熊 亮，董曉霞，趙 勇，魏力民，王 同，王 巖

（中國石化西南油氣分公司，四川成都610041）

近年來，隨著頁巖氣勘探理論及技術的不斷進步，四川盆地龍馬溪組已提交探明儲量超過2×1012m3，主要集中在中淺層（埋深小于3 500 m）和超壓區(qū)（地壓系數(shù)大于1.2）。盆緣常壓及盆內(nèi)深層頁巖氣是下一步攻關主要方向。目前的勘探實踐證實，盆內(nèi)深層頁巖氣勘探開發(fā)還存在諸多問題[1-3]。早在2017年，成都地質調(diào)查中心在華鎣山背斜四海山構造高點部署了華地1 井，首次在川東高陡構造帶獲得了頁巖氣流，開辟了四川盆地頁巖氣勘探新領域，對于盆內(nèi)高陡構造帶的勘探具有重要意義[4]。盆內(nèi)華鎣山露頭區(qū)的研究較多[5-6]，但并未系統(tǒng)開展剖面地層、地化、儲層特征研究。通過對華鎣山剖面系統(tǒng)地觀測，開展頁巖氣形成物質基礎研究，理清富有機質頁巖形成的主控因素，以期對下一步的勘探突破提供思路。

1 區(qū)域地質概況

華鎣山三百梯剖面位于四川省廣安市華鎣市溪口鎮(zhèn)覺庵村紅巖煤礦公路北側，距離溪口鎮(zhèn)約3 km，交通便利。屬于丘陵、中低山地貌。由于華鎣山斷裂是自寒武紀以來的繼承性活動帶[7]，華鎣山剖面構造位于川東高陡構造帶華鎣山復式背斜南翼，剖面出露完整，分界清晰，古生物發(fā)育，觀測方便（圖1）。

圖1 四川盆地華鎣山剖面位置Fig.1 Location of stratigraphic section in Mount Huaying,Sichuan Basin

2 剖面地層—沉積特征

該次重點針對五峰組、龍馬溪組巖石組合、沉積環(huán)境等進行研究，實測了華鎣市溪口鎮(zhèn)五峰組—龍馬溪組實測地層剖面，剖面長116.60 m，出露良好，五峰組分為2段，龍馬溪組（未見頂）分為3段（圖2）。

圖2 四川盆地華鎣山五峰組—龍馬溪組實測地層剖面Fig.2 Actual stratigraphic section of Wufeng-Longmaxi Formation in Mount Huaying,Sichuan Basin

五峰組根據(jù)巖性和古生物特征可劃分為2段：

五峰組一段(層3—層6)：對應凱迪階（447.62～445.16 Ma），黑色碳質頁巖夾硅質巖（圖3a—圖3c），局部見5 層斑脫巖。底界與臨湘組灰色泥質灰?guī)r整合接觸，頂界與觀音橋段整合接觸，厚5.21 m，沉積速率2.11 m/Ma。硅質礦物63.35 %，黏土礦物35.07%，碳酸鹽礦物0.37%。筆石動物群豐富，以叉筆石屬Dicellograptus Hopkinson為常見（圖3d）。在五峰組層2 開始可觀察到WF2-WF4 筆石帶，見裝飾叉筆 石Dicellograptus ornatus，標準棠埡筆石Tangyagraptus typicusMu，短縮直管筆石Rectograptusabbreviatus，在巖石薄片中可觀察到巖石發(fā)育大量構造微裂縫，并被硅質充填（圖3e）。整體表現(xiàn)為深水陸棚相黏土質硅質頁巖，頁理發(fā)育，表現(xiàn)為靜水沉積環(huán)境，有機質富集，硅質以生物成因的微晶石英為主。

圖3 五峰組—龍馬溪組剖面巖石及化石特征Fig.3 Features of rocks and fossil of stratigraphic section of Wufeng-Longmaxi Formation

五峰組二段（即觀音橋段，層7）：對應赫南特階下部（445.16～444.43 Ma），灰色含介殼粉砂巖（圖3f、圖3g），頂界與龍馬溪組呈整合接觸，厚0.37 m，沉積速率0.5 m/Ma。硅質礦物含量90.2%，黏土礦物含量8.9 %，碳酸鹽礦物含量0.4 %。見少量赫南特貝Hirnantia。整體為深水陸棚相粉砂巖，硅質以石英粉砂為主，碳酸鹽礦物含量低，反映受全球冰川作用的影響，水體相對較淺并受底流作用影響；赫南特貝零星可見，為異地搬運沉積特征（圖3h）。觀音橋段的巖性變化可能是微古地貌變化的沉積響應，不同區(qū)域觀音橋段巖性及展布特征略有差異[8]，涪陵地區(qū)為灰黑色鈣質硅質頁巖、介殼硅質頁巖，厚20～30 cm[9]，貴州地區(qū)為介殼灰?guī)r與生物碎屑灰?guī)r，厚7.4 m[10]。

龍馬溪組根據(jù)巖性和筆石特征可劃分3段：

龍一段（層8—層16）：對應赫南特階上部—埃隆階下部（444.43～438.76±Ma），黑色碳質頁巖夾粉砂質頁巖，局部見2 層斑脫巖。頂界與龍二段整合接觸，厚9.23 m，沉積速率1.63 m/Ma。頁理發(fā)育（圖3i—圖3l），由下至上顏色逐漸變淺。硅質礦物55.33%，黏土礦物41.78%，碳酸鹽礦物0.55%。筆石大量富集（圖3m），見雕刻雕筆石Persculptograptus persculptus（Elles and Wood），祖先祖筆石Avitograpusavitus（Davies），適度新雙筆石Neodiplograptusmodestus（Lapworth），曲背冠筆石Coronograptus cyphus（Lapworth），三角半耙筆石Demirastrites triangulatus（Harkness），盤旋喇叭筆石Lituigraptus convolutus（Hisinger），葉狀花瓣筆石Petalolithus folium（Hisinger），規(guī)則鋸筆石Pristiograptus regularis（Tornquist），賽式具刺單筆石Stimulograptus sedgwickii（Portlock）。層8 首現(xiàn)LM1，層11 首現(xiàn)LM5，層14 首現(xiàn)LM6，層15 首現(xiàn)LM7，可作為區(qū)域上地層等時對比的依據(jù)。整體為深水陸棚相黏土質硅質頁巖，有機質富集，為強還原靜水環(huán)境，與鄰區(qū)焦石壩、永川相比，龍一段厚度明顯減薄，黏土礦物增加，硅質礦物減少，遠源陸源碎屑注入具有一定影響。

龍二段（層17—層19）：對應埃隆階上部（438.76±～438.49 Ma）灰黑色—深灰色粉砂質頁巖（圖3n），頁理發(fā)育，粉砂含量增加，頂界與龍二段整合接觸，厚度20.47 m，沉積速率74.81 m/Ma。硅質礦物43.87 %，黏土礦物53.74 %，碳酸鹽礦物0.63 %。風化嚴重，筆石偶見，見不規(guī)則假絞筆石Pseudoplegmatograptus irregularisChen（sp.nov.）。整體為半深水陸棚相粉砂質頁巖，由龍一段強還原色黑色變?yōu)檠趸€原色灰色，粉砂顆粒增加，明顯受陸源碎屑注入的影響，具有深水陸棚向淺水陸棚過渡特征。

龍三段（層20—層26）：對應特列奇階，灰色、灰綠色頁巖、粉砂質頁巖夾粉砂質條帶（圖3o、圖3p），由于大量植被覆蓋，未見頂，厚33.2 m。由下而上，顏色由灰色漸變?yōu)榛揖G色，頁巖頁理逐漸減弱，黏土逐漸遞增。硅質礦物40.3 %，黏土礦物57.17 %，碳酸鹽礦物0.63 %，筆石發(fā)育較少，見平坦扭口筆石Torquigraptus planus。整體為淺水陸棚相粉砂質頁巖，氧化色灰綠色出現(xiàn)，粉砂顆粒間歇性增加，陸源碎屑注入量增加，有機質明顯降低，表現(xiàn)為充氧淺水特征。剖面自下而上描述見表1、圖4。

圖4 四川盆地華鎣山溪口鎮(zhèn)三百梯五峰組—龍馬溪組剖面綜合柱狀Fig.4 Comprehensive column of Wufeng-Longmaxi Member of Sanbaiti section in Mount Huaying,Sichuan Basin

表1 華鎣山三百梯剖面實測記錄Table 1 Measured record of Sanbaiti section in Mount Huaying

3 剖面地化特征

根據(jù)50個剖面樣品及76個XRF（X射線熒光）點測數(shù)據(jù)分析有機質豐度、成熟度、氧化還原環(huán)境、陸源碎屑注入等特征。

五峰組—龍一段TOC逐漸升高，為0.40 %～11.45%，平均值3.71%。龍二段—龍三段TOC快速降低為0.11 %～1.6 %，平均值0.73 %。熱解峰溫Tmax 用于判斷成熟度，486～530 ℃，平均值520 ℃，屬于過成熟階段。

從各類地化指標來看，Th、U 為氧化還原敏感元素，Zr/Al、Ti/Al 越高，反映陸源碎屑注入量越大。富有機質頁巖生物成因硅造成Si/Al 較陸源成因硅偏高，Sibio（生物硅）偏高[11-12]。五峰組—龍一段總體Th/U＜2，為強還原環(huán)境，Ti/Al、Zr/Al 值較低，陸源注入量較少，Si/Al值相對較高，硅質來源具有生物成因特征，有機質較為富集。龍二段—龍三段Th/U 值介于2～7，Ti/Al、Zr/Al 值相對五峰組—龍一段逐漸增大，龍二段Si/Al值在五峰組—龍一段基值區(qū)擺動，龍三段Si/Al降至最低。由下至上反映了沉積環(huán)境由還原向氧化過渡的特征，生物硅質環(huán)境遭受破壞，陸源碎屑注入量增加，有機質豐度呈下降趨勢（圖5）。

圖5 地化特征統(tǒng)計參數(shù)Fig.5 Statistical parameters of geochemical features

4 剖面儲層特征

4.1 儲集空間類型

基于氬離子拋光掃描電鏡觀察，剖面富有機質頁巖儲集空間類型與井下樣品一致，可歸納為有機孔、無機孔和微裂縫3大類。

富有機質頁巖填隙狀有機質較多見，其中普遍發(fā)育豐富的有機質納米孔隙，為主要孔隙類型，其中以孔徑幾十納米以下孔隙為主（圖6a、圖6b）。長石顆粒溶蝕孔洞與粒緣孔縫、黏土礦物伊利石層間孔隙發(fā)育較好，見較顯著的綠泥石與黃鐵礦晶間孔，有一定連通性，為次要孔隙類型（圖6c—圖6f）。

圖6 四川盆地華鎣山頁巖發(fā)育的孔隙類型Fig.6 Pores with developed shale in Mount Huaying,Sichuan Basin

4.2 孔隙結構

在低溫氮氣吸附曲線中，五峰組吸附量集中在低壓區(qū)—中壓區(qū)，當相對壓力接近1，吸附量略有增加（圖7a）。反映中孔（0.028 08 cm3/g）及大孔（0.004 90 cm3/g）為主，少量微孔（0.001 69 cm3/g）（圖7b）。吸附回環(huán)為H2（b）與H3 型的復合特征，對應細頸墨水瓶孔為主，少量狹縫形孔。

龍馬溪組吸附量同樣集中在低壓區(qū)—中壓區(qū)，當相對壓力接近1，吸附量略有增加（圖7c）。反映微孔（0.001 4 cm3/g）及中孔（0.018 97 cm3/g）為主，大孔少量（0.001 93 cm3/g）（圖7d）。吸附回環(huán)為H2（b）H4型，對應墨水瓶孔為主，少量狹縫形孔。

圖7 五峰組—龍馬溪組吸脫附曲線特征及孔徑分布Fig.7 Characteristics of adsorption-desorption curve and pore size distribution of Wufeng-Longmaxi Formation

5 討論

大量勘探開發(fā)實踐表明，五峰組—龍馬溪組頁巖氣富集高產(chǎn)區(qū)通常為厚度大的深水陸棚相，裝飾叉筆石Dicellograptus ornatus帶至三角半耙筆石Demirastrites triangulatus帶（WF2-LM6 筆石帶），并且該段頁巖儲層品質好，具有沉積速率低、有機質類型好、TOC含量高、脆性好等特點[13]。因此，利用華鎣山剖面的基礎數(shù)據(jù)結合區(qū)域資料對比研究，從富有機質頁巖厚度及儲層品質兩方面探討對下一步勘探的啟示。

5.1 古地貌影響富有機質頁巖沉積厚度

以筆石帶作為地層時間刻度標尺，WF2-LM6 筆石帶為有機質頁巖氣富集有利層位[14-15]，可作為一套目標層系，區(qū)域上可據(jù)此進行儲層對比，優(yōu)選有利勘探區(qū)。

五峰組—龍馬溪組沉積期微古地貌特征是影響頁巖地化指標和儲層各項基本參數(shù)的根本原因。通常根據(jù)觀音橋段的巖性、厚度、筆石帶等刻畫微古地貌[16]。對比華鎣山與威遠、永川、焦石壩筆石帶WF2-LM6 的厚度變化及觀音橋段的巖性變化，分析華鎣山地區(qū)古地貌特征。

近期勘探成果表明，WY1 井WF3-WF4 缺失，WF2 LM1-LM6 厚度僅為12.91 m；WY11 井WF2-LM6 筆石帶發(fā)育齊全厚度為18.48 m，優(yōu)質儲層厚度明顯增加，產(chǎn)能大于WY1 井。華鎣山剖面盡管WF2-LM9 筆石帶發(fā)育齊全，但WF2-LM6 頁巖厚度較?。?2.21 m），相比永川地區(qū)YY1 井WF2-LM6 厚44.24 m、涪陵地區(qū)JY1 井WF2-LM6 厚67.83 m，華鎣山剖面厚度明顯較薄（圖8）。

圖8 川南地區(qū)筆石帶連井對比Fig.8 Comparison of graptolite biozone cross wells in southern Sichuan

觀音橋段的巖性變化通常是微古地貌變化的沉積響應[16]。涪陵地區(qū)觀音橋段為鈣質硅質頁巖、硅質鈣質頁巖、永川地區(qū)、威遠地區(qū)觀音橋段為介殼灰?guī)r。而華鎣山地區(qū)較為特殊，觀音橋段為含介殼粉砂巖，粉砂含量較高，Th/U 為0.84，Zr/Al為0.009，反映了強還原、陸源碎屑注入較少深水環(huán)境。觀音橋段上下相鄰層發(fā)現(xiàn)大量筆石定向排列反映了底流作用的影響。

因此，綜合WF2-LM6 厚度減薄及觀音橋段巖性變化的特征認為華鎣山地區(qū)存在水下高地，受底流作用較強，影響了優(yōu)質頁巖沉積厚度，物質基礎略差。從該剖面的古地貌分析結果來看，盡管區(qū)域上川南地區(qū)均位于深水陸棚相帶，但局部微古地貌對于頁巖氣形成的物質基礎具有重要的影響。因此，微古地貌刻畫為下一步龍馬溪組勘探提供思路。

5.2 火山作用、物源供給、還原環(huán)境共同控制頁巖儲層品質

筆石帶標定地層具有年代學意義，可以反映等時地層格架下的沉積演化。WF2-LM6 認為是川南五峰組—龍馬溪組優(yōu)質頁巖發(fā)育期。因此，對比華鎣山剖面縱向上筆石帶WF2-LM6 與LM7-LM9（剖面頂）的地化、礦物、儲層參數(shù)等，發(fā)現(xiàn)WF2-LM6 對應斑脫巖發(fā)育密集段，TOC為0.55%～11.54%，平均值3.94 %，Th/U 為0.46～3.67，平均值1.17，Zr/Al 為0.003～0.008，平均值為0.005，Si/Al 為2.48～22.47，平均值為5.5，Ti/Al 為0～0.053，平均值為0.008。LM7-LM9 未見斑脫巖，TOC為0.21%～2.99%，平均值為1.12%，Th/U 為0.46～3.67，平均值為3.48，Zr/Al為0～0.029，平均值為0.007，Si/Al 為2.51～5.83 平均值為4.11，Ti/Al 為0～0.061 8，平均值為0.032。二者比較，WF2-LM6 地化指標Th/U 小于2，Ti/Al、Zr/Al 值較低，Babio、Sibio、Si/Al 值相對較高，反映為強還原環(huán)境，陸源注入量較少，硅質礦物具有生物成因特征，有機質較為富集（表2），儲集空間以中孔為主，大孔、微孔發(fā)育。鄰井華地1 井WF2-LM6 的Babio等參數(shù)也不斷升高，反映華鎣山地區(qū)高古生產(chǎn)力的特征。綜合分析認為火山灰與上升流為海水提供了豐富的營養(yǎng)物質，同時廣泛分布可對比的火山灰隔絕陽光及氧氣，形成強還原環(huán)境，造成大量生物死亡并落入海底增加有機質埋藏，同時低沉積速率（1.63～2.11 m/Ma）凝縮沉積易于形成高TOC、高脆性的優(yōu)質頁巖儲層。

表2 四川盆地華鎣山剖面WF2-LM6與LM7-LM9（剖面頂）地化、儲層參數(shù)對比Table 2 Comparison of geochemical and reservoir parameters between section WF2-LM6 and section LM7-LM9（top）in Mount Huaying,Sichuan Basin

6 結論

1）華鎣山剖面出露良好，五峰組至龍馬溪組底部頁巖地層齊全，五峰組分為2 段，龍馬溪組（未見頂）分為3 段，WF2-LM9 筆石帶發(fā)育齊全，由下至上反映了沉積環(huán)境由還原向氧化過渡的特征，生物硅質環(huán)境遭受破壞，陸源碎屑注入量增加，有機質豐度呈下降趨勢。五峰組—龍一段有機質較為富集，脆性礦物含量高，儲集空間以中孔為主，大孔、微孔發(fā)育，孔隙結構以墨水瓶孔為主，少量狹縫形孔。

2）華鎣山剖面WF2-LM6 筆石帶對應的優(yōu)質頁巖段厚度較永川、涪陵地區(qū)明顯減薄，觀音橋段巖性與其它地區(qū)不同，為含介殼粉砂巖。綜合反映該地區(qū)沉積時位于局部微古地貌高地，受底流作用影響，粉砂質含量較高。因此，微古地貌對于頁巖氣形成的物質基礎具有重要的影響，可為下一步龍馬溪組選區(qū)評價提供思路。

3）華鎣山剖面五峰組—龍一段富有機質頁巖儲層厚度主要受控于微古地貌特征，儲層品質主要受火山作用、物源供給、沉積環(huán)境共同作用。