何柳，蔡忠賢

(中國地質大學(武漢)資源學院，湖北 武漢 430074)

?

涪陵地區(qū)大安寨段頁巖地球化學和儲集特征變化規(guī)律

何柳，蔡忠賢

(中國地質大學(武漢)資源學院，湖北 武漢 430074)

通過對涪陵地區(qū)大安寨段頁巖有機質豐度、有機質類型、巖礦物組、微觀孔隙結構和儲集空間分析研究，探討了涪陵大安寨不同亞段地球化學和儲集特征及變化規(guī)律,為尋找頁巖氣開發(fā)“甜點”提供依據。結果表明：大安寨段總有機碳質量分數w(TOC)平均為0.79%,屬低有機質豐度，但大二亞段屬于好的烴源巖，平面上從東北往西南方向w(TOC)呈現減小趨勢。烴源巖有機質處于高成熟的濕氣演化階段。石英在縱向上分布較穩(wěn)定，黃鐵礦和菱鐵礦的普遍存在有利于有機質的保存，硅質含量與w(TOC)呈正相關，碳酸鹽含量與吸附氣含量呈負相關關系。大安寨段為低孔、特低滲儲層，縱向上大二亞段物性好于大一和大三亞段，頁巖構造微裂縫、黏土礦物間孔隙較發(fā)育。

頁巖氣；頁巖礦物組成；儲集性能；大安寨；涪陵地區(qū)

據2013年資源評價頁巖氣占世界氣資源總量的32%[1]。中國頁巖氣資源潛力巨大，分布面積廣、發(fā)育層系多，據“全國頁巖氣資源潛力調查評價及有利區(qū)優(yōu)選”評估報告，中國陸域頁巖氣資源潛力達134.42×1012m3(不含青藏區(qū))，其中已獲得工業(yè)氣流或有頁巖氣發(fā)現的單元資源量93.01×1012m3。國內不少學者開始研究黑色頁巖[2～7]，研究內容涉及黑色頁巖地球化學特征、古環(huán)境意義及成礦規(guī)律等方面。

重慶涪陵大安寨頁巖(油)氣田構造上屬于四川盆地的川東褶皺帶萬縣復向斜帶拔山寺向斜，東鄰大池干井構造、西鄰黃泥塘-云安廠構造，構造呈北東向延伸。涪陵地區(qū)自流井組地層厚度約為300～350m，其中大安寨段地層厚度約為70～90m。涪陵地區(qū)大安寨段發(fā)育多期沉積旋回，結合沉積旋回與測井曲線及取心將大安寨段劃分為3個中期旋回(大一亞段、大二亞段和大三亞段)，根據次一級短期旋回劃分出8個小層，由上往下依次為：大一1、大一2、大一3、大二1、大二2、大二3、大二4和大三。筆者在大安寨段系統(tǒng)取樣分析的基礎上，對大安寨段頁巖地球化學和儲集特征進行研究、總結其規(guī)律，并初步探討了成因。

1 有機質豐度分布特征

烴源巖中的有機質是油氣生成的物質基礎，油氣生成潛力評價的基礎數據之一是有機質豐度，表征有機質豐度的指標有總有機碳質量分數(w(TOC))、總烴質量分數(w(HC))和生烴潛量(w(S1+S2))。形成頁巖氣要求頁巖有機質豐度高，通常要求w(TOC)大于2%[8]。

統(tǒng)計分析涪陵地區(qū)大安寨段頁巖共92個樣品，大安寨段w(TOC)最大為3.06%，最小為0.01%，平均為0.79%(見圖1)，為低有機質豐度；w(TOC)在0.5%～1.5%的樣品占47.7%，而w(TOC)大于2%的樣品占23.7%；平面上工區(qū)內w(TOC)從東北往西南涪頁1、5井方向w(TOC)呈現減小趨勢(見圖2)。其中大一亞段w(TOC)在0.01%～1.23%，平均為0.31%；大二亞段w(TOC)在0.51%～6.84%，平均為2.37%，大二亞段w(TOC)最高。對于常規(guī)油氣來講，大二亞段頁巖屬于好的烴源巖；但針對頁巖氣勘探，只有工區(qū)東北部屬于中等氣源巖，工區(qū)其他地方w(TOC)小于1%，為頁巖氣勘探非有利區(qū)。大三亞段w(TOC)在0.01%～1.24%，平均為0.28%。

圖1 涪陵地區(qū)大安寨段頁巖w(TOC)統(tǒng)計圖

圖2 涪陵地區(qū)大二亞段頁巖w(TOC)平面分布圖

2 有機質類型及成熟度

大安寨段烴源巖干酪根主要含腐泥組(生油)和鏡質組(生氣)，腐泥組體積分數50%～70%，鏡質組體積分數30%～50%，有機質類型以Ⅱ2型為主(見圖3)。腐泥組主要以生油為主，鏡質組以生氣為主，因此反映侏羅系自流井組大安寨段烴源巖以生油為主，并具有一定的生氣潛力。巖心巖石熱解結果(見圖4)表明，有機質類型以Ⅱ2、Ⅱ1型為主，少量Ⅲ1型。有機質主要源于浮游生物和細菌，有較高的原始H/C原子比，較低的O/C原子，生烴潛力為0.3～0.5。

圖3 大安寨段有機質類型顯微照片

圖4 烴源巖熱解數據反映有機質類型圖

描述有機質成熟度參數常有：鏡質體反射率Ro(%)、巖石熱解峰溫tmax(℃)以及可溶有機質中生物標志化合物和芳烴等成熟度指標。該次評價烴源巖成熟度主要采用Ro。

室內測定了大一亞段、大二亞段和大三亞段樣品的鏡質體反射率。結果表明涪陵地區(qū)大安寨段巖樣干酪根成熟度Ro介于1.10%～1.50%之間。平面上呈現出由北東往南西方向有變大的趨勢，只有西南部屬于高成熟階段，其他區(qū)域屬于均屬于成熟階段，高成熟區(qū)域以生成濕氣為主。

3 頁巖礦物組成特征

3.1 硅質、碳酸鹽、黃鐵礦等礦物特征

大安寨段黑色頁巖的石英體積分數平均為37.62%(表1)；長石(斜長石)體積分數較低，平均為3.83%。其中大一亞段石英體積分數小于5%的占79.25%，僅有11.32%樣品含長石。大二亞段石英體積分數大于10%的占85.96%，有76.86%樣品含長石。大三亞段石英體積分數均小于10%，幾乎不含長石(斜長石)?？v向上大安寨段石英分布穩(wěn)定，大一亞段、大三亞段長石體積分數較低，而在大二亞段中上部長石體積分數相對較高。該區(qū)頁巖的硅質礦物主要為陸源和生物成因，屬于同沉積產物。

表1 大安寨段硅質、碳酸鹽、黃鐵礦等體積分數表

大安寨段黑色頁巖中碳酸鹽礦物主要為白云石和方解石。方解石體積分數平均值69.97%。白云石體積分數平均值0.99%。方解石體積分數縱向上分布穩(wěn)定，而白云石體積分數很低且縱向上分布不穩(wěn)定，大三亞段幾乎不含白云石。黃鐵礦體積分數平均1.77%；菱鐵礦體積分數平均0.83%。大二亞段黃鐵礦和菱鐵礦分布廣泛，2種礦物的普遍存在表明曾經所處的還原沉積環(huán)境，利于有機質的保存。

3.2 黏土礦物組成

涪陵地區(qū)大安寨段黑色頁巖的黏土礦物體積分數在1.20%～68.20%，平均24.69%。黏土礦物組成見表2，在黏土礦物中，伊-蒙混層(I/S)體積分數較高，平均11.34%;伊利石體積分數平均為7.72%，綠泥石和高嶺石體積分數較低，脆性較低，不利于形成無機孔。

表2 大安寨段黏土礦物組成表

4 頁巖儲集性能

4.1 物性特征

涪陵地區(qū)大安寨段為泥頁巖儲層，巖性主要為暗色泥頁巖，夾薄層介殼灰?guī)r、泥灰?guī)r等，灰?guī)r泥質體積分數相對較高。大安寨段孔隙度介于0.02%～7.41%之間，平均為1.77%;滲透率介于0.011～4.65mD之間，平均滲透率為0.33mD(表3)，為低孔、特低滲儲層。縱向上來看大二亞段物性好于大一和大三亞段；且大二亞段下部孔滲條件要優(yōu)于上部，下部孔隙度一般介于3%～4%之間。橫向上興隆1井、興隆3井、興隆101井的孔滲條件較好，且隨著孔隙度增加，滲透率有增大的趨勢；但滲透率變化不明顯，反映為孔隙之間連通性較好，為孔隙-裂縫型儲集層。

表3 大安寨段儲層物性參數表

從表4中分析不同巖性物性表明，大安寨段的泥、頁巖和粉砂巖的物性明顯好于含泥灰?guī)r的儲層物性，泥頁巖和粉砂巖段孔隙度較高，介殼灰?guī)r和灰質泥頁巖滲透率較高。

表4 大安寨段不同巖性儲層物性統(tǒng)計表

4.2 頁巖微觀孔隙特征

應用薄片、掃描電鏡、氬離子拋光-掃描電鏡、壓汞等資料研究表明，大安寨段頁巖構造微裂縫發(fā)育。從興隆101井大二亞段等的頁巖氬離子拋光-掃描電鏡圖片(圖5)可知，頁巖中定向分布張性裂縫和不規(guī)則孔隙，應為構造應力作用的結果；孔隙呈圓形、橢圓形或不規(guī)則形態(tài)，孔徑0.1～3μm表面星羅棋布著大小不一的石英和黃鐵礦顆粒，大小0.5～8μm，面孔率5%，有機孔隙不發(fā)育。

圖5 灰黑色頁巖氬離子拋光后的構造微裂縫

圖6 頁巖黏土礦物層間次生微孔

4.3 儲集空間類型

通過巖心觀察、薄片、掃描電鏡、氬離子拋光—掃描電鏡綜合分析表明，大安寨段頁巖構造微裂縫發(fā)育，黏土礦物間孔隙較發(fā)育，少量生屑黃鐵礦后粒間孔隙；與有機質相關的孔、縫主要為有機質邊緣縫、有機質內部生物結構孔等。

1)黏土礦物層間次生微孔隙 大安寨段泥頁巖中伊利石結晶度高，且伊利石順層定向排列的，微孔隙也具有定向分布的特征，連通性一般，結構致密；但對于伊-蒙混層、蒙脫石體積分數較高的，因黏土礦物的卷曲、彎曲，其間微孔隙較發(fā)育，尺寸為納米級～微米級，連通性較好(圖6)。

2)剛性顆粒邊緣殘余的原生微孔及粒內溶孔 從圖7可以看出，大安寨段頁巖中粉砂顆粒(石英、長石)、碳酸鹽(泥晶、粉晶方解石，白云石等)等剛性顆粒邊緣有殘余幾微米～十幾微米的微孔隙及粒內溶孔。

3)與生屑構造有關的原生微孔 由于大安寨段泥頁巖中的生屑常為鈣質生屑、黃鐵礦化生屑等，由圖8可以看出，鈣質生屑邊緣常殘余微米級孔隙，黃鐵礦化生屑內部則會保存與生物結構有關的納米級-微米級孔隙。

4)與有機質有關的孔、縫 通過氬離子拋光-掃描電鏡觀察(圖9)可知，大安寨段頁巖中有機質結構致密，有機質生烴形成的有機質孔不發(fā)育，其邊緣常發(fā)育數十納米～數百納米的微裂縫，僅少量有機質內發(fā)育生物結構孔，其尺寸最大可達微米級。

圖7 大安寨段剛性顆粒邊緣殘余原生微孔及粒內溶孔

圖9 頁巖有機質內部生物結構孔

5 相關性分析

5.1 硅質礦物和黃、菱礦物與w(TOC)的關系

頁巖作為一種特殊的儲集巖，一般呈現低孔、特低滲的物性特征；微裂系發(fā)育程度對頁巖氣藏有效開發(fā)非常重要，脆性礦物含量高是形成天然裂縫和人造縫的基礎。從表5可以看出,大二亞段硅質體積分數較高，硅質體積分數和w(TOC)呈正相關關系，表明當時沉積水體較深，有利于有機質的富集。硅質礦物的成因較多，主要為陸源搬運的硅質碎屑、熱水沉積以及有機生物成因等。

5.2 碳酸鹽與吸附氣含量的關系

表5 硅質礦物含量與有機碳關系表

表6 碳酸鹽體積分數與吸附氣關系表

表6可以看出，大安寨段表現為碳酸鹽體積分數和吸附氣體積分數呈負相關關系。主要是由于碳酸鹽以膠結物的形式出現，充填了微孔隙或微裂縫，降低了頁巖吸附頁巖氣的比表面積，導致隨碳酸鹽體積分數增大頁巖的吸附氣體積分數減小。

6 結論

1)涪陵地區(qū)大安寨段殘余w(TOC)最大為3.06%，最小為0.01%，平均為0.79%；平面上工區(qū)內w(TOC)從東北往西南涪頁1、5井方向呈現減小趨勢，大安寨段頁巖仍為低有機質豐度。但大二亞段w(TOC)平均為2.37%，屬于好的烴源巖。

2)有機質類型以Ⅱ型為主，有機質主要來源于水盆地中浮游生物和細菌；干酪根成熟度Ro介于1.10%～1.50%之間。平面上呈現出由北東往南西方向有變大的趨勢，只有西南部屬于高成熟階段，其他區(qū)域屬于均屬于成熟階段，高成熟區(qū)域以生成濕氣為主。

3)涪陵地區(qū)大安寨段為低孔、特低滲儲層?？v向上來看大二亞段物性好于大一和大三亞段，且大二亞段下部孔滲條件要優(yōu)于上部。儲集空間主要類型為：黏土礦物層間次生微孔隙，剛性顆粒邊緣殘余的原生微孔及粒內溶孔，與生屑構造有關的原生微孔，與有機質有關的孔、縫。

4)涪陵地區(qū)大安寨段黑色頁巖脆性礦物含量較高，黏土礦物中的伊-蒙混層含量較高，伊利石、綠泥石和高嶺石含量較低，晶間孔欠發(fā)育。涪陵地區(qū)大安寨段硅質含量與w(TOC)呈正相關，碳酸鹽含量與吸附氣含量呈負相關。

[1]張抗，張葵葉，張璐璐.關于致密油氣和頁巖油氣的討論[J].天然氣工業(yè)，2013，33(9)：17～22.

[2] 王大偉，羅小平.湘東北拗陷泥盆系海相泥頁巖地球化學特征[J].油氣地球物理，2013，11(4):509～511.

[3] 王世輝，陳春瑞，鄭玉龍，等.黑龍江省達連河油頁巖地球化學特征及成因探討[J].吉林大學學報(地球科學版)，2006，36(6)：10～12.

[4]魏懷瑞，楊瑞東，鮑淼，等. 貴州早寒武世黑色頁巖地球化學特征及其意義[J].貴州大學學報(自然科學版)，2006，23(4): 433～434.

[5]李曉彪 , 羅遠良 , 羅泰義，等.重慶城口地區(qū)早前寒武系、黑色巖系研究:早寒武世硅質巖的沉積環(huán)境研究[J].礦物學報，2007，27(3):2～12.

[6] 胡望水，呂炳全，王紅罡，等.揚子地塊東南陸緣寒武系上升流沉積特征[J].江漢石油學院學報，2004，26(4):9～11.

[7]李周玲，王敏捷，鄧亞，等.重慶城口地區(qū)早寒武世黑色頁巖地球化學特征及成礦規(guī)律[J].重慶科技學院學報，2011，13(6)：24～28.

[8]龐長英，連軍利，吳一凡，等.美國頁巖油氣開發(fā)技術及對我國的啟示[J].石油地質與工程，2012，26(5)：62～66.

[編輯] 宋換新

2016-01-20

何柳(1991-)，女，碩士生，從事石油地質研究， hjhhl3335@sina.com。

TE122.1;TE122.2

A

1673-1409(2016)32-0007-07

[引著格式]何柳，蔡忠賢.涪陵地區(qū)大安寨段頁巖地球化學和儲集特征變化規(guī)律[J].長江大學學報(自科版),2016,13(32):7～13.