李倩文，劉忠寶，陳斐然，劉光祥，張殿偉，李 鵬，王鵬威

（1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 102206；2.中國(guó)石化勘探分公司，四川 成都 610041）

在多旋回的構(gòu)造演化與沉積過(guò)程中，中國(guó)陸上發(fā)育了海相、海-陸過(guò)渡相和陸相多套富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層系［1］。以四川盆地志留系為代表的海相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)成果顯著，是中國(guó)“十三五”頁(yè)巖氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的主戰(zhàn)場(chǎng)［2］。陸相頁(yè)巖氣資源潛力與海相頁(yè)巖氣基本相當(dāng)，其中以四川盆地侏羅系和鄂爾多斯盆地三疊系最為典型。川東復(fù)興地區(qū)通過(guò)開(kāi)展老井復(fù)測(cè)和專探井（FY10井、TY1井）的鉆探率先取得陸相頁(yè)巖油氣勘探突破，在東岳廟段、涼高山組先后獲得了工業(yè)油氣流，顯示出侏羅系的良好勘探前景［3-4］。前期評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，川北元壩地區(qū)下侏羅統(tǒng)大安寨段具有較好的頁(yè)巖氣成藏條件，有機(jī)質(zhì)成熟度較高，且多口探井獲得了豐富的油氣顯示［5-6］；但隨后試采和開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)過(guò)程中出現(xiàn)了產(chǎn)量較低或初始產(chǎn)量高、遞減快等一系列問(wèn)題，尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)開(kāi)發(fā)［6-8］。分析認(rèn)為，陸相泥頁(yè)巖層系礦物成分與沉積構(gòu)造更為復(fù)雜，夾層頻繁、巖相時(shí)空變化快，不同類型頁(yè)巖儲(chǔ)集性能和工程改造措施差異大，因此，開(kāi)展頁(yè)巖巖相類型的精細(xì)刻畫(huà)和優(yōu)勢(shì)巖相評(píng)價(jià)對(duì)于頁(yè)巖甜點(diǎn)層段識(shí)別和井位部署意義重大［1，7］。

受限于鉆井資料，前期針對(duì)元壩地區(qū)大安寨段的研究主要集中在該套泥頁(yè)巖層系作為烴源巖是否具備生烴潛力，而對(duì)單井巖相劃分和儲(chǔ)層精細(xì)描述的研究較少，對(duì)儲(chǔ)層孔隙類型和含氣性賦存狀態(tài)等問(wèn)題缺乏深入探討。為此，本文研究選取元壩地區(qū)大安寨段最新頁(yè)巖氣專探井——Y2井的巖心資料，系統(tǒng)開(kāi)展了頁(yè)巖巖相和夾層類型劃分、不同巖相儲(chǔ)集物性、孔隙結(jié)構(gòu)特征研究，明確了不同巖相含氣性和可壓性，為優(yōu)勢(shì)頁(yè)巖巖相和巖相組合選擇奠定了基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)概況

元壩區(qū)塊處于四川省東北部廣元、南充和巴中市境內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造上屬于米倉(cāng)山、大巴山弧形構(gòu)造帶與川東弧形褶皺帶疊加區(qū)塊。北為九龍山背斜構(gòu)造帶南端，南為閬中-平昌低緩構(gòu)造帶，北東與通南巴背斜構(gòu)造帶相鄰［9-11］（圖1）。自震旦紀(jì)以來(lái)，研究區(qū)主要經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)今地層平緩，構(gòu)造簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，斷裂不發(fā)育，構(gòu)造-保存條件良好［12］。元壩地區(qū)侏羅系發(fā)育完整，自下而上依次為下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)千佛崖組（涼高山組）和沙溪廟組、上侏羅統(tǒng)遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組，其中，自流井組根據(jù)巖性組合特征又可進(jìn)一步分為珍珠沖段、東岳廟段、馬鞍山段和大安寨段（圖1）。大安寨段沉積時(shí)期，經(jīng)歷了完整的湖退—湖進(jìn)過(guò)程，沉積厚度為40～130 m，由于湖盆水體的頻繁震蕩和沉積物源的復(fù)雜性，縱向上各個(gè)層段表現(xiàn)出明顯的非均質(zhì)性。尤其是大二亞段（大安寨段二亞段），發(fā)育淺湖-半深湖相沉積，源-儲(chǔ)發(fā)育條件較好［6，13］，是本次研究的主要目的層段。

2 樣品與實(shí)驗(yàn)

取樣井Y2井的構(gòu)造位置見(jiàn)圖1。地球化學(xué)分析表明，Y2井大安寨段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度中等，總有機(jī)碳含量（TOC）為0.52%～3.28%，其中大二亞段最優(yōu)，平均為1.17%；有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ型，實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率（Ro）為1.44%～1.83%，平均為1.67%，達(dá)到成熟-高成熟演化階段，現(xiàn)今處于生氣高峰期。為進(jìn)一步分析大二亞段的巖性巖相類型及儲(chǔ)集特征，在巖心觀察與描述的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)選取巖心樣品開(kāi)展分析測(cè)試，取樣深度為3 883～3 925 m，取樣間隔為0.36～1.54 m。選取典型樣品開(kāi)展全巖X射線衍射、粘土礦物X射線衍射、常規(guī)巖心分析孔隙度和滲透率、巖石薄片鑒定、聚焦離子束掃描電鏡、CT掃描、高壓壓汞、低溫氮?dú)馕胶图淄榈葴匚降葘?shí)驗(yàn)項(xiàng)目。所有實(shí)驗(yàn)測(cè)試均在中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)研究中心完成，實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)分析均按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。

圖1 四川盆地元壩地區(qū)構(gòu)造位置及侏羅系綜合柱狀圖Fig.1 Sketch map showing the locations of tectonic units in the Yuanba area of Sichuan Basin with

3 巖相類型劃分

巖相是指一定沉積環(huán)境中形成的巖石或巖石組合，是巖石類型及沉積構(gòu)造的綜合，也是沉積環(huán)境在巖性上的綜合表現(xiàn)［7，13-14］。研究表明，有利巖相是頁(yè)巖油氣富集的基礎(chǔ)［14-15］。

3.1 頁(yè)巖巖相類型及特征

巖心觀察和描述表明，大安寨段為典型的陸相湖盆沉積，整體為一套泥頁(yè)巖、粉（細(xì)）砂巖、碳酸鹽巖的混積巖，巖性變化快，夾層較發(fā)育。其中，大二亞段在淺湖-半深湖相帶主要發(fā)育黑灰色泥頁(yè)巖、深灰色含介殼泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和介殼灰?guī)r等（圖2），是最適合頁(yè)巖氣生成和儲(chǔ)集的層系［14，16］。目前關(guān)于陸相頁(yè)巖的巖相劃分尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，本文將主要依據(jù)劉忠寶等［7］提出的“全巖礦物分區(qū)—有機(jī)碳含量（TOC）分級(jí)—礦物結(jié)構(gòu)與沉積構(gòu)造校正及完善”的三步巖相劃分方法開(kāi)展研究。選取大二亞段57塊頁(yè)巖樣品開(kāi)展全巖X射線衍射分析，在巖石三端元命名分類方案的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考慮泥頁(yè)巖中TOC的重要性以及石英（粒度結(jié)構(gòu)）與方解石（生物介殼）兩種非粘土礦物的“環(huán)境”意義，在Y2井大二亞段中共識(shí)別出粘土質(zhì)頁(yè)巖相（A型）、介殼頁(yè)巖相（B型）、粉砂質(zhì)頁(yè)巖相（C型）等3大類頁(yè)巖巖相類型；進(jìn)一步細(xì)分為中-高碳粘土質(zhì)頁(yè)巖相（A1型），低-中碳粘土質(zhì)頁(yè)巖相（A2型），中碳含介殼頁(yè)巖相（B1型），低-中碳介殼灰質(zhì)頁(yè)巖相（B2型），低-中碳含灰質(zhì)介殼頁(yè)巖相（B3型），低-中碳粉砂質(zhì)頁(yè)巖相（C1型）等6個(gè)亞類。Y2井大二亞段各巖相類型在礦物組成、紋層、有機(jī)質(zhì)形態(tài)、裂縫和生物化石等方面存在差異（表1）。

表1 元壩地區(qū)Y2井大二亞段巖相類型特征Table 1 Characteristics of different lithofacies types of J1da2，Well Y2，Yuanba area

3.2 夾層巖相類型及特征

33塊夾層巖心樣品觀察及巖石薄片鑒定分析結(jié)果表明，Y2井大二亞段夾層發(fā)育介殼灰?guī)r類（Ⅰ型）和粉砂巖類（Ⅱ型）2大巖相類型。其中，Ⅰ型包括介殼灰?guī)r相、泥質(zhì)介殼灰?guī)r相和含泥介殼灰?guī)r相3個(gè)亞類；Ⅱ型也包括粉砂巖相、泥質(zhì)粉砂質(zhì)相和含泥粉砂巖相3個(gè)亞類。介殼灰?guī)r相（Ⅰ型）在大二亞段廣泛分布，主要呈顆粒狀雜亂分布，部分富集成帶狀，顆粒主要由方解石組成，少許充填有機(jī)質(zhì)，介殼通常有不同程度的重結(jié)晶，局部粒內(nèi)見(jiàn)硅化現(xiàn)象。粉砂巖類（Ⅱ型）主要分布在大二亞段的上部層段，碎屑顆粒主要是石英，可見(jiàn)不規(guī)則溶蝕邊，細(xì)砂-粉砂結(jié)構(gòu)為主，不均勻分布于粘土晶間，部分條帶富集，粒間主要是碳酸鹽礦物和隱晶質(zhì)粘土礦物（圖2）。

圖2 元壩地區(qū)Y2井大二亞段頁(yè)巖層系夾層單偏光鏡下巖石學(xué)特征照片（鑄體薄片）Fig.2 Single polarized microscopic images showing the petrological characteristics of interlayers in shale of J1da2，Well Y2，Yuanba area

3.3 巖相組合及分布規(guī)律

鑒于Y2井大二亞段巖相類型多樣、夾層較為發(fā)育的特點(diǎn)，需要開(kāi)展頁(yè)巖與夾層巖相組合的研究，分析不同巖相組合的特征與分布規(guī)律［7，14］。通過(guò)對(duì)Y2井巖性剖面分析，重點(diǎn)依據(jù)夾層類型、厚度、數(shù)量等差異，識(shí)別出3種宏觀巖相組合類型，即灰泥沉積組合（AB-Ⅰ型，B-Ⅰ型），泥砂沉積組合（C-Ⅱ型），泥灰砂混合沉積組合（BC-Ⅰ型）（圖3）。AB-Ⅰ型巖相組合主要分布在Y2井大二亞段的中下部，厚度約5～6 m，發(fā)育生烴條件較好的粘土質(zhì)頁(yè)巖相，TOC較高，夾層類型主要是介殼灰?guī)r，處于水體相對(duì)較深的半深湖沉積環(huán)境，利于有機(jī)質(zhì)富集。由于介殼夾層的廣泛發(fā)育，B-Ⅰ型巖相組合在大二亞段最為發(fā)育，介殼以斷續(xù)紋層—紋層狀為主，定向性較好，從下至上數(shù)量和密度逐漸增加，為典型的碳酸鹽巖淺湖沉積。C-Ⅱ型巖相組合主要分布在上部地層，粉砂巖夾層發(fā)育且多為厚層，反映水體相對(duì)較淺，為碎屑巖淺湖沉積。BC-Ⅰ型巖相組合主要分布在頂部和底部層段，介殼灰?guī)r相和粉砂質(zhì)頁(yè)巖相為主，頁(yè)理欠發(fā)育，夾層多呈斷續(xù)狀分布，呈現(xiàn)明顯的泥、灰、砂“三元混積”特征，反映水體較淺且動(dòng)蕩，物源多樣。

圖3 元壩地區(qū)Y2井大二亞段頁(yè)巖層系巖相組合Fig.3 Distribution of lithofacies assemblages in J1da2，Well Y2，Yuanba area

4 不同巖相儲(chǔ)集特征

不同巖相的儲(chǔ)集物性、孔隙類型及結(jié)構(gòu)等特征對(duì)明確頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能、氣藏富集規(guī)律，優(yōu)選頁(yè)巖氣甜點(diǎn)層段以及后期壓裂開(kāi)發(fā)都具有重要意義［17］。

4.1 儲(chǔ)集物性特征

針對(duì)大二亞段不同頁(yè)巖和夾層巖相類型開(kāi)展常規(guī)巖心分析，并進(jìn)行差異性對(duì)比。結(jié)果表明，粘土質(zhì)頁(yè)巖相、介殼頁(yè)巖相、粉砂質(zhì)頁(yè)巖相3種頁(yè)巖巖相以及介殼灰?guī)r相和粉砂巖相2種夾層巖相的孔隙度平均值分別為3.78%，3.15%，3.18%和1.41%，1.15%（圖4a），滲透率平均值分別為0.040×10-3，0.120×10-3，0.001×10-3和0.007×10-3，0.002×10-3μm2（圖4b），整體評(píng)價(jià)為低孔-特低滲儲(chǔ)層。與川東龍馬溪組海相頁(yè)巖相比，大二亞段的孔隙度和滲透率均偏低［18］。從不同巖相對(duì)比來(lái)看，粘土質(zhì)頁(yè)巖相和介殼頁(yè)巖相具有較好的儲(chǔ)集物性，夾層的存在明顯降低了頁(yè)巖儲(chǔ)層品質(zhì)，介殼灰?guī)r夾層略優(yōu)于粉砂巖夾層。這可能是由于粘土質(zhì)頁(yè)巖相的孔隙較發(fā)育，且紋層的存在一定程度上也改善了儲(chǔ)層品質(zhì)，介殼頁(yè)巖相中微裂縫相對(duì)發(fā)育，而夾層中孔隙和裂縫均欠發(fā)育［1］。因此，在Y2井大二亞段有利層段的優(yōu)選過(guò)程中，要考慮夾層對(duì)物性的影響；此外，考慮到參數(shù)的可靠程度及其在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的作用，將孔隙度作為有利儲(chǔ)層優(yōu)選的代表性參數(shù)更為合理。因此，從物性來(lái)說(shuō)，粘土質(zhì)頁(yè)巖相（A型）或介殼頁(yè)巖相（B型）儲(chǔ)層更優(yōu)。

圖4 元壩地區(qū)Y2井大二亞段不同巖相孔隙度（a）和滲透率分布（b）Fig.4 Distribution of porosity（a）and permeability（b）of different lithofacies J1da2，Well Y2，Yuanba area

4.2 儲(chǔ)集空間類型

聚焦離子束掃描電鏡觀察分析表明，Y2井大二亞段頁(yè)巖儲(chǔ)層空間類型可劃分為無(wú)機(jī)孔、有機(jī)孔和微裂縫3類，其中無(wú)機(jī)孔主要以粘土礦物層間孔和方解石溶蝕孔為主，在不同頁(yè)巖巖相中均較為發(fā)育，是最主要的儲(chǔ)集空間類型。

4.2.1 粘土礦物片間孔

大二亞段頁(yè)巖中廣泛發(fā)育與粘土礦物相關(guān)的線狀微孔隙，即粘土礦物片間孔（圖5a—c），主要發(fā)育于伊利石片層間、伊利石與礦物顆粒間，線狀孔隙長(zhǎng)度及寬度大小不一，部分被固體瀝青充填。研究表明，該類孔隙主要是由早期粘土礦物間原生孔隙因壓實(shí)、成巖及礦物蝕變作用而形成的，多沿粘土礦物解理方向發(fā)育，形成狹縫形或線形，可延伸數(shù)微米［19］。因此，粘土礦物含量越高，粘土礦物片間孔越發(fā)育［20］。粘土礦物含量統(tǒng)計(jì)分析表明，粘土質(zhì)頁(yè)巖相的含量總體高于介殼頁(yè)巖相和粉砂質(zhì)頁(yè)巖相，平均值分別為53.9%，43.5%和42.1%（圖6）。與海相頁(yè)巖相比，陸相頁(yè)巖的粘土礦物含量普遍偏高，這也是造成陸相頁(yè)巖的無(wú)機(jī)孔發(fā)育程度高于海相頁(yè)巖的一個(gè)主要原因［7，21］。

圖6 元壩地區(qū)Y2井大二亞段不同巖相粘土礦物含量對(duì)比Fig.6 Distribution of clay mineral contents of different lithofacies in J1da2，Well Y2，Yuanba area

4.2.2 方解石溶蝕孔

Y2井大二亞段頁(yè)巖層系廣泛發(fā)育介殼頁(yè)巖相和介殼灰?guī)r夾層，其主要礦物為方解石，在成巖過(guò)程中，局部層段可發(fā)育方解石相關(guān)溶蝕孔隙（圖5d—f）?？紫缎螒B(tài)多樣，常見(jiàn)兩種形式，一種是粒緣溶蝕孔，形態(tài)不規(guī)則，常與粘土礦物片間孔伴生，主要見(jiàn)于上部地層局部層段；另一種是粒內(nèi)溶蝕孔，孔隙內(nèi)可見(jiàn)粘土礦物或溶蝕殘余方解石粒，局部放大后，可能存在被暗色有機(jī)質(zhì)或?yàn)r青質(zhì)充填的現(xiàn)象，瀝青局部放大后，可見(jiàn)納米孔隙，但有機(jī)孔隙發(fā)育差。推測(cè)方解石溶蝕孔的形成主要與生烴過(guò)程中有機(jī)質(zhì)排酸溶蝕有關(guān)，后期被生成的烴類充填。此外，在此過(guò)程中，還能在局部樣品中觀察到少量的白云石晶間溶孔、菱鐵礦溶蝕孔等。

圖5 元壩地區(qū)Y2井大二亞段頁(yè)巖層系無(wú)機(jī)孔隙發(fā)育特征SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM images showing the characteristics of inorganic pores in J1da2，Well Y2，Yuanba area

4.2.3 有機(jī)質(zhì)孔

研究認(rèn)為，海相頁(yè)巖種有機(jī)質(zhì)孔的大量發(fā)育是頁(yè)巖氣能夠持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵［22］。然而與之相比，陸相頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)孔普遍欠發(fā)育。MAPS定量分析表明，Y2井大二亞段頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)孔平均占比僅為13%。掃描電鏡顯示，有機(jī)質(zhì)孔主要發(fā)育于原生有機(jī)質(zhì)、固體瀝青及礦物瀝青基質(zhì)內(nèi)，孔隙形態(tài)呈橢圓形、不規(guī)則形、狹縫形、蜂窩狀等，孔徑以納米級(jí)為主，局部可見(jiàn)微米級(jí)（圖7）。前期研究表明，同一口井的同一層段內(nèi)，有機(jī)質(zhì)類型對(duì)有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育程度也有重要影響，這主要是因?yàn)轫?yè)巖有機(jī)質(zhì)主要以鏡質(zhì)體、絲質(zhì)體為主，其次為固體瀝青，只有固體瀝青內(nèi)不同程度地發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔隙［8］。結(jié)合有機(jī)巖石學(xué)、有機(jī)質(zhì)類型，可知粘土質(zhì)頁(yè)巖相和介殼灰?guī)r相中有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型為主，有機(jī)顯微組分中固體瀝青占比相對(duì)較高，且已進(jìn)入高成熟演化階段，以生氣為主，有利于有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育；而粉砂質(zhì)頁(yè)巖相中有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，生烴潛力較小，因此，粘土質(zhì)頁(yè)巖相和介殼灰?guī)r相中有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育程度好于粉砂質(zhì)頁(yè)巖相（圖7）。同一巖相內(nèi)，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度的差異主要受有機(jī)質(zhì)組分的控制，固體瀝青內(nèi)有機(jī)質(zhì)孔普遍較發(fā)育，而對(duì)于鏡質(zhì)體有機(jī)質(zhì)而言，除少數(shù)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、正常鏡質(zhì)體經(jīng)細(xì)菌改造作用發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔外，絕大部分鏡質(zhì)體有機(jī)質(zhì)內(nèi)均不發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔隙［23-24］。

圖7 元壩地區(qū)Y2井大二亞段頁(yè)巖巖相有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育特征SEM照片F(xiàn)ig.7 SEM images showing the characteristics of organic matter pores in shale of J1da2，Well Y2，Yuanba area

4.2.4 微裂縫

巖心觀察顯示，Y2井大二亞段構(gòu)造裂縫基本不發(fā)育。掃描電鏡表明，頁(yè)巖中發(fā)育納米-毫米級(jí)的微裂縫，尤其是在介殼頁(yè)巖相中最為發(fā)育，從微裂縫與無(wú)機(jī)礦物顆粒之間切割關(guān)系來(lái)看，主要為機(jī)械成因，裂縫形態(tài)多呈波狀、微齒狀，且不連續(xù)，局部見(jiàn)瀝青充填（圖8a）。微裂縫除了自身可以作為頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間外，更重要的是它在一定程度上可起到連通各類無(wú)機(jī)孔與有機(jī)孔的作用，從而使多種微觀孔隙類型形成相互連通的儲(chǔ)集空間（圖8b）。這樣有機(jī)質(zhì)生烴后便可以向鄰近無(wú)機(jī)孔隙運(yùn)移排出，最終聚集成藏［25］。此外，天然微裂縫的發(fā)育，也有利于后期壓裂改造，進(jìn)一步形成孔縫系統(tǒng)，提高頁(yè)巖氣產(chǎn)出能力。

圖8 元壩地區(qū)Y2井大二亞段頁(yè)巖層系微裂縫發(fā)育特征Fig.8 SEM images showing the characteristics of micro?fractures in J1da2 shale，Well Y2，Yuanba area

4.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的表征對(duì)于頁(yè)巖儲(chǔ)集性能的評(píng)價(jià)至關(guān)重要［26］。選取28個(gè)頁(yè)巖樣品開(kāi)展高壓壓汞—?dú)怏w吸附法聯(lián)合測(cè)定，對(duì)Y2井大二亞段頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行多尺度表征，并分析了孔容、比表面積和平均孔徑等定量特征，以明確不同巖相頁(yè)巖的儲(chǔ)集特征。

4.3.1孔隙結(jié)構(gòu)形態(tài)

Y2井大二亞段不同類型頁(yè)巖樣品的氮?dú)馕?脫附曲線形態(tài)相似（圖9a），即相對(duì)壓力（p/p0）在0～0.01時(shí)，吸附量急劇上升，為Ⅰ型微孔單分子層吸附；p/p0在0.01～0.90時(shí)，吸附量平穩(wěn)上升，為Ⅳ型介孔多分子層吸附，并產(chǎn)生滯后回環(huán)；p/p0大于0.90時(shí)，吸附量繼續(xù)上升，且未出現(xiàn)吸附飽和現(xiàn)象，為Ⅱ型宏孔毛細(xì)凝聚吸附［27］。根據(jù)IUPAC的分類方案，大二亞段頁(yè)巖等溫吸附曲線滯后回環(huán)大多呈H3型和H2型特征，結(jié)合掃描電鏡觀察結(jié)果，表明Y2井大二亞段頁(yè)巖種普遍發(fā)育四面開(kāi)放的狹縫狀孔（粘土礦物層間孔）和細(xì)頸廣體的墨水瓶狀孔（粒/晶內(nèi)孔），同時(shí)還發(fā)育一定數(shù)量的裂縫型、新月形有機(jī)孔，孔隙開(kāi)放性較低，連通性偏差［15，28-29］。

高壓壓汞曲線特征表明，Y2井大二亞段頁(yè)巖的毛管壓力曲線具有典型的粒間孔隙型曲線特征，大致呈兩段式（圖9b）。當(dāng)毛管壓力小于10 MPa左右時(shí)，曲線斜率較高，毛管壓力呈對(duì)數(shù)式急劇增大，累計(jì)進(jìn)汞飽和度呈線性緩慢增大；當(dāng)毛管壓力進(jìn)一步增加時(shí)，曲線斜率變低，毛管壓力對(duì)數(shù)式緩慢增大，累計(jì)進(jìn)汞飽和度則呈線性迅速增大。頁(yè)巖的退汞效率整體較低，僅為12%～38%，說(shuō)明孔喉復(fù)雜，喉道較窄，孔隙連通性差［16］。

圖9 元壩地區(qū)Y2井大二亞段不同巖相頁(yè)巖氮?dú)馕?脫附曲線（a）和壓汞曲線特征（b）Fig.9 Characteristics of N2 adsorption-desorption curves（a）and mercury injection curves（b）of different shale lithofacies in J1da2，Well Y2，Yuanba area

4.3.2 頁(yè)巖全孔徑分布

測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，Y2井大二亞段不同巖相頁(yè)巖孔徑分布特征整體相似，均以介孔（2～50 nm）為主，平均占比60%以上；其次為微孔（<2 nm），平均占比約20%；大孔（>50 nm）占比最少，約為16%，表現(xiàn)出介孔占明顯主導(dǎo)地位，微孔和大孔含量相當(dāng)?shù)奶攸c(diǎn)。從不同孔隙大小對(duì)比來(lái)看，微孔在粘土質(zhì)頁(yè)巖相中分布最多，介孔在粉砂質(zhì)頁(yè)巖相中占比最多，而大孔在介殼灰?guī)r相中比重最大，推測(cè)可能與頁(yè)巖礦物組成和孔隙類型分布有關(guān)（圖10a）。與龍馬溪組海相頁(yè)巖相比，大二亞段陸相頁(yè)巖中大孔占比有所提高，有利于游離氣儲(chǔ)集［30］。從頁(yè)巖孔隙全孔徑分布圖（圖10b）來(lái)看，不同巖相孔徑均表現(xiàn)為“雙峰”特征，主體處于微孔和介孔范圍內(nèi)，A型、B型和C型3種巖相微孔主峰平均孔徑分別為1.06，1.06和1.07 nm，微孔主峰處孔容分別為0.000 4，0.000 4和0.000 2 mL/g；介孔主峰平均孔徑分別為36.40，36.28和36.86 nm，介孔主峰處孔容分別為0.001 0，0.001 0和0.000 8 mL/g，說(shuō)明粘土質(zhì)頁(yè)巖相和介殼灰?guī)r相比粉砂質(zhì)頁(yè)巖相的孔徑略小，但孔容偏高，也進(jìn)一步表明粉砂質(zhì)頁(yè)巖相的孔隙欠發(fā)育。

圖10 元壩地區(qū)Y2井大二亞段不同巖相孔徑占比（a）和全孔徑分布特征（b）Fig.10 Distribution characteristics of pore size ratio（a）and total pore size curves（b）of different shale lithofacies in J1da2，Well Y2，Yuanba area

4.3.3 孔容和比表面積

采用BET模型計(jì)算Y2井大二亞段頁(yè)巖孔隙的孔容和比表面積分布。統(tǒng)計(jì)表明，大二亞段頁(yè)巖孔隙的比表面積為2.96～12.09 m2/g，平均為6.54 m2/g；總孔容為0.006～0.022 mL/g，平均為0.014 mL/g。從不同巖相對(duì)比情況來(lái)看，粘土質(zhì)頁(yè)巖相的比表面積為2.96～12.09 m2/g，平均為7.04 m2/g；介殼頁(yè)巖相的比表面積為5.60～6.99 m2/g，平均為6.43 m2/g；粉砂質(zhì)頁(yè)巖相的比表面積為3.30～6.16 m2/g，平均為4.21 m2/g，表明粘土質(zhì)頁(yè)巖相的吸附能力大于介殼頁(yè)巖相和粉砂質(zhì)頁(yè)巖相，更有利于吸附氣賦存，這與有機(jī)孔主要發(fā)育于粘土質(zhì)頁(yè)巖相中一致（圖11a）。粘土質(zhì)頁(yè)巖相的總孔容介于0.007～0.022 mL/g，平均為0.014 mL/g；介殼頁(yè)巖相的總孔容介于0.011～0.016 mL/g，平均為0.014 mL/g；粉砂質(zhì)頁(yè)巖相的總孔容介于0.008～0.012 mL/g，平均為0.009 mL/g，這表明粘土質(zhì)頁(yè)巖相和介殼頁(yè)巖相的儲(chǔ)氣能力大于粉砂質(zhì)頁(yè)巖相。圖11b表明，不同巖相頁(yè)巖孔隙均表現(xiàn)為介孔孔容最大，平均為0.008 mL/g左右；其次為微孔和大孔，平均為0.003 mL/g和0.002 mL/g。介孔、大孔和微孔中不同巖相的分布規(guī)律與總孔容分布規(guī)律相似，說(shuō)明3種巖相中粘土質(zhì)頁(yè)巖相的微觀儲(chǔ)集性能最好。

圖11 元壩地區(qū)Y2井大二亞段不同巖相頁(yè)巖孔隙比表面積（a）和孔容分布特征（b）Fig.11 Distribution of specific surface area（a）and volume（b）of pores in shale of different lithofacies in J1da2，Well Y2，Yuanba area

5 巖相評(píng)價(jià)

5.1 巖相含氣性評(píng)價(jià)

頁(yè)巖氣的賦存狀態(tài)包括吸附態(tài)和游離態(tài)兩種，確定頁(yè)巖的含氣量及相對(duì)比例對(duì)于計(jì)算頁(yè)巖氣資源量和明確開(kāi)采方式等有重要的意義［25］。頁(yè)巖氣在地層下的賦存狀態(tài)受溫壓條件、有機(jī)質(zhì)特性、無(wú)機(jī)礦物組成、含水量以及頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)和類型等多種因素的共同影響［30-31］。儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)是影響頁(yè)巖氣賦存狀態(tài)最直接的內(nèi)部因素［16，32］。Y2井大二亞段頁(yè)巖普遍發(fā)育的介孔和大孔占總孔隙體積的80 %以上，有利于游離氣的賦存，游離氣主要儲(chǔ)集在粘土礦物片間孔、方解石溶蝕孔和微裂縫等孔隙類型中。此外，粘土質(zhì)頁(yè)巖相中發(fā)育的微孔和相對(duì)較大的比表面積也為吸附氣的賦存提供了有利場(chǎng)所，吸附氣主要吸附在孔隙及粘土礦物的表面［25］。根據(jù)高壓甲烷等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用外推的三元朗格繆爾（Langmuir）方程［33］和甲烷狀態(tài)方程［25］可預(yù)測(cè)實(shí)際地層溫壓條件下，頁(yè)巖樣品的游離氣和吸附氣含量。結(jié)果表明，Y2井大二亞段頁(yè)巖總含氣量為2.59～4.38 m3/t，平均為3.35 m3/t；其中，吸附氣量為0.54～1.63 m3/t，平均為1.09 m3/t，平均占比為33%；游離氣量為1.28～2.88 m3/t，平均為2.26 m3/t，平均占比為67 %，表明頁(yè)巖氣勘探潛力較大（圖12）。對(duì)不同巖相類型而言，A型、B型和C型的吸附氣量平均值分別為1.25，1.64和0.61 m3/t，吸附氣分別占比36.5 %，32.8 %和22.6 %；游離氣量平均值分別為2.26，2.54和2.11 m3/t，游離氣分別占比63.5%，67.3%和77.4%。從現(xiàn)有樣品分析結(jié)果來(lái)看，在3種巖相中，粘土質(zhì)頁(yè)巖相（A型）和介殼頁(yè)巖相（B型）整體含氣量較高，且游離氣含量也較大，更有利于獲得高產(chǎn)。

圖12 元壩地區(qū)Y2井大二亞段不同巖相頁(yè)巖游離氣和吸附氣分布特征Fig.12 Distribution of free gas and adsorbed gas content in shale of different lithofacies in J1da2，Well Y2，Yuanba area

5.2 巖相可壓性評(píng)價(jià)

分析可知，粘土質(zhì)頁(yè)巖相具有較好的儲(chǔ)集物性，介殼頁(yè)巖相大孔占比大、游離氣含量較高，二者均是較為有利的儲(chǔ)層巖相類型。然而，有利儲(chǔ)層的優(yōu)選還要考慮工程壓裂的可改造性，即脆性礦物的含量。不同沉積環(huán)境下，頁(yè)巖的脆性礦物組成類型和巖石力學(xué)性質(zhì)存在較大差異［1，34-35］。Y2井大二亞段90塊樣品的全巖礦物組分分析表明，A型、B型和C型3種頁(yè)巖相的脆性礦物含量平均僅約為50 %，遠(yuǎn)低于介殼灰?guī)r相（Ⅰ型）和粉砂巖相夾層（Ⅱ型），這是由巖性所決定的（圖13）。朱彤等［1］研究表明，川東北下侏羅統(tǒng)頁(yè)巖與介殼灰?guī)r不等厚互層脆性指數(shù)可達(dá)0.67～0.76，具有較好的可壓裂性。從這個(gè)角度來(lái)看，Y2井大二亞段的灰泥沉積組合（AB-Ⅰ型、B-Ⅰ型）均具有較好的可壓性。因?yàn)樵摻M合頁(yè)理、紋理發(fā)育，層間巖性差異大，易形成水平縫，經(jīng)改造能獲得較大有效壓裂改造體積（SRV）和較高產(chǎn)能，高頻互層中的薄層灰?guī)r可壓裂性好［34-35］。然而，大慶古龍和濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖油勘探實(shí)踐表明，紋層發(fā)育的青山口組和沙河街組基質(zhì)型（純頁(yè)巖型）儲(chǔ)層也能獲得高產(chǎn)［28，36］。綜合以上分析認(rèn)為，AB-Ⅰ型巖相組合是最有利的儲(chǔ)層類型。

圖13 元壩地區(qū)Y2井大二亞段不同頁(yè)巖及夾層巖相脆性礦物含量Fig.13 Brittle mineral content of different shale and interlayer lithofacies in J1da2，Well Y2，Yuanba area

5.3 優(yōu)勢(shì)巖相類型

優(yōu)勢(shì)頁(yè)巖巖相判別是衡量頁(yè)巖是否具有經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值和進(jìn)行資源評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)［27，37］。通過(guò)對(duì)Y2井大二亞段不同頁(yè)巖及夾層巖相的礦物組分、TOC、儲(chǔ)集物性、孔隙結(jié)構(gòu)、含氣量和可壓性等多種特征進(jìn)行分析和對(duì)比，可知介殼灰?guī)r夾層和粉砂巖夾層儲(chǔ)集物性較差，明顯降低了頁(yè)巖儲(chǔ)層品質(zhì)，因此紋層發(fā)育的頁(yè)巖巖相層段要優(yōu)于巖相組合。對(duì)不同頁(yè)巖巖相類型而言，A型具有較高的TOC，普遍發(fā)育粘土礦物層間孔和有機(jī)質(zhì)孔，具有較高的比表面積和孔體積，以及較高的含氣量和游離氣比例，是Y2井大二亞段最有潛力的儲(chǔ)層類型；B型發(fā)育有較多的方解石溶蝕孔和微裂縫，具有較大的孔容和較高的游離氣含量，有利于壓裂和后期開(kāi)采，可以作為Y2井大二亞段較有潛力的儲(chǔ)層類型；C型有機(jī)碳含量偏低，物性較差，孔隙欠發(fā)育，比表面積和孔容較小，含氣量較低但游離氣占比較高，作為頁(yè)巖儲(chǔ)層其勘探潛力最低。從工程壓裂性角度來(lái)看，AB-Ⅰ型巖相組合具有較為發(fā)育的頁(yè)理和紋理，普遍發(fā)育粘土礦物層間孔、方解石溶蝕孔和有機(jī)質(zhì)孔，具有較大的孔體積和含氣量，Ⅰ型夾層的發(fā)育大大增加了可壓裂性，是Y2井大二亞段最有利的儲(chǔ)層類型。此外，粘土質(zhì)頁(yè)巖相也具有較好的生烴條件。綜合以上分析認(rèn)為，AB-Ⅰ型巖相組合是Y2井大二亞段最優(yōu)質(zhì)的巖相類型，對(duì)應(yīng)的深度范圍是3 908～3 914 m，是本次研究?jī)?yōu)選的有利勘探目的層，為后續(xù)甜點(diǎn)層優(yōu)選提供評(píng)價(jià)依據(jù)。

6 結(jié)論

1）元壩地區(qū)Y2井大二亞段可劃分出3大類6亞類頁(yè)巖巖相類型，包括粘土質(zhì)頁(yè)巖相（A型）、介殼頁(yè)巖相（B型）和粉砂質(zhì)頁(yè)巖相（C型），以及介殼灰?guī)r類（Ⅰ型）和粉砂巖類（Ⅱ型）2大夾層巖相類型。識(shí)別出灰泥沉積組合（AB-Ⅰ型、B-Ⅰ型）、泥砂沉積組合（C-Ⅱ型）和泥灰砂混合沉積組合（BC-Ⅰ型）等3種宏觀巖相組合類型。

2）粘土質(zhì)頁(yè)巖相（A型）具有較高的有機(jī)碳含量，普遍發(fā)育粘土礦物層間孔和有機(jī)質(zhì)孔，較高的比表面積和孔體積以及較高的含氣量和游離氣比例，是Y2井大二亞段最優(yōu)勢(shì)的頁(yè)巖巖相類型。介殼頁(yè)巖相（B型）發(fā)育較多的方解石溶蝕孔和微裂縫，具有較大的孔容和較高的游離氣含量，有利于壓裂和后期開(kāi)采，可以作為次有潛力的頁(yè)巖巖相。

3）元壩地區(qū)Y2井3 908～3 914 m深度范圍所對(duì)應(yīng)的AB-Ⅰ型巖相組合，發(fā)育生烴條件較好的粘土質(zhì)頁(yè)巖相以及工程可改造性較好的介殼灰?guī)r夾層，有利于有機(jī)質(zhì)富集和儲(chǔ)層發(fā)育，也有利于工程壓裂改造，是最有利的巖相組合類型，也是Y2井大二亞段應(yīng)優(yōu)先選擇的甜點(diǎn)范圍。