浙江臨安地區富有機質頁巖儲層特征

王俊濤

(安徽省地質調查院，安徽合肥 230001)

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浙江臨安地區富有機質頁巖儲層特征

王俊濤

(安徽省地質調查院，安徽合肥 230001)

通過X衍射、掃描電鏡等分析，研究了區塊內富有機質泥頁巖的儲層特征，探討了區內富有機質泥頁巖的儲層影響因素。臨安地區富含有機質泥頁巖的脆性礦物含量整體較高，均大于60%，利于壓裂，脆性礦物含量表現為荷塘組高、楊柳崗組次之、胡樂組低；黏土礦物一般小于35%，利于裂縫的形成及吸附，黏土礦物含量表現為胡樂組高、荷塘組次之、楊柳崗組低。整體來看，受構造運動及火山巖影響，臨安地區暗色泥頁巖的孔隙度和滲透率普遍較低，尤其是楊柳崗組和胡樂組整體偏低。

浙江臨安；有機質；頁巖氣；儲層特征

豐富的有機質是形成頁巖氣烴源巖的基礎。古生物學研究表明,緩慢的海平面變化有利于產生豐富的有機質，而快速的海平面變化則有利于保持豐富的有機質，形成良好的烴源巖。

頁巖是由多種礦物組成的，其中包含大量的黏土礦物、碎屑礦物及自生礦物。礦物組成決定著頁巖氣藏的品質，影響著氣體的含量[1]。

結合前人的研究和室內分析化驗資料表明，浙江臨安區塊寒武紀-奧陶紀的沉積層序中區域性的烴源巖主要發育于晚寒武世荷塘組、中寒武世楊柳崗組下段、中-晚奧陶世胡樂組3個暗色泥頁巖發育層段(表1)。以往對這3 套泥頁巖的研究,多集中于生烴潛力的評價，少有的一些礦物成分分析也僅僅限于某一區域或某一地層,缺乏對整個南方古生代3套泥頁巖礦物組成的系統研究。筆者通過對采集于南方古生界3 套暗色泥頁巖野外露頭樣品和部分巖心樣品的巖石礦物學分析, 研究了其礦物組成和分布,分析了其儲層物性。

表1 主要烴源巖發育層位

1 巖石礦物學特點

3套泥頁巖樣品分別采自研究區內典型剖面和參數井。奧陶系樣品主要分布于區塊東南角，寒武系樣品主要采于西南地區。樣品采集地點如圖1 所示。

根據全巖X射線衍射分析結果顯示(表2)，臨安地區早寒武世荷塘組暗色泥頁巖的主要礦物為石英、黏土礦物等，其中，石英的含量最高。荷塘組脆性礦物含量平均超過80%，其中大部分為石英，整體上具有良好的脆性和可壓性。

通過對臨安地區楊柳崗組露頭樣品的全巖X衍射分析發現，楊柳崗組主要礦物為石英、黏土礦物、長石等，次生礦物主要為黃鐵礦、菱鐵礦等，部分樣品還檢測出硬石膏和無水芒硝(表3)。

研究區胡樂組脆性礦物含量平均超過60%，其中大部分為石英，整體上具有良好的脆性和可壓性；但是與寒武系地層相比，胡樂組中石英含量較低，而黏土含量較高(表4)。

2 黏土礦物X衍射分析

黏土礦物相較于頁巖的其他礦物成分具有更多的納米孔隙，比表面積十分巨大[2]。且不同的黏土礦物組成，其比表面積也存在很大的差異性，如蒙脫石的比表面積明顯高于其他類型的黏土礦物。黏土巨大的比表面積為頁巖氣提供了可吸附的空間，大大改善了頁巖的吸附能力，但頁巖中過多的黏土礦物含量不利于天然裂縫和人工裂縫的改造[3]。因此從目前來看，最有利于頁巖氣形成和開發的黏土礦物含量為20%～40%。

圖1 采樣位置

根據黏土礦物X射線衍射分析結果顯示(表5、6、7)，各地區黏土礦物類型和含量均不同，主要分兩類：一為以伊利石(I)為主，其含量可高達 90%以上；二為以伊利石(I)、伊/蒙間層(I/S)為主。除此之外，還有高嶺石(K)和綠泥石(C)，綠泥石的含量在不同地區存在較大差異，而高嶺土普遍含量較低。

表2 荷塘組富含有機質泥巖全巖X衍射分析統計 %

表3 楊柳崗組富含有機質泥巖全巖X衍射分析統計 %

表4 胡樂組富含有機質泥巖全巖X衍射分析統計 %

表5 荷塘組富含有機質泥巖黏土礦物X衍射分析 %

表6 楊柳崗組富含有機質泥巖黏土礦物X衍射分析 %

表7 胡樂組富含有機質泥巖黏土礦物X衍射分析 %

黏土礦物組成的變化與成巖作用密切相關。根據研究區熱演化程度分析結果表明，荷塘組基本均處于晚成巖作用階段。據王行信等[4]研究表明，當巖石處于晚成巖作用階段，黏土礦物組成以富含伊利石、伊/蒙間層、綠泥石和高嶺石為特征，且成巖作用時間越長，伊/蒙間層和高嶺石含量越低。這與研究區的黏土礦物組成一致，同時也從側面驗證了研究區的熱演化程度處于過成熟階段。

綜上分析，臨安地區富含有機質頁巖層位荷塘組脆性礦物含量高，黏土礦物含量適中，利于頁巖氣富集及后期壓裂；楊柳崗次之；而胡樂組受成熟度的影響最差。

3 儲集物性特征

頁巖的物性特征一般呈現為低孔和特低滲，總孔隙度不大于10%。頁巖的孔隙包括宏觀微孔隙、微裂縫和微觀上的納米級孔隙。微孔隙和微裂縫不僅為頁巖氣提供聚集空間，也為頁巖氣提供運移通道，它們的存在大大改善了頁巖的滲流能力，直接影響著頁巖氣的產量[5]。另外，處于斷裂帶和裂縫發育帶的頁巖，其物性會有一定程度的改善，改善頁巖的孔隙度和滲透率[6]。

研究區早寒武世荷塘組泥頁巖的微孔隙較發育，普通掃描電鏡下觀察到其微孔隙主要包括溶蝕孔、顆粒粒間孔與粒內孔、微裂縫(圖2)，可以看出，巖石成分以泥質為主，碎屑少，巖石內孔隙少量，以微孔為主，面孔率小于1%，泥質形態不規則，其間碎屑顆粒少，微孔少，泥質、硅質等結合較緊密，部分微細孔隙內充填少量針狀礦物結晶，泥質成分以伊利石為主，溶蝕微細孔徑多為5～30 μm，部分相互連通。從荷塘組野外樣品分析的結果來看，臨安地區荷塘組頁巖的孔隙度和滲透率普遍較高，荷塘組樣品孔隙度為1.04%～22.82%，平均6.73%；滲透率為(0.052～6.1)×10-3μm2，平均1.98×10-3μm2，屬于低孔低滲型儲層。荷塘組中部分樣品由于天然裂縫的存在，致使頁巖的孔隙度和滲透率變高。

另外從楊柳崗組樣品掃描電鏡(圖3)中可以看出，巖石成分以泥質為主，碎屑少，巖石內孔隙少量，以微孔為主，面孔率3%～4%。泥質形態不規則，其間碎屑顆粒少，微孔較發育，多數相互連通，泥質間微細孔隙以溶蝕微孔為主，微細孔隙連通性好。楊柳崗組孔隙度為0.3%～13.7%，平均為5.1%，孔隙度普遍大于3%；滲透率為(0.04-0.10)×10-3μm2，平均為0.07×10-3μm2，屬于低孔超低滲儲層。

圖2 臨安地區荷塘組孔隙特征

圖3 臨安地區楊柳崗組孔隙特征

胡樂組樣品巖石成分以硅質為主，泥質少，巖石結構致密，孔隙不發育，面孔率少。巖石基質成分以硅質為主，微細孔隙零星分布。零星分布的溶蝕微孔，局部個別相互連通。孔隙度為2.64%～5.2%，平均為3.9%，普遍小于5%；滲透率為(0.04～0.214)×10-3μm2，平均為0.101×10-3μm2，屬于超低孔超低滲儲層。

4 頁巖儲層物性影響因素探討

整體來看，臨安地區暗色泥頁巖的孔隙度和滲透率普遍較低，尤其是楊柳崗組和胡樂組整體偏低。這可能是由于下揚子地區地層經歷多期構造運動、埋深較大且受火山巖影響，致使頁巖的孔隙度和滲透率變小。

泥頁巖中的裂縫對于儲層以及頁巖氣的運移和聚集作用是巨大的。泥頁巖中的裂縫按其成因類型可以劃分為構造裂縫和非構造裂縫兩種大的成因類型和12個亞類[7]。泥頁巖裂縫的發育情況會影響頁巖吸附氣與游離氣的含量。裂縫較發育的地方，有利于頁巖吸附氣的解析以及游離氣體積的增加[8-9]。但是，當裂縫規模過大或其密度較高時，可能會導致游離氣的散逸，不利于頁巖氣的成藏[10]。泥頁巖裂縫的發育情況會影響頁巖吸附氣與游離氣的含量。泥頁巖裂縫發育的控制因素主要包括巖性、礦物組成、巖石力學性質等內部因素和區域構造應力、沉積成巖作用、構造部位等外部因素[11]。

研究區早寒武世泥頁巖的脆性較大，加之印支-早燕山期的強烈擠壓和燕山期的拉張斷陷，使本區頁巖中剪節理和張裂縫大量發育。裂縫的存在增加了泥頁巖的孔隙度和滲透率。在野外剖面中均可見到大量節理和裂縫(圖4)。鑒于研究區自身的情況，對于失去生烴能力的早寒武世泥頁巖，規模較大或較為密集的裂縫發育會對頁巖氣藏產生破壞作用。

圖4 研究區荷塘組黑色頁巖剖面照片

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編輯：趙川喜

1673-8217(2016)06-00014-04

2016-05-31

王俊濤，博士，1983年生，2011年畢業于中國地質科學院，現從事油氣地質勘探。

中國地質調查局地質調查項目(12120114019801)；安徽省地質礦產勘查局科技項目(KJ2012-01)。

TE112.23

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