高 鍵 李慧莉 何治亮 李雙建 劉光祥 袁玉松 李英強(qiáng) 李天義 何 生

1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院 2.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3.中國石油化工股份有限公司4.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

近年來，頁巖氣勘探開發(fā)已成為全球油氣勘探的熱點(diǎn)領(lǐng)域，我國在四川盆地相繼建成涪陵、威遠(yuǎn)、長寧—昭通、富順—永川等頁巖氣商業(yè)開發(fā)基地?？碧綄?shí)踐證明地層壓力系數(shù)（pc）對評價(jià)中國南方海相頁巖含氣性和產(chǎn)能具有重要的判識意義，超壓（pc＞1.2）頁巖氣井通常獲得了高產(chǎn)工業(yè)氣流，單井產(chǎn)量與頁巖層壓力系數(shù)呈正相關(guān)[1-3]。隨著頁巖氣勘探開發(fā)的不斷推進(jìn)，四川盆地及其周緣更多復(fù)雜構(gòu)造帶以常壓（pc＝0.8～1.2）頁巖為主，常壓頁巖氣已成為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域[4-6]。目前，美國Barnett、Fayetteville、Marcellus這3套常壓頁巖已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開采[7-8]。中石化在四川盆地外圍彭水—武隆地區(qū)部署的PY1井、PY3井和LY1井在上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖分別試獲 2.52×104m3/d、3.8×104m3/d、4.6×104～6.4×104m3/d的工業(yè)氣流，對應(yīng)頁巖層壓力系數(shù)為0.96、1.05、1.08，取得了常壓頁巖氣勘探突破[9]。此外，川東南丁山構(gòu)造DY1井和DY3井五峰組—龍馬溪組頁巖氣藏的壓力系數(shù)為1.06～1.08，產(chǎn)氣量為2×104～3.45×104m3/d；宜昌斜坡帶鄂宜頁1井水井沱組頁巖氣藏的壓力系數(shù)為1.02，產(chǎn)氣量為6.02×104m3/d[10-12]，表明四川盆地外圍常壓頁巖氣具備良好勘探潛力。

中國南方下古生界海相頁巖普遍經(jīng)歷了早期深埋、晚期抬升等多期構(gòu)造運(yùn)動的疊加改造，具有總有機(jī)碳含量（TOC）高、熱成熟度（Ro）高、成巖作用強(qiáng)等特點(diǎn)，國內(nèi)學(xué)者提出了基于頁巖生烴、儲集、保存為核心的頁巖氣“二元富集”理論[1]和“三元富集”理論[13]。南方海相頁巖氣富集和保存不僅與頁巖自身物質(zhì)基礎(chǔ)息息相關(guān)，同時(shí)受構(gòu)造作用—生烴作用及其耦合過程的共同控制。構(gòu)造作用—生烴作用影響頁巖氣富集和保存的本質(zhì)體現(xiàn)在頁巖地層壓力的改變[14]。隨著常壓頁巖氣勘探的不斷深入，常壓頁巖和超壓頁巖的含氣性具有明顯差異，常壓頁巖氣形成演化過程和主控因素成為業(yè)界普遍關(guān)心的科學(xué)問題，需要開展頁巖氣保存和散失的動態(tài)評價(jià)研究；其中，頁巖埋藏和抬升過程中壓力、壓力系數(shù)和含氣量動態(tài)演化研究是動態(tài)評價(jià)的關(guān)鍵。因此，筆者在前人常壓頁巖氣形成條件研究和富集規(guī)律及其主控因素研究的基礎(chǔ)上[4,10,15-16]，以渝東彭水地區(qū)五峰組—龍馬溪組常壓頁巖氣富集區(qū)為典型地區(qū)，通過頁巖脈體流體包裹體捕獲古溫壓研究和頁巖埋藏—熱演化—生烴史模擬，利用超臨界甲烷體系狀態(tài)方程和頁巖儲集能力演化模型定量分析了該區(qū)頁巖氣壓力演化和含氣量動態(tài)演化過程，深化對常壓頁巖氣形成與演化過程的認(rèn)識。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

彭水地區(qū)位于四川盆地東南緣的川東南-湘鄂西“槽—檔”過渡區(qū)，大地構(gòu)造上屬于中揚(yáng)子西部湘鄂西沖斷帶與武陵褶皺帶的結(jié)合處（圖1），與揚(yáng)子地臺的區(qū)域構(gòu)造演化具有一致性，主要經(jīng)歷了加里東期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等多期構(gòu)造運(yùn)動的疊加和改造[17-18]。燕山早期來自NW—SE向的擠壓應(yīng)力，形成一系列線型—弧形斷褶帶，構(gòu)造形態(tài)以NE向復(fù)向斜和復(fù)背斜相間分布為主[18]（圖1）。該區(qū)PY1井構(gòu)造位置位于桑柘坪向斜西北翼（圖1），向斜構(gòu)造南部被NNW向逆斷層整體切割。

圖1 渝東彭水地區(qū)構(gòu)造位置和構(gòu)造剖面圖

受多期構(gòu)造運(yùn)動的影響，彭水地區(qū)地層缺失石炭系，局部地區(qū)缺失泥盆系和侏羅系，其他元古界—中生界均有發(fā)育；五峰組—龍馬溪組底部富有機(jī)質(zhì)頁巖是區(qū)內(nèi)主要的富頁巖氣層系，五峰組—龍馬溪組頁巖在研究區(qū)具有由西北向東南逐漸減薄的特征[18-19]。PY1井鉆探揭示五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖厚度約為103 m，巖性逐漸由深水陸棚相的黑色頁巖過渡為淺水陸棚相的深灰色—灰色泥頁巖。底部優(yōu)質(zhì)黑色頁巖段厚度約為24 m，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型干酪根，TOC介于1.12%～4.84%（平均值為3.31%），Ro介于2.46%～3.09%（平均值為2.60%）[9,18]。頁巖氣成分以甲烷為主（95%～99%），為典型干氣，乙烷含量介于0.09%～1.08%；非烴氣體中氮?dú)夂可愿撸?～5%），不含H2S。彭水地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣層實(shí)測壓力系數(shù)介于0.96～1.05，為常壓頁巖氣層。

2 樣品及實(shí)驗(yàn)方法

研究樣品采自PY1井五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖段內(nèi)脈體，對其開展了巖相學(xué)、流體包裹體測溫、激光拉曼光譜和捕獲壓力計(jì)算等研究，用于恢復(fù)頁巖層關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)壓力。頁巖脈體以垂直層理縫—高角度裂縫為主，脈寬2～12 mm（圖2）。頁巖脈體和流體包裹體巖相學(xué)觀察于中國石化石油勘探開發(fā)研究院完成，采用儀器為NIKON-LV100雙通道熒光—透射光顯微鏡。流體包裹體測溫和激光拉曼光譜分析在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）完成，流體包裹體激光拉曼光譜分析儀器型號為LabRAM HR800。激光拉曼光譜采集利用300光柵確定流體包裹體的成分和1 800光柵確定甲烷特征峰v1位置[14,20-21]，數(shù)據(jù)單次采集時(shí)間介于10～20 s，疊加3～5次。

圖2 PY1井上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組地層綜合柱狀圖

3 分析測試結(jié)果

3.1 脈體礦物學(xué)特征

PY1井頁巖脈體主要發(fā)育在五峰組和龍馬溪組底部的優(yōu)質(zhì)頁巖層段[21]。大部分脈體沿節(jié)理縫發(fā)育，可見雁列狀節(jié)理脈、X型節(jié)理脈和擠壓破碎充填的脈體，說明頁巖脈體的形成與構(gòu)造隆升作用有關(guān)。PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體宏觀巖心觀察與顯微鏡下微觀觀察發(fā)現(xiàn)，頁巖脈體的礦物成分主要由石英和/或方解石組成（圖3），局部可見重晶石。龍馬溪組頁巖脈體以方解石為主，可見純方解石脈（圖3-a）；五峰組頁巖脈體見石英生長在裂縫兩側(cè)內(nèi)壁，而方解石晚于石英充填在裂縫內(nèi)部，頁巖脈體多期礦物充填序列表現(xiàn)為：第一世代石英和第二世代方解石（圖3-b）。

圖3 PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體微觀結(jié)構(gòu)特征圖

3.2 流體包裹體巖相學(xué)和激光拉曼光譜特征

PY1井頁巖脈體捕獲的流體包裹體組合包括氣—液兩相鹽水包裹體和單相甲烷包裹體，以氣—液兩相鹽水包裹體為主。方解石脈捕獲的甲烷包裹體粒徑較小，大小介于2～16 μm，伴生捕獲的氣—液兩相鹽水包裹體多以較規(guī)則的四邊形、多邊形為主（圖4-a～c）。石英脈捕獲的流體包裹體比方解石脈中的形態(tài)更規(guī)則，可見橢圓、次圓、不規(guī)則多邊形等（圖4-c～f），甲烷包裹體和鹽水包裹體長軸主要分布在5～12 μm。

圖4 PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體中流體包裹體發(fā)育特征圖

圖5-a～b、c～d、e～f分別為龍馬溪組重晶石、龍馬溪組方解石和五峰組石英中甲烷包裹體的激光拉曼光譜圖。在300光柵激光拉曼光譜圖中，除了反映宿主礦物的拉曼散射峰外，只觀察到高強(qiáng)度的甲烷拉曼散射峰，說明頁巖脈體單相包裹體組分單一，為純甲烷包裹體（圖5-a、c、e）。利用1 800光柵激光拉曼光譜測量甲烷包裹體的甲烷拉曼散射峰v1（圖5-b、d、f），進(jìn)而計(jì)算室溫下甲烷包裹體的內(nèi)壓和密度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示龍馬溪組頁巖脈體中甲烷包裹體的甲烷拉曼散射峰v1主要分布在2 913.16～2 914.68 cm-1，對應(yīng)室溫下甲烷包裹體的內(nèi)壓和密度分別為21.71～27.12 MPa、0.168～0.199 g/cm3；五峰組石英脈中甲烷包裹體的v1峰主要分布在2 911.40～2 912.32 cm-1，對應(yīng)室溫下甲烷包裹體的內(nèi)壓和密度為33.98～41.64 MPa、0.229～0.254 g/cm3（圖5、表1）。PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體中甲烷包裹體的密度均高于甲烷的臨界密度 0.162 g/cm3，具有高密度特征。利用甲烷激光拉曼散射峰v1計(jì)算甲烷包裹體內(nèi)壓和密度的具體方法見本文參考文獻(xiàn)[14, 20-22]。

圖5 PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體中流體包裹體激光拉曼光譜特征圖

3.3 甲烷包裹體捕獲溫度和壓力

流體包裹體顯微測溫結(jié)果顯示PY1井龍馬溪組方解石脈中氣—液兩相鹽水包裹體的均一溫度為121.7～158.6 ℃（平均值為133.7 ℃），測溫結(jié)果與前人獲得的相同位置方解石脈中鹽水包裹體的均一溫度（128.5～156.4 ℃，平均值為135.7 ℃）一致[22]（圖6-a、表1）。PY1井五峰組方解石脈中鹽水包裹體的均一溫度為132.6～196 ℃，平均值為168.1 ℃；五峰組石英脈中鹽水包裹體的均一溫度為142.5～180.7 ℃，平均值為170.3 ℃（圖6-b、表1）。根據(jù)甲烷包裹體的密度和捕獲溫度，利用甲烷體系狀態(tài)方程計(jì)算獲得了PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體中甲烷包裹體的捕獲壓力[21]。PY1井龍馬溪組頁巖脈體中甲烷包裹體在133.7 ℃捕獲溫度下的捕獲壓力分布在38.6～49.5 MPa，五峰組石英脈中甲烷包裹體在170.3 ℃捕獲溫度下的捕獲壓力分布在74.1～88.5 MPa（圖7、表1）。

圖6 PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體中甲烷包裹體捕獲溫度分布圖

圖7 PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體中甲烷包裹體捕獲壓力及捕獲深度圖

表1 PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體中甲烷包裹體捕獲古壓力恢復(fù)結(jié)果表

3.4 PY1井埋藏史—熱成熟史重建

使用Platte River Associates的BasinMod-1D軟件模擬了彭水地區(qū)PY1井埋藏史—熱成熟史。埋藏史重建參考PY1井鉆錄井巖性和研究區(qū)地層分層資料，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造和沉積演化史資料[23-25]。前人利用多種技術(shù)手段重建了鄂西—渝東地區(qū)在燕山期—喜馬拉雅期的構(gòu)造隆升過程，其先后經(jīng)歷了“快速—緩慢—快速”階梯式隆升過程[23]。彭水地區(qū)開始抬升的時(shí)間約在145 Ma，早白堊世—晚白堊世早期（距今145～100 Ma）為第一期快速隆升階段，晚白堊世早期—中新世（距今100～20 Ma）為緩慢隆升階段；中新世至今為再次快速隆升階段。以齊岳山斷裂為界，以西的地區(qū)燕山構(gòu)造運(yùn)動以來的地層剝蝕量主要在3 000～3 500 m，以東地區(qū)剝蝕厚度較大，普遍超過了4 000 m[24-25]。熱史恢復(fù)采用古熱流法模擬，以頁巖熱成熟度Ro（2.46%～3.09%）[26-27]、現(xiàn)今地溫梯度及巖石熱聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)測定的五峰組—龍馬溪組頁巖經(jīng)歷的平均最高古地溫為約束條件[28]。

盆地模擬結(jié)果顯示模擬的鏡質(zhì)體反射率和溫度與實(shí)測數(shù)據(jù)具有很好的相關(guān)性，表明重建的埋藏史—熱演化史模型適用于研究區(qū)（圖8）。熱演化史模擬結(jié)果表明：晚志留世—早泥盆世，五峰組—龍馬溪組頁巖的Ro介于0.5%～0.7%，進(jìn)入早—中成熟階段；晚二疊世初期—中三疊世末期，受地層快速沉降和鄰區(qū)峨眉山玄武巖噴發(fā)造成的古熱流值升高的影響，頁巖在此期間迅速由晚成熟階段進(jìn)入過成熟階段；中三疊世末期—晚侏羅世末期為頁巖中干酪根生氣和液態(tài)烴熱裂解成頁巖氣階段。自晚侏羅世末期以來，燕山期—喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致彭水地區(qū)五峰組—龍馬溪組地層隆升，頁巖的熱演化過程趨于停止。燕山期構(gòu)造抬升前五峰組—龍馬溪組頁巖最大古埋深約為6 500 m，經(jīng)歷的最高古地溫約為215 ℃。

圖8 PY1井埋藏史—熱演化史重建圖

4 討論及地質(zhì)意義

4.1 頁巖氣層古流體壓力特征

流體包裹體巖相學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體捕獲了大量甲烷包裹體，說明甲烷包裹體捕獲于五峰組—龍馬溪組頁巖高過成熟階段或之后，此時(shí)干酪根生氣和液態(tài)烴已完全熱裂解為干氣。結(jié)合與甲烷包裹體共生的鹽水包裹體捕獲溫度較低（龍馬溪組捕獲溫度平均值為133.7 ℃，五峰組捕獲溫度平均值為170.3 ℃），推斷 PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體形成于燕山期—喜馬拉雅期地層構(gòu)造隆升過程。鹽水包裹體的均一溫度投影到頁巖埋藏史—熱演化史圖可知：五峰組頁巖石英脈形成于距今約124 Ma，古埋深約5 436 m（圖8），五峰組石英脈中甲烷包裹體捕獲壓力指示此時(shí)五峰組—龍馬溪組頁巖層壓力為74.1～88.5 MPa，對應(yīng)壓力系數(shù)為1.36～1.63，剩余壓力為19.6～34.1 MPa，頁巖處于中等超壓狀態(tài)；龍馬溪組頁巖脈體形成于距今約100 Ma，古埋深約4 158 m（圖8），龍馬溪組頁巖脈體中甲烷包裹體捕獲壓力指示此時(shí)五峰組—龍馬溪組頁巖層壓力為38.6～49.5 MPa，對應(yīng)壓力系數(shù)為0.93～1.18，頁巖已經(jīng)處于常壓狀態(tài)。

筆者通過流體包裹體分析揭示：涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組頁巖最大埋深階段由于頁巖層中含有大量熱裂解氣而處于中等—強(qiáng)超壓狀態(tài)，生成熱裂解氣產(chǎn)生的最大壓力（23.1 MPa/km）接近巖石靜巖壓力[21,29]；進(jìn)而推斷四川盆地及其周緣五峰組—龍馬溪組頁巖在構(gòu)造抬升前和抬升初期（最大埋深時(shí)期）總體均為超壓狀態(tài)[2]。彭水地區(qū)與涪陵地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖經(jīng)歷了相似的沉積—埋藏—成巖過程，頁巖具有相似的沉積環(huán)境和靜態(tài)評價(jià)指標(biāo)（最大埋藏深度、優(yōu)質(zhì)頁巖厚度、有機(jī)和無機(jī)礦物組成、有機(jī)質(zhì)類型、TOC、Ro等）[30]，彭水地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖在最大埋深階段也應(yīng)該處于異常高壓狀態(tài)。本次研究提供了新證據(jù)，發(fā)現(xiàn)從最大埋深階段（距今約145 Ma）抬升至距今約124 Ma，五峰組—龍馬溪組頁巖層仍保持中等強(qiáng)度超壓（壓力系數(shù)為1.36～1.63）。

4.2 頁巖氣層古流體壓力演化過程

模擬計(jì)算頁巖氣層古流體在地質(zhì)歷史過程中的壓力演化過程可以確定頁巖氣層內(nèi)含氣量的變化[29,31]。流體包裹體的熱力學(xué)研究是恢復(fù)頁巖氣層古溫度和古壓力的有效方法[32-33]。在由頁巖脈體流體包裹體確定的古溫壓和頁巖現(xiàn)今溫壓約束下及頁巖氣井埋藏史—熱演化史重建的基礎(chǔ)上，根據(jù)Duan等[34]的超臨界甲烷體系狀態(tài)方程模擬計(jì)算了PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖在燕山期構(gòu)造抬升過程中頁巖氣層壓力和壓力系數(shù)演化：

式中參數(shù)a1～a12、α、β、γ、臨界壓力pc、臨界溫度Tc、氣體常數(shù)R的具體數(shù)值見本文參考文獻(xiàn)[34]；Vc表示流體在臨界溫度Tc和臨界壓力pc下的體積；pr、Tr分別表示對比壓力、對比溫度，其量綱均為1。

不同p—T條件下的流體密度為：

式中mm表示流體的摩爾質(zhì)量。超臨界甲烷體系狀態(tài)方程提供了在不同地層溫度和含氣量條件下計(jì)算流體壓力的準(zhǔn)確方法。

現(xiàn)今實(shí)測PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖溫度、壓力和壓力系數(shù)分別為78 ℃、20.72 MPa和0.96，對應(yīng)的氣體密度為0.123 g/cm3。選取五峰組—龍馬溪組頁巖燕山期構(gòu)造抬升前（約145 MPa）的起點(diǎn)壓力和壓力系數(shù)分別為116 MPa和1.8，氣體密度為0.27 g/cm3。依據(jù)超臨界甲烷體系狀態(tài)方程，構(gòu)造抬升過程中頁巖壓力演化模擬設(shè)定為2種情況：①不考慮頁巖氣散失的理想條件下壓力和壓力系數(shù)演化過程，用來評估溫度對壓力和壓力系數(shù)的影響（圖9-a）；②在流體包裹體捕獲古溫壓約束下接近實(shí)際地質(zhì)過程的壓力和壓力系數(shù)演化過程（圖9-b）。第一種模擬計(jì)算，假設(shè)在構(gòu)造抬升和地層剝蝕過程中沒有頁巖氣散失，結(jié)果顯示：由于地層溫度降低，頁巖層壓力是降低的；但上覆地層剝蝕造成了頁巖層靜水壓力降低，導(dǎo)致頁巖層壓力系數(shù)顯著增大（可達(dá)3.1），突破了巖石的靜巖壓力（圖9-a）。由此可見，地層抬升剝蝕過程中，降溫只是造成壓力降低，壓力系數(shù)是升高的。第二種模擬計(jì)算，假設(shè)頁巖氣散失速率與地層抬升剝蝕速率呈正比，同時(shí)忽略頁巖孔隙回彈對壓力的影響[16,30]，模擬結(jié)果揭示彭水地區(qū)燕山期—喜馬拉雅期構(gòu)造抬升剝蝕過程中的壓力演化可分為三個(gè)階段。距今145～100 Ma，第一期快速抬升導(dǎo)致最大埋深階段五峰組—龍馬溪組頁巖生氣產(chǎn)生的異常高壓逐漸地演化為常壓狀態(tài)，頁巖層壓力由抬升初期的116 MPa經(jīng)過74.1～88.5 MPa（模擬取值80.8 MPa）降至38.6～49.5 MPa（模擬取值47.8 MPa），壓力系數(shù)由1.80降至1.15，對應(yīng)氣體密度由0.27 g/cm3降至0.195 g/cm3，第一階段頁巖層壓力的下降受控于頁巖層溫度降低和頁巖氣散失。第二階段（距今100～20 Ma），頁巖層壓力由47.8 MPa降至42.3 MPa，壓力系數(shù)由1.15升至1.16，對應(yīng)的氣體密度為0.195～0.189 g/cm3；頁巖層壓力系數(shù)略有升高指示壓力降低主要受控于頁巖層溫度降低，此階段為壓力的相對保持階段。第三階段（距今20～0 Ma），第二期快速抬升導(dǎo)致頁巖層壓力由42.3 MPa降至20.7 MPa，壓力系數(shù)由1.16降至0.96，對應(yīng)的頁巖氣密度由0.189 g/cm3降至0.123 g/cm3。

圖9 PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖層壓力演化過程圖

4.3 頁巖氣層埋藏和抬升過程中含氣量演化

在五峰組—龍馬溪組頁巖埋藏史—熱演化史—古流體壓力演化史模擬基礎(chǔ)上，根據(jù)Wei等[35]建立的頁巖總含氣量、吸附氣量和游離氣量儲集能力演化模型，模擬計(jì)算了PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖地質(zhì)歷史過程中的頁巖含氣量演化（圖10）。Wei等[35]建立的演化模型綜合考慮了頁巖TOC、孔隙結(jié)構(gòu)、溫度和壓力等控制頁巖甲烷吸附性能的參數(shù)，同時(shí)注意到了吸附相體積、含氣飽和度和水分的影響，能較客觀反映地質(zhì)過程。本次研究通過頁巖脈體中發(fā)育的高密度甲烷包裹體結(jié)合盆地模擬恢復(fù)了頁巖抬升階段古溫壓演化，利用超臨界甲烷體系狀態(tài)方程計(jì)算獲得最大埋深階段PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖總含氣量范圍為4.46～5.42 m3/t，模擬計(jì)算現(xiàn)今五峰組—龍馬溪組頁巖含氣量為3.05 m3/t，與現(xiàn)今實(shí)測含氣量具有較好的吻合度，表明頁巖含氣量地質(zhì)模型及含氣量計(jì)算選取的參數(shù)適用于彭水地區(qū)。模擬結(jié)果顯示：在埋藏階段，游離氣含量隨著地層埋深逐漸增加，并在最大埋深時(shí)達(dá)到最大值，隨后在地層抬升剝蝕階段降低；吸附氣含量具有與游離氣相反的演化趨勢。在抬升剝蝕階段，吸附氣含量從最大埋深處的0.67 m3/t增加到現(xiàn)今的1.43 m3/t，增加了0.76 m3/t。現(xiàn)今游離氣含量1.62 m3/t比最大埋深處4.04 m3/t低2.42 m3/t。游離氣含量降低量與吸附氣含量增加量的差值表明抬升過程中大部分游離氣轉(zhuǎn)化為了吸附氣，少量游離氣散失（1.66 m3/t），PY1井抬升過程中頁巖氣散失量約為最大埋深階段總含氣量的35.3%。

圖10 PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖埋藏—抬升過程中頁巖氣含量演化示意圖

4.4 燕山期構(gòu)造運(yùn)動是超壓和常壓頁巖氣差異富集的關(guān)鍵因素

通過五峰組—龍馬溪組頁巖流體壓力演化史—含氣量演化史的動態(tài)重建，可以定量表征其各個(gè)構(gòu)造時(shí)期頁巖氣層溫壓和含氣性變化特征。彭水地區(qū)與涪陵頁巖氣田對比，兩個(gè)地區(qū)頁巖儲層燕山期—喜馬拉雅期構(gòu)造抬升的起點(diǎn)壓力均為由生氣增壓產(chǎn)生的中等—強(qiáng)超壓狀態(tài)，而現(xiàn)今頁巖層壓力狀態(tài)差異明顯，前者演化為常壓頁巖氣田，后者仍然保持一定的超壓，筆者認(rèn)為燕山運(yùn)動Ⅱ幕（晚侏羅世末—早白堊世初）造成的差異構(gòu)造隆升可能是川東南超壓和常壓頁巖氣差異富集的關(guān)鍵控制因素。PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體流體包裹體捕獲古溫壓研究表明燕山運(yùn)動Ⅱ幕（距今145～100 Ma）導(dǎo)致彭水地區(qū)21%的起點(diǎn)含氣量散失，頁巖在此階段已經(jīng)卸壓為常壓狀態(tài)；而涪陵頁巖氣田由于構(gòu)造抬升較晚（距今約85 Ma），燕山晚期（Ⅲ、Ⅳ幕）—喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動對涪陵頁巖氣田和彭水地區(qū)影響相對較小，含氣量損失和壓力變化均較小。因此，晚侏羅世末—早白堊世初的燕山運(yùn)動Ⅱ幕可能是頁巖氣發(fā)生差異散失的主要時(shí)期，燕山運(yùn)動Ⅱ幕的差異改造是五峰組—龍馬溪組頁巖含氣性差異的主要原因。構(gòu)造改造的差異性決定了現(xiàn)今油氣成藏與油氣保存的差異。

5 結(jié)論

1）PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖脈體甲烷包裹體捕獲壓力恢復(fù)結(jié)合頁巖埋藏史—熱演化史重建揭示彭水地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖在最大埋深階段處于異常高壓狀態(tài)；構(gòu)造抬升至距今約124 Ma，頁巖層壓力為74.1～88.5 MPa，對應(yīng)壓力系數(shù)為1.36～1.63，頁巖處于中等超壓狀態(tài)；構(gòu)造抬升至距今約100 Ma，頁巖層壓力為38.6～49.5 MPa，對應(yīng)壓力系數(shù)為 0.93～1.18，頁巖已經(jīng)處于常壓狀態(tài)。

2）利用超臨界甲烷體系狀態(tài)方程模擬計(jì)算了PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖燕山期—喜馬拉雅期構(gòu)造抬升過程壓力演化特征和控制因素：第一階段（距今145～100 Ma）頁巖層壓力和壓力系數(shù)的下降受控于第一期快速抬升導(dǎo)致頁巖層溫度降低和頁巖氣散失；第二階段（距今100～20 Ma）頁巖層壓力系數(shù)略有升高指示壓力降低主要受控于上覆地層緩慢抬升剝蝕造成的溫度降低和靜水壓力下降，此階段為壓力的相對保持階段；第三階段壓力演化（距今20～0 Ma）類似于第一階段，第二期快速抬升導(dǎo)致頁巖層壓力和壓力系數(shù)進(jìn)一步降至頁巖層現(xiàn)今壓力狀態(tài)。

3）燕山期—喜馬拉雅期構(gòu)造隆升過程中PY1井五峰組—龍馬溪組頁巖散失了約35.3%的頁巖氣，其中，燕山運(yùn)動Ⅱ幕（145～100 Ma）散失了21%的頁巖氣，頁巖在此階段卸壓為常壓狀態(tài)；燕山運(yùn)動Ⅱ幕的差異改造可能是川東南超壓和常壓頁巖氣差異富集的關(guān)鍵控制因素。