翟常博，鄧 模，曹清古，肖 雄，何貴松，陳斐然，邱建華，劉 栩，張長江

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126;2. 中國石化 江漢油田分公司 勘探開發(fā)研究院，武漢 430223;3.中國石化 華東油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，南京 210011；4.中國石化 勘探分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041)

在我國南方地區(qū)非常規(guī)天然氣資源格局中，四川盆地及周緣的上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組起到了“壓艙石”的作用[1]?！半p碳”目標(biāo)的逐步實施，進一步加快了我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，清潔天然氣能源的作用更加凸顯。為進一步夯實我國天然氣資源基礎(chǔ)，對新區(qū)、新層系、新類型天然氣的勘探研究顯得尤為重要。前期研究表明[2-8]，四川盆地及周緣縱向上主要發(fā)育9套富有機質(zhì)泥頁巖，分別是下寒武統(tǒng)筇竹寺組，上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組，二疊系梁山組、茅口組三—四段、龍?zhí)督M/吳家坪組、大隆組，下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段、大安寨段、中侏羅統(tǒng)千佛崖組/涼高山組等。其中龍?zhí)督M/吳家坪組富有機質(zhì)泥頁巖具有分布面積廣、厚度大、生烴條件好、埋藏深度適中等特點，是值得探索和研究的頁巖氣層系，川東地區(qū)大量鉆井鉆遇龍?zhí)督M/吳家坪組時普遍具有明顯的氣測異常[9]，近期石柱紅星地區(qū)多口井現(xiàn)場含氣量測試證實吳家坪組具有良好的含氣性，達縣—宣漢地區(qū)M1井在龍?zhí)督M獲得日產(chǎn)氣(3.02～3.85)×104m3[10]，綦江地區(qū)DYS1井龍?zhí)督M取心段泥頁巖平均含氣量2.02 m3/t[11]，鄰區(qū)西頁1井、金沙參1井、鶴地1井和SY1井等也均獲得了良好的氣測顯示，展示出龍?zhí)督M/吳家坪組具有廣闊的勘探前景。

四川盆地二疊紀處于古新特提斯轉(zhuǎn)化期，產(chǎn)生了一系列地質(zhì)事件和海平面的變化，在龍?zhí)镀谛纬闪嗣黠@的構(gòu)造沉積分異現(xiàn)象，由南西往北東，沉積相從海陸過渡相到淺海陸棚相變化，不同沉積相帶發(fā)育的泥頁巖特征差異顯著。為進一步探討川東地區(qū)龍?zhí)督M頁巖氣勘探潛力，本文對不同沉積相類型的典型井(SY1井、SYx井、HYx井)龍?zhí)督M/吳家坪組泥頁巖發(fā)育特征進行對比研究，探討不同相帶類型頁巖氣形成條件的差異性，初步落實川東地區(qū)龍?zhí)督M/吳家坪組頁巖氣的勘探潛力。

1 構(gòu)造沉積背景

研究區(qū)處于川東地區(qū)華鎣山斷裂帶以東、齊岳山斷裂帶以西，構(gòu)造特征表現(xiàn)為北東向—北北東向高陡背斜帶和寬緩向斜帶組成的隔擋式褶皺,往川南帚狀撒開[9,12](圖1)。背斜緊閉,向斜寬緩,成排成帶平行排列。構(gòu)造變形主要受雪峰推覆構(gòu)造帶的遠程推覆擠壓影響，歷經(jīng)湘鄂西、武陵地區(qū)多層滑脫、擠壓斷褶應(yīng)力釋放以及齊岳山斷裂帶沖斷滑脫作用，變形強度總體較弱。

四川盆地上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M是發(fā)育在東吳運動剝蝕夷平面之上的一套陸相、海陸過渡相、淺水—深水陸棚相的沉積類型多樣、巖石組合類型復(fù)雜的沉積地層。龍?zhí)督M沉積時期，受峨眉地幔柱上隆、峨嵋地裂運動影響，四川盆地及周緣形成穩(wěn)定克拉通淺水陸表海盆地及拉張裂陷較深水盆地兩種原型盆地，沉積體系、相帶類型極為豐富[13-14]。

從南西往北東，依次發(fā)育河流沖積平原、濱岸—沼澤、潮坪—潟湖、淺水混積陸棚、深水陸棚等5種主要沉積相帶。此外，在鎮(zhèn)巴—開縣、武隆—德江、蒼溪—閬中等局部地帶發(fā)育清水碳酸鹽臺地沉積(圖2)。龍?zhí)督M底部廣泛發(fā)育一套鋁土質(zhì)古風(fēng)化殼，為東吳夷平面之上的風(fēng)化殘積產(chǎn)物。隨著海侵的持續(xù)進行，龍?zhí)督M由下往上依次發(fā)育砂泥質(zhì)濱岸碎屑沉積、砂泥煤沼澤沉積、砂泥潮坪碎屑沉積、泥煤夾灰沉積、泥灰二元混積淺水陸棚渾水沉積、硅泥灰深水陸棚沉積。受控于西高東低古地貌、海水西侵作用，沉積相帶由下往上、由東往西規(guī)律性遷移演化。

龍?zhí)督M(包括同期異相的吳家坪組)主要發(fā)育3種類型的富有機質(zhì)泥頁巖：潮坪—潟湖相的含煤泥頁巖、淺水混積陸棚相含灰—灰質(zhì)泥頁巖、深水陸棚相含硅—硅質(zhì)泥頁巖。下面詳細介紹川東地區(qū)上述3種類型泥頁巖的頁巖氣形成條件及差異性。

2 不同類型龍?zhí)督M/吳家坪組泥頁巖基本特征

2.1 海陸過渡相龍?zhí)督M泥頁巖

川東地區(qū)海陸過渡相龍?zhí)督M巖性復(fù)雜，泥巖、頁巖、煤和砂巖不等厚互層，由于龍?zhí)督M泥巖黏土含量高，抗風(fēng)化能力弱，風(fēng)化作用導(dǎo)致龍?zhí)督M有機質(zhì)流失和孔隙結(jié)構(gòu)破壞嚴重，不能有效表征頁巖的生烴能力和物性特征。本文以龍?zhí)督M全取心的SY1井和半段取心的DYS1井為主要研究對象，分析海陸過渡相龍?zhí)督M頁巖氣形成條件和勘探潛力。

2.1.1 巖石組合類型與礦物組成

SY1井位于重慶市綦江區(qū)丁山鎮(zhèn)，構(gòu)造位置位于川東南丁山斷鼻構(gòu)造北西翼。該井揭示龍?zhí)督M總厚度為87.67 m，處于潮坪—潟湖亞相沉積環(huán)境。根據(jù)巖性組合特征(圖3)，自下而上劃分出9個小層，其中①-⑥小層為潭一段，以碳質(zhì)泥巖為主，夾薄煤層，底部為鋁土質(zhì)泥巖；⑦-⑨小層為潭二段，灰質(zhì)含量明顯增加，其中⑦-⑧小層以碳質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、煤層不等厚互層為主，⑨小層以灰?guī)r為主，夾薄層泥巖。TOC系統(tǒng)測試結(jié)果表明，SY1井龍?zhí)督M富有機質(zhì)泥頁巖主要發(fā)育在潭一段的②、③、④、⑥和潭二段的⑧小層[10]。SY1井龍?zhí)督M共計8個煤層，累積厚度為10.9 m。

系統(tǒng)的全巖X衍射分析(圖3)表明SY1井龍?zhí)督M富有機質(zhì)泥頁巖發(fā)育的②、③、④、⑥和⑧小層黏土礦物普遍大于50%，石英礦物含量普遍小于30%，碳酸鹽礦物含量小于10%。與涪陵地區(qū)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖段相比[15]，海陸過渡相龍?zhí)督M富有機質(zhì)泥巖段礦物組成具有“高黏土、中石英、低鈣質(zhì)”的特點，總體表現(xiàn)為脆性礦物含量較低，可壓性相對較差。

圖3 川東地區(qū)SY1井上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M頁巖特征綜合柱狀圖據(jù)文獻[4]，有修改。

2.1.2 有機地化特征

大量鉆井揭示，海陸過渡相龍?zhí)督M普遍含數(shù)套薄煤層/線，本文統(tǒng)計了川東南地區(qū)海陸過渡相4口鉆井(DYS1、L3井、L1井、D3)和5條剖面(興文玉屏、鄰水華鎣山、長寧龍溪、珙縣珙泉、綦江趕水)，共計67個樣品的干酪根碳同位素數(shù)據(jù)(圖4)，可以看到，過渡相龍?zhí)督M干酪根碳同位素值分布在-22‰～24.5‰，大部分樣品的干酪根碳同位素值大于-24‰，總體偏重，有機質(zhì)類型主體為Ⅲ型，有機顯微組分以鏡質(zhì)體為主。

龍?zhí)督M不同巖性有機質(zhì)豐度變化幅度較大，SY1井龍?zhí)督MTOC含量變化范圍為0.49%～38.12%，其中碳質(zhì)頁巖的TOC分布在6.36%～38.12%，黑色泥頁巖TOC分布在0.49%～5.82%，平均2.94%(圖3)。以TOC大于2.0%為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計了SY1井龍?zhí)督M富有機質(zhì)泥頁巖累計厚度為50.11 m[10]。TOC與黏土礦物含量呈正相關(guān)，與石英含量呈負相關(guān)，反映了龍?zhí)督M沉積區(qū)距離陸源較近，表現(xiàn)為以碎屑物質(zhì)輸入為主的特點。

圖4 四川盆地南部上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M過渡相干酪根碳同位素分布

川東綦江地區(qū)龍?zhí)督M泥頁巖鏡質(zhì)體反射率主體分布在2.0%～2.4%，其中SY1井龍?zhí)督M鏡質(zhì)體反射率為1.86%～2.21%，DYS1井的鏡質(zhì)體反射率為1.96%～2.40%[10]。從熱演化史來看，龍?zhí)督M大量生氣期(Ro為1.5%～2.2%)在中—晚侏羅世，相對較晚，有利于頁巖氣的保存和富集。

2.1.3 儲集空間特征

根據(jù)最新頒布的國標(biāo)《頁巖氣藏描述技術(shù)規(guī)范：GB/T 39541-2020》，頁巖儲集空間類型可分為孔隙、洞和裂縫三大類，其中孔隙包括有機孔、無機孔，裂縫包括構(gòu)造縫和非構(gòu)造縫。綦江地區(qū)DYS1井處于潮坪—潟湖沉積環(huán)境，針對該井龍?zhí)督M下半段進行了取心，從巖心氬離子拋光—掃描電鏡圖像上可以較為直觀地觀察到孔隙發(fā)育特征。龍?zhí)督M泥頁巖中發(fā)育5種與有機質(zhì)顆粒相關(guān)的孔縫，分別是高等植物碎片中生物結(jié)構(gòu)孔、有機質(zhì)熱解氣孔、瀝青孔、內(nèi)生裂隙和邊緣裂隙 (圖5)。趙培榮等[10]認為龍?zhí)督M復(fù)雜的有機質(zhì)孔發(fā)育特征與其水生和陸源混合來源的母質(zhì)類型密切相關(guān)。生物結(jié)構(gòu)孔為有機質(zhì)保存自生物組織的孔隙，孔隙呈有規(guī)律的分布 (圖5a)，熱解氣孔則為干酪根生氣過程中生成的孔隙，孔隙普遍較小、彼此之間連通性差 (圖5b-c)，此類孔隙在過渡相龍?zhí)督M中較為多見。水生生物演化成殼質(zhì)組和腐泥組，演化早期形成液態(tài)烴，在熱演化過程中改變自身形貌形成豐富的瀝青孔 (圖5d)。生烴過程中有機質(zhì)的消耗一方面生氣膨脹，在內(nèi)部形成生烴裂縫；另一方面經(jīng)過有機質(zhì)的消耗和排烴之后，有機質(zhì)體積收縮，在有機質(zhì)顆粒邊緣產(chǎn)生邊緣縫 (圖5e)。煤主要成分為鏡質(zhì)體，除了順著有機質(zhì)顆粒呈線性發(fā)育了少量有機質(zhì)孔外 (圖5f)，整體上有機質(zhì)孔發(fā)育程度很低[16]。有機質(zhì)中各樣式的孔隙類型構(gòu)成了復(fù)雜的有機質(zhì)孔縫系統(tǒng)，在一定程度上增加了泥頁巖的孔隙空間。

圖5 川東地區(qū)DYS1井上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M泥頁巖有機質(zhì)孔發(fā)育特征

無機孔主要為粒內(nèi)孔、粒間孔、晶間孔、溶蝕孔，孔隙形態(tài)不規(guī)則，具一定連通性[17-19]。圖6展示了DYS1井龍?zhí)督M無機孔、裂縫發(fā)育的基本特征，溶蝕孔主要發(fā)育在方解石顆粒內(nèi)，是有機質(zhì)生烴過程中釋放的有機酸溶蝕碳酸鹽礦物形成的(圖6a)。在自生黃鐵礦集合體中，晶體顆粒之間會形成粒間孔[20-21](圖6b)。硬度較大的石英和方解石等顆粒與黏土礦物或有機質(zhì)的接觸面由于硬度的差異常發(fā)育邊緣縫 (圖6c)。黏土礦物中發(fā)育大量的層間微裂隙，多為絲縷狀或蜷曲片狀伊利石或高嶺石中發(fā)育的狹縫型微裂隙，孔縫的邊緣一般平齊或互補，寬度為納米級，長度為微米級 (圖6d-e)，是黏土礦物脫水收縮撕裂所造成的。龍?zhí)督M泥頁巖中黏土礦物以伊利石和高嶺石為主，在成巖演化過程中，蒙脫石通過伊蒙混層向伊利石轉(zhuǎn)化，體積減小產(chǎn)生微裂隙，且生烴過程中具有的酸性成巖條件造成長石類礦物蝕變形成高嶺石[22]，并發(fā)育大量的微裂隙 (圖6f)。

海陸過渡相龍?zhí)督M的孔隙度分布范圍較寬，總體上受黏土礦物含量影響較大。以SY1井為例，孔隙度分布在2.67%～8.41%，孔隙度大于4.0%的層段主要是在③、④、⑥和⑧小層，均為黏土礦物含量相對較高的小層，黏土相關(guān)孔縫對孔隙度有較為明顯的貢獻[10]。除了黏土礦物，有機質(zhì)中各式孔隙也對儲集空間具有一定的貢獻，由于孔隙普遍較小，主要提供中微孔和比表面積。

2.1.4 保存條件與含氣性

海陸過渡相龍?zhí)督M主體分布在川東高陡褶皺帶和川南低緩褶皺帶，構(gòu)造樣式以隔檔式褶皺為主，構(gòu)造變形相對較弱，中下三疊統(tǒng)膏鹽巖蓋層連片分布且厚度大，具備區(qū)域性的封蓋條件。研究區(qū)龍?zhí)督M的頂板為長興組的致密泥質(zhì)灰?guī)r，長興組高能相儲層在川東南地區(qū)不發(fā)育，龍?zhí)督M底部為一套灰白色的鋁土質(zhì)泥巖，厚度較為穩(wěn)定(4～5 m)，下伏為茅口組泥晶灰?guī)r、生物屑泥晶灰?guī)r，厚度大于50 m，研究區(qū)龍?zhí)督M頂?shù)装鍡l件較好，為頁巖氣的富集保存提供了保證。

川東南地區(qū)過渡相龍?zhí)督M氣測顯示普遍活躍，以SY1井為例，全烴顯示最高為23.99%，在煤層及相鄰的碳質(zhì)泥巖中有明顯的氣測異常，全烴曲線呈尖峰狀，氣測顯示強度與TOC含量具有較好的對應(yīng)關(guān)系。從現(xiàn)場含氣量測試結(jié)果來看，SY1井煤層和碳質(zhì)泥巖現(xiàn)場測試總含氣量達到18.5 m3/t和4.08 m3/t[10]，深灰色泥巖和深灰色泥質(zhì)粉砂巖含氣性相對較差，僅有少量氣泡從巖心表面溢出，潭一段總含氣量平均1.58 m3/t(統(tǒng)計不包括煤層)，潭二段總含氣量平均1.22 m3/t(統(tǒng)計不包括煤層)。DYS1井龍?zhí)督M下段也開展了現(xiàn)場含氣量測試，共計測試了17個泥頁巖樣品，其中測試解吸氣量介于0.24～2.77 m3/t，平均值為0.77 m3/t，總含氣量介于0.56～8.78 m3/t[11]，同樣也顯示出較強的非均質(zhì)性特征。氣測和含氣量均表現(xiàn)出與巖性密切相關(guān)的特征，過渡相龍?zhí)督M巖性的非均質(zhì)性變化導(dǎo)致了含氣性的非均質(zhì)性。

圖6 川東地區(qū)DYS1井上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M泥頁巖無機礦物孔發(fā)育特征

2.2 陸棚相吳家坪組/龍?zhí)督M泥頁巖

陸棚相帶主要包括淺水混積陸棚、深水陸棚兩個亞相，淺水混積陸棚亞相(圖7)分布在四川盆地中部廣安—南川一帶，深水陸棚亞相(圖8)位于鄂西渝東和廣元—梁平一帶。

2.2.1 巖石組合類型與礦物組成

巖石地層命名上將川北以及鄂西渝東一帶稱之為吳家坪組，與川東南地區(qū)龍?zhí)督M為同時異相的關(guān)系。相對于海陸過渡相龍?zhí)督M來說，陸棚相吳家坪組巖性組合相對簡單，巖石類型相對單一。對石柱紅星地區(qū)HYx井吳家坪組進行了全井段取心，并進行測錄井、分析化驗，本文對陸棚相吳家坪組小層劃分主要參考HYx井 (圖8)。

SYx井龍?zhí)督M為淺水混積陸棚相沉積，如圖7所示，龍?zhí)督M巖性組合與深水陸棚相HYx井吳家坪組較為相似，與過渡相龍?zhí)督M復(fù)雜的巖性組合有顯著差異。本文將SYx井龍?zhí)督M劃分為潭一段和潭二段。SYx井龍?zhí)督M厚82.5 m，潭一段共58.9 m，其中潭一段1亞段以泥巖為主，下部含煤層，厚度32.5 m，潭一段2亞段為致密灰?guī)r，厚度26.4 m；潭二段為泥頁巖夾薄灰?guī)r層，厚度23.6 m，不含煤層。

SYx井未在龍?zhí)督M進行取心，本文對該井的巖屑進行了全巖X衍射分析，結(jié)果表明SYx潭二段巖屑黏土含量平均值為38.6%，石英含量的平均值為21.3%，碳酸鹽含量的平均值為25.3%(圖7)，表現(xiàn)出“中等黏土、較低石英、較高鈣質(zhì)”的礦物組成特點。從脆性礦物和黏土含量來看，SYx井比SY1井泥頁巖中脆性礦物含量要高，可壓性相對較好。

HYx井位于石柱復(fù)向斜內(nèi)建南構(gòu)造，吳家坪組為深水陸棚相沉積(圖8)，縱向上吳家坪組分為兩段，其中吳一段1亞段為灰色—深灰色塊狀泥巖夾煤層，為海侵初期的一套濱岸—沼澤相沉積；吳一段2亞段為一套穩(wěn)定分布的致密灰?guī)r，厚度在10～25 m，一般稱之為“腰帶灰?guī)r”，將吳一段1亞段的泥頁巖和吳二段的頁巖段分隔開來；吳二段巖性為灰黑色灰質(zhì)硅質(zhì)頁巖，薄片見較為豐富的放射蟲，黃鐵礦以紋層狀、星點狀分布其中，吳二段元素地化指標(biāo)顯示，Ni/Co平均10.1，V/(V+Ni)平均0.74，反映沉積水體還原性強，水體較深。此外巖心觀察可見30～40層凝灰質(zhì)層，層厚0.3～0.5 cm，反映出吳家坪組受火山活動的影響較為明顯。

圖7 川東地區(qū)SYx井上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M頁巖特征綜合柱狀圖

圖8 川東地區(qū)HYx井上二疊統(tǒng)吳家坪組頁巖特征綜合柱狀圖

HYx井吳二段頁巖中脆性礦物含量很高，石英含量的平均值為35.9%，黏土礦物含量的平均值為16.4%，碳酸鹽含量的平均值為29.9%[9]，表現(xiàn)出“高硅，高鈣、低黏土”的特點。由此可見，從過渡相區(qū)至淺海相區(qū)，吳家坪組/龍?zhí)督M二段黏土含量逐漸降低，脆性礦物逐漸增加，但是隨著鈣質(zhì)含量的增加，巖石膠結(jié)程度也相應(yīng)增大，對頁巖的壓裂改造也帶來一定的挑戰(zhàn)。

2.2.2 有機地化特征

本文對陸棚相帶4口鉆井(HYx、FS-x、LB-x、JY-x井)和4條剖面(利川袁家槽、利川沙溪、石柱六塘、涪陵白濤)吳家坪組/龍?zhí)督M21個樣品干酪根碳同位素數(shù)據(jù)進行了分析，從圖9可以看到，陸棚相帶所有樣品的干酪根碳同位素均小于-24‰，主要分布在-24.3‰～-27.8‰之間，陸棚相帶吳家坪組/龍?zhí)督M有機質(zhì)類型主體表現(xiàn)出Ⅱ型特征。具體來看，淺水混積陸棚亞相龍?zhí)督M有機質(zhì)類型為Ⅱ2型(涪陵白濤、JY-x井)，深水陸棚亞相吳家坪組有機質(zhì)類型為Ⅱ1型(HYx、FS-x、LB-x、利川袁家槽、利川沙溪、石柱六塘)。

圖9 川東地區(qū)陸棚相上二疊統(tǒng)吳家坪組二段干酪根碳同位素分布

HYx井吳二段巖心實測TOC分布在1.16%～28.94%，平均8.77%[9]，表現(xiàn)出特高有機質(zhì)豐度的特征，吳一段1亞段TOC平均6.1%。

SYx井龍?zhí)督M27個巖屑樣品有機碳實測結(jié)果表明，泥頁巖TOC分布在0.32%～5.32%，煤層巖屑樣品TOC高達71.6%。分小層來看，潭二段TOC分布在0.65%～2.83%，平均2.19%，潭一段1亞段TOC分布在0.32%～5.32%，平均1.78%，潭一段2亞段TOC分布在0.32%～0.51%，平均0.38%，HYx和SYx井龍?zhí)?吳家坪組鏡質(zhì)體反射率Ro分布在1.9%～2.06%之間，處于高過成熟階段。

2.2.3 儲集空間特征

相對于過渡相龍?zhí)督M來說，陸棚相帶潭二段/吳二段有機質(zhì)類型相對更優(yōu)，腐泥組等富氫組分含量相對較多，生排油氣能力更強，有利于有機孔的發(fā)育。

圖10顯示了淺水混積陸棚亞相和深水陸棚亞相泥頁巖中有機孔發(fā)育情況。南川東勝剖面和韋家灣剖面是淺水混積陸棚亞相典型剖面，潭二段泥頁巖有機孔發(fā)育較好 (圖10a-c)，顯著優(yōu)于綦江地區(qū)DYS1井龍?zhí)督M泥頁巖。圖10d-f為HYx井深水陸棚亞相吳二段泥頁巖掃描電鏡照片[10]，有機質(zhì)孔總體發(fā)育良好，呈蜂窩狀產(chǎn)出，孔徑在12～450 nm之間，以50～100 nm為主體。由于有機質(zhì)的強非均質(zhì)性，部分有機質(zhì)內(nèi)孔隙發(fā)育很差 (圖10e-f)，不同的顯微組分有機孔發(fā)育程度具有明顯差異，腐泥組是有機孔發(fā)育的主要載體，鏡質(zhì)體則不利于有機孔發(fā)育[23-24]。有機碳含量與孔隙度之間較好的正相關(guān)性也表明了陸棚相泥巖有機質(zhì)是儲層物性的主要構(gòu)建者，控制著泥頁巖的儲集空間。

2.2.4 保存條件與含氣性特征

川東地區(qū)陸棚相吳家坪組/龍?zhí)督M主要分布在川東高陡構(gòu)造帶，該地區(qū)構(gòu)造樣式為典型的隔檔式褶皺，中下三疊統(tǒng)膏鹽巖區(qū)域連片分布，不僅有利于維持吳家坪組較高的壓力系統(tǒng)，還確保了頁巖氣系統(tǒng)不會因抬升過淺而被破壞[25]。除普光等地區(qū)局部發(fā)育上二疊統(tǒng)長興組臺緣高能相儲層外，吳家坪組頂?shù)装鍡l件總體較好，確保了水平井壓裂施工中地層的穩(wěn)定性[25]。寬緩向斜內(nèi)構(gòu)造穩(wěn)定性相對較好，頁巖氣保存條件較優(yōu)。

對HYx井吳家坪組開展了系統(tǒng)的現(xiàn)場含氣量測試，采用USBM直接法(直線法回歸)進行損失氣量恢復(fù)，吳二段總含氣量平均為3.81 m3/t，吳二段全烴1.27%～5.98%，平均4.08%，甲烷1.23%～5.57%，平均3.64%。在取心過程中，多處見持續(xù)氣泡逸出，巖心浸水實驗，氣泡呈串珠狀、線狀持續(xù)密集逸出，吳二段水平井壓裂改造后試氣效果良好[10]，此外吳一段1亞段實測總含氣量平均為1.41 m3/t，也具有一定的含氣性。

SYx井未針對龍?zhí)督M開展現(xiàn)場含氣量測試工作，但從氣測顯示上看，顯示也較為活躍，龍?zhí)督M二段全烴含量平均12.9%，全烴和甲烷曲線呈箱狀，與過渡相SY1井在煤層及碳質(zhì)頁巖段尖峰狀的氣測曲線有明顯差異。

3 不同沉積相頁巖氣形成條件對比

針對海陸過渡相潮坪—潟湖亞相、淺海陸棚相淺水混積陸棚亞相和深水陸棚亞相3種類型龍?zhí)督M/吳家坪組頁巖氣形成基本條件進行了對比，不同沉積相的巖性組合、生烴、儲集及含氣性差異明顯(表1)。巖性組合方面，潮坪—潟湖亞相潭二段以泥巖、頁巖夾煤層、薄灰?guī)r層為主要特征，淺水混積陸棚亞相潭二段以泥巖、頁巖夾薄灰?guī)r層為特征，基本不含煤層；深水陸棚亞相吳二段則以頁巖夾薄灰?guī)r層為特征，不含煤，頁巖厚度相對減薄[26]。

圖10 淺水混積陸棚亞相(a，b，c)和深水陸棚亞相(d，e，f)有機孔發(fā)育程度對比

表1 川東地區(qū)不同類型龍?zhí)督M/吳家坪組頁巖基本特征對比

生烴、儲集條件方面，潮坪—潟湖亞相龍?zhí)督M頁巖有機質(zhì)類型以Ⅲ型為主，TOC非均質(zhì)性強，碳質(zhì)頁巖相對富集，黏土含量普遍較高，儲集空間以黏土礦物孔為主，由于干酪根類型的限制無法大量生成有機孔[27]，孔隙度跨度范圍大；淺水混積陸棚和深水陸棚亞相潭二段/吳二段有機質(zhì)類型主體為Ⅱ2-Ⅱ1型，TOC由淺水到深水陸棚逐漸升高，黏土礦物含量中等—低，碳酸鹽礦物含量相對較高，有機質(zhì)孔較發(fā)育，孔隙度高；從含氣性上來看，潮坪—潟湖亞相龍?zhí)督M含氣性差異大，煤及相鄰的碳質(zhì)頁巖段含氣量較高，氣測曲線形態(tài)為尖峰狀，煤層不發(fā)育的層段則降低明顯，顯示不活躍，淺水混積陸棚和深水陸棚亞相潭二段/吳二段氣測曲線為箱狀，氣測活躍，深水陸棚相實測總含氣量高。

4 川東地區(qū)龍?zhí)督M/吳家坪組頁巖氣勘探潛力

川東地區(qū)龍?zhí)督M/吳家坪組沉積相類型多，頁巖基本特征差異大，不同類型頁巖氣勘探研究的重點有所不同。海陸過渡相潮坪—潟湖亞相龍?zhí)督M主要分布在南充—重慶—綦江一帶，泥頁巖單層厚度較薄，累積厚度大，泥煤組合TOC高、氣測顯示活躍，龍?zhí)督M總生烴強度可達(30～40)×108m3/km2，物質(zhì)基礎(chǔ)條件優(yōu)越。但過渡相龍?zhí)督M儲集空間以黏土礦物相關(guān)孔為主，有機孔不發(fā)育，含水飽和度偏高，黏土含量超過50%，可壓性較差，因此針對川東地區(qū)過渡相龍?zhí)督M應(yīng)加強高黏土頁巖壓裂改造工藝攻關(guān)，實現(xiàn)對塑性地層的規(guī)模體積改造。除頁巖氣外，過渡相龍?zhí)督M煤層氣也具有較大的資源潛力，SY1井、DYS1井龍?zhí)督M縱向上煤層均有分布，煤層累積厚度10 m左右，宏觀煤巖類型以亮煤、半亮煤為主，煤體結(jié)構(gòu)以原生結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)為主，熱演化程度Ro超過2.0%，在四川盆地東南緣埋藏較淺的丁山—桐梓一帶可探索開展煤層氣排采試驗，尋求煤層氣勘探突破。

淺水混積陸棚亞相龍?zhí)督M分布在廣安—涪陵—南川一線，龍?zhí)督M二段以發(fā)育較純的泥巖、頁巖為主，相對于潮坪—潟湖亞相來說，淺水混積陸棚亞相龍?zhí)督M二段除了TOC有所降低外，其他的評價指標(biāo)如有機質(zhì)類型、脆性礦物含量、有機孔發(fā)育程度等均變好，分布面積占四川盆地面積的近三分之一。此外，川東地區(qū)淺水混積陸棚亞相龍?zhí)督M富有機質(zhì)頁巖下伏的下志留統(tǒng)龍馬溪組、中二疊統(tǒng)茅口組一段等大多處于優(yōu)質(zhì)相帶(深水陸棚相和外緩坡相)，具有良好的志留系—二疊系立體勘探潛力。綜合來看，淺水混積陸棚相龍?zhí)督M二段是頁巖氣的新層系、新類型，值得進一步開展勘探研究工作。

深水陸棚相吳家坪組分布在川北的廣元—巴中—梁平以及鄂西渝東—湘鄂西地區(qū)的石柱—利川一帶，縱向上以吳家坪組二段為主要勘探目的層。吳家坪組二段除頁巖厚度有所減薄外，其他的頁巖評價指標(biāo)優(yōu)越，表現(xiàn)在TOC含量高、有機質(zhì)類型好、熱演化程度適中、孔隙度高、有機質(zhì)孔發(fā)育、含氣性好、可壓性較好，頁巖氣成藏地質(zhì)條件與五峰組—龍馬溪組、Barnett、Ohio、Antrim、New Albany等國內(nèi)外典型海相頁巖十分類似，具備形成規(guī)模性頁巖氣賦存的良好地質(zhì)條件[25]。目前在石柱復(fù)向斜埋藏相對較淺的地區(qū)已經(jīng)開展了多口井的部署和鉆探，取得了戰(zhàn)略性的勘探突破，深水陸棚相吳家坪組有望成為四川盆地及周緣二疊系頁巖氣增儲上產(chǎn)重要的接替層系，由于吳家坪組二段鈣質(zhì)含量相對較高，需加強儲層體積壓裂改造工藝攻關(guān)。

5 結(jié)論

(1)川東地區(qū)龍?zhí)督M/吳家坪組主要發(fā)育3種類型富有機質(zhì)泥頁巖，其中海陸過渡相潮坪—潟湖亞相龍?zhí)督M主要分布在南充—重慶—綦江一帶；淺水混積陸棚亞相龍?zhí)督M分布在廣安—涪陵—南川一線；深水陸棚亞相吳家坪組分布在川北的廣元—巴中—梁平以及鄂西渝東—湘鄂西地區(qū)的石柱—利川一帶。

(2)過渡相龍?zhí)督M巖性復(fù)雜，其中與煤相鄰的泥頁巖具有“高TOC、高黏土、高孔隙度、高含氣量”等四高特征，有機質(zhì)類型為Ⅲ型，有機孔主體不發(fā)育，以黏土礦物相關(guān)孔為主；淺水混積陸棚龍?zhí)督M二段TOC中等、黏土含量適中、氣測活躍，有機質(zhì)類型為Ⅱ2-Ⅱ1型，有機孔較發(fā)育；深水陸棚相吳家坪組二段頁巖具有“高TOC、高脆性礦物含量、高孔隙度、高含氣量、高含氣飽和度”等五高特征，有機質(zhì)類型為Ⅱ1型，有機質(zhì)孔普見。

(3)過渡相龍?zhí)督M分布范圍廣，泥頁巖累積厚度大，煤層發(fā)育程度較高，為實現(xiàn)有效動用應(yīng)加大煤系地層壓裂工程工藝攻關(guān)研究，在盆地邊緣埋藏較淺的地區(qū)，加強煤層氣形成條件與排采試驗；淺水混積陸棚相龍?zhí)督M二段，分布面積大，巖性組合與深水陸棚相相似，TOC中等、黏土含量中等，氣測活躍，具有較好的頁巖氣勘探前景；深水陸棚相吳家坪組二段頁巖靜態(tài)評價指標(biāo)優(yōu)越，目前來看是四川盆地二疊系最為現(xiàn)實的頁巖氣勘探層系，但鈣質(zhì)含量相對較高，需加強體積壓裂改造工藝攻關(guān)。

致謝：中國石化勘探分公司、江漢油田分公司、華東油氣分公司等單位為本研究提供了豐富的實物資料和前期研究成果，在此表示衷心感謝。