均以腐泥型為主且有機(jī)質(zhì)熱演化程度適中、巖礦組成、孔隙類型均差別不大。

（2）Y-A井深層頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔多呈橢圓狀，孔徑較大，地層孔隙仍保持超壓，L-B井由于泄壓明顯，壓實(shí)作用變強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)孔多呈長(zhǎng)條、扁平狀及不規(guī)則形狀，孔徑較小。Y-A井頁(yè)巖孔隙度總體上大于L-B井，由于L-B井多發(fā)育高角度穿層裂縫，導(dǎo)致滲透率比Y-A井高近10倍。兩井物性及孔隙結(jié)構(gòu)差別較大。

（3）裂縫對(duì)頁(yè)巖氣的富集保存有很大的影響，發(fā)育一定量的中低角度的順層剪切縫、頁(yè)理縫和層內(nèi)張性裂縫對(duì)頁(yè)巖氣的富集具有促進(jìn)作用。Y-A井層內(nèi)張裂縫密度更大，而L-B井高角度穿層裂縫更發(fā)育，隨著高角度穿層剪切裂縫的增多對(duì)頁(yè)巖氣的保存造成了不利影響。