楊 平 余 謙 牟傳龍 汪正江 劉 偉 趙 瞻 劉家洪 熊國慶 鄧 奇

1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心 2.自然資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室

0 引言

四川盆地是我國海相頁巖氣勘探開發(fā)的重要地區(qū)，自2010年以來相繼在涪陵[1-2]、威遠—長寧[3]等地區(qū)的上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組獲得商業(yè)頁巖氣開發(fā)，已建立了數(shù)個國家級頁巖氣示范區(qū)，引領(lǐng)了中國頁巖氣勘探開發(fā)浪潮。區(qū)域上五峰組—龍馬溪組沉積相帶穩(wěn)定，發(fā)育厚度穩(wěn)定的深水陸棚相黑色頁巖[4-5]，盆地周緣復(fù)雜構(gòu)造地質(zhì)區(qū)也見到良好顯示，展示出頁巖氣廣闊的勘探前景[6]。近年來四川盆地頁巖油氣勘探開發(fā)迅速，逐漸形成了進源找油[7-8]等頁巖油氣富集機理等新認識，有利沉積相和良好保存條件是形成頁巖氣富集高產(chǎn)必要的條件[9-14]。目前四川盆地及周緣志留系頁巖氣勘探有兩個方向，一是向四川盆地深層[15-16]，二是向盆緣低勘探程度的復(fù)雜地質(zhì)區(qū)。對于盆緣或者盆外復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，除了沉積相變化外，不同時期構(gòu)造改造對保存條件影響大，表現(xiàn)為以常壓為主，具有多期成藏演化的特點[17]，勘探實踐證實地層壓力等因素對孔隙形成演化和頁巖氣富集具有重要作用[18]。四川盆地西南緣山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)地層沉積及構(gòu)造復(fù)雜，廣西運動造成龍馬溪組頁巖頂板厚度不均一，康滇古隆起周緣二疊紀—三疊紀巖漿活動較頻繁，局部不均一的地溫場造成頁巖演化程度和速率差異明顯，頁巖含氣性差異大。

四川盆地西南緣由于構(gòu)造屬于山地復(fù)雜區(qū)，頁巖氣“二元富集”認識在該區(qū)未獲得很好的驗證。例如民頁1井，該井位于四川盆地西南盆內(nèi)構(gòu)造寬緩高部位，鉆遇的龍馬溪組頁巖具有電阻率低、密度大、孔隙差等特點，頁巖含氣性差，有機質(zhì)熱演化成熟度（Ro）大于3.3%。云永頁1井也具有相似的特征，Ro局部可達3.1%。位于五指山背斜東北緣的宜201井也未獲得頁巖氣商業(yè)發(fā)現(xiàn)。雖然有研究認為該區(qū)普遍發(fā)育的大型斷裂對頁巖氣可能具有破壞作用[19]，但是部分類似構(gòu)造位置的鉆井也有較好頁巖氣顯示，例如新地1井，該井位于五指山背斜東緣五角堡次級背斜，距離回龍山大型斷裂僅2 km，實鉆巖心高角度裂縫非常發(fā)育，全烴高，部分頁巖現(xiàn)場解析氣量達1.18 m3/t，實測頁巖Ro為2.64%。盆緣復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣勘探遇到新的挑戰(zhàn)后，該區(qū)勘探思路由“正向構(gòu)造”向“穩(wěn)定向斜”轉(zhuǎn)變，在盆緣木桿向斜相繼鉆探了新地2井、云大地3井，目的層距離露頭區(qū)僅5 km左右，在龍馬溪組獲得良好頁巖氣顯示，證明盆外穩(wěn)定向斜區(qū)頁巖氣呈連續(xù)分布的特點[20-21]，后續(xù)通過實施云大頁1井直井壓裂獲得5 280 m3/d工業(yè)氣流。頁巖氣“甜點段”的發(fā)育與頁巖沉積相和有機碳含量等相關(guān)，“甜點區(qū)”的形成不僅與沉積相和保存條件相關(guān)，熱演化速率和程度也是不可忽視的因素。無論是哪種因素，有效孔隙類型和孔隙度是各種地質(zhì)因素疊加形成的綜合性指標，是頁巖含氣性最直接的表征，有效孔隙類型好、孔隙度高，則含氣性好。本文通過四川盆地西南緣山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)實鉆數(shù)據(jù)解剖，針對龍馬溪組一段1亞段（S1l11）開展頁巖有機地球化學(xué)、物性、含氣性、生烴與孔隙演化等對比研究，分析頁巖含氣性的主要控制因素和頁巖富集模式，為類似地區(qū)頁巖氣勘探選區(qū)提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

四川盆地西南緣在晚奧陶世以來，受西部康滇古陸、西北部川中隆起和南部黔中隆起控制，形成三隆夾一坳的沉積格局，晚奧陶世—早志留世沉積形成了五峰組（O3w）、觀音橋組（O3g）、龍馬溪組（S1l）、石牛欄組（S1s）、韓家店組（S1h）和大路寨組（S1d）等地層。由于廣西運動的差異隆升，該區(qū)志留系地層殘留厚度變化較大，由南往北志留系厚度逐漸增大，在大關(guān)木桿、永善細沙一帶厚度最大，再往北進入盆地內(nèi)厚度有明顯減小的趨勢。東西方向上，由于康滇古陸影響，地層剝蝕厚度不均一，雖然總體表現(xiàn)為由西向東逐漸增厚的特征，但西部仍然存在如布拖等志留系厚度較大的區(qū)域。隨著赫南特末期冰期結(jié)束，冰川大范圍消融，氣候迅速轉(zhuǎn)暖，加之晚奧陶世以來的強烈擠壓造隆和地殼撓曲變深，龍馬溪早期海平面快速上升，沉積水體迅速加深，海底表現(xiàn)為缺氧欠補償?shù)某练e環(huán)境[22]。五峰組—龍馬溪組一段發(fā)育深水陸棚相富有機質(zhì)泥頁巖，根據(jù)巖性及測井曲線可將龍馬溪組一段分為三個亞段，其中1亞段（S1l11）有機碳含量最高。五峰組—龍馬溪組一段含豐富筆石，在木桿向斜新地2井筆石可劃分為WF1-LM8，具有完整的筆石組合序列[23]。1亞段（S1l11）石英含量為27.96%～37.00%，長石含量為2.87%～4.85%，碳酸鹽巖含量為44.20%～54.20%，黏土含量為9.90%～27.80%，具低石英、高碳酸鹽巖、普遍含黃鐵礦等特點。研究區(qū)大部分褶皺具有背斜緊閉，向斜寬緩的特征（圖1），磷灰石裂變徑跡資料[24-25]顯示主要的構(gòu)造擠壓發(fā)生在距今95～65 Ma，喜馬拉雅期10 Ma以來發(fā)生了快速的抬升。多期構(gòu)造疊加形成一系列穹窿、弧形等構(gòu)造，該區(qū)主要發(fā)育賈村背斜等NE向構(gòu)造，與華鎣山背斜屬于同期構(gòu)造[26]，為揚子?xùn)|南緣向四川盆地應(yīng)力傳導(dǎo)和遞進變形的結(jié)果。盆緣一系列NW向斷裂，如老營盤斷裂、中村斷裂、關(guān)村斷裂大致平行排列，受新構(gòu)造運動，斷裂表現(xiàn)為逆沖和彎曲狀等特征。研究區(qū)西側(cè)的康滇古隆起區(qū)發(fā)育晚二疊世玄武巖漿溢流和印支期的大陸裂谷，四川盆地現(xiàn)今的活動構(gòu)造集中在盆地的西南部邊界的滎經(jīng)—馬邊—鹽津逆沖構(gòu)造帶[27]，巖漿和構(gòu)造活動加強了深部熱物質(zhì)向上對流和熱傳導(dǎo)，造成該地區(qū)地溫梯度變化大?？傊?，研究區(qū)志留系頂板區(qū)域厚度變化、晚期構(gòu)造改造強度和地溫梯度等因素對該區(qū)頁巖氣富集保存產(chǎn)生了重要的影響。研究區(qū)的4口鉆井，新地1井位于盆內(nèi)五指山背斜東端的五角堡次背斜西北翼，位于回龍山逆斷裂上盤，距離斷裂約 2 km；云永頁1井位于盆緣檜溪隱伏背斜東緣，目的層距離中村斷裂約1.5 km；新地2井和云大地3井位于盆外木桿向斜的東部和西部，距離最近的露頭區(qū)分別為5 km和6 km。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖

2 頁巖主要參數(shù)對比

2.1 有機地球化學(xué)與含氣性特征

四川盆地西南緣五峰組—龍馬溪組頁巖優(yōu)質(zhì)段（TOC≥2%）厚度26～70 m，有機碳含量介于3.02%～4.97%，樣品等效鏡質(zhì)體反射率（Ro）[28]為2.38%～3.37%。對新地1井、新地2井、云永頁1井和云大地3井等4口典型鉆井各項指標進行了對比分析（表1，圖2），五峰組底界埋深介于1 322～3 067 m，頁巖沉積厚度穩(wěn)定，TOC≥1%厚度介于110～132 m，TOC＞2%厚度為40～70 m，龍一段1亞段（S1l11）厚度為23.00～37.44 m。新地1井、云永頁1井、新地2井和云大地3井有機碳平均含量分別為4.94%、4.97%、4.06%、3.02%；Ro介于2.64%～3.00%，云永頁1井最高，新地1井最低。頁巖含氣性對比結(jié)果表明：位于木桿向斜的新地2井和云大地3井含氣性普遍較好，龍一段1亞段（S1l11）總含氣量為3.04～4.62 m3/t，縱向上含氣性有所差異，新地2井O3w、S1l11、S1l12和S1l13各段解析氣平均含量分別為 1.19 m3/t、1.44 m3/t、0.99 m3/t和 0.44 m3/t；云大地3井對應(yīng)層段解析氣平均含量分別為0.34 m3/t、1.12 m3/t、0.39 m3/t和0.47 m3/t。單井縱向上看，隨著沉積微相、有機碳含量的變化，龍一段1亞段（S1l11）孔隙度最高、含氣性最好（圖3-a）；區(qū)域上對比揭示無論是現(xiàn)場解析還是總含氣量，均為新地2井＞云大地3井＞新地1井＞云永頁1井，區(qū)域上含氣性差異不僅與沉積相和有機碳含量有關(guān)，不同井區(qū)的構(gòu)造樣式、保存條件、熱演化這些因素都存在較大差異。含氣量與孔隙度交會圖（圖3-b）揭示，頁巖含氣性好，則孔隙類型好，孔隙度高。頁巖孔隙類型及孔隙度反映地質(zhì)過程中成巖和孔隙演化的結(jié)果，不同的成巖階段和孔隙演化階段最終形成不同的孔隙特征。

表1 龍一段1亞段及GR峰處頁巖各項參數(shù)對比表

圖2 過LYEW2015-01和LYEW2015-02測線地質(zhì)剖面圖

圖3 龍一段1亞段含氣量與相關(guān)參數(shù)交會圖

2.2 頁巖孔隙特征對比

龍一段1亞段（S1l11）中部普遍發(fā)育GR峰，如新地1井、新地2井和云永頁1井對應(yīng)的GR峰值分別為284 API、350 API和209 API，因此選取GR峰值對應(yīng)的頁巖段進行有機地球化學(xué)、物性和含氣性等參數(shù)對比（圖4）。4口鉆井和地表露頭頁巖的5塊樣品有機碳含量較高，介于3.16%～5.50%之間。Ro為2.38%～3.10%，云永頁1井最高，新地1井、新地2井和云大地3井居中，鹽津牛寨露頭樣最低。含氣性好的新地2井和云大地3井孔隙度普遍好于新地1井和云永頁1井。所有頁巖的氬離子拋光—掃描電鏡下可見有機質(zhì)的不均勻分布，且呈現(xiàn)明暗相間的鑲嵌特征。暗色區(qū)域總體上顏色較深，呈分散狀或斑塊狀鑲嵌于淺色區(qū)域之間，為富含有機質(zhì)的黏土，淺色區(qū)域為石英、長石、碳酸鹽巖等。受有機質(zhì)和成巖作用差異影響，孔隙類型、大小和規(guī)模差異較大，暗色區(qū)域有機質(zhì)和黏土礦物發(fā)育，可形成有機質(zhì)孔和黏土礦物晶間微孔，淺色區(qū)域主要發(fā)育碳酸鹽巖、長石等礦物溶孔和黃鐵礦晶間孔等。

比表面積—孔徑分析結(jié)果顯示（圖4-a～b），新地2井全巖樣品總孔容為0.014 6 m3/g，BET比表面積為21.65 m2/g，BJH平均孔徑為5.88 nm，暗色區(qū)有機質(zhì)孔呈蜂窩狀均勻分布，孔徑介于22～279 nm，面孔率為15.2%。云大地3井總孔容為0.016 5 m3/g，BET比表面積29.56 m2/g，BJH平均孔徑為5.01 nm，有機質(zhì)孔發(fā)育略差于新地2井，孔徑介于22～147 nm，面孔率為10.5%，可見有機質(zhì)孔減少的過渡帶（圖4-c）。新地2井和云大地3井頁巖在淺色區(qū)見礦物溶孔和黃體礦晶間孔，面孔率介于1%～2%。云永頁1井全巖樣品總孔容為0.011 2 m3/g，BET比表面積為 18.33 m2/g，BJH平均孔徑為4.71 nm，暗色區(qū)域有機質(zhì)孔數(shù)量少且分布不均勻，孔徑較小，介于22～70 nm，面孔率為3.6%，且發(fā)育少量溶蝕孔隙；淺色區(qū)主要為碳酸鹽巖等溶蝕孔，孔徑介于114～759 nm，形態(tài)不規(guī)則，連通性差（圖4-d）。新地1井對應(yīng)的總孔容為0.011 6 m3/g，BET比表面積為20.83 m2/g，BJH平均孔徑為5.29 nm，暗色區(qū)顯示有機碳含量高，發(fā)育月牙狀、港灣狀等不規(guī)則孔，可連通，孔徑達526 nm，面孔率介于2.0%～8.2%，為黏土礦物晶間孔或溶孔，淺色區(qū)發(fā)育面孔率介于1%～2%的礦物溶蝕孔，孔徑介于71～206 nm，新地1井無論在暗色區(qū)還是淺色區(qū)孔隙發(fā)育均較差（圖4-e）。鹽津牛寨頁巖孔隙度為8.71%，暗色區(qū)有機孔零星分布，可見大量黏土礦物間長條狀、港灣狀晶間孔或溶蝕孔，孔徑介于60～472 nm，面孔率為15.4%；淺色區(qū)發(fā)育大量粒間、粒內(nèi)溶孔，多呈不規(guī)則狀，連通性好，孔徑介于130～1 204 nm，面孔率可達10%，裂縫發(fā)育，縫寬介于0.189～3.399 μm，主要為頁巖成巖晚期殘余和現(xiàn)代巖溶孔隙（圖4-f）。

圖4 龍一段1亞段GR峰處頁巖孔隙微觀特征對比圖

2.3 頁巖生烴和孔隙演化對比

根據(jù)沉積地層埋藏史、Ro等資料研究表明[20]，永福1井、民頁1井、云永頁1井、新地1井和新地2井古地溫梯度介于32.40～37.55 ℃/km，古大地熱流值為84.32～97.21 mW/m2，與四川盆地東南緣[27,29]相比，該區(qū)古地溫梯度普遍較高，不同井區(qū)地溫梯度差異大。通過Basinmod軟件和Maturity VR Suzuki方法模擬了龍馬溪組生烴史，結(jié)果表明，新地2井距今約255 Ma首先進入油窗，氣窗形成時間距今165～95 Ma，最大埋藏溫度為205 ℃，現(xiàn)今Ro為2.79%（圖5-a）；云永頁1井氣窗形成時間距今160～145 Ma，最大埋藏溫度為220 ℃，現(xiàn)今Ro為3.00%（圖5-b）。從志留系—泥盆系地層厚度差異來看，新地2井志留系—泥盆系厚度可達1 282 m，云永頁1井、民頁1井等井缺失泥盆系，志留系厚度僅為390～622 m，但是云永頁1井、民頁1井龍馬溪頁巖熱演化程度反而更高。對比新地2井和云永頁1井生烴史曲線，云永頁1井雖然進入生烴門限更晚，但印支期生烴演化速率更快，生烴枯竭更早，最終演化程度更高，具有“快熱高熟”特征，新地2井進入生烴門限更早，但印支期演化速率和成熟度增加緩慢，呈現(xiàn)相對的“慢熱低熟”特征，頁巖氣擴散時間相對較短，有利于頁巖氣長時間保存。

通過野外剖面樣品和不同地區(qū)鉆井巖心樣品孔隙度、孔隙類型、覆壓實驗和生烴史等綜合分析認為龍馬溪組頁巖孔隙演化可以劃分6個階段（圖6-a）：①加里東—海西期沉積埋藏與壓實作用階段，成巖早期頁巖孔隙度由沉積初期的20%下降到10%，孔隙類型主要為礦物粒間孔、粒內(nèi)孔；②印支期深埋生油階段，孔隙度進一步降低，成巖中期頁巖孔隙度由10%下降到5%；③印支晚期—燕山早期生氣高峰與有機孔形成階段，頁巖處于氣窗（1.3%～2.6%），頁巖中滯留液態(tài)烴裂解成氣，此階段頁巖生烴速率快、生氣強度大，地層壓力系數(shù)為1.5～2.0，形成大量有機質(zhì)孔，有效孔隙度增加至7%左右，頁巖氣層形成；④孔隙保存階段，超壓地層和有機孔形成后，燕山早期隨著構(gòu)造初始擠壓形成低緩背斜，表現(xiàn)為較緩慢的抬升過程，保存條件好的區(qū)域地層壓力系數(shù)、頁巖孔隙度和含氣性基本保持不變，保存條件略差的地區(qū)地層壓力系數(shù)略微下降；⑤地層釋壓與有機孔消亡階段，燕山晚期以來頁巖Ro持續(xù)增加至2.6%以上，局部地區(qū)已達3.0%，隨著構(gòu)造運動加劇和破壞性斷裂形成，受斷裂切割地層壓力釋放，在上覆地層壓力下頁巖遭受嚴重的儲層致密化，實驗?zāi)M表明，無論巖心還是露頭樣品，在上覆壓力作用下均呈現(xiàn)不同程度的致密化趨勢[2,30]，較大的有機質(zhì)孔隙基本消失殆盡，孔隙度和滲透率急劇下降（圖6-b～c）；⑥巖溶作用階段，地層在斷裂切斷或抬升作用下，發(fā)生地表水的巖溶作用，頁巖礦物組分中的長石、碳酸鹽、黏土等遭受不同程度溶蝕形成不規(guī)則孔。

圖5 新地2井和云永頁1井龍馬溪組頁巖生烴史圖

圖6 四川盆地西南緣典型井龍馬溪組生烴與孔隙演化史圖

上述孔隙演化的6個階段中，不同井區(qū)經(jīng)歷的演化階段有較大差異。地表樣品經(jīng)歷了上述6個演化階段，新地2井和云大地3井經(jīng)歷了前4個階段，可以保存較好的有機質(zhì)孔，具有較好的含氣性；云永頁1井有機質(zhì)孔大多消失，含氣性差，經(jīng)歷了前5個階段；新地1井頁巖有機質(zhì)孔大部分消失，基質(zhì)含氣性有所降低，由于相對較低的熱演化程度（2.64%），同時處于構(gòu)造高部位在裂縫中儲集了更多的游離氣?？紫堆莼A段不同，最終孔隙類型和孔隙度差異大，造成不同演化階段和不同井區(qū)頁巖含氣性的變化和差異。

3 頁巖氣富集模式與勘探啟示

3.1 破壞型與富集型對比

1）破壞型：燕山晚期以來，斷裂活動加劇，在四川盆地周緣大型斷裂切割深度往往達到3 km[31]，隨著地層釋壓、流體釋放和上覆地層壓力等作用頁巖的有效孔隙迅速減少。云永頁1井孔隙類型主要為礦物溶蝕孔，有機質(zhì)孔較少，反映天然氣逸散后有效孔隙的大量消失；云永頁1井頁巖含氣性差，解析氣量少，CH4含量普遍很低，平均含量僅12.44%，氣體組分主要為N2、CO2。δ13C1變化范圍較大，介于－49.0‰～－29.0‰，其中較重的部分（－29.6‰～－29.0‰）來自龍馬溪組，較輕的部分（－49.0‰～－41.9‰）可能來源于下伏寒武系烴源巖，并沿中村斷裂運移上來，反映斷裂強烈的切割和溝通作用。

2）富集型：木桿等向斜燕山晚期以來構(gòu)造變形相對較弱，構(gòu)造抬升過程相對緩慢，同時不發(fā)育大型斷裂，地層未完全泄壓，具有形成常壓頁巖氣藏的保存條件，埋藏成巖及生烴過程中形成大量納米級有機質(zhì)孔得到有效保存。木桿向斜已有鉆井含氣性、物性、孔隙特征研究表明，龍馬溪組頁巖主要發(fā)育有機質(zhì)演化形成的介孔和微孔，S1l11平均孔隙度可達5%，含氣性與孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系。云大地3井解析氣δ13C1為－29.6‰～－29.0‰，具有同位素倒轉(zhuǎn)特征（δ13C1＞δ13C2），通過戴金星[32]天然氣碳同位素判別圖版判定木桿向斜頁巖氣為自生自儲的高成熟油型氣。新地2井和云大地3井巖心中發(fā)現(xiàn)多條順層的方解石脈，實測鍶同位比值為0.718 418～0.720 206，對比川南龍馬溪組頁巖鍶同位素比值[33]，顯示為同源流體性質(zhì)，不屬于地表淡水滲透成因，表明構(gòu)造抬升作用同時伴隨著頁巖順層滑脫和原有流體的調(diào)整，頁巖含氣性和孔隙度略有下降，孔隙類型仍然以有機質(zhì)孔為主，長期保持較高的含氣性。

3.2 頁巖氣富集模式

鄒才能[10]等在揚子海相頁巖氣“二元富集”規(guī)律[9]認識的基礎(chǔ)上，提出沉積環(huán)境、熱演化程度、孔縫發(fā)育和構(gòu)造保存的“四大因素”控制論，并建立了“構(gòu)造型甜點”和“連續(xù)型甜點區(qū)”兩種富集模式。根據(jù)四川盆地西南緣山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣富集主控因素的詳細解剖，認為該區(qū)頁巖氣富集模式為“沉積控源、成巖控儲、構(gòu)造控保”（圖7），主要表現(xiàn)在：

圖7 四川盆地西南緣山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣富集模式示意圖

1）有利沉積相帶和有效孔隙是形成頁巖氣的物質(zhì)基礎(chǔ)和必要的儲集空間。有利相帶是形成頁巖氣的基本物質(zhì)基礎(chǔ)，該區(qū)龍馬溪組頁巖主要為深水陸棚相，優(yōu)質(zhì)段厚度可達70 m，有機碳含量高，生烴及成巖過程形成大量的有機質(zhì)孔提供了有效的儲集空間，新地2井、云大地3井龍一段1亞段（S1l11）平均孔隙度為4.73%，最高可達8.52%，有機質(zhì)孔面孔率可達10.5%～15.2%，總含氣量3.04～4.62 m3/t。

2）構(gòu)造保存條件，造成頁巖孔隙類型、孔隙度和含氣性的差異大。大型斷裂切割破壞、地層壓力釋放和上覆地層壓力造成頁巖孔隙快速致密化，后期很難再重新改造；反之，地層緩慢抬升過程中，地層流體不會突然釋放，即使在淺埋環(huán)境遭受一定程度釋壓，相對較低的上覆地層壓力不會造成孔隙大規(guī)模地減少，也可形成淺層頁巖氣藏。

3）山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣存在水平分帶、差異富集的特征。頁巖本身作為橫向擴散為主的儲層，受頂?shù)装宕瓜蚍舛伦饔?，有些地區(qū)埋深往往數(shù)百米，距離露頭區(qū)僅僅數(shù)千米，仍具有較好的頁巖氣顯示，例如昭通太陽背斜區(qū)淺層氣[34]等。山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)寬緩向斜的構(gòu)造運動以緩慢的抬升為主，在抬升過程中達到某一“臨界深度”或者淺層斷裂活動，隨著地層壓力的降低和流體釋放頁巖發(fā)生致密化，在向斜兩翼或者淺層斷裂兩側(cè)形成側(cè)向“封閉帶”，阻止頁巖氣橫向擴散，因此由埋藏區(qū)到頁巖出露區(qū)依次可劃分為“富集帶”“封閉帶”和“巖溶帶”，頁巖氣“富集帶”受頂?shù)装搴?“封閉帶”共同封存，“封閉帶”形成于地層抬升過程中的頁巖儲層的致密化作用，頁巖側(cè)向“封閉帶”是山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣富集的關(guān)鍵。從焦石壩地區(qū)滲透率覆壓實驗來看，當覆壓小于10～15 MPa，無論是頁巖還是泥巖滲透率均迅速遞減，大于這個壓力滲透率遞減速率非常緩慢。當?shù)貙犹龝r，假設(shè)地層由超壓（壓力系數(shù)1.5）到壓力完全釋放，則上覆地層壓力梯度增加15 MPa/km，顯然形成“封閉帶”對應(yīng)的“臨界深度”大約是700～1 000 m。頁巖因自身巖石物理性質(zhì)和構(gòu)造樣式的差異可能是了不同地區(qū)“封閉帶”形成深度的影響因素，當頁巖埋深小于臨界深度，頁巖已經(jīng)發(fā)生致密化作用，頁巖含氣性差，當頁巖形成“封閉帶”對應(yīng)的“臨界深度”較低時，有利于形成淺層頁巖氣。

3.3 勘探啟示

1）良好的頂板條件可部分抵消斷裂等的不利影響。根據(jù)滲透性方向差異系數(shù)公式計算表明，區(qū)域上露頭樣品反映的差異系數(shù)K0為1.43～4.41，平均2.27，顯示不同方向滲透率較高的差異性，說明了該區(qū)頁巖氣以水平擴散為主，良好的頂板對于減緩頁巖氣縱向擴散具有重要作用。木桿向斜新地2井和云大地3井顯示志留系厚度介于817～936 m，從底到頂發(fā)育龍馬溪組、石牛欄組、韓家店組及大路寨組，主要為灰色泥頁巖、泥灰?guī)r等，巖心完整，雖云大地3井巖心局部發(fā)育高角度裂縫，但頂板厚度大，以泥質(zhì)巖為主的地層封閉性能好，突破壓力達13.95～17.85 MPa，頂板與優(yōu)質(zhì)段突破壓力差值大，具有良好的保存條件，實鉆顯示木桿向斜龍馬溪組頁巖整體含氣性較好。

2）“慢熱低熟” 和“構(gòu)造緩抬”有利于頁巖氣長期富集保存?！奥裏岬褪臁笔侵赣袡C質(zhì)熱演化速度慢、熱演化程度相對較低，熱演化程度與速率取決于地溫梯度、上覆地層埋藏速率和最大埋藏溫度。趙文智[35]指出主生氣期距今越近, 對于晚期成藏越有利，這從時間定量尺度說明晚期成藏對氣田形成有利。烴源巖內(nèi)滯留分散液態(tài)烴在高—過成熟階段發(fā)生裂解，是海相頁巖氣的主要氣源，其主生氣階段Ro值為1.35%～3.20%，Ro值超過3.0%階段的瞬時產(chǎn)氣率顯著降低，超過3.5%則基本衰竭[11]。陳建平[36]對海相烴源巖熱模擬實驗揭示，有機質(zhì)類型越好，生烴死亡線越低，海相腐泥、混合型干酪根的天然氣生成成熟度上限為鏡質(zhì)體反射率3.0%，模擬曲線在Ro= 2.6%發(fā)生明顯跳躍。受印支期沉積差異，中生界以來地層埋深速率和最大埋藏溫度有較大差異，特別是晚海西期巖漿活動期造成不均一的地溫梯度，對該地區(qū)有機質(zhì)熱演化有較大影響。過高的熱演化程度下頁巖將不具備持續(xù)生烴補給能力，一旦保存條件發(fā)生破壞，頁巖儲層將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的致密化，因此對于山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)海相頁巖氣勘探選區(qū)熱演化成熟度（Ro）不大于3.0%，低于2.6%是首選。對于同樣成熟度或熱演化速率的地區(qū)，構(gòu)造緩抬型更加有利；若具有同樣的構(gòu)造抬升史，顯然“慢熱低熟” 型更加有利，從地質(zhì)演化歷史上看，對于高成熟頁巖分布區(qū)，盡量選擇生烴期晚且擴散時間相對較短的區(qū)域。

3）山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖含氣性除了沉積微相和有機碳含量等因素外，不同構(gòu)造樣式下保存條件的差異性直接決定了孔隙演化階段的不同和最終含氣性的差異。這些地區(qū)具備地層整體緩慢抬升、構(gòu)造形變小、大型斷裂不發(fā)育、熱演化程度或演化速率相對較低等特點。通過頁巖厚度、埋深、熱演化程度、頂板厚度和構(gòu)造保存等多種因素綜合研究，對四川盆地西南緣山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)開展了頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選（圖8）。頁巖厚度采用TOC≥2.0%連續(xù)厚度大于10 m，或TOC≥1.0%連續(xù)厚度30 m；熱演化程度為3.0 %＞Ro＞1.1 %，頂板厚度下限為200 m，頂板小于500 m的區(qū)域要求Ro＜2.8 %，頂板厚度大于500 m的區(qū)域要求Ro＜3.0 %；地層平緩區(qū)（地層傾角小于20°）埋深大于等于1 000 m，其他地區(qū)則按照埋深為標準1 500 m?？蓛?yōu)選出木桿、蓮峰—高橋、永善及天寧寺等14個有利區(qū)（表2），有利區(qū)面積為8 235 km2，頁巖氣資源量為21 897×108m3，其中綏江—普洱渡、木桿、蓮峰—高橋、布拖和石寶—大廟等區(qū)域已經(jīng)鉆遇良好的頁巖氣顯示。

圖8 四川盆地西南緣山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)龍馬溪組頁巖氣有利區(qū)分布圖

表2 四川盆地西南緣山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)龍馬溪組頁巖氣有利區(qū)與資源量統(tǒng)計表

4 結(jié)論

1）四川盆地西南緣山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)龍一段1亞段有機碳穩(wěn)定分布在3.02%～4.97%，等效鏡質(zhì)體反射率為2.38%～3.37%，局部富集區(qū)平均總含氣量可達4.62 m3/t，不同地區(qū)生烴史和孔隙演化階段具有明顯的差異性，共同控制了頁巖孔隙發(fā)育特征和含氣性。

2）提出四川盆地西南緣山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)“沉積控源、成巖控儲、構(gòu)造控?！钡捻搸r富集模式，有利陸棚沉積相是形成優(yōu)質(zhì)頁巖的物質(zhì)基礎(chǔ)，成巖演化與生烴作用形成的有機質(zhì)孔隙構(gòu)成主要儲集空間，不同構(gòu)造樣式下保存條件的差異性決定了不同的孔隙演化階段，形成“富集帶”和“封閉帶”，山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣具有水平分帶、差異富集特點。

3）影響山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣富集保存的因素眾多，除了沉積相外，大型斷裂切割是頁巖氣逸散最重要的一種形式，良好的頂板條件可部分抵消構(gòu)造不利影響，“慢熱低熟” 和“構(gòu)造緩抬”有利于頁巖氣長期富集保存。無論是哪種因素帶來的含氣性的差異，其實最終都表現(xiàn)在頁巖本身地層壓力的變化和孔隙發(fā)育特征上來，這些因素在山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣勘探選區(qū)中應(yīng)加以重視。

4）根據(jù)4口鉆井的詳細解剖分析，結(jié)合四川盆地西南緣山地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的地質(zhì)條件，建立了該地區(qū)的頁巖氣評價標準，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)選出14個有利區(qū)，有利區(qū)面積為8 235 km2，頁巖氣資源量為21 897×108m3，為一個頁巖氣新區(qū)的發(fā)現(xiàn)奠定了資源基礎(chǔ)。

致謝：項目和論文得到了《天然氣工業(yè)》主編冉隆輝先生的指導(dǎo)和幫助，在此致以衷心的感謝！