何江林，陳正輝，董大忠，孫莎莎，王志國

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610082；2.自然資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室，四川 成都 610082；3.中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司第八采油廠地質(zhì)研究所，陜西 西安 710018；4.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；5.中國石油天然氣股份有限公司大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

0 引言

四川盆地東部地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組發(fā)育多套富有機質(zhì)泥頁巖層段，與中國現(xiàn)今頁巖氣主產(chǎn)層——五峰組—龍馬溪組海相頁巖相比（朱彤等，2012），其埋深相對較淺，開采技術(shù)難度和成本相對較低。相對鄂爾多斯盆地山西組等陸相頁巖氣主產(chǎn)層（趙幫勝等，2019）具有介殼和粉晶灰?guī)r條帶發(fā)育，脆性礦物含量相對較高的特征。泥頁巖頂與底鄰層生物碎屑灰?guī)r發(fā)育，具有一定的頂?shù)装鍡l件，是四川盆地“油氣并舉”的重點層位（Wang et al.，2020）。自1956年川中地區(qū)侏羅系油氣鉆探工作開始以來，四川盆地侏羅系油氣勘探經(jīng)歷了早期勘探起步（1956—1979年）、滾動開發(fā)（1971—1988年）、30萬噸原油上產(chǎn)（1989—1999年）、原油調(diào)整穩(wěn)產(chǎn)（2000—2010年）、科技攻關(guān)試驗（2011—2016）等五個階段（楊躍明和黃東，2019），發(fā)現(xiàn)5個油田、18個含油氣區(qū)塊，累計發(fā)現(xiàn)三級石油儲量1.6億噸。近年來，自流井組內(nèi)致密型砂巖氣、頁巖油、頁巖氣等非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)得到高度重視，在元壩（郭彤樓等，2011）、涪陵（張快，2015）、平昌（孫艷妮，2018）、建南（朱彤等，2016）等地鉆獲工業(yè)頁巖油氣流。盡管四川盆地自流井組內(nèi)油氣勘探開發(fā)已取得一系列進展，但仍有諸多實踐問題尚待深入研究，如：（1）油氣資源量大（10～16億噸）與儲量小不匹配（迄今探明儲量僅0.8億噸）；（2）致密儲層物性差與油氣相對高產(chǎn)能不匹配（楊躍明和黃東，2019）。同時，與海相頁巖相比，陸相泥頁巖具較強的非均質(zhì)性，巖性組合橫向變化迅速（曹香妮等，2019），極大地制約了陸相頁巖展布規(guī)律預測的可靠性。陸相頁巖油氣富集機理的研究也遠遠滯后于生產(chǎn)實踐（黎茂穩(wěn)等，2020）。為此，本文以川東地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段湖相頁巖為研究對象，在野外調(diào)查、樣品測試和前人資料收集的基礎(chǔ)上，對其沉積環(huán)境演化特征及頁巖油氣富集規(guī)律進行初步分析，以期為東岳廟段湖相頁巖油氣勘探開發(fā)提供有益借鑒。

1 地質(zhì)背景

川東地區(qū)地處四川盆地東部（圖1），包括川東高陡構(gòu)造帶、川南低緩背斜構(gòu)造帶北部、川中低平構(gòu)造帶東部與川北寬緩背斜構(gòu)造帶東部（劉樹根等，2008）。自晉寧運動形成結(jié)晶基底至今，四川盆地先后經(jīng)歷了揚子、加里東、海西、印支、燕山及喜山6個旋回。在下部揚子旋回至印支旋回早期，四川盆地主要發(fā)育以碳酸鹽巖為主的海相沉積（范昱，2011）。受揚子地塊與松潘褶皺帶、秦嶺造山帶發(fā)生陸內(nèi)匯聚作用控制，自三疊世晚期四川盆地由雷口坡組海相沉積演變?yōu)轫毤液咏M陸相沉積。早侏羅世—中侏羅世早期（199.6～167.7Ma）隨著龍門山逆沖推覆作用的減弱（王昕堯等，2021），中上揚子地區(qū)處于構(gòu)造活動相對寧靜期，進入短暫的陸內(nèi)伸展階段（李英強和何登發(fā)，2014）。雖然其整體上繼承了晚三疊世瑞替晚期的沉積格局，但局部還是發(fā)生了較為劇烈的變化。晚三疊時期還處于分離狀態(tài)的中揚子前陸盆地與上揚子前陸盆地已連成一個統(tǒng)一的陸內(nèi)前陸盆地，形成兩個沉積中心：一個位于現(xiàn)今川中地區(qū)的南充一帶，另一個位于現(xiàn)今湖北荊門—當陽地區(qū)，且后者也是當時中揚子地區(qū)的沉降中心（許效松和劉寶珺，1994）。該時期四川盆地伸展作用強度交替變化，由下至上依次沉積形成自流井組珍珠沖段、東岳廟段、馬鞍山段和大安寨段（圖1b）。早期，在相對強烈的伸展作用下，盆地快速沉降形成珍珠沖段三角洲相與濱淺湖相沉積。東岳廟段沉積時期盆地的伸展作用相對減弱，盆地緩慢沉降，物質(zhì)供應(yīng)緩慢，大規(guī)模湖相沉積發(fā)育；馬鞍山段沉積時期四川盆地再次進入另一強伸展期，盆地整體穩(wěn)定沉降。期間松潘褶皺帶隆升活動復蘇，碎屑物質(zhì)供應(yīng)充足，湖域范圍縮小，盆地周緣三角洲和河流相發(fā)育。進入到大安寨段沉積時期，盆地的伸展作用大幅減弱，盆地周緣的造陸、造山運動幾乎停止，整個四川盆地保持穩(wěn)定沉降，而來自盆外的陸源碎屑供給缺乏，盆地整體的拗陷速率大于陸源碎屑的堆積速率（李英強和何登發(fā)，2014），形成早侏羅世四川盆地第二次大規(guī)模的湖泛沉積（圖1b）。

圖1 研究區(qū)分布圖（a）四川盆地構(gòu)造綱及研究區(qū)分布圖（劉樹根等，2008）；（b）四川盆地自流井組巖性綜合柱狀圖（據(jù)1∶20萬地質(zhì)圖匯總修編）Fig.1 The location of the study area.（a）The tectonic units of Sichuan Basin and the distribution of the study area，modified from the Liu et al.，2008；（b）The lithological column of the Ziliujing Formation in Sichuan Basin（edited from the geological survey of 1∶200000）

早侏羅世，四川盆地位于歐亞大陸東南邊緣（Xu et al.，2017），據(jù)古流向、陸源碎屑來源、底棲生物和藻類等資料對古地理格局和水體相對深度的指示作用顯示，早侏羅世四川盆地的陸源碎屑主要來自于西部松潘褶皺帶和北部大巴山褶皺帶，其次是東部雪峰山褶皺帶。在地形上，具有西陡東緩的特征，其西部龍門山斷裂與大巴山褶皺帶附近地形落差較大，東部雪峰山褶皺帶方向地形相對平緩（圖2a）。在早侏羅世珍珠沖段淺湖與三角洲相沉積的基礎(chǔ)上，東岳廟段沉積時期，四川盆地的伸展作用逐漸減弱，盆地內(nèi)分散的小湖盆幾乎均被連通為統(tǒng)一的大型湖盆，發(fā)育早侏羅世四川盆地內(nèi)第一次湖泛沉積。在四川盆地內(nèi)，東岳廟段下部主要為灰、深灰色灰?guī)r、介殼灰?guī)r、泥灰?guī)r，夾頁巖，長壽一帶夾透鏡狀菱鐵礦，隆昌至江津一帶底部普遍為介殼粉砂巖。與下伏珍珠沖段的界線清楚，兩者呈整合過渡。上部主要由灰、灰綠夾暗紫色泥頁巖組成，夾多層泥灰?guī)r、介殼灰?guī)r透鏡體，含炭化植物化石。其頂部逐漸出現(xiàn)紫紅、暗紫色泥頁巖，與上覆馬鞍山段呈漸變過渡關(guān)系。全盆內(nèi)東岳廟段泥頁巖總厚主體在35～60m之間。其沉積基底繼承了晚三疊世末期的古地理格局，隨著早期南側(cè)瀘州隆起、北東側(cè)開江隆起和北部的天井山隆起逐漸演變?yōu)樗侣∑饏^(qū)，四川盆地沉積基底形成具有多個次級洼陷的古地理格局（圖2a），其中川東地區(qū)的次級洼陷中心位于涪陵地區(qū)北側(cè)，以灰黑色泥頁巖、含介殼泥巖偶夾少量薄層狀灰?guī)r透鏡體、條帶為特征的半深湖相沉積為主，東岳廟段整體厚度較薄，介于30～60m之間。川北元壩地區(qū)靠近秦嶺山地，地形落差較大，陸源碎屑供給充足，以灰色—深灰色泥頁巖與淺灰—灰白色粉砂巖不等厚互層為主（羅東東，2019；Wang et al.，2020），較涪陵地區(qū)其沉積厚度明顯變大（圖2b），區(qū)內(nèi)東岳廟段平均厚度多在70m以上（高健等，2016）。

2 東岳廟段垂向沉積演化特征

東岳廟段沉積時期，廣安市東部鄰水縣攔馬寺地區(qū)位于四川盆地侏羅系湖盆東部沉積洼陷西側(cè)（圖2a），能較好地反映東岳廟段沉積時期四川盆地湖盆的垂向水體演化規(guī)律。該剖面底部珍珠沖段主要為淺灰—灰綠色薄—中層狀巖屑細砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，其內(nèi)石英含量約30%～60%，粒度大小較為均一，以粉砂至細砂級為主，磨圓中等，以次圓至圓狀為主。巖屑細砂巖與粉砂質(zhì)泥巖層面平直，延伸穩(wěn)定，夾少量單層厚約2～10cm的薄層狀泥巖，砂巖內(nèi)局部見小型沙紋交錯層理，指示著間歇性波浪作用的水動力特征。

圖2 四川盆地自流井組東岳廟段沉積環(huán)境示意圖Fig.2 The depositional environment of the Dongyuemiao Member in Sichuan Basin.（a）The sedimentary basement of Sichuan basin during the Dongyuemiao Member was depositing，（b）The stratigraphic correlation map of Dongyuemiao Member，modified from Qiu Z＆He J L（2021）.

東岳廟段下部（深度23.27～30.64m段，圖3）主要為灰色含泥質(zhì)介殼灰?guī)r層與灰—深灰色介殼泥巖不等厚互層，介殼以雙殼和腹足為主，介殼含量大多在40%～90%，介殼大小主要在0.5～2.0cm之間，以同心圈層紋飾為主，紋飾較清晰，殼體厚度中等，長軸以順層排列為主，顯示存在間歇性牽引流作用。在深度30m附近，見一長約30cm厚約12cm的炭化植物碎屑順層發(fā)育，植物碎屑邊緣厚約1cm層炭化成煤線，顯示其沉積時期偶爾有懸浮型陸源碎屑供給。而大量的介殼等底棲生物、淺灰至灰色中厚層狀含介殼鈣質(zhì)泥巖顯示水體含氧，水體深度相對較淺，以淺湖相為主（圖3）。

東岳廟段上部（深度0.62～23.27m段，圖3）主要為深灰—灰黑色泥頁巖組成，夾少量灰色薄層狀生物碎屑灰?guī)r、灰?guī)r透鏡體與粉砂巖透鏡體。其中深度8.3～18.55m段泥頁巖內(nèi)含介殼化石，殼薄，長軸順層排列，經(jīng)埋藏壓實后呈薄層狀，介殼多以同心圈層為主，其內(nèi)夾大量淺灰—灰色薄層狀生物碎屑灰?guī)r。向上介殼夾層逐漸變少，在深度4.3～8.3m段深灰—灰黑色泥頁巖相對較純，頁理極為發(fā)育，其內(nèi)介殼鈣質(zhì)泥巖與生物碎屑灰?guī)r不發(fā)育。泥頁巖內(nèi)偶見少量雙殼化石，殼體較薄，紋飾清晰，以同心圈層紋飾為主，指示著沉積水體相對安靜缺氧。向上在深度0.62～4.3m段粉砂質(zhì)條帶與泥質(zhì)粉砂巖夾層發(fā)育，泥巖的顏色也逐漸由灰黑色向上漸變?yōu)榛抑翜\灰色，顯示著水體逐漸變淺，砂質(zhì)顆粒逐漸增多的特征。

圖3 廣安市鄰水縣攔馬寺鄉(xiāng)東岳廟段垂向沉積環(huán)境演化特征（次相含義見牟傳龍，2022）Fig.3 The vertical evolution of deposited environment when the Dongyuemiao Member was deposited in the outcrops of Lanmasi in Linshui count，Guanan City.The suborder facies are defined as Mou Chuanlong，2022.

東岳廟段頂部（0～0.62m段）為馬鞍山段淺灰—灰色中層狀鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖，單層厚度＞35cm，頁理不發(fā)育，指示沉積速率相對較快，與下伏灰色薄層狀頁巖形成明顯的對比。尤其是其下伏東岳廟段頂部頁巖內(nèi)滑脫層發(fā)育，形成厚約40cm的滑脫層，滑脫層內(nèi)頁巖層面撓曲斷裂，形成一套天然裂縫層段。向上馬鞍山段發(fā)育灰黃與紫紅色泥巖夾少量鈣質(zhì)結(jié)核，指示著水體含氧量快速增加。

整體上，由下向上東岳廟段水體先逐步加深，從淺湖相漸變?yōu)榘肷詈?，深灰—灰黑色泥頁巖逐漸發(fā)育。在上部再由半深湖相深灰—灰黑色泥頁巖逐漸演變?yōu)闇\湖相淺灰色泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育一完整的水進與水退沉積旋回。富有機質(zhì)泥頁巖主要發(fā)育于中上部半深湖相，連續(xù)厚度較大，力學強度較大的生物碎屑灰?guī)r、介殼鈣質(zhì)泥巖主要發(fā)育下部淺湖相。

3 頁巖油氣地質(zhì)條件

3.1 頁巖的地球化學特征

泥頁巖內(nèi)有機質(zhì)含量、類型、熱演化程度是評價頁巖油氣資源潛力的3項重要參數(shù)。有機質(zhì)含量越高，生烴潛力越大（楊躍明和黃東，2019）。腐泥型干酪根以生油為主，而腐殖型為主的干酪根以生氣為主。低熱演化階段氣態(tài)烴易溶解于液態(tài)烴內(nèi)，以頁巖油為主；高熱演化階段液態(tài)烴占比逐漸降低，地層親油性逐漸增強，游離態(tài)與吸附態(tài)的氣態(tài)烴類都逐漸增大，以頁巖氣為主。受沉積環(huán)境和構(gòu)造演化等地質(zhì)條件影響，川東地區(qū)內(nèi)東岳廟段泥頁巖總體有機質(zhì)含量和熱演化程度均較區(qū)內(nèi)志留系龍馬溪組海相頁巖低。

結(jié)合現(xiàn)有報道（Liu et al.，2020；Wang et al.，2020；劉皓天等，2020）和本次101件露頭樣品的測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)東岳廟段頁巖TOC介于0.19%～5.38%，平均為1.79%。其中本次測試結(jié)果中，TOC大于1.0%的占比約77.23%；TOC大于2.0%占比約30.69%。干酪根類型以II1型與II2型為主（曹香妮 等，2019；付小平和楊滔，2021），局部發(fā)育少量I型與III型干酪根（劉皓天 等，2020）。在平面上干酪根類型的組成略有差異，如：涪陵地區(qū)干酪根類型以II2型為主，占比88.9%，III型干酪根占比11.1%①。廣安市鄰水縣以II1型與I型為主，而達州市歐家鎮(zhèn)地區(qū)以I型為主。在川東地區(qū)其熱演化程度中等，RO介于0.9%～1.73%，主體處于生油窗（李登華等，2017；曹香妮等，2019）。熱演化程度與泥頁巖的埋深存在一定的正相關(guān)性，現(xiàn)今埋深較大區(qū)域，其熱演化程度亦相對較高。如：在華鎣山背斜兩側(cè)露頭樣品測試結(jié)果相對偏低，RO介于0.9%～1.18%，而在涪陵地區(qū)FY10井內(nèi)東岳段井深2750～2810m，RO介于1.52%～1.58%；元壩地區(qū)東岳廟段主體埋深3900～4200m，其RO介于1.56%～2.02%，處于凝析油—濕氣的高成熟階段（劉皓天等，2020）。

泥頁巖的礦物組成、儲集空間類型、孔滲物性等不僅對油氣儲集、運移有重要的控制作用，而且對后期的壓裂和排采具有重要的影響（賈愛林，2018；舒志國等，2021）。綜合前人的報道和本次30件露頭樣品的鏡下觀察、全巖與黏土礦物的X衍射分析，發(fā)現(xiàn)東岳廟段內(nèi)泥頁巖以石英和黏土礦物為主，其次為碳酸鹽礦物，見少量長石和黃鐵礦。其中黏土礦物含量在8%～47%，平均為33.8%；石英含量為14%～56%，平均為35.9%；方解石含量為3%～67%，平均為28.8%；長石含量為0%～16%，平均為8.4%，脆性指數(shù)介于48%～92%，平均為62.1%（圖4）。整體上，脆性礦物含量中等，高于頁巖氣有利層段評價標準（GB／T 31483—2015）下限值（40%）。

圖4 東岳廟段頁巖礦物組成特征Fig.4 The mineral composition of the shale in Dongyuemiao Member

3.2 頁巖的儲集性能特征

氬離子拋光掃描電鏡顯示泥頁巖內(nèi)孔隙類型多樣，粒間孔（圖5a、d）、有機質(zhì)孔（圖5b）、次生溶蝕孔（圖5c）、礦物鑄?？祝▓D5e）、微裂縫（圖5f）等多種孔隙類型均有發(fā)育。有機質(zhì)孔是泥頁巖中有機質(zhì)在熱裂解生烴過程中形成的孔隙（圖5b），在東岳廟段中上部（如：攔馬寺剖面深度5～18m段）富有機質(zhì)泥頁巖內(nèi)較為發(fā)育。晶間孔主要見于原生黃鐵礦、石英顆粒與黏土礦物顆粒之間（圖5a、5d），孔徑多分布在0.01～0.5μm之間。溶蝕孔隙主要發(fā)育于長石與碳酸鹽巖等易溶蝕礦物顆粒內(nèi)或顆粒間（圖5c），粒內(nèi)溶孔孔徑相對較小，主要分布在0.05～2μm之間；粒間溶孔孔徑相對較大，主要分布在1～2μm之間，在東岳廟段下部灰?guī)r與頁巖互層段的泥巖內(nèi)較為發(fā)育。礦物鑄模孔主要為泥頁巖形成初期，泥質(zhì)沉積物混雜的礦物晶體（如黃鐵礦）在成巖階段壓實作用下，因晶體堅固，其幾何形態(tài)不易發(fā)生形變，而在一定水動力或酸性流體介質(zhì)條件下，礦物晶體遭受流體的沖擊或溶蝕而發(fā)生脫落，留下與礦物晶形大體相仿的印坑，其孔徑多在0.1～0.5μm之間（圖5e），其偶見于東岳廟段上部少量的泥巖內(nèi)。微裂縫主要見于泥頁巖內(nèi)脆性顆粒間（圖5c）與泥頁巖內(nèi)隨機分布不規(guī)則的裂縫?？傮w上，以黏土礦物粒間孔和有機質(zhì)孔為主，其孔徑相對較小，存在一定的顆粒支撐結(jié)構(gòu)，有助于泥頁巖內(nèi)孔隙不在埋藏壓實過程中被壓實破壞。

圖5 東岳廟段泥頁巖內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)類型多樣Fig.5 The various pore types observed in the shale in Dongyuemiao Member

本次攔馬寺剖面中采集的38件樣品氦氣孔隙度測試結(jié)果顯示，東岳廟段泥頁巖孔隙度介于2.38%～23.83%，平均為8.85%，儲集空間發(fā)育，其孔隙度與五峰組—龍馬溪組海相頁巖相近（黃金亮等，2012；郭旭升，2014；何江林等，2017）。但其脈沖衰減法與穩(wěn)態(tài)法測試的滲透率結(jié)果顯示其頁巖滲透率介于0.001～1.23mD，平均值僅0.239mD，其滲透率明顯低于五峰組—龍馬溪組海相頁巖（郭旭升，2014）。其顯示東岳廟段頁巖具有儲集空間發(fā)育，但孔隙等連通性相對較差的特征。

氮氣（N2）吸附比表面積測試結(jié)果（表1）顯示，東岳廟段泥頁巖孔隙體積約0.073 cc／g，比表面積較佳，高達26.69m2／g。其內(nèi)不同孔徑對頁巖總孔隙度和總比表面的貢獻率不同（圖6）。其頁巖的總孔隙體積主要由孔隙直徑＞20nm的中孔至大孔貢獻，而其比表面積主要由5nm以下的微孔和20～30nm中孔、50～70nm大孔貢獻，說明東岳廟段內(nèi)頁巖的儲集空間主要由中大孔貢獻，而比表面積主要由微孔和80nm以下的孔隙貢獻，其吸附氣量主要受80nm以下孔隙控制，而頁巖氣儲集空間主要受20nm以上孔隙控制。

圖6 東岳廟段頁巖內(nèi)不同孔徑對其孔隙體積及比表面積的貢獻率Fig.6 The contribution of the different diameter pores to the total volume and area surface in the Dongyuemiao shale

表1 東岳廟段頁巖氮氣吸附測試孔徑分布統(tǒng)計表Table 1 The distribution of the pores in the Dongyuemiao shale

3.3 頁巖的含油氣性特征

含油氣性是評估泥頁巖是否具備商業(yè)開采價值直接參數(shù)（肖繼林等，2018）。涪陵地區(qū)東岳廟段氣測顯示豐富，目前鉆遇東岳廟段的探井在泥頁巖段均有氣測異常顯示，尤其在涪陵區(qū)塊南部個別井氣測異常顯示厚度可達40m，占總地層厚度的59%①，涪頁10HF井在東岳廟段泥頁巖內(nèi)也獲測試日產(chǎn)氣5.58×104m3，日產(chǎn)油17.6 m3的良好勘探成效（舒志國等，2021）。元壩地區(qū)內(nèi)針對陸相頁巖油氣的探井在東岳廟段內(nèi)也幾乎均見油氣顯示，其頁巖現(xiàn)場含氣量測試結(jié)果平均達1.32 m3／t①，個別高者現(xiàn)場解析氣量可達約2.80 m3／t。達州大竹地區(qū)，竹淺1井在井深694～732m段的東岳廟段過路鉆進中，獲日產(chǎn)天然氣5.85×104m3天然氣頁巖氣流（王世謙等，2012），均證實東岳廟段具有良好的含油氣性。

在攔馬寺等剖面的露頭中，東岳廟段內(nèi)瀝青等

油氣顯示也較為豐富，瀝青脈產(chǎn)出的圍巖巖性種類也較為多樣，如：在攔馬寺剖面中瀝青呈浸染狀分布于介殼層內(nèi)，瀝青脈順層延伸較為連續(xù)（圖7a）；在肖家溝剖面中瀝青呈脈狀主體沿順層方向發(fā)育于介殼泥質(zhì)灰?guī)r內(nèi)（圖7b）；在華鎣山鐵廠溝剖面中見有瀝青脈順層發(fā)育于鈣質(zhì)泥巖內(nèi)（圖7c）；在鄰水縣大橋村剖面中見瀝青順層發(fā)育于含介殼泥巖內(nèi)（圖7d）。瀝青的出現(xiàn)不僅直接證實東岳廟段內(nèi)油氣運移和聚集的存在，而且也指示著，東岳廟段內(nèi)油氣以順層側(cè)向運移為主，在沒有斷裂等條件下，其油氣垂向運移和散失量可能相對較少。

圖7 東岳廟段內(nèi)瀝青分布特征Fig.7 Bituminous is observed in different types in the Dongyuemiao Member

4 頁巖氣富集主控因素分析

頁巖油氣富集的主控因素分析直接決定著勘探思路和勘探部署。在上述分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合元壩、涪陵等已獲東岳廟段頁巖油氣鉆井顯示，可以初步得出如下認識：

4.1 沉積格局控制著富有機質(zhì)泥頁巖分布

富有機質(zhì)泥頁巖作為東岳廟段內(nèi)油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)和儲集空間，富有機質(zhì)泥頁巖層段的分布規(guī)律及其頂?shù)装鍘r性條件，決定了頁巖油氣甜點層的分布及可開發(fā)程度。東岳廟段沉積時期四川盆地為一陸相湖盆，其主體為半深湖—淺湖相沉積（圖2），在其沉積時期水體低洼處，水深相對較大，在水下隆起的障壁作用下，其沉積水體不僅低能缺氧易于有機質(zhì)的保存，同時，其接受沉積充填時間相對較長，較水下隆起等受湖浪作用區(qū)域泥頁巖連續(xù)厚度相對較大，易于形成厚套連續(xù)的富有機質(zhì)泥頁巖。同時，東岳廟沉積時期，四川盆地發(fā)育了一次完整的水進—水退沉積旋回，其富有機質(zhì)層段主要集中于中部湖泛發(fā)育段。而涪頁10HF井（舒志國等，2021）等氣測異常顯示含氣性最好段也出現(xiàn)于東岳廟段中部最大湖泛面發(fā)育段。由此可推論，古地理格局控制著水動力條件差異，沉積基底低洼處易于富有機質(zhì)泥頁巖發(fā)育。東岳廟段中部最大湖泛面發(fā)育層段，泥頁巖相對連續(xù)沉積厚度最大，是川東地區(qū)東岳廟段頁巖油氣有利層發(fā)育的潛在層段。

4.2 高熱演化有助于頁巖油氣富集與高產(chǎn)

如上所述，東岳廟段泥頁巖內(nèi)干酪根以II1型與II2型為主，同時具備生油和生氣潛力。元壩地區(qū)東岳廟段泥頁巖RO處于1.56%～2.02%（平均1.76%）；涪陵地區(qū)RO介于1.26%～2.12%之間（平均1.64%）①；涪頁10HF井東岳廟段泥頁巖RO也介于1.23%～2.09%；現(xiàn)油氣顯示較好的鉆井中，東岳廟段頁巖均已達到高成熟階段，主要處于生凝析油—濕氣階段。尤其是通過P-T相圖和烴類組分鑒定證實涪頁10HF井為典型的頁巖凝析氣藏（舒志國 等，2021）?？梢姡瑹嵫莼潭葘|岳廟段頁巖油氣富集具有重要的影響，當熱演化達到生凝析油—濕氣階段時，其不僅原油密度和粘度較小，相對于低熟原油易于流動，而且凝析油氣在地伏呈氣態(tài)，氣態(tài)烴類在浮力的作用下，更易于向地表淺層流動，形成高產(chǎn)。當其運移至淺層，隨著溫度和壓力的降低，逐漸冷凝為液態(tài)烴類，在一定程度上可以減緩烴類的漏失速率，進而有助于深部頁巖油氣的富集保存。

4.3 裂縫的連通作用控制著頁巖氣的高產(chǎn)

由上文分析可知，實驗測試顯示川東地區(qū)東岳廟段具有“高孔低滲”的儲集物性特征，其內(nèi)黏土礦物粒間孔和有機質(zhì)孔等不易被壓實的孤立孔隙較發(fā)育，孔隙間連通性較差，滲透率極低，而生產(chǎn)實踐顯示，東岳廟段個別頁巖油氣井可日產(chǎn)氣5.58×104m3／d、產(chǎn)油17.6m3／d（舒志國 等，2021），而其比鄰的頁巖油氣井可能不具工業(yè)產(chǎn)能，呈現(xiàn)明顯的儲層非均質(zhì)性。

露頭中（圖7）東岳廟段內(nèi)泥頁巖內(nèi)瀝青豐富，以順層產(chǎn)出為主，指示著東岳廟段內(nèi)頁巖油氣主要沿順層橫向運移，而瀝青多以脈狀產(chǎn)出，顯示其運移的主要通道為裂縫。同時，在露頭尺度（圖3）與微觀掃描電鏡尺度（圖5）下東岳廟段泥頁巖內(nèi)均可見裂縫發(fā)育密集段，尤其是剖面中可見長度上百米的低角度滑脫層發(fā)育，滑脫層內(nèi)泥頁巖破碎，裂縫極為發(fā)育，其為短距離頁巖油氣運移和富集提供了通道。而在微觀上，泥頁巖內(nèi)微裂縫與礦物粒間孔或溶蝕孔洞相連（圖5c），將孤立的儲集空間連通，從而有助于泥頁巖內(nèi)油氣的流動，在局部區(qū)域形成富集，呈現(xiàn)出顯著的非均質(zhì)性。此外，與致密的泥頁巖相比，裂縫常具有較高的滲透率，扮演者“高速運移通道”的角色，易于壓力傳導。為此，東岳廟段內(nèi)由不同尺度規(guī)模裂縫構(gòu)成的裂縫輸導體系對泥頁巖內(nèi)孤立孔隙的連通作用決定著其儲層的非均質(zhì)性，進而控制著頁巖油氣的高產(chǎn)。

4.4 東岳廟段頁巖油氣富集模式

前人研究顯示，川東地區(qū)普遍發(fā)育3套區(qū)域性滑脫層，由下至上依次為寒武系、五峰組、雷口坡組—嘉陵江組（鄒玉濤等，2015；何江林等，2018）。其中上部最淺一套區(qū)域性滑脫層為雷口坡組—嘉陵江組滑脫層，其不僅是川東地區(qū)的一套重要的構(gòu)造層劃分標志，而且其內(nèi)裂縫極為發(fā)育，對川東地區(qū)內(nèi)油氣的橫向運移具有重要控制作用，在局部與高角度斷層連通，為上覆須家河組、自流井組等地層內(nèi)油氣聚集提供了深部烴類來源和壓力傳導的可能，有助于上三疊統(tǒng)須家河組常規(guī)氣和珍珠沖段致密型砂巖氣的成藏。同時，川東地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組至下侏羅統(tǒng)自流井組，整體發(fā)育一大型的水進沉積旋回，東岳廟段作為須家河組與珍珠沖段上覆第一套區(qū)域性細粒沉積巖，其不僅為四川盆地侏羅系下部第一套區(qū)域性烴源巖（Li et al.，2017；Pang et al.，2019；胡東風等，2021），而且作為區(qū)域蓋層控制著下伏游離氣的運移與聚集（肖富森等，2019）。如：張本健等（2022）發(fā)現(xiàn)四川盆地金秋氣田上侏羅統(tǒng)沙溪廟組致密氣主要來源于三疊系須家河組腐殖型烴源巖與侏羅系腐泥型烴源巖，證實東岳廟段與高角度斷層控制著下伏油氣的運聚和淺層致密氣的成藏。在特定的構(gòu)造部位，東岳廟段具備一定閉合高度時，其對下伏的油氣具有封蓋和聚集作用，有助于其內(nèi)超壓的形成和烴類的富集。進而川東地區(qū)內(nèi)東岳廟段頁巖氣鉆井幾乎均有頁巖氣異常顯示，且普遍發(fā)育異常高壓（李登華等，2017）。在東岳廟段頁巖內(nèi)部，有機質(zhì)富集段位于中部，隨著熱演化的增大，其生烴作用不僅為其內(nèi)頁巖油氣富集提供了烴類物質(zhì)基礎(chǔ)，增大了地層壓力、促進有機質(zhì)孔的發(fā)育，而且對下伏天然氣形成烴濃度封閉，進而有助于提高其內(nèi)氣油比，增強其內(nèi)頁巖氣與頁巖油的流動性。同時，泥頁巖內(nèi)頁理發(fā)育，易于順層形成微裂縫，有助于短距離內(nèi)油氣的側(cè)向運移。在局部褶皺強烈區(qū)，東岳廟段頂部泥頁巖內(nèi)滑脫層發(fā)育，形成致密泥頁巖內(nèi)的高滲輸導層，進而有助于頁巖油氣順層向低流體勢部位運移，在油氣低勢區(qū)形成頁巖油氣相對富集區(qū)（圖8）。當?shù)蛣輩^(qū)富有機質(zhì)泥頁巖連續(xù)厚度發(fā)育較大時，其易于形成頁巖油氣的高產(chǎn)區(qū)。

圖8 川東地區(qū)東岳廟段頁巖油氣富集模式示意圖Fig.8 The enrichment model of the shale gas and oil in the Dongyuemiao Member in the northeast of Sichuan Basin

5 結(jié)論

川東地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段形成于四川盆地演化為陸內(nèi)盆地的第一次湖泛時期，該時期四川湖盆內(nèi)存在多個次級洼陷，在水下隆起的障壁作用下，平面上水動力條件差異巨大，低能安靜水體主要分布于其洼陷區(qū)域。而垂向上，東岳廟段也發(fā)育了一個完整的水進水退沉積旋回，連續(xù)的富有機質(zhì)泥頁巖主要發(fā)育于中部半深湖相，厚度在15～30m。其頁巖TOC含量中等，平均約1.79%；有機質(zhì)類型較好，以II型為主；熱演化程度與埋深存在一定的正相關(guān)性，除地層出露區(qū)外，其主體處于凝析油—濕氣的高成熟階段。

其頁巖儲集空間類型多樣，以黏土礦物粒間孔和有機質(zhì)孔為主；脆性礦物含量中等，脆性指數(shù)平均為62.1%；其孔隙度與海相泥頁巖相近，平均為8.85%，而滲透率極低，平均值僅約0.239 mD，呈現(xiàn)“高孔低滲”特征。泥頁巖內(nèi)油氣顯示豐富，且瀝青等產(chǎn)出圍巖巖性種類多樣，瀝青以脈狀順層分布為主，指示其內(nèi)油氣以側(cè)向順層運移為主。

基于川東地區(qū)東岳廟段頁巖地質(zhì)條件、裂縫發(fā)育特征以及東岳廟段泥頁巖在川東地區(qū)含油氣系統(tǒng)的特殊角色，發(fā)現(xiàn)其頁巖油氣的富集主要受富有機質(zhì)泥頁巖分布、熱演化程度和裂縫發(fā)育條件的控制，初步形成了川東地區(qū)東岳廟段頁巖油氣富集模式，認為垂向富有機質(zhì)泥頁巖連續(xù)厚度較大的現(xiàn)今油氣低勢區(qū)是東岳廟段潛在的頁巖油氣高產(chǎn)區(qū)。

注釋：

①據(jù)中石化勘探南方分公司內(nèi)部報告，2014年。