王金藝 金振奎 王昕堯 任奕霖 程浩 焦盼盼

摘 要 陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層與海相細(xì)粒巖儲(chǔ)層在物質(zhì)組成、沉積環(huán)境方面差別較大，儲(chǔ)層質(zhì)量影響因素也不盡相同。以四川盆地下侏羅統(tǒng)為例，利用X射線(xiàn)衍射、氦氣法測(cè)孔滲、元素地球化學(xué)、有機(jī)地化分析、掃描電鏡等多種實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段，分析陸相細(xì)粒巖組成成分、儲(chǔ)層物性特征和空間類(lèi)型，探討陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層質(zhì)量的主控因素。研究認(rèn)為，四川盆地下侏羅統(tǒng)細(xì)粒巖的主要組成礦物為黏土礦物、石英、碳酸鹽礦物。黏土礦物與石英普遍含量較高，碳酸鹽礦物局部富集。陸相細(xì)粒巖層段主要由5種巖石類(lèi)型組成，包括頁(yè)巖、介殼泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和介殼灰?guī)r。頁(yè)巖與介殼泥巖有機(jī)質(zhì)含量較高，物性較好，可作為良好的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層。陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要為黏土礦物片間孔和微裂縫。儲(chǔ)層質(zhì)量主要受沉積環(huán)境和成巖作用的影響，與組成成分關(guān)系較小。半深湖控制富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒巖的分布。還原、低鹽度、潮濕、物源充足的沉積環(huán)境有利于細(xì)粒巖孔隙空間的發(fā)育，為儲(chǔ)層的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。黏土礦物片間孔在超壓作用下保存下來(lái)，為頁(yè)巖氣富集提供了儲(chǔ)集空間。

關(guān)鍵詞 陸相頁(yè)巖；控制因素；成巖作用；壓實(shí)作用；四川盆地

第一作者簡(jiǎn)介 王金藝，女，1996年出生，博士，沉積學(xué)和儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)，E-mail： 574636075@qq.com

通信作者 金振奎，男，教授，E-mail： jinzhenkui@188.com

中圖分類(lèi)號(hào) P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

隨著對(duì)細(xì)粒巖油氣勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)我國(guó)不僅存在海相細(xì)粒巖層系，陸相和海陸過(guò)渡相細(xì)粒巖層系同樣發(fā)育，三者總資源量達(dá)25.08×1012 m3，且資源量基本相當(dāng)，各占三分之一[1?5]。前人通過(guò)老井復(fù)查和重新評(píng)價(jià)，在四川盆地元壩、涪陵、建南地區(qū)下侏羅統(tǒng)陸相細(xì)粒巖層位大安寨段、東岳廟段均獲得良好的頁(yè)巖油氣顯示和工業(yè)氣流[6]。

細(xì)粒沉積物指的是顆粒直徑小于0.062 5 mm的泥和粉砂級(jí)沉積物，包括長(zhǎng)英質(zhì)礦物、黏土礦物、碳酸鹽礦物和有機(jī)物[7?8]。細(xì)粒巖包括泥巖和細(xì)粉砂巖，其中頁(yè)巖為頁(yè)理（水平層理）發(fā)育的泥巖。學(xué)者們通過(guò)研究海相細(xì)粒巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型和微觀結(jié)構(gòu)，分析了海相頁(yè)巖儲(chǔ)層的控制因素，其認(rèn)為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖孔隙主要為有機(jī)孔和黏土礦物片間孔，其中有機(jī)孔主要受TOC含量控制，而黏土礦物片間孔受黏土礦物含量控制，且都呈正相關(guān)[9?11]；Ross et al.[12]認(rèn)為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中黏土礦物具有較高的微孔隙體積和較大的比表面積，與前人研究海相頁(yè)巖儲(chǔ)層取得的結(jié)論相似；徐杰等[13]研究鄂爾多斯延長(zhǎng)組陸相頁(yè)巖儲(chǔ)層時(shí)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)碳含量和脆性礦物含量是控制納米級(jí)孔隙發(fā)育的主要因素。從前人研究成果中不難發(fā)現(xiàn)，細(xì)粒巖儲(chǔ)層質(zhì)量可能受組成成分影響，包括黏土礦物、脆性礦物和有機(jī)質(zhì)。

除此之外，Jadoon et al.[14]研究澳大利亞Roseneath和Murteree湖相沉積環(huán)境時(shí)發(fā)現(xiàn)，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要發(fā)育在風(fēng)暴浪基面附近的半深湖和深湖環(huán)境；楊曉萍等[15]認(rèn)為沉積環(huán)境為儲(chǔ)層的形成提供了基礎(chǔ)條件。同時(shí)，非常規(guī)儲(chǔ)層之所以低孔低滲，很大程度是由于其獨(dú)特的成巖作用決定的，尤其是成巖早期在壓實(shí)作用下孔隙快速減小，膠結(jié)物占據(jù)孔隙空間大幅降低了油氣流動(dòng)性；耿一凱等[16]通過(guò)四川龍馬溪海相頁(yè)巖的組成成分和垂向變化，發(fā)現(xiàn)自生石英可以抑制地層壓實(shí)，從而改善儲(chǔ)集空間；張順[17]根據(jù)東營(yíng)凹陷古近系湖相頁(yè)巖油儲(chǔ)層成巖序列與孔隙演化的關(guān)系認(rèn)為溶蝕作用和有機(jī)質(zhì)生烴作用可以增加儲(chǔ)層物性。

由此可見(jiàn)前人在研究細(xì)粒巖儲(chǔ)層質(zhì)量的控制因素時(shí)，探討了細(xì)粒巖組成成分、沉積環(huán)境和成巖作用，但多從單方面和兩方面研究。因此，為準(zhǔn)確地確定陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層的主控因素，本次研究從陸相細(xì)粒巖的組成成分、沉積環(huán)境和成巖作用3個(gè)方面展開(kāi)探討，旨在通過(guò)分析四川盆地下侏羅統(tǒng)陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層質(zhì)量的主要控制因素，為陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層的分布預(yù)測(cè)和油氣勘探提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況

四川盆地位于揚(yáng)子地臺(tái)西部，是一個(gè)在上揚(yáng)子克拉通基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的疊合盆地。由川西坳陷、川中隆起、川東高陡和川南低陡4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元組成，以西部龍門(mén)山，北部米倉(cāng)上和大巴山，東部齊耀山，南部婁山為界[18?20]（圖1）。四川盆地早侏羅世，龍門(mén)山逆沖推覆作用減弱，米倉(cāng)山—大巴山逆沖推覆運(yùn)動(dòng)活躍，導(dǎo)致四川盆地沉積中心由龍門(mén)山前緣向米倉(cāng)山—大巴山轉(zhuǎn)換。下侏羅自流井組地層是在印支晚幕運(yùn)動(dòng)后形成的湖相泥頁(yè)巖與粉砂、灰?guī)r互層的半深湖—淺湖沉積，其物源多數(shù)來(lái)自北部米倉(cāng)山構(gòu)造帶。中上侏羅統(tǒng)，盆地湖平面逐漸變淺，盆地內(nèi)部主要發(fā)育河流—三角洲沉積環(huán)境。侏羅統(tǒng)陸相細(xì)粒巖主要分布在下侏羅統(tǒng)自流井組地層[18，20]。自流井組自下而上可以分為珍珠沖段、東岳廟段、馬鞍山段和大安寨段[18?20]。研究區(qū)為四川盆地元壩、涪陵地區(qū)，地層旋回特征完整。

2 細(xì)粒巖成分特征

X射線(xiàn)衍射全巖分析表明，下侏羅統(tǒng)細(xì)粒巖主要組成礦物為石英、黏土礦物、碳酸鹽礦物，以及少量的長(zhǎng)石和黃鐵礦。其中，石英礦物含量介于15.3%～77.3%，平均值為46.1%；黏土礦物含量介于7.9%～63.7%，平均值為40.6%；碳酸鹽礦物含量介于0～63.8%，平均值為9.3%（圖2）。對(duì)各層段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，大安寨段石英礦物含量介于19.1%～72.7%，平均值為40.7%；黏土礦物含量介于7.9%～59.6%，平均值為37.40%；碳酸鹽礦物含量介于0～63.8%，平均值為21.9%（表1）。馬鞍山段石英礦物含量介于31.7%～51.3%，平均值為43.0%；黏土礦物含量介于42.2%～55.2%，平均值為47.3%；碳酸鹽礦物含量介于0～22.3%，平均值為9.7%。東岳廟段石英礦物含量介于15.3%～77.3%，平均值為53.1%；黏土礦物含量介于12.7%～63.7%，平均值為42.3%；碳酸鹽礦物含量介于0～27.5%，平均值為3.7%。綜上表明，各層段細(xì)粒巖石英礦物和黏土礦物平均含量差異不大，方解石礦物在大安寨段含量最高。整體表現(xiàn)為黏土礦物與石英含量高，碳酸鹽礦物局部富集的特征。

通過(guò)巖心、偏光顯微鏡觀察和XRD分析，將研究區(qū)細(xì)粒巖類(lèi)型劃分為頁(yè)巖、介殼泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和介殼灰?guī)r（圖3，4）。下侏羅統(tǒng)湖相沉積環(huán)境中存在大量瓣鰓類(lèi)生物，導(dǎo)致介殼灰?guī)r發(fā)育。由于陸相沉積環(huán)境變化快，陸相巖石非均質(zhì)性強(qiáng)，介殼灰?guī)r與頁(yè)巖頻繁互層。為方便整體敘述，將位于同層段的泥巖、粉砂巖和石灰?guī)r統(tǒng)歸為細(xì)粒巖。其中，灰黑色的頁(yè)巖則指示了安靜、還原的沉積環(huán)境，主要發(fā)育于碎屑巖半深湖環(huán)境（圖3a）。粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖分選較好。呈塊狀沉積構(gòu)造的灰色粉砂巖指示了強(qiáng)水動(dòng)力條件下的快速沉積（圖3c）。在粉砂巖中也可見(jiàn)交錯(cuò)層理、韻律層理發(fā)育，說(shuō)明了沉積水動(dòng)力季節(jié)性變化，指示了淺湖灘壩微相的存在（圖3d）。

介殼泥巖中的沉積構(gòu)造，包括溝槽鑄模、沖刷面、波狀層理和遞變層理的出現(xiàn)，說(shuō)明介殼泥巖和粉砂質(zhì)介殼泥巖是在風(fēng)暴主導(dǎo)的半深湖中沉積的。部分貝殼在淺水湖泊中被風(fēng)暴破壞，搬運(yùn)到半深湖，與泥巖一起沉積。風(fēng)暴侵蝕了底層的地層，可形成不規(guī)則的槽模[21]。風(fēng)暴過(guò)后，湖水恢復(fù)了平靜。半深湖中的細(xì)粒沉積物沉積在貝殼層上，形成一個(gè)突變接觸的界面（圖3b）。多重風(fēng)暴沉積疊加形成介殼泥巖和介殼灰?guī)r互層沉積。

3 細(xì)粒巖儲(chǔ)層特征

3.1 細(xì)粒巖物性特征

使用氦氣法測(cè)量研究區(qū)大安寨段細(xì)粒沉積巖的孔隙度和滲透率，得到研究區(qū)細(xì)粒沉積巖孔隙度介于0.92%～8.12%，平均為3.35%，且絕大部分樣品孔隙度在2% 以上；滲透率介于（0.001～33.93）×10-3 μm2，平均為6.83×10-3 μm2。東岳廟段細(xì)粒巖孔隙度介于0.55%～6.72%，平均為2.84%。滲透率介于（0.001～1.46）×10-3 μm2，平均為0.51×10-3 μm2。與北美進(jìn)行商業(yè)開(kāi)采的頁(yè)巖孔隙度和滲透率相比（孔隙度為2%～15%，滲透率為（1×10-4～1）×10-3 μm2），研究區(qū)細(xì)粒巖物性總體適中，為頁(yè)巖氣儲(chǔ)集提供了空間[22?23]。四川盆地下侏羅統(tǒng)細(xì)粒巖層日產(chǎn)氣0.4～50.7 ×104 m3。

現(xiàn)場(chǎng)含氣量解吸測(cè)試數(shù)據(jù)表明，細(xì)粒巖含氣量分布在0.5～5.8 m3/t，平均1.37 m3/t，含氣性較好（含氣量大于1.00 m3/t）。其中，富有機(jī)質(zhì)（TOC大于2.00%）的大安寨段和東岳廟段介殼泥巖和頁(yè)巖含氣量最好，含氣量為1.05～5.8 m3/t，平均2.6 m3/t。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵鉆井下侏羅統(tǒng)巖心的物性測(cè)試分析，細(xì)粒巖中灰黑色頁(yè)巖孔隙度介于2.37%～5.96%，平均為3.99%，滲透率介于（0.002～7.97）×10-3 μm2，平均為2.83×10-3 μm2；灰黑色介殼泥巖孔隙度介于0.92%～8.12%，平均為2.69%，滲透率介于（0.001～13.83）×10-3 μm2，平均為3.78×10-3 μm2（表2）。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31483—2015《頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)方法》富有機(jī)質(zhì)陸相頁(yè)巖的孔隙度標(biāo)準(zhǔn)（Φ>2%）、滲透率標(biāo)準(zhǔn)（K>0.1×10-3 μm2）、有機(jī)質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)（TOC>1%），以及陸相頁(yè)巖氣最低工業(yè)性氣流量標(biāo)準(zhǔn)（日產(chǎn)氣大于0.5×104 m3），認(rèn)為下侏羅統(tǒng)頁(yè)巖與介殼泥巖可作為良好的陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層[24]。

3.2 細(xì)粒巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間的類(lèi)型及特征

前人依據(jù)細(xì)粒巖孔隙成因，將細(xì)粒巖儲(chǔ)集空間分為粒間孔、粒內(nèi)孔、有機(jī)質(zhì)孔和裂縫孔隙[23]。為了探討細(xì)粒巖儲(chǔ)集空間的形成機(jī)理和控制因素，根據(jù)陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)集空間的成因，將下侏羅統(tǒng)細(xì)粒巖儲(chǔ)集空間劃分為3大類(lèi)：無(wú)機(jī)孔、有機(jī)孔和微裂縫。其中，無(wú)機(jī)孔可細(xì)分為粒間孔和粒內(nèi)孔，粒間孔包括顆粒間孔和粒緣孔，粒內(nèi)孔分為黏土礦物片間孔、溶蝕孔和少量的莓狀黃鐵礦內(nèi)孔（圖5）。

在掃描電鏡下可以觀察到常發(fā)育于礦物顆粒接觸處的粒間孔，孔徑大小為10 nm～2 μm（圖5a，b）。粒間孔主要形成于同生成巖階段—早成巖階段。在成巖過(guò)程中，除了壓實(shí)作用會(huì)減少粒間孔外，膠結(jié)作用也會(huì)降低孔隙度。其中，顆粒間孔發(fā)育在相互支撐的脆性礦物顆粒間或黏土礦物與脆性礦物之間，呈三角形或不規(guī)則多邊形。粒緣孔沿脆性礦物顆粒邊緣分布，可勾勒出脆性礦物形態(tài)（圖5b）。主要發(fā)育于早成巖階段，連通性較差。

成巖溶蝕孔發(fā)育在相對(duì)不穩(wěn)定的長(zhǎng)石、碳酸鹽礦物內(nèi)部，形狀不規(guī)則，連通性差，以宏孔為主，直徑為2～5 μm（圖5c）。在中成巖A期，有機(jī)質(zhì)熱成熟產(chǎn)生的有機(jī)酸溶蝕長(zhǎng)石或碳酸鹽礦物，形成溶蝕孔。

黏土礦物片間孔主要出現(xiàn)在相互支撐的片狀黏土礦物之間，連通性較好，可被黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)充填。這種片間孔孔徑一般為10～50 nm，與黏土礦物解理面平行分布（圖5d）。由于黏土礦物抗壓性差，可見(jiàn)彎曲狀的黏土礦物片間孔。陸相頁(yè)巖中黏土礦物含量高，故黏土礦物片間孔含量較多，為主要的孔隙類(lèi)型。

莓球狀黃鐵礦內(nèi)的孔隙在頁(yè)巖與介殼泥巖中普遍存在，這種孔隙多被有機(jī)質(zhì)或自生黏土礦物堵塞，孔徑范圍較廣，一般為10～30 nm。由于莓狀黃鐵礦為缺氧環(huán)境下的化學(xué)沉積的產(chǎn)物，周?chē)ね恋V物呈現(xiàn)被壓實(shí)的形態(tài)。因此，莓球狀黃鐵礦以及它內(nèi)部的孔隙形成于壓實(shí)作用之前的同生成巖—早成巖階段（圖5e）。

有機(jī)孔是有機(jī)質(zhì)生烴演化過(guò)程中由于烴類(lèi)的生成和排出而在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的大量孔隙。有機(jī)質(zhì)多為狹長(zhǎng)狀或不規(guī)則形狀，直徑為30～50 nm，整體連通性較差（圖5f）。在自流井組陸相頁(yè)巖中的有機(jī)孔很少，僅在富有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖和介殼泥巖中出現(xiàn)，觀察不同巖石類(lèi)型的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡FE-SEM大面積拼接圖像，識(shí)別各種類(lèi)型孔隙，并用顏色標(biāo)記（圖6）。利用ImageJ軟件計(jì)算不同巖石類(lèi)型中的各種孔隙占比。大面積拼接的FE-SEM圖像能夠避免因巖石非均質(zhì)性導(dǎo)致的孔隙統(tǒng)計(jì)結(jié)果不準(zhǔn)。分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ImageJ軟件計(jì)算的頁(yè)巖不同孔隙面孔率與實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的孔隙度呈正相關(guān)，說(shuō)明利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖像識(shí)別配合ImageJ軟件計(jì)算孔隙占比的方法，準(zhǔn)確可靠（表3、圖7）。利用此方法識(shí)別研究區(qū)陸相細(xì)粒巖中微裂縫、無(wú)機(jī)孔、有機(jī)孔占比。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，無(wú)機(jī)孔最多，微裂縫次之，有機(jī)孔占比最少，不到10%（表3）。這是由于研究區(qū)陸相細(xì)粒巖中的有機(jī)質(zhì)主要為II2與III型有類(lèi)型，生油、氣能力較差。無(wú)機(jī)孔中以黏土礦物片間孔為主。因此，物性較好的介殼泥巖、頁(yè)巖發(fā)育大量的黏土礦物片間孔和微裂縫。

4 細(xì)粒巖儲(chǔ)層質(zhì)量的主控因素

陸相細(xì)粒巖與海相細(xì)粒巖形成于不同的沉積環(huán)境，且經(jīng)歷了獨(dú)特的成巖作用，其儲(chǔ)層特征差異較大。綜合前人對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層質(zhì)量控制因素的研究方法，從陸相頁(yè)巖的組成成分、沉積環(huán)境和成巖作用3方面分析陸相頁(yè)巖儲(chǔ)層質(zhì)量的主控因素。

4.1 礦物組成與細(xì)粒巖孔隙的關(guān)系

石英是細(xì)粒巖成分中抗壓能力最強(qiáng)的礦物，可以形成礦物格架，提供粒間孔隙。學(xué)者們?cè)诒泵篮退拇êＯ囗?yè)巖中皆觀察到支撐粒間孔的石英顆粒[23，25?26]。同時(shí)，細(xì)粒巖中的石英可以使細(xì)粒巖儲(chǔ)層的脆性增加，使其在開(kāi)發(fā)過(guò)程中更易壓裂。在下侏羅統(tǒng)細(xì)粒巖中的存在以方解石為主要成分的生物殼，既可被溶解形成溶蝕孔，也可在成巖后期發(fā)生重結(jié)晶作用[27]。黏土礦物對(duì)于儲(chǔ)層的影響包括正交細(xì)粒巖儲(chǔ)層孔隙比表面積，有利于細(xì)粒巖儲(chǔ)層對(duì)油氣的吸附；黏土礦物轉(zhuǎn)化為伊利石，孔體積增加改善儲(chǔ)層空間；黏土轉(zhuǎn)化作用可以產(chǎn)生石英，石英可以增加巖石的整體脆性[28?29]。通過(guò)分析下侏羅統(tǒng)自流井組細(xì)粒巖樣品孔隙度與滲透率的相關(guān)性可知，二者呈正相關(guān)，即孔隙度越大，滲透率越好（圖8）。

但將陸相細(xì)粒巖的孔隙度與黏土礦物、石英和碳酸鹽礦物含量進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，其相關(guān)性并不明顯（圖9）。這可能是由于陸相細(xì)粒巖巖性變化快，所含礦物類(lèi)型較多，含量變化大，比海相更為復(fù)雜。因此，細(xì)粒巖的組成礦物不是控制儲(chǔ)層質(zhì)量的主要因素。

4.2 有機(jī)質(zhì)與有機(jī)孔的關(guān)系

細(xì)粒巖中的有機(jī)質(zhì)含量是指示生烴潛力的重要指標(biāo)，控制有機(jī)孔的發(fā)育。通過(guò)下侏羅統(tǒng)細(xì)粒巖TOC含量與孔隙度相關(guān)性分析可知，隨著TOC含量的增加，細(xì)粒巖孔隙度增加，與前人研究結(jié)論一致（圖9d）[8?11]。這是因?yàn)殡S著TOC含量增加，有機(jī)孔數(shù)量增加，從而影響細(xì)粒巖整體孔隙度的增加。

研究發(fā)現(xiàn)，下侏羅統(tǒng)細(xì)粒巖中的TOC含量較典型海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖低，有機(jī)孔含量較少，僅占總孔隙的10%（表3）。同時(shí)，有機(jī)質(zhì)主要為II2與III型，成熟度偏低，生油、氣能力較海相頁(yè)巖差[30?31]。TOC與比表面積、孔體積相關(guān)性較弱，反映了陸相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜（圖10）。因此，有機(jī)質(zhì)含量并不是控制陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層質(zhì)量的主要因素。

4.3 沉積環(huán)境對(duì)細(xì)粒巖儲(chǔ)層的影響

四川盆地下侏羅統(tǒng)主要發(fā)育三角洲、濱湖、淺湖和半深湖相。近物源的元壩地區(qū)珍珠沖段主要沉積中砂巖、粉砂巖和砂礫互層，以三角洲平原和前緣亞相為主[18，20]。東岳廟段沉積環(huán)境以半深湖相為主，沉積富有機(jī)質(zhì)灰黑色頁(yè)巖和介殼泥巖；馬鞍山段發(fā)生湖退，湖泊面積減小，沉積環(huán)境以濱淺湖為主，主要沉積粉砂巖和灰綠色泥巖；大安寨段四川盆地沉降速率加大，再次發(fā)生湖侵，湖平面范圍最大，淺湖—半深湖相發(fā)育，沉積厚層頁(yè)巖和介殼泥巖。根據(jù)上文分析可知廣泛發(fā)育于東岳廟段和大安寨段半深湖相的頁(yè)巖和介殼泥巖的有機(jī)質(zhì)含量高，物性較好，可作為良好的油氣儲(chǔ)層。因此，半深湖相可為油氣的聚集和保存提供良好條件。

元素地球化學(xué)可以有效地指示古環(huán)境變化?？赏ㄟ^(guò)分析頁(yè)巖的地化指標(biāo)與孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系，探討頁(yè)巖儲(chǔ)層形成過(guò)程中的沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層的影響。為了避免元素分析的不確定性，利用多種參數(shù)分析古環(huán)境控制因素，包括古氧化還原環(huán)境、古鹽度、古生產(chǎn)力、古氣候和陸源輸入情況。

V/（V+Ni）和Cu/Zn常用來(lái)指示古環(huán)境氧化還原性。其中，在厭氧環(huán)境中V和Ni富集；在富氧條件下，V和Ni相對(duì)較少。因此，V/（V+Ni）與氧化性呈負(fù)相關(guān)[32?33]。Cu和Zn在沉積過(guò)程中，隨著環(huán)境中氧氣含量的不同，發(fā)生沉積分異，Cu/Zn與氧氣含量呈正相關(guān)[34]。統(tǒng)計(jì)可知，V/（V+Ni）與SBET、VBJH（r=0.67，0.67）呈正相關(guān)；Cu/Zn與SBET、VBJH（r=-0.62，-0.57）呈負(fù)相關(guān)（表4）。這說(shuō)明孔隙結(jié)構(gòu)受古氧化還原性影響，且還原條件下孔隙比表面積和體積較大。下侏羅統(tǒng)半深湖還原環(huán)境的還原性最好，可沉積富有機(jī)質(zhì)的介殼泥巖和頁(yè)巖，其黏土礦物含量高，黏土礦物片間孔較多，可為頁(yè)巖油氣提供了充足的儲(chǔ)集空間。

在自然水介質(zhì)中，Sr比Ba遷移的距離更遠(yuǎn)。因?yàn)楫?dāng)?shù)c咸水混合時(shí)，淡水中的Ba2+與咸水中的SO24 -結(jié)合生成BaSO4沉淀下來(lái)；而SrSO4溶解度高，可以運(yùn)移得更遠(yuǎn)并在生物作用下沉淀[35]。隨著水體咸度的增加，MgO 含量增加，Al2O3 含量降低。因此，Sr/Ba和MgO/Al2O3與湖水古鹽度皆呈正比[36]。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，Sr/Ba、100*MgO/Al2O3與SBET（r=-0.50，-0.55）呈負(fù)相關(guān)，與VBJH（r=-0.51，-0.60）呈負(fù)相關(guān)。這說(shuō)明高鹽度的沉積環(huán)境會(huì)減少儲(chǔ)層空間。相對(duì)較高鹽度的湖水適合微生物發(fā)育，有助于大量瓣鰓類(lèi)生物的生存。因此，高鹽度的環(huán)境，介殼灰?guī)r大量存在，由于方解石膠結(jié)物充填孔隙，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性較差。

Ti、Al是典型的陸源輸入標(biāo)志。陸源元素Al、Ti越高，說(shuō)明陸源輸入越多[37?40]。研究區(qū)下侏羅世Al、Ti與SBET（r=0.88，0.85）呈正相關(guān)，與VBJH（r=0.87，0.83）呈正相關(guān)，說(shuō)明陸源輸入越多，孔隙空間越發(fā)育。陸源碎屑供給可以提供有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)所需的養(yǎng)分，從而有利于有機(jī)孔的形成。

P是判別生物生產(chǎn)力高低的重要標(biāo)志。為了減少陸源輸入的影響，利用P/Ti判別古生產(chǎn)力的大小[39?40]。重晶石含量（BaSO4）與古生產(chǎn)力呈正相關(guān)，可以利用Ba/Al判別古生產(chǎn)力的大小[41]。對(duì)比生產(chǎn)力與儲(chǔ)集空間的參數(shù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)，P/Ti、Ba/Al與SBET（r=-0.31，0.20）關(guān)系較弱，與VBJH（r=-0.34，0.11）關(guān)系較弱，說(shuō)明古生產(chǎn)力與孔隙關(guān)系較弱。古生產(chǎn)力高，有機(jī)質(zhì)含量高，從而有機(jī)質(zhì)孔增加，孔隙度增加。

Mn 在湖泊中常以Mn2+的形式存在，當(dāng)湖水中Mn2+達(dá)到飽和時(shí)，Mn會(huì)發(fā)生沉淀。因此，穩(wěn)定的Mn含量指示了相對(duì)溫暖潮濕的氣候[42?43]。相反，巖石中的高M(jìn)n含量指示了干旱炎熱的古氣候條件；在潮濕氣候條件下，F(xiàn)e以Fe（OH）3 膠體形式沉淀下來(lái)。因此，高Fe/Mn反映了溫暖潮濕的氣候，低Fe/Mn則反映了干旱炎熱的氣候。巖石中的稀土元素總量Σ REE（Σ REE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu+Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu）也能指示古氣候條件變化[44]。低ΣREE，表明氣候干旱炎熱，高ΣREE表明氣候溫暖濕潤(rùn)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，ΣREE 和Fe/Mn 與SBET（r=0.78，0.64）呈正相關(guān)，與VBJH（r=0.73，0.68）呈正相關(guān)，說(shuō)明溫暖濕潤(rùn)的氣候有利于孔隙空間的形成。沉積環(huán)境越潮濕，說(shuō)明湖水深度越大，黏土礦物含量多且有機(jī)質(zhì)發(fā)育，黏土礦物片間孔和有機(jī)質(zhì)孔增加，儲(chǔ)層質(zhì)量較好。

綜上所述，沉積環(huán)境可以影響陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)集空間的變化。半深湖控制富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒巖的分布，還原、低鹽度、潮濕和物源充足的沉積環(huán)境有利于細(xì)粒巖孔隙空間的發(fā)育。

4.4 成巖作用對(duì)細(xì)粒巖儲(chǔ)層的影響

分析研究區(qū)YL4井、FY1井大安寨段、東岳廟段黏土礦物組合均為I+I/S+C+K，其中I/S普遍為15%。黏土礦物組合特征及有序I/S礦物的大量出現(xiàn)。同時(shí)，下侏羅統(tǒng)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的鏡質(zhì)體反射率介于1.20%～2.10%，Tmax普遍大于430 ℃，表明陸相頁(yè)巖已進(jìn)入中成巖B期階段。因此，四川盆地自流井組頁(yè)巖成巖演化可劃分為同生成巖階段、早成巖階段A期、早成巖階段B期、中成巖階段A期和中成巖階段B期（圖11）。陸相頁(yè)巖在沉積后經(jīng)歷壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕、黏土礦物轉(zhuǎn)化及脫水等一系列成巖作用，不同階段頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)是不同的。

4.4.1 不同成巖階段成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的控制

在同生成巖階段，細(xì)粒沉積物沉積后尚未完全脫離上覆水體，沉積物疏松，原生孔隙發(fā)育，沉積物孔隙度為60%～80%。在早成巖階段，沉積盆地逐漸沉降，沉積物持續(xù)沉積，機(jī)械壓實(shí)成為這一階段最主要的成巖作用。壓實(shí)作用使松散的沉積物被壓實(shí)為弱固結(jié)—半固結(jié)狀態(tài)，導(dǎo)致原生粒間孔孔體積減少。巖石孔隙度迅速減少，此時(shí)細(xì)粒巖的孔隙主要為原生粒間孔。介殼泥巖中的生物介殼在壓實(shí)作用下緊密平行排列甚至破裂，同時(shí)文石向方解石轉(zhuǎn)化。

中成巖階段A期，沉積物埋藏深度大于2 000 m，壓實(shí)作用強(qiáng)烈，巖石已完全固結(jié)。有機(jī)質(zhì)生烴演化和黏土礦物之間的相互轉(zhuǎn)化是主要的成巖作用。鏡質(zhì)體反射率Ro 值介于0.50%～1.30%，有機(jī)質(zhì)處于成熟階段，有機(jī)酸大量生成，有機(jī)質(zhì)孔的豐度也隨之增加。有機(jī)酸溶解長(zhǎng)石顆粒和碳酸鹽膠結(jié)物，形成溶蝕孔。黏土礦物經(jīng)轉(zhuǎn)化作用，析出層間水，形成大量黏土礦物片間孔。細(xì)粒巖孔隙度減小速度減緩，下降到5%～10%。中成巖階段B期，沉積物埋藏深度大于4 000 m，鏡質(zhì)體反射率Ro值介于1.30%～2.00%，有機(jī)質(zhì)已處于高成熟階段，無(wú)機(jī)孔逐漸減小趨于穩(wěn)定。有機(jī)酸的含量在這一階段降低，酸性減弱，溶蝕作用減弱，膠結(jié)作用開(kāi)始增強(qiáng)。細(xì)粒巖可受后期構(gòu)造作用產(chǎn)生微裂縫。

綜上所述，研究區(qū)自流井組經(jīng)過(guò)早成巖階段的壓實(shí)作用，孔隙度大幅度降低；中成巖階段A期，隨著有機(jī)酸大量生成，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育；中成巖階段B期，無(wú)機(jī)孔趨于穩(wěn)定，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響可形成微裂縫。

4.4.2 欠壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層的影響

利用聲波時(shí)差也可以反映巖石孔隙度，聲波時(shí)差越高，巖石孔隙度越高[45?48]。分析自流井組頁(yè)巖層段的聲波時(shí)差與孔隙度關(guān)系可知，聲波時(shí)差與孔隙度呈較好的正相關(guān)，說(shuō)明聲波時(shí)差能夠反映孔隙度的變化（圖12）。通過(guò)觀察研究區(qū)井位的聲波時(shí)差測(cè)井曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)，隨著地層埋藏深度的增加，聲波時(shí)差逐漸降低，但是在下侏羅統(tǒng)產(chǎn)氣層段的聲波時(shí)差值普遍較高。下侏羅統(tǒng)2 600 m附近的聲波時(shí)差測(cè)井曲線(xiàn)幅度與1 000 m以上的曲線(xiàn)幅度相似，說(shuō)明下侏羅統(tǒng)存在超壓（圖13）。雖然近年來(lái)，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)泥頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)會(huì)導(dǎo)致聲波時(shí)差異常，并建立相應(yīng)定量公式[49]。Δtfm=（1－ΦT）Δtma+ΦTΔtom。式中：Δtfm為烴源巖骨架聲波時(shí)差；ΦT為有機(jī)質(zhì)含量；Δtma為巖石骨架聲波時(shí)差，μs/m；Δtom為有機(jī)質(zhì)聲波時(shí)差，μs/m。但四川盆地元壩地、涪陵地區(qū)下侏羅統(tǒng)泥頁(yè)巖整體上有機(jī)質(zhì)含量較低，其中元壩有機(jī)質(zhì)含量平均為1.05%，東岳廟段有機(jī)質(zhì)含量平均為1.56%，涪陵有機(jī)質(zhì)含量為1.36%。較低的有機(jī)質(zhì)含量對(duì)聲波時(shí)長(zhǎng)影響較小，可以忽略不計(jì)。

通過(guò)野外實(shí)測(cè)可知，下侏羅統(tǒng)頁(yè)巖層厚度為20～30 m，厚度較大，封閉性強(qiáng)。隨著地層埋藏深度的增加，當(dāng)?shù)貙訙囟瘸^(guò)100 ℃，細(xì)粒巖不僅受機(jī)械壓實(shí)作用，也受化學(xué)壓實(shí)作用[50]?；瘜W(xué)壓實(shí)作用可以增加細(xì)粒巖的封閉性，促進(jìn)超壓的發(fā)育。如黏土礦物發(fā)生轉(zhuǎn)化作用所需的K+往往來(lái)自于鉀長(zhǎng)石或云母的溶解，從而導(dǎo)致細(xì)粒巖中的負(fù)載顆粒遭到破壞或溶解，細(xì)粒巖內(nèi)部顆粒間的支撐力下降，上覆地層壓力轉(zhuǎn)移至孔隙流體，從而產(chǎn)生超壓[50]。同時(shí)，固態(tài)有機(jī)質(zhì)成熟轉(zhuǎn)化為烴類(lèi)，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)所承受負(fù)載減少，孔隙流體體積膨脹，孔隙流體壓力增加。因此，在細(xì)粒巖超壓帶中，孔隙流體由于機(jī)械壓實(shí)和化學(xué)壓實(shí)導(dǎo)致的地層致密而不能及時(shí)排出，會(huì)承受來(lái)自上覆巖石骨架的壓力，從而支撐黏土礦物片間孔，使其保存下來(lái)，為頁(yè)巖氣富集提供有利的儲(chǔ)存空間。

同時(shí)，前人研究發(fā)現(xiàn)，四川盆地下侏羅統(tǒng)頁(yè)巖層段普遍存在超壓。涪陵地區(qū)大安寨段頁(yè)巖層段壓力系數(shù)為1.1～1.4；元壩地區(qū)大安寨段，頁(yè)巖層段壓力系數(shù)為1.33～2.07[51]。這說(shuō)明壓實(shí)作用是控制陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層質(zhì)量的主要作用。超壓帶內(nèi)的頁(yè)巖、介殼泥巖是優(yōu)質(zhì)陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層。因此，在預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層時(shí)，可在欠壓實(shí)帶內(nèi)尋找半深湖相灰黑色頁(yè)巖和灰黑色介殼泥巖，即為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層部位。

綜上，優(yōu)質(zhì)細(xì)粒巖儲(chǔ)層主要受兩方面控制，即合適的沉積環(huán)境和獨(dú)特的成巖作用。二者是富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒巖儲(chǔ)層形成的必備條件。其中，半深湖控制富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒巖的分布，還原、低鹽度、潮濕、物源充足的沉積環(huán)境有利于細(xì)粒巖孔隙空間的發(fā)育；細(xì)粒沉積物在沉積埋藏過(guò)程中經(jīng)歷的成巖作用，尤其是受到壓實(shí)作用的改造，儲(chǔ)層空間發(fā)生了巨變，為油氣的儲(chǔ)集提供了有效空間?？稍谇穳簩?shí)帶內(nèi)尋找半深湖相頁(yè)巖，即為有利的勘探位置。

5 結(jié)論

（1） 四川盆地下侏羅統(tǒng)細(xì)粒巖主要組成礦物為石英、黏土礦物、碳酸鹽礦物，以及少量的長(zhǎng)石和黃鐵礦。其中，脆性礦物（石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽礦物）含量大于50%，黏土礦物與石英在各層段的含量都較高，碳酸鹽礦物則在大安寨段含量最高。

（2） 大安寨段和東岳廟段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖和介殼泥巖物性、含氣性較好，可作為良好的陸相細(xì)粒巖儲(chǔ)層。介殼泥巖、頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間以黏土礦物片間孔、微裂縫和少量有機(jī)孔為主。

（3） 下侏羅統(tǒng)細(xì)粒巖儲(chǔ)層質(zhì)量主要受沉積環(huán)境和成巖作用控制。半深湖控制富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒巖的分布，還原、低鹽度、潮濕、物源充足的沉積環(huán)境有利于細(xì)粒巖孔隙空間的發(fā)育，為儲(chǔ)層的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。細(xì)粒巖儲(chǔ)層中的黏土礦物片間孔在超壓作用下保存下來(lái)，為頁(yè)巖氣富集提供了儲(chǔ)存空間。提出了預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層和有利勘探部位的方法，即首先尋找頁(yè)巖欠壓實(shí)帶，然后在欠壓實(shí)帶中尋找富含有機(jī)質(zhì)的半深湖灰黑色頁(yè)巖和灰黑色介殼泥巖。

致謝 審稿專(zhuān)家和編輯部老師的修改意見(jiàn)，極大提高了論文質(zhì)量，在此表示由衷感謝！

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