劉忠寶 胡宗全 劉光祥 李 鵬 李 雄 劉晧天 周 林 王鵬威 路 菁

1.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院 3.中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

四川盆地東部（以下簡稱川東）涪陵地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組已建成海相頁巖氣國家級(jí)示范區(qū)，但隨著勘探開發(fā)不斷深入，持續(xù)增儲(chǔ)上產(chǎn)面臨著較大的壓力，急需尋找新層系進(jìn)行頁巖油氣資源戰(zhàn)略接替[1-3]。在2012年五峰組—龍馬溪組海相頁巖氣勘探獲得突破之前，中國石化在川東涪陵北部地區(qū)（現(xiàn)今稱為復(fù)興地區(qū)）已實(shí)施陸相頁巖氣井鉆探及相關(guān)研究工作，揭示了下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段與大安寨段發(fā)育半深湖相富有機(jī)質(zhì)頁巖，但當(dāng)時(shí)的油氣測試主要以大安寨段為主，其中XL101井大安寨段介殼石灰?guī)r測試日產(chǎn)氣量為11.00×104m3、日產(chǎn)油量為54.0 t，F(xiàn)YHF-1井大安寨段頁巖測試日產(chǎn)氣量為1.73×104m3[4-6]。近年來，中國石油在川中龍崗地區(qū)LQ2井大安寨段頁巖測試日產(chǎn)氣量為0.27×104m3，殼牌公司在川中秋林構(gòu)造QL19井大安寨段頁巖直井壓裂測試日產(chǎn)氣量為0.15×104m3、日產(chǎn)油量介于2.3～4.1 t[7]。早期對(duì)于四川盆地自流井組東岳廟段與大安寨段頁巖油氣的研究已取得了一些認(rèn)識(shí)，認(rèn)為頁巖烴源與儲(chǔ)集條件較好，總有機(jī)碳含量（TOC）介于0.5%～2.0%，平均值大于1.0%，有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）介于1.3%～1.8%，處于高成熟演化階段；頁巖孔隙度介于2.0%～8.0%，平均值介于4.0%～5.0%，儲(chǔ)集物性較好，以油氣同產(chǎn)為特征[4,6-11]。

近年來，前人針對(duì)四川盆地自流井組陸相頁巖巖相識(shí)別與劃分[12-13]、地質(zhì)特征與資源潛力[14-15]、儲(chǔ)層孔隙特征等[16-20]開展了較深入的研究，認(rèn)為陸相頁巖氣儲(chǔ)集空間孔隙以無機(jī)孔與微裂縫為主，有機(jī)質(zhì)孔欠發(fā)育，頁巖巖相類型對(duì)烴源巖品質(zhì)、儲(chǔ)層孔隙特征及物性有一定影響。但是，針對(duì)同一富有機(jī)質(zhì)頁巖層段縱向上巖相、烴源及儲(chǔ)集特征的差異性精細(xì)研究較少，如何評(píng)價(jià)優(yōu)選頁巖油氣富集有利層段，確定水平井最佳穿行靶窗，仍是制約陸相頁巖油氣勘探開發(fā)的瓶頸問題。2020年，中國石化在川東復(fù)興地區(qū)部署實(shí)施的FY10井在東岳廟段壓裂測試日產(chǎn)氣量為 5.57×104m3、日產(chǎn)油量為 17.6 m3，取得川東復(fù)興地區(qū)陸相油氣勘探的重大突破[21]。FY10井東岳廟段全取心，為開展陸相頁巖油氣發(fā)育地質(zhì)特征及選層評(píng)價(jià)研究提供了資料基礎(chǔ)。為了探索陸相頁巖油氣源—儲(chǔ)配置特征及選層評(píng)價(jià)方法，筆者以FY10井東岳廟段為研究對(duì)象，在巖心觀察描述的基礎(chǔ)上，綜合采用巖石薄片、全巖礦物X射線衍射、有機(jī)巖石學(xué)、干酪根碳同位素、氬離子拋光—掃描電鏡及孔隙度測試等多種分析測試方法，以小層為單元開展了巖相、烴源及儲(chǔ)集特征精細(xì)表征，并基于頁巖層段源—儲(chǔ)匹配關(guān)系，探索性建立了陸相頁巖油氣富集層段定性—定量評(píng)價(jià)方法，以期明確川東復(fù)興地區(qū)東岳廟段縱向上頁巖油氣富集條件的差異，優(yōu)選頁巖油氣富集有利層段，為水平井鉆井穿行目的層段提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于四川盆地東部高陡褶皺帶，主體區(qū)位于梁平、拔山寺、大堡場3個(gè)向斜區(qū)，被大池干、茍家場、黃泥塘及明月峽4個(gè)背斜帶所夾持，構(gòu)造呈北東向展布，呈現(xiàn)“四隆三凹”構(gòu)造特征（圖1），拔山寺向斜與梁平向斜主體區(qū)地層整體平緩。自流井組主要為河流—三角洲—湖泊相沉積體系，自下而上發(fā)育珍珠沖段、東岳廟段、馬鞍山段及大安寨段4個(gè)巖性段。在對(duì)應(yīng)的4個(gè)沉積時(shí)期，四川盆地構(gòu)造動(dòng)力學(xué)環(huán)境經(jīng)歷了強(qiáng)、弱伸展的交替變化，其中東岳廟段沉積期、大安寨段沉積期為弱伸展期，盆緣造山作用相對(duì)弱，盆地沉降速率大于陸源碎屑堆積速率，盆地范圍內(nèi)廣泛發(fā)育淺湖—半深湖相暗色頁巖[22]。川東復(fù)興地區(qū)東岳廟段沉積期整體處于湖盆沉積中心，具有暗色頁巖厚度較大、有機(jī)質(zhì)豐度較高的特點(diǎn)，自下而上可劃分為3個(gè)亞段、7個(gè)小層，其中富有機(jī)質(zhì)頁巖主要發(fā)育在東一亞段（①—④小層），厚度介于22～30 m，平面分布穩(wěn)定（圖1）。

圖1 川東地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨皷|岳廟段地層柱狀圖

2 頁巖巖相類型及縱向發(fā)育特征

2.1 頁巖巖相類型及特征

FY10井東一亞段（①—④小層）頁巖黏土礦物含量介于43.2%～71.8%，平均值為58.9%；石英含量介于14.4%～34.6%，平均值為24.2%；碳酸鹽礦物含量介于0～35.9%，平均值為10.7%，4個(gè)小層的3類主要礦物含量基本相當(dāng)；東三亞段（⑥—⑦小層）黏土礦物含量平均值為57.5%，石英含量平均值為29.2%，碳酸鹽礦物含量平均值為10.2%，⑥與⑦小層相比黏土礦物含量略高，碳酸鹽礦物含量略低，石英含量基本相當(dāng)；東二亞段（⑤小層）與東一、三亞段各小層相比，明顯具有碳酸鹽礦物含量高（最高可達(dá)45.3%）、黏土礦物含量低的特點(diǎn)。采用筆者建立的全巖礦物分區(qū)—TOC分級(jí)—礦物結(jié)構(gòu)與沉積構(gòu)造修正與完善的陸相頁巖巖相劃分方案[12]，川東復(fù)興地區(qū)FY10井東一亞段主要發(fā)育中碳—高碳黏土質(zhì)頁巖、中碳介殼紋層狀黏土質(zhì)頁巖，局部發(fā)育中碳介殼灰質(zhì)頁巖（圖2）；東二亞段主要為低碳—中碳粉晶灰質(zhì)泥巖，巖性致密，區(qū)域上厚度較薄（3～5 m），東三亞段主要為大套連續(xù)發(fā)育的低碳黏土質(zhì)頁巖，巖性較為疏松。

2.2 頁巖層系縱向巖相及組合特征

在巖心觀察描述與頁巖巖相類型識(shí)別的基礎(chǔ)上，對(duì)FY10井東岳廟段縱向上巖相及組合類型進(jìn)行了劃分。自下而上，東一亞段①小層主要發(fā)育中碳介殼灰質(zhì)黏土質(zhì)頁巖、斷續(xù)介殼紋層狀黏土質(zhì)頁巖夾黏土質(zhì)頁巖、泥質(zhì)介殼石灰?guī)r，介殼紋層及薄層數(shù)量可達(dá)135條；東一亞段②小層中下部主要發(fā)育中碳介殼紋層狀黏土質(zhì)頁巖夾高碳黏土質(zhì)頁巖，上部以中碳黏土質(zhì)頁巖夾泥質(zhì)介殼石灰?guī)r為主，介殼紋層及薄層數(shù)量最多，可達(dá)242條；東一亞段③小層以發(fā)育中碳黏土質(zhì)頁巖夾介殼紋層狀黏土質(zhì)頁巖、泥質(zhì)介殼石灰?guī)r為主，介殼紋層及薄層共48條，頂部發(fā)育累計(jì)厚度約40 cm的介殼石灰?guī)r層；東一亞段④小層下部主要發(fā)育中碳黏土質(zhì)頁巖夾介殼紋層狀黏土質(zhì)頁巖，上部以高碳黏土質(zhì)頁巖夾介殼紋層黏土質(zhì)頁巖為主，介殼紋層及薄層共88條；東二亞段⑤小層以發(fā)育低碳—中碳粉晶灰質(zhì)泥巖為主（圖2）。整體而言，東一亞段①—②小層中下部頁巖顏色略淺，且底部頁巖中含少量粉砂，介殼紋層及薄層發(fā)育數(shù)量明顯較多，而②小層上部—④小層，顏色變深，介殼紋層及薄層數(shù)量相對(duì)變少，東二亞段⑤小層為低碳—中碳粉晶灰質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉晶石灰?guī)r，東三亞段⑥—⑦小層為大套連續(xù)含碳—低碳黏土質(zhì)頁巖，自下而上反映出沉積水體由淺變深又變淺的沉積演化過程。頁巖巖相類型、介殼紋層、頁理及TOC等綜合分析認(rèn)為，②小層上部—④小層為有利頁巖巖相層段，其中④小層頁巖TOC最高。

圖2 川東復(fù)興地區(qū)FY10井東岳廟段巖相及組合綜合柱狀圖

3 頁巖烴源特征

為了查明川東復(fù)興地區(qū)東岳廟段頁巖烴源特征，開展了FY10井東岳廟段頁巖TOC、巖石熱解、有機(jī)巖石學(xué)及干酪根碳同位素等多項(xiàng)有機(jī)地球化學(xué)測試分析。分析結(jié)果表明，各小層平均TOC均大于1.50%，以④小層最高，平均值為2.04%，鏡質(zhì)體反射率（Ro）為1.56%，已進(jìn)入高成熟演化階段。頁巖有機(jī)顯微組分鑒定顯示，各個(gè)小層普遍發(fā)育鏡質(zhì)體與絲質(zhì)體，固體瀝青以③、④小層最為發(fā)育，東一亞段頁巖層段縱向上有機(jī)質(zhì)類型發(fā)生4次頻繁變化，自下而上依次為腐殖型—偏腐殖混合型—偏腐泥混合型—偏腐殖混合型。綜合分析認(rèn)為，東一亞段③與④小層生烴潛力最好。

3.1 有機(jī)質(zhì)豐度與成熟度

川東復(fù)興地區(qū)東岳廟段頁巖TOC介于0.50%～1.00%、1.00%～2.00%兩個(gè)區(qū)間，平均值為1.37%，TOC＞2.00%的樣品數(shù)較少，占比僅為11%。FY10井東岳廟段頁巖TOC平均值大小依次為東一亞段（①—④小層）＞東二亞段（⑤小層）＞東三亞段（⑥、⑦小層）[23]，東一亞段各小層TOC平均值均大于1.50%，其中以④小層TOC最高，最大值為4.04%，平均值為2.04%，其次為③小層，最大值為3.13%，平均值為1.67%（圖3）。

圖3 FY10井東岳廟段各小層頁巖TOC分布圖

巖石熱解烴包括吸附烴（S1）和熱解烴（S2），是判別烴源巖優(yōu)劣的直接指標(biāo)，其大小取決于巖石有機(jī)質(zhì)的豐度和類型。FY10井東岳廟段各小層生烴潛量分析對(duì)比顯示，④小層生烴潛量最高，最大值可達(dá)5.76 mg/g，平均值為 2.59 mg/g，為中等烴源巖；①、②、③、⑤小層的生烴潛量平均值介于1.50～2.00 mg/g，生烴能力較④小層略差，但其內(nèi)部均有個(gè)別樣品生烴潛量大于2.00 mg/g，⑥、⑦小層生烴潛量低，平均值小于 1.00 mg/g。

由于S1反映的輕烴組分易于損失，影響其代表性。因此，進(jìn)一步對(duì)各小層S2進(jìn)行單一的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，S2介于0.42～3.80 mg/g。其中①—④小層S2平均值均大于1.00 mg/g，為中等—好烴源巖。⑤—⑦小層S2平均值小于1.00 mg/g，屬于一般烴源巖。FY10井東岳廟段頁巖巖心樣品TOC和S2具有較好的正相關(guān)關(guān)系（圖4），隨著TOC的增加，S2具有相應(yīng)增大的趨勢。②、③、④小層頁巖可以達(dá)到好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 FY10井東岳廟段各小層TOC與S2關(guān)系圖

FY10井東岳廟段頁巖（N=6）干酪根Ro介于1.32%～1.82%，平均值為1.56%；巖石熱解（N=53）最高熱解峰溫（Tmax）介于458～483 ℃，平均值為477 ℃，Ro與Tmax均反映東岳廟段頁巖已進(jìn)入高成熟演化階段，以生氣為主。

3.2 有機(jī)顯微組分與有機(jī)質(zhì)類型

有機(jī)質(zhì)類型是評(píng)價(jià)頁巖生烴潛力最重要的指標(biāo)之一。全巖光片有機(jī)顯微組分分析在有機(jī)質(zhì)生烴母質(zhì)組分研究方面具有快速、直觀的優(yōu)點(diǎn)；干酪根鏡檢能識(shí)別生源物質(zhì)及某些生物殘?bào)w的蝕變結(jié)構(gòu)，可判別某些衍生干酪根的原始母質(zhì)來源[24-25]。為了查明東岳廟段富有機(jī)質(zhì)頁巖有機(jī)顯微組分發(fā)育特征，針對(duì)FY10井東一亞段富有機(jī)質(zhì)頁巖開展全巖光片與干酪根鏡檢分析。干酪根鏡檢表明，顯微組分以殼質(zhì)組（腐殖無定形體）、鏡質(zhì)組（結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、正常鏡質(zhì)體）及惰質(zhì)組（絲質(zhì)體）為主，其中殼質(zhì)組含量介于25%～68%，平均值為46%；鏡質(zhì)組含量介于28%～66%，平均值為47%；惰質(zhì)組含量介于4%～15%，平均值為7%。基于類型指數(shù)的有機(jī)質(zhì)類型判識(shí)顯示，東一亞段③與④小層頁巖以混合型為主，①與②小層以腐殖型為主。全巖光片鑒定顯示東一亞段頁巖中鏡質(zhì)體、絲質(zhì)體、固體瀝青及微粒體均有發(fā)育，其中鏡質(zhì)體、絲質(zhì)體發(fā)育最為普遍，但固體瀝青在不同小層的發(fā)育程度存在差異。從東一亞段4個(gè)小層的對(duì)比分析來看，③、④小層頁巖較①、②小層頁巖中固體瀝青和微粒體含量明顯增多，固體瀝青個(gè)體也明顯變大，反映出東一亞段頁巖自下而上具有類型變好、生油氣能力增強(qiáng)的特點(diǎn)（圖5），這與干酪根鏡檢對(duì)有機(jī)顯微組分與有機(jī)質(zhì)類型的分析結(jié)果基本一致。

圖5 FY10井東一亞段②與④小層典型頁巖有機(jī)顯微組分特征圖

依據(jù)上述頁巖全巖光片與干酪根鏡檢有機(jī)顯微組分分析，已基本明確了東一亞段頁巖有機(jī)質(zhì)類型以混合型、腐殖型為主，為了精確厘定東一亞段各個(gè)小層頁巖有機(jī)質(zhì)類型縱向上的差異及變化規(guī)律，針對(duì)東一亞段①—④小層頁巖按巖性差異進(jìn)一步開展了干酪根碳同位素測定分析，并依據(jù)3類4分法劃分有機(jī)質(zhì)類型，研究發(fā)現(xiàn)東一亞段28 m厚的頁巖層段內(nèi)有機(jī)質(zhì)類型發(fā)生4次頻繁變化，自下而上依次為腐殖型—偏腐殖混合型—偏腐泥混合型—偏腐殖混合型（圖6）。整體而言，東一亞段自下而上頁巖干酪根碳同位素變輕趨勢明顯，指示有機(jī)質(zhì)類型變好，這與上述各小層全巖光片有機(jī)質(zhì)顯微組分的分析結(jié)果具較好的一致性。從生烴的角度來看，有機(jī)質(zhì)類型越好，生油氣能力越強(qiáng)，在頁巖TOC相差不大的情況下，有機(jī)質(zhì)類型的差異對(duì)于深入認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)各個(gè)小層生烴潛力及優(yōu)選有利層段至關(guān)重要。

圖6 FY10井東一亞段①—④小層頁巖有機(jī)質(zhì)類型分布圖

4 頁巖儲(chǔ)集特征

頁巖儲(chǔ)集性能是評(píng)價(jià)頁巖含油氣潛力的關(guān)鍵因素之一。FY10井東岳廟段頁巖氬離子拋光—掃描電鏡鑒定及物性測試分析表明，東一亞段富有機(jī)質(zhì)頁巖儲(chǔ)集物性較好，與東二、三亞段頁巖相比，頁巖中有機(jī)質(zhì)孔相對(duì)較發(fā)育，尤其是③與④小層頁巖中有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育最好，是頁巖油氣儲(chǔ)集有利層段。

4.1 頁巖物性特征

FY10井東岳廟段頁巖巖心孔隙度測試表明，東一亞段頁巖除①小層平均孔隙度略低外，②—④小層頁巖孔隙度平均值均大于5.00%，其中④小層最大，其次為③小層；東二亞段⑤小層粉晶灰質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉晶石灰?guī)r，巖性致密，孔隙度最低，平均值僅為3.84%；東三亞段⑥與⑦小層孔隙度較高，平均值大于5.00%，其中⑥小層平均孔隙度可達(dá)6.98%（圖7）。整體來看，東岳廟段3個(gè)亞段，自下而上孔隙度具有高—低—高3段式特點(diǎn)。其中東一亞段具有TOC較高（平均值大于1.50%）、頁理較發(fā)育、滲透性好（平均值為0.28 mD）的特點(diǎn)[23]；東三亞段頁巖TOC最低（平均值為0.60%）、頁理欠發(fā)育，不利于頁巖油氣富集。

圖7 FY10井東岳廟段各小層頁巖孔隙度分布圖

4.2 頁巖孔隙類型及特征

川東復(fù)興地區(qū)東岳廟段頁巖氬離子拋光—掃描電鏡觀察與鑒定發(fā)現(xiàn)，頁巖中無機(jī)礦物質(zhì)孔、有機(jī)質(zhì)孔及微裂縫均有發(fā)育，其中以無機(jī)礦物質(zhì)孔為主，有機(jī)質(zhì)孔為輔，局部發(fā)育微裂縫[26]。無機(jī)礦物質(zhì)孔主要為黏土礦物層間孔、方解石溶蝕孔；有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育與有機(jī)顯微組分關(guān)系密切，固體瀝青內(nèi)普遍發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔。

4.2.1 無機(jī)礦物質(zhì)孔

東岳廟段頁巖無機(jī)礦物質(zhì)孔主要有兩種類型：一是黏土礦物層間孔，這類孔隙發(fā)育最為普遍，以壓實(shí)殘余孔隙為主，部分為黏土礦物轉(zhuǎn)化或成巖收縮成因；二是方解石溶蝕孔，沿顆粒邊緣溶蝕、粒內(nèi)溶蝕均有發(fā)育。

黏土礦物層間孔：FY10井東岳廟段黏土礦物平均含量大于55%，黏土礦物類型主要以伊/蒙混層、伊利石為主。氬離子拋光—掃描電鏡下頁巖中普遍發(fā)育黏土礦物層間孔（圖8-a），孔隙呈狹縫形、線狀，長短不一，主要發(fā)育于伊利石片層間、伊利石與剛性礦物顆粒間，片狀黏土礦物受壓實(shí)作用影響，具明顯壓彎現(xiàn)象（圖8-b），部分相對(duì)較大的黏土礦物層間孔中可見暗色有機(jī)質(zhì)充填。

圖8 FY10井東岳廟段頁巖無機(jī)孔發(fā)育特征照片

方解石溶蝕孔：FY10井東一亞段②與④小層、東二亞段⑤小層及東三亞段⑥小層個(gè)別頁巖樣品中不同程度的發(fā)育方解石溶蝕孔，方解石以晶粒狀結(jié)構(gòu)為主，溶蝕孔有3種發(fā)育形態(tài)：一是方解石粒緣溶蝕孔，溶蝕部位在方解石顆粒邊緣，形態(tài)不規(guī)則，見于④小層局部（圖8-c）；二是方解石粒內(nèi)溶蝕大孔，孔隙內(nèi)可見片狀黏土礦物、溶蝕殘余方解石顆粒，見于②小層中部（圖8-d）；三是方解石粒內(nèi)溶蝕針孔，孔隙明顯小于前者，局部放大后，仍可見被暗色有機(jī)質(zhì)充填或未充填的不均一現(xiàn)象，⑤與⑥小層局部層段中均可見該類溶蝕孔發(fā)育（圖8-e、f）。方解石相關(guān)溶蝕孔的形成，可能主要與生烴過程中有機(jī)質(zhì)排酸溶蝕有關(guān)，但部分方解石粒內(nèi)針孔是否為方解石組構(gòu)孔，目前仍較難判識(shí)。

4.2.2 有機(jī)質(zhì)孔

有機(jī)質(zhì)孔是頁巖的重要儲(chǔ)集空間類型，其發(fā)育程度是頁巖氣富集的關(guān)鍵[21,26]。氬離子拋光—掃描電鏡鑒定分析顯示，東岳廟段頁巖中固體瀝青內(nèi)有機(jī)質(zhì)孔較發(fā)育，孔隙形態(tài)多樣，橢圓形、不規(guī)則形、狹縫形、蜂窩狀均有發(fā)育，孔徑幾十納米至幾百納米不等。FY10井東岳廟段頁巖干酪根Ro平均值為1.56%，已進(jìn)入高成熟演化階段，以生氣為主，有利于有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育。但從東一亞段各小層的對(duì)比來看，仍存在一定差異：③與④小層頁巖中有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育程度明顯較好（圖9-a）；①小層有機(jī)質(zhì)孔整體欠發(fā)育，僅個(gè)別樣品見少量有機(jī)質(zhì)孔，有機(jī)質(zhì)多呈條帶狀、塊狀，內(nèi)部不發(fā)育孔隙（圖9-b）；②小層無固定形態(tài)有機(jī)質(zhì)（固體瀝青）及有機(jī)質(zhì)孔較①小層有所增加。結(jié)合有機(jī)顯微組分與有機(jī)質(zhì)類型分析，認(rèn)為各小層有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度主要受有機(jī)顯微組分含量差異的控制，③與④小層有機(jī)質(zhì)類型好，有機(jī)顯微組分中固體瀝青含量相對(duì)較高，內(nèi)部普遍發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔。

整體而言，F(xiàn)Y10井東岳廟段頁巖孔隙類型以黏土礦物層間孔與方解石溶蝕孔為主，有機(jī)質(zhì)孔次之。其中黏土礦物層間孔在東岳廟段各小層普遍發(fā)育，是孔隙度的主要貢獻(xiàn)者。有機(jī)質(zhì)孔主要有兩類：一是發(fā)育于固體瀝青內(nèi)的有機(jī)質(zhì)孔；二是富氫鏡質(zhì)體經(jīng)細(xì)菌改造形成的有機(jī)質(zhì)孔?？v向上各小層有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育程度仍存在一定的差異，以③、④小層頁巖有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育最好。

5 基于源—儲(chǔ)匹配關(guān)系的富集層段評(píng)價(jià)方法

陸相頁巖油氣勘探過程中，如何優(yōu)選出油氣富集層段，確定水平井最佳穿行層段，對(duì)于新鉆井能否獲得高產(chǎn)油氣至關(guān)重要[27]。在實(shí)際新井鉆探過程中，在直井完成取心后，為了節(jié)約成本，需要快速優(yōu)選出頁巖油氣富集層段，進(jìn)行水平井鉆探。但是，用于選層評(píng)價(jià)的部分室內(nèi)樣品實(shí)驗(yàn)測試分析項(xiàng)目需要一定的時(shí)間周期才能完成，尤其是個(gè)別實(shí)驗(yàn)測試項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)流程復(fù)雜，周期長達(dá)數(shù)月。如何在不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)需求情況下，合理的利用不同的實(shí)驗(yàn)測試手段及分析方法，完成油氣富集層段評(píng)價(jià)與優(yōu)選就顯得尤為重要。為此，筆者以FY10井東岳廟段頁巖巖相、源—儲(chǔ)特征精細(xì)表征為基礎(chǔ)，基于源—儲(chǔ)匹配關(guān)系建立了陸相頁巖油氣富集層段“定性—定量”分步評(píng)價(jià)方法，可為后續(xù)新鉆井不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求下的水平井穿行層段評(píng)價(jià)與優(yōu)選提供技術(shù)支撐。

5.1 定性評(píng)價(jià)方法及結(jié)果

在陸相頁巖油氣井實(shí)鉆過程中，取心完成后，現(xiàn)場可以及時(shí)測試獲得巖心含氣量數(shù)據(jù)，采集巖心樣品在實(shí)驗(yàn)室可以較快速的完成頁巖TOC與孔隙度（φ）測試，四川盆地五峰組—龍馬溪組海相頁巖縱向上不同層段TOC、φ及含氣量存在明顯差異，且TOC與φ、含氣量具有較好的正相關(guān)關(guān)系[28-29]，優(yōu)選高TOC、高φ、高含氣量的有利層段較容易。川東復(fù)興地區(qū)東一亞段陸相頁巖縱向上不同小層的TOC、φ值差異較小，現(xiàn)場含氣量普遍較低（目前尚無適用于陸相頁巖地質(zhì)特點(diǎn)的含氣量測試儀器，仍沿用基于海相頁巖特點(diǎn)研發(fā)的儀器及恢復(fù)方法測試含氣量），頁巖油氣富集有利層段優(yōu)選難度大。東岳廟段陸相頁巖與五峰組—龍馬溪組海相頁巖相比，頁巖烴源、儲(chǔ)集特征等方面均存在明顯差異。海相頁巖TOC高，有機(jī)質(zhì)類型好（腐泥型為主），儲(chǔ)集空間以有機(jī)質(zhì)孔為主；陸相頁巖TOC較低，有機(jī)質(zhì)類型多樣，同一頁巖層段偏腐泥混合型、偏腐殖混合型及腐殖型均有，且變化頻繁，儲(chǔ)集空間以無機(jī)孔為主，有機(jī)質(zhì)孔較少。但頁巖油氣以源儲(chǔ)一體為特性，陸相頁巖中有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育的多少仍是決定儲(chǔ)集空間有效性與頁巖油氣富集的關(guān)鍵。

不同有機(jī)質(zhì)類型及有機(jī)顯微組分的差異影響頁巖生烴產(chǎn)物性質(zhì)及生烴潛力，表現(xiàn)為腐泥組與殼質(zhì)組（富氫組分）生油能力強(qiáng)，鏡質(zhì)組一般只有生氣潛力，而惰質(zhì)組不具有生油氣潛力[30-31]。近年來，在五峰組—龍馬溪組海相頁巖有機(jī)質(zhì)孔的研究中已認(rèn)識(shí)到單細(xì)胞藻、多細(xì)胞藻、固體瀝青等有機(jī)顯微組分中均可發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔，其中多細(xì)胞藻中有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育最多[32-34]；陸相頁巖有機(jī)質(zhì)孔的非均質(zhì)性更強(qiáng)，鄂爾多斯盆地延長組陸相頁巖干酪根和運(yùn)移固體有機(jī)質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度具有明顯差異[35]；松遼盆地沙河子組陸相頁巖固體瀝青中孔隙發(fā)育最好，其次為鏡質(zhì)體和惰質(zhì)體，有機(jī)質(zhì)中孔隙發(fā)育程度的差異本質(zhì)上受生烴潛力差異控制[36]。這些認(rèn)識(shí)表明，探討頁巖中有機(jī)顯微組分與有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育之間的關(guān)系，有助于深入認(rèn)識(shí)有機(jī)質(zhì)孔的成因機(jī)制，尤其是對(duì)多種有機(jī)顯微組分并存的陸相頁巖更為重要，但針對(duì)同一口井縱向上連續(xù)的頁巖層段，采用有機(jī)巖石學(xué)與儲(chǔ)層孔隙圖像表征技術(shù)相結(jié)合開展系統(tǒng)的研究仍較少。

FY10井東一亞段①—④小層的全巖光片鑒定顯示，①與②小層頁巖有機(jī)質(zhì)顯微組分主要以鏡質(zhì)體、絲質(zhì)體為主，僅局部見少量固體瀝青，③與④小層頁巖中固體瀝青明顯增多；相對(duì)應(yīng)的氬離子拋光—掃描電鏡下有機(jī)質(zhì)與有機(jī)質(zhì)孔的研究發(fā)現(xiàn)，③與④小層頁巖中無固定形態(tài)的、內(nèi)部普遍發(fā)育孔隙的固體瀝青有機(jī)質(zhì)明顯比①與②小層多，反映出③與④小層具有生烴能力強(qiáng)、有機(jī)質(zhì)孔較發(fā)育的雙重特點(diǎn)，源—儲(chǔ)匹配性最好，是頁巖油氣富集的最有利層段（圖10），其次為②小層。為此，基于頁巖有機(jī)顯微組分控?zé)N（生烴潛力）控儲(chǔ)（有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度）的雙重作用，提出采用全巖光片有機(jī)顯微組分與氬離子拋光—掃描電鏡鑒定相結(jié)合的方法，分析縱向上不同層段頁巖中有機(jī)顯微組分與有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育之間的匹配關(guān)系，可以相對(duì)快速的定性評(píng)價(jià)出陸相頁巖油氣富集有利層段，為水平井穿行層段優(yōu)選提供依據(jù)。

圖10 FY10井東岳廟段頁巖油氣富集有利層段評(píng)價(jià)圖

5.2 定量評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用

綜上研究結(jié)果可知，頁巖有機(jī)質(zhì)類型及有機(jī)顯微組分的精確厘定，對(duì)評(píng)價(jià)不同小層頁巖油氣富集能力差異尤為重要。川東復(fù)興地區(qū)東岳廟段頁巖已進(jìn)入高成熟（Ro＞1.3%）階段，利用巖石熱解峰溫—?dú)渲笖?shù)圖版已難以識(shí)別有機(jī)質(zhì)類型，全巖光片鑒定對(duì)于偏腐泥混合型與偏腐殖混合型的劃分也不易實(shí)現(xiàn)，對(duì)于FY10井東一亞段③與④小層頁巖有機(jī)類型及有機(jī)顯微組分有無細(xì)微差異的進(jìn)一步厘定，僅依靠上述方法難以實(shí)現(xiàn)。因此，在新鉆直井取心后，在有充足的時(shí)間開展較為全面的各類樣品測試分析與水平井選層評(píng)價(jià)研究的情況下，可進(jìn)一步開展頁巖干酪根碳同位素的測定（干酪根富集周期長），進(jìn)行縱向上不同層段或小層頁巖有機(jī)質(zhì)類型精準(zhǔn)劃分。對(duì)FY10井研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，東一亞段④小層頁巖TOC與φ平均值都略高于③小層，但③小層頁巖干酪根碳同位素較④小層偏輕，有機(jī)質(zhì)類型更好，③小層以偏腐泥混合型為主，④小層以偏腐殖混合型為主，反映出③與④小層各具優(yōu)勢，如何進(jìn)一步精細(xì)定量評(píng)價(jià)是關(guān)鍵。胡宗全等[37]以TOC為“源”的關(guān)鍵指標(biāo)，以φ為“儲(chǔ)”的關(guān)鍵指標(biāo)，提出了海相源—儲(chǔ)耦合系數(shù)計(jì)算公式，即海相頁巖源—儲(chǔ)耦合系數(shù)=TOC×φ×10 000，實(shí)現(xiàn)了五峰組—龍馬溪組海相頁巖氣富集層段的定量評(píng)價(jià)。川東復(fù)興地區(qū)東岳廟段陸相頁巖與五峰組—龍馬溪組海相頁巖相比，縱向上有機(jī)質(zhì)類型頻繁變化是最為顯著的特性，如何體現(xiàn)不同有機(jī)質(zhì)類型對(duì)頁巖油氣富集的影響是關(guān)鍵。前人研究結(jié)果表明，不同有機(jī)質(zhì)類型頁巖的原始?xì)渲笖?shù)，即從未成熟烴源巖中測試得到的氫指數(shù)，能夠反映不同類型頁巖的原始生烴潛力。郭秋麟等[38]基于松遼盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、四川盆地和準(zhǔn)噶爾盆地等國內(nèi)外多個(gè)大型陸相盆地1 249組巖石熱解與TOC數(shù)據(jù)，擬合得出4種不同有機(jī)質(zhì)類型頁巖的原始?xì)渲笖?shù)主要分布范圍及主體值，腐泥型有機(jī)質(zhì)原始?xì)渲笖?shù)介于600～1 000 mg/g （主體值為800 mg/g）、偏腐泥混合型有機(jī)質(zhì)原始?xì)渲笖?shù)介于400～650 mg/g（主體值為550 mg/g）、偏腐殖混合型有機(jī)質(zhì)原始?xì)渲笖?shù)介于 100 ～ 400 mg/g（主體值為 300 mg/g）、腐殖型有機(jī)質(zhì)原始?xì)渲笖?shù)主體值為160 mg/g。對(duì)于同一口井的同一頁巖層段，Ro基本相同，不同有機(jī)質(zhì)類型頁巖經(jīng)歷的生、排、滯條件與過程基本一致。在未成熟—成熟階段，4種不同有機(jī)質(zhì)類型頁巖的氫指數(shù)值均隨著成熟度升高而降低，且同一成熟度時(shí)，頁巖有機(jī)質(zhì)類型越好，氫指數(shù)越大，但進(jìn)入高成熟階段后，不同有機(jī)質(zhì)類型頁巖氫指數(shù)急劇變小，差異極小，難以區(qū)分。因此，對(duì)于高成熟的頁巖層段，采用原始?xì)渲笖?shù)體現(xiàn)不同類型有機(jī)質(zhì)頁巖生烴潛力差異仍是最有效的指標(biāo)參數(shù)。

基于上述認(rèn)識(shí)，以東岳廟段發(fā)育最為普遍的偏腐殖混合型頁巖的原始?xì)渲笖?shù)主體值為分母，提出引入原始?xì)渲笖?shù)比（I），即：原始?xì)渲笖?shù)比＝各類型頁巖原始?xì)渲笖?shù)主體值/偏腐殖混合型頁巖原始?xì)渲笖?shù)主體值。通過TOC、I及φ共3個(gè)參數(shù)的乘積來更加強(qiáng)調(diào)和突出有機(jī)質(zhì)類型優(yōu)劣對(duì)于頁巖油氣富集的重要性，即陸相頁巖源—儲(chǔ)耦合系數(shù)＝TOC×I×φ×10 000。通過FY10井東岳廟段陸相頁巖氣源—儲(chǔ)耦合系數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，采用樣本占比分別為20%、20%、20%、40%，將陸相頁巖源—儲(chǔ)耦合系數(shù)＞15、15～＞10、10～＞5、≤5依次作為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類及Ⅳ類頁巖油氣富集層段評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。川東復(fù)興地區(qū)FY10井東岳廟段陸相頁巖油氣富集層段評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Ⅰ類層段主要發(fā)育于東一亞段③與④小層上部，Ⅱ類層段主要發(fā)育于②與④小層下部，①小層以發(fā)育Ⅲ類層段為主（圖10）。整體上，東一亞段上部好于下部，③小層略好于④小層，下部②小層好于①小層。目前，F(xiàn)Y10HF井穿行④小層，水平井壓裂已獲得頁巖油氣突破，后續(xù)可考慮針對(duì)③小層進(jìn)行水平井鉆探與壓裂試采，進(jìn)一步評(píng)價(jià)與對(duì)比兩個(gè)小層的富集油氣及產(chǎn)油氣能力。

6 結(jié)論

1）川東復(fù)興地區(qū)東岳廟段富有機(jī)質(zhì)陸相頁巖主要發(fā)育于東一亞段，頁巖黏土礦物含量高，富含毫米級(jí)—厘米級(jí)介殼紋層及薄層，以中碳—高碳黏土質(zhì)頁巖、中碳介殼紋層狀黏土質(zhì)頁巖為主。

2）東一亞段頁巖層段縱向上有機(jī)質(zhì)類型發(fā)生了4次頻繁變化，自下而上依次為腐殖型—偏腐殖混合型—偏腐泥混合型—偏腐殖混合型，揭示不同層段生烴能力差異；東一亞段上部③、④小層固體瀝青較發(fā)育，有機(jī)質(zhì)類型好，生烴能力強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)孔較發(fā)育，頁巖油氣有效儲(chǔ)集能力好。

3）建立了川東復(fù)興地區(qū)東岳廟段高成熟陸相頁巖油氣富集層段定性—定量評(píng)價(jià)方法，提出了基于縱向微觀源（有機(jī)顯微組分）—儲(chǔ)（有機(jī)質(zhì)孔）匹配關(guān)系的頁巖油氣富集層段定性評(píng)價(jià)方法，并進(jìn)一步基于有機(jī)質(zhì)類型的多樣性，提出引入原始?xì)渲笖?shù)比，建立了陸相頁巖源—儲(chǔ)耦合系數(shù)計(jì)算公式及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了FY10井東岳廟段頁巖油氣富集有利層段定量評(píng)價(jià)。建立的陸相頁巖油氣富集層段定性—定量評(píng)價(jià)方法，可滿足頁巖油氣新鉆井實(shí)施過程中不同情形下水平井穿行層段優(yōu)選的實(shí)際需求。