王恩澤，郭彤樓，劉波，董曉霞，張南希，王同

(1.北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京，100871；2.中國(guó)石油化工股份有限公司 西南油氣分公司，四川 成都，610041)

近年來(lái)，隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展，頁(yè)巖含油氣逐漸成為了未來(lái)石油勘探與開(kāi)發(fā)的最主要能源[1-9]。我國(guó)頁(yè)巖氣工業(yè)化勘探雖然起步晚于北美，但也在短時(shí)間內(nèi)取得了舉世矚目的勘探成就[1]，截至2020年底，全球共有4個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣工業(yè)化開(kāi)采，我國(guó)就是其中之一，年度產(chǎn)量達(dá)200×108m3[10]。在諸多含油氣盆地和層系中，四川盆地中淺層(2 000～3 500 m)的海相五峰—龍馬溪組頁(yè)巖是我國(guó)目前最主要的勘探開(kāi)發(fā)層系之一[10]。隨著勘探開(kāi)發(fā)程度以及對(duì)能源需求提升，深層(深度介于3 500～4 500 m)海相頁(yè)巖油氣勘探是必然趨勢(shì)[11-13]。研究表明，四川盆地南部深層龍馬溪組頁(yè)巖氣資源量約為16.3×1012m3，占區(qū)域總資源量的84%，深層海相頁(yè)巖氣勘探潛力巨大。然而，目前對(duì)于深層海相頁(yè)巖含油氣系統(tǒng)的研究仍然較少，對(duì)深層海相頁(yè)巖物性和含氣量的主控因素、與中淺層海相頁(yè)巖氣地質(zhì)特征及含氣量的差異不清楚。為此，本文作者通過(guò)四川盆地東南部林灘場(chǎng)構(gòu)造最新探井資料，系統(tǒng)闡明深層海相頁(yè)巖氣層地質(zhì)特征，識(shí)別不同的巖相，探討深層海相頁(yè)巖氣藏物性和含氣量的主控因素，建立含氣量定量預(yù)測(cè)模型，對(duì)比深層與中淺層海相頁(yè)巖氣層系地質(zhì)特征及含氣量差別，以便深化對(duì)深層海相頁(yè)巖氣系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并為未來(lái)相關(guān)頁(yè)巖氣勘探和開(kāi)發(fā)提供理論支持。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地是我國(guó)天然氣資源最豐富，勘探潛力最大的含油氣盆地之一，面積約為18×104km2[14-15]。龍馬溪組頁(yè)巖是盆地目前頁(yè)巖氣最主要的產(chǎn)層，其在盆地內(nèi)厚度分布在50～600 m 之間，深度范圍為2 000～7 000 m，主體巖性為粉砂巖、灰黑色和黑色頁(yè)巖，頁(yè)巖、粉砂巖互層。龍馬溪組頁(yè)巖目前普遍進(jìn)入成熟—高(過(guò))成熟階段，等效鏡質(zhì)體反射率為2.0%～3.6%[16]。研究區(qū)為四川盆地東南部林灘場(chǎng)構(gòu)造(圖1(a))，區(qū)域構(gòu)造上位于川東南隔擋式斷褶帶與黔北坳陷的交匯處，受川東南構(gòu)造演化的影響，主體發(fā)育NE 和NW 向斷裂，其中NE 向斷裂多為基底高角度逆沖斷裂[17]。LA井位于林灘常構(gòu)造南部，整體處于構(gòu)造平緩部位，龍馬溪組一段(龍一段)埋深較大(大于4 000 m)，主要為黑色頁(yè)巖。根據(jù)深度和巖性特征，將龍一段進(jìn)一步細(xì)分為上、中、下亞段，龍一下亞段可見(jiàn)薄層灰黑色鈣質(zhì)頁(yè)巖(圖2(c))。

圖1 研究區(qū)位置及LA井龍一段測(cè)井綜合柱狀圖Fig.1 Location of study area and LA well and strata column of the first member of Longmaxi Formation

2 深層海相頁(yè)巖氣層地質(zhì)特征

2.1 巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)及方法

不同巖相往往反映了差異的沉積環(huán)境，進(jìn)而導(dǎo)致不同的含氣地質(zhì)特征[10]。雖然人們對(duì)頁(yè)巖巖相研究起步較早[18]，但目前仍然處于探索階段[19-20]，尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。前人從不同角度提出了諸多巖相劃分方法，如：HAN 等[21]從礦物成分的角度對(duì)五峰—龍馬溪組頁(yè)巖對(duì)巖相進(jìn)行了劃分；在HAN 等[21]基礎(chǔ)上，ZHANG 等[22]加入有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為巖相劃分的參數(shù)之一，對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖的巖相重新進(jìn)行了劃分；武瑾等[23]采用了類似方法對(duì)鄂爾多斯盆地二疊系山西組頁(yè)巖巖相進(jìn)行了劃分。實(shí)踐證明，雖然劃分標(biāo)準(zhǔn)有所不同，但均可有效區(qū)分不同沉積環(huán)境下頁(yè)巖巖相，是頁(yè)巖地質(zhì)特征精細(xì)化研究的重要手段。

本文借鑒前人巖相劃分的方法和思路，采用礦物類型和有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)龍一段的巖相進(jìn)行識(shí)別和劃分(圖2)，在礦物學(xué)三端元?jiǎng)澐址椒ǖ幕A(chǔ)上，選取TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%作為富有機(jī)質(zhì)和貧有機(jī)質(zhì)的界限[24]，進(jìn)而對(duì)巖相進(jìn)行精細(xì)化劃分。

圖2 頁(yè)巖巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)示意圖(據(jù)文獻(xiàn)[23]修改)Fig.2 Lithofacies classification standard of shale in this paper (modified from Ref.[23])

2.2 礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)

XRD 是表征頁(yè)巖礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最常用且有效的手段。研究區(qū)龍一段不同類型礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)有明顯差異。黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，分布范圍為1%～62%，均值為44%。其次為硅質(zhì)礦物(28%～72%，均值為40%)，其中，石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(21%～67%，均值為32%)，長(zhǎng)石類礦物以斜長(zhǎng)石為主(3%～14%，均值為8%)，鉀長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。鈣質(zhì)礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(4%～31%，均值為13%)，其中以方解石為主(4%～17%，均值為10%)。

研究區(qū)龍一段深層海相頁(yè)巖巖石學(xué)三角圖如圖3所示[24]。根據(jù)不同礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，研究區(qū)共可識(shí)別出3 類頁(yè)巖，分別為硅質(zhì)頁(yè)巖(S)，混合質(zhì)頁(yè)巖(M)和黏土頁(yè)巖(C)。

圖3 林灘場(chǎng)構(gòu)造LA井龍馬溪組頁(yè)巖礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)三角圖(據(jù)文獻(xiàn)[24]修改)Fig.3 Ternary diagram of mineral composition of Longmaxi shale of LA well in the Lintanchang Area(modified from Ref.[24])

2.3 有機(jī)質(zhì)豐度

有機(jī)質(zhì)豐度是決定油氣藏資源潛力最主要的因素之一[25-26]，研究區(qū)深層龍一段TOC 豐度分布范圍為0.65%～6.43%，均值為2.45%，顯示出較大差異。在礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類的基礎(chǔ)上，不同類型頁(yè)巖的TOC 豐度有明顯不同(圖4)。硅質(zhì)頁(yè)巖的TOC 豐度明顯比混合和黏土頁(yè)巖的高，均值為5.4%；混合頁(yè)巖的TOC 豐度比硅質(zhì)頁(yè)巖的低，均值為3.0%；而黏土頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度最低，均值僅為1.3%。根據(jù)前人標(biāo)準(zhǔn)，本文以TOC 為2%作為有機(jī)質(zhì)豐度劃分的邊界值，由此可以進(jìn)一步區(qū)分出4類巖相，分別為富有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(RS)、富有機(jī)質(zhì)混合頁(yè)巖(RM)、貧有機(jī)質(zhì)混合頁(yè)巖(LM)和貧有機(jī)質(zhì)黏土頁(yè)巖(LC)。

圖4 林灘場(chǎng)構(gòu)造LA井龍馬溪組頁(yè)巖不同巖相頁(yè)巖TOC豐度箱型圖Fig.4 Box plot showing the TOC contents of different lithofacies of Longmaxi shale of LA well in the Lintanchang Area

2.4 物性特征

頁(yè)巖物性決定頁(yè)巖儲(chǔ)集性能，是評(píng)價(jià)優(yōu)質(zhì)資源甜點(diǎn)區(qū)的重要參數(shù)[27-30]。研究區(qū)深層龍一段孔隙度分布范圍為0.52%～10.81%，均值為3.75%。不同巖相頁(yè)巖孔隙度有明顯不同，其中，RS 頁(yè)巖孔隙度最高，均值為8.62%，其次為RM 頁(yè)巖，孔隙度均值為7.31%。LM 和CM 頁(yè)巖的孔隙度均值分別為2.61%和2.08%，明顯比前2種頁(yè)巖的低。

2.5 孔隙形貌和類型定性表征

為了更好地研究區(qū)深層海相頁(yè)巖孔隙類型，本文采取前人對(duì)頁(yè)巖孔隙的分類方法[18]，將頁(yè)巖孔隙分為3 種類型：有機(jī)質(zhì)孔(OM 孔隙)、骨架顆粒相關(guān)孔隙(FM 孔隙)和黏土礦物相關(guān)孔(CM 孔隙)。研究區(qū)龍一段頁(yè)巖FE—SEM掃描電鏡結(jié)果如圖5所示。

通過(guò)SEM 觀察，不同巖相頁(yè)巖的孔隙類型有明顯差異。對(duì)于RS 和RM 頁(yè)巖而言，OM 孔在有機(jī)質(zhì)中大量分布，孔隙形狀多樣，呈多邊形狀和不規(guī)則狀，孔徑分布范圍較大，從幾十納米到上百納米不等，可見(jiàn)部分孔隙連片的情況(圖5(a)和圖5(d))。同時(shí)，F(xiàn)M 和CM 孔隙在2 類巖相中也可以觀察到。FM孔主要以粒內(nèi)溶孔的形式存在，孔隙形狀不規(guī)則，孔徑相對(duì)較小，一般為幾十納米，且一般孤立存在(圖5(b))。CM 孔隙主要為黏土礦物之間出現(xiàn)的晶間孔(圖5(c))和黏土礦物與骨架顆粒邊緣或者黏土礦物之間的邊緣縫(圖5(f))。對(duì)于LM和LC頁(yè)巖，其FM和CM孔隙與RS和RM頁(yè)巖孔隙發(fā)育情況較相似(圖5(h)，(i)，(k)，(m))，而OM 孔隙的發(fā)育程度明顯較差，僅有少量孤立的OM 孔發(fā)育(圖5(g)，(j))，反映 出LM 和LC 頁(yè)巖TOC 豐度遠(yuǎn)比RS 和RM 頁(yè)巖相的低，導(dǎo)致OM 孔產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)有差距，單位有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育情況較差。

圖5 林灘場(chǎng)構(gòu)造LA井龍馬溪組頁(yè)巖SEM圖Fig.5 SEM images of Longmaxi shale of LA well in the Lintanchang Area

2.6 孔隙結(jié)構(gòu)定量表征

N2吸附是目前定量表征孔隙結(jié)構(gòu)的最主要手段之一[31]。研究區(qū)樣品N2吸附曲線和孔徑分布如圖6所示。根據(jù)IUPAC 提出的N2吸附等溫線分類方案，研究區(qū)龍一段頁(yè)巖屬于典型的IV 型逆S 型曲線(圖6)[24]。在相對(duì)壓力(P/P0)較低時(shí)，吸附量變化緩慢，表明樣品中存在微孔。當(dāng)相對(duì)壓力(P/P0)進(jìn)一步提升到0.4～0.5 時(shí)，吸附和脫附曲線開(kāi)始分離形成遲滯環(huán)；當(dāng)相對(duì)壓力繼續(xù)提高時(shí)，氮?dú)馕搅可仙黠@，表明頁(yè)巖樣品中存在一定數(shù)量的中孔和較大孔隙。研究區(qū)頁(yè)巖遲滯環(huán)屬于H2和H3混合型的遲滯環(huán)，指示存在墨水瓶、狹縫狀以及平行板狀孔隙。

圖6 林灘場(chǎng)構(gòu)造LA井龍馬溪組頁(yè)巖氮?dú)馕角€及孔隙分布(據(jù)文獻(xiàn)[24]修改)Fig.6 Typical Nitrogen adsorption curves and pore distribution of Longmaxi shale of LA well in Lintanchang Area

另外，研究區(qū)頁(yè)巖樣品微分孔容和孔徑的分布表明，樣品中的孔主要以孔徑為2～5 nm 的納米孔為主，孔徑大于10 nm的孔隙在整體孔隙系統(tǒng)中占比較小。

研究區(qū)頁(yè)巖比表面積和孔體積分布如圖7所示。從圖7可見(jiàn)：孔體積分布范圍為0.85～2.22 cm3/(100 g)，均值為1.45 cm3/(100 g)；比表面積分布范圍為7.59～31.86 m2/g，均值為16.41 m2/g。整體而言，比表面積和孔體積呈現(xiàn)較好的正相關(guān)性，不同巖相頁(yè)巖的孔體積和比表面積差異明顯，RS頁(yè)巖和RM頁(yè)巖的比表面積和孔體積明顯比LM和LC頁(yè)巖的高。

圖7 林灘場(chǎng)構(gòu)造LA井龍馬溪組頁(yè)巖孔隙體積-比表面積分布散點(diǎn)圖Fig.7 Plot of pore volume and specific surface area of Longmaxi shale of LA well in the Lintanchang Area

3 討論

3.1 深層海相頁(yè)巖儲(chǔ)層分形特征

分形理論最初由MANDELBROT 等[32]提出，用來(lái)描述物品的自相似性，自PFEIFERPER等[33]報(bào)道儲(chǔ)層孔隙網(wǎng)絡(luò)具有分形性質(zhì)之后，分形理論被廣泛應(yīng)用于表征儲(chǔ)層孔隙網(wǎng)絡(luò)的自相似性和復(fù)雜性。一般而言，多孔介質(zhì)的分形維數(shù)在2～3之間[34]；當(dāng)分形維數(shù)接近2時(shí)，孔隙網(wǎng)絡(luò)自相似性強(qiáng)，孔隙形狀規(guī)則；當(dāng)分形維數(shù)接近3時(shí)，孔隙網(wǎng)絡(luò)自相似性弱，孔隙形狀不規(guī)則。因此，分形維數(shù)是一個(gè)連接孔隙結(jié)構(gòu)和常規(guī)儲(chǔ)層參數(shù)的有效指標(biāo)[35-37]。

目前，諸多孔隙定量表征的手段都可以與分形理論相結(jié)合。對(duì)于N2吸附，分形維數(shù)的計(jì)算式見(jiàn)式(1)和式(2)[37]。

式中：V為P壓力下氮?dú)鈿怏w的吸附體積；V0為單個(gè)分子層的體積；P0為氣體飽和壓力；P為平衡壓強(qiáng)；C為常數(shù)；K為相對(duì)于的斜率；D為樣品的分形維數(shù)；K為式(1)中直線斜率。依據(jù)式(1)，理論上，當(dāng)孔隙網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)分形特征時(shí)，和應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)線性相關(guān)性，因此，可以求取式(1)中的直線斜率K。而樣品的分形維數(shù)即可通過(guò)式(2)計(jì)算得出。

通過(guò)式(1)和式(2)，計(jì)算研究區(qū)深層海相頁(yè)巖的分形維數(shù)，其計(jì)算結(jié)果和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 四川盆地東南緣林灘場(chǎng)構(gòu)造LA井深層龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層物性、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)及分形維數(shù)特征Table 1 Physical properties,pore structure parameters,and fractal dimension features of Longmaxi shale of LA well in the Lintanchang Area in the southeast of the Sichuan Basin

總體而言，研究區(qū)頁(yè)巖樣品分形維數(shù)分布較集中，分布范圍為2.66～2.78，說(shuō)明由于OM 孔、FM 孔和CM 孔多種類型并存，導(dǎo)致儲(chǔ)層的孔隙網(wǎng)絡(luò)較復(fù)雜，與前面SEM 觀察結(jié)果較一致；同時(shí)，不同巖相頁(yè)巖分形維數(shù)也有所區(qū)別，如RS 和RM頁(yè)巖的分形維數(shù)較大，為2.77～2.78，而LM 和LC頁(yè)巖分形維數(shù)均值分別為2.72 和2.71，表明由于OM孔發(fā)育情況的差異，導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不同。對(duì)于RS和RM頁(yè)巖而言，由于OM孔較發(fā)育，一些連片發(fā)育的OM孔會(huì)彼此接觸結(jié)合，進(jìn)而形成孔徑較大的OM孔(圖5(a))；對(duì)于LM和LC頁(yè)巖而言，OM孔發(fā)育情況較差，孔隙結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為孤立的OM，F(xiàn)M 和CM 孔，很少形成連片大孔的情況，因此，樣品分形維數(shù)更低。

3.2 頁(yè)巖物性和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)影響因素

由于頁(yè)巖具有自生自儲(chǔ)的特點(diǎn)，其物性和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于表征頁(yè)巖氣儲(chǔ)集性能和資源潛力有著重要的指示作用。為了分析研究區(qū)深層海相頁(yè)巖物性和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的主控因素，對(duì)比分析不同影響因素(TOC 豐度、石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)、黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)和分形維數(shù))與物性、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，見(jiàn)圖8。

圖8 林灘場(chǎng)構(gòu)造LA井龍馬溪組頁(yè)巖物性與孔隙參數(shù)相關(guān)性分析圖Fig.8 Correlation analysis of physical properties and pore structure parameters of Longmaxi shale of LA well in the Lintanchang Area

孔隙度、孔隙體積與比表面積與TOC 豐度相關(guān)分析顯示，海相頁(yè)巖TOC 豐度是物性和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(孔體積和比表面積)的主要控制因素之一，這表明OM孔在孔隙系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位，對(duì)頁(yè)巖物性貢獻(xiàn)較大；較高的TOC 豐度可以為OM 孔的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)，控制作用明顯。石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)頁(yè)巖物性和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)也有重要影響，主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：1) 較高的石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以提升儲(chǔ)層的抗壓實(shí)能力，使頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化和成巖演化過(guò)程中產(chǎn)生的OM 孔和CM 孔能較好地保存；2) 前人研究認(rèn)為龍馬溪組頁(yè)巖的硅質(zhì)普遍來(lái)源于生物硅[14]，因此，較高的石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)往往指示了較強(qiáng)的古生產(chǎn)力，可見(jiàn)，較高的石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)往往伴隨著較高的TOC豐度。

與石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)相反，黏土礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與孔隙度、比表面積以及孔體積均呈現(xiàn)有較明顯的負(fù)相關(guān)性關(guān)系。這主要是因?yàn)椋?) 黏土礦物因自身性質(zhì)對(duì)壓實(shí)作用的抵抗力較弱，較高的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)不利于頁(yè)巖演化過(guò)程中產(chǎn)生的孔隙保存；2) 對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖而言，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的黏土礦物往往指示了較大的陸源碎屑輸入量，輸入的陸源碎屑在一定程度上會(huì)稀釋有機(jī)質(zhì)，降低頁(yè)巖的TOC 豐度，進(jìn)而影響OM 孔的形成。因此，黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于頁(yè)巖的物性和孔隙結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性關(guān)系。

分形維數(shù)和儲(chǔ)層的物性以及孔隙結(jié)構(gòu)具有較明顯的正相關(guān)性。如前所述，儲(chǔ)層的分形維數(shù)主要受孔隙網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度的影響，當(dāng)OM 孔較發(fā)育時(shí)，儲(chǔ)層孔隙網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜，分形維數(shù)較高；當(dāng)OM孔發(fā)育情況較差時(shí)，儲(chǔ)層網(wǎng)絡(luò)較為均質(zhì)，分形維數(shù)較低。因此，分形維數(shù)整體上與儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)具有較明顯的正相關(guān)性關(guān)系，這與LIU等[38]的部分研究結(jié)果一致，即分形維數(shù)和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)具有正相關(guān)關(guān)系；本文結(jié)果與LIU等[38]的研究結(jié)果區(qū)別在于：本文結(jié)果表明分形維數(shù)與孔隙度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，而前人研究為負(fù)相關(guān)關(guān)系。究其原因是本文樣品主要以微孔為主，宏孔對(duì)于物性和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響較小，而LIU等[38]的研究樣品內(nèi)宏孔占比更高，因此呈現(xiàn)不同的規(guī)律。總體而言，針對(duì)不同孔隙結(jié)構(gòu)的樣品，需就分形維數(shù)對(duì)物性和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的作用進(jìn)行具體分析。

3.3 頁(yè)巖含氣量影響因素

頁(yè)巖的含氣量是考量頁(yè)巖資源潛力最直接的指標(biāo)，研究區(qū)不同影響因素和含氣量的相關(guān)性關(guān)系如圖9所示。從圖9可見(jiàn)：整體上，含氣量和TOC 豐度以及孔隙度均具有非常明顯的正相關(guān)性關(guān)系(圖9(a)和圖9(b))，考慮到孔隙度和TOC 豐度相關(guān)聯(lián)，可以認(rèn)為有機(jī)質(zhì)豐度是決定研究區(qū)深層海相頁(yè)巖含氣量最主要因素，這與前人對(duì)于中淺層海相頁(yè)巖氣系統(tǒng)的研究結(jié)果一致。

另外，頁(yè)巖中的水對(duì)于含氣量也有著不可忽略的影響。研究區(qū)頁(yè)巖的含水飽和度和含氣量呈現(xiàn)較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖9(c))。其主要是由于在實(shí)際地質(zhì)條件下，頁(yè)巖儲(chǔ)層中均含有一定數(shù)量的水，儲(chǔ)層中的水以充填或吸附的狀態(tài)賦存在孔隙中，而當(dāng)孔隙存在水時(shí)，水分子會(huì)和甲烷分子競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，從而導(dǎo)致頁(yè)巖對(duì)甲烷的吸附能力下降[39]。

圖9 林灘場(chǎng)構(gòu)造LA井龍馬溪組頁(yè)巖含氣量主控因素Fig.9 Gas content correlation analysis of Longmaxi shale of LA well in the Lintanchang Area

為了更準(zhǔn)確地定量表征不同影響因素對(duì)含氣量的控制作用，本文通過(guò)SPSS軟件對(duì)含氣量和地質(zhì)因素進(jìn)行多元回歸分析，分析多變量對(duì)含氣量的影響效果[2]，并構(gòu)建針對(duì)研究區(qū)深層海相頁(yè)巖的含氣量預(yù)測(cè)模型：

式中：Q為頁(yè)巖樣品含氣量；φ為孔隙度；Sw為含水飽和度；w(TOC)為TOC豐度。

式(3)中，不同因素前系數(shù)的絕對(duì)值代表影響因素的比重，系數(shù)的正負(fù)分別表示影響因素為建設(shè)性因素和破壞性因素。據(jù)式(3)可知，TOC 豐度是最主要的正向因素，而含水量雖然對(duì)于含氣量有負(fù)面影響，但是其影響遠(yuǎn)小于TOC 豐度和孔隙度產(chǎn)生的影響。針對(duì)本研究區(qū)，RS 和RM 頁(yè)巖是最有利的巖相，具有較高含氣量和較強(qiáng)的潛在勘探潛力。

3.4 深層與淺層海相頁(yè)巖氣系統(tǒng)地質(zhì)特征對(duì)比

為了揭示深層和中淺層海相頁(yè)巖氣系統(tǒng)含氣地質(zhì)特征的差異性，選擇四川盆地不同壓力系統(tǒng)區(qū)探井進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表2所示[24,40]。

壓力系數(shù)是頁(yè)巖氣層系保存條件的綜合體現(xiàn)。前人研究認(rèn)為，相比中淺層海相頁(yè)巖氣系統(tǒng)，深層頁(yè)巖氣系統(tǒng)的壓力系數(shù)明顯更高[11]。以林灘場(chǎng)構(gòu)造為例，LA 井龍一段深度普遍大于4000 m，壓力系數(shù)約為1.6[17,24]，明顯比同一地區(qū)深度在3 000 m 左右的LB 井的壓力系數(shù)高(約為1.0)[17,24]。從表2可見(jiàn)：頁(yè)巖含氣量、孔隙度隨著壓力系數(shù)的增加呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)。為了進(jìn)一步探討壓力系數(shù)對(duì)于頁(yè)巖含氣量的影響，選取四川盆地南部不同壓力系數(shù)的探井進(jìn)行對(duì)比，并提出TOC指數(shù)(含氣量與TOC豐度之比)和孔隙度指數(shù)(含氣量與孔隙度之比)這2 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以消除TOC 豐度和孔隙度差異對(duì)于含氣量的影響。這2個(gè)指數(shù)越大，表明單位TOC豐度(孔隙度)提供的含氣量越大。對(duì)比不同壓力系數(shù)探井的單位TOC 含氣指數(shù)和單位孔隙度含氣指數(shù)，結(jié)果如圖10所示[40]。從圖10可見(jiàn)：隨著壓力系數(shù)增大，TOC 指數(shù)和孔隙度指數(shù)呈現(xiàn)明顯增大的趨勢(shì)(圖10(a)和圖10(b))，3 口井(PA，JA 和LA)的TOC 指數(shù)均值分別為0.88，2.19 和3.05；孔隙度指數(shù)均值分別為0.80，1.38 和1.81，表明隨著埋藏深度增加，保存條件變好，壓力系數(shù)增大，含氣量明顯升高。因此，相比于中淺層頁(yè)巖氣系統(tǒng)，深層海相頁(yè)巖氣系統(tǒng)具有更廣闊的資源前景。然而，需強(qiáng)調(diào)的是，四川盆地深層頁(yè)巖熱演化程度存在差異。王玉滿等[41]提出海相頁(yè)巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)大于3.5%時(shí)會(huì)出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)碳化，使有機(jī)質(zhì)孔數(shù)量大幅度降低。因此，在深層頁(yè)巖氣勘探過(guò)程中，也應(yīng)注意熱演化成熟度不可過(guò)高。

表2 四川盆地不同壓力系統(tǒng)探井地質(zhì)特征及含氣量對(duì)比Table 2 Comparison of geological features and gas content under different pressure system of Sichuan Basin

圖10 不同壓力系數(shù)下TOC指數(shù)和孔隙度指數(shù)分布圖(JA和PA井?dāng)?shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)[40])Fig.10 TOC content and porosity indexes distribution under different pressure coefficients of Sichuan Basin(data of JA and PA wells from Ref.[40])

4 結(jié)論

1) 依據(jù)礦物類型和有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)四川盆地東南部深層海相龍馬溪組頁(yè)巖進(jìn)行評(píng)價(jià)分類，識(shí)別出4類巖相，即富有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖(RS)、富有機(jī)質(zhì)混合頁(yè)巖(RM)、貧有機(jī)質(zhì)混合頁(yè)巖(LM)和貧有機(jī)質(zhì)黏土頁(yè)巖(LC)。

2) 深層海相頁(yè)巖中發(fā)育3種類型的孔隙，分別為有機(jī)質(zhì)孔(OM 孔隙)、骨架顆粒相關(guān)孔隙(FM 孔隙)和黏土礦物相關(guān)孔(CM 孔隙)。不同巖相頁(yè)巖FM 和CM 孔隙發(fā)育程度相近。4 種巖相頁(yè)巖物性和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)差異主要由OM 孔隙發(fā)育差異引起。由于OM 孔隙較發(fā)育，RS 和RM 頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)較LM和LC頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。

3) TOC 豐度是深層海相頁(yè)巖物性、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)和含氣量的主要控制因素，TOC 豐度越高，OM 孔隙越發(fā)育，頁(yè)巖物性、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)越好，含氣量越高。研究區(qū)RS 和RM 頁(yè)巖是最有利的頁(yè)巖巖相，具有較高的含氣量和較強(qiáng)的勘探潛力。

4) 提出了TOC 指數(shù)、孔隙度指數(shù)這2 個(gè)指標(biāo)以評(píng)價(jià)不同壓力系數(shù)頁(yè)巖的含氣量。埋深增加，壓力系數(shù)越高，這2個(gè)指數(shù)越高，表明相比于中淺層頁(yè)巖氣系統(tǒng)，深層海相頁(yè)巖氣系統(tǒng)可能具有更廣闊的資源開(kāi)發(fā)前景。