鄭宇龍，牟傳龍，肖朝暉，王秀平，劉小龍，陳堯

1山東科技大學(xué)；2自然資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心；4華電華中清潔能源有限公司

0 前言

頁巖氣是一種以游離態(tài)和吸附態(tài)為主要方式同時賦存于具有生烴能力的泥頁巖及其夾層中的非常規(guī)天然氣［1］。它作為當(dāng)今社會解決能源短缺的補(bǔ)充能源，在過去數(shù)十年里引起了全世界的廣泛關(guān)注［2］。頁巖氣藏具有源儲一體的特點(diǎn)，屬于源巖型氣藏，即烴源巖中生成的油氣陸續(xù)排烴后殘留在源巖微孔隙、裂縫等儲集空間的烴類氣體形成的氣藏，因此烴源巖需要有足夠的孔縫來最大限度地儲存自身生成的天然氣［3-4］。由此可見頁巖氣儲層特征對其含氣量有著至關(guān)重要的影響，頁巖氣儲層的研究是頁巖氣勘探與開發(fā)的重中之重。

前人對泥頁巖儲層特征［5-8］及其與含氣量的關(guān)系［9-11］等方面的研究已取得重大進(jìn)展，但這些成果的研究區(qū)大多位于四川盆地內(nèi)，而對四川盆地之外的地質(zhì)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)較差的復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的研究與認(rèn)識較為薄弱，因此如何準(zhǔn)確把握復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣的“甜點(diǎn)”仍是很大的挑戰(zhàn)。湖北來鳳—咸豐區(qū)塊地處四川盆地之外的東南部，其遭受構(gòu)造運(yùn)動的破壞較四川盆地更為強(qiáng)烈，具有抬升時間早、幅度大，氣藏破壞程度大等特點(diǎn)，保存條件更為復(fù)雜［11］，至今尚未取得重大突破。來地1井是該區(qū)塊唯一獲得良好試氣結(jié)果的鉆井，探尋來地1井儲層特征及含氣性規(guī)律對于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣勘探具有重要意義。

本文以來地1井龍馬溪組為研究對象，利用薄片鑒定、掃描電鏡、液態(tài)氮吸附-脫附實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場解吸等測試數(shù)據(jù)，觀察分析孔隙類型、結(jié)構(gòu)，并將儲層各參數(shù)與DFT孔容及儲層含氣量進(jìn)行擬合和縱向?qū)Ρ确治?，并結(jié)合前人的成果認(rèn)識，進(jìn)一步分析儲層含氣量的控制因素，厘清儲層各參數(shù)對含氣量的影響，以期為復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣勘探提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湖北頁巖氣資源潛力巨大，估算量為9.48×1012m3，居于全國第5位［12］。湖北來鳳—咸豐區(qū)塊于2013年開始勘探，它位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺中部湘鄂西褶沖帶的宜都—鶴峰復(fù)背斜西南翼（圖1），小部分位于花果坪復(fù)向斜。研究區(qū)受多期次構(gòu)造運(yùn)動的影響。加里東期、印支期表現(xiàn)為頻繁的差異升降運(yùn)動：在早加里東運(yùn)動的影響下，晚奧陶世的揚(yáng)子板塊古陸面積增大，并逐漸向揚(yáng)子區(qū)伸展，使揚(yáng)子海處于半封閉狀態(tài)，中上揚(yáng)子區(qū)地殼下沉，海平面上升，沉積了一套靜海硅質(zhì)頁巖，成為主力烴源巖之一；印支運(yùn)動結(jié)束了中上揚(yáng)子準(zhǔn)地臺海相沉積歷史，形成了研究區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造的雛形。早燕山期的褶皺運(yùn)動對研究區(qū)的影響最大，造成全區(qū)蓋層的強(qiáng)烈變形，形成以北東向?yàn)橹鞯鸟薨櫤蛿嗔褬?gòu)造［13］，基本奠定了現(xiàn)今的構(gòu)造格局，該時期亦是龍馬溪組的主生氣期。燕山晚期—喜馬拉雅早期，中上揚(yáng)子區(qū)進(jìn)入了瀕太平洋構(gòu)造域具有重大意義的伸展作用階段，但這一階段的活動從東到西、從北到南有一定差別，湘鄂西地區(qū)受到的影響較小，基本未改變早燕山期形成的構(gòu)造面貌。喜馬拉雅晚期研究區(qū)遭受強(qiáng)烈隆升剝蝕，導(dǎo)致上古生代及中生代地層僅殘留在向斜核部，而在背斜核部下古生代地層已露出地表。

研究區(qū)以咸豐逆沖斷裂為界（圖1），斷裂西北部屬花果坪復(fù)向斜，受后期楊洞斷裂的影響，主體發(fā)育楊洞向斜；咸豐逆沖斷裂東南部屬宜都—鶴峰復(fù)背斜，受后期胡家臺反向斷裂的影響，胡家臺斷裂以西形成咸豐背斜，以東形成兩河口向斜。受咸豐鏟狀逆沖斷裂的逆沖抬升作用的影響，志留系在咸豐背斜被剝蝕，寒武系保存完整。構(gòu)造走向整體為北東—南西向，兩河口向斜相對寬緩，咸豐背斜相對緊閉。

2 來地1井概況及測試分析項(xiàng)目

圖1 湖北來鳳—咸豐區(qū)塊構(gòu)造位置及地質(zhì)圖Fig.1 Tectonic location and geological map of Laifeng-Xianfengblock,Hubei Province

來地1井是來鳳—咸豐區(qū)塊部署的第1口頁巖氣參數(shù)井，其地理位置位于湖北省來鳳縣大河鎮(zhèn)兩河口村，構(gòu)造上位于湘鄂西褶沖帶的兩河口向斜（圖1），井深970.17 m。來地1井鉆進(jìn)至上奧陶統(tǒng)寶塔組20 m后完鉆，其目的層為志留系龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)巖性段，深度為898.16～949.10 m，厚度為50.94 m。根據(jù)巖性巖相突變、水深快速加深或變淺，以及測井曲線包絡(luò)形態(tài)明顯變化的特征，龍馬溪組自下而上分為3段（圖2），即龍馬溪組一段（簡稱龍一段）（929.41～949.10 m）、龍二段（910.31～929.41 m）、龍三段（898.16～910.31 m）。龍二段與龍一段及龍三段的2個界面處均表現(xiàn)為巖性突變，測井曲線響應(yīng)特征也相似：巖性上，這2個界面均由之下的泥質(zhì)粉砂巖變?yōu)橹系暮挤凵百|(zhì)頁巖；測井上，由下向上GR曲線發(fā)生突變，界面之上GR值明顯升高，曲線形態(tài)由平直鋸齒形變?yōu)殓娦?，AC曲線為一突變界面，底界面之上AC值明顯增大，Rd值則減小。沉積環(huán)境由龍一段下部的深水陸棚相向上逐漸向淺水陸棚相、潮坪相波動性變化。

為了分析龍馬溪組頁巖儲層的礦物巖石組分、孔隙類型、孔隙結(jié)構(gòu)及含氣性，本次研究對來地1井取樣69塊、5條野外露頭剖面取樣90塊，通過薄片鑒定、掃描電鏡觀察、液態(tài)氮吸附-脫附實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場解吸等測試開展了研究，具體測試分析項(xiàng)目見表1。

圖2 湖北來鳳—咸豐區(qū)塊來地1井龍馬溪組綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensivecolumn of Longmaxi Formation of Well Laidi 1 in Laifeng-Xianfengblock,Hubei Province

表1 湖北來鳳—咸豐區(qū)塊來地1井測試分析項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表Table 1 Test and analysis statistics of Well Laidi 1 in Laifeng-Xianfeng block,Hubei Province

3 礦物巖石組分特征

3.1 有機(jī)地球化學(xué)特征

來地1井龍馬溪組11塊樣品顯微組分的分析測試顯示（表2）：有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，Ⅱ2型次之；顯微組分主要表現(xiàn)為腐泥組和惰質(zhì)組，缺乏鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組，其中腐泥組以分散狀礦物瀝青基質(zhì)為主。由45塊樣品分析得到的總有機(jī)碳（TOC）含量為0.33%～4.18%，主體大于1%（圖2），平均TOC為1.33%，其中：龍一段的TOC為0.48%～4.18%，平均為2.05%；龍二段的TOC為0.33%～1.44%，平均為0.77%；龍三段的TOC為0.42%～1.95%，平均為1.24%。11塊樣品的有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）在2.79%～3.32%之間，平均為3.11%，均處于過成熟階段，且由下往上成熟度有整體變高的趨勢（圖2），這可能是由于龍馬溪組上部的有機(jī)質(zhì)受到黏土礦物等無機(jī)礦物的催化作用，促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的演化。

表2 湖北來鳳—咸豐區(qū)塊來地1井干酪根類型鑒定結(jié)果Table2 Identification results of kerogen typeof Well Laidi 1 in Laifeng-Xianfengblock,Hubei Province

3.2 巖石學(xué)特征

泥頁巖儲層巖石類型反映沉積環(huán)境，并與TOC有著密切關(guān)系［3］。對來地1井龍馬溪組泥頁巖樣品的巖心觀察及常規(guī)薄片鑒定表明，儲層巖石類型主要為泥質(zhì)粉砂巖、含碳粉砂質(zhì)頁巖、碳質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖、含硅質(zhì)放射蟲碳質(zhì)頁巖4大類。

泥質(zhì)粉砂巖 主要分布于龍一段上部、龍二段上部(圖2)，沉積環(huán)境為淺水陸棚較淺處或潮間帶下部到潮下帶，水動力較強(qiáng)。巖石的顏色較淺，有機(jī)質(zhì)含量較低，筆石含量總體較少，發(fā)育潮汐層理（圖3a）及小型流水砂紋層理。碎屑顆粒含量可達(dá)80%以上，以石英為主，基質(zhì)以黏土礦物為主，含少量碳質(zhì)。受明顯的重結(jié)晶作用的影響，黏土礦物多呈鱗片狀，含量約占全部基質(zhì)的80%～90%。碳質(zhì)呈浸染狀、粒狀、條帶狀，含量均小于10%。碳酸鹽礦物含量較少，主要為后期交代、充填的產(chǎn)物，多小于10%，包括方解石和（鐵）白云石（圖3b）。

含碳粉砂質(zhì)頁巖 主要分布于龍三段下部及龍二段下部（圖2），沉積環(huán)境為淺水陸棚較深處，水體循環(huán)較弱。含碳粉砂質(zhì)頁巖水平層理較為發(fā)育(圖3c)，巖心中見較多順層或穿層分布的次生黃鐵礦條帶（圖3d），有機(jī)質(zhì)含量較高，筆石較為發(fā)育。泥質(zhì)含量約為50%～60%，部分呈條帶狀分布（圖3e），以黏土礦物為主，局部發(fā)生明顯的重結(jié)晶作用。碎屑顆粒含量約為25%～35%，局部呈點(diǎn)狀接觸。碳質(zhì)含量約為15%～25%，多與泥質(zhì)共生，呈浸染狀。碳酸鹽礦物含量總體較少，局部呈現(xiàn)沿裂縫充填或條帶狀分布的特征。

圖3 湖北來鳳—咸豐區(qū)塊來地1井龍馬溪組巖性特征Fig.3 Lithological characteristics of Longmaxi Formation of Well Laidi 1 in Laifeng-Xianfengblock,Hubei Province

碳質(zhì)粉砂質(zhì)（泥）頁巖 主要分布于龍一段下部（圖2），沉積環(huán)境為淺水陸棚最深處或深水陸棚。巖石的顏色較深，有機(jī)質(zhì)含量高，見共軛剪切裂縫(圖3f)。筆石大量發(fā)育，以直筆石為主，形狀肥大（圖3g）。巖石主要由泥質(zhì)組成，其次為粉砂級碎屑顆粒。碎屑顆粒含量約為30%～40%，以石英為主，多呈纖維條帶狀局部富集。泥質(zhì)含量約為50%～60%，黏土礦物發(fā)育，具有明顯的重結(jié)晶作用，呈纖維鱗片狀，含量約占全部基質(zhì)的60%～70%，部分充填于成巖縫中（圖3h）。碳質(zhì)主要呈浸染狀，分布在顆粒間，多與泥質(zhì)共生，含量約20%～40%。碳酸鹽礦物（包括方解石和白云石）含量較少。

含硅質(zhì)放射蟲碳質(zhì)頁巖 主要分布于龍一段底部（圖2），指示沉積水體較深，沉積環(huán)境為深水陸棚。有機(jī)質(zhì)含量高，發(fā)育近似球形的硅質(zhì)放射蟲，直徑均小于0.2mm，含量約為15%，放射蟲體腔多被顯微硅質(zhì)、瀝青質(zhì)完全充填(圖3i)。碎屑顆粒以石英為主，含量小于10%。含少量碳酸鹽礦物，呈交代碎屑顆粒和少量半自形—自形晶粒狀發(fā)育?；|(zhì)含量可達(dá)85%以上，以泥質(zhì)為主，碳質(zhì)與泥質(zhì)共生，呈浸染狀。

3.3 礦物學(xué)特征

來地1井龍馬溪組頁巖儲層礦物成分以黏土礦物和石英為主（圖2）：石英含量為15.9%～66.0%，平均為39.2%；黏土礦物含量為17.8%～60.2%，平均為35.2%。其次為長石，還有部分碳酸鹽礦物和少量黃鐵礦。全段脆性礦物（主要指石英、長石、黃鐵礦等礦物）含量較高，為39.8%～80.2%，平均為64.9%。其中，龍一段和龍二段具有較高的石英、長石及碳酸鹽礦物含量和較低的黃鐵礦及黏土礦物含量；龍三段則石英、長石及碳酸鹽礦物含量較低，黃鐵礦及黏土礦物含量較高。黏土礦物以伊利石、伊/蒙混層為主（圖2），含少量的綠泥石，不含蒙皂石和高嶺石。伊利石含量為39.0%～81.0%，平均為58.7%；伊蒙混層含量平均為28.9%；綠泥石含量平均為12.5%［13］。其中，龍二段和龍三段黏土礦物中的伊/蒙混層和綠泥石所占比重較大，而龍一段伊利石的占比較大。由于來地1井龍馬溪組的黃鐵礦含量與TOC相關(guān)性較差，而且缺氧—貧氧環(huán)境的龍一段底部黃鐵礦含量反而較低，因而推測來地1井發(fā)育較多的次生黃鐵礦是成巖作用的產(chǎn)物，與水體的沉積環(huán)境無關(guān)［14-15］。

4 儲層特征

4.1 物性特征

通過脈沖法測得來地1井44塊龍馬溪組頁巖樣品的孔隙度分布范圍在0.06%～2.09%之間，平均為0.73%，其中介于0.5%～1%之間的孔隙度占主導(dǎo)地位，表明總體孔隙度較低。龍一段的孔隙度最高（圖2），龍二段次之，龍三段由于脆性礦物含量低、黏土礦物含量較高、抗壓實(shí)能力較弱，而且黏土礦物充填了大的孔縫，所以孔隙度最低。滲透率分布在（0.000 25～0.60）×10-3μm2之間，平均為 0.046 2×10-3μm2，主體在（0.001～0.01）×10-3μm2之間，變化范圍較大。儲層滲透率總體極低，孔滲相關(guān)性較差，可能是孔隙不連通所導(dǎo)致。

4.2 孔隙類型

根據(jù)對來地1井及來地1井臨近剖面龍馬溪組頁巖的31塊樣品在SEM場發(fā)射掃描電鏡下的觀察（圖4），龍馬溪組頁巖儲集空間類型主要包括：粒間孔、粒內(nèi)孔、有機(jī)質(zhì)孔及小尺度裂縫。

粒間孔 淺埋階段各種顆粒間的不完全膠結(jié)會產(chǎn)生大量粒間孔隙，但隨著壓實(shí)作用和成巖作用的進(jìn)行，粒間孔隙會急劇減少［4］。形成粒間孔的韌性礦物主要包括黏土的絮狀物、微晶球粒礦物、有機(jī)質(zhì)等，脆性礦物則主要為石英、長石、黃鐵礦等。來鳳—咸豐區(qū)塊龍馬溪組粒間孔主要為長石、石英、黃鐵礦顆粒之間的粒間孔、黏土礦物粒間孔，孔徑通常較大（圖4a，4b）。

粒內(nèi)孔 粒內(nèi)孔主要形成于礦物顆粒的內(nèi)部，其形態(tài)大部分不規(guī)則，晶體內(nèi)部的孔隙在局部也常見。主要包括黏土礦物脫水轉(zhuǎn)化、體積減小而形成的層間次生粒內(nèi)孔，黃鐵礦晶間填隙物消耗殆盡而形成的黃鐵礦晶間孔，無機(jī)礦物中不穩(wěn)定礦物（長石和碳酸鹽礦物）溶蝕而形成的溶蝕孔［5］。溶蝕孔的發(fā)育代表了地下流體較為活躍，反映了頁巖氣藏與外界環(huán)境有較好溝通。如果溶蝕孔發(fā)育于生氣高峰期之后，則表明儲層的流體系統(tǒng)可能遭到破壞，導(dǎo)致天然氣可能會散失，這對頁巖氣的賦存有不利的影響［8］。來鳳—咸豐區(qū)塊龍馬溪組頁巖儲層中的粒內(nèi)孔大部分是成巖作用的結(jié)果，發(fā)育于次生礦物內(nèi)部，原生礦物的粒內(nèi)孔基本不發(fā)育。粒內(nèi)孔的類型主要包括長石和方解石的粒內(nèi)溶蝕孔、黃鐵礦晶間孔、黏土礦物晶間孔及層間孔縫（圖4c—4e）：溶蝕孔的孔徑相對較大，多大于100 nm；黃鐵礦、黏土礦物晶間孔的孔徑相對較小，分布在幾納米到幾百納米之間，其中孔徑小于50 nm的孔隙占比較高。來地1井龍一段、龍二段在掃描電鏡下觀察到的溶蝕孔明顯多于龍三段。

有機(jī)質(zhì)孔 有機(jī)質(zhì)孔是有機(jī)質(zhì)熱演化過程中形成的孔隙，大多發(fā)育于高過成熟階段的二次裂解過程中［3-4］。有機(jī)質(zhì)孔及其比表面為吸附態(tài)天然氣提供了吸附劑，也為游離氣的賦存提供空間［11］。來地1井龍馬溪組頁巖儲層樣品中，發(fā)育大量的有機(jī)質(zhì)孔，存在形式多樣，孔隙邊緣未見坍塌現(xiàn)象，TOC較高層段可連接成三維孔隙網(wǎng)絡(luò)，有利于天然氣的富集和產(chǎn)出。來地1井馬溪組頁巖Ro普遍較高，殘留較多瀝青質(zhì)，掃描電鏡下可見瀝青質(zhì)中發(fā)育較多有機(jī)質(zhì)孔（圖4f—4h），孔徑較小，大多小于50nm。其中龍一段由于有機(jī)質(zhì)含量較高，所以有機(jī)質(zhì)孔比龍二段、龍三段發(fā)育更好。

小尺度裂縫 小尺度裂縫主要包括中型裂縫、小型裂縫、微型裂縫，這類裂縫僅限于在頁巖層內(nèi)發(fā)育，不與層外溝通，因而不會導(dǎo)致頁巖氣散失［11］，它可作為游離態(tài)頁巖氣的儲集空間［9］。小尺度裂縫的發(fā)育狀況受基質(zhì)巖性和脆性礦物的影響，產(chǎn)生的原因除了與構(gòu)造因素有關(guān)外，也與有機(jī)質(zhì)生烴膨脹、黏土礦物脫水等非構(gòu)造因素有關(guān)［16］。一般情況下，儲層中微裂縫的發(fā)育程度與脆性礦物含量、TOC有較好的正相關(guān)性，顆粒較細(xì)、存在異常高壓的儲層微裂縫可能發(fā)育得更好［9］。來鳳—咸豐區(qū)塊受構(gòu)造運(yùn)動影響大，而且儲層脆性礦物含量較高，因此小尺度裂縫較為發(fā)育（圖4i—4l），以納米級微裂縫為主。來地1井龍三段在掃描電鏡下觀察到的小尺度裂縫較龍二段、龍一段更為發(fā)育。

圖4 湖北來鳳—咸豐區(qū)塊來地1井及野外剖面龍馬溪組頁巖掃描電鏡照片F(xiàn)ig.4 Shale SEMphotos of Longmaxi Formation of Well Laidi1 and outcropsin Laifeng-Xianfengblock,Hubei Province

4.3 孔隙結(jié)構(gòu)

由于高壓壓汞法測試孔隙結(jié)構(gòu)可能會導(dǎo)致頁巖破裂，產(chǎn)生的微米級微裂縫很難與天然裂縫區(qū)分開［6］，因此對來地1井龍馬溪組6塊樣品采用液氮吸附-脫附法進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：龍馬溪組頁巖BET比表面積在5.35～15.20 m2/g之間，平均為7.90m2/g，變化范圍較大；平均孔徑在3.48～5.14 nm之間，平均為4.10 nm。根據(jù)國際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會的分類標(biāo)準(zhǔn)，孔徑小于2nm為微孔，2～50nm為中孔，大于50nm為大孔［17］。由于當(dāng)孔徑大部分小于10 nm時，BJH法會掩蓋一些信息［7］，所以這里采用DFT法計(jì)算總孔容。結(jié)果顯示（表3）：來地1井樣品中微孔、中孔、大孔均有分布，以微孔、中孔為主，它們對比表面積和孔容的貢獻(xiàn)最大。其中：微孔的孔容占比在29.5%～39.6%之間，平均為36.0%；中孔的孔容占比在54.2%～58.5%之間，平均為56.4%；大孔的孔容占比在2.8%～16.1%之間，平均為7.7%。而且發(fā)現(xiàn)DFT法表征微孔的效果要好于BJH法，因而推測微孔、中孔是龍馬溪組頁巖氣賦存的主要場所，具體來講，就是黃鐵礦和黏土礦物粒內(nèi)孔、有機(jī)質(zhì)孔及納米級微裂縫提供了頁巖氣主要的賦存空間。

表3 湖北來鳳—咸豐區(qū)塊來地1井龍馬溪組頁巖孔容統(tǒng)計(jì)表Table3 Statistical tableof shaleporevolumeof Longmaxi Formation of Well Laidi 1 in Laifeng-Xianfengblock,Hubei Province

4.4 孔隙發(fā)育主控因素

通過擬合分析，可以看出DFT孔容與TOC、礦物組分之間存在較好的相關(guān)性。TOC、黏土礦物含量與微孔、中孔的孔容正相關(guān)性較高（圖5a，5b)，說明二者對微孔、中孔孔容貢獻(xiàn)較大。黃鐵礦含量與微孔、中孔孔容的相關(guān)性與TOC相似（圖5c)，可能是由于實(shí)驗(yàn)樣品的黃鐵礦含量與TOC具有正相關(guān)性導(dǎo)致，也可能是由于黃鐵礦微晶之間形成的晶間孔隙對微孔、中孔孔容有貢獻(xiàn)。石英和碳酸鹽礦物雖具有較強(qiáng)抗壓實(shí)能力，可能有利于一些較大的納米級孔隙的保存，然而以方解石為主的碳酸鹽礦物常作為填隙物出現(xiàn)，而且成巖作用的中后期碳酸鹽礦物的交代作用會減少黏土礦物的微孔、中孔，堵塞喉道［18］。石英含量往往與以伊利石、伊/蒙混層為主的黏土礦物含量有負(fù)相關(guān)關(guān)系［19］，而黏土礦物對微孔、中孔孔容有控制作用［7］，所以石英和碳酸鹽礦物含量與微孔、中孔孔容有一定的負(fù)相關(guān)性（圖5d，5e)。另外，微孔、中孔的BET比表面積與孔容之間存在極好的正相關(guān)性（圖5f），因此，這就不難得出結(jié)論：微孔、中孔的BET比表面積與TOC、礦物組分之間的相關(guān)性同孔容類似。

來地1井龍馬溪組全段脈沖孔隙度與礦物組分、TOC之間雖有一定相關(guān)性，但相關(guān)系數(shù)不高。如圖6a所示，脈沖孔隙度與TOC之間有一定的正相關(guān)性，但整體來看相關(guān)性不強(qiáng)，這是由于研究區(qū)龍馬溪組受構(gòu)造運(yùn)動等影響較大，其儲層存在較多大的孔縫，而有機(jī)質(zhì)孔主要以微孔、中孔為主，在TOC整體不高的情況下，有機(jī)質(zhì)孔無法成為孔隙度的主要貢獻(xiàn)者。因此，只有在龍一段底部TOC出現(xiàn)高值處，有機(jī)質(zhì)孔成為孔隙度主要貢獻(xiàn)者時，脈沖孔隙度才與TOC有較好相關(guān)性（圖6a）。黏土礦物雖能貢獻(xiàn)一定的微孔、中孔體積，但同時，它填充了較多的大孔縫，因此來地1井孔隙度與全段黏土礦物含量有微弱負(fù)相關(guān)（圖6b）。龍三段孔隙度與黏土礦物含量的負(fù)相關(guān)性較為明顯（圖6b），這說明龍三段黏土礦物填充了較多的大孔縫是龍三段整體孔隙度低的原因之一。碳酸鹽礦物通常對孔隙度有消極作用，但來地1井全段脈沖孔隙度與碳酸鹽礦物含量僅有微弱的負(fù)相關(guān)性（圖6c），這是由于研究區(qū)受構(gòu)造影響較大，碳酸鹽礦物等脆性礦物在構(gòu)造因素等作用下，會產(chǎn)生較多裂縫，從而增加了孔隙度。

圖5 湖北來鳳—咸豐區(qū)塊來地1井龍馬溪組頁巖儲層DFT孔容與儲層參數(shù)及BET比表面積的關(guān)系Fig.5 Relationship between DFTpore volume and reservoir parameters and BETspecific surface area of shale reservoir of Longmaxi Formation of Well Laidi 1 in Laifeng-Xianfeng block,Hubei Province

圖6 湖北來鳳—咸豐區(qū)塊來地1井龍馬溪組頁巖儲層脈沖孔隙度與儲層參數(shù)的關(guān)系Fig.6 Relationship between pulse porosity and reservoir parameters of shale reservoir of Longmaxi Formation of Well Laidi 1 in Laifeng-Xianfengblock,Hubei Province

5 含氣性評價(jià)

來地1井龍馬溪組普遍含氣，現(xiàn)場解吸實(shí)驗(yàn)的出氣量在85～2 985 mL之間，經(jīng)計(jì)算得到總含氣量為0.23～3.73 m3/t，最大值出現(xiàn)在945～948 m井段，主體大于1.3 m3/t，均值為1.72 m3/t，遠(yuǎn)超出最低工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其中龍三段總含氣量為1.42～2.54 m3/t，平均含氣量為2.08m3/t；龍二段總含氣量為0.23～2.59 m3/t，平均含氣量為1.21 m3/t；龍一段總含氣量為0.25～3.73m3/t，平均含氣量為2.09m3/t。

通過現(xiàn)場解吸數(shù)據(jù)得到不同深度解吸氣含量，再結(jié)合損失氣量和殘余氣量計(jì)算得到：來地1井龍馬溪組儲層含氣量的游吸比（游離氣與吸附氣含量的比值）主要分布在0.33～1.17之間，均值為0.68，以吸附氣為主；龍三段整體游離氣含量較高，龍二段、龍一段則以吸附氣為主。

6 含氣量控制因素分析

影響儲層含氣量大小的因素有很多。本次研究含氣量分析所用樣品均采自來地1井，主要從有機(jī)地球化學(xué)、礦物成分、儲集空間及儲層壓力等4個方面來分析來地1井含氣量的控制因素。

6.1 有機(jī)質(zhì)類型及成熟度

有機(jī)質(zhì)類型是評價(jià)富有機(jī)質(zhì)頁巖生氣質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，它對頁巖的生氣潛力起著決定性作用。前人研究發(fā)現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ型干酪根比Ⅲ型干酪根更容易形成有機(jī)質(zhì)孔隙，其中Ⅰ型干酪根與活性炭吸附特點(diǎn)類似，可吸附更多的烴類氣體［3］。來地1井目的層段富有機(jī)質(zhì)頁巖的有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，Ⅱ2型次之，因此具有良好的生氣潛力。

有機(jī)質(zhì)的成熟度直接影響著頁巖的生氣量和賦存狀態(tài)。對于質(zhì)量相同或相近的烴源巖，一般來說Ro越大表明生氣的程度越高，同時有機(jī)質(zhì)裂解生烴的過程中，形成更多的納米級有機(jī)質(zhì)孔，從而增大儲層孔隙空間及吸附能力［3］，而且高成熟度有機(jī)質(zhì)中納米級微裂縫也更為發(fā)育［7］。但也有研究認(rèn)為，當(dāng)Ro大于2.0%以后，基質(zhì)孔隙度和微孔、中孔的孔容反而隨Ro的升高而降低［7,20］，這可能是由于Ro增高的同時會消耗作為吸附介質(zhì)及儲集空間的有機(jī)質(zhì)［10］。當(dāng)Ro大于2.0%之后，作為吸附介質(zhì)的有機(jī)質(zhì)消耗的速率大于其演化產(chǎn)生孔縫的速率，從而導(dǎo)致了微孔、中孔的孔容及基質(zhì)孔隙度的降低。來地1井龍馬溪組有機(jī)質(zhì)均處于過成熟階段，龍一段、龍二段的Ro低于龍三段，然而從含氣量來看，成熟度差異對儲層含氣性影響不大，因此，過高的成熟度（Ro＞3.0%）并非是制約頁巖氣富集的主要因素。

6.2 有機(jī)碳含量

TOC越高，頁巖的生烴能力越強(qiáng)、儲集性能越好、儲層吸附能力越強(qiáng)，它往往對富有機(jī)質(zhì)頁巖的含氣量起決定性作用［21］。然而，對來地1井TOC與含氣量進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)二者雖有正相關(guān)性，但相關(guān)性不強(qiáng)（圖7a）。這是由于研究區(qū)的區(qū)域構(gòu)造條件復(fù)雜，氣藏遭受破壞嚴(yán)重所致。雖然頁巖氣藏與常規(guī)氣藏相比，對保存條件的要求并不苛刻，然而當(dāng)保存條件破壞嚴(yán)重時，儲層吸附能力就會降低，吸附氣會轉(zhuǎn)換為游離氣而散失，即使有充足的氣源及儲存空間，頁巖氣仍難以富集。因此，TOC在此類復(fù)雜構(gòu)造區(qū)對儲層含氣性的影響較為復(fù)雜。

6.3 礦物成分

泥頁巖礦物三端元為脆性礦物、黏土礦物以及自生礦物，三者對含氣量均有影響。礦物成分影響含氣量的實(shí)質(zhì)是礦物顆粒間形成的孔隙在大小、表面物化特性、結(jié)構(gòu)參數(shù)上的差異。

對來地1井石英含量與含氣量之間的相關(guān)性分析表明，二者之間沒有相關(guān)性（圖7b）。這是由于研究區(qū)龍二段、龍三段沉積期靠近黔中古隆起，沉積水體較淺，儲層中的石英主要為陸源，所以與TOC不具有好的相關(guān)性。它的存在因會影響?zhàn)ね恋V物的含量而與微孔、中孔的孔容之間呈負(fù)相關(guān)性，因此雖然石英增強(qiáng)了儲層的抗壓實(shí)能力，但總體對含氣性仍有不利影響。龍一段底部由于沉積水體較深［22］，生物成因的自生石英含量較高，此時的沉積環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的富集［23］，故此類石英含量往往與TOC、含氣量有一定的正相關(guān)性。

黏土礦物含量與含氣量之間呈一定的正相關(guān)（圖7b)，這與黏土礦物的孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)：黏土礦物顆粒間、粒內(nèi)多發(fā)育納米級孔和微孔、中孔級別的層間縫，可以賦存大量吸附氣和游離氣。而且黏土礦物對有機(jī)質(zhì)生烴有催化作用，因此與黏土礦物伴生的有機(jī)質(zhì)顆粒，有機(jī)質(zhì)孔更為發(fā)育［19］。

黃鐵礦含量與含氣量之間表現(xiàn)為正相關(guān)，因?yàn)樵S鐵礦含量指示著沉積環(huán)境的還原性強(qiáng)弱，其含量越高代表還原性越強(qiáng)［14］，生成黃鐵礦所必須的Fe2+含量越高［24］，有機(jī)質(zhì)富集程度就越高。此外原生黃鐵礦常與有機(jī)質(zhì)伴生，它對有機(jī)質(zhì)孔隙可以起到保護(hù)作用［14］，所以黃鐵礦含量與含氣量之間有較好正相關(guān)性。來地1井次生黃鐵礦較為發(fā)育，它的形成與沉積環(huán)境無關(guān)，但黃鐵礦微晶之間形成的晶間微孔隙可能對微孔、中孔的孔容有貢獻(xiàn)，而且由于微孔隙可作為Fe2+、SO42-及烴類流體等生成次生黃鐵礦所必須的還原劑的儲集空間及運(yùn)移通道，這有利于次生黃鐵礦的持續(xù)形成［14］，同時由于受構(gòu)造強(qiáng)烈改造等因素的影響，導(dǎo)致微裂縫系統(tǒng)較為發(fā)育，這為游離氣提供了重要儲集空間，因此，次生黃鐵礦含量與游吸比有較好的正相關(guān)性（圖7c）。但由于來地1井龍馬溪組整體還是以吸附氣為主，所以黃鐵礦含量與含氣量正相關(guān)性較弱（圖7d）。

碳酸鹽礦物會減小微孔、中孔孔容，因此碳酸鹽礦物含量與含氣量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)（圖7e）。

雖然黏土礦物對含氣性有積極作用，陸源成因的碎屑石英及碳酸鹽礦物對含氣性有不利影響，然而在后期水力壓裂的過程中，黏土礦物的膨脹問題會導(dǎo)致氣體采收率變差［19］，而以石英及碳酸鹽礦物為主的脆性礦物卻對后期壓裂有積極影響，所以在頁巖氣勘探中，應(yīng)把握對頁巖氣產(chǎn)出最有利的脆性礦物與黏土礦物含量之間的平衡。

6.4 儲集空間

頁巖儲集空間的優(yōu)劣是含氣性的關(guān)鍵影響因素之一。來地1井龍馬溪組樣品脈沖孔隙度與含氣量并沒有很好的相關(guān)性，這是由于脈沖法測得的孔隙度有很多大孔縫的貢獻(xiàn)，然而來地1井頁巖氣主要賦存在微孔、中孔中，所以含氣量與DFT孔容具有較好的相關(guān)性（圖7f），而與脈沖孔隙度相關(guān)性不好。在氣藏遭受嚴(yán)重破壞、目的層埋深較淺、物質(zhì)基礎(chǔ)一般的復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，頁巖儲層中可能存在較多吸附能力較差的大型孔縫，而且小型孔縫在埋深較淺的情況下吸附能力也減弱，在保存條件較差的條件下，以儲存游離氣為主的孔縫中的天然氣亦散失殆盡，因此，此類地區(qū)脈沖孔隙度與含氣量的相關(guān)性較小。

泥頁巖儲層中裂縫的發(fā)育程度對含氣量往往有十分重要的影響。北美地區(qū)已經(jīng)投入開發(fā)生產(chǎn)的頁巖氣藏，大多天然裂縫系統(tǒng)較為發(fā)育［25］。裂縫的發(fā)育對頁巖氣藏而言是一把“雙刃劍”，具體與它的發(fā)育位置、性質(zhì)、規(guī)模有關(guān)［11］。一些大型開啟的天然裂縫，雖然提高了儲層局部的滲透率，但同時會破壞儲層的封閉性，使儲層壓力降低，從而不利于頁巖氣聚集。尤其是通天斷裂的發(fā)育，會直接導(dǎo)致頁巖氣的逸散［26］。然而由于適度的抬升降壓、有機(jī)質(zhì)生烴膨脹、黏土礦物脫水等因素形成的“斷而不穿、裂而不破”的小尺度裂縫對儲層的含氣性有積極的作用［27］。來地1井的宏觀裂縫主要為因水平壓力差形成的高角度裂縫（圖3a，3c，3f)，這些裂縫大多互不溝通且被方解石充填，基本不具有儲集及滲流功能，對含氣量影響不大，但通過壓裂可獲得有利于頁巖氣產(chǎn)出的網(wǎng)狀裂縫。小尺度裂縫是游離氣的主要賦存空間，而且其發(fā)育程度決定了頁巖氣產(chǎn)能的高低及后期水力壓裂的有效性［26］，其在頁巖氣的勘探與開發(fā)中起著不可忽視的作用。

6.5 儲層壓力

儲層壓力也是影響儲層含氣量的因素之一。吸附氣及游離氣的含量通常會隨著儲層壓力的增加而增加［21］，而且在高壓下，儲層微裂縫系統(tǒng)可能更為發(fā)育，也有利于游離氣的儲存。在儲層封閉條件較好時，頁巖生成的烴類氣體及黏土礦物脫水作用產(chǎn)生的自由水無法排出，此時儲層內(nèi)會產(chǎn)生異常高壓［27］，因此儲層內(nèi)的異常高壓對儲層的封閉性及頁巖氣的富集也有著指示作用。然而北美地區(qū)通常并不將超壓當(dāng)做頁巖氣選區(qū)的關(guān)鍵指標(biāo)，這是由于北美頁巖氣盆地物質(zhì)基礎(chǔ)好，儲層吸附能力強(qiáng)，成藏地質(zhì)條件簡單，在地層低壓、欠壓的條件下也可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)性的開發(fā)［28］。

來鳳—咸豐區(qū)塊構(gòu)造條件復(fù)雜，并且物質(zhì)基礎(chǔ)一般，目的層埋深淺，地層壓力低，儲層吸附能力較弱，這類復(fù)雜構(gòu)造區(qū)對保存條件的要求更為苛刻，需要更好的地層封閉條件使生成的氣體不易散失，這樣就會在儲層內(nèi)形成異常高壓。因此，在該類地區(qū)，異常高壓對儲層含氣性而言顯得尤為重要。異常高壓頁巖儲層通常具有游離氣含量高、含氣飽和度高的特點(diǎn)［28］。來地1井龍三段由于黏土礦物含量較高，儲層可塑性較強(qiáng)，有一定的抗破壞能力，同時較高的黏土礦物含量也能增加儲層的封閉性，因此它的保存條件相對較好，儲層內(nèi)存在異常高壓，在具備一定物質(zhì)基礎(chǔ)的層段，平均含氣量與TOC較高的龍一段相當(dāng)。因此，在物質(zhì)基礎(chǔ)一般、整體保存條件較差的復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，尋找局部儲層封閉性好、存在異常高壓的層段或區(qū)域，是頁巖氣勘探的重要突破口。這可遵循以下幾個原則：首先，頁巖中要有一定的TOC，這樣才具備一定的生烴潛力，進(jìn)而有產(chǎn)生異常高壓的重要條件；其二，盡量遠(yuǎn)離深大斷裂，在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)中尋找構(gòu)造相對簡單的區(qū)域，如來地1井所處的兩河口向斜；其三，由于黏土礦物對儲層有一定的封堵作用，且能增強(qiáng)儲層的抗破壞能力，所以黏土礦物含量較高的層段，很有可能儲層封閉性較好，在黏土礦物脫水、生烴等增壓作用下更易產(chǎn)生異常高壓。因此，遠(yuǎn)離深大斷裂，并有較高的黏土礦物含量及一定的TOC的層段，很有可能是儲層內(nèi)存在異常高壓的高含氣量層段，也應(yīng)該是該類復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的突破層段。

7 結(jié) 論

（1）來鳳—咸豐區(qū)塊來地1井龍馬溪組具有TOC較高，黏土礦物、次生黃鐵礦含量高，有機(jī)質(zhì)熱演化程度高等特點(diǎn)，具有一定的生氣潛力及頁巖氣成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)。儲層孔隙類型包括粒間孔、粒內(nèi)孔、有機(jī)質(zhì)孔及小尺度裂縫；中孔占孔容比重最大，微孔次之，大孔占孔容比重最小；微孔、中孔提供了主要的比表面積及頁巖氣賦存空間，它們的發(fā)育主要受TOC及黏土礦物的控制。

（2）來地1井龍馬溪組TOC、黏土礦物含量、總孔容為含氣性的重要控制因素。其中，TOC對此類復(fù)雜構(gòu)造區(qū)儲層含氣量的影響雖然相對減小，但仍是含氣性最基礎(chǔ)的控制因素。碳酸鹽礦物、陸源碎屑石英含量越高，微孔、中孔孔容則越小，所以這二者對含氣性有著不利的影響，但以這二者為主的脆性礦物對后期水利壓裂有積極影響，所以在頁巖氣勘探中，應(yīng)當(dāng)把握對頁巖氣產(chǎn)出最有利的脆性礦物與黏土礦物含量之間的平衡。

（3）來地1井龍馬溪組次生黃鐵礦含量與游吸比有較好的正相關(guān)性。次生黃鐵礦對作為游離氣賦存空間的小尺度裂縫具有指示性作用，其含量較高處往往游離氣含量較高，因此，次生黃鐵礦含量與儲層含氣性也有著不可忽視的關(guān)系。

（4）來地1井龍三段由于黏土礦物含量較高，儲層可塑性較強(qiáng)，有一定的抗破壞能力，同時較高的黏土礦物含量也能增加儲層的封閉性，因此龍三段的保存條件相對較好，儲層內(nèi)存在異常高壓，在具備一定物質(zhì)基礎(chǔ)的層段，其含氣量與TOC較高的龍一段相當(dāng)。因此，在物質(zhì)基礎(chǔ)一般、整體保存條件較差的復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，尋找遠(yuǎn)離深大斷裂、具有較高黏土礦物含量及一定TOC的局部儲層封閉性好、存在異常高壓的層段或區(qū)域，是今后此類地區(qū)頁巖氣勘探的重要突破口。