許憲金 郭志強 蘇偉明 華 夏 劉敢強 高毓璐

(①中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司錄井公司；②中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院)

0 引 言

研究區(qū)位于四川盆地川中隆起區(qū)川西南低陡褶帶威遠(yuǎn)背斜構(gòu)造，地理上位于四川省內(nèi)江市威遠(yuǎn)縣鎮(zhèn)西鎮(zhèn)。隨著非常規(guī)油氣勘探開發(fā)進(jìn)程的加快，該區(qū)頁巖氣儲集層越來越受到關(guān)注。威遠(yuǎn)地區(qū)五峰-龍馬溪組為一套深海陸棚沉積-淺海碎屑巖沉積過渡的沉積體系，其下部頁巖層段以黑色頁巖、黑色筆石頁巖、碳質(zhì)頁巖和灰質(zhì)頁巖為主，向上逐漸過渡為黑色硅質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖、白云質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖沉積。

有機質(zhì)是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，是評價頁巖氣儲集層含氣量和有機質(zhì)孔隙的重要參數(shù)[1]。因此，有機質(zhì)的地球化學(xué)特征研究對頁巖氣儲集層評價顯得尤為重要，對其研究的內(nèi)容主要包括有機質(zhì)的類型、豐度和演化程度三方面。本文通過選取W 202H7-2D井樣品，開展頁巖有機質(zhì)特征實驗分析，研究五峰-龍馬溪組頁巖有機質(zhì)特征。

1 樣品實驗方法

本次研究樣品采自威遠(yuǎn)地區(qū)的W 202H7-2D取心井，共采集335塊井下巖心樣品，巖性為上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖和部分介殼灰?guī)r。為研究頁巖有機質(zhì)特征，按照國家、行業(yè)推薦的標(biāo)準(zhǔn)和實驗規(guī)范，主要進(jìn)行了總有機碳含量(TOC)、巖石熱解、全巖顯微組分、鏡質(zhì)體反射率(Ro)四方面的地球化學(xué)分析測試，實驗分析均由中國石油大學(xué)(北京)完成。

(1)總有機碳含量(TOC)測定：依據(jù)GB/T 19145-2003《沉積巖中總有機碳的測定》，先對巖石樣品進(jìn)行預(yù)處理，將樣品磨碎至粒徑小于0.2 mm，再使用LECO CS 230型碳硫分析儀進(jìn)行兩次分析并求取平均值，兩次分析誤差均符合國家標(biāo)準(zhǔn)[2]。

(2)熱解分析：依據(jù)GB/T 18602-2012《巖石熱解分析》，先對樣品進(jìn)行預(yù)處理，將巖樣粉碎研磨后使粒徑在0.07～0.15 mm范圍，再使用VINCI ROCK-EVAL 6型巖石熱解儀進(jìn)行熱解分析，并求取兩次實驗平均值，且要求兩次分析值相對誤差在規(guī)定范圍內(nèi)[3]。

(3)顯微組分定量分析：依據(jù)SY/T 6414-2014《全巖光片顯微組分鑒定及統(tǒng)計方法》，在LEICA MPV-SP型顯微光度計進(jìn)行顯微組分鑒定和定量分析。先將巖石樣品破碎至粒徑約1.0 mm，按四分法縮分適量樣品，與環(huán)氧樹脂膠結(jié)成粉磚光片，經(jīng)磨光、拋光等工序制成合格的全巖光片。顯微組分定量分析按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦的白光與熒光相結(jié)合的點統(tǒng)計法，得出顯微組分全巖體積的百分含量，有效統(tǒng)計點數(shù)大于500點[4]。

(4)鏡質(zhì)體反射率(Ro)測定：依據(jù)SY/T 5124-2012《沉積巖中鏡質(zhì)體反射率測定方法》，使用LEICA MPV-SP型顯微光度計，在全巖光片上進(jìn)行鏡質(zhì)體反射率(Rom)或瀝青反射率(Rob)測定。通過海相鏡質(zhì)體或瀝青反射率，轉(zhuǎn)化成等效鏡質(zhì)體反射率(Ro′)。

2 頁巖有機質(zhì)特征

頁巖有機質(zhì)特征是影響頁巖含氣量的主要因素，包括有機質(zhì)類型、有機質(zhì)豐度和熱演化程度三方面，三者共同決定了威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組頁巖儲集層的含氣量與產(chǎn)氣量。

2.1 有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型是評價烴源巖質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，直接影響著頁巖生烴能力，決定了頁巖有機質(zhì)的顯微組分特征，關(guān)系著頁巖儲集層的儲集能力。一般來說，Ⅰ型和Ⅱ型干酪根以生油為主，Ⅲ型干酪根以生氣為主[5]。

通常情況下，可根據(jù)SY/T 5125-2014《透射光-熒光干酪根顯微組分鑒定及類型劃分方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來劃分干酪根類型，此方法適用于上古生界及更新的低演化階段的樣品(包括煤、泥巖等)，而對下古生界海相頁巖并不適用，不能簡單套用類型指數(shù)的計算公式，其原因主要有以下三點：(1)高等植物的出現(xiàn)大約為泥盆紀(jì)，奧陶-志留紀(jì)沒有可以提供鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的高等植物的生源；(2)下古生界海相樣品的熱演化程度高，一般為過成熟階段，熱演化可能會導(dǎo)致腐泥組的“老化”變成惰質(zhì)組，不能代表其原始的顯微組分；(3)由于熱演化程度高，富氫組分(腐泥組)可能會生成油，然后再轉(zhuǎn)化碳瀝青和微粒體等次生的顯微組分，常規(guī)的公式并沒有涵蓋這些組分。

目前還沒有具體的劃分下古生界海相干酪根類型的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是可以通過類比法進(jìn)行劃分。W 202H7-2D井頁巖樣品在顯微鏡下觀察可以看見大部分由腐泥體、筆石體、微粒體和碳瀝青四種有機顯微組分組成，其中：腐泥體類似于腐泥組；筆石體來源于筆石，類似于殼質(zhì)組，筆石為當(dāng)時的最常見海洋浮游古生物，屬于低等的水生生物；微粒體和碳瀝青都是由原始的腐泥體通過熱演化生成的次生有機組分，類似于腐泥組。由此可以類比SY/T 5125-2014行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的計算公式，采用各顯微組分不同的加權(quán)系數(shù)來計算類型指數(shù)(TI)：

TI=腐泥體×100+筆石體×50+

微粒體×100+碳瀝青×100

根據(jù)干酪根顯微組分含量、類型指數(shù)TI值及巖石熱解參數(shù)，將干酪根類型劃分為三類四型，即Ⅰ型、Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅲ型(表1)。

W 202H7-2D井在龍一2小層-五峰組2 818.20～2 858.48 m井段選取了5塊黑色頁巖及黑灰色粉砂質(zhì)頁巖樣品，采用透射光和反射熒光生物顯微鏡鑒定法進(jìn)行了顯微組分定量分析(表2、圖1)。鏡檢結(jié)果顯示，黑色頁巖干酪根呈無定形狀，大于90%，表明其母質(zhì)主要來源于低等水生植物，顯微有機組分中主要為腐泥體和筆石體，且占絕對優(yōu)勢[6]。5塊樣品有機組分類型指數(shù)分布在79.65～86.95之間，有機質(zhì)類型為Ⅰ-Ⅱ1型，偏Ⅰ型，有機質(zhì)類型較好。

2.2 有機質(zhì)豐度

有機質(zhì)豐度是指單位質(zhì)量巖石中有機質(zhì)的數(shù)量。烴源巖有機質(zhì)豐度反映烴源巖中有機質(zhì)的數(shù)量特征，是形成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，是評價烴源巖的基礎(chǔ)指標(biāo)。在其他條件相近的前提下，巖石中有機質(zhì)的含量(豐度)越高，其生烴能力越高。W 202H7-2D井主要采用總有機碳含量(TOC)和巖石熱解參數(shù)(S1+S2)對五峰-龍馬溪組頁巖有機質(zhì)豐度進(jìn)行評價。

在2 817.00～2 863.70 m井段，分別選取了223塊和31塊樣品進(jìn)行有機碳含量和巖石熱解分析測試，并對總有機碳含量和巖石熱解參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計匯總分析(表3、圖2)。

表1 利用干酪根顯微組分評價有機質(zhì)類型的標(biāo)準(zhǔn)[5]

表2 W 202H7-2D井全巖顯微組分測定數(shù)據(jù)

②類型指數(shù)計算及有機質(zhì)類型劃分參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 透射光-熒光干酪根顯微組分鑒定(光片，油浸，反射單偏光；W 202H7-2D井，龍一14小層，2 838.20 m)

2.2.1 總有機碳含量(TOC)特征

上述統(tǒng)計結(jié)果表明，龍馬溪組TOC含量較高，五個層段平均值為1.60%～4.72%，以龍一11小層為最高；其次為五峰組頁巖段，TOC含量平均值為1.59%；五峰組觀音橋段的TOC含量較低，平均值為0.87%(表3)。TOC區(qū)間含量變化，在0～0.5%的占11.2%，在0.5%～1.0%的占4.5%，在1.0%～2.0%的占21.5%，>2.0%的占62.8%。

表3 W 202H7-2D井總有機碳和巖石熱解參數(shù)平均值統(tǒng)計

圖2 W 202H7-2D井(2 817.00～2 863.70 m)巖石地球化學(xué)參數(shù)成果

通過上述實驗數(shù)據(jù)的分析，依據(jù)烴源巖有機質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)，以0.5%作為烴源巖有機質(zhì)豐度的下限值，本井總有機碳含量(TOC)具有以下特征。

(1)五峰-龍馬溪組TOC含量都在0.5%以上，大多數(shù)樣品甚至在2.0%以上，表明有機質(zhì)豐度高，可作為優(yōu)質(zhì)烴源巖，且以龍一11小層為最佳。

(2)龍馬溪組TOC含量總體上呈隨深度增加而增加的趨勢(圖3)。

2.2.2 巖石熱解參數(shù)(S1+S2)特征

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果(表3)可以看出，龍馬溪組巖石熱解參數(shù)(S1+S2)含量較高，五個層段平均值為0.13～0.49 mg/g，以龍一11小層為最高；其次為五峰組頁巖段，平均值為0.22 mg/g；五峰組觀音橋段的(S1+S2)含量值較低，平均值為0.08 mg/g。

本井巖石熱解(S1+S2)含量特征主要有以下三個方面：

(1)五峰-龍馬溪組(S1+S2)含量都在0.10 mg/g以上，大多數(shù)樣品甚至在0.30 mg/g以上，表明殘余有機質(zhì)豐度較高，可判別為優(yōu)質(zhì)烴源巖，且以龍一11小層為最佳。

(2)五峰-龍馬溪組(S1+S2)含量與TOC含量具有較好的相關(guān)性(圖4)，隨著(S1+S2)含量的增大，TOC也相應(yīng)增大。

(3)龍馬溪組(S1+S2)含量總體上呈隨深度增加而增加的趨勢(圖5)。

圖3 W 202H7-2D井TOC值縱向分布

圖4 (S1+S2)與TOC的相關(guān)性

2.3 有機質(zhì)成熟度

有機質(zhì)成熟度是衡量有機質(zhì)實際生烴能力的重要參數(shù)，是確定有機質(zhì)生油與生氣的關(guān)鍵指標(biāo)，對于頁巖氣聚集和生產(chǎn)具有重要的影響。成熟度評價指標(biāo)很多，包括鏡質(zhì)體反射率(Ro)、孢粉與干酪根顏色指數(shù)(SCI)、巖石熱解最高峰溫(Tmax)等。一般而言，鏡質(zhì)體反射率是最直觀的反映有機質(zhì)成熟度的參數(shù)，可應(yīng)用于有機質(zhì)熱演化及生氣階段劃分。

圖5 W 202H7-2D井(S1+S2)值縱向分布

2.3.1 鏡質(zhì)體反射率(Ro)

由于五峰-龍馬溪組烴源巖中缺少鏡質(zhì)體，基于鏡質(zhì)體反射率(Ro)研究有機質(zhì)成熟度已不再適用，但該地區(qū)樣品中廣泛分布筆石體，可以測定筆石反射率用以標(biāo)定有機質(zhì)的熱演化程度[7]。因此，對上述相同的5塊樣品測定了筆石體反射率(表4)，并據(jù)Bertrand[8]提出的筆石體反射率(RG)與其等效鏡質(zhì)體反射率(Ro′)換算公式進(jìn)行校正：

lgRG=-0.04+1.10lgRo′

計算結(jié)果表明，5塊樣品的等效鏡質(zhì)體反射率(Ro′)為2.76%～2.82%，均大于2.0%，屬于過成熟油氣演化階段。

表4 W 202H7-2D井全巖筆石體反射率測定

2.3.2 巖石熱解Tmax參數(shù)

本井進(jìn)行了71個樣品的巖石熱解分析，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，除2 860.1 m樣品為323℃外，其余所有樣品的Tmax值均大于580℃(圖6)，表明該區(qū)五峰-龍馬溪組均處于過成熟演化階段，為產(chǎn)干氣階段。

圖6 W 202H7-2D井Tmax值縱向分布

3 結(jié) 論

(1)威遠(yuǎn)地區(qū)五峰-龍馬溪組有機顯微組分類型指數(shù)分布在79.65～86.95之間，有機質(zhì)類型為Ⅰ-Ⅱ1型，偏Ⅰ型。

(2)威遠(yuǎn)地區(qū)五峰-龍馬溪組TOC含量普遍在0.5%以上，大多數(shù)樣品甚至在2.0%以上，表明有機質(zhì)豐度高，可作為優(yōu)質(zhì)烴源巖，且以龍一11小層為最佳。龍馬溪組TOC含量總體上呈隨深度增加而增加的趨勢。

(3)威遠(yuǎn)地區(qū)五峰-龍馬溪組等效鏡質(zhì)體反射率為2.76%～2.82%，巖石熱解Tmax值絕大多數(shù)大于580℃，表明五峰-龍馬溪組均處于過成熟演化階段，為產(chǎn)干氣階段。