姚永君 肖高杰 范興燕 胡國恒 黎 李王 欣 張 兵 楊 凱 肖 威

（1.中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦 重慶 401147；2.中國石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083；3.四川長寧天然氣開發(fā)有限責任公司 成都 610057；4.成都理工大學 成都 610051）

目前，四川盆地海相地層龍馬溪組頁巖氣的勘探開發(fā)取得了顯著的成就，已建成商業(yè)化氣田（鄒才能等，2021）。部分學者開始將目光轉向海陸過渡相地層——上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M（周東升等，2012；董大忠等，2021）。據(jù)中石油4 次資評結果（李建忠等，2019），四川盆地龍?zhí)督M頁巖資源量共4.88×1012m3，資源潛力大。研究和鉆探實踐表明：龍?zhí)督M頁巖分布范圍廣，鉆井油氣顯示活躍、TOC 高、生氣潛力大、預測資源豐富，且川東地區(qū)位于勘探開發(fā)有利區(qū)，具備大面積成藏的地質條件，勘探潛力巨大。

國內學者對該區(qū)海相頁巖巖相做了很多研究。學者通過“TOC 含量+礦物組成”，將頁巖劃分了13 種巖相（蔣玉強等，2016）；也有學者根據(jù)礦物成分、結構構造、TOC 含量以及生物化石特征劃分9 種巖相類型（劉忠寶等，2017）；還有學者對筇竹寺組和龍馬溪組頁巖的主要巖相進行了對比分析（趙文智等，2016）。這些研究極大地促進了龍馬溪組等海相頁巖優(yōu)勢頁巖儲層的發(fā)現(xiàn)與研究（梁霄等，2021；袁余洋等，2021）。

但針對龍?zhí)督M頁巖而言，由于川東地區(qū)沉積相變化快，龍?zhí)督M巖性縱橫向變化大，巖性復雜，難以做到像龍馬溪組一樣通過礦物成分等進行巖相劃分。前期學者多將目光聚焦于烴源巖頁巖儲層特征及沉積相的研究中（陳建平等，2018；劉虎等，2019），部分學者采用巖性組合對龍?zhí)督M進行研究，但往往只考慮泥頁巖的3 種巖性組合：純泥、泥包灰、泥包砂（郭炎和林良彪，2020），或只考慮龍?zhí)督M整體的3 種巖性組合類型：泥夾灰、砂泥灰互層、泥夾煤（何冶亮等，2021）。這些分類標準過于寬泛，不足以反映川東地區(qū)龍?zhí)督M不同時期的沉積狀況，且未與頁巖儲層聯(lián)系起來，不能明確勘探開發(fā)的到底是什么類型的頁巖。因此，為了明確龍?zhí)督M龍?zhí)兑弧⒍?、三段富有機質頁巖的分布及巖性組合結構特征，本次研究在巖石學特征研究基礎上，利用泥地比、單巖石厚度對剖面結構進行劃分，再綜合TOC、孔隙度、脆性指數(shù)等頁巖儲層特征參數(shù)，明確龍?zhí)督M優(yōu)勢巖性組合分布規(guī)律，為后期頁巖儲層特征的進一步研究提供指導。

1 區(qū)域地質背景

川東地區(qū)系指四川盆地東部的部分區(qū)域（圖1），隸屬于川東高陡褶皺帶，西起華鎣山，東至七躍山，南達南川—開隆一線，東北以萬源斷裂帶與大巴山相接，是四川盆地穩(wěn)定地塊中相對活動的構造區(qū)（蔣裕強等，2010；鄒玉濤等，2015；陸亞秋等，2021）。川東地區(qū)龍?zhí)督M包含海陸過渡相及海相，其中重慶—南川以南為一套海陸交互相含煤沉積，向北逐漸相變?yōu)闇\海碳酸鹽沉積（田景春等，2018；楊平等，2019）。

圖1 研究區(qū)位置及部分資料點分布圖Fig.1 Location of study area and distribution chart of partial data point

川東地區(qū)龍?zhí)督M沉積期間經(jīng)歷了3 次完整的海進、海退，地層沉積受沉積、構造影響，地層厚度為60～300 m 不等，呈西厚東薄、南北向厚薄相間特點；巖性多且雜、縱橫向變化迅速；烴源巖的分布與品質等明顯受到沉積相帶的控制（曹清古等，2013）。自下而上劃分為3 個三級層序（高健，2017；Lin et al.，2018）：龍?zhí)兑欢巍執(zhí)抖?、龍?zhí)度?。其底部以升隆侵蝕不整合面與茅口組分界，頂部與長興組界面為整合面。龍?zhí)兑欢沃饕獮楹旱貙?，且底部多發(fā)育一套鋁土質泥巖，在梁平、開州附近多為火山巖，向南發(fā)育凝灰質砂巖；龍?zhí)抖沃饕l(fā)育灰?guī)r、頁巖，在重慶西南部為含煤地層，在梁平、開州附近發(fā)育深水沉積環(huán)境的硅質灰?guī)r和硅質頁巖；龍?zhí)度沃饕獮榛規(guī)r段，頂部通常以一薄層頁巖或深色灰?guī)r與長興組底部灰?guī)r相接。

2 巖性組合類型及分布規(guī)律

因前期勘探開發(fā)注重二疊系碳酸巖頁巖儲層，對于龍?zhí)督M頁巖取心較少，因此本次研究主要利用鉆井、測井和野外地質剖面調查，在巖石學特征研究基礎之上（表1），通過小層對比技術對不同井不同層段進行對比分析，以泥巖厚度與地層厚度的比值（簡稱泥地比）和單巖性厚度為主要劃分標準，首次將川東地區(qū)龍?zhí)督M劃分為7 種類型的巖性組合：火山巖型、泥頁巖型、富泥夾灰型、灰泥互層型、富砂夾泥型、富灰夾泥型和致密灰?guī)r型（圖2）。根據(jù)不同類型的巖性組合劃分標準（表2），對川東地區(qū)部分完鉆井及露頭資料點進行分類統(tǒng)計，利用統(tǒng)計結果在平面上繪制其分布范圍，并編制平面分布及演化模式圖（圖4，圖5，圖6），對不同類型的巖性組合特征和分布范圍進行了分析總結。

表1 川東地區(qū)龍?zhí)督M主要巖性巖石學特征及鏡下、實物照片統(tǒng)計表Table 1 Petrological characteristics，microscopic photos and physical photos of main lithology of Longtan Formation

表2 巖性組合劃分標準表Table 2 Classification criteria for lithological combinations

圖2 川東地區(qū)龍?zhí)督M典型巖性組合a.火成巖型（QL24 井，龍?zhí)兑欢危籦.泥頁巖型（MX5 井，龍?zhí)兑欢危籧.富泥含砂型（DT5 井，龍?zhí)兑欢危?；d.富泥含灰型（CZ1 井，龍?zhí)抖危?；e.灰泥互層型（MX3 井，龍?zhí)兑欢危?；f.富灰含泥型（TC1 井，龍?zhí)抖危籫.致密灰?guī)r型（PX1 井，龍?zhí)抖危〧ig.2 Typical lithological combinations of the Longtan Formation，eastern Sichuan

火成巖型：以發(fā)育大套火成巖（主要為玄武巖）為顯著特征（圖2a，圖3a）。縱向上僅分布于龍?zhí)兑欢?，平面上發(fā)育于兩個地區(qū)：宣漢—梁平一帶與馬槽壩一帶（圖4），發(fā)育玄武巖、輝綠巖、凝灰?guī)r，以玄武巖為主，厚度大于10 m。

圖4 龍?zhí)兑欢螏r性組合分布及演化模式Fig.4 Distribution and evolution model of lithology combination in section Longtan-1

泥頁巖型：泥地比大于80%，基本為泥頁巖，多夾薄煤層（圖2b，圖3b）。于龍?zhí)兑弧⒍?、三段均有分布。龍?zhí)兑?、二段時期主要分布于合川—重慶一線以南（圖4，圖5），龍?zhí)兑欢沃饕獮轫搸r，夾薄層碳質頁巖、鋁土質泥巖、煤層等，龍?zhí)抖沃饕獮轫搸r夾多層厚1～2 m 的煤層，如重慶青峰山剖面。龍?zhí)度卧赟F1 井區(qū)局部分布（圖6）。

圖5 龍?zhí)抖螏r性組合分布及演化模式Fig.5 Distribution and evolution model of lithology combination in section Longtan-2

圖6 龍?zhí)度螏r性組合分布及演化模式Fig.6 Distribution and evolution model of lithology combination in section Longtan-3

富泥含砂型：泥地比為60%～80%，單層砂巖厚度基本小于10 m，呈泥夾砂狀（圖2c）?？v向上僅分布于龍?zhí)兑欢?，所含砂巖主要為凝灰質粉砂巖，以DT5 井為代表。

富泥含灰型：泥地比為60%～80%，單層灰?guī)r厚度基本小于10 m，呈泥夾灰狀（圖2d，圖3c）?？v向上主要分布于龍?zhí)兑弧⒍?，龍?zhí)度瘟阈前l(fā)育。龍?zhí)兑欢螘r期主要呈狹長帶狀分布于長壽—涪陵一帶以及開州—萬州以北（圖4）。巖性以頁巖為主，底部多含鋁土質泥巖，間夾1～2 層煤，至萬州附近CZ1 井中泥巖以碳質頁巖和鋁土質泥巖為主。龍?zhí)抖螘r期，主要分布于梁平—萬州—石柱一帶（圖5），巖性為泥頁巖夾薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r。龍?zhí)度螘r期幾乎沒有分布。

灰泥互層型：泥地比為40%～60%，為灰?guī)r與泥頁巖不等厚互層，呈千層餅結構（圖2e，圖3d）。龍?zhí)度畏植甲顝V，在重慶—南川以南（圖5），自南向北頁巖與灰?guī)r單層層厚增加、層數(shù)減少。龍?zhí)抖螘r期范圍最小，于合川—重慶—南川一線與廣安—長壽一線中間，呈長條狀（圖6），至重慶附近出現(xiàn)頁巖灰質化、灰?guī)r硅質化，再向北至合川附近出現(xiàn)灰?guī)r泥質化、頁巖呈大套連續(xù)沉積。龍?zhí)兑欢螘r分布于廣安—南川一線以北、渠縣—長壽以南（圖4），頁巖與灰?guī)r單層厚度較大、層數(shù)較少，下部多夾有煤層，區(qū)內FS1 井上部灰?guī)r出現(xiàn)燧石化、局部硅質化，下部頁巖部分碳化。

富灰含泥型：泥地比20%～40%，為中厚層灰?guī)r夾泥頁巖（圖2f，圖3e）。龍?zhí)兑欢螘r期，主要分布于豐都—石柱—忠縣一帶。龍?zhí)抖沃饕植加谶_州地區(qū)及長壽一帶（圖5）。龍?zhí)度瘟阈欠植加谘芯繀^(qū)東北部和中部（圖6），此時期多為灰?guī)r與頁巖互層，但頁巖薄、灰?guī)r厚，且中部或上部含有大套灰?guī)r。

致密灰?guī)r型：泥地比小于20%，以厚度＞10 m的大套灰?guī)r為主，偶夾極薄層泥頁巖（圖2g，圖3f）?？v向上分布于龍?zhí)抖魏妄執(zhí)度?。平面上龍?zhí)抖螘r期，主要分布于兩個區(qū)域（圖5）：研究區(qū)中部涪陵—墊江一帶，呈北西—南東向條帶狀，以及研究區(qū)東北部開州—云陽一線以北。龍?zhí)度螘r期，廣泛發(fā)育于廣安—重慶—涪陵以北大部分地區(qū)（圖6），以純灰?guī)r為主，含薄層泥灰?guī)r、燧石結核灰?guī)r、硅質灰?guī)r等。

3 優(yōu)勢巖性組合特征及勘探意義

海陸過渡相泥頁巖在頁巖儲層物質組成和氣體賦存機理等方面與海相頁巖存在顯著的差異（琚宜文等，2016）。海陸過渡相泥頁巖地層表現(xiàn)為單層厚度薄、巖性變化快、有機碳含量較高、富含黏土礦物等特征（吳忠銳等，2019）。成熟度對于頁巖氣至關重要，當Ro 大于1.3%時以氣為主，研究過程中利用14口井巖心及巖屑取樣，根據(jù)沉積巖中鏡質組反射率測定方法測定結果統(tǒng)計表明（表3），龍?zhí)督M頁巖平均成熟度介于1.60%～3.11%之間，處于成熟—高成熟—過成熟階段，達到了生氣窗口，Ro 值均處在有利范圍內。

表3 川東地區(qū)龍?zhí)督MRo 實驗結果統(tǒng)計表Table 3 Ro experimental results of the Longtan Formation，eastern Sichuan

結合海陸過渡相頁巖儲層的特點，并參照海相頁巖儲層評價標準，依據(jù)14 口井巖心及巖屑取樣在常溫常壓條件下的實驗分析結果，主要包括有機碳含量、含氣性、孔隙度、脆性指數(shù)等地質與地化評價參數(shù)，結合測井評價將該區(qū)頁巖儲層進一步劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類（表4）。

表4 川東地區(qū)龍?zhí)督M頁巖儲層不同巖性組合特征參數(shù)及頁巖儲層分類統(tǒng)計表Table 4 Characteristic parameters of different kinds of lithology combination shale reservoir in the Longtan Formation，eastern Sichuan

3.1 泥地比

利用泥地比作為優(yōu)勢頁巖儲層評價標準，將巖性組合與頁巖儲層聯(lián)系起來，在以大套灰?guī)r為主的富灰含泥型與致密灰?guī)r型組合中，泥頁巖厚度往往比較小，甚至不含泥頁巖，故不考慮這兩種組合，富泥含砂型橫向上僅分布于DT5、TD30 井及附近，平面上分布局限，達不到頁巖氣效益開發(fā)井控面積，亦不作為有利巖性組合。因此頁巖有利頁巖儲層應在富泥型中尋找。

3.2 有機碳含量

大量研究表明，有機碳含量（TOC）與頁巖氣產(chǎn)氣率之間存在正相關關系，由于頁巖氣“生儲一體”，有機質豐度高的泥巖段生烴潛力大、產(chǎn)氣多（Jarvie et al.，2004；Stra?po? et al.，2010），川東地區(qū)龍?zhí)督MTOC 與含氣量具有明顯正相關（圖7）。北美地區(qū)的頁巖儲層評價認為具有商業(yè)價值頁巖氣藏的TOC 應大于2.0% 。 國家標準（GB/T31483-2015）過渡相有利頁巖儲層下限為1.0%。綜合評價Ⅰ類頁巖儲層：TOC 大于2%；Ⅱ類頁巖儲層：1%＜TOC＜2%。根據(jù)測井評價成果，研究區(qū)龍?zhí)兑欢沃懈荒嗪倚晚搸rTOC 介于2.41%～4.86%，平均值為3.36%，其中FT1 井平均值為3.41%，DT002-4 井為3.32%，整體TOC 含量較高。龍?zhí)抖蜹OC 含量最高為泥頁巖型，TOC 含量介于2.53%～4.55%之間，平均值為3.21%；富泥含灰型頁巖TOC 含量亦高，介于1.69%～4.87% 之間，平均值可達3.02%。

圖7 FT1 井含氣量與TOC 關系圖Fig.7 Relationship between TOC and gas content in well FT1

3.3 孔隙度

泥頁巖中各種孔隙及裂隙是天然氣的儲集空間（Ross and Bustin，2008；吉利明等，2012；趙可英等，2015），根據(jù)國標GB/T 34483-2015 標準，頁巖儲層孔隙度下限為2%。與海相龍馬溪組對比，涪陵頁巖氣田產(chǎn)氣井孔隙度在3%～7%之間，淺層—深層頁巖儲層均具有較高孔隙度（吳忠銳等，2019）。研究區(qū)龍?zhí)督M頁巖儲層孔隙度（Φ）在2.79%～5.89%之間，與龍馬溪組產(chǎn)氣層孔隙度相近，通過綜合研究，將Φ＞4%定為Ⅰ類頁巖儲層孔隙度標準，2%＜Φ＜4%定為Ⅱ類頁巖儲層孔隙度標準。結合完鉆井測井評價，龍?zhí)兑欢蔚母荒嗪倚晚搸r、泥頁巖型頁巖的孔隙度均大于4%，平均值分別為4.09%、4.08%，灰—泥互層型為3.9%；龍?zhí)抖沃心囗搸r型、灰泥互層型和富泥含灰型的孔隙度基本大于4%，平均為4.20%、4.03%、4.24%。其中FS1 井中龍?zhí)抖文囗搸r型孔隙度為3.81%，F(xiàn)T1 井龍?zhí)抖文囗搸r型孔隙度可達5.07%，顯示出良好的頁巖儲層孔隙性能?？紫抖扰cTOC 含量成正相關關系，TOC 越高，有機質微孔越發(fā)育（圖8）。

圖8 孔隙度與TOC 關系圖Fig.8 Relationship between TOC and porosity

3.4 含氣性

頁巖氣主要的存在形式是游離氣與吸附氣。游離氣可通過確定含氣飽和度從而計算得出；吸附氣的測量包括解吸、等溫吸附模擬及測井方法。含氣性直接關系到是否具有開發(fā)價值，我國海相頁巖氣評價采用的含氣量下限大于2 m3/t。龍?zhí)督M頁巖儲層含氣性測定比較少，XY1 井現(xiàn)場解析總含氣量1.40～19.60 m3/t（王中鵬等，2015），測井評價龍?zhí)督M頁巖儲層總含氣量3.5～5.2 m3/t，為高產(chǎn)頁巖氣層。對比調研結果，川東地區(qū)的FT1 井頁巖段總含氣量介于2.24～8.02 m3/t，平均為4.35 m3/t（圖9），QL23 井含氣量平均值為3.61 m3/t，綜合評價將總含氣量大于3 m3/t，定為Ⅰ類頁巖儲層含氣性標準，含氣量介于2～3 m3/t，定為Ⅱ類頁巖儲層含氣性標準。綜上，龍?zhí)兑欢魏妄執(zhí)抖尾煌瑤r性組合的頁巖含氣量均較高，顯示出很好的含氣能力。其中龍?zhí)兑欢魏妄執(zhí)抖文囗搸r型含氣量最高，達到了5.42 m3/t。

圖9 FT1 井測井綜合評價圖Fig.9 Logging evaluation composite chart of well FT1

3.5 脆性指數(shù)

頁巖儲層具有低孔、低滲致密的物性特征，后期開采依賴于壓裂，而巖石脆性特征則是影響壓裂品質的主要因素，在很大程度上決定著壓裂的難易程度和壓裂縫的形態(tài)。頁巖脆性越好，造縫能力越強，越易形成復雜的裂縫網(wǎng)絡，改造效果越理想（付永強等，2011；羅鵬等，2013；翟剛毅等，2020）。脆性指數(shù)采用四川盆地龍馬溪組、筇竹寺組等層位頁巖儲層（張晨晨等，2016）廣泛應用的公式（1）計算：

式中，BI3脆性指數(shù)（%）；W石英石英含量（%）；W碳酸鹽碳酸鹽含量（%）；W黃鐵礦為黃鐵礦含量（%）；W為含黏土在內的礦物總量。

針對龍馬溪組頁巖研究很成熟，其中Ⅰ類有利頁巖儲層脆性指數(shù)大于50%，Ⅱ類頁巖儲層介于40%～50%之間（張晨晨等，2016）。與龍馬溪組海相頁巖相比，川東地區(qū)南部海陸過渡相頁巖脆性礦物含量較低，黏土礦物含量較高；往北龍?zhí)督M海相因灰質含量高導致脆性礦物含量偏高，借鑒龍馬溪組標準，結合本區(qū)特征進行劃分：Ⅰ類頁巖儲層脆性指數(shù)大于60%，Ⅱ類頁巖儲層脆性指數(shù)45%～60%，Ⅲ類頁巖儲層脆性指數(shù)小于45%。通過研究區(qū)測井解釋礦物組分，利用脆性指數(shù)公式計算，龍?zhí)兑欢胃荒嗪倚晚搸r脆性指數(shù)介于30.3%～89.7%之間，平均68.6%，泥頁巖型、灰—泥互層型頁巖脆性指數(shù)介于11.4%～84.2%，平均60.2%；龍?zhí)抖文囗搸r型脆性指數(shù)介于53.4%～85.5%之間，平均71.6%。

綜上所述，根據(jù)龍?zhí)督M頁巖儲層厚度、TOC、孔隙度、含氣量、脆性指數(shù)等評判標準，川東地區(qū)龍?zhí)督M優(yōu)勢頁巖儲層段為龍?zhí)兑欢巍執(zhí)抖危執(zhí)度我蛞曰屹|成分偏多的巖性組合，頁巖發(fā)育差，不利于勘探開發(fā)。龍?zhí)兑欢沃?，富泥含灰型、泥頁巖型為Ⅰ類頁巖儲層；灰泥互層型為Ⅱ類頁巖儲層。龍?zhí)抖沃?，泥頁巖型為Ⅰ類頁巖儲層；富泥含灰型和灰泥互層型為Ⅱ類頁巖儲層。在平面上，龍?zhí)兑欢沃械母荒嗪倚陀欣麉^(qū)主要分布在達州—開州區(qū)域和云陽附近區(qū)域，龍?zhí)抖文囗搸r型有利區(qū)主要集中在巴南—綦江一帶，灰泥互層型有利區(qū)主要分布石柱—忠縣—梁平—萬州一帶。

4 結 論

（1）在巖心觀察、野外剖面實測和薄片鑒定的基礎上，結合鉆井的泥地比、單層巖性厚度，首次建立了7 種巖性組合類型，分別為：泥頁巖型、富泥含砂型、富泥含灰型、灰泥互層型、富灰含泥型、致密灰?guī)r型和火成巖型。

（2）縱向上龍?zhí)兑欢蔚烬執(zhí)度?，致密灰?guī)r型、富灰含泥型等灰質成分多的組合逐漸占主導地位，其中致密灰?guī)r型僅在龍?zhí)抖?、龍?zhí)度伟l(fā)育，而富泥含砂型和火成巖型僅在龍?zhí)兑欢紊倭堪l(fā)育。平面上，自南西向北東，龍?zhí)兑欢文喜恳阅噘|成分居多的巖性組合為主，以北為以灰?guī)r成分居多的巖性組合為主，泥頁巖型、灰泥互層型、富泥含灰型依次呈東西向條帶狀發(fā)育；龍?zhí)抖我阅噘|成分居多的巖性組合為主，南部合川—重慶以南發(fā)育泥頁巖型，以北基本發(fā)育灰質型組合，如致密灰?guī)r型、富灰含泥型，局部發(fā)育偏泥質組合，泥頁巖型、灰泥互層型依次呈東西向條帶狀發(fā)育；龍?zhí)度文喜繛榛夷嗷有?，以北基本發(fā)育致密灰?guī)r型，局部發(fā)育泥頁巖型。

（3）根據(jù)巖性組合特征，綜合泥地比、有機碳含量、含氣性、孔隙度、脆性指數(shù)等地質與地化評價參數(shù)，劃分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類頁巖儲層。龍?zhí)兑欢沃?，富泥含灰型、泥頁巖型為Ⅰ類頁巖儲層；灰泥互層型為Ⅱ類頁巖儲層。龍?zhí)抖沃校囗搸r型為Ⅰ類頁巖儲層；富泥含灰型和灰泥互層型為Ⅱ類頁巖儲層。在平面上，龍?zhí)兑欢沃械母荒嗪倚陀欣麉^(qū)主要分布在達州—開州區(qū)域和云陽附近區(qū)域，龍?zhí)抖文囗搸r型有利區(qū)主要集中在巴南—綦江一帶，灰泥互層型有利區(qū)主要分布石柱—忠縣—梁平—萬州一帶。后期勘探開發(fā)應圍繞這“2 個層段，3 種組合”進行。