姜秉仁，楊通保，石富倫，韓明輝 ，付 煒

(1.貴州省煤層氣頁(yè)巖氣工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550081；2.貴州省煤田地質(zhì)局，貴州 貴陽(yáng) 550081；3.貴州省油氣勘查開(kāi)發(fā)工程研究院，貴州 貴陽(yáng) 550004)

0 引 言

頁(yè)巖氣是以吸附態(tài)和游離態(tài)為主要賦存方式，具自生自儲(chǔ)特性的一種非常規(guī)天然氣[1-2]，美國(guó)頁(yè)巖氣的商業(yè)開(kāi)發(fā)激發(fā)了全球石油企業(yè)和科研院校對(duì)富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的研究興趣，例如美國(guó)古生界的Devonian 和Mississippian頁(yè)巖[3]，歐洲古生界的Alum頁(yè)巖和中生界的Posidonia頁(yè)巖[4-5]，以及中國(guó)的志留系龍馬溪組頁(yè)巖、二疊系龍?zhí)督M頁(yè)巖和三疊系延長(zhǎng)組頁(yè)巖等[6]在過(guò)去的十年里均受到了不同程度的研究。

由于受復(fù)雜構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及多旋回沉積演化的影響，中國(guó)廣泛發(fā)育三類富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，即海相、海陸過(guò)渡相及陸相[7-8]，自2009年實(shí)施的第一口頁(yè)巖氣調(diào)查井渝頁(yè)1井以來(lái)，我國(guó)頁(yè)巖氣逐步進(jìn)入實(shí)質(zhì)性勘探開(kāi)發(fā)階段[9-12]，在海相地層上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組獲得重大突破，建立涪陵、長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)、昭通等頁(yè)巖氣田，成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開(kāi)發(fā)；陸相頁(yè)巖氣也獲得發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯盆地中生界陸相地層延長(zhǎng)組多口頁(yè)巖氣井獲得工業(yè)氣流[13-14]，海陸過(guò)渡相地層為一套含煤地層，非均質(zhì)性強(qiáng)，開(kāi)采難度大，目前尚未獲得工業(yè)突破，主要開(kāi)展一些的勘探研究工作[15-16]。

2012年，貴州省開(kāi)展全省頁(yè)巖氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，針對(duì)黔西地區(qū)石炭系舊司組開(kāi)展了資源評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選的工作，黔西六盤水地區(qū)鉆探的水頁(yè)1井在鉆遇下石炭統(tǒng)舊司組時(shí)見(jiàn)到良好的頁(yè)巖氣顯示，對(duì)含氣異常層段進(jìn)行試氣，日產(chǎn)氣量高達(dá)2萬(wàn)方，顯示出很強(qiáng)的勘探潛力。秦文等[17]對(duì)黔西南區(qū)舊司組黑色頁(yè)巖地球化學(xué)及儲(chǔ)層特征進(jìn)行了分析，認(rèn)為該地區(qū)具備頁(yè)巖氣形成與勘探的條件；唐顯貴等[18]探討了黔西威寧地區(qū)下石炭統(tǒng)舊司組頁(yè)巖氣勘查前景，初步優(yōu)選出了頁(yè)巖氣勘查有利區(qū)?？傮w而言，黔西地區(qū)舊司組頁(yè)巖氣勘探研究程度較低，目前的研究主要集中在沉積、有機(jī)地化、儲(chǔ)層、構(gòu)造影響、有利區(qū)優(yōu)選等方面，而對(duì)于頁(yè)巖氣的聚集條件及含氣性特征方面的研究還不夠深入。本次研究以黔西地區(qū)下石炭舊司組露頭樣品及參數(shù)井資料為對(duì)象，基于實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，開(kāi)展舊司組頁(yè)巖氣聚集條件研究，并分析泥頁(yè)巖含氣特征，以期豐富舊司組頁(yè)巖氣發(fā)育特征地質(zhì)理論，為下一步舊司組頁(yè)巖氣勘探提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

黔西地處揚(yáng)子板塊西南部，褶皺、斷裂構(gòu)造較發(fā)育，褶皺主體上為NW向展布，廣泛發(fā)育隔擋式褶皺，斷裂總體上為NE和NW向展布[19]。下石炭舊司組沉積環(huán)境主要為濱岸相—淺海相，自西向東由海陸過(guò)渡相轉(zhuǎn)變到海相，主要有潟湖相、沼澤相、濱岸相、淺水陸棚相和深水陸棚相5種沉積相區(qū)[20-21]，在此沉積背景下，發(fā)育了一套厚度變化較大(0～992 m)的地層(圖1), 巖性主要為炭質(zhì)頁(yè)巖、泥頁(yè)巖、粉砂質(zhì)泥巖，泥灰?guī)r，偶夾硅質(zhì)頁(yè)巖、燧石灰?guī)r(圖2)，區(qū)內(nèi)黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖較為發(fā)育，厚度變化較大，主體介于30～100 m之間，在晴隆—水城—威寧一線厚度較大(總體上泥頁(yè)巖厚度大于50 m)，其中，威寧六硐橋最厚達(dá)119 m。

圖1 黔西地區(qū)地質(zhì)背景及樣品位置

圖2 黔西地區(qū)石炭系地層綜合柱狀圖

2 樣品采集與測(cè)試

為深入研究黔西地區(qū)下石炭統(tǒng)舊司組頁(yè)巖氣發(fā)育地質(zhì)條件，分析其頁(yè)巖氣聚集條件及含氣性特征，通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查采集露頭樣品，主要包括威寧龍街、威寧南屯、水城德塢、水城四格、望謨桑郎等地區(qū)，及參數(shù)井鉆井巖心樣品，主要為威寧的LY1井、水城的SY1井、晴隆的QY2井三口頁(yè)巖氣鉆井的舊司組巖心樣品，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析工作以獲取相關(guān)頁(yè)巖氣參數(shù)，開(kāi)展頁(yè)巖氣聚集條件和含氣性分析工作。故本次研究工作以野外露頭頁(yè)巖樣品及鉆井巖心的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為主要實(shí)驗(yàn)對(duì)象。綜合運(yùn)用薄片鑒定、X-射線衍射分析、覆壓孔滲、掃描電鏡、低溫氮吸附、有機(jī)地化測(cè)試、含氣量解析、等溫吸附等實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，開(kāi)展舊司組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)地化、礦物組分、儲(chǔ)集物性、含氣性等方面的研究分析。

干酪根顯微組分鑒定和等效鏡質(zhì)體反射率均使用Scope.A1型顯微光度計(jì)，測(cè)試依據(jù)分別為SY/T5124-2012和SY/T5125-2014；有機(jī)碳含量的測(cè)定使用CS230型碳硫分析儀和YQ-VII油氣顯示評(píng)價(jià)儀，測(cè)試依據(jù)為GB/T 19145-2003；礦物X-射線衍射分析使用理學(xué)D/max-2500PC型X-射線衍射儀，測(cè)試依據(jù)為SY/T5163-2010；孔隙度滲透率測(cè)試使用POWER-PDP-200型覆壓孔隙度滲透率測(cè)量?jī)x，測(cè)試依據(jù)為SY/T6385-1999；掃描電鏡使用Merlin Compact型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡儀器測(cè)定，測(cè)試依據(jù)為GB/T16594-2008；低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)使用TriStar3020型低溫氮吸附儀，測(cè)試依據(jù)為GB/T19587-2004；等溫吸附實(shí)驗(yàn)使用GAI-100型高壓氣體等溫吸附儀，測(cè)試依據(jù)為SY/T 6132-1995。

現(xiàn)場(chǎng)解析實(shí)驗(yàn)的頁(yè)巖樣品均取自參數(shù)井巖心，樣品到達(dá)地面及時(shí)裝罐，減少在空氣中暴露的時(shí)間。頁(yè)巖樣品裝罐后開(kāi)始解吸，解吸初期以5分鐘間隔記錄解析氣量，隨著解析氣量減少逐步延長(zhǎng)記錄時(shí)間的間隔，連續(xù)解吸8小時(shí)后可根據(jù)解析氣量的大小適當(dāng)調(diào)整時(shí)間間隔，當(dāng)解吸氣量變化很細(xì)微的時(shí)候，結(jié)束解吸，獲取解吸氣量，通過(guò)直線趨勢(shì)擬合法獲取損失氣量，最后高溫加熱同一樣品獲取殘余氣量。

3 頁(yè)巖氣聚集條件

3.1 巖石學(xué)特征

黔西地區(qū)下石炭統(tǒng)舊司組巖性主要為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、灰黑色泥頁(yè)巖、深灰色粉砂質(zhì)泥巖、灰色石英砂巖，偶夾灰黑色—深灰色硅質(zhì)頁(yè)巖、灰色泥質(zhì)灰?guī)r，及多套黑色煤層/煤線。對(duì)研究區(qū)實(shí)施的頁(yè)巖氣參數(shù)井SY-1井鉆井巖心的巖性分析可知，舊司組地層總厚度為204.20 m，黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖較為發(fā)育，且連續(xù)厚度較大(圖3(a)、(b))，其中炭質(zhì)頁(yè)巖累計(jì)厚度約25.20 m，占地層總厚12.34%，泥頁(yè)巖累計(jì)厚80.15 m，占地層總厚39.25%，硅質(zhì)頁(yè)巖累計(jì)厚10.16 m，占地層總厚4.98%，黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、灰黑色泥頁(yè)巖及灰黑色—深灰色硅質(zhì)頁(yè)巖富含有機(jī)質(zhì)，可以作為頁(yè)巖氣的有效烴源巖，總體而言，舊司組具備良好的頁(yè)巖氣發(fā)育條件。

圖3 黔西地區(qū)舊司組巖心照片及薄片鑒定鏡下特征

對(duì)舊司組巖心樣品進(jìn)行薄片鑒定，利用偏光顯微鏡觀察巖石鏡下特征，選取SY-1井628.96 m處炭質(zhì)頁(yè)巖樣品分別使用單偏光和正交偏光進(jìn)行觀察，該樣品手標(biāo)本特征為黑色、致密、污手，滴酸未見(jiàn)起泡，鏡下觀察結(jié)果顯示:(鐵)方解石，泥晶為主；(鐵)白云石，泥晶，自形—半自形晶為主；泥質(zhì)，纖維狀(圖3(c)、(d))。泥頁(yè)巖部分主要為黏土礦物和有機(jī)質(zhì)，纖維狀、粒狀，其次為陸源碎屑，最大粒徑0.04 mm，細(xì)粉砂為主，及少量的方解石、白云石和粒狀黃鐵礦。

3.2 有機(jī)地球化學(xué)特征

3.2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是評(píng)價(jià)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖生烴能力最重要的一個(gè)指標(biāo)，有機(jī)碳含量(TOC)能夠有效地反映有機(jī)質(zhì)豐度，當(dāng)TOC大于1.00%時(shí)，頁(yè)巖氣具備聚集成藏的條件[22]。對(duì)56塊舊司組巖心樣品及少量露頭樣品TOC測(cè)試，結(jié)果顯示，TOC介于0.64%～4.52%之間，平均為1.81%，主體上介于1.00%～4.00%區(qū)間內(nèi)；通過(guò)LY1井TOC與深度關(guān)系圖可以看出(圖4)，當(dāng)埋藏深度增大時(shí)，TOC表現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)，TOC與深度呈較好的正相關(guān)性，底部有一段厚度約為60 m的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段，TOC主體上大于2.00%。對(duì)比于北美及四川盆地涪陵、昭通頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)的頁(yè)巖層系TOC值(表1)，可看出舊司組頁(yè)巖具有較好的頁(yè)巖氣發(fā)育條件。

圖4 LY1井舊司組頁(yè)巖TOC隨深度變化圖

表1 黔西地區(qū)與北美、四川盆地頁(yè)巖氣層系主要發(fā)育特征參數(shù)對(duì)比[1,23-24]

3.2.2 有機(jī)質(zhì)類型

頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)是頁(yè)巖氣的物質(zhì)來(lái)源，其類型影響生烴類型和烴類狀態(tài)[22]，通過(guò)干酪根組分鑒定和干酪根碳同位素的實(shí)驗(yàn)方法均可以判斷有機(jī)質(zhì)類型。頁(yè)巖樣品干酪根顯微組分鑒定結(jié)果顯示，顯微組分主要為殼質(zhì)組和腐泥組，及少量的惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組(圖5(a))，通過(guò)干酪根類型指數(shù)計(jì)數(shù)法獲得類型指數(shù)TI介于-10～86之間，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型為主，并有少量Ⅰ型和Ⅲ型，從分布對(duì)比圖中可以發(fā)現(xiàn)黔西地區(qū)舊司組頁(yè)巖與北美Barnett及四川盆地龍馬溪組頁(yè)巖的顯微組分均表現(xiàn)出相似的趨勢(shì)。

圖5 舊司組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型判別[23-24]

干酪根碳同位素實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，δ13C分布在-33.8‰～-27.5‰之間，平均值為-29.0‰，干酪根類型δ13C劃分標(biāo)準(zhǔn)以δ13C=-29 ‰和-26‰作為界限值[22]，δ13C≤-29‰為Ⅰ型，δ13C介于-29‰～-26‰之間，為Ⅱ型，δ13C≥-26‰為Ⅲ型(圖5(b))，可看出舊司組頁(yè)巖樣品有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ型，同時(shí)有少量Ⅰ型，對(duì)比圖中可以看出四川盆地龍馬溪組頁(yè)巖干酪根碳同位素結(jié)果顯示有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型為主，其次為Ⅱ型。兩種有機(jī)質(zhì)類型判別方法具有較好的一致性，舊司組頁(yè)巖大部分有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源主要為與海相沉積有關(guān)的浮游植物、浮游動(dòng)物和微生物(細(xì)菌)等，少量有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來(lái)源于藻類和陸地植物[25]。

3.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)成熟階段與烴類的狀態(tài)和產(chǎn)量密切相關(guān)，有機(jī)質(zhì)成熟度通常使用等效鏡質(zhì)體反射率(Ro)來(lái)反映，對(duì)20塊舊司組樣品進(jìn)行Ro實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，Ro介于1.69%～3.16%之間，平均為2.58%，主體上在2.00%～3.00%區(qū)間范圍內(nèi)，據(jù)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可知舊司組頁(yè)巖主體上處于過(guò)成熟早期階段[2]，少量樣品為高成熟階段和過(guò)成熟晚期階段，Ⅱ型干酪根在過(guò)成熟階段時(shí)期進(jìn)入生干氣高峰期，可以看出舊司組具有較強(qiáng)的生成烴類氣體的能力。

3.3 儲(chǔ)層特征

3.3.1 礦物組成

礦物成分對(duì)頁(yè)巖氣后期壓裂改造有重要的影響，選取頁(yè)巖氣參數(shù)井舊司組下部層段的15塊富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖樣品進(jìn)行X-射線衍射實(shí)驗(yàn)，分析全巖及黏土礦物成分含量。結(jié)果顯示，頁(yè)巖礦物以石英和黏土礦物為主，及少量的長(zhǎng)石和碳酸鹽礦物，其中石英含量在36.86%～67.00%區(qū)間范圍內(nèi)，平均為56.50%，黏土礦物含量在27.16%～49.82%區(qū)間范圍內(nèi)，平均為36.22%。黏土礦物成分中以伊利石和蒙脫石為主，其次為高嶺石，及少量的伊利石和伊/蒙混層，其中伊利石含量介于25.62%～54.12%之間，平均為39.59%，蒙脫石含量為13.51%～55.56%，平均為32.65%，較高含量的伊利石反映出舊司組處于較為缺氧的還原環(huán)境，有助于有機(jī)質(zhì)的富集與保存。將研究區(qū)舊司組頁(yè)巖與北美地區(qū)、川東南涪陵及四川盆地南緣昭通頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)的頁(yè)巖礦物成分進(jìn)行對(duì)比[23,26](圖6)，可以發(fā)現(xiàn)舊司組頁(yè)巖與北美Barnett頁(yè)巖、涪陵龍馬溪組頁(yè)巖礦物含量具有較好相似性，脆性礦物整體含量較高。

圖6 黔西地區(qū)舊司組頁(yè)巖礦物組成及與頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)頁(yè)巖對(duì)比[23,26]

頁(yè)巖礦物成分中脆性礦物含量大小直接影響頁(yè)巖儲(chǔ)層的后期壓裂改造，脆性指數(shù)是反映頁(yè)巖可壓裂性的一個(gè)直觀指標(biāo)，脆性指數(shù)越大，越有利于頁(yè)巖儲(chǔ)層的壓裂改造，筆者參考中國(guó)海相頁(yè)巖氣礦物組分脆性指數(shù)方法計(jì)算舊司組頁(yè)巖的脆性指數(shù)[26]，公式如下:

(1)

式中，V石英表示礦物成分中石英的含量，%；V長(zhǎng)石表示礦物成分中長(zhǎng)石的含量，%；V碳酸鹽礦物表示方解石、白云石等碳酸鹽礦物含量，%；V全部礦物表示全部礦物成分的含量之和，為100%。計(jì)算結(jié)果顯示舊司組頁(yè)巖的脆性指數(shù)(BRIT)介于52.5%～83.0%之間，平均為62.6%，脆性指數(shù)均處于50.0%以上。按照上述方法計(jì)算出涪陵焦石壩地區(qū)焦頁(yè)1井龍馬溪組一段一亞段的脆性指數(shù)介于49.9%～80.3%之間，平均為62.2%[26]，可以看出，舊司組頁(yè)巖與焦頁(yè)1井龍馬溪組頁(yè)巖脆性指數(shù)相近?？傮w而言，黔西地區(qū)舊司組頁(yè)巖脆性較高，有利于儲(chǔ)層后期的壓裂改造。

3.3.2 儲(chǔ)層物性

采用覆壓孔滲方法測(cè)試舊司組頁(yè)巖的孔隙度和滲透率，測(cè)試的樣品均取自參數(shù)井富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段巖心。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示頁(yè)巖有效孔隙度介于0.72%～3.98%之間，平均為2.72%，滲透率介于0.001 26×10-3～0.190 01×10-3μm2之間，平均為0.031 21×10-3μm2，其中LY1井孔隙度介于2.06%～3.18%之間，平均為2.89%，滲透率介于0.001 26×10-3～0.190 01×10-3μm2之間，平均為0.010 65×10-3μm2；QY2井有效孔隙度介于0.72%～3.98%之間，平均為2.53%，滲透率介于0.004 51×10-3～0.028 82×10-3μm2之間，平均為0.020 65×10-3μm2，依照SY/T 6285-2011油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法[27]，舊司組頁(yè)巖表現(xiàn)為超低孔、超低滲儲(chǔ)層。

3.3.3 儲(chǔ)集空間類型

頁(yè)巖的微觀孔隙不僅能為頁(yè)巖氣提供大量的儲(chǔ)集空間，而且會(huì)影響頁(yè)巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層微觀孔隙類型進(jìn)行了研究，對(duì)孔隙類型的劃分及成因進(jìn)行分析探討[28-30]，此次研究使用氬離子拋光掃描電鏡對(duì)舊司組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖樣品進(jìn)行微觀孔隙定性研究，結(jié)合前人研究成果，將鏡下觀察到微觀孔隙劃分為粒內(nèi)孔、粒間孔、微裂縫和有機(jī)質(zhì)孔4種(圖7)。

圖7 黔西地區(qū)舊司組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖微觀孔隙類型

粒內(nèi)孔主要有黏土礦物顆粒內(nèi)部形成孔隙、脆性礦物內(nèi)部形成的孔隙、自生黃鐵礦結(jié)晶過(guò)程形成晶間孔及礦物的溶蝕孔(圖7(a)、(b)、(f))；粒間孔主要有黏土礦物與脆性礦物之間的孔隙、黏土礦物與黏土礦物之間及礦物顆粒有機(jī)質(zhì)之間形成孔隙(圖7(b)、(d)、(e)、(f))；在成巖過(guò)程和后期構(gòu)造作用下形成了大量的微裂縫(圖7(e)、(f))，這些微裂縫能夠?yàn)橛蜌膺\(yùn)移提供良好的通道；有機(jī)質(zhì)在排烴時(shí)氣體分子突破有機(jī)質(zhì)表面，產(chǎn)生氣泡孔，鏡下在有機(jī)質(zhì)表面可觀察到有機(jī)質(zhì)氣泡孔(圖7(c))，但部分有機(jī)質(zhì)上未見(jiàn)氣泡孔(圖7(d))，這可能是由于該有機(jī)質(zhì)顯微組分為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鏡質(zhì)組或惰質(zhì)組。

3.3.4 孔隙結(jié)構(gòu)

通過(guò)低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)對(duì)舊司組頁(yè)巖樣品的微觀孔隙進(jìn)行定量表征,主要包括吸附—脫附等溫曲線、有效孔徑、比表面積、總孔體積及孔徑分布等方面。從吸附和脫附等溫曲線隨相對(duì)壓力(P/P0)變化的關(guān)系圖中可以看出(圖8)，舊司組頁(yè)巖樣品吸附等溫線在形態(tài)上均呈反“S”型，與Ⅳ型等溫線相近[31]，反映孔隙主要為中孔，在相對(duì)壓力中等(0.4

圖8 舊司組典型頁(yè)巖樣品吸附—脫附等溫曲線

頁(yè)巖的比表面積采用BET方程進(jìn)行計(jì)算，孔徑分布采用BJH法計(jì)算[31]。頁(yè)巖微觀孔隙孔徑分布看出頁(yè)巖樣品孔徑分布復(fù)雜(圖9)，峰值孔徑主要出現(xiàn)在2～4 nm之間，表明有效孔徑在該范圍出現(xiàn)概率最大，可見(jiàn)孔隙以中孔為主。頁(yè)巖的平均孔徑介于3.15～7.68 nm之間，平均為5.15 nm，比表面積介于9.37～30.29 m2/g之間，平均為16.93 m2/g，孔體積介于0.007 8～0.021 4 m3/g之間，平均為0.015 8 m3/g(表2)，較大的比表面積可能是由于存在黏土礦物、較小礦物顆粒，較大的比表面積也為烴類氣體吸附提供了大量的場(chǎng)所。

圖9 舊司組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖孔徑分布圖

表2 舊司組頁(yè)巖氮吸附法微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)及分形維數(shù)

3.3.5 孔隙分形特征

通過(guò)計(jì)算頁(yè)巖的分形維數(shù)可以綜合反映出微觀孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不均勻性，分形維數(shù)的值通常在2～3范圍內(nèi)，越接近2孔隙結(jié)構(gòu)就變得較為均勻，越接近3孔喉分選越差，孔隙表面越粗糙，孔隙結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜[31]。目前通常采用FHH(Frenkel-Halsey-Hill)分形理論數(shù)學(xué)模型法計(jì)算頁(yè)巖的分形維數(shù)，此方法主要是依據(jù)吸附等溫線的吸附氣量(V)和相對(duì)壓力(P0/P)兩個(gè)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行直線擬合獲得分形維數(shù)[31](圖10)。從吸附脫附等溫線可以看出在相對(duì)壓力(P/P0)為0.5左右時(shí)，出現(xiàn)吸附等溫線與脫附等溫線分離，故以P/P0=0.5為分界點(diǎn)分別計(jì)算分形維數(shù)，0

圖10 舊司組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖微觀孔隙分形特征

3.4 保存條件

保存條件是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣能夠富集的一個(gè)至關(guān)重要的因素，影響頁(yè)巖氣的保存條件主要有物質(zhì)基礎(chǔ)、后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖性特征等。物質(zhì)基礎(chǔ)是最基本的一個(gè)方面，主要有厚度、面積、礦物特征、有機(jī)地化指標(biāo)及物性特征等，其中儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率特征能夠反映出頁(yè)巖氣藏的儲(chǔ)集性能，舊司組泥頁(yè)巖具有非常低的孔隙度和滲透率，烴類氣體較難逸散出去，有利于保存；后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)頁(yè)巖氣的富集成藏有非常大的影響，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要有抬升剝蝕作用、斷層、構(gòu)造樣式等，構(gòu)造復(fù)雜會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣的聚集產(chǎn)生很大的影響，而構(gòu)造穩(wěn)定，后期改造程度較低的地區(qū)，有利于頁(yè)巖氣的保存；頁(yè)巖氣具有自生自儲(chǔ)的特點(diǎn)，其頂?shù)装鍘r性為較為致密的巖性能夠有效地防止生成的烴類氣體逸散，有利于頁(yè)巖氣的保存?？梢钥闯鲅芯繀^(qū)舊司組頁(yè)巖的生烴條件較好、構(gòu)造較穩(wěn)定、后期改造程度低、其頂?shù)装鍘r性較為致密，具備較好的頁(yè)巖氣保存條件。

4 頁(yè)巖含氣特征

頁(yè)巖的含氣性主要通過(guò)參數(shù)井氣測(cè)錄井、現(xiàn)場(chǎng)解析及等溫吸附等方法獲取，其中氣測(cè)錄井鉆井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取氣測(cè)全烴值和氣測(cè)甲烷值，能較好地反映舊司組層段的含氣性能；現(xiàn)場(chǎng)解析實(shí)驗(yàn)最為直觀地反映頁(yè)巖含氣量，由現(xiàn)場(chǎng)解吸獲取的解吸氣量、回歸推算獲取的損失氣量及實(shí)驗(yàn)室獲取的殘余氣量三部分組成；等溫吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍从稠?yè)巖的吸附性能，通過(guò)飽和吸附氣量來(lái)予以度量，此次研究主要通過(guò)頁(yè)巖現(xiàn)場(chǎng)解析含氣量和等溫吸附飽和含氣量來(lái)分析頁(yè)巖含氣特征。

4.1 現(xiàn)場(chǎng)解析含氣量

舊司組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖現(xiàn)場(chǎng)解析總含氣量介于0.91～3.00 m3/t之間，平均為1.96 m3/t，總含氣量主體上介于1.5～3.0 m3/t之間，其中LY1井現(xiàn)場(chǎng)解析總含氣量介于1.37～3.00 m3/t之間，平均為2.27 m3/t；QY2井現(xiàn)場(chǎng)解析總含氣量介于1.38～2.35 m3/t之間，平均為1.80 m3/t，舊司組泥頁(yè)巖整體顯示出較高的含氣量。當(dāng)總含氣量泥頁(yè)巖大于1.0 m3/t時(shí)，可滿足頁(yè)巖氣工業(yè)勘探的要求[22]，相較于已成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開(kāi)發(fā)的北美地區(qū)、四川盆地涪陵和昭通地區(qū)頁(yè)巖層系的含氣量(表1)，舊司組頁(yè)巖顯示出較好的含氣性。

4.2 等溫吸附

通過(guò)等溫吸附實(shí)驗(yàn)分析舊司組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的吸附能力，一定程度上模擬頁(yè)巖樣品對(duì)甲烷氣體的吸附能力。此次等溫吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)試溫度為30 ℃，共測(cè)試8平衡點(diǎn)，最大壓力為13 MPa，吸附介質(zhì)為甲烷氣體，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取每個(gè)壓力對(duì)應(yīng)的吸附氣量，依據(jù)Langmuir方程進(jìn)行擬合，獲得飽和吸附氣量[32]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，舊司組頁(yè)巖樣品的飽和吸附氣量介于1.58～4.52 m3/t之間，平均為3.25 m3/t(圖11)，Langmuir壓力介于1.82～2.13 MPa之間，平均為1.93 MPa，吸附氣含量總體上較高，表現(xiàn)出舊司組頁(yè)巖對(duì)甲烷氣體具備較強(qiáng)的吸附能力。

圖11 舊司組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖樣品等溫吸附曲線

5 結(jié) 論

(1)黔西地區(qū)下石炭統(tǒng)舊司組頁(yè)巖厚度主要介于30～100 m之間，有機(jī)碳含量較高(TOC主體上為1.00%～4.00%)，顯微組分以殼質(zhì)組和腐泥組為主，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型為主，Ro較高(主體上為2.00%～3.00%)，處于生干氣階段，舊司組頁(yè)巖具有較強(qiáng)的生烴能力。

(2)頁(yè)巖礦物成分主要為石英(平均為56.50%)、黏土礦物(平均為36.22%)，脆性較高(平均為62.6%)；頁(yè)巖為超低孔、超低滲，微觀孔隙類型多樣，孔徑以中孔為主，比表面積和總孔體積較大，具備良好的頁(yè)巖氣聚集條件。頁(yè)巖微觀孔隙的分形維數(shù)接近3(D1、D2平均值分別為2.804 1、2.753 8)，較大的分形維數(shù)反映孔隙結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、非均質(zhì)性較強(qiáng)，對(duì)烴類氣體的滲流產(chǎn)生影響，后期需要結(jié)合有效的儲(chǔ)層改造技術(shù)進(jìn)行勘探。

(3)頁(yè)巖樣品現(xiàn)場(chǎng)解析總含氣量較高，主體介于1.50～3.00 m3/t之間，達(dá)到工業(yè)勘探的含氣量標(biāo)準(zhǔn)，等溫吸附氣量介于1.58～4.52 m3/t之間，平均為3.25 m3/t，對(duì)甲烷氣體具備較強(qiáng)的吸附能力?？梢钥闯?，舊司組頁(yè)巖含氣能力強(qiáng)，為頁(yè)巖氣富集成藏提供了充足的氣源。