王鵬威，劉忠寶，李雄，劉皓天，周林，肖雄，王濡岳，李鵬

（1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 102206；2.中國(guó)石化江漢油田分公司，湖北 武漢 430007）

四川盆地及其周緣發(fā)育寒武系筇竹寺組，奧陶系五峰組-志留系龍馬溪組，二疊系茅口組、吳家坪組和大隆組，以及侏羅系涼高山組-自流井組等多套富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖［1-7］。目前，志留系海相頁(yè)巖氣已實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)，但穩(wěn)產(chǎn)難度較大，頁(yè)巖氣勘探亟需接替層系和領(lǐng)域。長(zhǎng)期以來(lái)，川東地區(qū)二疊系泥頁(yè)巖作為二疊系和三疊系常規(guī)天然氣藏的烴源巖備受關(guān)注，但頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)程度和研究程度相對(duì)較低［8-9］。近期，中國(guó)石化在川東紅星地區(qū)針對(duì)二疊系部署鉆探的HY1井，測(cè)試獲得日產(chǎn)氣8.9×104m3，截至2021年9月底已試采超過(guò)270 d，累計(jì)產(chǎn)氣1 470.0×104m3，取得四川盆地二疊系頁(yè)巖氣勘探的重要突破，拉開(kāi)了中國(guó)南方二疊系頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的序幕。

受峨眉山玄武巖噴發(fā)及地裂運(yùn)動(dòng)影響，二疊世吳家坪期深水陸棚沉積主要發(fā)育在川北—川東北地區(qū)的廣元—巴中—達(dá)州—恩施—黔江一帶［10-16］。受海平面劇烈變化的影響，頁(yè)巖礦物組成復(fù)雜（硅質(zhì)、鈣質(zhì)和粘土質(zhì)等），巖性變化大（硅質(zhì)頁(yè)巖、灰質(zhì)頁(yè)巖、粘土質(zhì)頁(yè)巖、凝灰質(zhì)頁(yè)巖和煤層等），頁(yè)巖單層厚度變化明顯［17-19］。目前川東地區(qū)吳家坪組頁(yè)巖氣勘探仍處于初級(jí)階段，鉆井資料較少，野外露頭資料和樣品品質(zhì)較差，頁(yè)巖發(fā)育特征尚不清楚，頁(yè)巖氣勘探方向仍不明確。本文以HY1井為例，綜合巖心和測(cè)井資料描述吳家坪組頁(yè)巖發(fā)育特征，開(kāi)展有機(jī)巖石學(xué)等地球化學(xué)測(cè)試，研究不同層段烴源巖品質(zhì)，采用頁(yè)巖儲(chǔ)層物性測(cè)試、氬離子拋光掃描電鏡等實(shí)驗(yàn)手段分析不同層段頁(yè)巖儲(chǔ)層品質(zhì)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合含氣性測(cè)試等探討并優(yōu)選吳家坪組頁(yè)巖氣勘探有利層段。本研究對(duì)于深化四川盆地二疊系海相頁(yè)巖氣富集規(guī)律研究和明確二疊系海相頁(yè)巖氣勘探方向具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

川東地區(qū)先后經(jīng)歷了澄江期—加里東期、海西期—早印支期、晚印支期—早燕山期以及晚燕山期—喜馬拉雅期等沉積-構(gòu)造旋回［20］。該地區(qū)自燕山期寧鎮(zhèn)運(yùn)動(dòng)—喜馬拉雅期發(fā)生褶皺變形，在北西-南東向構(gòu)造應(yīng)力的強(qiáng)烈擠壓作用下形成了一系列以北東-南西向的褶皺和斷裂，并發(fā)育寬緩復(fù)向斜和高陡復(fù)背斜，整體表現(xiàn)為隆-凹相間的“隔檔式”褶皺的特征，局部構(gòu)造具有復(fù)背斜上成排成帶、復(fù)向斜內(nèi)呈雁行式斜列展布的特點(diǎn)。研究區(qū)紅星地區(qū)位于湖北省利川市和重慶市石柱縣境內(nèi)，構(gòu)造上處于川東高陡褶皺帶石柱復(fù)向斜（圖1），地面海拔在600～1 600 m，該地區(qū)內(nèi)復(fù)向斜區(qū)變形較弱，保存條件好。建南構(gòu)造較為完整，為北東向展布的寬緩箱狀背斜，構(gòu)造主體埋深在3 000～4 500 m，構(gòu)造南翼部埋深在4 000～4 500 m。其南北分別以鞍部與鹽井構(gòu)造和龍駒壩構(gòu)造相接，東西分別以向斜或深斷凹與齊岳山復(fù)背斜和方斗山復(fù)背斜相隔。受高陡構(gòu)造帶及區(qū)域大斷裂控制，斷裂走向與構(gòu)造走向基本一致，以逆沖斷層為主。因受力強(qiáng)度相對(duì)較弱，構(gòu)造縱向變異程度小，上、下變形層高點(diǎn)位置和形態(tài)基本一致，斷層往上大多滑脫于嘉陵江組膏巖層中，構(gòu)造變異程度弱。二疊系受上、下兩套塑性地層控制，構(gòu)造變形整體較弱，斷裂不發(fā)育，北段寬緩，地層傾角較?。?°～5°），向南段構(gòu)造逐漸收窄，傾角變大（5°～10°）。太平鎮(zhèn)斷層為建南構(gòu)造主控?cái)鄬樱瑪鄬酉蛏蠑嘀良瘟杲M膏鹽巖層，未對(duì)建南構(gòu)造保存條件造成影響。

圖1 川東紅星地區(qū)構(gòu)造位置及吳家坪組地層綜合柱狀圖Fig.1 Structural location of Hongxing area and composite stratigraphic column of the Wujiaping Formation in the eastern Sichuan Basin

受東吳運(yùn)動(dòng)的影響，晚二疊世吳家坪早期四川盆地大面積抬升成陸，海平面處于相對(duì)下降的過(guò)程，中-晚期四川盆地發(fā)生強(qiáng)烈拉張和整體沉降，川東地區(qū)陸緣/陸內(nèi)裂陷內(nèi)沉積了一套富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖［21］。吳家坪組發(fā)育在茅口組灰黑色頁(yè)巖和灰色灰?guī)r之上，上覆長(zhǎng)興組灰色灰?guī)r和灰色泥灰?guī)r，可細(xì)分為2個(gè)段和4個(gè)亞段。

吳一段1亞段（吳一1亞段）厚度為4.7 m，底部主要發(fā)育含灰硅質(zhì)頁(yè)巖，向上變?yōu)楹X土硅質(zhì)巖、鋁土巖，夾薄煤層，頂部為灰黑色頁(yè)巖，粘土含量高、易碎，該套頁(yè)巖主要發(fā)育在吳家坪初期水體較淺的潮坪-潟湖環(huán)境中［22］。頁(yè)巖自然伽馬曲線（GR）表現(xiàn)為低幅度箱形，GR值主要介于84～96 API，局部出現(xiàn)GR高值。吳一段底部的鋁土巖與GR曲線尖峰在四川盆地內(nèi)分布穩(wěn)定，橫向可對(duì)比性較好，是識(shí)別吳家坪組與茅口組的標(biāo)志層。吳一2亞段為灰色粉晶灰?guī)r，局部含少量泥質(zhì)，反映了向上由濱岸沼澤沉積過(guò)渡為淺水陸棚沉積。

吳二段鉆遇頁(yè)巖層累計(jì)厚度19.1 m，其中吳二1亞段下部為灰黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾粉晶灰?guī)r，見(jiàn)凝灰?guī)r薄層，中部為灰黑色炭質(zhì)頁(yè)巖和灰黑色硅質(zhì)頁(yè)巖，鏡下可見(jiàn)豐富硅質(zhì)放射蟲，指示深水還原性沉積環(huán)境；吳二2亞段以硅質(zhì)頁(yè)巖和灰質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖為主，局部灰質(zhì)含量較高，可見(jiàn)灰質(zhì)頁(yè)巖、泥灰?guī)r和灰?guī)r，反映沉積水體深度變化較頻繁、局部水體變淺、水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)。吳二段頁(yè)巖自然伽馬異常幅度較高，GR值介于70～300 API，曲線形態(tài)整體表現(xiàn)為箱形，具有微齒狀和齒狀特征，與頂、底面灰?guī)r多為突變接觸。

2 頁(yè)巖巖相及發(fā)育特征

2.1 巖石礦物學(xué)特征

受沉積環(huán)境影響，吳家坪組頁(yè)巖礦物含量變化較大，其中吳一段潮坪-潟湖相頁(yè)巖以粘土礦物為主，吳二段深水陸棚相頁(yè)巖以石英為主，局部碳酸鹽礦物含量較高（圖2）。吳一1亞段頁(yè)巖粘土礦物含量介于49.5%～55.5%，平均為53.2%；石英和碳酸鹽礦物含量較低，石英含量介于12.9%～17.1%，平均為15.5%，方解石含量為3.0%～3.6%，平均為3.3%。吳二段頁(yè)巖石英含量分布范圍在12.5%～83.2%，平均為43.5%；粘土礦物含量整體較低，介于6.1%～67.1%，平均為21.5%；方解石含量分布范圍在2.4%～61.5%，平均為19.7%。吳二1亞段石英含量整體較高，局部碳酸鹽礦物含量和粘土礦物含量較高，石英含量在12.5%～83.2%，平均為35.8%；方解石含量在2.4%～42.9%，平均為15.2%；粘土礦物含量介于9.1%～55.3%，平均為26.3%。吳二2亞段頁(yè)巖石英含量介于14.0%～77.4%，平均為47.6%；局部出現(xiàn)碳酸鹽礦物含量高值，方解石含量介于48.0%～61.5%，平均為22.3%；粘土礦物含量介于6.1%～67.1%，平均為18.2%。

圖2 紅星地區(qū)HY1井吳家坪組頁(yè)巖礦物組成特征Fig.2 Mineral compositions of the Wujiaping shale in Well HY1，Hongxing area

2.2 巖相及發(fā)育特征

結(jié)合頁(yè)巖礦物組合和普通光學(xué)薄片觀察認(rèn)為吳家坪組頁(yè)巖巖相可劃分為四大類：粘土質(zhì)頁(yè)巖相、混合頁(yè)巖相、硅質(zhì)頁(yè)巖相和灰質(zhì)頁(yè)巖相。①粘土質(zhì)頁(yè)巖相薄片樣品中，粘土礦物呈隱晶狀與黑色炭質(zhì)混雜，偏光鏡下無(wú)明顯的紋層發(fā)育（圖3a）；②混合頁(yè)巖相薄片樣品中可見(jiàn)隱晶狀粘土礦物與硅質(zhì)混雜散布粒間，有機(jī)質(zhì)呈細(xì)條狀順層分布，生屑（介形蟲為主）體腔均已重結(jié)晶（圖3b），在偏光顯微鏡下硅質(zhì)頁(yè)巖相中硅質(zhì)多為不定形隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，部分呈顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；③硅質(zhì)頁(yè)巖相薄片樣品中，隱晶質(zhì)-微晶石英多為生物成因，部分鈣質(zhì)生物中可見(jiàn)硅化交代，偏光顯微鏡下可見(jiàn)放射蟲等生物殘屑（圖3c）；④灰質(zhì)頁(yè)巖相薄片樣品中可見(jiàn)大量泥晶-微晶方解石，少部分呈微晶-粉晶結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，含少許白云石，有機(jī)質(zhì)順層條帶狀分布，方解石呈密集、不均勻小球狀（圖3d）。吳一1亞段主要以粘土質(zhì)頁(yè)巖相為主，吳二1亞段主要發(fā)育混合頁(yè)巖相，局部發(fā)育硅質(zhì)頁(yè)巖相，吳二2亞段以硅質(zhì)頁(yè)巖相和灰質(zhì)頁(yè)巖相為主。

圖3 紅星地區(qū)HY1井吳家坪組典型頁(yè)巖相普通薄片特征照片F(xiàn)ig.3 Thin section photos of the Wujiaping Formation shale in Well HY1，Hongxing area

3 頁(yè)巖地球化學(xué)特征

HY1井吳家坪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度普遍較高，實(shí)測(cè)34塊樣品的有機(jī)質(zhì)豐度（總有機(jī)碳含量TOC）介于1.16%～28.94%，平均為8.46%?？v向上，實(shí)測(cè)TOC普遍大于2.0%，約占樣品總數(shù)的94%，但不同巖相頁(yè)巖的TOC變化較明顯。吳一1亞段粘土質(zhì)頁(yè)巖相有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較低，TOC介于1.86%～8.60%，平均為5.19%；吳二1亞段混合頁(yè)巖相和硅質(zhì)頁(yè)巖相有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較高，TOC介于4.78%～28.94%，平均為11.23%；吳二2亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度低于吳二1亞段，TOC介于1.16%～14.59%，平均為7.60%（圖4a）。吳二段深水陸棚頁(yè)巖TOC平均為8.78%，明顯高于焦頁(yè)1井五峰組-龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖TOC（平均為3.52%）（圖4b）。

圖4 紅星地區(qū)HY1井吳家坪組不同層段頁(yè)巖TOC對(duì)比（a）及與焦石壩地區(qū)焦頁(yè)1井五峰組-龍馬溪組TOC對(duì)比（b）Fig.4 Comparison of TOC between different members of the Wujiaping shale in Well HY1 in Hongxing area（a），and between the Wujiaping Formation and Wufeng-Longmaxi Formations in Well Jiaoye 1 in Jiaoshiba area（b）

本次研究共選取HY1井吳家坪組3個(gè)頁(yè)巖樣品開(kāi)展鏡質(zhì)體反射率測(cè)定（表1），實(shí)測(cè)98個(gè)測(cè)點(diǎn)的隨機(jī)反射率（Rb）為2.56%～2.83%，平均為2.66%，換算鏡質(zhì)體反射率（Ro）為2.02%～2.20%，平均為2.11%，說(shuō)明吳家坪組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)普遍處于過(guò)成熟階段，均具有良好生氣條件。

表1 紅星地區(qū)HY1井吳家坪組干酪根鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Vitrinite reflectance of the Wujiaping Kerogen in Well HY1，Hongxing area

有機(jī)顯微組分測(cè)試結(jié)果表明，吳二段深水陸棚頁(yè)巖中有機(jī)顯微組分以類鏡質(zhì)體為主，偶見(jiàn)惰屑體（圖5a—d）。類鏡質(zhì)體在油浸反射光下呈灰色，形態(tài)以長(zhǎng)條帶狀、絮狀和浸染狀為主，原始組分應(yīng)為藻類體或席狀藻類體；惰屑體多呈顆粒狀，形狀不規(guī)則，顆粒邊界明顯，在油浸反射光下呈灰白色，高凸起；次生組分以貧氫組分為主，呈細(xì)脈狀充填于裂縫或者礦物晶間縫隙，在油浸反射光下呈灰-灰白色。吳二段頁(yè)巖腐泥組分含量為15.0%～78.9%，平均為57.8%，表明該段原始有機(jī)質(zhì)具有良好的生烴潛力。同時(shí)，該段次生瀝青含量為17.5%～76.8%，平均為37.7%，表明烴源巖在熱演化過(guò)程中已大量生烴。與五峰組-龍馬溪組海相頁(yè)巖不同［23］，吳二段深水陸棚頁(yè)巖局部可見(jiàn)少量惰屑體，指示藻類體為主要生源，同時(shí)存在少量陸源輸入。吳一1亞段潮坪-潟湖頁(yè)巖有機(jī)顯微組分以鏡質(zhì)體為主，在顯微組分中占比約為87.3%；次生組分為少量固體瀝青（圖5e，f），分布在礦物粒間孔縫內(nèi)，表明此沉積時(shí)期陸源高等植物輸入是主要的有機(jī)質(zhì)生源。根據(jù)有機(jī)質(zhì)顯微組分的組成判斷，吳二段頁(yè)巖原始有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，吳一段頁(yè)巖以Ⅲ型干酪根為主［24］。

圖5 紅星地區(qū)吳家坪組頁(yè)巖有機(jī)顯微組分微觀照片F(xiàn)ig.5 Micrographs showing the organic components in the Wujiaping shale，Hongxing area

在有機(jī)質(zhì)顯微組分分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)針對(duì)吳二段頁(yè)巖開(kāi)展了12個(gè)樣品的干酪根碳同位素測(cè)試，系統(tǒng)分析了吳二段深水陸棚頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型的變化規(guī)律。測(cè)試結(jié)果表明，吳二段頁(yè)巖干酪根碳同位素值（δ13C）介于-28‰～-26‰（圖6），縱向上干酪根碳同位素?zé)o明顯差異，由此進(jìn)一步證實(shí)吳二段頁(yè)巖有機(jī)母質(zhì)以Ⅱ1型干酪根為主，與五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型存在差異。與吳二段深水陸棚相頁(yè)巖相比，吳一段潮坪-潟湖相頁(yè)巖干酪根碳同位素較輕，以Ⅲ型干酪根為主［25］。

圖6 紅星地區(qū)吳二段頁(yè)巖和焦石壩地區(qū)焦頁(yè)1井五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖干酪根碳同位素對(duì)比Fig.6 Comparison of carbon isotopes of shale kerogen between the second member of the Wujiaping Formation in Hongxing area and Wufeng-Longmaxi Formations in Well Jiaoye 1 in Jiaoshiba area

4 頁(yè)巖儲(chǔ)層發(fā)育特征

4.1 儲(chǔ)層物性特征

本次研究采用氦氣法測(cè)試41個(gè)頁(yè)巖巖心樣品的孔隙度，結(jié)果表明，吳家坪組頁(yè)巖孔隙度普遍大于3.0%，但不同巖相的孔隙度存在差異：吳一段粘土質(zhì)頁(yè)巖相儲(chǔ)層孔隙介于3.63%～6.38%，平均為4.62%（圖7a），吳二1亞段頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度介于3.03%～9.98%，平均為5.89%，吳二2亞段頁(yè)巖孔隙度介于3.86%～7.01%，平均為5.38%?？傮w而言，吳家坪組深水陸棚頁(yè)巖相儲(chǔ)層物性較好，平均孔隙度為5.59%。與焦頁(yè)1井五峰組-龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層（孔隙度平均為4.90%）相比，HY1井吳二段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層物性更好（圖7b）。

圖7 紅星地區(qū)HY1井吳家坪組不同層段頁(yè)巖孔隙度對(duì)比（a）及與焦石壩地區(qū)焦頁(yè)1井五峰組-龍馬溪組孔隙度對(duì)比（b）Fig.7 Comparison of porosities between different members of the Wujiaping shale in Well HY1 in Hongxing area（a），and between the Wujiaping Formation and Wufeng-Longmaxi Formations in Well Jiaoye 1 in Jiaoshiba area（b）

4.2 孔隙類型及發(fā)育特征

氬離子拋光-掃描電鏡觀察結(jié)果表明（圖8a，b），與同期異相的龍?zhí)督M潮坪-潟湖相頁(yè)巖的孔隙類型不同［23］，吳二段深水陸棚相頁(yè)巖儲(chǔ)層以有機(jī)質(zhì)孔為主，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育載體主要為原始有機(jī)質(zhì)和遷移有機(jī)質(zhì)。

鏡下原始有機(jī)質(zhì)多具有一定的形態(tài)特征，其與周圍礦物具有清晰的界線，接觸面平直光滑，且有機(jī)質(zhì)與礦物可形成互相支撐作用。有機(jī)質(zhì)內(nèi)部不同程度地發(fā)育孔隙，局部發(fā)育較為集中，孔隙密度較大?？紫缎螒B(tài)多樣，多呈不規(guī)則狀、橢圓狀、圓狀、港灣狀等；以納米級(jí)孔隙為主，孔徑大小變化明顯，幾十納米至幾百納米（孔徑長(zhǎng)軸）孔隙均有發(fā)育，局部多個(gè)孔隙彼此聯(lián)通，形成形狀不規(guī)則的微米級(jí)孔隙。但是原始有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙發(fā)育具有明顯的非均質(zhì)性，部分顏色較深的有機(jī)質(zhì)內(nèi)部孔隙基本不發(fā)育。該類有機(jī)質(zhì)可以獨(dú)立存在，與周圍礦物或其他有機(jī)質(zhì)具有明顯的邊界（圖8e），或與發(fā)育孔隙的有機(jī)質(zhì)混積在一起（圖8f），主要為塊狀、條帶狀或分叉條帶狀，有機(jī)質(zhì)內(nèi)部質(zhì)地緊密且均勻、表面干凈平滑。從顏色和幾何形態(tài)等判斷，有機(jī)質(zhì)主要為鏡質(zhì)體等惰性組分［26］。前人研究表明，對(duì)于有機(jī)質(zhì)豐度和熱演化成熟度相同的頁(yè)巖樣品而言，有機(jī)質(zhì)顯微組分是控制有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育的重要因素［27-29］。由此推斷，吳二段深水陸棚頁(yè)巖藻類體等富氫組分經(jīng)生、排烴作用后，在其內(nèi)部可伴生形成有機(jī)質(zhì)孔隙，這些孔隙多具有“局部發(fā)育且密度較高”的特征，但鏡質(zhì)體等貧氫組分生油能力較低，在生氣過(guò)程中很少發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔隙［30］。

圖8 紅星地區(qū)HY1井吳家坪組頁(yè)巖原始有機(jī)質(zhì)中有機(jī)孔隙SEM照片F(xiàn)ig.8 SEM images of organic pores in original organic matter of the Wujiaping shale in Well HY1，Hongxing area

遷移有機(jī)質(zhì)多是液態(tài)烴經(jīng)過(guò)短距離遷移出原始有機(jī)質(zhì)主體之后裂解生成的、充填于無(wú)機(jī)礦物顆粒之間的固體瀝青。鏡下觀察表明，吳二段頁(yè)巖儲(chǔ)層中遷移有機(jī)質(zhì)主要賦存在3種儲(chǔ)集空間內(nèi)：①充填于生屑內(nèi)部，如黃鐵礦化海綿骨針腔體內(nèi)（圖9a，b）；②運(yùn)移并充填至微粒狀方解石粒內(nèi)溶蝕孔內(nèi)，受方解石顆粒的保護(hù)，溶蝕孔內(nèi)固體瀝青不受后期埋深壓實(shí)作用的影響，可以較好地保持原始形態(tài)，多為球形或橢球形（圖9c，d）；③賦存在方解石粒緣孔內(nèi)（圖9e）或草莓狀黃鐵礦晶間孔內(nèi)（圖9f），其中方解石或黃鐵礦顆粒多為致密接觸，局部方解石被溶蝕形成溶蝕孔隙，孔隙形態(tài)不規(guī)則，局部呈港灣狀。固體瀝青內(nèi)有機(jī)質(zhì)孔多呈蜂窩狀，受周圍脆性礦物顆粒的支撐和保護(hù)［31］，孔隙幾何形狀主要為圓形或橢圓形等，無(wú)明顯的長(zhǎng)軸和短軸，孔徑變化較大，主要介于幾納米至百納米之間。

圖9 紅星地區(qū)HY1井吳家坪組頁(yè)巖遷移有機(jī)質(zhì)中有機(jī)質(zhì)孔隙SEM照片F(xiàn)ig.9 SEM images of organic pores in migrated organic matter in the Wujiaping shale in Well HY1，Hongxing area

此外，在結(jié)構(gòu)緊密的高等植物碎片中，可見(jiàn)分布不均勻的孔隙（圖10），這些孔隙與有機(jī)質(zhì)熱演化所伴生的有機(jī)質(zhì)孔隙存在明顯差異，孔隙形狀規(guī)則，多為圓形或者橢圓孔，孔徑較大且相對(duì)均一，孔徑最大可達(dá)557.1 nm，孔隙內(nèi)壁多發(fā)育有閃鋅礦，孔隙彼此孤立，連通性較差。前人研究認(rèn)為，這些孔隙可能是富氫鏡質(zhì)體經(jīng)過(guò)細(xì)菌改造形成或者是從有機(jī)母質(zhì)（樹木或者葉片碎片或孢子）的原始細(xì)胞結(jié)構(gòu)繼承性演化而來(lái)，與機(jī)械壓實(shí)或有機(jī)質(zhì)熱演化過(guò)程無(wú)關(guān)［32］。

圖10 紅星地區(qū)HY1井吳家坪組頁(yè)巖原始細(xì)胞結(jié)構(gòu)孔隙SEM照片F(xiàn)ig.10 SEM images of pores related with primitive cell architecture in the Wujiaping shale in Well HY1，Hongxing area

5 頁(yè)巖含氣性特征

綜合吳家坪組頁(yè)巖總含氣量（現(xiàn)場(chǎng)解析氣量和損失氣量的總和）、含氣飽和度測(cè)試和氣測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)，證實(shí)了不同層段頁(yè)巖含氣性差異。吳一1亞段泥巖總含氣量為1.57～1.68 m3/t，平均為1.63m3/t；實(shí)測(cè)含氣飽和度32.68%～41.89%，平均為38.44%；全烴含量為1.65%～2.26%，平 均 為2.09%；甲 烷 含 量 為1.03%～2.06%，平均為1.70%。吳二1亞段頁(yè)巖總含氣量為0.30～9.10 m3/t，平均為4.60 m3/t；實(shí)測(cè)含氣飽和度77.41%～96.32%，平均為88.38%；全烴含量為1.75%～5.82%，平均為4.42%；甲烷含量為1.60%～5.57%，平均為3.91%。吳二2亞段頁(yè)巖總含氣量為1.20～7.20 m3/t，平均為4.50 m3/t；實(shí)測(cè)含氣飽和度55.17%～94.61%，平均為86.65%；全烴含量為1.27%～5.98%，平均為4.08%；甲烷含量為1.23%～5.57%，平均為3.62%（表2）。

表2 紅星地區(qū)吳家坪組頁(yè)巖氣富集條件對(duì)比Table 2 Comparison of shale gas enrichment conditions among different intervals in the Wujiaping Formation，Hongxing area

6 頁(yè)巖氣勘探前景

川東紅星地區(qū)吳家坪組頁(yè)巖具有良好的生烴和成儲(chǔ)條件，但是縱向上不同層段頁(yè)巖氣富集條件存在一定的差異。吳一1亞段潮坪-潟湖相頁(yè)巖厚度較薄，有機(jī)質(zhì)豐度較高，以Ⅲ型干酪根為主，儲(chǔ)層物性較好，但以粘土礦物孔隙為主［33］；吳二段深水陸棚相頁(yè)巖厚度較大，硅質(zhì)及灰質(zhì)等脆性礦物含量為63.2%，有機(jī)質(zhì)豐度平均值高達(dá)8.78%，以腐泥型干酪根為主，儲(chǔ)層物性較好且以有機(jī)質(zhì)孔隙為主，整體表現(xiàn)出脆性礦物含量高、有機(jī)質(zhì)豐度高、有機(jī)質(zhì)類型好、儲(chǔ)層品質(zhì)好及含氣性好等地質(zhì)特征，具有優(yōu)越的頁(yè)巖氣富集條件，有利于頁(yè)巖氣富集和高產(chǎn)［34-35］。與吳二2亞段相比，吳二1亞段沉積水體更深，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖單層厚度更大，原生品質(zhì)更好。巖心及成像測(cè)井資料證實(shí)吳家坪組不同層段頁(yè)巖單層厚度和頁(yè)理發(fā)育程度存在差異。吳一1亞段頁(yè)巖以塊狀為主，頁(yè)理欠發(fā)育，吳二1亞段頁(yè)巖單層厚度較穩(wěn)定，厚度介于5～10 cm，吳二2亞段沉積單層厚度變化較大，主要為薄層-塊狀，其中硅質(zhì)頁(yè)巖和灰質(zhì)-硅質(zhì)頁(yè)巖厚度較薄，頁(yè)理較發(fā)育，頁(yè)巖單層厚度多小于10 cm，灰質(zhì)頁(yè)巖、泥灰?guī)r和灰?guī)r單層厚度較大，為10～40 cm。吳二1亞段硅質(zhì)頁(yè)巖相與混合頁(yè)巖相頁(yè)理較發(fā)育，但吳一1亞段和吳二2亞段頁(yè)理基本不發(fā)育。吳一1亞段頁(yè)巖粘土礦物含量較高、硬度小、塑性強(qiáng)，巖石破壞強(qiáng)度較弱，可壓裂性差，難以形成復(fù)雜縫網(wǎng)［36］。吳二1亞段頁(yè)巖和吳二2亞段頁(yè)巖脆性礦物含量高、硬度大，頁(yè)巖具有較好的可壓裂性。吳二1亞段實(shí)測(cè)楊氏模量為37.0 GPa，泊松比為0.23，抗壓強(qiáng)度為201 MPa；吳二2亞段頁(yè)巖實(shí)測(cè)楊氏模量最大值為44.8 GPa，泊松比為0.28，抗壓強(qiáng)度為323 MPa。相比之下，吳二2亞段頁(yè)巖整體具有高楊氏模量和高破裂壓力，巖石抵抗變形能力強(qiáng)，壓裂難度較大［37-38］。巖心觀察表明，HY1井吳二2亞段至少發(fā)育5條厚度大于20 cm的泥灰?guī)r或灰?guī)r夾層（圖1），不利于壓裂造縫的縱向延伸，弱化了壓裂改造效果。綜合頁(yè)巖氣富集條件和工程條件認(rèn)為：吳二1亞段頁(yè)巖是川東紅星地區(qū)二疊系頁(yè)巖氣勘探的有利層段。

晚二疊世吳家坪組沉積時(shí)期，海水從四川盆地南東和北東方向侵入，川東北巴中—達(dá)州地區(qū)到川東紅星地區(qū)以及鄂西利川地區(qū)水體較深，深水陸棚沉積分布穩(wěn)定［13，39］，吳二段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度普遍大于20 m，且表現(xiàn)出向南西方向減薄、向北東方向增厚的趨勢(shì)，TOC普遍大于3.0%，烴源巖普遍處于過(guò)成熟階段［19］，儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育且物性較好，普遍具有良好的頁(yè)巖氣富集物質(zhì)。但是與志留系龍馬溪組相比，由于東吳運(yùn)動(dòng)造成吳家坪組沉積時(shí)期四川盆地大規(guī)模抬升成陸，深水陸棚沉積的分布相對(duì)局限，給頁(yè)巖氣勘探部署帶來(lái)一定不確定性。此外，華鎣山斷裂與齊岳山斷裂之間的川東高陡褶皺帶寬向斜內(nèi)吳家坪組埋藏較深，部分地區(qū)埋深大于4 000 m，具有良好的保存條件，但是靠近盆緣以及盆內(nèi)的背斜核部的二疊系埋深較淺，構(gòu)造變形較強(qiáng)并伴有通天斷裂發(fā)育，保存條件也可能是決定這些地區(qū)吳家坪組頁(yè)巖氣能否富集和高產(chǎn)的重要因素之一。

7 結(jié)論

1）吳家坪組主要發(fā)育深水陸棚相頁(yè)巖和潮坪-潟湖相頁(yè)巖，巖相類型主要包括粘土質(zhì)頁(yè)巖相、混合頁(yè)巖相、硅質(zhì)頁(yè)巖相和灰質(zhì)頁(yè)巖相。吳一1亞段以粘土質(zhì)頁(yè)巖相為主，吳二1亞段主要發(fā)育混合頁(yè)巖相和硅質(zhì)頁(yè)巖相，吳二2亞段以硅質(zhì)頁(yè)巖相和灰質(zhì)頁(yè)巖相為主。

2）吳二段混合頁(yè)巖相和硅質(zhì)頁(yè)巖相具有脆性礦物含量高、有機(jī)質(zhì)豐度高、有機(jī)質(zhì)類型好、儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育且孔隙度高及含氣性好等特征，其中吳二1亞段頁(yè)巖氣富集條件好于吳二2亞段。

3）綜合頁(yè)巖氣富集地質(zhì)條件和頁(yè)巖可壓性特征認(rèn)為，吳二1亞段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖是紅星地區(qū)吳家坪組頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的有利層段。