邱 岐

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無錫 214126）

頁巖氣是指富含有機(jī)質(zhì)、成熟的暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中由于有機(jī)質(zhì)吸附作用或巖石中存在著裂縫和基質(zhì)孔隙，使之儲集和保存了一定具商業(yè)價(jià)值的生物成因、熱解成因及二者混合成因的天然氣［1］。頁巖氣和致密地層天然氣、煤層氣統(tǒng)稱為非常規(guī)天然氣。隨著人類社會對天然氣需求量的不斷增大和低碳經(jīng)濟(jì)的需要，世界各國對非常規(guī)天然氣尤其是頁巖氣的勘探力度日益增大。前人研究表明下?lián)P子地區(qū)頁巖厚度分布穩(wěn)定、埋藏深度淺、有機(jī)質(zhì)豐度高、成熟度高，是未來頁巖氣勘探的重要方向［2-3］，但目前國內(nèi)海相頁巖研究主要是集中在四川盆地及周緣地區(qū)［4-6］，對下?lián)P子尤其是巢湖地區(qū)頁巖的調(diào)查與研究相對較少［7］。本文通過相關(guān)野外剖面觀察，結(jié)合薄片鑒定與地球化學(xué)測試分析，對下?lián)P子巢湖地區(qū)大隆組頁巖的特征及儲集條件進(jìn)行分析，對頁巖氣潛力進(jìn)行了初步評價(jià)，研究成果對下?lián)P子巢湖地區(qū)大隆組頁巖氣藏的勘探具有重要的借鑒意義。

1 區(qū)域沉積構(gòu)造背景

安徽巢湖地區(qū)在構(gòu)造上屬于下?lián)P子地區(qū)。下?lián)P子地區(qū)位于揚(yáng)子板塊的東北部，地理上位于長江下游地區(qū)，面積大約22×104km2［8］（圖1）。東部與東海相鄰，西部以郯廬深斷裂為界，東南部以江紹深斷裂為界與華夏地塊接觸［9-11］，巢湖地區(qū)地處下?lián)P子海盆邊緣的深水陸棚上，古生代下?lián)P子區(qū)基本上連續(xù)下沉，形成了較大厚度的沉積地層，也是頁巖氣資源的遠(yuǎn)景目標(biāo)［7-12］。

圖1 下?lián)P子大地構(gòu)造位置［17］

下?lián)P子巢湖地區(qū)上二疊統(tǒng)大隆組泥頁巖發(fā)育廣泛，在形成背景為陸棚—盆地相區(qū)發(fā)育一套黑色碳質(zhì)硅質(zhì)泥頁巖建造；而在中部呈西南—北東向展布狹長斜坡區(qū)，因處碳酸鹽巖飽和補(bǔ)償面附近，受熱上升流影響主要發(fā)育一套泥晶灰?guī)r沉積［13-17］。

馬家山剖面是巢湖地區(qū)大隆組典型的野外露頭剖面。出露地層為：二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、大隆組、三疊系下統(tǒng)殷坑組，總地層厚度約29.8 m，其中大隆組厚約15 m。該剖面自下而上各組巖性特征表現(xiàn)為：大隆組（黑色頁巖夾硅質(zhì)巖、灰色硅質(zhì)巖、灰黑色碳質(zhì)頁巖）與下伏龍?zhí)督M（灰黃色砂巖）地層呈整合接觸（圖2a），殷坑組（泥灰?guī)r）與下伏大隆組呈角度不整合接觸（圖2b）。

圖2 馬家山剖面地層接觸特征

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景及海平面變化分析，可將大隆組劃分出一個(gè)三級層序（大隆層序），進(jìn)一步識別出海進(jìn)體系域（TST）、早期高位體系域（EHST）、晚期高位體系域（LHST）。海平面在海侵體系域時(shí)期有較大幅度變化，但在高位體系域時(shí)期非常穩(wěn)定（圖3）。

圖3 馬家山剖面地層柱狀圖

2 大隆組巖性特征

通過野外露頭、巖石薄片以及礦物組成特征可以看出（表1），大隆組巖石類型可分為兩大類：泥頁巖和泥晶灰?guī)r類。在垂向上巖石類型可分為三段：下段巖性主要以灰黑色薄層硅質(zhì)、碳質(zhì)頁巖為主；中段主要巖性為灰黑色頁巖，夾薄層灰黑色、深灰色碳質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖；上段巖石組合與下段相似，均為灰褐色碳質(zhì)、硅質(zhì)頁巖。具體各類特征如下所述。

表1 巢湖馬家山剖面大隆組全巖主量元素測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.1 碳質(zhì)頁巖

碳質(zhì)頁巖含有大量的碳化有機(jī)質(zhì)，含碳量約為3%～15%，灰黑色，污手，常含有植物化石，頁理結(jié)構(gòu)明顯（圖4a、4b）。在野外，碳質(zhì)頁巖與黑色頁巖的明顯區(qū)別在于污手。由于有機(jī)質(zhì)含量高，普通顯微鏡下觀察為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，無法分辨礦物組成成分（圖4c）；通過X衍射測試結(jié)果和XEM圖片觀察可以看出，大隆組的礦物成分有石英、長石、方解石、鐵白云石、菱鐵礦、黃鐵礦、黏土礦物等等，其中石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量最高，其分布范圍為40%～51.2%，平均值為44%；碳質(zhì)頁巖黏土礦物組成伊利石含量最高，分布范圍為29%～45%，平均值為38%；綠泥石分布范圍為16%～22%，平均值為20%；高嶺石含量分布范圍為15%～28%，平均值為20%；伊/蒙混層含量分布范圍為15%～22%，平均值為17.7%。通過掃描電鏡能譜圖對比發(fā)現(xiàn)，有機(jī)碳主要賦存在黏土礦物上；在碳質(zhì)頁巖中可見納米級孔隙（圖4d）。

圖4 碳質(zhì)頁巖野外及鏡下照片特征（樣品號：Mjs-P2d-1-1，見表2）

2.2 硅質(zhì)頁巖

硅質(zhì)頁巖為黑色，質(zhì)地堅(jiān)硬，SiO2的平均含量為58%～60%，頁理發(fā)育（圖5a），鏡下可見碎屑礦物具一定的定向性（圖5b），通過X衍射分析和掃描電鏡觀測石英為隱晶質(zhì)，含量高達(dá)85%，含少量的黏土礦物及副礦物黃鐵礦，并發(fā)育微小孔隙（圖5c、5d）。草莓狀黃鐵礦的發(fā)育可反映出硅質(zhì)頁巖的沉積環(huán)境為還原的深水陸棚—盆地環(huán)境。

圖5 硅質(zhì)頁巖野外及鏡下照片特征（樣品號：Mjs-P2d-2-1，見表2）

2.3 硅質(zhì)泥巖

該巖相野外呈層狀產(chǎn)出，新鮮巖石顏色為灰黑色、黑色，部分表面風(fēng)化呈褐黃色，質(zhì)地堅(jiān)硬（圖6a）。通過X衍射分析表明，SiO2含量高達(dá)70%，其次為黏土礦物，并發(fā)育草莓狀黃鐵礦（圖6b），反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境為厭氧環(huán)境。

圖6 黑色硅質(zhì)泥巖野外典型照片及顯微特征（樣品號：Mjs-P2d-3-8，見表2）

2.4 全巖主量元素特征

通過對巢湖馬家山剖面大隆組10個(gè)樣品的全巖主量元素特征分析（表1）可以看出：馬家山剖面大隆組巖石主量元素主要以SiO2、Al2O3為主，其中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量51.23%～70.99%、Al2O3含量為8.69%～15.71%，其次為Fe2O3、K2O、CaO，含量均在0.29%～11.07%之間。

從元素的垂向分布序列自下而上來看（圖3），大隆組主量元素的SiO2含量在海進(jìn)體系域發(fā)育初期最高，向上至最大海進(jìn)期和早期高位期逐漸減少，晚期高位期又略有增加的趨勢，Al2O3含量變化與之呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

多種分析結(jié)果認(rèn)為，整體上SiO2、Al2O3含量構(gòu)成了該套頁巖的主量元素。

3 頁巖品質(zhì)評價(jià)

3.1 頁巖生油氣性質(zhì)

3.1.1有機(jī)質(zhì)豐度

巢湖馬家山剖面大隆組15個(gè)樣品的巖石熱解測試分析結(jié)果如表2所示，整體上有機(jī)質(zhì)豐度及生烴潛量均很高，可以作為好烴源巖，TOC分布范圍5.51%～13.9%，平均值為9.54%，其中海進(jìn)域TOC含量最高；生烴潛力分布范圍4.02～14.09 mg/g，平均值為8.71 mg/g。

表2 馬家山剖面大隆組巖石熱解測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.1.2有機(jī)質(zhì)類型

范氏圖解可以用來區(qū)分干酪根類型。其中Ⅰ型、Ⅱ1型和Ⅱ2型趨于生油，Ⅲ型趨于生氣。圖7顯示的是馬家山剖面數(shù)據(jù)，可以看到，HI含量很低，屬于Ⅲ型干酪根，為“腐殖型”有機(jī)質(zhì)，存在趨于生氣的可能性。

3.1.3有機(jī)質(zhì)成熟度

本次研究采集巢湖馬家山剖面鏡質(zhì)組反射率（Ro）送檢結(jié)果如表3所示。大隆組氣源巖均處于成熟階段。最高熱解峰溫也顯示大隆組氣源巖均處成熟階段（表3）。

3.1.4綜合分析生油品質(zhì)

對影響巢湖馬家山剖面大隆組氣源巖氣源條件的6項(xiàng)主要參數(shù)進(jìn)行成圖，即沉積環(huán)境—有機(jī)質(zhì)豐度TOC—有機(jī)質(zhì)類型—?dú)庠磶r厚度—生烴潛力（S1+S2）—熱演化成熟度Ro六角端元圖（圖8），可以看出，影響氣源的6個(gè)因素，指標(biāo)越好所圍成的面積就會越大。綜合分析表明，馬家山剖面大隆組氣源條件較好，其中以海侵體系域和早期高位體系域氣源條件最好，其次為晚期高位體系域。

圖8 馬家山剖面大隆組氣源巖氣源條件多參數(shù)綜合評價(jià)

3.2 物性及孔隙特征

馬家山剖面大隆組物性只有1個(gè)樣品（Mjs-P2d-3-7）進(jìn)行了測試（結(jié)果僅具有參考意義）。其孔隙度值為0.476%，滲透率在0.001×10-3μm2，具有特低孔、特低滲的致密特征。此外，結(jié)合前人的研究，認(rèn)為大隆組儲層的儲滲空間可分為基質(zhì)孔隙和裂縫。基質(zhì)孔隙有晶間孔隙、微裂（孔）隙和不穩(wěn)定礦物（如長石、方解石）溶蝕形成的溶蝕孔等。

3.3 巖石力學(xué)特征

通過馬家山、昌橋剖面大隆組不同體系域不同巖石類型8個(gè)抗壓強(qiáng)度樣品和13個(gè)巖石密度測試數(shù)據(jù)（表4）可以看出：大隆組各類巖石的密度差異性較小。馬家山剖面以早高位期巖石密度略高，其密度范圍為2.506～2.679 g/cm3，海進(jìn)域和晚高位域相當(dāng)，其密度范圍分別為：2.445～2.502 g/cm3和2.467～2.497 g/cm3；昌橋剖面海進(jìn)域2個(gè)樣品其密度范圍為2.572～2.573 g/cm3，早期高位域密度范圍為2.65～2.37 g/cm3，向上減小。巖石抗壓強(qiáng)度值各樣品中變化也較小，其值變化在2 169～2 874 kg/cm2。

表4 大隆組氣源巖抗壓強(qiáng)度和密度測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3.4 儲集條件綜合評價(jià)

在上述基礎(chǔ)上，討論了巢湖馬家山剖面大隆組氣源巖儲集條件的6項(xiàng)主控參數(shù)：

①脆性元素含量（SiO2+CaO+MgO）；②脆性礦物含量（石英+方解石+白云石）；③孔隙度；④滲透率；⑤抗壓強(qiáng)度（六角端元圖）；⑥成巖程度（I/S混層中S含量）（圖9）。

圖9 馬家山剖面大隆組氣源巖儲集條件多參數(shù)綜合評價(jià)端元分析

綜合判定結(jié)果表明：馬家山剖面的大隆組層序中儲集條件海進(jìn)體系域?yàn)樽詈?，早期高位和晚期高位體系域中的氣源巖儲集條件相當(dāng)。

4 結(jié)論

結(jié)合氣源、儲層、可壓性等評價(jià)，參照頁巖氣評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對巢湖地區(qū)大隆組頁巖氣開展了初步的總體評價(jià)，形成了如下認(rèn)識：

（1）巢湖地區(qū)大隆組巖石組合主要分為碳質(zhì)頁巖類、硅質(zhì)頁巖類和硅質(zhì)泥巖類三種，其中碳質(zhì)頁巖類和硅質(zhì)頁巖類是比較優(yōu)質(zhì)的巖相組合。

（2）氣源條件分析認(rèn)為大隆組整體有機(jī)質(zhì)豐度高、有機(jī)質(zhì)成熟度適中，海侵體系域和早期高位體系域氣源條件最好。

（3）物性參數(shù)、脆性元素組合、脆性礦物含量、抗壓強(qiáng)度等參數(shù)顯示儲集條件海進(jìn)體系域?yàn)樽詈谩?/p>

（4）綜合評價(jià)認(rèn)為大隆組中下部氣源條件良好（海進(jìn)體系域），有望成為該區(qū)頁巖氣的潛在勘探目標(biāo)。