黔西北燕子口地區(qū)五峰-龍馬溪組頁(yè)巖氣源巖評(píng)價(jià)

蘭葉芳，任傳建，黃 喻，陳 豪，任戍明

(1. 貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院(礦業(yè)工程學(xué)院)， 貴州 畢節(jié) 551700； 2. 成都理工大學(xué) 管理科學(xué)學(xué)院， 四川 成都 610059)

上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖在黔西北地區(qū)廣泛發(fā)育，頁(yè)巖氣資源潛力巨大(李雙建等，2009；Liuetal., 2016)。近年來的油氣勘探表明，該套地層是我國(guó)南方海相頁(yè)巖氣勘探的主力烴源巖層位之一(張金川等， 2008； 邱振等， 2020)，以四川盆地及其周緣為研究重點(diǎn)，在儲(chǔ)層特征、成藏基本條件、勘探評(píng)價(jià)、高產(chǎn)主控因素等方面取得了較大進(jìn)展(Wangetal., 2008； 郭旭升， 2014； 馬永生等， 2018； 梁峰等， 2019)。由于儲(chǔ)氣的復(fù)雜性，烴源巖評(píng)價(jià)對(duì)于頁(yè)巖氣的勘探和開發(fā)至關(guān)重要(Panetal., 2015)，而對(duì)頁(yè)巖氣氣藏的評(píng)估是一項(xiàng)綜合性的工作，依賴于基礎(chǔ)地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理和先進(jìn)的工程技術(shù)(Zhaietal., 2019)，其中地質(zhì)和地球化學(xué)分析是頁(yè)巖氣源巖評(píng)價(jià)最基礎(chǔ)而又重要的方法(Chenetal., 2011； 鄒才能等， 2013)。目前，頁(yè)巖氣商業(yè)勘探開發(fā)較為成功的北美地區(qū)，已有的研究采用的評(píng)價(jià)參數(shù)主要包括總有機(jī)碳含量(TOC)和熱成熟度、含氣量以及礦物組成、孔隙度、滲透率和地層厚度等定性數(shù)據(jù)(Rimmer, 2004；Montgomeryetal., 2005；Ross and Bustin, 2007； Mastalerzetal., 2018)。國(guó)內(nèi)的研究和勘探開發(fā)實(shí)踐中，這些關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)已成功應(yīng)用在涪陵氣田(方棟梁等， 2020)、四川盆地(Chenetal., 2011； Lietal., 2013； Panetal., 2015)、黔北等地區(qū)頁(yè)巖氣勘探的評(píng)估和“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)(Tengeretal., 2006； 史樹勇等， 2019)中。黔西北地區(qū)的頁(yè)巖氣勘探主要集中在遵義仁懷-習(xí)水地區(qū)以及務(wù)川-正安-道真一帶(郭世釗等， 2016)，在龍馬溪組頁(yè)巖沉積、有機(jī)地球化學(xué)、儲(chǔ)集性與含氣性以及頁(yè)巖氣保存條件等方面均取得了諸多認(rèn)識(shí)(趙磊等， 2015； 梁興等， 2020)，研究程度較高，而畢節(jié)地區(qū)前期雖然進(jìn)行了區(qū)域性的頁(yè)巖氣地質(zhì)資源勘查和地質(zhì)基礎(chǔ)研究，顯示其具有頁(yè)巖氣資源潛力，但總體研究程度較低。隨著頁(yè)巖氣勘探的不斷推進(jìn)，開展畢節(jié)地區(qū)頁(yè)巖氣源巖評(píng)價(jià)，有助于更好指導(dǎo)區(qū)內(nèi)的頁(yè)巖氣勘探。因而，本文以黔西北畢節(jié)燕子口地區(qū)五峰-龍馬溪組頁(yè)巖為研究對(duì)象，通過區(qū)域地層厚度和埋深、露頭剖面的觀測(cè)、巖性組成和礦物學(xué)特征研究以及總有機(jī)碳含量、等效鏡質(zhì)體反射率等有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)的獲取，分析其源巖性質(zhì)，欲為進(jìn)一步評(píng)估該地區(qū)頁(yè)巖氣潛力提供基礎(chǔ)資料和理論支持。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于貴州西北部，與四川盆地毗鄰，構(gòu)造位置屬于揚(yáng)子板塊西南緣的黔北斜坡(圖1a)。自?shī)W陶紀(jì)以來，黔西北地區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其中奧陶紀(jì)末的都勻運(yùn)動(dòng)和志留紀(jì)末的廣西運(yùn)動(dòng)控制了本區(qū)大型隆坳構(gòu)造沉積格局，形成了對(duì)油氣成藏具有重大意義的黔中古隆起(王津義等，2007)。晚奧陶世五峰期-早志留世初期，由于地殼抬升，黔中古陸擴(kuò)大并與滇東古陸相連，僅黔北為海水淹沒，形成了低能、缺氧的局限海環(huán)境，在黔中隆起以北的黔北斜坡和武陵坳陷沉積上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組地層(圖1b)。五峰組以深水陸棚相黑色碳質(zhì)泥頁(yè)巖為主，地層厚度一般為5～8 m，向北略有增厚，而在五峰組沉積末期，赫南特冰期導(dǎo)致海平面大幅下降，沉積了觀音橋段淺水陸棚相地層(張鵬， 2015)；隨著黔中隆起的隆升，龍馬溪組沉積中心北移，越靠近川南地區(qū)，沉積厚度逐漸增大(楊瑞東等， 2012)，而志留紀(jì)浮游植物的繁盛為富有機(jī)質(zhì)黑色泥頁(yè)巖發(fā)育提供了重要的物源條件。

圖 1 貴州及其周緣構(gòu)造分區(qū)(a)和黔西北地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)[據(jù)郭世釗等(2016)、Liu 等(2016)修改]

2 樣品和分析測(cè)試方法

研究區(qū)內(nèi)目前尚無(wú)鉆井，因而本文分析樣品采集于黔西北燕子口鎮(zhèn)的下水野外露頭剖面(圖2)。該剖面奧陶系-下志留統(tǒng)出露良好，地層界線清晰。五峰組下伏地層為上奧陶統(tǒng)澗草溝組，主要為深灰色薄-中厚層瘤狀灰?guī)r、粘土質(zhì)灰?guī)r；五峰組下部為黑色碳質(zhì)頁(yè)巖夾極薄層黃鐵礦，富含筆石化石(圖3a)，其上部則發(fā)育80 cm左右的深灰色生物碎屑灰?guī)r(圖3b)，屬介殼相沉積，稱之為觀音橋段；龍馬溪組宏觀上由下至上巖石顏色逐漸變淺，碳質(zhì)逐漸減少，鈣質(zhì)逐漸增多，下部為筆石含量豐富的黑色頁(yè)巖，圓球狀黃鐵礦分布其中，微細(xì)層理發(fā)育(圖3c、3d)，而中上部則為灰色、灰黃色泥巖、鈣質(zhì)和/或粉砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r以及泥質(zhì)粉砂巖等組成(圖3e、3f)；龍馬溪組上覆地層為下志留統(tǒng)石牛欄組灰色粘土質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。樣品采集位置和分布情況如圖4所示，總體而言五峰組和龍馬溪組黑色頁(yè)巖段采樣密集，而其余層段采集相對(duì)稀疏。

所進(jìn)行的分析則包括薄片鑒定、陰極發(fā)光分析、掃描電子顯微鏡分析(含能譜分析)、全巖和粘土礦物X射線衍射分析、殘余總有機(jī)碳分析、鏡質(zhì)體反射率分析、比表面積和物性分析。薄片鑒定和陰極發(fā)光分析在成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，其余的各項(xiàng)分析在中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)研究中心完成。需要說明的是，鏡質(zhì)體反射率是反映熱成熟度的重要指標(biāo)，但是下古生界頁(yè)巖中缺乏來源于高等植物的標(biāo)準(zhǔn)鏡質(zhì)組，不存在真正意義上的鏡質(zhì)體(余川， 2012)，因此本文采用換算的等效鏡質(zhì)體反射率來表征頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度。劉祖發(fā)等(1999)結(jié)合天然剖面和熱模擬實(shí)驗(yàn)建立了早古生代類鏡質(zhì)體(或稱之為鏡狀體)反射率(Rom)與等效鏡質(zhì)體反射率(Ro)之間的換算公式：Ro=1.26Rom+0.21(Rom<0.75%)，Ro=0.28Rom+1.03(0.75%1.5%)。使用上述公式，將類鏡質(zhì)體(鏡狀體)反射率(Rom)轉(zhuǎn)換為等效鏡質(zhì)體反射率(Ro)，以供評(píng)估源巖和儲(chǔ)層時(shí)使用。

3 礦物學(xué)特征和巖性組成

五峰組-龍馬溪組巖石主要由粘土礦物、石英和碳酸鹽礦物組成(表1、圖5)，其次含有長(zhǎng)石、黃鐵礦以及菱鐵礦和極少量的石膏等礦物。粘土礦物含量為22.6%～50.8%(平均值41%)，主要由伊利石和伊/蒙混層組成，綠泥石和高嶺石相對(duì)少見(表1)。其中，伊利石在粘土礦物中的相對(duì)含量為22%～31%，伊/蒙混層為64%～71%，綠泥石3%～6%，石英含量為21%～41%，平均值29%。碳酸鹽礦物主要包括方解石和白云石，方解石平均含量16.6%，最小值出現(xiàn)在五峰組頁(yè)巖段頂部(0.4%)，最大值出現(xiàn)在該地層段底部(31.7%)；白云石含量為0.1%～13.3%，平均值4.7%。除此之外，長(zhǎng)石總量(鉀長(zhǎng)石+斜長(zhǎng)石)為2%～10.7%，平均值5.3%。總體而言，龍馬溪組自下而上具有石英、長(zhǎng)石和粘土礦物含量增加、碳酸鹽礦物含量降低的總體趨勢(shì)(圖5)。

圖 2 燕子口地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖及下水剖面位置[據(jù)貴州108地質(zhì)隊(duì)(1976)修改繪制(1)貴州108地質(zhì)隊(duì). 1976. 畢節(jié)幅G-48-10 1∶20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)測(cè)量報(bào)告.]

頁(yè)巖中脆性礦物主要包括石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽礦物以及黃鐵礦等，其含量高低直接影響到頁(yè)巖壓裂效果(史樹勇等，2019)。脆性指數(shù)是評(píng)價(jià)頁(yè)巖可壓裂性的重要參數(shù)，根據(jù)陳吉等(2013)總結(jié)的南方下古生界頁(yè)巖脆性指數(shù)計(jì)算公式：脆性指數(shù)=(石英+長(zhǎng)石+方解石+白云石)/(石英+長(zhǎng)石+方解石+白云石+粘土礦物)×100%，下水剖面五峰-龍馬溪組頁(yè)巖的脆性指數(shù)為47.3%～76.8%，平均值為57.8%，較高的脆性指數(shù)顯示優(yōu)良的壓裂性能。

圖 3 下水剖面五峰組-龍馬溪組野外宏觀特征

通過對(duì)露頭樣品的詳細(xì)觀察，對(duì)薄片以及掃描電鏡進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)五峰組-龍馬溪組發(fā)育頁(yè)巖、泥巖、泥灰?guī)r、粉砂巖等巖石類型。剖面從下至上，陸源粉砂增加，巖石顏色變淺。頁(yè)巖中發(fā)育紋層及頁(yè)理構(gòu)造，高有機(jī)質(zhì)含量層段主要分布在五峰組-龍馬溪組下段，是本文重點(diǎn)研究對(duì)象。根據(jù)主要礦物組成和混入物的化學(xué)成分等可將頁(yè)巖進(jìn)一步細(xì)分為粘土頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖和鈣質(zhì)頁(yè)巖。

圖 4 實(shí)測(cè)下水剖面五峰-龍馬溪組剖面柱狀圖

表 1 五峰-龍馬溪組全巖和粘土礦物X射線衍射(XRD)分析結(jié)果

圖 5 五峰-龍馬溪組全巖礦物組成分布直方圖

粘土頁(yè)巖因含較多的有機(jī)質(zhì)而呈黑色-灰黑色，又可稱為黑色頁(yè)巖，其中粘土礦物占主導(dǎo)，少量粉砂質(zhì)陸源石英和長(zhǎng)石呈漂浮狀分布在粘土礦物間(圖6a)，黑色頁(yè)巖中筆石化石保存良好(圖6b)，并含有黃鐵礦(圖6c)。粘土頁(yè)巖沉積在深水環(huán)境中，水動(dòng)力條件較弱，陸源輸入有限。

粉砂質(zhì)頁(yè)巖為灰黑色，層狀。淺色紋層主要是石英和長(zhǎng)石，深色紋層主要是富含有機(jī)質(zhì)的粘土礦物，常含有碳酸鹽礦物。碎屑顆粒浮在粘土礦物之間(圖6d)。

鈣質(zhì)頁(yè)巖主要發(fā)育水平層理，方解石含量約占20%～40%。碳酸鹽礦物(方解石和白云石)顯示橘紅色的陰極發(fā)光，而粘土礦物和石英不具陰極發(fā)光，陸源長(zhǎng)石顆粒為淡藍(lán)色陰極發(fā)光特征(圖6e、6f)。

4 有機(jī)地球化學(xué)特征

4.1 有機(jī)質(zhì)類型和豐度

前人已對(duì)黔西北及鄰近地區(qū)五峰-龍馬溪組有機(jī)質(zhì)類型進(jìn)行了大量研究。在川東南-黔西北地區(qū)，龍馬溪組頁(yè)巖樣品中總有機(jī)質(zhì)的碳同位素值(δ13C)處于-31‰～-28‰?yún)^(qū)間(周傳祎， 2008； 鄭益軍， 2017)，從這個(gè)角度來看，有機(jī)質(zhì)類型是Ⅰ型(腐泥型)。此外，盡管顯微組分之間存在差異，但其他研究也證明了研究區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型-Ⅱ1型為主(楊瑞東等， 2012； 邢雅文， 2013； 楊光慶， 2013； 張鵬等， 2016)。有機(jī)物的來源主要由藻類、浮游動(dòng)物和真菌組成，形成了大部分非晶態(tài)的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。由于奧陶紀(jì)-志留紀(jì)沒有演化出陸地上的高等植物，因此頁(yè)巖中的有機(jī)物主要由浮游生物控制。這也許可以更好地解釋有機(jī)物主要由Ⅰ型油質(zhì)干酪根和Ⅱ1型所主導(dǎo)，具有很強(qiáng)的生烴能力。

圖 6 五峰-龍馬溪組頁(yè)巖的微觀特征

有機(jī)質(zhì)豐度是指單位質(zhì)量巖石內(nèi)所含有機(jī)質(zhì)的數(shù)量。同等或類似的地質(zhì)條件下，有機(jī)質(zhì)含量越高，巖石的生烴能力越強(qiáng)。目前常用氯仿瀝青“A”、總烴(HC)和生烴潛量(S1+S2)、總有機(jī)碳含量(TOC)等反映巖石中的有機(jī)質(zhì)豐度。由于黔西北地區(qū)五峰-龍馬溪組頁(yè)巖成熟度高，受生烴和排烴影響，前幾個(gè)指標(biāo)難以準(zhǔn)確指示其生烴能力(余川， 2012)，因而選擇能夠近似代表巖石原始有機(jī)質(zhì)豐度的TOC作為評(píng)價(jià)烴源巖及其生烴能力的有效指標(biāo)。

通過實(shí)驗(yàn)分析，燕子口下水剖面五峰-龍馬溪組下段TOC平均值為2.56%，顯示出較高的有機(jī)質(zhì)豐度(表2)。根據(jù)高成熟地區(qū)海相烴源巖有機(jī)碳豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(戴鴻鳴等， 2008)，其烴源巖級(jí)別高，具有相對(duì)較好的生烴能力。但是，TOC縱向分布不均，具體表現(xiàn)為五峰組和龍馬溪組底部富筆石頁(yè)巖段TOC集中在2%～5%之間，而龍馬溪組由下至上TOC呈現(xiàn)出逐漸變小的趨勢(shì)，由底部的5.2%(XS10)減小至0.38%(XS28)，與野外觀察到的巖石顏色逐漸變淺的特征相吻合。TOC的這種縱向變化與總有機(jī)硫以及干酪根的富集程度相一致(圖7)。總體上，具備良好生烴潛力(TOC大于2%)的黑色頁(yè)巖主要分布在五峰組和龍馬溪組下段的中下部地層(圖7)，屬于好的烴源巖。同處黔北斜坡的習(xí)水吼灘剖面以及丁山1井的有機(jī)質(zhì)豐度表現(xiàn)出同樣的變化規(guī)律(余川， 2012)，而位于黔中地區(qū)的習(xí)頁(yè)1井和桐頁(yè)1井的高TOC也主要集中在龍馬溪組下段，如習(xí)頁(yè)1井在井深630～650 m之間的TOC平均值為3.84%，而在小于630米的上部地層其TOC均小于1%(薛志鵬， 2016)。區(qū)域上TOC的這種縱向變化規(guī)律主要是由于龍馬溪組早期為低能的強(qiáng)還原環(huán)境，而隨著海平面的有所下降，龍馬溪晚期沉積環(huán)境也逐漸趨于氧化(戎嘉余等， 2011)。

表 2 五峰-龍馬溪組有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)

圖 7 下水剖面五峰-龍馬溪組總有機(jī)碳、總有機(jī)硫和干酪根富集程度的縱向變化圖

4.2 有機(jī)質(zhì)成熟度

研究區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖在沉積后經(jīng)歷了加里東、海西、印支、燕山-喜山運(yùn)動(dòng)等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，熱演化史復(fù)雜，頁(yè)巖熱演化程度普遍偏高。分析結(jié)果顯示，下水剖面五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖等效鏡質(zhì)體反射率縱向變化不大，均在2.5%左右(表2)，根據(jù)中國(guó)南方黑色頁(yè)巖成熟階段劃分標(biāo)準(zhǔn)(聶海寬等，2012)，屬于過成熟早期的干氣階段(圖8)，烴源巖主要產(chǎn)生干氣(甲烷)并伴有少量的凝析氣(Chenetal., 2011)。馮常茂等(2008)根據(jù)均一法測(cè)溫和激光拉曼探針技術(shù)對(duì)黔中隆起及其周緣地區(qū)震旦系-志留系含油氣流體包裹體研究也表明，該區(qū)具明顯干氣特征，烴類成分以CH4為主，大量的氣體可能主要是由熱成熟區(qū)的原油二次裂解產(chǎn)生的(Hunt, 1996； Mastalerzetal., 2013)，這類似于多產(chǎn)的Barnett頁(yè)巖，其氣源也被認(rèn)為是由石油和瀝青的二次裂解形成(Montgomeryetal.， 2005)。 因此，盡管較高的熱成熟度，古藺—敘永一線以南和黔中隆起以北的地區(qū)(包含研究區(qū))五峰-龍馬溪組頁(yè)巖仍然具備較大的生烴潛力。

5 儲(chǔ)集空間和儲(chǔ)層性質(zhì)

5.1 儲(chǔ)集空間類型和特征

薄片和掃描電子顯微鏡圖像(SEM)的分析表明，龍馬溪組頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間由裂縫、溶蝕孔以及粒間孔和晶間孔等微米-納米級(jí)孔隙組成。

圖 8 黔西北地區(qū)埋藏-生烴史圖(埋藏史據(jù)馮常茂等， 2008)

(1) 裂縫

裂縫是燕子口地區(qū)五峰-龍馬溪組頁(yè)巖中常見的儲(chǔ)集空間類型，包括層間裂縫、順層裂縫和斜交層理的裂縫(圖9a～9c)。層狀裂縫發(fā)生在頁(yè)巖內(nèi)的軟弱界面處，如常發(fā)育在粘土層和粉砂質(zhì)層或鈣質(zhì)層之間。裂縫可能構(gòu)成頁(yè)巖氣系統(tǒng)中的重要儲(chǔ)集空間和運(yùn)移路徑，對(duì)頁(yè)巖氣的產(chǎn)生有重要影響(Galeetal., 2007； Loucksetal., 2012)。

(2) 溶蝕孔

化學(xué)不穩(wěn)定礦物由于后期溶蝕作用而產(chǎn)生的次生溶蝕孔隙是另一重要的儲(chǔ)集空間，最為常見的是碳酸鹽礦物(尤其是白云石)和長(zhǎng)石的溶蝕孔隙(圖9d、9e)。

圖 9 五峰-龍馬溪組主要儲(chǔ)集空間類型

(3) 粒間孔

粒間孔發(fā)育在粘土礦物、石英、長(zhǎng)石和黃鐵礦等礦物之間，也有可能出現(xiàn)在受應(yīng)力影響的顆粒邊緣。這些顆粒之間孔隙的發(fā)育有助于改善頁(yè)巖的儲(chǔ)層孔隙度，同時(shí)脆性顆粒(石英、長(zhǎng)石等)的存在有助于提高頁(yè)巖在儲(chǔ)層發(fā)育過程中的破裂潛力。一般情況下，隨著埋深加大，壓實(shí)作用的增強(qiáng)，粒間孔呈現(xiàn)不斷減少的趨勢(shì)，因而觀察到的實(shí)際上為殘留的粒間孔(圖9f)。

(4) 晶間孔

晶間孔隙主要存在于粘土礦物和霉球狀黃鐵礦等礦物晶體中。在研究區(qū)，五峰-龍馬溪組頁(yè)巖中的粘土礦物由伊利石和伊/蒙混層組成(表1)。在伊利石化過程中，可能會(huì)形成直徑數(shù)微米至數(shù)十微米的微孔。粘土礦物中發(fā)育的晶間孔隙大小多分布在2～6 μm之間(圖9g、9h)。也有研究認(rèn)為，黃鐵礦中的晶間孔足夠大，可以儲(chǔ)存氣體分子(Slatt and O’Brien, 2011； Loucksetal., 2012)，而在此次研究的五峰-龍馬溪組頁(yè)巖中黃鐵礦相對(duì)豐富，存在一定的晶間孔。同時(shí)，在龍馬溪組中可見少量的石膏晶間孔隙發(fā)育(圖9i)。

5.2 儲(chǔ)層性質(zhì)

五峰-龍馬溪組下段頁(yè)巖孔隙度為8.04%～16.45%(表3)，顯示很高的孔隙度值。但是，由于采集的是露頭樣品，氧化作用會(huì)導(dǎo)致孔滲的增大(Liuetal., 2016)，同時(shí)部分測(cè)試樣品沿層開裂比較明顯，因而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果比真實(shí)值大大偏高。此外，由不穩(wěn)定礦物(如長(zhǎng)石和方解石)溶解而產(chǎn)生的次生孔隙構(gòu)成了頁(yè)巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間的一部分(圖9d、9e)，也增加了頁(yè)巖的孔隙度。雖然絕對(duì)值不可靠，但仍然可顯示該層段頁(yè)巖具有相對(duì)較好的物性。

表 3 五峰組-龍馬溪組儲(chǔ)層性質(zhì)參數(shù)

頁(yè)巖氣主要以吸附態(tài)和游離態(tài)為主，比表面積是衡量頁(yè)巖儲(chǔ)層吸附能力的重要物理參數(shù)。比表面積(BET)是指1 g固體所占有的總表面積，比表面積越大吸附能力越強(qiáng)(魏紅霞， 2018)。五峰組-龍馬溪組下段頁(yè)巖樣品的BET平均值為20.88 m2/g，其中五峰組BET為23.6～24.9 m2/g(平均值為24.3 m2/g)，龍馬溪組下段BET為13.4 ～22.5 m2/g(平均值為19.5 m2/g)，并且五峰組至龍馬溪組下段，頁(yè)巖樣品的總比表面積從下至上逐漸減少，顯示頁(yè)巖儲(chǔ)層吸附能力逐漸減弱的特征。總體上，BET與TOC及全巖中的碳酸鹽礦物含量之間均呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為0.76和0.90，圖10a、10c)，而與粘土礦物含量之間則表現(xiàn)為明顯的負(fù)相關(guān)性(圖10b)，顯示TOC和碳酸鹽礦物含量在黑色頁(yè)巖的BET中起決定性作用。已有的研究表明，TOC對(duì)BET的控制作用要強(qiáng)于粘土礦物含量對(duì)BET的影響，通常是頁(yè)巖中粘土礦物的含量低，TOC相對(duì)較高(Ross and Bustin, 2009； 曹曉萌等， 2014)，這與本文研究所得出的TOC和粘土礦物含量之間的負(fù)相關(guān)性一致(圖10d)。 實(shí)際上，TOC隨著碳酸鹽礦物含量尤其是白云石含量的增加而增加(圖10e、10f)，因而燕子口地區(qū)白云石的發(fā)育程度是TOC高低和BET大小的重要指標(biāo)。

6 頁(yè)巖的有效厚度和埋藏深度

頁(yè)巖的厚度是具有商業(yè)開發(fā)價(jià)值的頁(yè)巖氣積聚的前提。美國(guó)的勘探經(jīng)驗(yàn)表明，在滿足總有機(jī)碳含量、成熟度和易壓裂礦物含量等方面要求的情況下，能夠滿足頁(yè)巖氣勘探要求的黑色頁(yè)巖最小厚度大約為30 m(Zhangetal.， 2007； 鄒才能等， 2010)。在研究區(qū)域中，五峰組頁(yè)巖整體厚度較小，南北及東部均比較薄，多為3～10 m，西部相對(duì)較厚，多在10 m以上，以勒地區(qū)厚度可達(dá)20 m；而龍馬溪組呈現(xiàn)由北向南逐漸減薄直至尖滅的厚度變化規(guī)律，在云南和四川丁木坳-大坪一線厚度在250 m以上，向南地層厚度遞減，靠近黔中隆起的常家溝-鸚母嘴-清池一線地層尖滅，相應(yīng)地龍馬溪組下部黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段也呈現(xiàn)出類似的變化規(guī)律(圖11)。富含有機(jī)質(zhì)區(qū)域的橫向分布在一定程度上與地層的厚度有關(guān)，二者均主要在南北方向上變化(Liangetal.， 2008)。對(duì)于埋藏深度而言，研究區(qū)下志留統(tǒng)頁(yè)巖最大埋深小于4 000 m，部分在1 000 m以下(余川， 2012)，具有相對(duì)合適的埋藏深度。因此，從地層埋深以及黑色頁(yè)巖的有效厚度角度而言，燕子口地區(qū)以北與四川接壤的區(qū)域更有利于五峰-龍馬溪組的頁(yè)巖氣勘探。

圖 10 BET、TOC與粘土礦物和碳酸鹽礦物含量的相關(guān)性圖解

圖 11 燕子口地區(qū)及其周緣五峰組(a)和龍馬溪組(b)地層等厚線圖[據(jù)貴州省地質(zhì)局(1979)(3)貴州省地質(zhì)局. 1979. 區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(威信幅).修改]

7 結(jié)論

黔西北燕子口地區(qū)五峰組-龍馬溪組下段為富有機(jī)質(zhì)潛力烴源巖層段，有機(jī)質(zhì)類型好(Ⅰ型-Ⅱ1型)，TOC高(主分布區(qū)間為2%～4%)，有機(jī)質(zhì)熱演化程度屬于過成熟早期的干氣階段(Ro約為2.5%)，仍具備一定的生烴能力。該套地層以溶蝕孔隙和裂縫為主要的儲(chǔ)集空間，儲(chǔ)層孔隙度高，同時(shí)脆性礦物含量高(脆性指數(shù)為47.3%～76.8%)，有利于人工裂縫的產(chǎn)生和提高巖石壓裂性能。結(jié)合區(qū)域埋藏?zé)崾贩治龊偷貙拥膮^(qū)域展布特征，認(rèn)為五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖氣較為有利的勘探潛力區(qū)域位于與川東南接壤的燕子口以北地區(qū)。