淡水湖相頁巖小層精細劃分及地球化學特征
——以四川盆地侏羅系大安寨段為例

2019-11-13 10:37:18易海永趙容容岑永靜李育聰

石油實驗地質 2019年5期

王瑋，黃東，易海永，趙容容，岑永靜，李育聰

(1. 油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059；2.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院，成都 610400；3.中國石油西南油氣田公司油氣資源處，成都 610400)

四川盆地海相頁巖氣勘探開發成果顯著，目前已建成我國國家級頁巖氣示范區(長寧—威遠頁巖氣示范區)[1-6]。在盆地海相頁巖氣勘探開發快速發展的同時，要實現頁巖氣的可持續發展，拓展頁巖油氣勘探開發領域，湖相頁巖是目前比較現實的對象之一?！笆濉币詠?，各大油氣公司已相繼在四川盆地侏羅系自流井組大安寨段湖相頁巖中試驗性地開展了油氣勘探工作，見到了一定成效。國內外頁巖油氣勘探開發實踐證實，縱向上優質頁巖的分布是水平井巷道選擇的關鍵，直接關系到水平井的實施和體積壓裂的效果[7-9]。因此，開展湖相頁巖小層精細劃分和對比以及優質頁巖地球化學特征研究，是關系湖相頁巖油氣勘探開發前景的重要內容，這些指標與頁巖油氣規模效益勘探開發息息相關。

1 區域地質背景

晚三疊世末開始，四川盆地進入侏羅紀紅色盆地演化階段，此時盆地周緣被龍門山古陸、大巴山古陸、康滇古陸所包圍，在此古構造—沉積背景下，早侏羅世大安寨段沉積時期主要發育內陸淡水湖相沉積(圖1)。該時期是盆地侏羅紀自流井組沉積期三次湖侵中規模最大、范圍最廣的一次。該時期在湖盆四周主要沉積了一套紫紅色、灰綠色泥巖夾粉砂巖或泥灰巖的濱湖相地層；在盆地的西北和東北緣，由于緊鄰古陸剝蝕區，陸源碎屑豐富，主要為一套含介殼粉砂巖、砂巖的河流相沉積地層。在湖盆中部，主要沉積了一套褐灰色—黑灰色介屑灰巖和深灰—黑色泥頁巖的淺—半深水湖相沉積地層，由于該沉積相帶遠離物源區，水體環境較為安靜，發育大量淡水介殼類生物，平面上在大范圍內分布著成層穩定的介屑灰巖與黑色泥頁巖[4-8]。根據大安寨段地層巖性特征、電性特征和旋回特征，可進一步將大安寨段自上而下劃分為3個亞段，分別為大一亞段、大一三亞段和大三亞段。其中大三亞段為湖盆水進擴展期，大一三亞段為最大水進期，大一亞段為湖盆水退萎縮期(圖1)?？v向上各個亞段呈現較為明顯的非均質性和不對稱性，由于湖水水體的變化和湖盆的頻繁振蕩，空間上導致介殼灰巖、頁巖頻繁互層或側向包裹接觸，為頁巖油氣的生儲組合創造了得天獨厚的條件。

圖1 四川盆地侏羅系自流井組大安寨段地層劃分

2 湖相頁巖小層精細劃分與對比

2.1 湖相頁巖小層劃分標準

受沉積環境影響和控制，湖相頁巖的縱橫向分布穩定性較差，因此在尋找優質頁巖分布之前，首先要明確頁巖的縱向分布特征，建立湖相頁巖的小層劃分標準。四川盆地侏羅系大安寨段湖相頁巖主要分布在大一三亞段中，厚度為40～60 m。受湖相大安寨段沉積微相變化控制，大一三亞段巖性巖相變化大，平面上，大一三亞段沉積相從外向內可以依次劃分為濱湖、淺湖、半深湖3個沉積亞相。不同的沉積亞相中頁巖、泥巖、介殼灰巖等均會不同程度出現，平面上巖性巖相變化大，縱向上巖性組合特征也相差較大。根據取心井巖心描述、薄片鑒定、測井及實驗分析資料，結合巖性、地層層序、沉積旋回、古生物等研究，進一步將大一三亞段劃分為3個小層，由下而上分別為大一三c、大一三b和大一三a，各小層的特征如表1所示。

2.2 湖相頁巖小層展布特征

根據研究區內五橫五縱大剖面揭示，總體上，大一三a小層主要為半深湖沉積，頁巖分布相對穩定，頁巖頁理發育，厚度為10～20 m，厚值區分布在川中北部的西充—南部一帶；大一三b小層主要為半深湖沉積，頁巖橫向變化大，頁理發育，厚度為5～20 m，在川中射洪—蓬溪一線以南相變為淺湖介殼灘；大一三c小層主要為濱湖—淺湖沉積，橫向變化最大，主要為塊狀泥巖，厚度變化在0～20 m，川中射洪—蓬溪一線以南相變為紫紅色—雜色濱湖泥。

3 頁巖地球化學特征及分布

3.1頁巖有機碳含量特征

頁巖有機碳含量是頁巖油氣重要的評價指標之一。從目前獲得的盆地大安寨段600余個巖心、野外樣品分析結果揭示，大一三b小層平均有機碳含量為1.57%，大一三a小層平均有機碳含量為1.38%，大一三c小層平均有機碳含量為1.07%(圖2)。

根據大安寨段全井段取心頁巖地球化學分析表明，湖相頁巖有機質類型一般為Ⅱ1型，有機質熱演化程度Ro為0.8%～1.4%，處于生油高峰期—生氣階段?？v向上，優質頁巖主要分布在大一三亞段的大一三a和大一三b小層，沉積微相類型主要為淺湖—半深湖泥(圖2，表1)；平面上大一三a小層頁巖在整個川中地區大面積分布，大一三b頁巖主要分布在川中地區中北部，較大一三a小層的分布面積小，大一三c小層頁巖分布在川中北部地區，面積最小。大一三a和大一三b小層沉積時期處于盆地大安寨段最大湖泛面附近，該時期大安寨段湖盆規模最大，湖盆中心及附近由于水體深、遠離物源，水體環境較安靜，因此浮游生物大量繁殖生長，有利于有機質保存，在空間上分布著較為穩定的黑色頁巖。

表1 四川盆地侏羅系自流井組大安寨段大一三亞段各小層特征

Table 1 Characteristics of each sub-layer in Da 1 3 sub-section, Da’anzhai Section,Jurassic Ziliujing Formation, Sichuan Basi

圖2 四川盆地侏羅系自流井組大安寨段大一三亞段各小層有機碳含量分布

3.2 頁巖含油氣性特征

大安寨段鉆井過程中在頁巖段常見到良好油氣顯示，初步揭示具有良好的含油氣性[9-10]。統計結果顯示，大一三亞段頁巖層系中油氣顯示占整個大安寨段地層油氣顯示的38%，大一亞段介殼灰巖占40%，大三亞段介殼灰巖占22%。老井復查同樣揭示大部分工業油氣井或者累產超10 000 t的油井，在測試過程和生產過程中均是將大一三亞段打開，進行合層測試和合層生產。

根據大安寨段湖相頁巖405個巖石熱解數據分析表明，頁巖熱解S1平均含量為1.08 mg/g，僅有16%的樣品熱解S1大于2 mg/g?？v向上，大一三a、大一三b和大一三c小層頁巖熱解S1平均含量分別為1.21， 1.18，0.80 mg/g(圖3)；平面上，大一三a小層頁巖熱解S1大于2 mg/g的區域主要分布在南部—蓬安—儀隴一帶，大一三b小層頁巖熱解S1大于2 mg/g的區域主要分布在南充—蓬安—南部—儀隴一帶，大一三c小層頁巖熱解S1大于2 mg/g的區域主要分布在西充—蓬安—儀隴一帶。

4 湖相頁巖油氣勘探前景

4.1 湖相頁巖油氣資源規模

據最新的第四次油氣資源評價研究表明，四川盆地大安寨段頁巖累計生油達225×108t，根據實驗室分析頁巖排烴效率為40%～77%，生油高峰期約為50%，計算頁巖油資源量為112.5×108t[11]；四川盆地侏羅系湖相頁巖氣資源量為(3.8～8.7)×1012m3，資源豐度約為(0.44～1.10)×108m3/km2。綜上所述，從油氣資源條件和資源計算結果來看，淡水湖相頁巖油氣資源潛力巨大。

4.2 湖相頁巖有利油氣勘探區

根據埋藏深度與頁巖有機碳含量、熱解S1、S2、S1+S2綜合分析，縱向上，埋藏深度在2000～2800m時，是頁巖油氣的富集區間(圖4)[12-16]。根據湖相頁巖有機碳含量分布、厚度、熱演化程度、熱解參數、埋藏深度及前期勘探開發成效，結合國內外頁巖油氣勘探開發實踐經驗，大安寨段湖相頁巖勘探開發對象可劃分為頁巖油、頁巖油氣、頁巖氣3大類。其中第一類為頁巖油，可將其與介殼灰巖致密油一起考慮，進行整體勘探部署。平面上主要分布在遂寧—南充地區，該區頁巖有機碳含量普遍大于1.5%，有機質熱演化程度在0.8%～1.1%之間；第二類為頁巖油氣，平面上主要分布在南充—儀隴地區，該區有機碳含量普遍大于1.5%，有機質熱演化程度介于1.1%～1.3%之間，處于生油氣高峰期；第三類為頁巖氣，平面上主要分布在儀隴—平昌地區，該區有機碳含量普遍大于1.5%，有機質熱演化程度大于1.3%，處于生氣高峰期(圖5)。根據湖相頁巖油氣地質條件分析，結合目前鉆井、測井、三維地震資料情況，建議在川中北部公山廟地區開辟湖相頁巖油氣先導試驗區，為湖相頁巖油氣規模效益開發奠定基礎。

圖3 四川盆地中部地區侏羅系自流井組大安寨段頁巖各小層熱解參數

縱向上大安寨段優質頁巖主要分布在大一三a和大一三b小層，目前盆地大安寨段湖相頁巖處于頁巖油氣的勘探初期。根據頁巖小層精細劃分結果，結合各小層頁巖厚度、有機碳含量、脆性礦物特征、S1含量、埋藏深度以及前期勘探效果等綜合分析認為，大一三a和大一三b小層頁巖具有以下優勢：第一，頁巖厚度穩定性好，厚度普遍較大，且有機碳含量高、有機質類型好，埋藏深度淺；第二，黑色頁巖與介殼灰巖互層，縱向上巖性組合好，脆性礦物含量高，裂縫發育，有利于頁巖儲層壓裂和改造；第三，前期勘探已經證實，該小層頁巖具有良好的含油氣性，局部地區還獲得了工業油氣流，勘探開發風險小[17-24]。