川東南地區龍馬溪組深層頁巖儲層差異性及其對含氣性影響研究

李帥 馬若龍

成都理工大學 四川 成都 610059

四川盆地頁巖氣資源主要集中在大于3500m的深層，是中淺層頁巖氣的重要接替領域[1-2]。為評價深層頁巖儲集性能和優選頁巖氣有利儲層，因此，本文以四川盆地東南緣Y-A井及林灘場構造區內L-B井為對象，在Y-A井選取34塊志留系龍馬溪組頁巖，取樣深度介于3700-3900m，取樣層位為五峰-龍馬溪組一段，取樣巖性主要為灰黑色頁巖。在L-B井選取17塊頁巖，取樣深度介于4000-4150m，取樣層位為五峰-龍馬溪組一段，取樣巖性主要為黑色頁巖。通過對比分析其構造背景以及對井下巖心樣品X-射線衍射，孔隙度、滲透率、孔隙結構、氬離子拋光+掃描電鏡等實驗測試分析，進一步明確深層頁巖儲層差異性，以及影響儲層含氣性的主控因素，以便為四川盆地深層頁巖氣的賦存富集研究和勘探開發提供一定依據。

1 區域地質概況

永川地區位于四川盆地南部，川渝交界處，工區區域構造位于華鎣山構造帶上，為四川盆地川中低緩褶皺與川東高陡構造的分界線。整體為“兩凹夾一隆”的特征，可分為北部向斜、中部背斜、南部向斜三個部分。根據構造形態又可將中部背斜進一步細分為背斜核部、背斜南翼、背斜北翼、東部斷塊四個部分。其中Y-A井所在的南部向斜區深層頁巖經歷的構造期次較多，受燕山運動以來的構造改造差異性影響，其構造復雜且斷層較發育，多為層間斷層，未斷開多套地層，斷距小（＜100m），具有活化儲層，增大裂縫網絡作用。L-B井位于盆緣林灘場斷背斜內，該井的志留系五峰-龍馬溪組頁巖龍一段①-③小層埋藏深度為4118.25～4134.75m。

圖1 川東南構造背景及井點位置圖（據史洪亮修改）

2 龍馬溪組深層頁巖儲層特征對比分析

2.1 有機地化特征

2.1.1 干酪根類型

永川區塊龍馬溪組頁巖有機質以藻類體、無定形體為主，有機質不具熒光特征。腐泥組含量在52%～68%之間，殼質組含量在32%～48%之間，未見鏡質組。根據顯微組分含量計算得到的類型指數76%～84%之間，顯示有機質類型為Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根，表明龍馬溪組烴源巖干酪根類型好，易于生油。林灘場構造區龍馬溪組為海相沉積，生物組合主要為低等水生動物和菌藻植物。因此，烴源巖有機質類型主要為由動物、低等水生浮游生物和藻類所形成的腐泥型有機質，為Ⅰ型干酪根。

2.1.2 有機質豐度

永川地區五峰組-龍馬溪組深層頁巖有機碳含量值多在1.5%～3%之間，總體含量較高。其下部沉積于富碳高硅-中碳高硅微相的頁巖，優質泥頁巖段有機碳含量為0.9%～6.01%，生烴潛力大。林灘場構造區五峰組-龍馬溪組下部富有機質泥頁巖段有機碳含量為0.43%～6.71%，平均2.31%，約占總樣品數的81.4%。優質泥頁巖段有機碳含量為0.99%～6.71%，平均為3.6%，約占總樣品數的81.25%，總體上與永川地區相當。

2.2 巖石學特征

通過鉆井薄片鑒定和X射線衍射全巖分析結果表明：Y-A井和L-B井的礦物組成成分非常相似，都包含有石英、長石、云母等碎屑礦物，方解石、白云石等碳酸鹽礦物以及伊利石、綠泥石、高嶺石等粘土礦物；總體上表現為脆性礦物含量較高的特點，且脆性礦物含量自上而下逐漸增加，粘土礦物含量自上而下逐漸降低；通過對比分析認為：兩口井龍一段①-③小層脆性礦物含量均較高，黏土礦物含量較低，數值上相差不大，脆性均較好。

2.3 物性及孔隙結構特征

2.3.1 儲層孔隙度及滲透率

Y-A井五峰-龍一段孔隙度為2.21-10.34%，平均5.15%，龍一段①-③小層平均5.2%。L-B井孔隙度為1.07-10.81%，平均3.3%，龍一段①-③小層平均5.32%。縱向上，龍馬溪組底部孔隙度最高且孔隙度自上而下逐漸增大，五峰組孔隙度略低。盡管龍一段①-③小層兩井的孔隙度平均含量相當，但優質頁巖段孔隙度Y-A井大于L-B井。

滲透率是表征頁巖儲層物性的一項重要參數，不同深度段頁巖滲透率表現出明顯的不均一性，裂縫發育段頁巖滲透率往往急劇增大。Y-A井龍馬溪組深層頁巖滲透率為（0.2～4.7）×10-5μm2，均值1.1×10-5μm2。L-B井龍馬溪組深層頁巖滲透率為（0.03～6.8）×10-4μm2，均值0.97×10-4μm2。Y-A井龍馬溪組深層頁巖樣品滲透率均值明顯偏低，與L-B井比相差1個數量級。

2.3.2 孔隙結構特征

根據孔隙的賦存狀態，可將基質孔隙進一步歸納為脆性礦物內微孔隙（包括殘余原生孔隙、不穩定礦物溶蝕孔）、粘土礦物層間微孔隙、有機質微孔隙（黃鐵礦晶間孔和有機質孔）3大類[3-7]。Y-A井龍馬溪組深層頁巖微孔隙和微裂隙發育，有機質內微孔隙發育良好，孔徑跨度較大，從幾納米至幾百納米不等，孔徑主要集中在＞50nm的宏孔上，孔隙多呈蜂窩狀、橢圓狀，為主要孔隙類型。其次為粘土礦物間發育的線狀孔隙和方解石、白云石粒緣縫以及粒內孔，還可見黃鐵礦莓球內微孔及黃鐵礦晶間孔及少量微裂縫（圖2-a，c，e，g）。而L-B井五峰-龍一段孔隙整體上較發育，多為有機質微孔隙，及少量微粒狀方解石發育溶蝕孔，片狀黏土礦物發育層間縫，有機質孔隙多呈長條狀和不規則形狀，少數呈橢圓形，孔徑集中在2～50nm的介孔上，孔徑總體相對較小（圖2-b，d，f，h）。可能是由于L-B井地區經歷了明顯的泄壓過程，壓力系數的降低、壓實作用變強，有機質孔開始閉合導致孔徑變小。總體來說Y-A井有機質孔隙更為發育，孔隙圓度更好，更有利于油氣富集。

圖2 Y-A、L-B井五峰-龍馬溪組頁巖SEM圖片對比（a、c、e、g為Y-A井；b、d、f、h為L-B井；i、j為兩井有機質孔圓度、孔徑對比）

a-有機質孔，孔徑較大，橢圓狀，Y-A井，3860.88m；b—有機質孔，孔徑較小，扁平、長條狀，L-B井，4119.41m；c—有機質孔，蜂窩狀、橢圓狀，Y-A井，3866.54m；d—有機質孔，長條狀，L-B井，4130.61m；e—黃鐵礦晶間孔，Y-A井，3846.53m；f—黃鐵礦晶間孔，L-B井，4129.44m；g—微裂縫，Y-A井，3868.42m；h—黏土礦物層間縫，L-B井，4119.41m；

3 含氣性差異成因及分析

3.1 含氣性特征

含氣量是頁巖氣勘探開發的核心參數，為頁巖氣儲層評價、儲量計算和甜點區優選等研究提供重要依據[6-7]。Y-A井巖心實測總含氣量為1.05～8.58m3/t，均值3.88m3/t，①-③號層含氣量均值5.43m3/t，達到Ⅰ類儲層標準。L-B井巖心實測總含氣量為0.91～7.6m3/t，均值2.62m3/t，①-③小層均值3.84m3/t左右。兩口井縱向上自上而下巖心實測含氣量總體呈逐漸增大趨勢。整體上Y-A井總含氣量較L-B井高。

3.2 儲層縱向上含氣性影響

永川地區構造帶為蓋層滑脫構造帶，構造類型以斷彎背斜及隔檔式向斜為主，Y-A井所在的南部向斜區以低角度縫為主，地層傾角小于10°，伸縮率小于10%，保存條件好，巖芯實測吸附氣占比29.3%，游離氣占比70.7%。林灘場地區為基底逆沖構造帶，L-B井所在的背斜南翼低角度和高角度裂縫均發育，地層傾角約為20°，保存相對較差，巖芯實測吸附氣占比42.6%，游離氣占比57.4%。通過巖芯觀察，Y-A井龍一段①-③小層共發育335條裂縫，主要發育層理縫，其次為高角度斜交裂縫和垂直縫（傾角大于45°）。L-B井主要發育高角度斜交裂縫和垂直縫，其次為層理縫。線密度能夠較為直觀的反應儲層縱向上裂縫的發育程度，Y-A和L-B井線密度主要都集中在0-20條/m，但Y-A井裂縫明顯更為發育。綜合上述的分析結果，初步表明：L-B井龍馬溪組高角度斜交裂縫和垂直裂縫發育程度更高，受構造作用影響較大，過于發育的高角度穿層裂縫溝通了上部封蓋層，且充填程度相對較低，存在頁巖氣沿這些裂縫發生運移和逃逸的可能性，對頁巖氣的保存相對不利；而Y-A井龍馬溪組處于構造相對穩定的區域，除個別層段外，高角度斜交裂縫和垂直縫發育程度總體較低，且充填程度相對較高，頁巖氣垂向逸散受限，對頁巖氣保存相對有利。因此，構造作用對儲層的改造具有雙重作用：一方面構造抬升和擠壓作用有利于儲層裂縫的形成，加大頁巖儲層的儲集空間，溝通不連續的孤立孔隙，成為頁巖氣解吸和流動的通道；另一方面過強的構造運動也會破壞儲層結構，構造縫成為頁巖氣逸散的通道，造成頁巖儲層的無效化。

4 結束語

（1）Y-A井五峰-龍馬溪組一段①-③小層深層頁巖TOC平均含量4.98%，L-B井平均含量4.16%，兩井有機質類型均以腐泥型為主且有機質熱演化程度適中、巖礦組成、孔隙類型均差別不大。

（2）Y-A井深層頁巖有機質孔多呈橢圓狀，孔徑較大，地層孔隙仍保持超壓，L-B井由于泄壓明顯，壓實作用變強，有機質孔多呈長條、扁平狀及不規則形狀，孔徑較小。Y-A井頁巖孔隙度總體上大于L-B井，由于L-B井多發育高角度穿層裂縫，導致滲透率比Y-A井高近10倍。兩井物性及孔隙結構差別較大。

（3）裂縫對頁巖氣的富集保存有很大的影響，發育一定量的中低角度的順層剪切縫、頁理縫和層內張性裂縫對頁巖氣的富集具有促進作用。Y-A井層內張裂縫密度更大，而L-B井高角度穿層裂縫更發育，隨著高角度穿層剪切裂縫的增多對頁巖氣的保存造成了不利影響。