川南地區龍馬溪組海相頁巖與川中地區大安寨段湖相頁巖儲層對比分析

李彥佑，戴鴻鳴

（西南石油大學地球科學與技術學院，四川成都 610500）

頁巖油氣的開發在我國近幾年是研究熱點。四川盆地頁巖氣勘探已在川東南-川南海相下志留統、川東-川東北湖相下侏羅統泥頁巖層系獲得了商業發現和工業氣流[1]。本文通過對四川盆地海相下志留統龍馬溪組和湖相下侏羅統自流井組大安寨段泥頁巖層系頁巖儲層進行對比，客觀評價海相、湖相頁巖油氣的儲層性能，探討頁巖油氣儲層的差異。

1 地質背景

川南地區是我國重要的頁巖氣產區之一，它位于揚子臺地內的龍門山斷裂與城口-房縣斷裂帶南部，黔中古隆起北緣，龍馬溪組頁巖以黑色粉砂質頁巖與碳質頁巖為主，而川中地區東以華鎣山、西以龍泉山為界，北抵平昌、儀隴，南到資中-大足一線，發育一套內陸湖相沉積，巖性為介殼灰巖與黑色泥頁巖的不等厚互層[2]。

四川盆地的形成與演化，經歷了海相和陸相沉積發展階段，在盆地發展早期，主要以海相碳酸鹽巖沉積為主，在盆地發展晚期，從晚三疊世開始主要以陸相碎屑巖沉積為主。根據盆地充填和相鄰大巴山構造帶造山和隆升的關系，可將其劃分為4個演化階段：①早侏羅世到中侏羅世早期，盆周緣山系隆升幅度較小，物源供應不充分，沉積以細粒沉積為主。②中侏羅世中晚期，北大巴山顯著抬升，并向盆地推進，大巴山前緣大幅沉降，來自大巴山物源的沉積體向湖盆不斷推進，構成反粒序沉積。③晚侏羅世，北大巴山活動平穩，此時前陸盆地沉降中心遷移到川西坳陷區。④早白堊世到第三紀，南大巴山弧形斷褶帶活動顯著，川中北緣前陸隆起進一步

2 物性特征與有機地化特征

2.1 物性特征

根據測井資料解釋，龍馬溪組儲層段平均孔隙度3.2%，大安寨段儲層平均孔隙度2.39%。總的來說龍馬溪組頁巖儲層和大安寨段頁巖儲層是典型的致密儲層，但兩者相比，龍馬溪組儲層物性略好。

2.2 礦組組成

根據全巖礦物X 衍射結果表明，其主要礦物組分包含有石英、碳酸鹽、黏土礦物等，其中龍馬溪組樣品黏土平均含量為29.9%～38.7%，脆性礦物石英平均含量為28%～33.4%（圖1），大安寨段樣品黏土礦物含量平均值為40.3%，石英礦物含量平均值為41.3%，長石礦物含量平均值為7.6%，碳酸鹽巖礦物含量平均值為8.3%，黃鐵礦等礦物含量平均值為2.5%（圖2），通過對比可以得出，兩者二者礦物組成相似，均以脆性礦物為主，但大安寨段樣品石英含量較高。

圖1 龍馬溪組頁巖礦物組成

圖2 大安寨段頁巖礦物組成

2.3 總有機碳（TOC）

總有機碳（TOC）可反映巖石的生烴潛力，是烴源巖豐度評價的重要指標。來自研究區內龍馬溪組與大安寨段的樣品TOC 測定實驗表明，龍馬溪組10口井優質頁巖樣品的TOC值（圖3）分布在2.7%～3.4%，平均值為3.1%。大安寨段頁巖樣品的TOC 值分布在0.5%～4.27%，平均1.28%。

圖3 龍馬溪組優質頁巖TOC含量直方圖

2.4 有機質成熟度

成熟度是表征有機質向油氣轉化的重要指標，干酪根的鏡質體反射率（Ro）是最直觀的表征有機質成熟度的參數。過實驗測試分析，結合數據收集與整理，龍馬溪組頁巖有機質成熟度整體較高，最高值4.46，最低值3.46，平均值4.04，處于過成熟生氣階段；大安寨段暗色頁巖有機質成熟度整體不高，Ro 值介于0.64～1.81，平均值為1.24，整體處于高成熟階段。總的來說，龍馬溪組頁巖成熟度優于大安寨段頁巖成熟度。

2.5 有機質類型

有機質類型是衡量烴源巖質量的指標，不同類型的有機質生烴潛力不同且生成的產物也不同，生油門限值和生烴過程也有一定差別，這主要與有機質的化學組成和結構有關[3]。烴源巖有機質類型可采用三類四分法或三類五分法，前人研究表明，陸海相生油在生烴原理和規律上沒有本質區別，但在有機質性質和沉積的規模上表現出了生烴規模和生成油氣性質的差異，因此，鑒別海、陸相油氣的一個重要標準就是有機質類型。常用干酪根和生油巖熱解法劃分有機質類型。利用干酪根劃分方案，龍馬溪組頁巖樣品類型以I 型有機質為主；川中大安寨段頁巖樣品有機質類型主要以II～III 型為主。TOC ＞1%的樣品，通常具有較高的H/C 原子比和較低的O/C 原子比，而TOC ＜1%的樣品，其O/C 原子比一般較高，其生油潛力偏低。大安寨段有機質成熟度演化區間較大，呈現由北向南同埋深降低的趨勢，稍遜于龍馬溪組海相頁巖地層I 型有機質。

3 差異性原因討論

3.1 沉積背景

四川盆地及周緣晚奧陶世-早志留世區域上為克拉通臺內凹陷沉積模式，在四川盆地南部到東部一帶發育穩定的深水陸棚沉積，龍馬溪組便為其中一套海相沉積地層，海相頁巖有機質豐度較高，為后續熱演化奠定物質基礎，四川盆地早侏羅世沉積環境為印支晚幕運動后的扇三角洲-湖泊沉積，早侏羅世大安寨期和東岳廟期主要為最大湖進期沉積，沉積環境受陸源碎屑物源的影響較小，作為湖相沉積的大安寨段頁巖有機質豐度較龍馬溪組低，物質基礎受限，熱演化程度亦受到影響[4-5]。

3.2 熱演化程度

隨著熱演化程度的增加，粒間孔和礦物顆粒粒內孔隨著壓實作用以及成巖作用的改造，在熱演化程度達到一定階段后作用將變得不明顯，而有機孔隙則開始發育。有機孔的形成主要受干酪根類型、有機質豐度及熱演化程度的控制。泥頁巖儲層孔隙在低成熟階段主要以原生基質孔隙為主，隨著熱演化作用的進行，原生基質孔隙逐漸閉合，有機孔隙逐漸增多，在高成熟階段有機孔隙占據絕對優勢。

龍馬溪組頁巖有機質處于過成熟生氣階段主要發育有機質孔和黏土礦物間孔，大安寨段頁巖有機質處于高成熟階段，有機孔發育較少，主要以微裂縫和礦物無機孔為主綜上，而有機質孔成為有機質在生烴排烴過程中所形成的孔隙，孔隙連通度較高。綜上，龍馬溪組頁巖儲集條件較大安寨段湖相頁巖優越，有利于頁巖氣儲集[5-6]。

4 結論

基于前人資料與各項物化測試結果分析，龍馬溪組作為海相地層代表，其有機碳含量與孔隙度都由于湖相沉積的大安寨段。因有機碳含量與儲層的含氣呈正相關，同時熱演化程度影響后期有機質孔的發育，進而在儲層礦物組分相似的情況下，導致孔隙結構發生變化，影響儲層的儲集空間和氣體吸附能力。