楊 瀚,陳 思,謝 淵,陽 暢

(1.國土資源部礦山地質(zhì)環(huán)境重慶南桐野外基地,重慶401120;2.國土資源部頁巖氣資源勘查重點實驗室,重慶401120;3.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院,重慶401120;4.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心,四川成都610081)

近年來,隨著北美地區(qū)以及四川盆地涪陵、威遠(yuǎn)、長寧等地區(qū)頁巖氣的成功開發(fā),頁巖氣資源在國內(nèi)受到越來越廣泛的關(guān)注。頁巖既是烴源巖也是頁巖氣的主要儲層,是直徑小于0.0039mm的細(xì)碎屑、黏土礦物顆粒等細(xì)粒沉積物[1-3],因此,研究頁巖儲層的特征及其主控因素在頁巖氣的勘探開發(fā)工作中必不可少。

關(guān)于準(zhǔn)噶爾盆地東南緣中二疊統(tǒng)蘆草溝組頁巖的研究,前人多從油頁巖的角度開展,且主要聚焦在其沉積環(huán)境、古氣候環(huán)境、生烴能力及熱演化史等方面,而對蘆草溝頁巖儲層的儲氣能力、儲集空間類型及含氣性評價研究則相對較少。蘆草溝組富有機(jī)質(zhì)頁巖為陸相沉積,其干酪根類型以Ⅰ型為主,Ⅱ1型次之;TOC含量高,平均可達(dá)4.40%;鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.62%～1.27%,平均值為0.8%,基本進(jìn)入成熟階段。而位于烏魯木齊向斜核部附近的準(zhǔn)頁3井(ZY3)也揭示了蘆草溝組良好的含油氣性?？梢?作為已被大面積開采的高品級油頁巖,蘆草溝組頁巖有機(jī)地化參數(shù)良好,物質(zhì)基礎(chǔ)豐富,且在一定的埋深條件下具有較大的頁巖油氣資源潛力,因此對蘆草溝組頁巖儲層特征的研究具有良好的理論價值和一定的現(xiàn)實意義。

從鉆井(ZY3井)和野外露頭(4個剖面)系統(tǒng)采樣,利用X射線衍射全巖分析、低溫氮氣吸附等多種實驗手段,對蘆草溝組頁巖儲層的礦物組成、微觀孔徑和巖石力學(xué)等儲層特征參數(shù)進(jìn)行測試分析,再結(jié)合ZY3井揭示的含氣性資料,研究了蘆草溝組頁巖儲層特征,并探討其影響因素。

1 地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地在前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和周緣海槽之上,海相及海陸交互相的環(huán)境下,沉積形成了寒武系—石炭系地層,其后因海西運(yùn)動形成的周緣海槽褶皺構(gòu)成了盆地的第二層褶皺基底。因此準(zhǔn)噶爾盆地具有前寒武紀(jì)結(jié)晶基底加海西期褶皺基底的雙層基底結(jié)構(gòu),成盆后接受二疊紀(jì)至今的沉積。以紅車斷裂和烏魯木齊—米泉斷裂為界,將準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前沖斷帶劃分為西段、中段和東段3部分。

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶烏魯木齊—米泉斷裂以東,博格達(dá)山以西,行政區(qū)劃位于新疆昌吉州,東以甘河子為界,西以烏魯木齊為界,北以阜康市為界(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置及地質(zhì)簡圖[4]

2 沉積相特征

蘆草溝組下段為灰黑色含碳質(zhì)泥巖及灰黑色—深灰色粉砂巖交互,厚約463m,砂泥比約為1.0∶1.5;中段主要為灰—淺灰色粉—細(xì)砂巖及灰黑色碳質(zhì)泥巖互層狀,厚約136m,砂泥比約為1.5∶1.0;上段主要為灰黑色(含云或含鈣)碳質(zhì)頁巖夾白云巖或泥質(zhì)灰?guī)r,可見大量順層分布的黃鐵礦,厚約460m,白云巖(泥質(zhì)灰?guī)r)與頁巖比約為1∶30。

經(jīng)野外地質(zhì)調(diào)查,剖面實測及調(diào)查井資料采集,認(rèn)為蘆草溝組發(fā)育于海退后的半咸水環(huán)境,為扇三角洲—湖相沉積,在中二疊世蘆草溝期,研究區(qū)整體呈現(xiàn)一個湖擴(kuò)展、加深的過程。蘆草溝組下段與中段主要發(fā)育于三角洲前緣—前三角洲環(huán)境,而上段以前三角洲—湖相沉積體系為主(圖2),上段富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積范圍廣,連續(xù)厚度大,是生烴主力層段。根據(jù)現(xiàn)今厚度和TOC含量等變化趨勢,認(rèn)為蘆草溝組沉積時期博格達(dá)山地區(qū)既是研究區(qū)沉積中心也是沉降中心。

圖2 蘆草溝組沉積柱狀圖(葛家溝剖面)

將紅雁池剖面、榆樹溝剖面、葛家溝剖面、石人子溝剖面(位置見圖1)與永豐地區(qū)X1井、X2井進(jìn)行沉積相橫向?qū)Ρ?圖3)可見:自西向東,扇三角洲前緣沉積逐漸減少,而前扇三角洲和半深湖—深湖相沉積逐漸趨于主導(dǎo)。X2井多以扇三角洲前緣相沉積為主,向東至X1井—紅雁池一帶,扇三角洲前緣相沉積主要分布在蘆草溝組中下段,向上過渡為前扇三角洲及半深湖—深湖相沉積。而在榆樹溝—葛家溝—石人子溝一帶則以前扇三角洲及半深湖—深湖相沉積為主。這表明,自西向東,蘆草溝組漸厚,靠近博格達(dá)山,沉積水體呈加深的趨勢。

圖3 蘆草溝組沉積相對比剖面(X2井—X1井—紅雁池—榆樹溝—葛家溝—石人子溝)

3 巖相類型及特征

沉積相決定巖相組合,而巖相組合特征決定蘆草溝組頁巖儲層的儲集能力。巖相是在一定沉積和成巖環(huán)境下形成的巖石或巖石組合,包括巖石顏色、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等特征[3]。

通過精細(xì)觀察露頭及巖心、結(jié)合X衍射全巖分析和顯微薄片鑒定,將研究區(qū)內(nèi)中二疊統(tǒng)蘆草溝組劃分為5類主要巖相。

從蘆草溝組沉積相特征可見,扇三角洲沉積序列以含云(含鈣)細(xì)粒巖屑砂巖相、含碳砂質(zhì)泥巖相和含云(含鈣)泥巖相組合在縱向上多旋回疊置為特征,其中含云(含鈣)細(xì)粒巖屑砂巖相、含碳砂質(zhì)泥巖相多位于扇三角洲前緣相沉積序列,而前三角洲沉積序列多為含碳砂質(zhì)泥巖、含云(含鈣)泥巖和泥巖的相組合;而水體較深的半深湖—深湖相沉積序列主要為泥巖相;泥質(zhì)微晶—粉晶白云巖相位于近蘆草溝組頂部位置,厚約2m。

3.1 含云(含鈣)細(xì)粒巖屑砂巖相

圖4顯示了蘆草溝組含云細(xì)粒巖屑砂巖相在顯微鏡下的特征。該類巖相顏色呈淺灰色,主要由細(xì)粒碎屑組成,礦物成分以巖屑為主,其次為少量石英、長石等。粉砂約占6%,細(xì)粒約占90%、中粒約占4%,主要粒徑多在0.06～0.25mm,分選較好,磨圓度為次棱—次圓,顆粒支撐,孔隙式膠結(jié);雜基包括粘土礦物和粒徑小于0.004mm的長英質(zhì)細(xì)碎屑,粘土礦物以伊利石為主,高嶺石、蒙脫石次之,粒徑極小(多小于0.004mm),呈泥狀微晶—隱晶質(zhì)集合體產(chǎn)出;白云石和鐵質(zhì)膠結(jié)物不均勻分布。

圖4 蘆草溝組含云細(xì)粒巖屑砂巖相顯微特征(紅雁池剖面,×10,左(—),右(+))

3.2 泥質(zhì)微晶—粉晶白云巖相

圖5顯示了蘆草溝組泥質(zhì)微晶—粉晶白云巖相在顯微鏡下的特征。該類巖相顏色呈深灰色,主要由白云石、石英等組成,其次為少量的鐵質(zhì)等,偶見長石顆粒。白云石多為微晶—粉晶狀,呈它形—半自形產(chǎn)出,晶粒大小約為0.003～0.450mm,晶粒間結(jié)合不緊密,多被泥質(zhì)充填;石英呈粒狀不均勻分布,粒徑一般在0.004～0.060mm,偶見粒徑>0.06mm的顆粒和波狀消光;泥質(zhì)主要為細(xì)碎屑和粘土礦物;其它成分為少鐵質(zhì)物,呈粒狀或浸染狀不均勻分布。

圖5 蘆草溝組泥質(zhì)微晶—粉晶白云巖相顯微特征(紅雁池剖面,×10,左(—),右(+))

3.3 泥巖相

圖6顯示了蘆草溝組泥巖相在顯微鏡下的特征。該類巖相顏色呈灰黑—黑色,主要由泥質(zhì)、石英、長石等組成,其次為少量的鐵質(zhì)、碳質(zhì)等,整體具有定向性。石英、長石呈粒狀不均勻分布,泥質(zhì)主要為細(xì)碎屑和粘土礦物,粘土礦物以伊利石、高嶺石等為主,礦物粒徑極小,多呈泥狀集合體產(chǎn)出,較均勻分布;白云石呈粒狀或以膠結(jié)物形式不均勻分布;鐵質(zhì)多呈粒狀或浸染狀不均勻分布;碳質(zhì)為無固定形態(tài),呈碳屑狀;微裂縫發(fā)育,縫寬約0.01～0.03mm,鐵泥質(zhì)或碳質(zhì)充填;后期可見石英脈充填,脈寬約0.01～0.02mm。

圖6 蘆草溝組泥巖相顯微特征(紅雁池剖面,×10,左(—),右(+))

3.4 含碳砂質(zhì)泥巖相

圖7顯示了蘆草溝組含碳砂質(zhì)泥巖相在顯微鏡下的特征。該類巖相顏色呈深灰—灰黑色,主要由泥質(zhì)、石英、長石等組成,其次為少量的鐵質(zhì)、碳質(zhì)等。石英、長石呈粒狀不均勻分布,粒徑多在0.004～0.050mm,石英包括粒狀石英和少量粒狀硅質(zhì)巖屑、石英巖屑,偶見波狀消光和次生加大現(xiàn)象;斜長石見聚片雙晶,絹云母化;鉀長石見高嶺石化、土化;泥質(zhì)主要為細(xì)碎屑和粘土礦物,細(xì)碎屑多為長英質(zhì),粘土礦物為伊利石、高嶺石、蒙脫石等,均較均勻分布;碳質(zhì)無固定形態(tài),呈碳屑狀;其它成分為少鐵質(zhì)物,呈粒狀或浸染狀不均勻分布。

圖7 蘆草溝組含碳砂質(zhì)泥巖相顯微特征(葛家溝剖面,×10,左(—),右(+))

3.5 含云(含鈣)泥巖相

圖8顯示了蘆草溝組含云泥巖相在顯微鏡下的特征。該類巖相顏色呈灰—深灰色,主要由泥質(zhì)、白云石、石英等組成,偶見巖屑顆粒,整體具有定向性,可見多條隱晶—顯微晶硅質(zhì)脈和1條白云石脈,可能為沉積過程中硅質(zhì)熱液和云質(zhì)熱液涌入所致。石英、長石呈粒狀不均勻分布;泥質(zhì)主要為細(xì)碎屑和粘土礦物,粘土礦物以伊利石、高嶺石為主,呈泥狀集合體產(chǎn)出;白云石呈粒狀或以膠結(jié)物形式不均勻分布。層理縫發(fā)育,寬約0.01～0.03mm,為碳質(zhì)或鐵質(zhì)充填;見多條寬約0.05～0.30mm的微裂縫,被粉晶—細(xì)晶石英和少量亮晶白云石充填。

圖8 蘆草溝組含云泥巖相顯微特征(榆樹溝剖面,×10,左(—),右(+))

4 儲層特征

4.1 礦物組分特征

頁巖主要由粘土礦物(伊利石、蒙皂石、高嶺石)和脆性礦物(石英、長石、碳酸鹽、黃鐵礦等自生礦物)組成。在同一區(qū)域相同力學(xué)背景下,巖石礦物組分影響頁巖力學(xué)性質(zhì)、孔隙結(jié)構(gòu)、脆性度和對氣體的吸附能力[5-8]。

通過X射線衍射全巖分析,蘆草溝組頁巖脆性指數(shù)為38%～98%,平均值為66.98%,其中,90%的樣品脆性指數(shù)超過50%,具有良好的可壓裂性。脆性礦物以石英為主,占10%～63%,平均值為33.82%,其次為斜長石及鐵白云石;石英+長石含量為25%～84%,平均值為53.86%;碳酸鹽礦物含量為0～68%,平均值為13.11%。

粘土礦物含量為2%～62%,平均值為33.02%,以伊利石及伊/蒙混層為主,而高嶺石、綠泥石及綠/蒙混層含量相對較低。伊利石含量為23%～100%,平均值為60.07%;伊/蒙混層含量為0～74%,平均值為34.55%。伊/蒙混層含量隨著伊利石含量的增加而呈相應(yīng)降低的趨勢(圖9)。

圖9 蘆草溝組頁巖粘土礦物相對含量(樣品55個)

從蘆草溝組與美國Barnett頁巖和Oiho頁巖的礦物組分的三角端元圖(圖10)可以看出,研究區(qū)蘆草溝組中、下兩段頁巖樣品中各礦物組分端元分布都不集中,較為分散,而上段頁巖樣品的礦物組分含量與美國兩大頁巖大致相當(dāng),脆性度較高,具有良好的可壓裂性。

圖10 蘆草溝組上、中、下段頁巖與美國兩大頁巖礦物組分的三角端元圖(改自Hyden[9]等,2009)

4.2 孔滲特征

作為評價油氣儲層的常用指標(biāo),孔滲特征在非常規(guī)的細(xì)粒頁巖儲層評價中同樣具有重要意義。通常而言,大多數(shù)頁巖儲層均呈特低孔、特低滲的特征和強(qiáng)非均質(zhì)性,但孔隙度和滲透率的相關(guān)性是頁巖內(nèi)部的裂縫、微裂縫發(fā)育情況的良好指示[10-12]。

對蘆草溝組頁巖儲層采樣、選樣(盡量避開含肉眼可見裂縫的樣品)并進(jìn)行孔隙度、滲透率測試,按照國土資源部《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》,對結(jié)果統(tǒng)計如下:

1) 研究區(qū)蘆草溝組頁巖孔隙度最小值為0.026%,最大值為3.98%,平均值為0.98%,特低孔隙度(<2%)的樣品占89%,低孔隙度(2%～5%)的樣品占11%(圖11a);

2) 研究區(qū)蘆草溝組頁巖滲透率最小值為0.0001mD,最大值為0.24mD,平均值為0.04mD,均呈特低(<1mD)的特征;滲透率在0～0.1mD的樣品數(shù)占81%,滲透率在0.1～0.2mD的樣品數(shù)占14%(圖11b)。

圖11 蘆草溝組頁巖儲層孔隙度(a)、滲透率(b)區(qū)間頻度分布

分析發(fā)現(xiàn),蘆草溝組頁巖儲層孔隙度和滲透率無明顯的相關(guān)性(圖12)。部分較高孔隙度樣品反而具有極低滲透率值,說明孔隙連通性較差;而部分較低孔隙度樣品反而具有較高滲透率值,表明樣品中微裂縫發(fā)育,且滲透率受樣品中的微裂縫影響明顯。

圖12 蘆草溝組頁巖儲層各樣品的孔隙度、滲透率

4.3 楊氏彈性模量與泊松比

泊松比和楊氏彈性模量相結(jié)合能夠反映巖石在應(yīng)力(泊松比)下發(fā)生破裂時維持一個裂縫張開(楊氏模量)的能力[13]。楊氏彈性模量—泊松比交會圖對頁巖儲層的脆性度具有重要的指示意義。易發(fā)育裂縫的頁巖儲層通常具有低泊松比、高楊氏彈性模量的特征[14-16];反之,當(dāng)高泊松比、低楊氏彈性模量時,頁巖塑性相對增強(qiáng),易導(dǎo)致天然或人工裂縫閉合,影響頁巖儲集能力。高產(chǎn)氣頁巖通常泊松比<0.25,楊氏彈性模量>2×104MPa[17-18]。

采集了7個蘆草溝組頁巖樣品(來自ZK3井)進(jìn)行泊松比、楊氏彈性模量測試,結(jié)果如表1所示。這7個樣品的泊松比范圍為0.135～0.292,平均值為0.22;楊氏彈性模量范圍為(0.58～1.83)×104MPa,平均值為1.34×104MPa。將蘆草溝組與四川盆地志留系龍馬溪組一段、二段頁巖儲層樣品的楊氏彈性模量-泊松比進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn):蘆草溝組楊氏彈性模量整體略低于龍馬溪組頁巖,泊松比也較龍馬溪組更低,整體交會位置大致相當(dāng)(圖13)。

圖13 楊氏彈性模量與泊松比交會[16]

表1 泊松比、楊氏彈性模量測試結(jié)果

可見,蘆草溝組頁巖具有良好的天然裂縫網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育條件,且利于后期人工壓裂造縫,與X射線衍射全巖分析定量測試的脆性指數(shù)顯示的結(jié)果相符。

5 儲集空間類型

5.1 孔隙類型及特征

目前,對頁巖儲層孔隙體系尚未有統(tǒng)一的分類方案,最具代表性的為LOUCKS等[19]和SLATT等[20]提出的方案,前者多從孔隙分布位置進(jìn)行劃分,后者則多從孔隙大小與孔隙成因的角度綜合進(jìn)行劃分。

不同分類標(biāo)準(zhǔn)劃分出的孔隙類型也不盡相同:按孔隙成因可分為無機(jī)孔隙和有機(jī)孔隙;按孔隙位置可分為粒間孔和粒內(nèi)孔,粒內(nèi)孔通常具有良好的連通性,而粒間孔連通性較差;按孔隙大小可分為微孔隙(長半軸≥0.75μm)和納米級孔隙(長半軸<0.75μm)[21],吸附態(tài)的氣體多賦存于納米級孔隙表面。

掃描電鏡統(tǒng)計分析結(jié)果(圖14)表明:研究區(qū)蘆草溝組頁巖中的孔隙半徑最小值為0.08μm,最大值為2.27μm,平均值為0.67μm,標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.45;孔隙半徑主要分布于0.3～0.7μm。其中,孔隙半徑以0.5～0.6μm居多,其次為0.3～0.4μm和0.6～0.7μm。對蘆草溝組頁巖儲層進(jìn)行微觀孔徑測試,48個樣品中僅有5個樣品孔隙屬于納米級孔隙(直徑<0.75μm),其余43個均為微米級孔隙,對氣體的吸附能力相對較弱。

采用低溫氮氣吸附法孔徑定量測試結(jié)合掃描電子顯微鏡孔隙成像方法可見,所有的蘆草溝組樣品中,孔隙多為石英、長石、方解石和黏土礦物等顆粒間的微米級孔隙,此外還含少量粒表溶蝕孔和極少的納米級有機(jī)質(zhì)粒內(nèi)孔(圖14f)。

圖14 ZY3井蘆草溝組頁巖儲層孔隙掃描電鏡成像結(jié)果a 粘土礦物粒間基質(zhì)孔及粒表溶孔; b 長石顆粒內(nèi)微米級基質(zhì)溶孔; c 方解石粒表溶蝕孔; d 黏土礦物絮凝物作用形成的紙房狀結(jié)構(gòu)及其滲流通道; e 石英顆粒黏土礦物中的鑄?？? f 納米級蜂窩狀干酪根粒內(nèi)有機(jī)孔

5.2 裂縫類型及特征

研究區(qū)經(jīng)受了多期次復(fù)雜的構(gòu)造作用,在野外露頭及巖心中,蘆草溝組頁巖儲層中的宏觀裂縫和微裂縫(圖15)均極為發(fā)育。

圖15 蘆草溝組頁巖儲層中裂縫及微裂縫a 有油滲出的裂縫(ZY3井); b 順方解石脈發(fā)育的溶蝕縫(ZY3井); c 砂巖中的縫合線(ZY3井); d 強(qiáng)烈擠壓揉皺形成的裂縫(紅雁池); e 白云巖透鏡體中瀝青充填縫(葛家溝); f 砂屑白云巖內(nèi)微裂縫

宏觀裂縫對于氣體而言具有雙重作用:部分非破壞性宏觀裂縫可作為氣體運(yùn)移通道,有利于改善儲層、提高儲層整體孔隙連通性及滲透率,同時封閉的裂縫空間還能充當(dāng)有效的儲集空間[22],但大型宏觀破壞性裂縫,特別是高角度裂縫可導(dǎo)致頁巖氣的逸散。

據(jù)蘆草溝組孔隙度和滲透率相關(guān)性分析以及鑄體薄片顯微觀察,研究區(qū)蘆草溝組微裂縫極為發(fā)育。蘆草溝組頁巖儲層微觀裂縫多為粒間溶蝕縫,頁巖氣體可呈游離態(tài)賦存其中。

通過宏觀與微觀相結(jié)合,以及觀察巖心、露頭及薄片可知,研究區(qū)蘆草溝組頁巖儲集空間類型包括裂縫、微裂縫和微米級基質(zhì)粒間孔等。而裂縫和微裂縫是頁巖儲層中氣體從吸附態(tài)解吸到游離態(tài)的主要通道。

結(jié)合巖心觀察可見,ZY3井中高含氣段多為夾于蘆草溝組上段黑色頁巖中的砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖段及白云巖段,尤其是其中的裂縫、微裂縫發(fā)育帶,而非富有機(jī)質(zhì)泥巖段。

綜上可知,準(zhǔn)噶爾盆地東南緣蘆草溝組頁巖儲層的孔隙中,吸附性較強(qiáng)的納米級有機(jī)孔隙較少,多為連通性、吸附性較差的微米級基質(zhì)粒間孔隙,主要儲集空間類型為:裂縫、微裂縫,氣體多以游離態(tài)賦存。

6 儲層發(fā)育的影響因素

6.1 礦物組成

巖石礦物組分是影響頁巖儲集能力及頁巖氣賦存狀態(tài)的重要因素。而對于儲集空間類型主要為裂縫、微裂縫的蘆草溝組頁巖儲層而言,礦物組成尤其是脆性礦物的含量更是影響該類頁巖儲層發(fā)育的重要因素。

蘆草溝組頁巖脆性指數(shù)平均為66.98%,所有測試樣品中90%的樣品脆性指數(shù)超過了50%,且脆性礦物主要以石英和長石為主。較高的脆性指數(shù)對蘆草溝組頁巖儲層中天然裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成和后期誘導(dǎo)人工壓裂造縫極為有利。從各類巖相樣品的礦物組成可見,含云(含鈣)細(xì)粒巖屑砂巖相樣品中脆性礦物含量可達(dá)98%,含炭砂質(zhì)泥巖相樣品中脆性礦物含量可達(dá)83%、而含云(含鈣)泥巖相及泥巖相樣品的脆性礦物含量則相對較低?？梢姷V物組成主要影響蘆草溝組頁巖儲層的脆性度,而高的脆性度又是影響頁巖儲層發(fā)育的重要因素。

6.2 成巖作用

成巖作用對頁巖儲層具有強(qiáng)烈的改造作用[23],且主要體現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)生排烴程度和頁巖礦物組成兩方面。

有機(jī)孔隙多為納米級,是由固體干酪根轉(zhuǎn)化為烴類流體而在干酪根內(nèi)部形成的孔隙(圖14)[24-25],其發(fā)育程度與有機(jī)質(zhì)熱成熟度呈一定的正相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)入成熟階段開始生排烴時,有機(jī)孔隙才開始發(fā)育[18]。而蘆草溝組干酪根類型以Ⅰ型為主,Ⅱ1型次之,有機(jī)質(zhì)豐度高,TOC平均含量可達(dá)4.40%,鏡質(zhì)體反射率為0.62%～1.27%,平均值為0.8%,基本進(jìn)入成熟階段。因此認(rèn)為研究區(qū)蘆草溝組頁巖儲層雖然TOC含量高,但有機(jī)質(zhì)熱演化程度較低的特征是引起其納米級有機(jī)孔隙極不發(fā)育的至關(guān)重要因素。

碳酸鹽巖膠結(jié)作用也是頁巖儲層極為常見的成巖作用類型(圖15b)。根據(jù)蘆草溝組頁巖礦物組分,碳酸鹽巖礦物含量相對較高,平均值可達(dá)13.11%,其致密的膠結(jié)作用極不利于儲層孔隙的保存和裂縫的發(fā)育。

蘆草溝組上段在后生成巖階段中還形成了黃鐵礦等自生礦物,從巖心可見大量順層分布的黃鐵礦(圖16)。黃鐵礦微球粒內(nèi)礦物晶間的納米級孔、微米級孔隙可在一定程度上豐富蘆草溝組頁巖的儲集空間類型[12]。可見成巖作用對蘆草溝組頁巖儲層發(fā)育的影響顯著,且有利有弊。

圖16 蘆草溝組上段巖心中順層分布的黃鐵礦(a)及掃描電鏡下的黃鐵礦微球粒(b)

7 結(jié)論

1) 研究認(rèn)為蘆草溝組發(fā)育于扇三角洲前緣—前扇三角洲環(huán)境,含云(含鈣)細(xì)粒巖屑砂巖相、含碳砂質(zhì)泥巖相和含云(含鈣)泥巖相等為蘆草溝頁巖儲層中裂縫型儲集空間的主要載體,其中的砂體多為粉砂級,薄粉砂或泥質(zhì)粉砂夾層可為游離氣提供大量的裂縫型儲集空間,ZY3井顯示該巖相組合段為含氣量最高的層段。

2) 蘆草溝組頁巖儲層呈特低孔(平均值為0.98%)、特低滲(0～0.1mD)特征,儲層孔隙度和滲透率無明顯相關(guān)性,部分較高孔隙度樣品反而具有極低滲透率值,說明孔隙連通性較差;而部分較低孔隙度樣品反而具有較高滲透率值,表明樣品中微裂縫發(fā)育,且滲透率受樣品中的微裂縫影響明顯。

3) 低溫氮氣吸附孔徑測試和掃描電鏡成像顯示蘆草溝組頁巖孔隙多為連通性、吸附性較差的微米級基質(zhì)粒間孔隙,納米級孔隙較少,主要儲集空間類型為裂縫和微裂縫,氣體多以游離態(tài)賦存。

4) 蘆草溝組頁巖的礦物組分多為脆性礦物(其中以石英和長石為主),脆性指數(shù)平均值可達(dá)66.98%,其泊松比平均值為0.22,楊氏彈性模量平均值為1.34×104MPa,二者交會圖顯示蘆草溝組具有良好的天然裂縫發(fā)育條件和一定的可壓裂性。

5) 蘆草溝組頁巖TOC值高,但熱演化程度較低,導(dǎo)致儲層內(nèi)具有較強(qiáng)吸附性的納米級有機(jī)孔隙極不發(fā)育;碳酸鹽巖礦物的高含量不利于孔隙、裂縫的發(fā)育和保存;而后生成巖階段,黃鐵礦等自生礦物的形成一定程度上豐富了蘆草溝組頁巖儲集空間類型,提升其整體儲集能力。因此認(rèn)為礦物組成和成巖作用是蘆草溝組頁巖儲層特征的主要影響因素。

6) 從北美以及四川盆地涪陵、威遠(yuǎn)、長寧等地區(qū)海相頁巖氣的成功開發(fā)經(jīng)驗可知,頁巖儲層研究在頁巖氣勘探開發(fā)中至關(guān)重要。本文對蘆草溝組頁巖儲層特征、儲集空間類型及含氣性特征等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究分析,可為準(zhǔn)噶爾盆地頁巖氣勘探開發(fā)工作提供較好的理論依據(jù),對我國西北地區(qū)陸相頁巖儲層的評價研究也具有一定的參考意義。