黃瓜山構造五峰組-龍馬溪組頁巖巖相特征研究

劉達貴 田 蒙 劉 興 裴 鈺 楊 琳 曹 雯

（中國石油川慶鉆探工程有限公司地質勘探開發研究院）

0 引言

巖相是一定沉積環境中形成的巖石或巖石組合，它是沉積相的主要組成部分。目前國內外通常是依據礦物和紋層作為頁巖巖相分類指標[1-3]。因為礦物是組成巖石的基本物質單元，可以反映頁巖的基本特征；紋層則反映了其原始沉積環境，可以提供與形成過程有關的信息[4]。隨著頁巖氣勘探開發和頁巖巖相研究方法與技術的不斷深入，該分類方法沒有表征出頁巖生氣能力的缺陷日益凸顯[5]，與開發實踐要求的含氣量和有機碳含量（簡稱TOC，是指巖石中所有有機質含有的碳元素的總和占巖石總重量的百分比）評價結合較差。本文以黃瓜山構造H 202 井為例，擬從礦物角度出發并結合含氣量、TOC、孔隙度及脆性礦物含量對黃瓜山構造五峰組-龍馬溪組海相頁巖巖相進行研究，明確不同參數的巖相特征，并確定有利的頁巖巖相。

1 區域地質背景

研究區黃瓜山構造位于重慶市永川地區，在構造區劃分上處于四川盆地川南低陡構造帶，由北往南發育雁行排列的梳狀背斜構造，褶皺強度由北往南逐漸減弱。黃瓜山構造主要發育云錦向斜和來蘇向斜。H 202 井位于來蘇向斜東側斜坡帶，實鉆志留系龍馬溪組與下伏奧陶系五峰組和上覆志留系石牛欄組均呈整合接觸，垂厚341.65 m，其中龍一1亞段垂厚64.93 m，與威遠構造、長寧構造龍一1亞段垂厚相當。

實鉆龍馬溪組由上至下巖石顏色逐漸加深，上部為灰綠色、綠灰色頁巖夾灰色泥巖；中部為灰綠色、綠灰色頁巖，頁巖質較純，頁理普遍欠發育；下部頁巖顏色逐漸加深，呈深灰色、深灰黑色、黑灰色、黑色。生物化石較多，其中筆石最為豐富，可見黃鐵礦零星分布，偶見黃鐵礦條帶，底部見腕足等生物碎屑。

2 頁巖氣儲層特征

頁巖氣勘探開發評價中，常用含氣量、TOC、孔隙度及脆性礦物含量4 個參數評價儲層，其中最關鍵參數是含氣量，它是頁巖氣資源勘探評價的核心[6]。頁巖氣的成藏和富集是一個動態且復雜的地質過程，據前人研究，頁巖氣常以3種狀態賦存于頁巖中：游離氣富集于頁巖孔隙和裂縫中；吸附氣賦存于干酪根和黏土顆粒表面；少部分溶解氣以溶解狀態存在于干酪根、瀝青質或其他地層流體中[7-8]。游離態和吸附態是頁巖中天然氣主要存在方式[9-10]，游離氣和吸附氣隨溫度、壓力發生變化，游吸比也隨之變化。在頁巖氣勘探開發過程中，含氣量的確定較為復雜，方法多樣。雖然基于鉆井取心測試實驗法獲得的含氣量準確度較高[6]，但因取心成本高、耗時長、損失氣量多，開發井取心少，所以常用測井解釋法求取含氣量，測井解釋法求取頁巖含氣量包括兩部分：一是通過頁巖的物性參數計算頁巖的游離含氣量；二是通過TOC 和吸附含氣量之間的經驗關系計算吸附含氣量。兩者之和即為含氣量。另外，測井方法較為容易獲得TOC、孔隙度及脆性礦物含量這3個儲層參數。

3 儲層評價參數與頁巖巖相特征

本次為了對頁巖巖相進行定量分析，根據頁巖中石英、長石、方解石和黏土4種主要礦物建立巖相三角圖板進行研究，按成分占比20%、50%和80%將頁巖劃分為7 大類：硅巖、硅質頁巖、灰巖、灰質頁巖、黏土巖、黏土質頁巖和混合頁巖。在此基礎上進一步分為16 個小類：硅巖相、含灰硅質頁巖相、混合硅質頁巖相、含黏土硅質頁巖相、灰巖相、含黏土灰質頁巖相、混合灰質頁巖相、含硅灰質頁巖相、黏土巖相、含灰黏土質頁巖相、混合黏土質頁巖相、含硅黏土質頁巖相、黏土質/灰質頁巖相、黏土質/硅質頁巖相、混合頁巖相、灰質/硅質頁巖相[11]。

H 202 井五峰組-龍馬溪組取巖心樣品36 個進行全巖礦物組分分析，結果表明：取心段共發育4類巖石，分別是含黏土硅質頁巖、混合硅質頁巖、硅巖及含硅灰質頁巖，其中，含黏土硅質頁巖18 個（占比50.0%）、混合硅質頁巖14個（占比38.9%）、硅巖3個（占比8.3%）、含硅灰質頁巖1 個（占比2.8%），說明五峰組-龍馬溪組以含黏土硅質頁巖為主，混合硅質頁巖次之，硅巖及含硅灰質頁巖較少。

3.1 含氣量與頁巖巖相特征

頁巖氣地質評價方法規定海相頁巖含氣量下限為2 m3/t[12]，本次討論分別以含氣量6、4、2 m3/t 為分界點，將頁巖巖相分為4 類：高含氣量頁巖巖相（含氣量≥6 m3/t）、中含氣量頁巖巖相（4 m3/t≤含氣量<6 m3/t）、低 含 氣 量 頁 巖 巖 相（2 m3/t≤含 氣 量<4 m3/t）、特低含氣量頁巖巖相（含氣量<2 m3/t）。

H 202 井五峰組-龍馬溪組取巖心樣品17 個進行含氣量分析，結果表明：高含氣量頁巖巖心樣品2個（占17 個巖心樣品的11.8%），均為含黏土硅質頁巖；中含氣量頁巖巖心樣品5 個（占17 個巖心樣品的29.4%），其中混合硅質頁巖巖心樣品3 個，占比60.0%，含黏土硅質頁巖巖心樣品2 個，占比40.0%；低含氣量頁巖巖心樣品9 個（占17 個巖心樣品的52.9%），其中含黏土硅質頁巖巖心樣品7 個，占比77.8%，含硅灰質頁巖和混合硅質頁巖巖心樣品各1個，占比均為11.1%；特低含氣量頁巖巖心樣品1 個（占17個巖心樣品的5.9%），為混合硅質頁巖（圖1）。

圖1 頁巖巖相礦物組分劃分三角圖板及含氣量頁巖巖相

3.2 TOC 與頁巖巖相特征

頁巖氣地質評價方法規定海相頁巖有機碳含量（TOC）下限為2%[12]，本次討論分別以TOC4%、3%、2%為分界點，將頁巖巖相分為4 類：高有機碳含量頁巖巖相（TOC≥4%）、中有機碳含量頁巖巖相（3%≤TOC<4%）、低有機碳含量頁巖巖相（2%≤TOC<3%）、特低有機碳含量頁巖巖相（TOC<2%）。

H 202 井五峰組-龍馬溪組取巖心樣品36 個進行TOC 分析，結果表明：高有機碳含量頁巖巖心樣品6 個（占36 個巖心樣品的16.7%），其中含黏土硅質頁巖巖心樣品5 個，占比83.3%，混合硅質頁巖巖心樣品1 個，占比16.7%；中有機碳含量頁巖巖心樣品10個（占36 個巖心樣品的27.8%），其中含黏土硅質頁巖巖心樣品6 個，占比60.0%，混合硅質頁巖巖心樣品4 個，占比40.0%；低有機碳含量頁巖巖心樣品14個（占36 個巖心樣品的38.9%），其中含黏土硅質頁巖巖心樣品10個，占比71.4%，硅巖巖心樣品3個，占比21.4%，混合硅質頁巖巖心樣品1 個，占比7.1%；特低有機碳含量頁巖巖心樣品6 個（占36 個巖心樣品的16.7%），其中混合硅質頁巖巖心樣品4 個，占比66.7%，含黏土硅質頁巖和含硅灰質頁巖巖心樣品各1個，占比均為16.7%（圖2）。

圖2 頁巖巖相礦物組分劃分三角圖板及TOC頁巖巖相

3.3 孔隙度與頁巖巖相特征

頁巖氣地質評價方法規定海相頁巖孔隙度下限為2%[12]，H 202井取心段巖心分析孔隙度均大于2%，因此本文以孔隙度5%、4%、3%為分界點討論，將頁巖巖相分為4 類：高孔隙度頁巖巖相（孔隙度≥5%）、中孔隙度頁巖巖相（4%≤孔隙度<5%）、低孔隙度頁巖巖相（3%≤孔隙度<4%）、特低孔隙度頁巖巖相（孔隙度<3%）。

H 202井五峰組-龍馬溪組取巖心樣品36個進行孔隙度分析，結果表明：高孔隙度頁巖巖心樣品2個（占36個巖心樣品的5.6%），均為含黏土硅質頁巖；中孔隙度頁巖巖心樣品13個（占36個巖心樣品的36.1%），其中含黏土硅質頁巖巖心樣品9個，占比69.2%，混合硅質頁巖巖心樣品3個，占比23.1%，硅巖巖心樣品1個，占比7.7%；低孔隙度頁巖巖心樣品18個（占36個巖心樣品的50.0%），其中含黏土硅質頁巖巖心樣品11個，占比61.1%，混合硅質頁巖巖心樣品5個，占比27.8%，含硅灰質頁巖和硅巖巖心樣品各1個，占比均為5.6%；特低孔隙度頁巖巖心樣品3 個（占36 個巖心樣品的8.3%），其中混合硅質頁巖巖心樣品2個，占比66.7%，硅巖巖心樣品1個，占比33.3%（圖3）。

圖3 頁巖巖相礦物組分劃分三角圖板及孔隙度頁巖巖相

3.4 脆性礦物含量與頁巖巖相特征

本文以脆性礦物含量（石英、長石、方解石及白云石之和）80%、70%、60%為分界點討論，將頁巖巖相分為4類：高脆性礦物含量頁巖巖相（脆性礦物含量≥80%）、中脆性礦物含量頁巖巖相（70%≤脆性礦物含量<80%）、低脆性礦物含量頁巖巖相（60%≤脆性礦物含量<70%）、特低脆性礦物含量頁巖巖相（脆性礦物含量<60%）。

H 202 井五峰組-龍馬溪組取巖心樣品36 個進行脆性礦物含量分析，結果表明：高脆性礦物含量頁巖巖心樣品6個（占36個巖心樣品的16.7%），其中硅巖巖心樣品3 個，占比50.0%，含黏土硅質頁巖、混合硅質頁巖及含硅灰質頁巖巖心樣品各1 個，占比均為16.7%；中脆性礦物含量頁巖巖心樣品15 個（占36個巖心樣品的41.7%），其中含黏土硅質頁巖巖心樣品9 個，占比60.0%，混合硅質頁巖巖心樣品6 個，占比40.0%；低脆性礦物含量頁巖巖心樣品12 個（占36個巖心樣品的33.3%），其中含黏土硅質頁巖巖心樣品8 個，占比66.7%，混合硅質頁巖巖心樣品4 個，占比33.3%；特低脆性礦物含量頁巖巖心樣品3 個（占36 個巖心樣品的8.3%），均為含黏土硅質頁巖（圖4）。

圖4 頁巖巖相礦物組分劃分三角圖板及脆性礦物含量頁巖巖相

綜上所述，通過含氣量、TOC、孔隙度及脆性礦物含量頁巖巖相4個參數可知，高含氣量、高TOC、高孔隙度、高脆性礦物含量頁巖巖相為含黏土硅質頁巖，是該區頁巖氣勘探開發的優質頁巖巖相；其次為混合硅質頁巖；較差為硅巖及含硅灰質頁巖（表1）。

表1 頁巖巖相儲層特征

4 結論與認識

五峰組-龍馬溪組取心段共發育4 類巖石：含黏土硅質頁巖、混合硅質頁巖、硅巖及含硅灰質頁巖，其中含黏土硅質頁巖及混合硅質頁巖占比近90%。

高含氣量、高TOC、高孔隙度及高脆性礦物含量頁巖巖相為含黏土硅質頁巖，是該區頁巖氣勘探開發的優質頁巖巖相。