鄭海橋　陳義才

(成都理工大學能源學院, 成都 610059)

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涪陵地區(qū)焦石壩構造龍馬溪組頁巖氣地質建模

鄭海橋陳義才

(成都理工大學能源學院, 成都 610059)

摘要：涪陵地區(qū)焦石壩構造龍馬溪組頁巖儲層的巖相及物性在縱橫向上均具有較強的非均質性。針對此特征，應用Petrel地質建模軟件，建立龍馬溪組下段8個小層的構造模型、地層模型、巖相模型及孔隙度與滲透率模型，反映龍馬溪組下段頁巖厚度的空間展布及頁巖氣儲層巖相和物性的非均質特征。

關鍵詞：涪陵地區(qū)； 龍馬溪組； 地質建模； 頁巖氣； 儲層； 焦石壩構造

頁巖氣是一種非常規(guī)油氣資源，北美地區(qū)的頁巖氣開發(fā)已經取得了良好的成效[1-4]。近年來，四川盆地及周緣志留系龍馬溪組等海相頁巖氣的勘探工作取得戰(zhàn)略性突破，川南長寧 — 威遠和川東礁石壩地區(qū)已先后獲得穩(wěn)定高產的工業(yè)氣流[5-6]。頁巖氣以游離態(tài)或吸附態(tài)富存于致密泥頁巖內，只有通過水平井的分段壓裂技術才能有效開發(fā)。頁巖氣的分布雖然不受構造圈閉控制，但是有效頁巖的厚度、孔隙度及含氣量等隨沉積微相的變化而產生強烈的非均質性。本次研究根據(jù)焦石壩地區(qū)地震解釋成果及龍馬溪組頁巖測井相關資料，利用Petrel三維建模軟件，建立龍馬溪組下段頁巖氣的構造模型、巖相模型和屬性參數(shù)模型，可為頁巖氣的合理高效開發(fā)提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)域概況

涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖氣開發(fā)區(qū)位于中石化川東南涪陵區(qū)塊中部，地處重慶市涪陵區(qū)東部，距涪陵城區(qū)約35 km。涪陵地區(qū)地處四川盆地和盆邊山地過渡地帶，境內地勢以低山丘陵為主，橫跨長江南北，縱貫烏江東西兩岸。地勢大致東南高而西北低，西北 — 東南斷面呈向中部長江河谷傾斜的對稱馬鞍狀。涪陵焦石壩構造地理位置上處于重慶市涪陵區(qū)東部，行政上隸屬于重慶市的忠縣、墊江和梁平。圖1所示為涪陵地區(qū)地理位置交通圖。

焦石壩構造位于四川盆地川東高陡褶皺帶，西側以華鎣山深大斷裂為界與川中構造區(qū)相接，東側以齊西深大斷裂為界與鄂西斷褶帶相鄰，北側與秦嶺褶皺帶相接。從南至北，構造走向由北北西轉向北北東，再轉向北東，形成四川盆地上最典型的弧形褶皺帶。

圖1　涪陵地區(qū)地理位置交通圖

2地層構造分析與巖相模型建立

龍馬溪組海相頁巖沉積范圍廣，在區(qū)域上具有連續(xù)分布的特點。有效頁巖氣產層的空間分布既受沉積微相的影響，又與斷層發(fā)育及局部構造形態(tài)變化有關。在采用水平井技術開發(fā)頁巖氣時，必須建立頁巖的構造和巖相分布模型。

2.1小層劃分對比

小層劃分對比是建立地層構造與巖相模型的基礎。焦石壩地區(qū)鉆遇的志留系與奧陶系地層依次為：志留系中統(tǒng)韓家店組，下統(tǒng)小河壩組、龍馬溪組；奧陶系上統(tǒng)五峰組、澗草溝組，中統(tǒng)寶塔組、十字鋪組。奧陶系上統(tǒng)的五峰組為黑色頁巖，厚度為5～10 m，與上覆龍馬溪組下段黑色頁巖呈不整合性接觸。針對優(yōu)質頁巖氣進行開發(fā)，將五峰組頁巖劃歸龍馬溪組下段，視為同一套黑色 — 暗色巖層。

區(qū)域性穩(wěn)定分布的標志性地層是一個短時期內的事件沉積物，具有嚴格的等時性，是建立等時地層格架的重要標準。涪陵地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組的劃分雖然缺乏明顯的標志層依據(jù)，但是可以借助巖性及測井的輔助標志進行劃分。焦頁1井鉆井取心資料觀察結果顯示，下志留統(tǒng)龍馬溪組海侵期沉積主要為一套深水陸棚相黑色富有機質頁巖沉積，生物化石豐富，可見大量筆石化石，為密集段沉積作用所形成。在黑色頁巖之下的澗草溝組為淺灰色含云灰?guī)r、淺灰色含云瘤狀灰?guī)r。

在電性特性上，龍馬溪組底界的頁巖表現(xiàn)出低阻、高伽馬的特征，與下覆奧陶系澗草溝組灰?guī)r的低伽馬、低時差、高電阻的標志區(qū)別顯著。龍馬溪組側向電阻率曲線中下部呈齒化的似箱狀、峰狀中高值，其值一般為5～700 Ω·m。同時，其伽馬曲線下部呈塊狀高值，一般為150～240 API；中部呈齒化的似箱狀中值；上部呈大幅齒化的高值。

龍馬溪組頂部地層的底界面為巖性轉換界面，從泥質粉砂巖轉換為粉砂質泥巖和頁巖，就開始進入海侵期。海侵期主要表現(xiàn)為泥巖、泥質灰?guī)r、頁巖和粉砂質頁巖的潮坪相沉積，最大海泛面為黃綠色頁巖的頂部，隨后轉變?yōu)槭⑸皫r和粉砂巖，這標志著海平面開始下降。在劃分龍馬溪組與小河壩組時，以龍馬溪組地層泥巖、砂質泥巖結束而砂泥巖互層出現(xiàn)作為小河壩組與龍馬溪組的分界依據(jù)。在電性特性上，龍馬溪組上部伽馬呈大幅齒化高值，中部呈齒化的似箱狀中值，伽馬值一般為90～140 API，側向電阻率曲線上部呈波狀低值。

在龍馬溪組內部，受區(qū)域構造和海平面變化的影響，發(fā)育多期次一級短期旋回。根據(jù)龍馬溪組巖心觀察及測井曲線反映出的沉積旋回特征，針對黑色頁巖氣的分布特征，將龍馬溪組劃分為上、中、下 3段；然后，根據(jù)次一級短期旋回，將龍馬溪組下段(包括五峰組)劃分為8個小層。在小層劃分的基礎上，從東西向與南北向對10口井的龍馬溪組地層骨架剖面進行對比分析。圖2所示為焦石壩構造焦頁1井龍馬溪組沉積旋回及小層劃分。

圖2　焦石壩構造焦頁1井龍馬溪組沉積旋回及小層劃分

2.2構造模型

構造模型反映的是地層空間格架特征，是地層模型、沉積相模型和屬性參數(shù)模型的建?；A。在井間地層對比研究的基礎之上，以井點分層數(shù)據(jù)為約束條件，結合三維地震構造解釋成果，應用克里金插值法逐層建立各小層的頂面、底面構造圖，然后據(jù)各小層的厚度分布進行內插計算。涪陵地區(qū)焦石壩背斜構造模型顯示，龍馬溪組下段各小層的頂、底面構造相似，總體上表現(xiàn)為西北部高陡(地層坡度達10°～25°)，東南區(qū)相對平緩(地層坡度低于5°),斷層分布于西北翼，斷距相對較小。圖3所示為涪陵地區(qū)焦石壩構造龍馬溪組下段三維構造模型。

圖3　涪陵地區(qū)焦石壩構造龍馬溪組下段三維構造模型

2.3巖相模型

四川盆地在志留紀早期以淺水陸棚相沉積為主，部分地區(qū)為深水陸棚相。涪陵地區(qū)焦石壩構造處于川東地區(qū)，發(fā)育于早志留世龍馬溪組沉積期間，距離川中古陸的碎屑物源相對較遠，沉積水體相對較深，砂質碎屑供給相對較少，以泥質深水陸棚和泥質淺水陸棚為主[7-8]。根據(jù)涪陵地區(qū)焦頁1井龍馬溪組下段80 m處的巖心觀察及薄片鑒定資料，劃分了泥頁巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖、石灰?guī)r等5種巖相。在建立巖相模型時，首先以單井測井巖性解釋成果為依據(jù)，分別對龍馬溪組下段8個小層的沉積微相變差函數(shù)進行分析，然后應用序貫指示的隨機模擬方法建立起這8個小層的巖相隨機模型。

在建模過程中，通過儲層厚度分布、巖相分布、均值的比較來對模型進行優(yōu)選。以優(yōu)選出的巖相模型為基礎，井信息為硬約束數(shù)據(jù)，采用人機交互的方法對儲層巖相模型進行修正，建立符合實際地質認識的三維巖相模型。圖4所示為涪陵地區(qū)焦石壩構造龍馬溪組下段巖相柵狀模型。龍馬溪組下段巖相的80萬個網格單元建模統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，泥頁巖相占總數(shù)的63.2%，粉砂質泥巖相、泥質粉砂巖相分別占總數(shù)的13.4%和10.8%，其余巖相共占總數(shù)的12.6%。粉砂質泥巖和泥質粉砂巖的脆性礦物含量高于泥頁巖，在實施人工壓裂時更容易產生微裂縫。

3頁巖孔隙度與滲透率模型建立

3.1頁巖孔隙度模型

頁巖儲層孔隙是頁巖氣游離賦存的主要場所。頁巖氣儲層的含水飽和度一般低于30%[9]，頁巖含氣量隨頁巖孔隙度的升高而增加。涪陵地區(qū)龍馬溪組經歷的古埋深較大，儲層致密。龍馬溪組下段頁巖巖心孔隙度主要為2.5%～4.5%，孔隙類型主要為有機質孔和黏土礦物粒間孔，其次為礦物晶間孔與溶蝕孔[10-12]。我們根據(jù)焦頁1井龍馬溪組下段的巖心實驗孔隙度與聲波時差的關系，分別建立龍馬溪組下段8個小層的孔隙度模型。

建立頁巖儲層孔隙度模型時，首先加載測井二次解釋的孔隙度數(shù)據(jù)，進行正態(tài)變換; 然后對每個層位不同巖相帶進行變差函數(shù)分析，確定建模所需參數(shù); 最后在巖相控制下，利用序貫高斯隨機模擬方法建立孔隙度模型。序貫高斯隨機模擬方法應用的前提是，在儲層參數(shù)的鄰域模型中準確無誤地采用所有的數(shù)據(jù)，包括原始數(shù)據(jù)和已經模擬過的數(shù)值。在模擬計算儲層單元內的孔隙度分布時，采用巖相數(shù)據(jù)進行協(xié)克里金條件約束，建立合理的孔隙度模型?？傮w而言，研究區(qū)龍馬溪組下段的孔隙度橫向變化較大，第1小層至第3小層的孔隙度多數(shù)為2.5%～4.5%，相對高孔帶分布于泥頁巖相的發(fā)育區(qū)；第4小層至第8小層孔隙度多數(shù)為3.5%～5.5%，相對高孔帶分布于粉砂質泥頁巖發(fā)育區(qū)。圖5所示為焦石壩構造龍馬溪組下段孔隙度模型剖面圖。

圖4　涪陵地區(qū)焦石壩構造龍馬溪組下段巖相柵狀模型

圖5　焦石壩構造龍馬溪組下段孔隙度模型剖面圖

3.2頁巖基質滲透率模型

頁巖的巖石結構致密，具有典型的低孔低滲物性特征。北美地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)實踐表明，頁巖氣產層其基質滲透率一般低于0.01×10-3μm2，處于斷裂帶或裂縫發(fā)育帶的產氣層滲透率可達1×10-3μm2左右[13]。頁巖氣開發(fā)雖然主要依靠人工壓裂來改善滲濾通道，但是也受到基質滲透率的一定影響。

建立頁巖基質滲透率模型時，首先根據(jù)龍馬溪組下段巖心物性分析數(shù)據(jù)建立基質孔隙度與滲透率的關系；然后結合測井資料對每個層位在不同巖相帶內進行變差函數(shù)分析，確定建模所需參數(shù)；最后在巖相控制下，利用序貫高斯隨機模擬方法建立滲透率模型。研究區(qū)龍馬溪組下段頁巖滲透率在橫向上的變化較大，通常為(0.01～0.1)×10-3μm2，縱向上第4小層至第8小層的滲透率相對較高，第1小層至第3小層滲透率較低。圖6所示為焦石壩構造龍馬溪組下段滲透率模型剖面圖。

圖6　焦石壩構造龍馬溪組下段滲透率模型剖面圖

4結語

(1) 礁石壩背斜龍馬溪組下段8個小層的繼承性均較好，背斜構造的西北部較陡，東南部則相對較平緩。

(2) 涪陵地區(qū)焦石壩構造龍馬溪組下段以泥質深水陸棚沉積為主，發(fā)育泥頁巖相、粉砂質泥巖相及泥質粉砂巖相。采用序貫高斯算法對巖相進行隨機建模顯示，不同類型巖相的橫向分布穩(wěn)定性較差。

(3) 利用序貫高斯隨機模擬方法建立孔隙度模型，可以看出頁巖物性參數(shù)非均質性較強，明顯受相控作用影響。頁巖孔隙度一般為2.5%～5.5%，基質滲透率一般為(0.01～0.1)×10-3μm2，相對高孔高滲帶分布于泥頁巖相、粉砂質泥頁巖發(fā)育區(qū)。

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Geological Modeling of Longmaxi Shale Gas in Jiaoshiba，F(xiàn)uling Area

ZHENGHaiqiaoCHENYicai

(College of Energy Resources, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

Abstract:The lithofacies and physical property of the shale reservoir have strong heterogeneity in different directions in Jiaoshiba of Fuling area. By the methods of 3D seismic interpretation, Petrel software and stochastic modeling, we built structure model, lithofacies model, porosity model and permeability model for 8 thin layers in Longmaxi lower segment to reflect the spatial distribution of shales in Longmaxi lower segment and the permeability of reservoir lithofacies as well as the physical property.

Key words:Fuling area; Longmaxi formation; geological model; shale gas; reservior bed; Jiaoshiba structure

收稿日期：2015-06-16

基金項目：國家科技重大專項“南方海相頁巖氣開采試驗” (2011ZX05018-006-07)

作者簡介：鄭海橋(1990 — )，男，湖北仙桃市人，成都理工大學在讀碩士研究生，研究方向為非常規(guī)油氣地質。

通信作者：陳義才(1963 — )，男，副教授，研究方向為油氣有機地球化學、油氣成藏動力學。

中圖分類號：P618

文獻標識碼：A

文章編號：1673-1980(2016)02-0005-05