王 燕，雷有為，付小平，陳 超，劉苗苗

（中國石化勘探分公司物探研究院，四川成都610041）

涪陵區(qū)塊位于重慶市梁平區(qū)、 忠縣和萬州區(qū)境內(nèi)，構(gòu)造上隸屬于川東高陡構(gòu)造帶，發(fā)育一系列北東—南西向延伸的隔擋式分布的大型復(fù)背斜和復(fù)向斜［1-4］。

侏羅系涼高山組發(fā)育兩套優(yōu)質(zhì)頁巖層、 三套近源河道砂，具有自生自儲(chǔ)、近源、源內(nèi)富集成藏的有利背景，資源規(guī)模大，是頁巖油氣、致密砂巖油氣立體勘探有利區(qū)。 兩套優(yōu)質(zhì)頁巖層為涼高山組一段上亞段 （涼一上） 和涼高山組二段下亞段（涼二下）淺—半深湖富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，生烴中心主要位于泰來地區(qū)，其巖性為灰黑色頁巖、灰色石英砂巖及灰綠色、紫紅色泥巖互層，厚度大、總有機(jī)碳含量較高、范圍廣，油氣顯示好，為頁巖氣勘探的新層系。 涼高山組在8口井14回次共計(jì)取心124.55 m， 另外T601井在涼高山組三段開展了井壁鉆井取心，取心14顆。 涪陵地區(qū)涼高山組分析測試資料1 491項(xiàng)次， 分析化驗(yàn)主要集中在有機(jī)地化、物性及薄片鑒定等方面。

本文在系統(tǒng)整理涪陵地區(qū)涼高山組分析測試資料的基礎(chǔ)上，開展頁巖氣儲(chǔ)層特征的定性評(píng)價(jià)，同時(shí)應(yīng)用陸相頁巖氣測井解釋評(píng)價(jià)技術(shù)對儲(chǔ)層參數(shù)開展定量計(jì)算。

1 儲(chǔ)層特征

1.1 有機(jī)質(zhì)豐度、類型及熱演化程度

對7口井216個(gè)巖心或巖屑的有機(jī)碳含量實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知， 研究區(qū)涼高山組泥頁巖總有機(jī)碳含量TOC 實(shí)測一般為0.5%～3.58%， 平均1.16%， 其中TOC 在2%以上的樣品占總樣品的7.73%；TOC在1%～2%的樣品占總樣品的48.97%；TOC在0.5%～1%的樣品占總樣品的43.3%。

對1口井17個(gè)氯仿瀝青“A”含量實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，研究區(qū)涼高山組氯仿瀝青“A”含量一般為0.000 8%～0.176 6%， 平均為0.042 3%； 對3口井147個(gè)巖石熱解分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，研究區(qū)涼高山組（S1+S2）含量一般為0.10～1.94 mg/g，平均為0.69 mg/g。 綜上可知，涪陵地區(qū)涼高山組有機(jī)質(zhì)豐度較好。

由5口井26個(gè)有機(jī)質(zhì)顯微組分測定和7口井76個(gè)干酪根掃描顯示可知， 涪陵區(qū)塊涼高山組泥頁巖有機(jī)質(zhì)以腐植無定形體、鏡質(zhì)組為主，見少量絲質(zhì)體和孢粉體（圖1）。

由4口井27個(gè)干酪根碳同位素檢測結(jié)果表明，δ13CPDB值主要分布于-22.5%～-27%之間， 平均值為-24.53%。 其中，Ⅰ型占總樣品的3.13%，Ⅱ1型占總樣品的23.44%，Ⅱ2型占總樣品的64.05%，Ⅲ型占總樣品的9.38%。綜合分析研究區(qū)涼高山組泥頁巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2型，Ⅱ1型、Ⅲ型次之，Ⅰ型最少， 表明沉積演化過程中生源母質(zhì)為多源混合Ⅱ2型。

由6口井43個(gè)鏡質(zhì)體反射率實(shí)驗(yàn)可知，涪陵區(qū)塊涼高山組泥頁巖RO一般為0.98%～1.5%， 平均為1.21%， 其中RO在0.5%～1.2%的樣品占總樣品的56.25% ；RO在1.2%～2.0% 的 樣 品 占 總 樣 品 的43.75%，處于成熟～高成熟階段。

1.2 儲(chǔ)集空間及儲(chǔ)集性能

1.2.1 孔隙類型

通過對2口井94個(gè)氬離子拋光掃描電鏡的觀察， 在涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲(chǔ)層中識(shí)別出有機(jī)質(zhì)孔、黏土礦物孔、黃鐵礦晶間孔、溶蝕孔等孔隙和微裂縫（圖2），其中以有機(jī)孔、黏土礦物孔和微裂縫為主。

①有機(jī)質(zhì)孔

在F4井、F5井涼高山組頁巖RO低于1.3%情況下，仍然存在大量的有機(jī)質(zhì)孔，并能較清晰地見到兩種類型：一種是分散狀的干酪根有機(jī)質(zhì)孔，以脆性礦物之間粒間孔內(nèi)的有機(jī)質(zhì)顆粒為主要載體，呈分散狀分布（圖2a）；一種是瀝青孔，以微裂縫內(nèi)充填的瀝青為主要載體，呈蜂窩狀分布（圖2b）。

②黏土礦物孔

黏土礦物孔是涪陵區(qū)塊涼高山組泥頁巖中常見孔隙之一，孔隙直徑一般較大，多呈狹長的長條形，內(nèi)部多相互溝通（圖2c）。

③微裂縫

涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲(chǔ)層中也見大量微裂縫，它的存在既可作為早期油氣的運(yùn)移通道，為瀝青孔提供一定的儲(chǔ)集空間， 同時(shí)又可溝通不同的儲(chǔ)集空間，形成有效儲(chǔ)集空間體（圖2d）。

由2口井8個(gè)樣品的微孔蓋層實(shí)驗(yàn)可知， 涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲(chǔ)層孔隙直徑5 nm以下的孔體積占比在0%～28%之間，平均值為6.97%；孔隙直徑在5～10 nm之間的孔體積占比在1%～21.1%之間，平均值為6.00%；孔隙直徑在10～100 nm之間的孔體積占比在25.8%～45.8%之間， 平均值為37.60%； 孔隙直徑100 nm以上的孔體積占比在24%～58.6%之間，平均值為49.5%。

涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲(chǔ)層孔隙直徑主要分布在10～100 nm和100 nm以上這兩個(gè)區(qū)間內(nèi)，以介孔和大孔為主，微裂縫約占30%儲(chǔ)集空間。 該頁巖氣儲(chǔ)層與五峰組～龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層顯著不同，相較于龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層，涼高山組頁巖氣儲(chǔ)層大孔比例明顯增多。

1.2.2 裂縫發(fā)育特征

泥頁巖儲(chǔ)層中發(fā)育的裂隙系統(tǒng)不僅有利于游離氣的富集， 同時(shí)還是頁巖氣滲流運(yùn)移的主要通道，同時(shí)對頁巖氣的開發(fā)也起到關(guān)鍵性的作用［5-7］。因此，有必要對裂縫的特征進(jìn)行系統(tǒng)描述。

通過對涪陵地區(qū)涼高山組8口井14回次共計(jì)124.55 m巖心進(jìn)行觀察可知，F(xiàn)1井發(fā)育低角度縫5條，高角度縫1條；F4井發(fā)育低角度縫2條，層理縫1條；F3-2井發(fā)育低角度縫3條，層理縫23條，高角度縫10條。 涼高山組巖心觀察顯示，不同類型的巖石均發(fā)育裂縫，泥巖主要發(fā)育層理縫，見少量高角度裂縫（圖3）。

1.2.3 物性特征

對4口井187個(gè)氦氣法巖心柱塞樣品的物性分析統(tǒng)計(jì)可知， 涪陵地區(qū)涼高山組頁巖氣儲(chǔ)層物性總體較好， 孔隙度一般為0.15%～12.02%， 平均2.58%。 其中孔隙度在6%以上的樣品占總樣品的3.74%； 孔隙度在4%～6%的樣品占總樣品的13.9%；孔隙度在2%～4%的樣品占總樣品的35.83%；孔隙度在2%以下的樣品占總樣品的46.52%。 樣品的滲透率介于 （0.002 8～9.96）×10-3μm2之間， 平均為0.12×10-3μm2。

1.3 礦物特征

涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖通常含石英、長石、方解石、白云石、黃鐵礦、黏土等礦物，其中黏土礦物主要為伊蒙混層、伊利石、高嶺石和綠泥石。

由4口井146個(gè)全巖X衍射分析結(jié)果可知，脆性礦物含量相對較高， 介于30.7%～88.8%， 平均為48.81%。 脆性礦物組分以石英為主， 石英含量為17.3%～53.0%， 平均為33.56%； 鉀長石為0%～1.3%，平均為0.12%；斜長石為0%～25.0%，平均為9.43%；方解石為0%～50.8%，平均為3.31%；白云石為0%～5.7%，平均為0.33%；黃鐵礦為0%～6.1%，平均為0.36%；菱鐵礦為0%～7.2%，平均為0.70%。 黏土含量總體相對低，為11.2%～69.3%，平均52.19%。

由5口井194個(gè)黏土礦物X衍射分析結(jié)果可知，涪陵地區(qū)黏土礦物中伊蒙混層含量較高， 伊蒙混層含量為15%～69%，平均47.24%，混層比為20%～30%。其余黏土礦物中，伊利石含量為7%～66%，平均30.89%；高嶺石含量為2%～68%，平均9.04%；綠泥石含量為0%～37%，平均12.83%。

1.4 含氣性特征

涪陵區(qū)塊8口井鉆遇涼高山組均有油氣顯示，其中4 口井獲得良好油氣顯示， 全烴在4.73%～17.32%之間，整體含氣性好。

由3口井39個(gè)樣品的現(xiàn)場含氣量測試結(jié)果顯示， 涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲(chǔ)層總含氣量介于0.86～2.32 m3/t之間，平均1.58 m3/t，泥頁段含氣性相對較好。

2 儲(chǔ)層參數(shù)定量評(píng)價(jià)

2.1 總有機(jī)碳含量計(jì)算模型

將F4井65個(gè)總有機(jī)碳（TOC）含量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與測井響應(yīng)值做相關(guān)性分析（表1），由表可知聲波時(shí)差、中子與TOC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相關(guān)性最好，分別為0.710 0和0.709 4。在此基礎(chǔ)上，可以應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立二元線性方程評(píng)價(jià)頁巖氣儲(chǔ)層TOC，計(jì)算模型如下：

式中：TOC為有機(jī)碳含量，%；Δt為聲波時(shí)差測井值，μs/ft；ΦCNL為中子測井值，%；a，b，c為區(qū)域經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，a=0.034，b=0.034，c=-2.216。

表1 測井響應(yīng)值與TOC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

應(yīng)用上述計(jì)算模型開展研究區(qū)TOC解釋評(píng)價(jià)，圖4為測井解釋TOC和巖心實(shí)驗(yàn)分析TOC的交會(huì)圖，由圖可知測井計(jì)算TOC值與巖心實(shí)驗(yàn)分析TOC值之間具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.925 6，說明此TOC評(píng)價(jià)模型具有較高的解釋精度。

2.2 孔隙度計(jì)算模型

孔隙度是反映儲(chǔ)層物性特征的一個(gè)重要參數(shù)［8-10］。常規(guī)測井確定地層孔隙度的方法主要為聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子和體積密度測井。 本次研究以F4井58個(gè)孔隙度實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 建立聲波時(shí)差、巖性密度、中子與孔隙度的三元線性方程，孔隙度計(jì)算模型如下：

式中：Φ為孔隙度，%；Δt為聲波測井值，μs/ft；ρ為密度測井值，g/cm3；ΦCNL為中子測井值，%；

a，b，c，d 為 區(qū) 域 經(jīng) 驗(yàn) 系 數(shù)，a=-66.258，b=0.133，c=22.328，d=0.016。

圖5為利用上述模型得到的測井解釋孔隙度和巖心實(shí)驗(yàn)分析孔隙度的交會(huì)圖，由圖可知，測井計(jì)算孔隙度和巖心實(shí)驗(yàn)分析孔隙度之間具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.893 4，說明此孔隙度評(píng)價(jià)模型具有較高的解釋精度。

2.3 裂縫參數(shù)計(jì)算模型

涪陵地區(qū)涼高山組F4井進(jìn)行了FMI成像測井，該測井技術(shù)具有高密度采樣、 高分辨率和高井眼覆蓋率的特征，使得FMI成像測井不僅能夠用于識(shí)別裂縫、劃分裂縫類型、確定裂縫發(fā)育層段，還能夠用于裂縫的定量分析，計(jì)算裂縫參數(shù)，其計(jì)算模型為：

式中：c、b為儀器參數(shù)， 取決于儀器的具體結(jié)構(gòu)，b無量綱，c的單位是μm-1；W為裂縫張開度；A為由裂縫造成的電導(dǎo)異常面積，m2；Rxo為裂縫巖石骨架電阻率， 由所測圖像電阻率計(jì)算而得，Ω·m；Rm為裂縫中流體電阻率， 即井底溫度下的泥漿電阻率，Ω·m。

目前FMI成像測井技術(shù)可以提供下述四類定量評(píng)級(jí)參數(shù)，即裂縫密度、裂縫長度、裂縫平均寬度和裂縫孔隙度， 其物理意義分別為每米井段所見到的裂縫總條數(shù)、 每平方米井壁所見到的裂縫長度之和、 裂縫軌跡寬度的平均值和每米井段上裂縫在井壁上所占面積與FMI成像測井覆蓋井壁的面積之比。研究區(qū)FY4井裂縫各參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征如下表（表2）。

表2 F4井裂縫發(fā)育參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.4 礦物含量計(jì)算模型

2.4.1 常規(guī)測井

涪陵區(qū)塊涼高山組泥頁巖礦物成分復(fù)雜，目前主要利用常規(guī)測井資料評(píng)價(jià)黏土礦物含量。 通常認(rèn)為自然伽瑪GR、鉀含量K、釷含量TH及無鈾伽瑪KTH與黏土含量的關(guān)系較好， 本文選用F4井22個(gè)全巖X衍射分析結(jié)果與測井曲線值進(jìn)行相關(guān)性分析（表3），可知黏土礦物含量同鉀含量值相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)為0.563 0，因此選用K曲線計(jì)算黏土含量。黏土礦物計(jì)算模型如下，主要分兩步實(shí)現(xiàn)：

表3 測井曲線值與黏土實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)

①利用鉀相對值（DK）的變化計(jì)算出黏土含量指數(shù)CLAY:

式 中：K 為 測 井 鉀 值，%；Kmax為 泥 巖 層 的 鉀值，%；Kmin為砂巖的鉀值，%；DK為鉀相對值，無量綱。

②將黏土含量指數(shù)CLAY 轉(zhuǎn)化為黏土含量VCLAY:

式中：VCLAY為黏土含量，%；GCUR為地層常數(shù)，一般新地層取3.7，老地層取2。

圖6為利用以上模型測井解釋黏土含量和巖心實(shí)驗(yàn)分析黏土含量的交會(huì)圖，由圖可以看出，巖心實(shí)驗(yàn)分析黏土含量與測井解釋黏土含量之間具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.884 1，說明此黏土含量評(píng)價(jià)模型具有較高的解釋精度。

2.4.2 ECS元素俘獲測井

研究區(qū)F4井在目的層段測得有ECS元素俘獲測井，該測井方法能測得地層中七種元素含量，即鋁（Al）、硅（Si）、鈣（Ca）、鐵（Fe）、硫（S）、鈦（Ti）和釓（Gd）。 其中Si與石英關(guān)系密切，Ca與方解石、白云石密切相關(guān)， 利用S和Ca可以計(jì)算石膏的含量，F(xiàn)e與黃鐵礦和菱鐵礦等有關(guān)系，鋁元素與黏土（高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石、海綠石等）含量密切相關(guān)。

ECS通過對地層中元素的直接測量，能夠提供地層中元素含量，對于特定的巖石（碎屑巖、碳酸鹽等），可以通過元素含量計(jì)算地層中不同礦物組分的含量，進(jìn)而利用組分對巖性進(jìn)行劃分識(shí)別。

以F4井涼高山組地層為例，ECS測井井段為2 481～2 621 m，根據(jù)ECS處理成果可知，該段巖性主要為泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖，黏土礦物質(zhì)量百分含量介于40%～70%之間，平均為50.5%；硅質(zhì)礦物質(zhì)量百分含量介于30%～70%之間，平均為48.1%；局部有鈣質(zhì)膠結(jié)， 鈣質(zhì)礦物質(zhì)量百分含量平均為1.4%；偶見黃鐵礦，其質(zhì)量百分含量低于2%。

3 結(jié)論

（1）涼高山組頁巖儲(chǔ)層總有機(jī)碳含量較高，演化程度適中、厚度大、儲(chǔ)集性能較好、整體含氣性較好，表明其富有機(jī)質(zhì)泥頁巖地質(zhì)條件好，具有良好的頁巖油氣地質(zhì)條件。

（2）應(yīng)用陸相頁巖氣測井評(píng)價(jià)技術(shù)，對涪陵區(qū)塊涼高山組的總有機(jī)碳含量、孔隙度、礦物含量等儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行定量計(jì)算，通過精度分析，其計(jì)算模型的解釋精度均在80%以上。