劉忠寶 劉光祥 胡宗全 馮動軍 朱 彤 邊瑞康 姜 濤 金治光

1.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院

3.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院 4.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院

0 引言

我國陸相盆地分布范圍廣，中、新生界多個層系發(fā)育陸相泥頁巖，是頁巖氣勘探開發(fā)的重要接替領(lǐng)域之一。目前已在鄂爾多斯盆地三疊系和四川盆地侏羅系的多口井鉆獲了工業(yè)頁巖氣流[1-2]，但產(chǎn)量較低或初始產(chǎn)量高、遞減快，尚未建成規(guī)模商業(yè)開發(fā)區(qū)，仍存在諸多制約頁巖氣勘探開發(fā)的瓶頸問題亟待解決。近年來，對鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組[3]、渤海灣盆地古近系沙河街組[4-6]、松遼盆地上白堊統(tǒng)青山口組[7]及古近系營城組、蘇北盆地古近系阜寧組二段[8]等泥頁巖層系的研究表明，與北美地區(qū)及我國四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組－下志留統(tǒng)龍馬溪組[9-11]等海相頁巖相比，陸相泥頁巖層系礦物成分與沉積構(gòu)造更為復(fù)雜，同一湖盆同一時期的不同方向的多物源供給，不同時期湖盆沉積中心的橫向遷移，導(dǎo)致頁巖層系夾層頻繁、頁巖巖相時空變化快。

陸相泥頁巖層系巖相類型的精細(xì)識別與劃分是頁巖氣勘探開發(fā)潛力評價的重要基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外在泥頁巖巖相研究方面[12-17]，已形成兩點(diǎn)共識：①普遍以礦物組成與沉積構(gòu)造作為頁巖巖相劃分的兩個核心指標(biāo)；②認(rèn)識到了將總有機(jī)碳含量（TOC）作為重要指標(biāo)納入頁巖巖相劃分中對于更準(zhǔn)確表征不同頁巖的差異至關(guān)重要。但目前，無論是海相還是陸相頁巖巖相的識別劃分標(biāo)準(zhǔn)及分類方案，均尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識，仍存在著以下問題：①在建立分類方案的過程中，仍存在著考慮的指標(biāo)過多，導(dǎo)致巖相類型的種類過多，在頁巖氣勘探開發(fā)的實(shí)際應(yīng)用中可操作性不強(qiáng)；②有的分類沒有堅(jiān)守以礦物含量大于50%為邊界確定巖石主名的原則，巖相分區(qū)過于隨意；③有的分類以礦物含量50%為邊界確定巖石主名，但未考慮3類礦物（黏土礦物、長英質(zhì)、碳酸鹽）含量都小于50%的混合區(qū)或考慮了但劃分方案復(fù)雜，可應(yīng)用性差；④對頁巖與夾層沉積組合特征的研究較少，這對于深入而準(zhǔn)確地分析不同頁巖層段的差異更為重要。為此，筆者以四川盆地中下侏羅統(tǒng)陸相頁巖層系為例，通過鉆井巖心觀察、薄片鑒定、全巖礦物X射線衍射分析、掃描電鏡及鉆（測）井資料的綜合分析，開展頁巖層系巖相類型識別與劃分、不同尺度下頁巖與夾層（類型、厚度、層數(shù)）組合特征的研究，并探討其對頁巖氣勘探開發(fā)的意義。旨在探索陸相頁巖巖相劃分方法，明確四川盆地中下侏羅統(tǒng)頁巖層系巖相類型及組合特征，為頁巖氣勘探開發(fā)評價研究奠定理論基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)概況

四川盆地侏羅系分布面積廣，地層發(fā)育完整，自下而上依次為下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)千佛崖組（涼高山組）和沙溪廟組、上侏羅統(tǒng)遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組，其中自流井組自下而上可以進(jìn)一步劃分為4個巖性段，即珍珠沖段、東岳廟段、馬鞍山段及大安寨段（圖1）。受不同級次盆地構(gòu)造沉降與湖侵作用控制，在東岳廟段、大安寨段及千佛崖組沉積發(fā)育3套淺湖—半深湖相富有機(jī)質(zhì)泥頁巖[1]。目前，這3套富有機(jī)質(zhì)泥頁巖層段均有井壓裂測試獲得工業(yè)頁巖氣流，揭示了良好的頁巖氣勘探開發(fā)前景。

2 頁巖巖相識別與劃分方法

2.1 頁巖全巖礦物組成及特征

全巖X射線衍射分析是目前迅速而準(zhǔn)確定量測試巖石礦物組成的最有效方法。對502個頁巖樣品的全巖X射線衍射測試分析結(jié)果表明，四川盆地中下侏羅統(tǒng)頁巖礦物組成以黏土礦物、石英為主，其次為方解石及少量斜長石和白云石（圖2）。其中千佛崖組黏土礦物含量介于11.2%～66.8%，平均值為46.7%；石英＋長石含量介于19.2%～80.8%，平均值為45.8%；碳酸鹽礦物含量介于0～49.3%，平均值為5.6%。自流井組黏土礦物含量介于19.5%～70.6%，平均值為48.6%；石英＋長石含量介于14.2%～79.4%，平均值為38.2%；碳酸鹽礦物含量介于0～48.8%，平均值為11.5%。進(jìn)一步細(xì)分巖性段統(tǒng)計(jì)對比結(jié)果顯示，東岳廟段（N=132）黏土礦物含量介于19.5%～70.6%，平均值為49.0%；石英＋長石含量介于14.2%～79.4%，平均值為41.3%；碳酸鹽礦物含量介于0～46.6%，平均值為10.3%。馬鞍山段（N=54）黏土礦物含量介于30.7%～61.7%，平均值為48.4%；石英＋長石含量介于24.0%～64.0%，平均值為39.1%；碳酸鹽礦物含量介于0～31.1%，平均值為10.6%。大安寨段（N=181）黏土礦物含量介于21.5%～68.3%，平均值為48.3%；石英＋長石含量介于17.1%～60.3%，平均值為35.7%；碳酸鹽礦物含量介于0～48.8%，平均值為12.6%。綜上表明，千佛崖組與自流井組相比，石英＋長石含量略高，黏土含量略低，自流井組各層段頁巖主要礦物平均含量差異不大，整體表現(xiàn)為黏土礦物與石英含量高、碳酸鹽含量局部富集的特征。

圖1 四川盆地構(gòu)造單元劃分及中下侏羅統(tǒng)地層柱狀圖

圖2 四川盆地中下侏羅統(tǒng)頁巖全巖礦物組成特征

2.2 全巖礦物三端元分區(qū)巖相命名

鑒于目前泥頁巖礦物三端元巖石命名分類方案中存在沒有以50%為邊界確定巖石主名、未考慮3類礦物（黏土礦物、長英質(zhì)、碳酸鹽礦物）含量均小于50%的混合部分、或考慮了但分區(qū)復(fù)雜的現(xiàn)象，筆者在中下侏羅統(tǒng)頁巖全礦物組成定量分析的基礎(chǔ)上，采用以碳酸鹽礦物、長英質(zhì)礦物和黏土礦物為三端元的圖解法進(jìn)行兩級巖石命名分區(qū)：在一級分區(qū)中，尊重傳統(tǒng)巖石學(xué)命名方法，以50%為邊界確定巖石主名，在三角圖的三個端元分別劃分出泥頁巖巖相區(qū)（Ⅰ）、粉砂巖巖相區(qū)（Ⅲ）及灰（云）巖巖相區(qū)（Ⅳ），同時將3種組分含量均不超過50%的中間區(qū)命名為混合巖巖相區(qū)（Ⅱ）；在此基礎(chǔ)上，針對Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)，以礦物含量25%為界進(jìn)行二級分區(qū)（考慮到巖相分區(qū)不宜太復(fù)雜，筆者未將相對含量介于10%～25%的區(qū)域進(jìn)行二級區(qū)劃分），以含量25%～50%確定為“××質(zhì)”作為主名前綴，如將泥頁巖巖相一級區(qū)劃分為黏土質(zhì)頁巖巖相、粉砂質(zhì)頁巖巖相及灰質(zhì)頁巖巖相等3個二級區(qū)。而對于混合巖巖相區(qū)，以其三角區(qū)各邊界中點(diǎn)向中心點(diǎn)連線劃分為3個二級分區(qū)，每個區(qū)內(nèi)任意兩類礦物組分之和大于70%，并以這兩類礦物作為前綴命名“××質(zhì)××質(zhì)頁巖巖相”（含量高者居后）。為此，在全巖礦物三角圖中共劃分出4個巖相命名一級分區(qū)，12個巖相命名二級分區(qū)，其中頁巖巖相區(qū)6個、粉砂巖巖相區(qū)和灰（云）巖巖相區(qū)各3個（圖3）。

采用上述巖相命名分區(qū)方案，將四川盆地中下侏羅統(tǒng)不同層段頁巖全巖礦物測試數(shù)據(jù)分別在圖3-b中投點(diǎn)，對比分析發(fā)現(xiàn)，各層段以發(fā)育粉砂質(zhì)頁巖巖相（Ⅰ2）、粉砂質(zhì)黏土質(zhì)頁巖巖相（Ⅱ1）、泥質(zhì)粉砂巖巖相（Ⅲ2）為主，差異主要表現(xiàn)為東岳廟段和大安寨段發(fā)育黏土質(zhì)頁巖巖相（Ⅰ1）、黏土質(zhì)灰質(zhì)頁巖巖相（Ⅱ2），千佛崖組發(fā)育灰質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖巖相及粉砂巖巖相。這一結(jié)果對于東岳廟段、大安寨段中部分頁巖巖相的認(rèn)識，與鉆井巖心觀察的認(rèn)識存在較大差異。反映出單純依據(jù)三端元礦物組分的巖相命名存在一定的局限性，其無法區(qū)分石英、方解石礦物顆粒的大小、結(jié)構(gòu)形態(tài)、成因及沉積構(gòu)造的差異，故對于頁巖巖相的命名仍需進(jìn)一步校正。

2.3 巖相命名中TOC分級

頁巖是一種重要的烴源巖類型，以富含有機(jī)質(zhì)為其標(biāo)志性特征之一。尤其在非常規(guī)氣勘探中，頁巖有機(jī)質(zhì)含量是評價其頁巖氣勘探潛力的重要依據(jù)。因此，在依據(jù)全巖礦物巖相命名的基礎(chǔ)上，將TOC分級納入巖相劃分命名中，能夠更準(zhǔn)確、快速地體現(xiàn)不同類型頁巖中有機(jī)質(zhì)富集程度的差異。四川盆地中下侏羅統(tǒng)597個頁巖樣品TOC分級（分級界限為0.5%、1.0%、2.0%）統(tǒng)計(jì)分析表明，頁巖TOC主要分布在≤0.5%、＞0.5%～1.0%、＞1.0%～2.0%等3個區(qū)間，且占比大致相當(dāng)，分別為33.33%、26.97%、34.00%，TOC介于2.0%～4.0%和大于4.0%的樣品占比較低，分別僅為4.52%、1.17%（圖4），但其細(xì)化分級更有利于優(yōu)選品質(zhì)好的頁巖。故以≤0.5%、＞0.5%～1.0%、＞1.0%～2.0%、＞2.0%～4.0%、＞4.0%為TOC分級界線，分別定義為含碳、低碳、中碳、高碳及富碳，作為巖相名前綴。將無機(jī)（礦物組分含量）與有機(jī)（TOC）相結(jié)合，建立三端元四組分頁巖巖相分區(qū)劃分方案（圖5）。

2.4 非黏土礦物結(jié)構(gòu)及其相關(guān)沉積構(gòu)造校正與完善巖相命名

在上述全巖礦物三端元分區(qū)與TOC分級的基礎(chǔ)上，頁巖中石英（粒度結(jié)構(gòu)）與方解石（形態(tài)結(jié)構(gòu)）兩種非黏土礦物的結(jié)構(gòu)、成因及其形成的相關(guān)沉積構(gòu)造的識別，對于進(jìn)一步校正和完善巖相命名至關(guān)重要，可使其真正具有“環(huán)境”的意義。

圖3 全巖礦物三端元分區(qū)巖相命名方案圖

圖4 四川盆地中下侏羅統(tǒng)頁巖有機(jī)質(zhì)含量分級特征圖

2.4.1 礦物結(jié)構(gòu)

對于石英礦物而言，巖心觀察、全巖礦物成分及薄片鑒定綜合分析顯示，不同頁巖中其粒度結(jié)構(gòu)不同，如在全巖礦物三端元分區(qū)命名中，同處于粉砂質(zhì)頁巖巖相（Ⅰ2）區(qū)的YL30井大安寨段（井深4 007.13 m）和YL4井千佛崖組（井深3 646.5 m）的兩個頁巖樣品，黏土礦物含量均大于50%，石英含量分別為37%、31%，但在巖石薄片中石英粒度結(jié)構(gòu)差異十分明顯，YL30井大安寨段頁巖樣品為粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，碎屑石英顆粒粒徑大于0.039 mm，YL4井千佛崖組頁巖樣品為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，肉眼很難識別出明顯的石英礦物（顆粒粒徑小于0.039 mm），故前者命名為粉砂質(zhì)頁巖巖相，而后者應(yīng)命名為黏土質(zhì)頁巖巖相。對于方解石礦物而言，YL30井大安寨段2個樣品巖心觀察和薄片鑒定均顯示，其主要以介殼形式發(fā)育，為生物—化學(xué)沉積成因。在顯微鏡下，井深3 996.81 m頁巖樣品，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，生物介殼較發(fā)育，結(jié)合全巖礦物含量，應(yīng)命名為“介殼灰質(zhì)黏土質(zhì)頁巖巖相”；井深4 004 m頁巖樣品除發(fā)育生物介殼外，還發(fā)育較多的碎屑石英顆粒，結(jié)合全巖礦物含量，應(yīng)命名為“介殼灰質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖巖相”。因此，在頁巖全巖礦物分區(qū)命名的基礎(chǔ)上，對非黏土礦物結(jié)構(gòu)及成因的準(zhǔn)確厘定，能夠進(jìn)一步對巖相命名起到校驗(yàn)和修正的作用。

圖5 四川盆地中下侏羅統(tǒng)三端元四組分頁巖巖相劃分方案

2.4.2 沉積構(gòu)造

四川盆地11口鉆井巖心觀察結(jié)果顯示，中下侏羅統(tǒng)暗色（深灰色、灰黑色）富有機(jī)質(zhì)頁巖層系沉積構(gòu)造主要為灰質(zhì)介殼紋層（0.1～1.0 cm，斷續(xù)狀、連續(xù)狀）（圖6-a、b）、薄層（1.0～5.0 cm）及雜亂狀堆積灰質(zhì)介殼（圖6-c）。其次為粉砂質(zhì)紋層（＜1 cm）（圖6-d），還發(fā)育一些同生變形層理、小型交錯層理、韻律層理，但這些層理發(fā)育的層段，從巖性上來講，多為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，且顏色淺、TOC低。從微觀巖石薄片尺度放大至巖心觀察尺度上，在命名過程中加入沉積構(gòu)造因素，從更為宏觀的角度完善巖石命名，有利于在巖相劃分中體現(xiàn)“相”的含義。

3 頁巖與夾層巖相類型及特征

3.1 頁巖巖相類型及特征

依據(jù)全巖礦物分區(qū)—TOC分級—礦物結(jié)構(gòu)與沉積構(gòu)造校正及完善的3步巖相劃分方案，在四川盆地中下侏羅統(tǒng)頁巖層系共識別出黏土質(zhì)頁巖、介殼（斷續(xù)）紋層—薄層狀黏土質(zhì)頁巖巖相、（紋層狀）粉砂質(zhì)頁巖巖相、黏土質(zhì)介殼灰質(zhì)頁巖巖相、粉砂質(zhì)黏土質(zhì)頁巖巖相及介殼灰質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖巖相6類20種頁巖巖相類型。其中以中—高碳黏土質(zhì)頁巖巖相及紋層—薄層狀黏土質(zhì)頁巖巖相、低—中碳粉砂質(zhì)頁巖巖相為主，其次為低碳—中碳黏土質(zhì)介殼灰質(zhì)頁巖巖相、含碳—低碳粉砂質(zhì)黏土質(zhì)頁巖巖相。各類頁巖巖相巖心、顯微鏡下特征及分布情況詳見表1。

圖6 頁巖巖心中典型沉積構(gòu)造發(fā)育特征照片

3.2 夾層巖相類型及特征

巖心觀察與薄片鑒定分析表明，四川盆地中下侏羅統(tǒng)頁巖層系中夾層主要包括2類5種巖相類型。其中石灰?guī)r類包括：介殼灰?guī)r巖相、泥質(zhì)介殼灰?guī)r巖相及少量粉—細(xì)晶灰?guī)r巖相；砂巖類主要包括：粉—細(xì)砂巖巖相、泥質(zhì)粉—細(xì)砂巖巖相。從地區(qū)分布來看，涪陵地區(qū)東岳廟段以介殼灰?guī)r巖相為主（圖7-a），馬鞍山段主要為粉—細(xì)砂巖巖相，大安寨段以介殼灰?guī)r巖相、粉—細(xì)晶灰?guī)r巖相為主（圖7-b）；元壩地區(qū)東岳廟段和馬鞍山段以粉—細(xì)砂巖巖相為主（圖7-c），大安寨段以介殼灰?guī)r巖相為主（圖7-d）。

4 頁巖層系不同尺度下巖相組合特征

鑒于陸相頁巖層系中夾層類型多樣、夾層頻繁發(fā)育的特點(diǎn)，因此開展頁巖與夾層組合特征的研究，精細(xì)識別與分析不同類型頁巖與不同類型夾層的組合關(guān)系、不同尺度下頁巖與夾層的發(fā)育及組合特征，對于從整體上認(rèn)識不同頁巖層系的頁巖氣勘探潛力尤為重要。筆者按照巖心層厚的劃分方案厘定夾層：塊狀（≥1.00 m）、厚層（＜1.00～0.50 m）、中層（＜0.50～0.10 m）、薄層（＜0.10～0.01 m）、紋層（＜0.01 m）。

4.1 頁巖與厚層—塊狀夾層（米級尺度）組合類型及特征

在典型取心井頁巖及夾層巖相類型識別與劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合85口鉆井巖性剖面的統(tǒng)計(jì)分析，重點(diǎn)依據(jù)夾層類型（石灰?guī)r、砂巖）、厚度、數(shù)量等差異，在中下侏羅統(tǒng)富有機(jī)質(zhì)頁巖層系中（TOC≥0.5%）共識別出3類9種巖相組合類型（圖8）。即泥灰沉積組合（A型）、泥砂沉積組合（B型）、泥灰砂混合沉積組合（C型），其中A型包括4種：黏土質(zhì)頁巖與介殼灰?guī)r近等厚互層型（A1）、黏土質(zhì)頁巖夾介殼灰?guī)r型（A2）、黏土質(zhì)頁巖局部夾介殼灰?guī)r型（A3）、大套黏土質(zhì)頁巖連續(xù)沉積型（A4）；B型包括3種：粉砂質(zhì)頁巖與（粉）細(xì)砂巖互層型（B1）、粉砂質(zhì)頁巖夾（粉）細(xì)砂巖型（B2）、粉砂質(zhì)頁巖局部夾（粉）細(xì)砂巖型（B3）；C型包括2種：粉砂質(zhì)（黏土質(zhì)）頁巖與粉砂巖、（泥質(zhì)）介殼灰?guī)r互層型（C1），黏土質(zhì)頁巖夾介殼灰?guī)r—粉砂質(zhì)頁巖與（粉）細(xì)砂巖、（泥質(zhì)）介殼灰?guī)r互層—粉砂質(zhì)頁巖夾（粉）細(xì)砂巖型（C2）。其中A1型、A2型組合類型主要發(fā)育于閬中、涪陵地區(qū)大安寨段；A3型、A4型組合類型主要發(fā)育于涪陵與建南等地區(qū)東岳廟段、龍崗地區(qū)大安寨段；B1型組合類型主要發(fā)育于元壩地區(qū)大安寨段；B2型、B3型組合類型在元壩地區(qū)東岳廟段與千佛崖組、涪陵地區(qū)涼高山組均有發(fā)育；C1型組合類型發(fā)育于元壩、普光等地區(qū)大安寨段；C2型組合類型在元壩、涪陵等地區(qū)大安寨段均有發(fā)育。

表1 四川盆地中下侏羅統(tǒng)頁巖巖相類型及分布特征表

圖7 頁巖層系夾層鏡下巖石學(xué)特征照片

圖8 頁巖層系巖相組合類型及特征圖

4.2 頁巖與介殼紋層—薄層（毫米至厘米級尺度）組合特征

圖9 不同尺度下頁巖與夾層組合特征圖

鉆井巖心觀察表明，泥灰沉積（A型）和泥灰砂混合沉積（C型）兩類組合中的6種巖相組合類型中的頁巖層段中仍發(fā)育灰質(zhì)介殼紋層（斷續(xù)狀、連續(xù)狀）及薄層。筆者選取A2、A3、A4巖相組合類型，對其中頁巖段內(nèi)部更小尺度下（毫米至厘米級）灰質(zhì)介殼紋層及薄層開展更進(jìn)一步精細(xì)刻畫（圖9）。研究結(jié)果表明，在常規(guī)錄（測）井剖面尺度下（米級）的3種組合類型中的頁巖段中灰質(zhì)介殼紋層與薄層十分發(fā)育，如XL101井大安寨段兩個取心段的A2型巖相組合中介殼紋層與薄層的數(shù)量之和分別為22條/6.5 m、70 條/8.5 m（圖9-a），該井東岳廟段A3型巖相組合中介殼紋層與薄層的數(shù)量之和也可達(dá)48 條/7.9 m（圖9-b）。從東岳廟段取心較為齊全的一口井來看，縱向上不同層段頁巖中發(fā)育介殼紋層及薄層的數(shù)量及頻次仍存在差異，表現(xiàn)為下部紋層多，斷續(xù)狀、連續(xù)狀均有，而上部紋層相對少、連續(xù)狀為主，頁理較下部更為發(fā)育（圖9-c）。整體而言，介殼紋層與薄層的出現(xiàn)頻次與中層、厚層介殼層的發(fā)育無明顯關(guān)系，不同厚度級別的介殼層發(fā)育規(guī)律不明顯，不同厚度或頻次的介殼層對于相鄰頁巖層段的TOC含量的影響較小，但對于高黏土含量（大于50%）陸相頁巖而言，不同尺度巖相組合類型及其間夾層厚度、數(shù)量及頻次的識別與統(tǒng)計(jì)分析，對于陸相頁巖層系儲層壓裂改造效果的評價、水平井鉆探層段的優(yōu)選具有重要的參考價值。

5 對頁巖氣勘探開發(fā)的意義

5.1 巖相組合特征的刻畫對判識頁巖沉積環(huán)境的意義

巖心觀察、巖石薄片鑒定、全巖礦物含量、TOC等綜合分析表明，不同巖相組合中夾層類型對頁巖巖相類型及其TOC具有重要影響。泥灰沉積組合（A型）中頁巖黏土含量高、頁理發(fā)育、TOC高（1%～4%）；泥灰砂混合沉積組合（C型）中頁巖黏土含量較高、頁理較發(fā)育、TOC較高（1%～2%）；泥砂沉積組合（B型）中頁巖砂質(zhì)含量高、頁理欠發(fā)育、TOC相對低（0.5%～2%、差異大）。究其原因，巖相組合的發(fā)育受其構(gòu)造—沉積環(huán)境的控制，四川盆地早侏羅世—中侏羅世早期短暫陸內(nèi)伸展階段，為陸內(nèi)弱拉張環(huán)境下的大型克拉通內(nèi)坳陷盆地，周緣造山、造陸的間歇性活動，湖盆或快或慢的沉降在湖盆不同部位形成古隆起、古坳陷[18]，從而控制了不同巖相組合類型的沉積形成。早中侏羅世主要為河流—三角洲—湖泊沉積體系，東岳廟段、大安寨段及千佛崖組等3套富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積受3期湖侵控制，主要發(fā)育于淺湖—半深湖亞相沉積環(huán)境，結(jié)合前人的沉積相研究來看[18-20]，湖泊相頁巖中砂質(zhì)沉積物主要來源于盆地周緣三角洲前緣，而碳酸鹽沉積物應(yīng)主要為遠(yuǎn)離盆地邊緣的湖盆內(nèi)部淺水生物介殼灘，在風(fēng)暴作用下沖刷搬運(yùn)而來的再沉積生物顆粒。由此，進(jìn)一步分析不同巖相組合類型的沉積特征認(rèn)為：A1型為湖內(nèi)淺水低能介殼灘邊緣原地沉積，如LZ1井大安寨段；A2型、A3型及A4型均為半深湖泥質(zhì)夾席狀介殼層沉積，為湖內(nèi)高、低能介殼灘受不同級次風(fēng)暴沖刷、侵蝕、搬運(yùn)到半深湖中形成泥灰相間混合成因沉積，頁巖與介殼紋層及薄層之間多表現(xiàn)為突變沉積特征，介殼層的厚度、數(shù)量受風(fēng)暴事件的強(qiáng)弱及頻次控制，在時間與空間范圍內(nèi)具有偶然性，如XL101井大安寨段、FY1井與FY4井東岳廟段均為該類型；B1型為濱淺湖沉積，砂質(zhì)含量及粒度大小，主要與離碎屑物源距離及沉積地貌坡度有關(guān)，如YB601井大安寨段；B2型（YL4井千佛崖組）與B3型（YL4井東岳廟段）為淺湖—半深湖泥砂沉積組合；C1（YL303井大安寨段）、C2（YB4井大安寨段）型為淺湖—半深湖泥灰砂混合沉積組合，但混積方式[21]略有差異，其中C1型為灰質(zhì)、砂質(zhì)層間互發(fā)育，反映沉積水體相對穩(wěn)定，且風(fēng)暴介殼層韻律性發(fā)育，而C2型自下而上由泥夾灰—泥夾灰夾砂—泥夾砂沉積演變，為沉積水體逐漸變淺的沉積序列。整體而言，介殼灰質(zhì)夾層較發(fā)育的A型組合類型多遠(yuǎn)離湖盆邊緣，且多較靠近生物介殼灘，頁巖多以黏土質(zhì)頁巖巖相為主；砂質(zhì)夾層較發(fā)育的B型組合類型靠近湖盆邊緣碎屑物源區(qū)，頁巖多為粉砂質(zhì)頁巖巖相及粉砂質(zhì)黏土質(zhì)頁巖巖相；而砂質(zhì)與介殼灰質(zhì)夾層均有的C型組合類型處于兩者過渡區(qū)，沉積物供給同時受到湖盆邊緣碎屑物源及生物介殼灘的影響，依次體現(xiàn)了湖泊相環(huán)境下遠(yuǎn)源區(qū)、近源區(qū)、過渡區(qū)的沉積特點(diǎn)。但同為淺湖或半深湖亞相中均可以發(fā)育不同的巖相組合類型，因此，對于頁巖層系以傳統(tǒng)沉積相、單純頁巖巖相編圖很難反映不同地區(qū)頁巖層系沉積環(huán)境的細(xì)微差異，已難以滿足目前頁巖氣勘探開發(fā)的研究需求。今后對于四川盆地中下侏羅統(tǒng)各富有機(jī)質(zhì)頁巖層系，甚至國內(nèi)其他盆地湖相泥頁巖層系，以巖相組合類型進(jìn)行平面編圖，對于陸相頁巖氣的勘探選區(qū)評價應(yīng)具有重要的實(shí)際意義。

5.2 頁巖巖相類型的細(xì)分對預(yù)測頁巖源儲性能的意義

與五峰組—龍馬溪組海相頁巖相比[12,16,22]，中下侏羅統(tǒng)陸相頁巖有機(jī)質(zhì)豐度低、沉積構(gòu)造、礦物成分與結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，按照“全巖礦物分區(qū)—TOC分級—礦物結(jié)構(gòu)與沉積構(gòu)造校正與完善”的3步巖相命名劃分方法，實(shí)現(xiàn)了兼具科學(xué)性與實(shí)用性的巖相類型的識別與細(xì)分，從而可以基于巖相名稱快速判識不同頁巖的細(xì)微差異及品質(zhì)。

從不同類型頁巖的TOC、孔隙度的統(tǒng)計(jì)對比分析來看（圖10），黏土質(zhì)頁巖巖相、黏土質(zhì)介殼灰質(zhì)頁巖巖相平均TOC、平均孔隙度較高，含粉砂質(zhì)類頁巖巖相平均TOC、平均孔隙度相對較低，反映出頁巖巖相類型對于TOC和孔隙度的大小仍具有一定的控制作用，但同一頁巖巖相的TOC、孔隙度仍有差異，進(jìn)一步反映出陸相頁巖源、儲特征的復(fù)雜性。黏土質(zhì)頁巖巖相、黏土質(zhì)介殼灰質(zhì)頁巖巖相TOC相對較高，與這兩類巖相發(fā)育于相對深水環(huán)境、利于有機(jī)質(zhì)富集有關(guān)，其孔隙度高主要是由于其黏土礦物含量高，黏土礦物層間孔隙更發(fā)育；粉砂質(zhì)頁巖巖相TOC與孔隙度略低，其沉積水體相對淺、加之陸源砂質(zhì)碎屑供給多，不利于有機(jī)質(zhì)富集，該類頁巖多發(fā)育于元壩地區(qū)，埋深較大，壓實(shí)作用強(qiáng)，無機(jī)孔發(fā)育受到一定影響。

5.3 頁巖巖相類型及組合特征研究對頁巖氣富集層段優(yōu)選的意義

沉積環(huán)境是形成沉積物特征的決定因素。一般情況下，一個盆地或者地區(qū)的某個層系內(nèi)發(fā)育的巖相組合是其特定沉積環(huán)境的產(chǎn)物。四川盆地中下侏羅統(tǒng)頁巖層系中巖相組合類型及特征研究表明，與介殼灰?guī)r、泥質(zhì)介殼灰?guī)r伴生發(fā)育的通常為黏土質(zhì)頁巖巖相、黏土質(zhì)介殼灰質(zhì)頁巖巖相，與粉（細(xì)）砂巖、泥質(zhì)粉砂巖伴生發(fā)育的通常為粉砂質(zhì)頁巖巖相或粉砂質(zhì)黏土質(zhì)頁巖巖相，因此，在無取心井及新鉆井未開展頁巖樣品測試分析的情況下，在鉆（測）井巖性剖面上，通過夾層類型及其與頁巖的發(fā)育情況，可以大致推測頁巖巖相類型，依據(jù)上述不同類型頁巖的TOC和孔隙度分析結(jié)果，可以預(yù)測和評價頁巖段的生烴能力及儲集性能，有助于在實(shí)際生產(chǎn)過程，快速優(yōu)選源、儲條件好的有利頁巖層段。在此基礎(chǔ)上，對于優(yōu)選出的源、儲、氣測及現(xiàn)場測試含氣量好的層段，開展夾層中紋層與薄層的定性觀察與定量統(tǒng)計(jì)，明確不同層段間夾層類型、數(shù)量及頻次等細(xì)微差異，可為儲層可改造性評價優(yōu)選提供依據(jù)，這對于高黏土含量的陸相頁巖氣富集層優(yōu)選，確定水平井鉆探靶窗，獲得頁巖氣高產(chǎn)至關(guān)重要。

圖10 四川盆地自流井組不同類型頁巖TOC、孔隙度特征圖

6 結(jié)論

1）建立了全巖礦物分區(qū)—TOC分級—礦物結(jié)構(gòu)與沉積構(gòu)造校正與完善的3步巖相劃分方法，在四川盆地中下侏羅統(tǒng)識別出6類20種頁巖巖相類型，其中以中—高碳黏土質(zhì)頁巖巖相、紋層—薄層狀黏土質(zhì)頁巖巖相及低—中碳粉砂質(zhì)頁巖巖相為主，其次為低—中碳黏土質(zhì)介殼灰質(zhì)頁巖巖相、含—低碳粉砂質(zhì)黏土質(zhì)頁巖巖相。黏土質(zhì)頁巖巖相和介殼灰質(zhì)黏土質(zhì)頁巖巖相的平均TOC、平均孔隙度均高于粉砂質(zhì)頁巖巖相和粉砂質(zhì)黏土質(zhì)頁巖巖相，反映頁巖礦物成分及巖相類型對于頁巖氣源、儲性能具有一定的影響。

2）該區(qū)陸相頁巖識別出泥灰沉積（A型）、泥砂沉積（B型）及泥灰砂混合沉積（C型）等3類9種巖相組合類型。介殼灰質(zhì)夾層較發(fā)育的A型組合類型多遠(yuǎn)離湖盆邊緣、較靠近生物介殼灘，砂質(zhì)夾層較發(fā)育的B型組合類型靠近湖盆邊緣碎屑物源區(qū)，而砂質(zhì)與介殼灰質(zhì)夾層均有的C型組合類型同時受到湖盆邊緣碎屑物源及生物介殼灘的影響，依次體現(xiàn)了湖泊相環(huán)境下遠(yuǎn)源區(qū)、近源區(qū)、過渡區(qū)的沉積特點(diǎn)，不同巖相組合的刻畫有助于判識頁巖沉積環(huán)境的差異。

3）對于高黏土礦物含量的陸相富有機(jī)質(zhì)頁巖中紋層與薄層級別夾層的定性觀察與定量統(tǒng)計(jì)，明確不同層段間夾層類型、數(shù)量及頻次等細(xì)微差異，可為富氣層段儲層可改造性評價、最佳勘探開發(fā)層段優(yōu)選提供依據(jù)。