中揚子宜昌地區寒武系水井沱組頁巖含氣性及影響因素

羅勝元，劉 安，李 海，陳孝紅，張 淼

(中國地質調查局 武漢地質調查中心，武漢 430205)

頁巖氣以游離態存在于天然裂縫和孔隙空間，或以吸附態儲存于礦物顆粒、有機質顆粒表面[1]，頁巖氣含氣量指頁巖中游離氣和吸附氣的總和。前人研究認為，頁巖有機碳含量、熱成熟度、礦物組成、物性結構、裂縫發育程度等自身因素以及地層埋深、地層壓力等外部因素，是影響頁巖含氣量的主控因素[2-7]。目前已發現的下寒武統頁巖氣工業氣井主要集中在四川盆地內部及周緣[8-11]，川中威遠、川西井研—犍為、黔南黃平等地區的筇竹寺組/牛蹄塘組頁巖氣測顯示活躍，現場解析總含氣量高，多口井獲得工業氣流。四川盆地外圍的中揚子地區廣泛發育厚度大、有機質含量高的下寒武統頁巖，但缺乏含氣的直接證據，大部分頁巖氣井含氣量較低或含較多氮氣[12-14]，少部分頁巖氣井含氣但規律性不強，高值局限在糜棱化破碎體系內[15]，勘探效果不甚理想，影響頁巖含氣性的主控因素也不明確。中揚子鄂西宜昌地區位于油氣勘探外圍地區，經歷了多期次復雜構造運動[16]，鉆井稀少，寒武系頁巖氣勘探程度較低。近年來，在宜昌地區獲得了寒武系頁巖氣勘探發現并有望實現勘探突破，該區是中揚子海相頁巖氣勘探的有利目標區之一。本文以已經取得工業突破的宜頁1井資料分析結果為基礎，結合宜地2井資料，分析宜昌地區下寒武統水井沱組頁巖含氣性特征，對含氣性影響因素進行了探討，以期為該地區頁巖氣資源潛力評價及后期勘探部署提供地質依據。

1 地質背景

宜昌地區處于中揚子褶皺帶川東北—大冶對沖干涉帶黃陵隆起西南緣(圖1)，西北與黃陵隆起相連，東北以通城河斷裂與當陽復向斜相鄰，西以天陽坪斷裂與宜都—鶴峰復背斜相接，總面積約2 150 km2。受黃陵隆起和西側天陽坪斷裂的控制，研究區呈單斜構造，地層為北東走向、南東傾向，產狀平緩，地層傾角為5°～15°，地表出露南華系—二疊系以及白堊系和黃陵花崗巖(圖1)，具有東南新、西北老的特點。研究區主體出露白堊系地層。

宜昌地區自南華紀以來進入相對穩定的構造—沉積階段，經歷了早加里東期的伸展裂陷、晚加里東期的會聚擠壓，海西—早印支期的伸展裂陷和晚印支—喜馬拉雅期的會聚擠壓抬升[17]，分別形成南華紀—早奧陶世的被動大陸邊緣盆地、中奧陶世—志留紀的前陸盆地、泥盆紀—早三疊世的克拉通盆地和中三疊世—早侏羅世的前陸盆地。晚燕山期區內經歷了強烈的變形改造，地層不均衡抬升并遭受大規模剝蝕，形成現今海相殘留盆地。宜昌地區在寒武紀早期處于臺地向深水陸棚過渡相帶，富有機質頁巖厚度變化大，燈影峽一帶早寒武世初期為臺地邊緣淺灘相的燈影組沉積，向西至秭歸泗溪、宜昌巖家河一帶為斜坡相—淺水陸棚相的巖家河下段沉積[18]。早寒武世早期的廣泛海侵，導致區內被深水陸棚廣泛覆蓋，并在陸棚—斜坡帶發育厚度較大的黑色巖系。

圖1 中揚子宜昌地區區域地質概況及鉆井位置

2 頁巖含氣性

2.1 含氣頁巖特征

部署于宜昌斜坡的宜頁1井鉆遇寒武系水井沱組頁巖86 m，埋深在1 786～1 872 m；巖性主要為暗色泥頁巖、灰質泥巖，發育細水平紋層，見豐富的浮游藻類生物化石(圖2)。研究區水井沱組頁巖具有良好的生烴物質基礎，頁巖有機質類型以Ⅰ型為主，有機碳含量為0.43%～10.45%，平均2.7%；有機質熱成熟度(Ro)平均為2.35%，現今處于過成熟演化階段。含氣頁巖層石英含量為12.5%～44.4%，平均29.33%，碳酸鹽含量平均為25.94%；黏土礦物含量平均為35.06%，且以伊/蒙間層為主，占57.41%，伊利石含量占32.59%。水井沱組富有機質頁巖為致密儲層，孔隙度為0.96%～3.32%，平均2.08%，主要分布在1.6%～2.8%；頁巖滲透率在(0.01～3.05)×10-3μm2之間。

2.2 氣測錄井

頁巖含氣量是評價頁巖氣資源潛力與衡量頁巖氣目標區是否具有經濟開采價值的重要指標[19]。氣測錄井、現場解析以及壓裂試氣，均顯示研究區具有良好的頁巖氣資源潛力。氣測錄井作為最直接、連續的半定量指標，可以有效反映氣體顯示的宏觀趨勢[20]，是表征頁巖含氣性的有效指標之一。宜昌地區多口頁巖氣井在鉆遇水井沱組黑色頁巖時具良好的氣測顯示。以宜頁1井為例，自上而下水井沱組氣測值整體升高，全烴從0.11%逐漸上升到2.71%，巖心置于水中氣顯強烈，收集的氣體點火可燃，火焰呈淡藍色。上部灰巖段全烴含量低，多為0.1%～0.2%，在井深1 744～1 745 m見氣測異常，全烴由0.123%上升到18.965%，甲烷由0.111%上升到14.143%，結合巖屑分析為裂縫含氣所致。1 790 m 以后全烴升至0.5%以上，1 837 m 以后全烴升至1%以上，1 855 m 以后全烴多升至1.5%，最高達到2.71%，甲烷含量為1.98%，揭示了該區下寒武統具有較好的頁巖氣勘探潛力。

2.3 現場解析

解析實驗是測量頁巖含氣量的最直接方法，參考石油天然氣行業標準《頁巖含氣量測定方法：SY/T 6940-2013》。在井口巖心出筒后，選擇約30 cm頁巖去除泥漿雜物，稱重后置于密閉金屬解析罐中，并記錄鉆遇地層時間、起鉆時間、到達井口時間和封罐時間。前3 h解析溫度采用泥漿循環溫度，3 h后在地層溫度條件下解析，記錄環境溫度和大氣壓力數據，采集含氣量隨時間變化數據，持續自然解析至解析速率小于10 cm3/d時中止解析。根據氣體狀態方程，將體積換算到溫度0 ℃、壓力101.325 kPa下，獲得解析氣含量。

圖2 中揚子宜昌地區宜頁1井寒武系水井沱組典型巖心照片

a.水井沱組中部發育的灰色含泥質灰巖及層間裂縫，1 799.4 m；b.黑色碳質泥巖中海綿古針化石及高角度微裂縫，1 846.93 m；c.黑色碳質泥巖中方解石脈體充填兩組相交高角度裂縫，1 868.74 m；d.黑色灰質泥巖夾泥質灰巖，1 829.35 m；e.巖層間揉皺變形，1 864.72 m

Fig.2 Typical core photos of Shuijingtuo Formation in well Yiye-1, Yichang area, Middle Yangtze region

損失氣量采用USBM方法計算獲得，解析初期解析氣量與時間平方根成正比[21]，繪制時間—解析氣量曲線并回歸到時間零點，即可推算出損失氣含量。殘余氣為頁巖自然解析終止后經粉碎釋放出的氣體體積。由于檢測儀器復雜，開采過程中產出難度大，本研究測試含氣量主要包括解析氣和損失氣。

對區內已實施的2口頁巖氣鉆井采用現場解析法測定頁巖氣含量。宜地2井自1 642.8～1 731.5 m共解析51塊巖心；宜頁1井水井沱組下段自1 762.38～1 938.27 m共解析59塊巖心樣品，解析時間通常持續20～30 h，含氣量數據如表1所示。圖3為宜頁1井現場解析氣量隨時間變化曲線，一階解吸3 h采用泥漿循環溫度，保證游離態氣體逸散速率與泥漿中逸散速率相同，模擬了頁巖自鉆遇—提升—地面這段時間中的損失量，表現出解析速率高的特征；解析氣量基本占總解析氣量的60%～85%，符合常規天然氣和致密砂巖氣中以游離氣為主的特點[22]。二階解吸使用地層溫度解析檢測時間長，解析速率變慢，后期累計氣量幾乎呈一條平直的線隨時間延伸，這與高階煤以吸附氣為主的解析特點類似[23]。由于頁巖中氣體分子的游離態和吸附態是一種相對平衡態，影響因素眾多且較為復雜，本研究假定損失氣和一階溫度解析出的氣體近似等于游離氣，二階加溫后解析出的氣體為吸附氣。

表1 中揚子宜昌地區宜頁1井水井沱組頁巖現場解析含氣量數據

圖3 中揚子宜昌地區宜頁1井頁巖現場解析特征

2.3.1 宜頁1井

宜頁1井解析含氣量在0.31～5.48 m3/t，平均為1.57 m3/t。水井沱組上部泥質灰巖段含氣性較差，含氣量為0.31～0.67 m3/t，平均0.44 m3/t，巖心浸水實驗氣泡較微弱。水井沱組下段連續含氣頁巖段(1 786～1 872 m)厚86 m，最小值為0.579 m3/t，最大值達到5.48 m3/t，平均為2.05 m3/t。統計表明(表1，圖4)，連續含氣量大于2 m3/t的累計厚度達44.05 m，大于3 m3/t的厚度為16.49 m，大于4 m3/t的厚度為8.41 m，在1 864.60 m處最大含氣量可達5.48 m3/t。

2.3.2 宜地2井

該井位于宜昌點軍區土城鄉，實鉆井深1 806 m，鉆井揭示水井沱組連續優質黑色頁巖厚度達72 m(1 656.09～1 728.09 m)，水浸試驗氣泡溢出強烈。水井沱組頁巖現場解析總含氣量為0.364～5.57 m3/t，平均1.85 m3/t，其中解析氣量為0.194～3.65 m3/t，頁巖下部含氣性最好，1 702～1 728 m深度段內平均含氣量可達4.16 m3/t(圖4)。現場解析收集到的氣樣組分中甲烷含量超過90%。

一般認為商業性頁巖氣開發的頁巖含氣量下限為2.0 m3/t，大規模開發的阿科馬盆地 Fayetteville頁巖、阿帕拉契亞盆地Marcellus頁巖和涪陵焦石壩頁巖含氣量分別為 1.70～6.23，1.70～2.83，6.1 m3/t。與北美商業性開發的頁巖氣相比，宜昌地區水井沱組頁巖含氣量已達到頁巖氣開發下限，具備商業性開發價值。

3 頁巖氣含量影響因素

3.1 巖性與含氣量

宜昌地區以水井沱組富有機質頁巖為目的層的鉆井普遍有含氣顯示，但現場解析結果顯示，含氣量在不同層位有較大差異。縱向上，底部優質頁巖段含氣量最高，自下而上水井沱組頁巖總含氣性逐漸降低(圖4)。水井沱組巖性主要為碳質頁巖、鈣質頁巖、泥灰巖和灰巖、硅質白云巖，巖性與含氣量具有對應關系(圖5)，碳質頁巖最高，一般為1.19～5.48 m3/t，平均2.93 m3/t；鈣質頁巖次之，一般為0.58～2.57 m3/t，平均 1.08 m3/t；灰巖、泥灰巖較低，介于0.31～1.37 m3/t，平均0.73 m3/t；硅質白云巖最低，平均不超過0.50 m3/t。

研究區巖性與含氣量對應關系較好，巖性直接反映沉積環境。水井沱組下段為陸棚相沉積的黑色碳質頁巖、薄層鈣質頁巖，夾深灰色泥晶灰巖透鏡體，陸棚水體較深，藻類等有機質體在埋藏后期生烴并滯留頁巖中，實測含氣性最高，灰黑色碳質泥頁巖總含氣量平均3.85 m3/t。水井沱組中段陸棚內緣斜坡帶主要沉積鈣質頁巖，泥、灰巖互層使有機質稀釋，且灰質含量較高不利于有機質的保存，其含氣量較陸棚碳質泥巖低，實測含氣量平均為2.27 m3/t。水井沱組上段主要為局限臺地相深灰色泥質灰巖，泥質含量少，含氣性最低，總含氣量低于0.5 m3/t。

3.2 有機碳含量與含氣量

分析測試結果顯示(圖4)，水井沱組頁巖有機碳含量(TOC)分布于0.43%～10.45%之間，平均為2.97%，其中大于2%的樣品達58%以上，有機碳含量相對較高，且自上而下有機碳含量逐漸增大，總體上頁巖具有良好的原始生氣基礎。研究表明，隨著頁巖有機碳含量增大，解析氣含量和總含氣量不斷增大(圖6)，解析氣含量與頁巖的總有機碳含量之間存在很強的正相關關系，擬合系數(R2)達0.866 4，表明有機碳含量是控制吸附氣含量的主要因素。高TOC的頁巖中氣體賦存主要與有機質顆粒有關，原因是TOC越高，頁巖生氣量越大，有機質孔越發育；高TOC頁巖通常具有較高的孔隙度和含氣飽和度，增大了游離氣存儲空間[24]。并且泥頁巖微孔、中孔比表面積隨著TOC增加而增大[23]，微孔隙越發育，微孔比表面積越大，加之有機質表面具親油性，對氣態烴的吸附能力較強，吸附氣含量也隨之增大。

圖4 中揚子宜昌地區宜頁1井和宜地2井含氣性及地化參數對比

圖5 中揚子宜昌地區宜頁1井水井沱組巖性與含氣量關系

圖6 中揚子宜昌地區宜頁1井水井沱組頁巖解析氣含量與TOC關系

3.3 礦物組分與含氣量

頁巖中的無機礦物成分主要為黏土、石英和方解石，其組成變化影響了頁巖的孔隙結構，進而影響氣體的吸附能力[25]。研究區水井沱組下部黑色頁巖中見大量生物結構石英，頁巖含氣量與石英含量成明顯正相關關系(圖7a)，兩者相關系數R2可達0.5。由于石英具有強的抗壓實能力，可構成剛性格架，有利于孔隙的保存，因此石英含量越高，孔隙度越大，含氣量越高。此外水井沱組頁巖中普遍存在黃鐵礦，巖心觀察表明，黃鐵礦多呈毫米級的草莓狀、顯微星點狀散布于頁巖中，斯倫貝謝測井解釋含氣頁巖層黃鐵礦重量百分比在0.2%～6.22%，平均為2.55%。黃鐵礦與有機碳含量、含氣性呈同步正向變化(圖7b)，表明頁巖原始沉積時的還原環境有利于有機質的保存，高的海洋生物生產力使有機碳大量輸入的同時產生高強度的硫酸鹽還原環境，水體或孔隙水中的S2-以鐵的硫化物形式和有機質同時埋藏起來，這類沉積的原生黃鐵礦大量發育是強還原環境的體現。

頁巖含氣量與碳酸鹽礦物含量呈弱負相關性(圖7c)。根據對水井沱組頁巖層段礦物組分特征分析，頁巖中碳酸鹽礦物含量較高，方解石含量為3.6%～40.6%，白云石含量為1.2%～24.6%，碳酸鹽含量平均約26%，其含量的增加會降低頁巖的孔隙，使游離態氣儲集空間減少，特別是方解石在埋藏過程中常發生膠結作用，將進一步減少孔隙空間。

黏土礦物是頁巖的重要組成部分，宜頁1井含氣量與黏土礦物關系不大(圖7d)。前人研究表明[26-27]，黏土礦物具有較小的顆粒體積和較大的微孔體積和比表面積，由于礦物晶體結構和形態的差異，導致頁巖主要礦物組分對甲烷吸附能力存在差異，對甲烷吸附量依次為蒙脫石>伊蒙間層>高嶺石>綠泥石>伊利石>砂巖>石英。研究區水井沱組頁巖中黏土礦物含量占比較高，吸附氣量與黏土礦物含量相關性低的原因較為復雜。一方面，黏土礦物含量的增加有利于形成與黏土礦物相關的晶間孔和收縮縫等儲集空間[27]，對游離氣含量增加有利，高含量的伊/蒙間層對頁巖氣還具有較強的吸附能力，有利于頁巖吸附氣量的提升；另一方面，高黏土含量通常造成儲層束縛水含量較高，降低游離氣飽和度。本研究含氣量與黏土礦物含量相關系數較低，可能與頁巖中束縛水飽和度很高有關。宜頁1井核磁共振測井表明，1 840～1 872 m優質頁巖儲層的核磁總孔隙度較高，平均約3%～4%，但大部分為黏土束縛水，頁巖有效孔隙度相對較低，平均為1.9%～2.9%，束縛水孔隙度在1.0%～2.0%之間。前人的研究也表明，黏土礦物表面吸附的水分子會擠占甲烷分子的吸附空間[28]，有效孔隙度的降低會減少游離氣存儲空間，最終導致含氣量與黏土礦物含量相關性較低。

3.4 孔隙度與含氣量

儲集空間大小是影響頁巖氣含量及頁巖氣賦存狀態的重要因素[18]。研究區水井沱組頁巖致密，孔隙度平均為1.6%～2.8%，其中孔隙度在1%～3%之間的樣品占77%，孔隙度大于3%的樣品占19.7%；滲透率在(1～3)×10-3μm2，為典型的低孔低滲頁巖儲層。對宜地2井、宜頁1井實測孔隙度與解析氣含量的統計表明，兩者存在一定的正相關性(圖8a)。高TOC含量的頁巖具有較高的孔隙度和含氣飽和度，表現出高的游離氣含量。水井沱組頁巖孔隙類型可分為有機質孔、黏土礦物孔、脆性礦物孔，以有機質孔和黏土礦物間孔為主，其中有機質納米孔分布最為廣泛，為頁巖氣吸附提供了最主要的儲存空間，表現為吸附氣量與頁巖孔隙度具有正相關性。

圖7 中揚子宜昌地區水井沱組頁巖含氣性與礦物含量相關性

除了孔隙體積外，孔隙結構也能影響頁巖的儲集能力，進而影響頁巖含氣量。用壓汞和液氮吸附聯測，觀察頁巖中納米孔徑的分布，宜地2井頁巖主要發育微孔和介孔，發育少量的大孔，孔徑主要分布在0.5～1 nm和13～15 nm之間，其中小于2 nm的孔隙占40%～70%，2～50 nm孔徑的孔隙占25%～40%，少量大孔的孔徑達到數百到數千納米(圖8b)。水井沱組頁巖孔隙以有機質微孔和介孔為主，大孔發育較少，介孔孔體積在總孔體積中占優，表明黏土礦物與石英礦物含量控制著頁巖游離氣的貯存空間；微孔與介孔比表面積大致相當，主要以小于10 nm的孔隙提供了大量比表面積，這類孔隙以有機質孔為主要代表，控制了頁巖的吸附能力。此外，由于大孔孔徑超過了最大的有機孔徑，表明無機孔是其大孔的主要貢獻者。綜上分析，水井沱組頁巖含氣性與孔隙度正相關，但兩者相關系數較低，頁巖中微孔隙分布差異是導致含氣量差異的主要因素。

圖8 中揚子宜昌地區水井沱組頁巖孔隙度特征

3.5 裂縫發育與含氣量

雖然頁巖地層普遍含氣，但目前具有工業勘探價值的頁巖氣藏或甜點主要依賴于頁巖地層中具有一定規模的裂縫系統。在美國的大約3 000口鉆井中，鉆遇具有自然工業產能的裂縫性甜點的井數只有約10%，表明裂縫系統是提高頁巖氣鉆井工業產能的重要影響因素[29-30]。裂縫發育在大部分頁巖中，以多種成因(壓力差、斷裂作用、順層作用等)的網狀裂縫系統為特征，裂縫、溶蝕頁理縫是主要的儲集空間。裂縫對儲層物性的影響主要表現在其對儲集空間的調整和滲濾通道的形成[31-32]，裂縫發育帶不但提供了游離態頁巖氣儲滲空間，而且天然微裂縫有助于與水力壓力體積改造形成的裂縫形成網狀裂縫，為頁巖氣的運移、聚集提供了輸導通道。

宜頁1井水井沱組頁巖天然裂縫發育(圖2a，圖9)，巖心可見大量構造成因的天然裂縫，包括高角度斜交裂縫和水平層理縫，裂縫多被方解石等高阻礦物全部或部分充填。高角度斜交裂縫最發育，縫寬多小于1mm，多被方解石脈體充填；水平裂縫寬度多小于1 mm，常被方解石和泥質充填。利用FMI成像測井資料對水井沱組—巖家河組裂縫統計，目的層1 820～1 874 m深度段發育高阻縫222條，裂縫主頻為65°～75°；1 740～1 820 m發育高阻縫91條，裂縫主頻為80°～90°；1 874～1 925 m發育高阻縫115條，裂縫主頻為80°～85°。裂縫走向與其西南部的天陽坪斷層走向接近(圖9a)，表明其受區域構造應力的控制。對高阻縫垂向分布統計表明，水井沱組高阻縫密度在第5小層和第2小層最高，達到8～12條/m。

圖9 中揚子宜昌地區宜頁1井水井沱組裂縫分布特征

裂縫密度及氣走向分散性是控制頁巖氣產能的重要地質因素之一[31-33]。宜頁1井水井沱組頁巖裂縫發育區遠離邊界天陽坪斷裂，對頁巖氣富集產出具有積極意義，水井沱組下部頁巖含氣量與裂縫發育密度有較好的對應關系(圖9b)，兩者相關系數R2>0.4。1 854.35～1 870.84 m深度段含氣量高，巖心揭示該段發育水平縫、垂直縫和高角度斜裂縫，大部分被方解石充填。水井沱組底界面1 863.9～1 871.51 m處黑色碳質泥巖中發育順層滑動作用(圖2e)。近水平的滑脫帶的位置和特性受微妙的巖性變化控制，碳質泥巖具有巖性軟、強度低、密度小、易發生變形的特點，特別是位于底板巖家河組堅硬硅質白云巖之上的碳質泥巖，更容易發生結構、形態和體積的變化，變形產生的鏡面擦痕呈與層面斜交的波浪狀。水井沱組頁巖底部儲層致密，TOC含量和成熟度變化不大，隨著頁巖儲層裂縫發育程度的增加，在1 854.35～1 870.84 m深度總含氣量最高，頁巖氣顯示良好，均與裂縫發育密切相關，天然裂縫增加了頁巖的含氣性和產量。

3.6 地層壓力與含氣量

水井沱組較低的游離氣占比還與地層常壓狀態有關。對全球典型頁巖氣產區的游離氣含量統計表明(圖10)，不同地層壓力背景下的含氣性構成差異十分明顯。焦石壩志留系龍馬溪組以游離氣為主，現場解析獲得的游離氣含量占56%～65%，產氣段地層壓力系數為1.4。北美頁巖中游離氣含量在40%～80%之間，其中Antrim為生物氣，含氣量1.13～2.83 m3/t，地層為常壓；Lewis為熱解氣、低壓，2套頁巖均以吸附氣為主，含氣量較低(小于2 m3/t)；Barnett、Marcellus、Haynesville等頁巖氣層多為超壓，含氣量高(2～9.9 m3/t)，以游離氣為主，吸附氣含量不超過50%。

3.7 其他因素

除上述地質因素外，有機質成熟度、頁巖厚度、埋深等多種地質要素也會影響頁巖地層含氣量。

圖10 國內外典型區塊頁巖含氣性、吸附氣比率及與地層壓力間關系據文獻[34]，有修改。

(1)當Ro在1.0%～3.5%時，頁巖有機質成熟度越高，越有利于聚集成藏。對于熱成因型氣藏，含氣量隨頁巖有機質成熟度的增高而逐漸增大。根據北美和我國南方海相頁巖氣勘探與生產實踐[35-36]，北美頁巖氣開發區成熟度最高的是Marcellus 頁巖，Ro為1.0%～3.5%，但Ro>3.0%的頁巖分布面積不到1/10。商業性頁巖氣藏的Ro一般處于2.0%～3.5%，成熟度過高時(Ro>3.5%)介孔與微孔孔容之和一直增加，但其比表面積在Ro>3.5%之后有減少的趨勢[36]，對吸附氣保存不利。宜昌地區水井沱組頁巖的一個顯著特點是熱成熟度相對較低，實測Ro均低于3.0%。黃陵隆起作為元古代剛性基底，構造穩定，磷灰石裂變徑跡測試數據揭示，黃陵隆起及其周緣地區沉積蓋層經歷了一個單向冷卻的過程，晚三疊世—中侏羅世和早白堊世早期已埋藏至地下210 ℃地熱等溫線后，并未經歷后期中高溫加熱[37]，現今測得的黃陵隆起周緣地區地溫梯度僅2.17 ℃/hm。隆起周緣地區寒武系等古老頁巖在埋藏過程中經歷的最大古地溫較低，頁巖熱演化程度相應較低，對頁巖氣形成富集有利。

(2)頁巖厚度在一定程度上控制著頁巖氣藏規模大小及經濟效益。理論研究表明，泥質巖層厚度大于1 m時就可以起到封蓋作用[14]，但實際上必須考慮到巖性橫向上的穩定性，烴類氣體總是在最薄弱的地區散失。頁巖層厚度的增大會減小或堵截連通孔喉垂向上的連通性，防止氣體擴散，地質歷史時期氣體擴散強度與蓋層的距離(厚度)呈正比。因此具有工業價值的含氣頁巖層厚度下限為15 m，具有良好經濟效益的優質頁巖氣藏的頁巖厚度應大于30 m。宜昌地區已發現的頁巖氣井水井沱組頁巖厚度大于70 m，具有一定的頁巖氣藏規模，同時對頁巖氣具有較好的封隔保存。

(3)物性資料研究表明，在沒有裂隙和斷層發育的情況下，泥質頁巖在埋深加大、時代變老、熱演化程度升高時，由于上覆地層的壓實作用加大，泥巖孔喉半徑、最大連通孔喉半徑減小，孔隙度、滲透率減低，擴散系數也變小，比表面積、密度、硬度增大，突破壓力也增大，頁巖的封蓋能力變好[38-39]。宜昌地區埋深對頁巖氣含量有直接影響，如宜地2井、宜頁1井水井沱組頁巖最大埋深超過1 700 m, 頁巖含氣性好。與之鄰近的秭地2 井水井沱組底部埋深不超過360 m，該井現場解析氣體組分中氮氣含量平均高達44.63%，表明在埋深較淺條件下，頁巖氣的保存條件差，含氣性低。

4 結論

(1)宜昌地區水井沱組頁巖含氣性高，鉆井氣測異常明顯，現場解析2口井110件頁巖樣品表明，含氣頁巖段厚86 m，主要分布在水井沱組下部，巖性以黑色碳質頁巖、灰質頁巖為主。頁巖含氣量在0.32～5.48 m3/t之間，平均為1.57 m3/t，自上而下含氣量增加；連續含氣量大于2 m3/t地層厚44.05 m。水井沱組頁巖含氣量整體較高，具備商業性開發價值。

(2)巖性與含氣量對應關系較好，水井沱組下段黑色碳質頁巖總含氣量平均3.85 m3/t，中段鈣質頁巖含氣量平均2.27 m3/t，上段泥灰巖含氣量最低，一般低于0.5 m3/t。頁巖含氣性受諸多因素影響，頁巖總有機碳含量、頁巖礦物組分、孔隙度和孔隙結構，以及頁巖裂縫發育程度、地層壓力等是影響頁巖含氣性的重要因素。

(3)解析氣含量與頁巖總有機碳含量之間存在很強的正相關關系，表明有機碳含量是控制含氣量的主要因素。頁巖含氣量與石英含量成明顯正相關性，與碳酸鹽礦物含量呈弱負相關性，與黏土礦物含量關系不大。吸附氣量與頁巖孔隙度具有正相關性，還受頁巖孔隙結構的影響；此外含氣量還與儲層裂縫發育程度和地層壓力密切相關。