張楨偉，程雨涵，趙發(fā)通

（西安石油大學，西安 710065）

隨著常規(guī)能源消耗的不斷增大，非常規(guī)能源越來越受到重視。頁巖氣的聚集區(qū)主要集中在四川盆地的東部和南部構造相對比較簡單的區(qū)域[1]。2017年，研究區(qū)域的頁巖氣產量每日達到800萬m3，全年產量達到24.73億m3。為了進一步研究構造復雜區(qū)塊頁巖氣的資源潛力，本文從頁巖的分布特征、巖石物理學特征以及儲層的特征等幾個方面，對川西南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖氣的地質特征進行研究，進而對研究區(qū)內的“甜點”區(qū)做出綜合評價。

1 地質背景

研究區(qū)內頁巖氣田位于四川盆地的西南部，分布在四川省宜賓市的長寧縣、珙縣、興文縣和筠連縣境內。工區(qū)主要屬山地地形，地貌包括大量的低山地和丘陵。海拔在400～1 300 m，相對高差最大達到900 m[2]。

研究區(qū)內的頁巖氣田位于四川盆地與云貴高原的交錯處。川南古坳中隆低陡構造區(qū)與婁山褶皺帶在其兩側分布，川東褶皺沖斷帶西延于北邊給予一定的影響（見圖1），在南邊婁山褶皺帶演化給予一定的影響，所以研究區(qū)域是一個構造復合體[3]。研究區(qū)內地層受到一定的擠壓，主要受燕山期以來的陸內造山運動、喜馬拉雅期印度板塊的影響，沉積蓋層屬于強烈的壓性構造，構造走向線以南北向、北東東向和北東向為主[4]。五峰組-龍馬溪組為研究區(qū)塊頁巖氣勘探的主要目的層段。

圖1 四川盆地構造區(qū)帶劃分

2 五峰組—龍馬溪組頁巖地質特征

2.1 五峰組—龍馬溪組頁巖分布特征

2.1.1 五峰組—龍馬溪組頁巖傾角

根據頁巖的傾角大小和傾角方向，人們可以判斷地層平緩的程度，進而判斷頁巖氣有利區(qū)。研究區(qū)的西部、西南部以及向斜中心部位奧陶系上統底界的地層傾角較小，主要在5°～15°，走向平緩，而東南部和北部傾角較大，在15°～26°。

2.1.2 五峰組—龍馬溪組頁巖埋深

適當的埋藏深度是頁巖氣富集區(qū)的一個有利因素，合適的溫度和壓力都很大部分取決于深度，也是目前頁巖氣開發(fā)的主要評價要素。研究區(qū)內志留系下統龍馬溪組—奧陶系上統五峰組，埋深1 100～3 800 m，最大埋深3 800 m位于J井及其西北部的向斜中心，埋深大于2 000 m的面積達480 km2。

2.1.3 五峰組—龍馬溪組頁巖厚度

通過頁巖厚度、分布范圍，人們可以大致找出頁巖氣藏的邊界，頁巖的厚度也對頁巖氣藏的規(guī)模以及經濟效益起著一定的作用[5]。研究區(qū)內龍馬溪組黑色頁巖厚度大多在100～700 m以內，底部大部分為黑色碳泥質頁巖，厚度變化不均勻，TOC含量相對較高，為0.4%～1.6%，且分布穩(wěn)定，是一套高效烴源巖，R0值在1.83%～3.26%。四川盆地五峰組-龍馬溪組地層殘厚平面圖如圖2所示。

2.2 頁巖儲層特征

2.2.1 巖石礦物特征

研究區(qū)內頁巖儲層類型主要包含以下幾種頁巖，即含放射蟲碳質筆石頁巖、碳質筆石頁巖、含骨針放射蟲筆石頁巖、含碳含粉砂泥頁巖、含碳質筆石頁巖以及含粉砂泥巖等。研究區(qū)劃分的各個小層中，五峰組—龍一1亞段脆性礦物單井平均值大于70%，大部分為硅質礦物，表現出良好的可壓裂性，并且其黏土含量平均為24.5%。

2.2.2 儲層物性特征

研究區(qū)內五峰組—龍一1亞段的儲集空間主要分為孔隙和裂縫兩大類。頁巖儲層有微孔隙大量發(fā)育，可以分為晶內溶孔及有機孔，而裂縫可以分為構造縫、成巖縫、溶蝕縫與生烴縫。

（1）晶內溶孔。晶內溶孔是晶體、晶粒內部被選擇性溶蝕后出現的，主要位于礦物晶體內部，像白云石、方解石、長石等，一般沿解理方向分布[6]。晶內溶孔往往存在于較粗粒的研究層段，對儲層的儲集性能影響不大，孔徑一般在0.2～5μm（見圖3）。

（2）有機孔。有機孔內部結構主要呈蜂窩狀，屬于一種干酪根內部的孔隙結構，孔徑介于5～200 nm，大部分在150 nm左右，賦存于有機質邊界和礦物顆粒邊界[7]。本次研究通過掃描電鏡觀察，在區(qū)內頁巖內有機質呈分散狀分布，而在有機質內部呈蜂窩狀微孔，孔徑在0.002～1.000 μm。所以，有機孔是頁巖氣重要的儲集場所（見圖4）。

圖3 晶內溶孔，C井，2 174.04～2174.07 m

圖4 有機孔，F井，2 214.37～2 214.52 m

（3）裂縫。通過巖心樣品的分析，研究區(qū)塊中單井平均實際測量孔隙度在2.0%～6.8%，平均為5.4%（見表1），測井孔隙度在3.6%～7.3%。

表1 五峰組—龍一1亞段孔隙度實測值

2.2.3 有機質類型

研究區(qū)內五峰組—龍一1亞段TOC含量值最高，實際測量TOC含量在3.0%～4.2%。在縱向上，五峰組—龍一1亞段的單井各小層平均測井TOC值最高。龍一1亞段TOC值各小層大小關系是a＞c＞b＞d。

2.3 頁巖巖石物理學特征

2.3.1 測井曲線分析

通過分析研究區(qū)內A井的測井曲線（見圖5），筆者發(fā)現，頁巖儲層的伽馬值偏高，脆性較好，TOC含量高，高孔隙度，高滲透率，含水飽和度較低。

圖5 A井龍馬溪組測井曲線分析

將龍馬溪組的縱波阻抗、縱橫波速度比進行交會分析（見圖6），其中圖（a）中的顏色部分顯示的是TOC含量多少，暖色調（虛線區(qū)域）為含量值高的區(qū)域；圖（b）中的顏色部分顯示的是含水飽和度的分布，冷色調（虛線區(qū)域）為含水飽和度低值區(qū)；圖（c）中顏色部分為孔隙度的大小，暖色調（虛線區(qū)域）為孔隙度高值區(qū)；圖（d）中顏色部分為滲透率大小，暖色調（虛線區(qū)域）為滲透率高值區(qū)。經研究可知，低縱波阻抗、低縱橫波速度比，這些特征是頁巖段儲層物性、含氣性較好的地層及優(yōu)質頁巖所具備的。

2.3.2 敏感參數優(yōu)選

（1）孔隙度預測。通過研究區(qū)內已鉆A井、C井和J井三口井研究，從孔隙度與縱波阻抗的交會分析結果來看（見圖7），孔隙度與縱波阻抗具有相關性，且相關性較好，可以看出縱波阻抗與孔隙度呈負相關。

圖7 孔隙度與縱波阻抗交會圖

（2）TOC預測。通過已鉆A井、C井和J井三口井研究，從TOC與縱橫波速度比的交會分析結果可得（見圖8），TOC與VP/VS相關性較好，VP/VS值低的部分TOC高，這段屬于含氣段，VP/VS值高的部分TOC較低，這段屬于非含氣段，表現出負相關（A）；對含氣層段分析發(fā)現，當VP/VS值較低時，TOC值也是低值，表現出正相關（B）。

（3）脆性指數分析。通過對區(qū)內A井、C井和J井三口井研究，由圖9可知，脆性指數與楊氏模量呈現出正相關，隨著楊氏模量的增大，脆性指數增大；而與泊松比呈負相關，隨著泊松比增大，脆性指數隨著減小。

圖8 TOC含量敏感參數統計分析圖

圖9 脆性指數敏感參數統計分析圖

（4）總含氣量預測。對研究區(qū)內A井、C井和J井三口井進行研究，由圖10可以得出，含氣量與縱波阻抗的關系為負相關，即隨著縱波阻抗減小，含氣量逐漸增大。

圖10 總含氣量敏感參數統計分析圖

3 研究區(qū)頁巖氣“甜點”綜合評價

在研究區(qū)內，根據地質“甜點”劃分標準，結合斷層發(fā)育情況和總孔隙度指標進行分類。地質“甜點”第Ⅰ類區(qū)域，孔隙度大部分大于5，且斷裂不發(fā)育；地質“甜點”第Ⅱ類區(qū)域，距離復雜斷裂帶較遠，地質“甜點”第Ⅲ類區(qū)域，在斷裂發(fā)育區(qū)域（見圖11）。

關于工程“甜點”的相關影響參數，研究區(qū)的壓力系數均大于1.4，裂縫均呈現出較發(fā)育-發(fā)育，只需要對埋深、地層傾角兩個參數進行分析，得出工程“甜點”的具體劃分區(qū)域（見圖12）。

圖11 A-J井區(qū)龍馬溪組地質“甜點”預測圖

圖12 A-J井區(qū)龍馬溪組工程“甜點”預測圖

經過對研究區(qū)多參數進行綜合分析，最終得出“甜點”有利區(qū)，Ⅰ類區(qū)面積345.5 km2，Ⅱ類區(qū)面積132 km2，Ⅲ類區(qū)面積34.2 km2。Ⅰ類區(qū)主要分布于建武向斜和斜坡區(qū)，Ⅱ類區(qū)主要分布于建武向斜北翼和南翼與大雪山背斜毗鄰處，Ⅲ類區(qū)主要分布在大雪山背斜區(qū)域。

4 結論

工區(qū)內西部、西南部及向斜中心部位地層平緩穩(wěn)定；東南部和北部地層傾角較大，整體呈現出東北較高、西南逐漸降低的趨勢。研究區(qū)內的目的層深度在1 100～3 800 m，黑色頁巖厚度大多在100～700 m以內，底部主要分布黑色碳泥質頁巖，有機碳含量為0.4%～1.6%，R0為1.83%～3.26%，是一套高效烴源巖。

研究區(qū)內五峰組—龍一1亞段儲集可劃分為孔隙和裂縫兩大類?？紫犊煞譃榫热芸准坝袡C孔，裂縫可分為構造縫、成巖縫、溶蝕縫及生烴縫。頁巖儲層中大量發(fā)育此類型的孔隙，其中微孔和小孔所占比例較大，是吸附態(tài)賦存的天然氣主要儲集空間，具有超低孔、超低滲、含氣性好等特征。

研究區(qū)綜合分析后，落實Ⅰ類區(qū)面積345.5 km2，落實Ⅱ類區(qū)面積132 km2，Ⅲ類區(qū)面積34.2 km2。由此可以得出，工區(qū)的下一步勘探重點主要在Ⅰ類區(qū)、Ⅱ類區(qū)所主要分布的建武向斜和斜坡區(qū)和建武向斜北翼和南翼與大雪山背斜毗鄰處。