川西南地區頁巖氣地質特征及“甜點”綜合評價

張楨偉，程雨涵，趙發通

（西安石油大學，西安 710065）

隨著常規能源消耗的不斷增大，非常規能源越來越受到重視。頁巖氣的聚集區主要集中在四川盆地的東部和南部構造相對比較簡單的區域[1]。2017年，研究區域的頁巖氣產量每日達到800萬m3，全年產量達到24.73億m3。為了進一步研究構造復雜區塊頁巖氣的資源潛力，本文從頁巖的分布特征、巖石物理學特征以及儲層的特征等幾個方面，對川西南地區五峰組-龍馬溪組頁巖氣的地質特征進行研究，進而對研究區內的“甜點”區做出綜合評價。

1 地質背景

研究區內頁巖氣田位于四川盆地的西南部，分布在四川省宜賓市的長寧縣、珙縣、興文縣和筠連縣境內。工區主要屬山地地形，地貌包括大量的低山地和丘陵。海拔在400～1 300 m，相對高差最大達到900 m[2]。

研究區內的頁巖氣田位于四川盆地與云貴高原的交錯處。川南古坳中隆低陡構造區與婁山褶皺帶在其兩側分布，川東褶皺沖斷帶西延于北邊給予一定的影響（見圖1），在南邊婁山褶皺帶演化給予一定的影響，所以研究區域是一個構造復合體[3]。研究區內地層受到一定的擠壓，主要受燕山期以來的陸內造山運動、喜馬拉雅期印度板塊的影響，沉積蓋層屬于強烈的壓性構造，構造走向線以南北向、北東東向和北東向為主[4]。五峰組-龍馬溪組為研究區塊頁巖氣勘探的主要目的層段。

圖1 四川盆地構造區帶劃分

2 五峰組—龍馬溪組頁巖地質特征

2.1 五峰組—龍馬溪組頁巖分布特征

2.1.1 五峰組—龍馬溪組頁巖傾角

根據頁巖的傾角大小和傾角方向，人們可以判斷地層平緩的程度，進而判斷頁巖氣有利區。研究區的西部、西南部以及向斜中心部位奧陶系上統底界的地層傾角較小，主要在5°～15°，走向平緩，而東南部和北部傾角較大，在15°～26°。

2.1.2 五峰組—龍馬溪組頁巖埋深

適當的埋藏深度是頁巖氣富集區的一個有利因素，合適的溫度和壓力都很大部分取決于深度，也是目前頁巖氣開發的主要評價要素。研究區內志留系下統龍馬溪組—奧陶系上統五峰組，埋深1 100～3 800 m，最大埋深3 800 m位于J井及其西北部的向斜中心，埋深大于2 000 m的面積達480 km2。

2.1.3 五峰組—龍馬溪組頁巖厚度

通過頁巖厚度、分布范圍，人們可以大致找出頁巖氣藏的邊界，頁巖的厚度也對頁巖氣藏的規模以及經濟效益起著一定的作用[5]。研究區內龍馬溪組黑色頁巖厚度大多在100～700 m以內，底部大部分為黑色碳泥質頁巖，厚度變化不均勻，TOC含量相對較高，為0.4%～1.6%，且分布穩定，是一套高效烴源巖，R0值在1.83%～3.26%。四川盆地五峰組-龍馬溪組地層殘厚平面圖如圖2所示。

2.2 頁巖儲層特征

2.2.1 巖石礦物特征

研究區內頁巖儲層類型主要包含以下幾種頁巖，即含放射蟲碳質筆石頁巖、碳質筆石頁巖、含骨針放射蟲筆石頁巖、含碳含粉砂泥頁巖、含碳質筆石頁巖以及含粉砂泥巖等。研究區劃分的各個小層中，五峰組—龍一1亞段脆性礦物單井平均值大于70%，大部分為硅質礦物，表現出良好的可壓裂性，并且其黏土含量平均為24.5%。

2.2.2 儲層物性特征

研究區內五峰組—龍一1亞段的儲集空間主要分為孔隙和裂縫兩大類。頁巖儲層有微孔隙大量發育，可以分為晶內溶孔及有機孔，而裂縫可以分為構造縫、成巖縫、溶蝕縫與生烴縫。

（1）晶內溶孔。晶內溶孔是晶體、晶粒內部被選擇性溶蝕后出現的，主要位于礦物晶體內部，像白云石、方解石、長石等，一般沿解理方向分布[6]。晶內溶孔往往存在于較粗粒的研究層段，對儲層的儲集性能影響不大，孔徑一般在0.2～5μm（見圖3）。

（2）有機孔。有機孔內部結構主要呈蜂窩狀，屬于一種干酪根內部的孔隙結構，孔徑介于5～200 nm，大部分在150 nm左右，賦存于有機質邊界和礦物顆粒邊界[7]。本次研究通過掃描電鏡觀察，在區內頁巖內有機質呈分散狀分布，而在有機質內部呈蜂窩狀微孔，孔徑在0.002～1.000 μm。所以，有機孔是頁巖氣重要的儲集場所（見圖4）。

圖3 晶內溶孔，C井，2 174.04～2174.07 m

圖4 有機孔，F井，2 214.37～2 214.52 m

（3）裂縫。通過巖心樣品的分析，研究區塊中單井平均實際測量孔隙度在2.0%～6.8%，平均為5.4%（見表1），測井孔隙度在3.6%～7.3%。

表1 五峰組—龍一1亞段孔隙度實測值

2.2.3 有機質類型

研究區內五峰組—龍一1亞段TOC含量值最高，實際測量TOC含量在3.0%～4.2%。在縱向上，五峰組—龍一1亞段的單井各小層平均測井TOC值最高。龍一1亞段TOC值各小層大小關系是a＞c＞b＞d。

2.3 頁巖巖石物理學特征

2.3.1 測井曲線分析

通過分析研究區內A井的測井曲線（見圖5），筆者發現，頁巖儲層的伽馬值偏高，脆性較好，TOC含量高，高孔隙度，高滲透率，含水飽和度較低。

圖5 A井龍馬溪組測井曲線分析

將龍馬溪組的縱波阻抗、縱橫波速度比進行交會分析（見圖6），其中圖（a）中的顏色部分顯示的是TOC含量多少，暖色調（虛線區域）為含量值高的區域；圖（b）中的顏色部分顯示的是含水飽和度的分布，冷色調（虛線區域）為含水飽和度低值區；圖（c）中顏色部分為孔隙度的大小，暖色調（虛線區域）為孔隙度高值區；圖（d）中顏色部分為滲透率大小，暖色調（虛線區域）為滲透率高值區。經研究可知，低縱波阻抗、低縱橫波速度比，這些特征是頁巖段儲層物性、含氣性較好的地層及優質頁巖所具備的。

2.3.2 敏感參數優選

（1）孔隙度預測。通過研究區內已鉆A井、C井和J井三口井研究，從孔隙度與縱波阻抗的交會分析結果來看（見圖7），孔隙度與縱波阻抗具有相關性，且相關性較好，可以看出縱波阻抗與孔隙度呈負相關。

圖7 孔隙度與縱波阻抗交會圖

（2）TOC預測。通過已鉆A井、C井和J井三口井研究，從TOC與縱橫波速度比的交會分析結果可得（見圖8），TOC與VP/VS相關性較好，VP/VS值低的部分TOC高，這段屬于含氣段，VP/VS值高的部分TOC較低，這段屬于非含氣段，表現出負相關（A）；對含氣層段分析發現，當VP/VS值較低時，TOC值也是低值，表現出正相關（B）。

（3）脆性指數分析。通過對區內A井、C井和J井三口井研究，由圖9可知，脆性指數與楊氏模量呈現出正相關，隨著楊氏模量的增大，脆性指數增大；而與泊松比呈負相關，隨著泊松比增大，脆性指數隨著減小。

圖8 TOC含量敏感參數統計分析圖

圖9 脆性指數敏感參數統計分析圖

（4）總含氣量預測。對研究區內A井、C井和J井三口井進行研究，由圖10可以得出，含氣量與縱波阻抗的關系為負相關，即隨著縱波阻抗減小，含氣量逐漸增大。

圖10 總含氣量敏感參數統計分析圖

3 研究區頁巖氣“甜點”綜合評價

在研究區內，根據地質“甜點”劃分標準，結合斷層發育情況和總孔隙度指標進行分類。地質“甜點”第Ⅰ類區域，孔隙度大部分大于5，且斷裂不發育；地質“甜點”第Ⅱ類區域，距離復雜斷裂帶較遠，地質“甜點”第Ⅲ類區域，在斷裂發育區域（見圖11）。

關于工程“甜點”的相關影響參數，研究區的壓力系數均大于1.4，裂縫均呈現出較發育-發育，只需要對埋深、地層傾角兩個參數進行分析，得出工程“甜點”的具體劃分區域（見圖12）。

圖11 A-J井區龍馬溪組地質“甜點”預測圖

圖12 A-J井區龍馬溪組工程“甜點”預測圖

經過對研究區多參數進行綜合分析，最終得出“甜點”有利區，Ⅰ類區面積345.5 km2，Ⅱ類區面積132 km2，Ⅲ類區面積34.2 km2。Ⅰ類區主要分布于建武向斜和斜坡區，Ⅱ類區主要分布于建武向斜北翼和南翼與大雪山背斜毗鄰處，Ⅲ類區主要分布在大雪山背斜區域。

4 結論

工區內西部、西南部及向斜中心部位地層平緩穩定；東南部和北部地層傾角較大，整體呈現出東北較高、西南逐漸降低的趨勢。研究區內的目的層深度在1 100～3 800 m，黑色頁巖厚度大多在100～700 m以內，底部主要分布黑色碳泥質頁巖，有機碳含量為0.4%～1.6%，R0為1.83%～3.26%，是一套高效烴源巖。

研究區內五峰組—龍一1亞段儲集可劃分為孔隙和裂縫兩大類。孔隙可分為晶內溶孔及有機孔，裂縫可分為構造縫、成巖縫、溶蝕縫及生烴縫。頁巖儲層中大量發育此類型的孔隙，其中微孔和小孔所占比例較大，是吸附態賦存的天然氣主要儲集空間，具有超低孔、超低滲、含氣性好等特征。

研究區綜合分析后，落實Ⅰ類區面積345.5 km2，落實Ⅱ類區面積132 km2，Ⅲ類區面積34.2 km2。由此可以得出，工區的下一步勘探重點主要在Ⅰ類區、Ⅱ類區所主要分布的建武向斜和斜坡區和建武向斜北翼和南翼與大雪山背斜毗鄰處。