蔡蘇陽，肖七林，朱衛(wèi)平，朱漢卿，陳吉，陳奇，蔣興超

1.長江大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430100

2.中國石油吐哈油田公司，新疆哈密 839009

3.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

0 引言

四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖是我國頁巖氣勘探開發(fā)的主要領(lǐng)域之一[1-2]。諸多學(xué)者已對該套頁巖形成環(huán)境、礦物組成、有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理以及納米孔隙發(fā)育特征和控制因素等進(jìn)行了系統(tǒng)研究[3-7]。與川中和川東—南地區(qū)不同，川南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖沉積環(huán)境具有自身獨特性，主要沉積于低陡褶皺區(qū)半深水—深水陸棚環(huán)境，目前普遍處于過成熟階段[8-13]。該套頁巖下部龍一1小層是頁巖氣勘探開發(fā)的主要目的層，也是當(dāng)前研究的主要對象，以往研究證實該小層內(nèi)有機(jī)孔、礦物基質(zhì)孔和微裂縫均有發(fā)育，以有機(jī)孔為主，孔隙連通性好[14-16]，納米孔隙發(fā)育的首要控制因素是頁巖內(nèi)有機(jī)質(zhì)的含量[3,6-7,17-18]，同時受有機(jī)質(zhì)演化程度控制，有機(jī)孔隙豐度和孔徑隨有機(jī)質(zhì)演化程度增加均呈上升趨勢[19]。龍一1小層有機(jī)碳和脆性礦物含量高，含氣性好[20]，是頁巖氣勘探開發(fā)的優(yōu)質(zhì)目的層段。

龍一1小層上覆地層龍一2小層和龍二段是川南地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)的非優(yōu)質(zhì)層段，目前針對這些非優(yōu)質(zhì)層段的研究相對薄弱，對于其所扮演的地質(zhì)角色尚待進(jìn)一步深入研究。本文以川南中石油長寧頁巖氣示范區(qū)A井龍一1小層頁巖氣優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層和龍一2小層及龍二段非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層為主要研究對象（圖1，2），從微觀層面系統(tǒng)分析對比了下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層與非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層礦物組成、納米孔隙發(fā)育特征和賦存載體組合樣式及其主控因素的差異性，進(jìn)而明確了兩者的差異性，以期為該區(qū)頁巖氣勘探選區(qū)和有利層段遴選提供科學(xué)理論依據(jù)。

圖1 川南長寧頁巖氣示范區(qū)A井井位及采樣分布圖（據(jù)文獻(xiàn)[14]修改）Fig.1 Location and sampling distribution of well A in Changning area,southern Sichuan Basin(modified from reference[14])

1 頁巖樣品和實驗

1.1 頁巖樣品

本次研究共采集了25個巖心樣品，均取自四川盆地南部長寧頁巖氣示范區(qū)的一口探井A井五峰組—龍馬溪組，采樣深度：2 238.8～2 394.8 m，其中，五峰組樣品1個，龍一1小層樣品9個，龍一2小層和龍二段樣品共計15個（圖2）。

1.2 總有機(jī)碳（TOC）

頁巖樣品粉碎經(jīng)過200目篩子，低溫烘干后，用稀鹽酸除去其中的碳酸鹽巖，總有機(jī)碳含量（TOC）按照標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 19145《沉積巖中有機(jī)碳的測定》采用LECO CS230碳—硫儀進(jìn)行分析。

1.3 X射線衍射（XRD）

全巖X衍射定量分析按照GB/T 30904—2014《無機(jī)化工產(chǎn)品晶型結(jié)構(gòu)分析X射線衍射法》進(jìn)行測試。將頁巖樣品粉碎經(jīng)過200目篩子，烘干后取一定量樣品利用Bruker D8X射線衍射儀進(jìn)行分析，工作電壓40 kV，CuKα射線電流30 mA，在3o～85o（2θ）范圍內(nèi)以4o/min進(jìn)行掃描，利用特定礦物的主峰面積對礦物相對含量進(jìn)行計算。

1.4 氣體吸附

低壓二氧化碳和氮氣吸附實驗采用美國康塔（Quantachrome）公司生產(chǎn)的Autosorb-IQ3型全自動比表面及孔徑分布分析儀進(jìn)行測試。CO2吸附是在273.15 K溫度條件下，以二氧化碳為吸附質(zhì)，測定不同相對壓力下的氣體吸附量。測試完成后，選用密度泛函理論（DFT）處理數(shù)據(jù)得到微孔的比表面積、孔隙體積、孔徑分布等相關(guān)信息[21-22]。N2吸附的孔徑測定范圍為0.9～300 nm，吸附—脫附相對壓力（P/P0）范圍為0.005～0.995。以純度為99.999%的高純氮氣為吸附質(zhì)，在77 K溫度下測定不同相對壓力下的氮氣吸附量，采用BJH[23]和BET[24]法得到了孔徑分布、孔隙體積和比表面積。

1.5 掃描電鏡及能譜分析

掃描電鏡觀測在SU8010型場發(fā)射掃描電子顯微鏡上進(jìn)行。為了保證圖像成像質(zhì)量以及頁巖形態(tài)完整性，在進(jìn)行掃描電鏡實驗前對樣品進(jìn)行了氬離子拋光處理。先將小塊頁巖樣品切割成規(guī)則的長方體，放入拋光儀進(jìn)樣腔室內(nèi)，在真空狀態(tài)下用氬離子轟擊2 h，再利用SU8010型場發(fā)射掃描電鏡在檢測器SE/BSE模式下進(jìn)行觀測，最后利用能譜儀EDS進(jìn)行礦物元素分析，加速電壓15～30 kV，掃描模式分為點掃描和面掃描2種。

2 結(jié)果

2.1 TOC與礦物組成

A井頁巖氣優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層龍一1小層相對富含有機(jī)質(zhì)、石英和黃鐵礦（圖2）。龍一1小層TOC介于2.3%～4.7%，平均為3.2%，龍一2小層至龍二段TOC值相對偏低，介于0.5%～1.3%，平均為0.8%。石英和黃鐵礦分布也呈現(xiàn)類似特征，例如，龍一1小層石英含量為29.6%～58.0%，平均38.4%，龍一2小層至龍二段石英含量較低，介于18.0%～56.0%，平均為29.5%。

A井非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層龍一2小層和龍二段相對富含黏土礦物和碳酸鹽巖（圖2）。龍一1小層黏土礦物含量為15.0%～49.0%，平均38.0%；方解石含量為3.0～15.2%，平均8.4%；白云石含量為1.0%～14.5%，平均6.3%。龍一2小層和龍二段黏土礦物含量為29.0%～65.0%，平均42.5%，方解石含量為0.2%～32.0%，平均11.6%，白云石含量為1.0%～7.0%，平均5.6%。

圖2 A井五峰—龍馬溪組TOC和礦物組成Fig.2 TOC and mineral compositions of Wufeng?Longmaxi Formations,well A

A井頁巖氣優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層與非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層在TOC和礦物組成上的差異與其各自的沉積環(huán)境及相應(yīng)的生源輸入和有機(jī)質(zhì)保存等關(guān)系密切。研究證實川南地區(qū)龍一1小層沉積于深水陸棚環(huán)境，生源輸入以各種浮游藻類為主，有機(jī)質(zhì)類型Ⅰ型，古生產(chǎn)力高，水體缺氧且富含硫化氫，利于有機(jī)質(zhì)保存富集[4,8]；龍一2小層和龍二段沉積于正常的富氧環(huán)境，陸源碎屑物質(zhì)輸入相應(yīng)增加，有機(jī)質(zhì)含量較低[4,8]。與Barnett等頁巖類似，TOC與石英含量正相關(guān)指示了生物成因石英的貢獻(xiàn)[11]，同時與黃鐵礦含量也正相關(guān)（圖3），指示了原始沉積環(huán)境的還原程度對有機(jī)質(zhì)富集具有重要影響。

圖3 A井五峰—龍馬溪組TOC與（a）石英和（b）黃鐵礦含量交匯圖Fig.3 Plots of correlations between TOC versus(a)quartz,and(b)pyrite in the Wufeng?Longmaxi Formations

2.2 孔徑分布

在對數(shù)微分孔隙體積與孔徑分布交匯圖中，A井龍馬溪組頁巖樣品孔徑分布形式可分為前峰型、雙峰型和后峰型三類（圖4）。優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層以前峰型為主，非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層以后峰型為主。第一類以龍一1小層頁巖樣品為代表（圖4a）。如前所述，該類樣品富含有機(jī)質(zhì)、石英和黃鐵礦，從頁巖薄片觀測結(jié)果來看，礦物粒徑相對較小，頁巖內(nèi)0.5 nm左右的微孔極其發(fā)育，在對數(shù)微分孔隙體積與孔徑分布交匯圖中顯示以該類微孔為主峰的前峰型，介孔隨孔徑增加而減小，不同孔徑宏孔均有發(fā)育。

第二類以龍一2小層底部頁巖樣品為代表（圖4b），這類樣品有機(jī)碳含量、礦物組成和粒徑等介于第一類和第三類樣品之間，0.5～0.9 nm微孔和200～250 nm宏孔較為發(fā)育，在對數(shù)微分孔隙體積與孔徑分布交匯圖中往往呈現(xiàn)出雙峰分布特征，兩個峰值大體相當(dāng)。

第三類以龍二段樣品為代表（圖4c），該類樣品有機(jī)碳含量低，富含黏土礦物和碳酸鹽巖，頁巖薄片觀測顯示該樣品內(nèi)礦物粒徑相對較大，頁巖內(nèi)100～150 nm的宏孔比較發(fā)育，在對數(shù)微分孔隙體積與孔徑分布交匯圖中，呈現(xiàn)出以該類宏孔為主峰的后峰型分布特征。

圖4 A井龍馬溪組典型頁巖樣品孔徑分布圖Fig.4 Pore size distribution of typical shale samples from Longmaxi Formation,well A

2.3 孔隙體積

A井優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層頁巖樣品孔隙體積明顯比非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層頁巖樣品孔隙體積大。從圖5可以看出，優(yōu)質(zhì)段頁巖樣品孔體積大都在0.02 cm3/g以上，平均為0.059 cm3/g；非優(yōu)質(zhì)段頁巖樣品孔隙體積通常小于0.02 cm3/g，平均為0.018 cm3/g。A井優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層頁巖樣品微孔、介孔和宏孔孔體積均值分別為0.005 cm3/g、0.030 cm3/g和0.020 cm3/g；非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層不同類型孔隙體積均值分別為0.002 cm3/g、0.015 cm3/g和0.010 cm3/g。優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層內(nèi)不同類型孔隙體積分別是非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層內(nèi)相應(yīng)孔隙體積的近2倍。納米孔隙中介孔和宏孔體積占比高，是頁巖孔隙體積的主要貢獻(xiàn)者。與優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層相比，非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層內(nèi)微孔體積占比相對較高。

圖5 A井五峰—龍馬溪組不同類型納米孔隙體積及其占比分布圖Fig.5 Plots showing volumes and percentages of nanopores in shale samples from Wufeng?Longmaxi Formations,well A

2.4 掃描電鏡觀測和能譜分析

掃描電鏡觀測顯示A井龍一1小層內(nèi)有機(jī)孔異常發(fā)育，尤其是有機(jī)碳含量高的頁巖樣品，有機(jī)孔呈圓形或橢圓形；同時發(fā)育礦物粒間孔、粒內(nèi)孔和黃鐵礦晶間孔等，草莓狀黃鐵礦晶間孔隙多呈不規(guī)則狀，被有機(jī)質(zhì)充填，黏土礦物顆粒邊緣出現(xiàn)了收縮縫（圖6a，f）。

龍一2小層下部有機(jī)碳含量相對較高的頁巖樣品內(nèi)，有機(jī)質(zhì)顆粒內(nèi)部發(fā)育大量海綿狀有機(jī)孔，同時還發(fā)育礦物粒間孔和黏土礦物粒內(nèi)/層間孔（圖6g，h）。在龍一2小層有機(jī)碳含量最低（TOC=0.13%）的頁巖樣品內(nèi)，主要發(fā)育黏土礦物粒內(nèi)孔和層間孔（圖6i，j）。在龍二段碳酸鹽巖含量較高的頁巖樣品內(nèi)，黏土礦物粒內(nèi)孔和層間孔也較發(fā)育，有機(jī)孔相對不發(fā)育（圖6k，l）。

能譜分析結(jié)果顯示龍一1小層內(nèi)納米孔隙發(fā)育的大塊有機(jī)質(zhì)顆粒多被石英、方解石和白云石等脆性礦物所包圍（圖7a，b），有機(jī)質(zhì)分布多呈片狀、帶狀，部分石英和碳酸鹽巖礦物粒內(nèi)溶蝕孔發(fā)育。龍一2小層下部TOC含量相對較高的頁巖內(nèi)，有機(jī)孔也較發(fā)育（圖7c）；龍一2小層中—上部至龍二段有機(jī)質(zhì)零星分布，有機(jī)孔相對不發(fā)育，納米孔隙發(fā)育的黏土礦物顆粒內(nèi)部多被方解石和白云石等碳酸鹽巖充填，且以龍二段頁巖最為明顯（圖7d，e）。

圖7 A井優(yōu)質(zhì)段和非優(yōu)質(zhì)段孔隙賦存載體組合樣式（a）龍一1小層，深度：2 391.3 m，TOC：4.69%，富含有機(jī)質(zhì)、石英和黃鐵礦；（b）龍一2小層，深度：2 334 m，TOC：1.26%，有機(jī)質(zhì)、石英和黏土礦物均有發(fā)育；（c）龍一2小層，深度：2 334 m，TOC：1.26%，礦物成分主要是石英、黏土和碳酸鹽巖礦物；（d）龍一2小層，深度：2 330.16 m，TOC：0.13%，黏土礦物發(fā)育；（e）龍二段，深度：2 238.8 m，TOC：0.69%，黏土、碳酸鹽巖礦物和石英多分布。Qz.石英；Cly.黏土礦物；Cal.方解石；Dol.白云石；Py.黃鐵礦Fig.7 Distribution patterns of nanopore hosts for the productive and non?productive sections of Well A

3 討論

3.1 龍一1小層納米孔隙發(fā)育控制因素

A井頁巖氣優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層龍一1小層不同類型納米孔隙體積與TOC和礦物組成相關(guān)性分析結(jié)果表明（表1），總孔體積主要受介孔和宏孔體積控制。總孔體積與TOC含量顯著正相關(guān)，揭示了納米孔隙發(fā)育主要受TOC含量控制，有機(jī)質(zhì)顆粒是龍一1小層納米孔隙發(fā)育的主要賦存載體。換言之，有機(jī)孔是龍一1小層納米孔隙的主要類型，是頁巖氣主要儲存空間，構(gòu)成了研究區(qū)頁巖氣三維連通滲流孔隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？偪左w積與黃鐵礦含量也具有較好的正相關(guān)關(guān)系，龍一1小層富含黃鐵礦（圖2），黃鐵礦晶間孔內(nèi)充填有納米孔隙發(fā)育的有機(jī)質(zhì)是該小層納米孔隙的重要貢獻(xiàn)者（圖6a，f）?？偪左w積與黏土礦物和碳酸鹽巖含量弱正相關(guān)，這與該小層發(fā)育黏土礦物層間孔和碳酸鹽巖粒內(nèi)溶蝕孔密切相關(guān)（圖6a，f）?？偪左w積與石英和長石含量弱負(fù)相關(guān)，反映了石英和長石顆粒內(nèi)部納米孔隙相對不發(fā)育，其含量增加不利于納米孔隙發(fā)育。

表1 A井優(yōu)質(zhì)層段孔隙體積與TOC和礦物組成相關(guān)性分析統(tǒng)計表Table 1 Correlations between pore volume,TOC and mineral composition of shale samples from productive section of well A

微孔和介孔體積均與TOC和黃鐵礦含量顯著正相關(guān)，說明有機(jī)質(zhì)顆粒和黃鐵礦內(nèi)微孔和介孔發(fā)育。微孔與黏土礦物、石英和碳酸鹽巖含量弱正相關(guān)，指示部分黏土礦物層間孔、石英和碳酸鹽巖粒內(nèi)溶蝕孔應(yīng)屬于微孔范疇。介孔體積與黏土礦物含量也存在較好的正相關(guān)關(guān)系，可能黏土礦物層間孔多為介孔。但與石英、長石和碳酸鹽巖含量均存在一定的負(fù)相關(guān)性，這和礦物顆粒本身介孔不發(fā)育有關(guān)。宏孔體積與TOC含量顯著正相關(guān)，說明有機(jī)質(zhì)顆粒內(nèi)部宏孔發(fā)育；與黏土礦物、碳酸鹽巖和黃鐵礦含量顯示弱正相關(guān)，可以發(fā)現(xiàn)這些礦物顆粒內(nèi)部也發(fā)育一定數(shù)量的宏孔（圖6a，f）。

TOC與石英含量弱正相關(guān)，這是該小層生物成因石英發(fā)育的重要體現(xiàn)（圖3a）；與黃鐵礦含量顯著正相關(guān)，這與地質(zhì)歷史時期沉積環(huán)境關(guān)系密切。已有研究證實龍一1小層沉積時水體缺氧且富含硫化氫，這種強(qiáng)還原環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)保存和黃鐵礦形成[4,8]。同時，黃鐵礦晶間孔內(nèi)充填有一定數(shù)量的有機(jī)質(zhì)（圖6a～d），這可能也是兩者具有顯著正相關(guān)的原因之一。

圖6 A井龍馬溪組頁巖納米孔隙場發(fā)射掃描電鏡觀測（a）龍一1小層，TOC：4.69%，橢圓形有機(jī)孔和草莓狀黃鐵礦發(fā)育；（b）龍一1小層，TOC：4.69%，海綿狀有機(jī)孔發(fā)育；（c）龍一1小層，TOC：4.47%，狹長狀、橢圓形有機(jī)孔和礦物基質(zhì)孔隙發(fā)育；（d）龍一1小層，TOC：4.47%，有機(jī)孔和黃鐵礦晶間孔發(fā)育；（e）龍一1小層，TOC：2.38%，少量有機(jī)孔，多發(fā)育礦物粒內(nèi)孔/層間孔；（f）龍一1小層，TOC：2.38%，橢圓形有機(jī)孔和粒內(nèi)孔共存。（g）龍一2小層，TOC：1.26%，黏土礦物粒內(nèi)孔/層間孔發(fā)育；（h）龍一2小層，TOC：1.26%，近圓形有機(jī)孔少量和發(fā)育大量粒內(nèi)孔；（i）龍一2小層，TOC：0.13%，發(fā)育微裂縫；（j）龍一2小層，TOC：0.13%，有機(jī)孔不發(fā)育，黏土礦物粒內(nèi)孔/層間孔發(fā)育；（k）龍二小層，TOC：0.69%，發(fā)育少量有機(jī)孔和黏土礦物粒內(nèi)孔/層間孔；（l）龍二小層，TOC：0.69%，少量有機(jī)孔和礦物顆粒粒內(nèi)孔/粒間孔發(fā)育Fig.6 FE?SEM images of nanopores in shale samples from well A,Longmaxi Formation

3.2 龍一2小層和龍二段納米孔隙發(fā)育控制因素

A井非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層龍一2小層和龍二段不同類型孔隙體積與TOC和礦物組成相關(guān)性分析結(jié)果顯示了納米孔隙總體積主要受介孔體積控制（表2）?？偪左w積與黏土礦物含量顯著正相關(guān)，表明黏土礦物顆粒內(nèi)部發(fā)育有不同類型納米孔隙，介孔尤其相對發(fā)育，是納米孔隙賦存的主要載體（圖6g，l）；與碳酸鹽巖和黃鐵礦含量顯著負(fù)相關(guān)，可以看出碳酸鹽巖和黃鐵礦內(nèi)部納米孔隙不甚發(fā)育，其含量增加不利于納米孔隙發(fā)育；與TOC、石英和長石含量呈弱負(fù)相關(guān)，證實了有機(jī)孔隙、石英和長石顆粒內(nèi)溶蝕孔不是A井非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層內(nèi)納米孔隙主要類型。

表2 A井非優(yōu)質(zhì)層段孔隙體積與TOC和礦物組成相關(guān)性分析統(tǒng)計表Table2 Correlations between pore volume,TOC and mineral composition of shale samples from non?productive section of well A

微孔體積與TOC和黏土礦物含量顯著正相關(guān)，表明有機(jī)質(zhì)顆粒和黏土礦物內(nèi)部微孔發(fā)育，與長石、碳酸鹽巖和黃鐵礦含量，尤其石英含量，均為負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是由于這些礦物尤其是石英顆粒內(nèi)部微孔不發(fā)育。介孔體積與黏土礦物含量顯著正相關(guān)，可見黏土礦物是介孔的主要賦存載體，黏土礦物粒內(nèi)孔/層間孔多屬于介孔（圖6g，l）；與TOC和石英含量弱正相關(guān)，說明有機(jī)質(zhì)和石英顆粒內(nèi)部也發(fā)育一定數(shù)量的介孔；而與碳酸鹽巖含量顯著負(fù)相關(guān)，反映了碳酸鹽巖含量的增加不利于介孔發(fā)育，抑或是碳酸鹽巖溶蝕孔隙不發(fā)育；與長石和黃鐵礦含量弱負(fù)相關(guān)，可能受長石和黃鐵礦內(nèi)介孔不發(fā)育影響。宏孔體積與TOC、石英、長石、碳酸鹽巖和黃鐵礦含量弱負(fù)相關(guān)，與黏土礦物含量弱正相關(guān)，表明黏土礦物是宏孔發(fā)育的主要場所，黏土礦物粒間孔/層間孔大多應(yīng)是宏孔孔隙（圖6j，l）。同時TOC與黃鐵礦含量顯著正相關(guān)，進(jìn)一步體現(xiàn)了川南地區(qū)沉積水體的還原強(qiáng)度是控制龍一2小層和龍二段內(nèi)有機(jī)質(zhì)富集的主要因素，這與前人認(rèn)識大體一致[4,8]。

3.3 地質(zhì)意義

上述分析不難看出，川南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層和非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層納米孔隙發(fā)育豐度、類型和控制因素不同。優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層內(nèi)納米孔隙發(fā)育，孔隙發(fā)育主要受TOC含量控制，有機(jī)孔是納米孔隙的主要類型；非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層內(nèi)納米孔隙相對不發(fā)育，孔隙發(fā)育主要受黏土礦物含量控制，黏土礦物粒間孔/層間孔是納米孔隙的主要類型。

優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層富含有機(jī)質(zhì)和石英，有機(jī)質(zhì)呈塊狀或條帶狀，連續(xù)性相對較好，它們往往充填于礦物粒間孔內(nèi)（圖6a，h），被石英和碳酸鹽巖等脆性礦物包圍（圖7）。石英質(zhì)地堅硬，不易被壓實，粒間孔隙保存相對較好，因此成為液態(tài)烴類重要儲集空間。這些液態(tài)烴類后期經(jīng)歷了高溫?zé)嵛g變，生成大量天然氣和納米孔隙發(fā)育的固體瀝青[25]，這些固體瀝青顆粒實際構(gòu)成“納米級氣藏”，是頁巖氣重要儲集空間。

非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層富含黏土礦物和碳酸鹽巖，黏土礦物塑性較好，易于遭受壓實，因此其內(nèi)部納米孔隙不甚發(fā)育。黏土礦物顆粒內(nèi)部往往充填方解石和白云石，而這些碳酸鹽巖本身并不發(fā)育納米孔隙（圖7），這就使得黏土礦物內(nèi)部納米孔隙不連續(xù)，對以黏土礦物為主要載體的“納米級氣藏”起到有效封閉或阻隔效應(yīng)，非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層實為一套有效蓋層。聶海寬等[5]曾通過宏觀層面上的地質(zhì)—地球化學(xué)分析指出龍馬溪組底部龍一1小層的直接蓋層是龍馬溪組一段中—上部頁巖。本研究通過微觀層面系統(tǒng)分析將優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層的上覆蓋層進(jìn)一步拓展至黏土礦物和碳酸鹽巖含量較高的龍二段。

四川盆地曾經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，因此，頁巖氣保存條件是四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣富集成藏的關(guān)鍵[1-2,5,8,25-26]。該套頁巖下部龍一1小層發(fā)育以有機(jī)質(zhì)顆粒為主要載體的“納米級氣藏”，其被脆性礦物包圍，易于被水力壓裂改造，一旦實施該工藝，這些“納米級氣藏”將會相互溝通連接，形成氣體運移高速公路”，宏觀上表現(xiàn)為頁巖氣高產(chǎn)。上部龍一2小層和龍二段非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層實際扮演著下伏優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層有效蓋層的角色，它可能直接決定了下伏龍一1小層的含氣性和勘探開發(fā)潛力。因此，研究區(qū)頁巖氣選區(qū)的過程中，在重視龍一1小層的儲集能力同時，還需關(guān)注龍一2小層和龍二段等上覆地層的封閉能力。

4 結(jié)論

本文以川南長寧頁巖氣示范區(qū)A井龍一1小層頁巖氣優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層和龍一2小層及龍二段非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層為研究對象，從TOC、礦物組成和納米孔隙發(fā)育特征、主控因素及其賦存載體組合樣式等微觀層面開展了系統(tǒng)對比分析，得到如下幾點認(rèn)識：

（1）優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層龍一1小層富含有機(jī)質(zhì)、石英和黃鐵礦，非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層龍一2小層和龍二段非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層相對富含黏土礦物和碳酸鹽巖。

（2）龍馬溪組頁巖孔徑分布在對數(shù)微分孔隙體積與孔徑分布交匯圖中呈前峰型、雙峰型和后峰型三類。優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層以前峰型為主，非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層以后峰型為主。優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層頁巖孔隙體積明顯比非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層頁巖孔隙體積大。

（3）優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層納米孔隙發(fā)育主要受TOC含量控制，有機(jī)孔是納米孔隙的主要類型；非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層納米孔隙發(fā)育主要受黏土礦物含量控制，黏土礦物粒間孔/層間孔是納米孔隙的主要類型。

（4）優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層內(nèi)有機(jī)質(zhì)充填于礦物粒間孔內(nèi)，被石英和碳酸鹽巖等脆性礦物包圍，構(gòu)成納米級氣藏”；非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層內(nèi)黏土礦物顆粒內(nèi)部被納米孔隙并不發(fā)育的方解石和白云石充填，阻滯了其中納米孔隙內(nèi)氣體運移，是一套有效蓋層。

（5）川南下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣選區(qū)過程中需同時關(guān)注優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層龍一1小層的儲集能力與非優(yōu)質(zhì)產(chǎn)層龍一2小層和龍二段等上覆地層的封閉能力。

致謝 感謝審稿專家提出的建設(shè)性意見和建議。