瀘州地區五峰組-龍一1頁巖儲層特征及含氣性

李昌生，廖紀佳

（1.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川成都 610500； 2.西南石油大學地球科學與技術學院，四川成都 610500）

四川盆作為我國海相頁巖氣勘探開發的主力盆地，隨著世界能源革命的不斷進行，對頁巖氣的需求量越來越大，其地位越來越重要[1]。現階段長寧、威遠等地區中淺層頁巖氣已得到有效開發。深層頁巖氣較中淺層頁巖氣具有埋深大、面積廣、儲量豐富的特點，是未來頁巖氣開發的重點領域[2-3]。本文以川南瀘州區塊頁巖為研究對象，通過對巖心樣品的X射線衍射、孔隙度、含氣量等實驗分析測試，對五峰組-龍一1亞段儲層特征和含氣性進行研究，以期為瀘州區塊頁巖氣富集研究和勘探開發提供參考。

1 研究區區域地質背景

瀘州區塊位于川中古隆起南斜坡和川東南拗褶帶之間的川南低陡構造帶，由北向南發育雁行排列的梳狀背斜構造[4]，東北部靠近構造轉換帶，整體發育相對緊閉的背斜和寬緩的向斜構造，具有復式褶皺特點；同時區域斷裂多集中在背斜的翼部或背斜和向斜的轉折部位，受近東西向-北西西向擠壓和近南北向-北北東向擠壓構造應力場。從晚奧陶世沉積時期開始，受持續上升的黔中古陸和樂山-龍女寺古隆起的影響，四川盆地從早-中奧陶世的廣闊海域轉變為“兩隆夾一坳”的局限海域[5-6]。到早志留世龍馬溪期，隨著黔中隆起進一步擴大，川中水下古隆起進一步隆升，使得瀘州區塊沉積水體進一步加深，處于局限陸棚環境中心。

2 瀘州地區頁巖氣儲層特征

2.1 地層特征

川南瀘州地區上奧陶統五峰組至下志留統龍馬溪組整體為局限陸棚-還原環境，結合GR曲線形態（兩高夾一低）、TOC含量大小和各類化石為依據劃分地層，從下至上依次為五峰組、和龍一14，共5個小層。巖性以碳質、泥質和粉砂質黑色、灰黑色頁巖為主，底部龍一11~龍一含大量筆石，筆石個體較大，對應KM1-5筆石帶，不同小層之間厚度差異較大，研究區目的層段厚度在60~80m。由于瀘州區塊處于局限陸棚環境中心，在深水強還原條件下頁巖厚度較大，結合鉆井取芯資料，研究區五峰組底部普遍埋深介于3 500~4 500m，并由北向南逐漸變深。

2.2 地球化學特征

（1）有機質豐度

有機質豐度作為評價頁巖好壞的基本的參數，高有機質，意味著頁巖生烴潛力較強和孔隙度較高。根據國外斯倫貝謝公司勘探開發實踐，將頁巖的TOC＞2.0%確定為下限值。通過對瀘州區塊五峰組-龍一1有機碳進行測試統計，瀘州地區有機質類型以Ⅰ型為主，總有機碳（TOC）介于0.19%~4.97%，平均2.78%。其中龍一1 4小層TOC為0.99%~3.29%，平均為2.31%；龍一1 3小層TOC為3.55%~4.97%，平均為4.26%；龍一1 2小層TOC為4.5%~3.74%，平均為4.23%；龍一1 1小層TOC為4.1%~4.32%，平均為4.28%；五峰組TOC為0.19%~4.09%，平均為2.37%。全井段統計，TOC大于2%的頁巖厚度占總厚度的82.7%，主要位于五峰組上部及龍一1下部。

（2）有機質成熟度

瀘州地區頁巖埋深大，在高溫高壓條件下，熱成熟度較高。據前人研究表明上揚子地區志留系頁巖平均熱成熟度（Ro）在2.5%以上，川南瀘州-宜賓-自貢地區，Ro值接近于1.8%。據有關研究發現，四川地區龍馬溪組頁巖埋藏深度變化大，Ro介于2.2%~4.0%。研究表明瀘州地區龍馬溪組熱成熟度值為1.8%~2.5%，根據Tissot生油理論，瀘州地區頁巖氣已處于高成熟度晚期-過成熟階段，以生干氣為主。

2.3 巖石礦物組成及巖相特征

（1）礦物組成

龍馬溪組頁巖常見礦物是石英、長石、碳酸鹽巖和黏土，還包含少量的黃鐵礦。通常石英、長石等脆性礦物含量高有利于提高頁巖的造縫能力和孔隙保存。通過瀘州地區五峰組-龍一1全巖XRD分析，石英含量為33%~53.3%，平均47.98%，黏土含量為15.6%~37%，平均25.12%，碳酸鹽巖含量為10.3%~ 26.8%，平均18.84%，長石含量為2.3%~8.1%，平均4.48%。硅質礦物含量為41.1%~56.5%，脆性指數均值為52.02%，與美國已知含氣頁巖相似，揭示了該區頁巖具有良好的脆性特征。

（2）巖相特征

頁巖巖相識別及表征是研究頁巖的基本工作，本文采用王玉滿等提出法巖相三端元巖相劃分方案，以石英-長石質礦物、碳酸鹽礦物和黏土礦物為三端元（圖1）。整體上五峰組-龍一1為黏土質硅質混合頁巖巖相和硅質頁巖巖相。從小層來看，龍一11~龍一小層主要為硅質頁巖巖相；龍一14小層則主要為黏土質硅質混合頁巖，其次為硅質頁巖巖相和鈣質硅質混合頁巖巖相，五峰組則以硅質頁巖為主體，其次為黏土質硅質混合頁巖。

圖1 瀘州地區頁巖礦物成分三端元圖

2.4 孔隙度特征

瀘州區塊深層頁巖儲層孔隙類型包括無機孔和有機孔，主要是以有機孔為主。據瀘州區塊3口評價井孔隙度統計結果可知，五峰組—龍一1亞段頁巖孔隙度在3.13%~6.24%，平均為4.9%，主要位于4%~6%，1小層和3小層孔隙度相對較高。瀘州地區龍馬溪組頁巖的高孔隙度特征，與硅質頁巖巖相密不 可分。

2.5 含氣性特征

頁巖含氣量是對頁巖氣儲層評價的關鍵參數，通過現場解析實驗能較準確地得到地層頁巖的含氣量。通過對瀘205井五峰組—龍一1亞段36件巖心進行模擬地溫，收集、計算解析氣量，再粉碎巖心加熱收集殘余氣，然后通過直線回歸法計算損失氣量，最后獲得地層巖心含氣量。結果顯示，龍一1亞段含氣量為1.40~5.77m3/t，平均為2.86m3/t，呈現出從下往上遞減趨勢。五峰組含氣量為0.53~4.92m3/t，平均為2.41m3/t，呈現出從上往下遞減趨勢。通過對瀘205井樣品含氣飽和度分析，五峰組—龍一1亞段頁巖含氣飽和度介于38.73%~89.59%，平均為70.3%，五峰組上部及龍一1亞段1~3小層含氣飽和度都在80%以上。

3 含氣量影響因素

通過對瀘205井五峰組-龍一1亞段頁巖含氣量和儲層特征進行統計比較（圖2），分析含氣性的影響因素。有機質（TOC）含量高的頁巖通常具有良好的含氣性，一方面TOC是頁巖氣形成的物質基礎，另一方面有機質生烴產生大量納米級孔隙，提高頁巖氣的儲集能力。瀘205井含氣量與TOC具有明顯的正相關關系，線性斜率和相關性分別為1.105和0.7333。硅質礦物對頁巖含氣性具有間接的控制作用，生物硅含量反映了有機質的富集程度；硅質礦物具有較高的硬度，能夠對孔隙空間起到一定的保護作用，從而間接控制頁巖的儲集能力。根據數據，硅質礦物對含氣量控制作用不強，表現為弱正相關性。黏土礦物具有親水能力強的特點，不利于頁巖氣吸附，與含氣量具有一定的弱相關性。黃鐵礦含量低，對生烴潛力和儲集能力貢獻不大，無明顯相關性。孔隙作為頁巖氣的主要儲集空間，反映頁巖的儲集能力，與含氣量具有明顯的相關性。地層水通過侵占孔壁上親水的表面和占據孔隙空間影響頁巖的儲集能力，隨著含水量增大，含氣量降低，相關性系數為0.5325，具有良好的相 關性。

圖2 瀘州地區頁巖儲集性因素與頁巖含氣量關聯性

4 結論

川南瀘州地區五峰組-龍一1亞段頁巖普遍埋深在3 500~4 500m，總有機碳含量高，介于0.19%~4.97%，有機碳大于2%占80.56%，Ro在1.8%~2.5%，已達高-過成熟階段。目的層段巖相主要為黏土質硅質混合頁巖巖相和硅質頁巖巖相，平均脆性指數為52.02%，具有良好的脆性特征。孔隙度在3.13%~6.24%，平均為4.90%，孔隙性好。含氣量為0.53~5.77m3/t，平均為3.79m3/t，含氣飽和度在70%以上，頁巖氣含量豐富。瀘州地區五峰組-龍一1亞段頁巖含氣量與礦物含量無明顯相關性，主要受有機質含量、孔隙度和含水飽和度影響。