肖繼林 魏祥峰 李海軍

1.中國(guó)石油化工股份有限公司勘探分公司 2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

頁(yè)巖氣作為一種資源量非常巨大的非常規(guī)天然氣清潔能源，在北美地區(qū)已經(jīng)取得了良好的勘探開(kāi)發(fā)效益[1-2]。2012年中石化在四川盆地川東南涪陵地區(qū)發(fā)現(xiàn)了中國(guó)第一個(gè)大型商業(yè)開(kāi)發(fā)的海相頁(yè)巖氣田，頁(yè)巖氣層為奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組，是中國(guó)海相頁(yè)巖氣田的典型代表[3-5]。截至2017年7月，累計(jì)提交頁(yè)巖氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量6 008.14×108m3；同時(shí)元壩地區(qū)多口井在大安寨段測(cè)試獲得不同程度的天然氣流，尤其YB21井常規(guī)測(cè)試獲得50.7×104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，多口井大安寨段實(shí)測(cè)壓力系數(shù)高，普遍具有超壓特征，含氣性好，初步證實(shí)了四川盆地涪陵海相、元壩湖相頁(yè)巖氣均具有良好的勘探開(kāi)發(fā)前景。雖然相關(guān)眾多專家學(xué)者針對(duì)海、湖相頁(yè)巖氣從不同角度進(jìn)行了研究[6-10]，但未對(duì)海、湖相兩大領(lǐng)域頁(yè)巖氣富集條件的差異性進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比，在一定程度上制約了國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣理論的進(jìn)一步發(fā)展以及海、湖相頁(yè)巖氣快速、規(guī)?；a(chǎn)能建設(shè)。因此，筆者針對(duì)四川盆地典型層位五峰—龍馬溪組和自流井組大安寨段，對(duì)海、湖相頁(yè)巖氣富集條件差異性進(jìn)行了精細(xì)對(duì)比研究，明確了2類頁(yè)巖氣富集條件及富集高產(chǎn)的主控因素。

1 地質(zhì)背景

圖1 四川盆地構(gòu)造單元分區(qū)圖（據(jù)中國(guó)石油地質(zhì)志，1989）

元壩區(qū)塊位于四川省東北部廣元、南充和巴中市境內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造上屬于米倉(cāng)山、大巴山弧形構(gòu)造帶與川東弧形褶皺帶疊加區(qū)塊，北為九龍山背斜構(gòu)造帶南端，南為閬中—平昌低緩構(gòu)造帶，北東與通南巴背斜構(gòu)造帶相鄰（圖1）；興隆場(chǎng)區(qū)塊行政區(qū)劃隸屬于重慶市梁平縣、忠縣和萬(wàn)州市管轄，區(qū)域構(gòu)造位置位于川東弧形高陡構(gòu)造帶上，東臨大池干井構(gòu)造—寨溝灣構(gòu)造帶，西以南門(mén)場(chǎng)構(gòu)造—大天池構(gòu)造帶為界，屬于萬(wàn)縣復(fù)向斜焦石壩—茍家場(chǎng)—黃泥塘斜列背斜帶中的拔山寺向斜，構(gòu)造呈北東向延伸。大安寨段二亞段中部以黑灰色、黑色頁(yè)巖為主，夾薄層、紋層狀灰色、深灰色介屑灰?guī)r、砂巖，暗色泥頁(yè)巖厚度一般30～50 m，主要為陸地湖泊沉積形成，結(jié)合區(qū)域相帶特征，根據(jù)巖性變化特征可劃分出濱湖亞相、淺湖亞相和半深湖亞相。

涪陵南部區(qū)塊（圖1）位于重慶市涪陵區(qū)、南川區(qū)和武隆縣境內(nèi)，構(gòu)造位于四川盆地川東隔檔式褶皺帶南段石柱復(fù)向斜、方斗山復(fù)背斜和萬(wàn)縣復(fù)向斜等多個(gè)構(gòu)造單元的結(jié)合部，盆地邊界斷裂齊岳山斷裂以西。涪陵地區(qū)在晚奧陶世五峰期—早志留世龍馬溪期，發(fā)育了大套的暗色碳質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)筆石頁(yè)巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖，沉積厚度介于40～120 m，富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖較為發(fā)育，厚度介于28～40 m，屬淺海濱外陸棚相沉積?？v向上，依據(jù)巖性、巖相及生物特征的變化，可進(jìn)一步將焦石壩地區(qū)濱外陸棚相細(xì)分為深水陸棚亞相和淺水陸棚亞相。

2 海、湖相頁(yè)巖氣富集條件對(duì)比

2.1 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層規(guī)模及非均質(zhì)性差異

2.1.1 五峰—龍馬溪組早期古構(gòu)造環(huán)境有利于大規(guī)模的富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖形成

五峰—龍馬溪組早期陸內(nèi)拗陷深水陸棚滯留閉塞頁(yè)巖發(fā)育模式，有利于大規(guī)模的富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖形成（圖2）。四川盆地五峰組—龍馬溪組一段有機(jī)質(zhì)顯微組分測(cè)定顯示，顯微組分中腐泥組含量最高，含量介于82.5%～95.0%（其中腐泥無(wú)定型體50.0%～72.0%，藻類體12.0%～25.0%），未見(jiàn)殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組。在顯微鏡下，腐泥組多以藻類體和棉絮狀腐泥無(wú)定形體為主，見(jiàn)少量的動(dòng)物碎屑，利用TI值對(duì)其源巖干酪根類型進(jìn)行的劃分表明，龍馬溪組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型；同時(shí)，上揚(yáng)子地區(qū)“三隆夾一拗”的古構(gòu)造格局對(duì)海水的循環(huán)起到了阻隔作用[11]，與海侵初期的相對(duì)海平面快速上升、水體的快速加深共同使海洋水體底部處于低能、滯留、缺氧的環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)的聚集和保存。另外，揚(yáng)子板塊與華夏板塊的匯聚和碰撞作用，造成了在揚(yáng)子板塊東南緣形成了前陸盆地，在前陸盆地發(fā)育的初期階段，前淵凹陷的沉降速率大于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其沉積速率（大約為6～60 m/Ma）[12-13]，處于欠補(bǔ)償或饑餓沉積狀態(tài)，有利于深水陸棚相大規(guī)模的富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖沉積。川東南地區(qū)五峰—龍馬溪組含氣泥頁(yè)巖層段（TOC≥0.5%）厚度一般40～120 m，焦石壩地區(qū)JY1井為89 m，富有機(jī)質(zhì)（優(yōu)質(zhì)）泥頁(yè)巖（TOC≥2.0%）較為發(fā)育，厚度達(dá)到 38 m。

圖2 五峰—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的古構(gòu)造環(huán)境模式圖

四川盆地自流井組大安寨段的沉積開(kāi)始于印支晚幕運(yùn)動(dòng)后，主要是一套暗色泥巖與介殼灰?guī)r不等厚互層的淺湖、半深湖—深湖相帶沉積（圖3）。與海相沉積相比，湖相受沉積環(huán)境等方面的影響較大，縱橫向沉積變化快[14]，富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖在沉積規(guī)模上相對(duì)海相環(huán)境較小，雖然在盆地穩(wěn)定沉降階段同樣能形成分布廣泛的湖相頁(yè)巖氣層，但其空間展布明顯受到沉積相帶的控制。其中在離物源較近、水體能量相對(duì)較大的濱湖相帶，由于受到陸源碎屑的破壞和稀釋，不利于有機(jī)質(zhì)后期的形成和保存；而在水體相對(duì)較深且安靜的淺湖、半深湖—深湖相帶，水體相對(duì)缺氧，總體有利于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的形成，累計(jì)暗色泥頁(yè)巖厚度介于30～50 m。

2.1.2 五峰—龍馬溪組海相頁(yè)巖巖相單一、頁(yè)理發(fā)育，大安寨段湖相頁(yè)巖巖相豐富、頁(yè)理不發(fā)育

四川盆地五峰—龍馬溪組從下至上，表現(xiàn)為海退序列，縱向上巖性具有一定的漸變性，整體上巖相相對(duì)單一。尤其在五峰組—龍馬溪組早期沉積時(shí)期，沉積水體相對(duì)安靜、缺氧，處于深水陸棚的沉積物主要呈毫米級(jí)紋層狀或片狀頁(yè)理構(gòu)造產(chǎn)出的暗色含碳質(zhì)、含筆石泥頁(yè)巖巖相（圖4-a），其中含放射蟲(chóng)碳質(zhì)筆石頁(yè)巖，筆石含量達(dá)30%（圖4-b），見(jiàn)少量放射蟲(chóng)（圖4-c）和硅質(zhì)海綿骨針；局部層段受季節(jié)性海水的影響，泥頁(yè)巖中含少量的粉砂，巖性為含碳質(zhì)含筆石含粉砂泥頁(yè)巖巖相（圖4-d）[15]。

四川盆地川東北地區(qū)自流井組大安寨段沉積時(shí)期，經(jīng)歷了早侏羅世中期的最大一次湖侵，可劃分為水進(jìn)擴(kuò)展期、最大水進(jìn)期，水退萎縮期3個(gè)階段，分別對(duì)應(yīng)大三亞段、大二亞段、大一亞段3個(gè)沉積時(shí)期。造成了大二亞段處于淺湖、半深湖—深湖相帶中的泥頁(yè)巖與薄層或條帶狀的灰?guī)r、砂巖互層沉積，巖相類型豐富，包含了含介殼泥巖巖相（圖4-e）、水平層理泥頁(yè)巖巖相（圖4-f）、水平層理含粉砂泥巖巖相（圖4-g）、塊狀層理含泥介殼灰?guī)r巖相、塊狀層理結(jié)晶灰?guī)r巖相（圖4-h）以及平行層理粉砂巖巖相等類型[15]。

從巖心觀察和樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析來(lái)看，五峰—龍馬溪組海相頁(yè)巖較大安寨段湖相頁(yè)巖頁(yè)理發(fā)育（圖4-a、圖4-e）。

圖3 四川盆地大安寨段沉積模式圖

圖4 元壩、涪陵地區(qū)五峰—龍馬溪組和大安寨段主要巖相類型特征

海相和湖相在巖相上的差異也造成了頁(yè)巖氣靜態(tài)評(píng)價(jià)參數(shù)上的不同。其中五峰—龍馬溪組深水陸棚相優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖表現(xiàn)為“高TOC、高物性、高孔隙度、富硅質(zhì)”特征；以焦石壩地區(qū)JY1井為例，底部38 m的優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖層段TOC介于1.0%～5.9%，平均為 3.5%，大于2.0%的樣品所占比例達(dá)到95%；孔隙度介于2.78%～7.08%，平均為4.66%，大于3.0%的樣品所占比例達(dá)到97%；石英含量介于31.0%～70.6%，平均為44.4%，介于30.0%～60.0%的樣品所占比例達(dá)到93.0%（圖5-a～c）。相對(duì)于五峰—龍馬溪組，大安寨段湖相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層表現(xiàn)為T(mén)OC、物性、硅質(zhì)含量總體較低，且不同巖相各參數(shù)分異性高，表現(xiàn)為非均質(zhì)性相對(duì)較強(qiáng)的特征（圖5-d～5-f）。

2.2 有機(jī)孔隙發(fā)育程度及含氣量差異

海相頁(yè)巖與湖相頁(yè)巖相比，具有TOC高、有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育、含氣量高的特點(diǎn)。

泥頁(yè)巖作為頁(yè)巖氣的儲(chǔ)層，其納米級(jí)孔隙的發(fā)育程度是影響其儲(chǔ)集能力和頁(yè)巖氣勘探開(kāi)采的主要因素[16-17]。海相、湖相泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間類型基本一致，主要為有機(jī)孔隙和無(wú)機(jī)孔隙（包含晶間孔、粒間孔和溶蝕孔等），其中有機(jī)孔隙對(duì)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集能力具有更大的貢獻(xiàn)；這不僅是因?yàn)槟囗?yè)巖的比表面積與TOC呈一定程度的正相關(guān)關(guān)系（圖6、圖7），反映了有機(jī)孔隙能夠?yàn)轫?yè)巖氣提供更多的儲(chǔ)集空間；另外有機(jī)孔隙具備親烴性，更有利于頁(yè)巖氣的吸附和儲(chǔ)集。

有機(jī)質(zhì)孔為巖石中保存下來(lái)的有機(jī)物質(zhì)（如低等藻類絮團(tuán)），后期埋藏成巖時(shí)受地下溫度、壓力升高的影響，有機(jī)質(zhì)在裂解生烴的轉(zhuǎn)化過(guò)程中內(nèi)部逐漸變得疏松多孔，這些孔隙就成了生成氣體的保存場(chǎng)所。研究發(fā)現(xiàn)在相同演化程度情況下隨著TOC增加，有機(jī)孔隙更發(fā)育[18]，且在同等情況下隨溫度增加，孔隙也更加發(fā)育[19]，間接反映了有機(jī)孔隙隨熱演化程度的增高而更發(fā)育。但在相近TOC和相同成熟度情況下，元壩地區(qū)自流井組大安寨段湖相有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型干酪根的泥頁(yè)巖比Ⅲ型的有機(jī)孔隙發(fā)育（圖7-a～7-d）。

川東南地區(qū)五峰—龍馬溪組海相優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層相對(duì)于湖相，多具備高TOC、高Ro和良好的有機(jī)質(zhì)類型， 以JY1井為例，TOC＞2.0%的優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度為 38 m， TOC 平均為 3.5%；Ro為2.20%～3.06%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型，其有機(jī)孔隙更發(fā)育，能夠?yàn)樯傻捻?yè)巖氣提供更多吸附和儲(chǔ)集空間；而YL4井大安寨湖相泥頁(yè)巖平均TOC為1.1%；Ro為1.44%～1.60%；有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2或Ⅲ型，在氬離子拋光掃描電鏡下，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育程度總體比海相差，但無(wú)機(jī)孔隙相對(duì)發(fā)育，總孔隙度相對(duì)較小，平均為3.55%。因此，其比表面積較小，平均僅為 0.994 1 m2/g。

圖5 涪陵地區(qū)JY1井五峰—龍馬溪組和Xl101井大安寨段評(píng)價(jià)參數(shù)統(tǒng)計(jì)直方圖

圖6 JY1井TOC與比表面積相關(guān)關(guān)系圖

同時(shí)具有高TOC且有機(jī)孔隙更加發(fā)育的五峰—龍馬溪組海相泥頁(yè)巖相對(duì)于湖相泥頁(yè)巖具備更高的含氣量，JY9井五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖層段頁(yè)巖氣層總含氣量為 1.10 ～ 6.99 m3/t，平均值 3.73 m3/t，且總含氣量與TOC呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)0.88（圖8）。而XL101井大安寨段湖相泥頁(yè)巖含氣量介于 0.52 ～ 2.29 m3/t，平均僅為 1.48 m3/t，在TOC和有機(jī)孔隙發(fā)育程度上的差異，導(dǎo)致含氣量與TOC有一定的正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)低、相關(guān)性較差（圖8），這可能與湖相頁(yè)巖中夾較多的薄層砂巖、石灰?guī)r以及發(fā)育更多的無(wú)機(jī)孔隙有關(guān)。

2.3 保存條件的差異

四川盆地下古生界海相頁(yè)巖原始生烴條件雖然優(yōu)越，但在整個(gè)地質(zhì)歷史過(guò)程中經(jīng)歷了多期次復(fù)雜的構(gòu)造演化、熱演化和頁(yè)巖氣的聚集、散失，在一系列過(guò)程中頁(yè)巖氣藏遭受了多次的改造或破壞，關(guān)鍵時(shí)期包括2個(gè)階段： ①中晚侏羅世至早燕山期的頁(yè)巖氣集中大量生成階段；②燕山晚期到喜山晚期頁(yè)巖氣生成后的長(zhǎng)期逸散階段。前一個(gè)階段以頁(yè)巖氣的生成為主要特征，由于泥頁(yè)巖埋深較深，頁(yè)巖氣的運(yùn)移逸散量相對(duì)較低；后一個(gè)階段以頁(yè)巖氣的逸散為主要特征，特別是在泥頁(yè)巖儲(chǔ)層埋深達(dá)到3500 m 以淺的時(shí)候，常規(guī)地質(zhì)因素的影響逐漸增強(qiáng)，頁(yè)巖氣的運(yùn)移特征趨于復(fù)雜化。目前勘探上受頁(yè)巖氣藏埋深及壓裂工程工藝的限制，海相頁(yè)巖氣的勘探取得重大突破的區(qū)域位于四川盆地盆緣及盆內(nèi)高陡構(gòu)造等復(fù)雜構(gòu)造帶，構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)。近年來(lái)勘探實(shí)踐證明，對(duì)于海相頁(yè)巖氣來(lái)說(shuō)，需尋找構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱，保存條件優(yōu)越的地區(qū)進(jìn)行頁(yè)巖氣勘探研究。

四川盆地自晚印支構(gòu)造事件后，盆緣發(fā)生了多其次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[20]，但盆內(nèi)的元壩-通江地區(qū)則是相對(duì)穩(wěn)定的拗陷內(nèi)，構(gòu)造活動(dòng)較弱，地層平緩，“通天”斷裂不發(fā)育，頂?shù)装鍨槭規(guī)r，同時(shí)湖相侏羅系自流井組泥頁(yè)巖埋深介于1 000～4 500 m，覆蓋著巨厚中新生代地層，區(qū)域蓋層封蓋條件良好；在以上條件的共同作用下自流井組湖相頁(yè)巖氣具有良好的保存條件。此外，川東北地區(qū)自流井組地壓系數(shù)介于1.4～2.0，普遍存在的超壓特征，進(jìn)一步佐證了湖相頁(yè)巖氣具有良好的保存條件。

圖7 五峰—龍馬溪組和自流井組泥頁(yè)巖有機(jī)孔隙發(fā)育特征

圖8 JY9井五峰—龍馬溪組和Xl101井自流井組泥頁(yè)巖含氣量與TOC關(guān)系圖

2.4 脆性差異

頁(yè)巖儲(chǔ)層具有低孔、低滲的特征，在自然條件下很難產(chǎn)出油氣，要取得商業(yè)勘探開(kāi)發(fā)效果，需要對(duì)水平段頁(yè)巖儲(chǔ)層進(jìn)行大規(guī)模壓裂改造，同時(shí)要保證水平段方位與最小水平主應(yīng)力有一定夾角（30°左右的扇區(qū)），從而容易產(chǎn)生開(kāi)啟的網(wǎng)狀裂縫使天然氣順利排出，才能形成工業(yè)產(chǎn)能，因此對(duì)頁(yè)巖氣層可壓裂性評(píng)價(jià)就顯得尤為重要。

總體上，五峰—龍馬溪組海相優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖具有硅質(zhì)礦物含量高、黏土礦物含量低、脆性指數(shù)高的特征，而大安寨段湖相頁(yè)巖硅質(zhì)礦物含量低、黏土礦物含量高、脆性指數(shù)低。

四川盆地川東南地區(qū)JY8井五峰組—龍馬溪組一段一亞段礦物脆性指數(shù)最高，硅質(zhì)礦物脆性指數(shù)為22.6%～66.8%，平均達(dá)到43.5%；硅質(zhì)礦物＋長(zhǎng)石＋碳酸鹽脆性指數(shù)為50.7～80.2%，平均達(dá)到65.0%。龍馬溪組一段二亞段硅質(zhì)礦物脆性礦物指數(shù)為21.7%～41.1%，平均為33.4%；硅質(zhì)礦物＋長(zhǎng)石＋碳酸鹽脆性指數(shù)為40.2%～60.4%，平均達(dá)到53.6%。龍馬溪組一段三亞段硅質(zhì)礦物脆性礦物指數(shù)為27.1%～38.9%，平均達(dá)到32.4%；硅質(zhì)礦物＋長(zhǎng)石＋碳酸鹽脆性指數(shù)為33.7%～62.9%，平均達(dá)到42.9%?？傮w反映出五峰組—龍馬溪組一段下部巖石比上部巖石具有更好的可壓裂性。而Xl101井大安寨段泥頁(yè)巖黏土礦物含量為30.0%～68.2%，平均值51.2%；脆性礦物含量為30.1%～68.4%，平均值47.4%，脆性礦物以石英和方解石為主，平均含量為22.1%和21.4%，長(zhǎng)石含量較少，平均含量為3.4%。研究發(fā)現(xiàn)，五峰—龍馬溪組海相泥頁(yè)巖脆性礦物含量不僅比湖相泥頁(yè)巖高11.2%，同時(shí)，二者另一個(gè)明顯的區(qū)別為五峰—龍馬溪組底部?jī)?yōu)質(zhì)頁(yè)巖氣層段表現(xiàn)為硅質(zhì)礦物脆性指數(shù)與TOC相關(guān)性好，相關(guān)系數(shù)(R2)為0.6342，而硅質(zhì)礦物＋長(zhǎng)石＋碳酸鹽脆性指數(shù)與TOC相關(guān)性較差，相關(guān)系數(shù)(R2)為0.4772，這意味著硅質(zhì)脆性指數(shù)更能反映五峰組—龍馬溪組一段頁(yè)巖高TOC、高脆性耦合的特征。（圖9），而湖相泥頁(yè)巖則與之相反，表現(xiàn)為T(mén)OC與黏土礦物成明顯正相關(guān)關(guān)系（圖10）。另外五峰—龍馬溪組底部?jī)?yōu)質(zhì)頁(yè)巖氣層段石英含量高達(dá)44.4%，相對(duì)于世界各地頁(yè)巖平均34%石英含量還要高10%左右，分析其石英除來(lái)自陸源碎屑外，生物成因以及黏土礦物的轉(zhuǎn)化造成石英的析出也具有較大的貢獻(xiàn)。

圖9 JY8井五峰—龍馬溪組TOC與硅質(zhì)礦物含量關(guān)系圖

3 海、湖相頁(yè)巖氣高產(chǎn)主控因素對(duì)比

3.1 有利相帶暗色泥頁(yè)巖的發(fā)育是海、湖相頁(yè)巖氣高產(chǎn)的基礎(chǔ)

圖10 Yl4、XL101井自流井組TOC與黏土礦物含量關(guān)系圖

勘探實(shí)踐表明，中石油Y201-H2井、N201-H1井以及中石化JY1井、YY、WY1井、DY4井5口商業(yè)性高產(chǎn)井均位于五峰組—龍馬溪組深水陸棚沉積相帶，有機(jī)碳含量高、厚度穩(wěn)定，厚度在80～120 m之間。其中焦石壩地區(qū)JY1井富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度在89 m，TOC含量大于1.0%，底部龍馬溪一亞段優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段TOC含量普遍大于2.0%，平均達(dá)到3.5%，這說(shuō)明泥頁(yè)巖具有能生成頁(yè)巖氣良好的烴源條件；另外深水陸棚泥頁(yè)巖有機(jī)孔隙更發(fā)育，孔隙度較高，平均達(dá)到了4.52%，這為大量生成的油氣在泥頁(yè)巖中自生自儲(chǔ)提供較充足的儲(chǔ)集空間。因此，我們認(rèn)為有利相帶富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的發(fā)育為頁(yè)巖氣的生成和儲(chǔ)集提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

與海相沉積相比，四川盆地自流井組大安寨段湖相縱橫向沉積變化復(fù)雜，沉積微相控制了優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的空間展布規(guī)律。通過(guò)四川盆地元壩、涪陵地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，水體能量較弱、相對(duì)較深且缺氧的淺湖、半深湖—深湖是優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖分布的有利相帶，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖累計(jì)厚度大，多介于30～50 m，但TOC含量相對(duì)海相略低，但大多處于0.5%以上[21]。

3.2 良好的保存條件是海相頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)的關(guān)鍵

2012年，中國(guó)石化在川東南涪陵焦石壩地區(qū)JY1井的勘探取得重大突破以及開(kāi)發(fā)水平井良好的試采效果，充分詮釋了川東南地區(qū)海相頁(yè)巖氣層總體具有良好的油氣保存條件、較高的壓力系數(shù)，證明了川東南地區(qū)是當(dāng)前五峰—龍馬溪組海相頁(yè)巖氣規(guī)?；⑿б婊碧介_(kāi)發(fā)最現(xiàn)實(shí)的地區(qū)。中石化川中YY1井、WY1井在盆內(nèi)高陡構(gòu)造弱變形區(qū)的突破和中石油川中Y201-H2井、川南N201-H1井兩口高產(chǎn)井處于盆內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)、變形程度相對(duì)較弱地區(qū)，埋深適中（2 400 ～ 3 600 m），斷裂不發(fā)育，五峰—龍馬溪組海相頁(yè)巖氣層同樣具備良好的保存條件、較高的壓力系數(shù)；而HY1、YQ1、YY1等井雖然具有相似泥頁(yè)巖發(fā)育特征，但由于地處構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，斷裂相對(duì)發(fā)育，造成保存條件相對(duì)較差、地層壓力系數(shù)較低的，產(chǎn)氣量不高（表1）。表現(xiàn)出四川盆地下古生界海相頁(yè)巖氣鉆井產(chǎn)量與地層壓力系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。以上現(xiàn)象和規(guī)律啟示良好保存條件、較高壓力系數(shù)是四川盆地及周緣下古生界頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

3.3 有利的巖相疊加微裂縫有利于湖相頁(yè)巖氣高產(chǎn)

湖相泥頁(yè)巖巖相較多，不同巖相具有不同的巖石物理特點(diǎn)，如表2，塊狀層理含泥介殼灰?guī)r巖相、結(jié)晶灰?guī)r巖相以及平行層理粉砂巖巖相等類型雖然具有較高脆性、較低泊松比及較高楊氏模量的特點(diǎn)，但其TOC、孔隙度明顯較低，油氣顯示差。而水平層理泥頁(yè)巖巖相、水平層理含介殼泥巖巖相具有相對(duì)較高TOC和高孔隙度，有利于頁(yè)巖氣的生成和儲(chǔ)存，總體含氣量高；但由于其黏土礦物總體較高，并具有相對(duì)略高的泊松比以及略低的楊氏模量的特點(diǎn)，可壓性總體相對(duì)海相較差。目前研究發(fā)現(xiàn)，以水平層理發(fā)育的優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖巖相為主、夾介殼泥巖、夾灰?guī)r或砂巖巖相條帶不僅具有頁(yè)巖氣良好的生成和聚集條件，同時(shí)該種巖相組合提高了巖石脆性指數(shù)和楊氏模量、改善了巖石力學(xué)參數(shù)值，有利于后期的壓裂改造。另外，該巖相組合不僅使層間頁(yè)理縫相對(duì)更發(fā)育，配以其他成因較發(fā)育的微裂縫，有利于頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集和高產(chǎn)。

表1 四川盆地五峰—龍馬溪組頁(yè)巖氣探井鉆探成果表

表2 Xl101井大安寨段巖心巖石力學(xué)特性參數(shù)測(cè)試結(jié)果展示表

川東北元壩地區(qū)YB21井自流井組大安寨段黑色泥頁(yè)巖夾薄層介殼（屑）灰?guī)r互層僅做了常規(guī)的射孔測(cè)試，就獲得了50.7×104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，分析這口井高產(chǎn)的因素：①YB21井大安寨段大二亞段巖相類型為半深湖相帶水平層理泥頁(yè)巖、含介殼泥巖夾灰?guī)r或砂巖條帶巖相類型，有利于頁(yè)巖氣的富集；②其位于構(gòu)造應(yīng)力高的構(gòu)造轉(zhuǎn)折端地區(qū)，構(gòu)造縫相對(duì)發(fā)育，有利于頁(yè)巖氣的高產(chǎn)。而對(duì)Xl101井大二亞段兩個(gè)層段進(jìn)行了測(cè)試，雖然與Yb21井具有相似的沉積背景，同處于淺湖、半深湖—深湖相帶，具有頁(yè)巖氣形成的良好的物質(zhì)基礎(chǔ)（TOC1.54%，孔隙度4.80%，含氣量3.77 m3/t），但即使進(jìn)行了大型水力加砂壓裂也僅僅獲得了79.0 m3/d氣產(chǎn)量。分析其原因：①測(cè)試井段黏土礦物較高（平均含量為51.2%），不利于后期的壓裂改造；②Xl101井處于構(gòu)造裂縫相對(duì)不發(fā)育的背斜翼部，不利于頁(yè)巖氣的產(chǎn)出。

4 結(jié)論

1）五峰—龍馬溪組早期陸內(nèi)拗陷深水陸棚滯留閉塞頁(yè)巖發(fā)育模式，有利于大規(guī)模的富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的形成，富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖具有“高TOC、高孔隙度、富硅質(zhì)”的特點(diǎn)，同時(shí)表現(xiàn)出“高TOC、富有機(jī)孔、高含氣量”以及“高TOC、高硅質(zhì)含量”良好的耦合關(guān)系，但由于受限于勘探條件的限制對(duì)保存條件要求嚴(yán)格；

2）自流井組大安寨段湖相頁(yè)巖氣主要分布于淺湖、半深湖—深湖相帶，但富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖連續(xù)性差、巖相豐富，TOC、物性、脆性礦物含量總體較低，且不同巖相的TOC、物性以及礦物成分等參數(shù)值分異性高，非均質(zhì)性強(qiáng)；加之有機(jī)孔隙總體不發(fā)育，含氣量較低，TOC與黏土礦物呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，使其頁(yè)巖氣富集條件相對(duì)于海相總體不利。但湖相頁(yè)巖氣普遍具有異常高壓的特征，總體保存條件好。

3）有利相帶暗色泥頁(yè)巖的發(fā)育是海、湖相頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)的基礎(chǔ)；良好的保存條件是海相頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)的關(guān)鍵；有利的巖相耦合微裂縫發(fā)育更有利于湖相頁(yè)巖氣的富集高產(chǎn)。