川東南包鸞地區五峰組-龍馬溪組頁巖巖相特征

雷治安，曹玉，張海杰，劉達貴，吳萍，廖偉，羅彤彤，陳雷

川東南包鸞地區五峰組-龍馬溪組頁巖巖相特征

雷治安1，曹玉2，張海杰1，劉達貴2，吳萍2，廖偉1，羅彤彤2，陳雷3

（1.重慶頁巖氣勘探開發有限責任公司，重慶 401121；2.中國石油川慶鉆探工程有限公司地質勘探開發研究院，成都 610051；3.西南石油大學地球科學與技術學院，成都，610500）

基于巖心、薄片以及分析測試數據，本文對川東南包鸞地區五峰組-龍馬溪組頁巖巖相進行了研究。宏觀上，研究區五峰組-龍馬溪組發育5種宏觀巖相——凝灰質頁巖相、角礫頁巖相、塊狀頁巖相、紋層狀頁巖相、云質灰巖相。定量研究發現：川東南包鸞地區五峰組-龍馬溪組發育6大類巖相（硅巖相、硅質頁巖相、混合頁巖相、粘土質頁巖相、粘土巖相以及灰質頁巖相），11種小類巖相，其中研究區主要以富粘土硅質頁巖相、混合硅質頁巖相、粘土質/硅質頁巖相以及富硅粘土質頁巖相這四類巖相為主；通過TOC、含氣量、孔隙度以及滲透率4個參數對不同頁巖巖相進行研究發現：硅巖相是研究區頁巖氣勘探的最有利巖相，其次為硅質頁巖類的含粘土硅質頁巖相和混合硅質頁巖相；粘土質/硅質頁巖相和混合頁巖相中等，最差的巖相為粘土質頁巖相和粘土巖相。

巖相；五峰組-龍馬溪組；頁巖；川東南

巖相是一定沉積環境中形成的巖石或巖石組合，它是沉積相的主要組成部分。對于海相頁巖而言，前期研究普遍認為海相頁巖巖相具有均一性，但隨著研究的不斷深入，越來越多的學者發現海相頁巖的巖相具有明顯的非均質性[1-5]。另外海相頁巖的巖相非均質性直接影響氣源、儲集、賦存和保存條件并直接影響頁巖氣的勘探和開發[6-11]，因此研究海相頁巖巖相特征對于找尋有利的頁巖氣勘探層段具有重要意義。本文以川東南包鸞地區的B201井為例，擬從宏觀和定量兩方面對川東南五峰組-龍馬溪組海相頁巖巖相進行研究，并明確不同巖相的儲層參數特征，確定有利的頁巖巖相。

1 區域地質背景

研究區位于重慶的涪陵包鸞地區。構造區劃上，其總體處于四川盆地的東南緣，橫跨川東高陡褶皺帶和湘黔鄂沖斷帶，由一系列的NNE向的向斜和背斜組成。晚奧陶世末時期，由于都勻構造運動的影響導致黔中隆起和宜昌上升，同時江南雪峰隆起初步形成，在川中、黔中以及江南-雪峰三大古隆起的夾持下，在四川盆地的東北部、川東-鄂西以及川東南地區形成局限的陸棚沉積環境，沉積了一大套陸棚相的富有機質頁巖（圖1）。因此，總體上來看，龍馬溪組時期上揚子地區形成了“三隆夾一坳”的半閉塞滯流海盆，該欠補償的缺氧盆地為富有機質頁巖的形成提供了極為有利的條件[12]。

圖1 研究區位置圖（據文獻12、14、15修改）

在川東南地區，龍馬溪組與下伏的五峰組呈整合接觸，上部與石牛欄組、羅惹坪組及小河壩組呈整合接觸，厚158～600m。龍馬溪組主要為頁巖沉積，其中下部由富含有機質的頁巖組成，同時富含筆石，如[13]。上部主要由粉砂質泥巖、粉砂巖和泥灰巖組成。

2 宏觀巖相特征

為了在宏觀上先對頁巖巖相進行研究，在本次研究中，從沉積學的角度根據巖心宏觀特征、紋層及礦物對B201井五峰組-龍馬溪組的宏觀頁巖巖相進行了研究，識別出了5種宏觀巖相——凝灰質頁巖相、角礫頁巖相、塊狀頁巖相、紋層狀頁巖相、云質灰巖相。

2.1 角礫頁巖

該巖相主要以方解石和泥礫組成，裂縫大量發育，其基本均被方解石充填（圖2），主要為斷裂作用形成。該巖相主要發育于五峰組，龍馬溪組未見發育。

圖2 角礫頁巖宏觀及鏡下特征

圖3 云質灰巖宏觀及鏡下特征

圖4 塊狀頁巖宏觀及鏡下特征

2.2 云質灰巖

該巖相發育于五峰組頂部的觀音橋段，為淺水碳酸鹽巖沉積，成分以灰質和云質為主，粘土質成分較少，該巖相內可見一系列高角度裂縫發育，部分裂縫被方解石充填（圖3）。

圖5 紋層頁巖宏觀及鏡下特征

2.3 塊狀頁巖

該巖相為塊狀結構，巖心及鏡下均不顯紋層，巖心上可見大量黃鐵礦結核以及黃鐵礦紋層發育，同時偶見部分水平裂縫，其內部被方解石充填。鏡下觀察可見該巖相礦物成分主要為粘土顆粒以及硅質顆粒，有機質較為發育（圖4）。該巖相在五峰組和龍馬溪組內均有發育。

2.4 紋層狀頁巖

該巖相以發育水平紋層為特征，水平紋層以粘土紋層和粉砂質紋層互層為主，偶見黃鐵礦紋層、方解石紋層（圖5）。該類巖相在龍一1上部以上的地層較為常見。

2.5 凝灰質頁巖

該類巖相在五峰組-龍一段均有發育，主要為火山灰作用混入頁巖沉積中形成，在宏觀巖心上偶見薄層凝灰質紋層，鏡下可見紋層發育以及同生黃鐵礦和凝灰質透鏡體（圖6）。

圖6 凝灰質頁巖宏觀及鏡下特征

3 定量巖相劃分及其儲層特征

宏觀上的巖相研究可以對頁巖的宏觀沉積特征進行研究，但是為了對巖相進行定量研究，本次研究根據礦物成分定量對巖相進行研究，可將頁巖劃分出7大類巖相，16小類巖相（圖7）。

根據礦物成分20%、50%和80%三個值，將頁巖劃分為硅巖、粘土巖、灰巖、硅質頁巖、粘土質頁巖、灰質頁巖以及混合頁巖7個大的巖相（圖7）。在7大巖相識別的基礎上進一步將巖相細分為16個小類，分別是硅巖相、含灰硅質頁巖相、混合硅質頁巖相、含粘土硅質頁巖相、灰巖相、含粘土灰質頁巖相、混合灰質頁巖相、含硅灰質頁巖相、粘土巖相、含灰粘土質頁巖相、混合粘土質頁巖相、含硅粘土質頁巖相、粘土質/灰質頁巖相、粘土質/硅質頁巖相、混合質頁巖相、灰質/硅質頁巖相（圖7）。

圖7 頁巖巖相劃分三端元圖及研究區巖相類型

川東南包鸞地區五峰組-龍馬溪組發育6大類巖相（硅巖相、硅質頁巖相、混合頁巖相、粘土質頁巖相、粘土巖相以及灰質頁巖相），11種小類巖相，其中研究區主要以富粘土硅質頁巖相、混合硅質頁巖相、粘土質/硅質頁巖相以及富硅粘土質頁巖相這四類巖相為主（圖7）。

針對不同的巖相，本次研究對其不同的頁巖氣地質屬性進行了研究，結果發現：硅巖的TOC含量介于3.03%～5.52%，平均值為4.01%；含氣量介于1.43～1.94 cm3/g，平均值為1.71 cm3/g；孔隙度介于1.09%～1.71%，平均值為1.47%，滲透率為1.1×10-4~8.1×10-2mD，平均值為2×10-2mD。含粘土硅質頁巖的TOC為0.11%～4.79%，平均值為2.36%；含氣量為0.36～2.63 cm3/g，平均值為1.03 cm3/g；孔隙度介于0.38%～3.05%之間，平均值為1.53%，滲透率為7×10-6～2.1×10-1mD，平均值為2.3×10-2mD。混合硅質頁巖的TOC含量為0.39%～5.65%,平均值為2.33%；含氣量較低，介于0.31～1.93 cm3/g，平均值為1.0 cm3/g；孔隙度較高，介于0.41%~5.92%，平均值為1.64%；滲透率為1.8×10-5～1.5×10-1mD，平均值為9.5×10-3mD。含灰硅質頁巖由于測試數據較少，其基本屬性不清楚。粘土質/硅質頁巖的TOC含量介于1.27%～2.45%，平均值為1.90；含氣量介于0.56～1.62 cm3/g，平均值為1.02 cm3/g；孔隙度介于1.06%～2.76%，平均值為1.94%；滲透率為2.1×10-4～1.7×10-2mD，平均值為6.3×10-3mD。混合頁巖的TOC介于0.5%～5.62%,平均值為1.53%；含氣量為0.6～1.64 cm3/g，平均值為1.0 cm3/g；孔隙度介于1.03%～2.56%，平均值為1.72%；滲透率為1.6×10-3～1.0×10-2mD，平均值為4.5×10-3mD。含硅粘土質頁巖的TOC含量介于0.64%～4.39%，平均值為1.36%；含氣量為0.37～1.0 cm3/g，平均值為0.63 cm3/g；孔隙度為1.07%～2.97%,平均值為1.80%；滲透率為4.5×10-3～2.1×10-1mD，平均值為3.9×10-2mD。粘土巖的TOC含量介于0.55%～1.1%之間，平均值為0.83%；含氣量為0.62 cm3/g；孔隙度介于1.59%～2.92%，平均值為2.26%；滲透率為7.3×10-3mD（表1）。

表1 川東南包鸞地區五峰組-龍馬溪組不同巖相的頁巖氣地質屬性特征表

注：表中數值表示法為：最小值-最大值/平均值

總體來看，研究區硅巖是頁巖氣勘探的最有利巖相，其次為硅質頁巖類的含粘土硅質頁巖和混合硅質頁巖；粘土質/硅質頁巖和混合頁巖中等，最差的巖相為粘土質頁巖和粘土巖。

4 結論

通過巖心、薄片以及測試數據對川東南包鸞地區五峰組-龍馬溪組頁巖巖心進行了研究，主要得出了如下結論：

1）宏觀上，研究區五峰組-龍馬溪組發育5種宏觀巖相——凝灰質頁巖相、角礫頁巖相、塊狀頁巖相、紋層狀頁巖相、云質灰巖相；

2）利用礦物成分的三端元進行巖相定量研究發現，川東南包鸞地區五峰組-龍馬溪組發育6大類巖相（硅巖、硅質頁巖、混合頁巖、粘土質頁巖、粘土巖以及灰質頁巖），11種小類巖相，其中研究區主要以富粘土硅質頁巖、混合硅質頁巖、粘土質/硅質頁巖以及富硅粘土質頁巖這四類巖相為主；

3）通過TOC、含氣量、孔隙度以及滲透率4個參數對不同頁巖巖相進行研究發現：硅巖是研究區頁巖氣勘探的最有利巖相，其次為硅質頁巖類的含粘土硅質頁巖和混合硅質頁巖；粘土質/硅質頁巖和混合頁巖中等，最差的巖相為粘土質頁巖和粘土質頁巖。

[1] Robert, G., Loucks., Stephen, C.R. Mississippian Barnett Shale: Lithofaciesanddepositional setting of a deep-water shale-gas succession in the Fort Worth Basin, T-exas[J]. AAPG Bulletin,2007,91(4)：579-601.

[2] Abouelresh, M.O., Slatt, R.M. Lithofacies and sequence stratigraphy of the Barnett shale in east-central Fort Worth Basin, Texas[J]. AAPG Bulletin,2012,96(1)：1-22.

[3] 蔣裕強,宋益滔,漆麟,陳雷,陶艷忠,甘輝,等.中國海相頁巖巖相精細劃分及測井預測:以四川盆地南部威遠地區龍馬溪組為例[J].地學前緣,2016 , 23 (1) :107-118.

[4] 冉波,劉樹根,孫瑋,葉玥豪,邱嘉文,張健,等.四川盆地及周緣下古生界五峰組-龍馬溪組頁巖巖相分類[J].地學前緣, 2016 , 23 (2) :96-107.

[5] 王玉滿,王淑芳,董大忠,李新景,黃金亮,張晨晨,等.川南下志留統龍馬溪組頁巖巖相表征[J].地學前緣,2016, 23 (1)：119-133.

[6] Mitra, A., Warrington, D.S., Sommer, A. Application of lithofacies models to characterize unconventional shale gas reservoirs and identify optimal completion interv-als[R]. SPE 132513, 2010.

[7] Sonibare, W.A., Miles, D. Lithofacies analysis and modelling of the Kookfontein Deltaic Successions, TanquaDepocenter, Southwest Karoo Basin, South Africa[R].SPE 130508, 2010.

[8] 梁超,姜在興,楊鐿婷,魏小潔.四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖巖相及儲集空間特征[J].石油勘探與開發,2012,39(6)：691-698.

[9] Wang, G., Carr, T.R. Organic-rich Marcellus Shale lithofacies modeling and distribution pattern analysis in the Appalachian Basin[J]. AAPG Bulletin,2013,97(12)：2173-2205.

[10] 吳藍宇,胡東風,陸永潮,劉若冰,劉曉峰.四川盆地涪陵氣田五峰組一龍馬溪組頁巖優勢巖相[J].石油勘探與開發,2016,43(2)：189-197.

[11] 朱逸青,王興志,馮明友,李可.川東地區下古生界五峰組—龍馬溪組頁巖巖相劃分及其與儲層關系[J].巖性油氣藏,2016 , 28 (5) :59-66.

[12] 梁狄剛,郭彤樓,邊立曾,陳建平,趙喆. 中國南方海相生烴成藏研究的若干新進展（三）南方四套區域性海相烴源巖的沉積相及發育的控制因素[J].海相油氣地質,2009,14（2）：1-19.

[13] Chen, X., Rong, J. S. Mitchell, C. E. et al., Late Ordovician to earliest Silurian graptolite and brachiopod biozonation from the Yangtze region, South China, with a global correlation[J]. Geological Magazine, 2000,137(6): 623-650.

[14] 朱焱銘,陳尚斌,方俊華,羅躍.四川地區志留系頁巖氣成藏的地質背景[J].煤炭學報,2010,35（7）：1160-1164.

[15] 劉樹根,馬文辛,LUBA Jansa,黃文明,曾祥亮,張長俊.四川盆地東部地區下志留統龍馬溪組頁巖儲層特征[J],巖石學報,2011,27（8）. 2239-2252.

Lithofacies of Shale of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation in the Baoluan Region, Southeast Sichuan

LEI Zhi-an1CAO Yu2ZHANG Hai-jie1LIU Da-gui2WU Ping2LIAO Wei1LUO Tong-tong2CHEN Lei3

(1-Chongqing Shale gas exploration and Development Co. , Ltd., Chongqing 401121; 2- Institute of Geological Exploration and Development, Chuanqing Drilling Engineering Co. , Ltd., PetroChina, Chengdu 610051; 3-School of Earth Science and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500)

This paper has a discussion on lithofacies of shale of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation in the Baoluan region, southeast Sichuan based on drill core, rock thin section observation and test data. Macroscopically, shale of the Wufeng Formation- Longmaxi Formation in the Baoluan region may be divided into 5 lithofacies such as tuffaceous shale facies, breccia shale facies, massive shale facies, laminated shale facies and dolomitic limestone facies. Quantitative study indicates that shale of the Wufeng Formation-Longmaxi Formation in the Baoluan region may be divided into 6 lithofacies such as silica-dominated shale facies, siliceous shale facies, mixed shale facies, argillaceous shale facies, clay-dominated shalefacies and lime shale faciesamong which clay-rich siliceous shale facies, mixed siliceous shale facies, argillaceous/siliceous shale facies and silica-rich argillaceous shale facies dominate. All lithofacies are evaluated by TOC content, total gas content, porosity and permeability. The results show that silica-dominated shale is the most potential shale for shale gas exploration, followed by siliceous shale (clay-rich siliceous shale and mixed siliceous shale), secondly the argillaceous/siliceous shale and mixed shale, the argillaceous shale and clay-dominated shale.

lithofacies; Wufeng-Longmaxi Formation; shale; southeast Sichuan

2020-10-10

雷治安（1967-），男，四川渠縣人，高級工程師，主要從事頁巖氣地質勘探開發方面科研和管理工作

P618.12

A

1006-0995（2020）04-0556-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.006