川南長寧地區下古生界五峰組—龍馬溪組一段頁巖巖相與含氣性特征

單玄龍, 邢 健, 蘇思遠, 李 昂, 趙振鐸, 楊 欽, 李雪松,井 翠, 張家浩, 孫 越

1.吉林大學地球科學學院,長春 130061

2.中國石油西南油氣田勘探開發研究院,成都 610000

3.四川長寧天然氣開發有限責任公司,四川 宜賓 644399

4.中國石油集團測井有限公司華北分公司,河北 任丘 062552

0 引言

美國是世界上最早從事頁巖氣勘探開發的國家[1-3]。作為一種新興的非常規能源,北美頁巖氣的快速開發有效地緩解了全球油氣資源的供需壓力,改變了天然氣的供應格局,影響了全球能源供給格局的變化,頁巖氣迅速成為重要的天然氣勘探開發新目標[4-7]。中國在南方古生界寒武系—志留系、四川盆地三疊系—侏羅系、鄂爾多斯盆地三疊系等層系發現頁巖氣[8]。中國頁巖氣資源的勘探開發熱潮始于2005年,建立了四川威遠—長寧、云南昭通等多個國家級頁巖氣工業化開發先導性示范區。目前, 中國頁巖氣勘探開發正處于快速發展階段。迄今為止,中國已在四川、鄂爾多斯、渤海灣、沁水、泌陽等盆地實現了中國海相(古生界)頁巖氣的突破,以及海陸過渡相煤系(二疊系)頁巖氣與陸相(中生界)頁巖氣/油的發現[4]。2010年中國石油鉆探的四川盆地威201井在寒武系、志留系頁巖中獲工業氣流, 實現了中國頁巖氣的首次工業化突破[9]。川南地區是中國頁巖氣資源最豐富、開發最成熟的區塊。中國南方地區是海相頁巖氣較有利地區[4,10-11],四川盆地奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組海相頁巖是靶點目標,已探明焦石壩、長寧—威遠等千億立方米級的大氣田,2016年頁巖氣產量達到78×108m3,展現出良好的勘探開發潛力[12]。中國頁巖氣富集特征受盆地類型、沉積環境、構造背景及巖相等多種因素的影響。巖相古地理研究是頁巖氣勘探評價和選層、選區工作的基礎[13]。不同巖相的開發潛力不同,頁巖巖相劃分及特征分析是頁巖油氣勘探開發中關鍵的一步。因此,找尋有利的頁巖巖相段是頁巖系統尋找主要勘探開發目的層的關鍵所在,對其開展分析研究具有重要意義[14]。

近年來,頁巖巖相的劃分已被國內外多位學者所關注[15]。針對頁巖巖相,前人已進行了分類劃分,并提出了多種劃分方案,大體可劃分為3類:一類是利用礦物組成+結構構造特征+古生物組合來劃分巖相,如王志峰等[16]依據巖石組分、顆粒大小、結構及構造、生物遺跡、化石組合及成巖作用將四川盆地頁巖巖相劃分為硅質頁巖、含鈣硅質頁巖、泥晶鈣質頁巖、鈣質紋層頁巖、介殼泥灰巖、波狀層理頁巖、白云質頁巖和磷質頁巖等8種頁巖巖相;趙建華等[17]根據頁巖礦物組成、沉積構造和生物組成的特征,識別出硅質頁巖、粉砂質頁巖、黏土質頁巖、灰質頁巖、含介殼泥灰巖/灰質泥巖、粉砂巖-細砂巖和斑脫巖等7種頁巖巖相。第二類是根據單一的礦物組成三端元法劃分巖相,如王玉滿等[13]依據巖石學、沉積環境(即成因)等關鍵因素,將川南地區五峰組—龍馬溪組頁巖劃分為硅質頁巖、黏土質頁巖、鈣質頁巖、黏土質硅質混合頁巖、黏土質鈣質混合頁巖和鈣質混合頁巖巖相。第三類是利用礦物組分和有機質豐度的差異進行劃分,如劉超等[18]將五峰組—龍馬溪組頁巖劃分為低有機質貧硅頁巖、中等有機質貧硅頁巖、低有機質富硅頁巖、中等有機質富硅頁巖和富有機質富硅頁巖巖相。不同頁巖巖相的含氣性存在顯著差異[18],但是造成該差異的原因尚不明確,還需進一步研究。

本文以四川盆地長寧地區下古生界五峰組—龍馬溪組一段海相頁巖為研究對象,綜合利用露頭、測井資料、鉆井資料和實驗測試資料,劃分長寧地區頁巖巖相,建立該地區頁巖巖相空間分布模式,明確頁巖巖相對含氣性的控制作用,探討優質頁巖巖相類型,以期為長寧地區頁巖氣藏的進一步勘探開發提供地質依據。

1 區域地質概況

四川盆地構造演化經歷了古生代—中三疊世克拉通盆地和晚三疊世—新生代陸相盆地兩大階段,包括四川省和重慶市大部分地區,形成于印支期,后經喜馬拉雅期水平褶皺運動,形成現今構造面貌(圖1a、b)[19-20]。在晚奧陶世—早志留世,川中隆起、黔中隆起和雪峰隆起出露于海平面之上,使得早—中奧陶世的廣海特征海域轉變為被隆起所包圍的局限海域,形成了大面積低能、欠補償、缺氧的沉積環境[21]。長寧地區位于四川盆地西南部,橫跨宜賓、瀘州兩地市,由江安、長寧、珙縣、興文和敘永等縣管轄,總面積約4 230 km2。研究區自沉積以來, 經歷了長期的構造沉降和短期的構造抬升[22-27]。

圖1 四川盆地長寧地區地理位置(a)、井位分布(b)與地層柱狀圖(c)

五峰組—龍馬溪組頁巖為南方海相頁巖氣的主力產層。其中,五峰組發育黑色硅質頁巖,厚度一般小于10 m;五峰組頂部的觀音橋層沉積時期,受到廣西運動和全球海平面下降的影響,沉積一套富含介殼的鈣質薄層。早志留世龍馬溪組時期冰川消融,海平面迅速上升,沉積一套厚度較大的黑色頁巖(圖1c)[28-29]。

2 頁巖巖相劃分方案

晚奧陶世和早志留世兩次大規模的海進事件,使得五峰組—龍馬溪組發育穩定沉積的黑色頁巖。目前,頁巖巖相的分類劃分方案沒有統一的標準,鑒于增加基質組構、沉積構造等要素的輔助分類會導致頁巖巖相命名趨于復雜、繁多,建立測井響應難度較大,且對研究和生產應用指導意義不大[13],因此,本文應用三端元法劃分頁巖巖相,不再增加其他要素的輔助分類。

首先建立以硅質礦物(石英+長石)、碳酸鹽巖礦物(方解石+白云石)、黏土礦物三礦物法的巖相類型定量劃分標準,對研究區頁巖巖相類型進行分類確定。當硅質礦物體積分數大于50%時,為硅質頁巖相組合;當碳酸鹽巖礦物體積分數大于50%時,為鈣質頁巖相組合;當黏土礦物體積分數大于50%時,為黏土質頁巖相組合;而當硅質、碳酸鹽巖以及黏土礦物的體積分數均小于50%且大于25%時,為混合質頁巖相組合。

以研究區9口取心井為例,對五峰組—龍馬溪組一段黑色頁巖巖相類型及特征進行分析。基于樣品X-衍射分析測試數據,將礦物體積分數投影到三端元圖內,得出研究區內主要發育5種巖相:黏土質硅質混合頁巖、混合質頁巖、硅質頁巖、鈣質硅質混合頁巖和鈣質頁巖巖相(圖2)。

圖2 四川盆地長寧地區五峰組—龍馬溪組一段頁巖巖相散點圖

3 頁巖巖相基本特征

研究區硅質頁巖鏡下見大量毫米級水平紋層,紋層中亮色顆粒物以球狀顆粒為主,主要包括石英、長石、硅質生物骨架顆粒等,硅質礦物體積分數一般在50%～75%之間(圖3a、b);黏土質硅質混合頁巖鏡下偶見毫米級水平紋層,顆粒物主要為黏土質絮凝狀顆粒,黏土礦物和硅質礦物體積分數均在25%～50%之間(圖3c);混合質頁巖中黏土礦物、硅質礦物和碳酸鹽巖礦物體積分數相近(圖3d);鈣質硅質混合頁巖碎屑主要包括生物骨架顆粒、方解石、白云石顆粒等,碳酸鹽巖礦物和硅質礦物體積分數均在25%～50%之間(圖3e);鈣質頁巖中碎屑成分主要為硅質、方解石和白云石,碳酸鹽巖礦物體積分數在50%～75%之間(圖3f)。

a. 硅質頁巖;b. 硅質頁巖;c. 黏土質硅質混合頁巖;d. 混合質頁巖;e. 鈣質硅質混合頁巖;f. 鈣質頁巖。

4 頁巖巖相展布特征

4.1 巖相垂向演化特征

通過對長寧地區五峰組—龍馬溪組一段頁巖樣品進行全巖X-射線衍射實驗分析發現,其礦物成分主要為脆性礦物,其次為黏土礦物(表1)。脆性礦物體積分數在29.4%～92.8%之間,平均為69.0%;黏土礦物體積分數在1.3%～58.1%之間,平均為25.9%;此外還有少量的黃鐵礦。脆性礦物中石英體積分數最大,其次為長石。龍一12小層的黏土礦物體積分數最低,由下至上呈現先降低后增高的趨勢,龍一14小層黏土礦物體積分數在12.1%～51.7%之間,平均為31.5%,黏土礦物體積分數最高。碳酸鹽巖礦物體積分數由下至上逐漸降低,五峰組體積分數在6.2%～85.0%之間,平均為40.8%,龍一11小層體積分數在21.0%～62.8%之間,平均為34.5%,龍一12小層體積分數在10.8%～55.0%之間,平均為25.8%,龍一13小層體積分數在5.5%～45.0%,平均為18.2%,龍一14小層體積分數在3.2%～65.8%之間,平均為13.9%。硅質礦物體積分數在龍馬溪組一段中部最高。

表1 四川盆地長寧地區五峰組—龍馬溪組一段不同層位礦物組分

為分析礦物成分的縱向變化及巖相與總有機碳(TOC)的對應關系,統計、繪制A井五峰組—龍馬溪組一段巖相礦物組分綜合柱狀圖(圖4)。以小層劃分為垂向剖析單元,對頁巖巖相發育類型和垂向演化特征進行系統分析。

圖4 四川盆地長寧地區A井五峰組—龍馬溪組一段巖相礦物組分綜合柱狀圖

研究結果表明,五峰組—龍馬溪組一段頁巖巖相垂向演化整體具有三分性特征。縱向上由五峰組至龍馬溪組一段,碳酸鹽巖礦物體積分數逐漸降低;硅質體積分數在龍馬溪組一段中部最高;黏土礦物體積分數在龍馬溪組一段上部體積分數最高。其中:五峰組—龍一11小層巖相以鈣質頁巖和鈣質硅質混合頁巖為主,鈣質硅質混合頁巖占比大于50%;龍馬溪組一段中部(龍一12與龍一13)巖相類型由下部的鈣質類及鈣質硅質混合巖過渡為硅質頁巖,硅質頁巖體積分數大于80%,偶見薄層狀黏土質硅質混合頁巖和混合質頁巖發育;龍馬溪組一段頂部發育厚層狀黏土質硅質混合頁巖巖相。

五峰組—龍馬溪組一段黑色頁巖發育于外陸棚環境,主要發育鈣質硅質混合頁巖、硅質頁巖,偶見鈣質頁巖薄層,黏土礦物體積分數少。五峰組下部發育黑色頁巖,在觀音橋段時期海平面下降,發育碳酸鹽巖沉積;龍馬溪組底部受全球冰川消融的影響海平面上升,發育大套硅質頁巖;龍馬溪組一段上部主要巖相類型以黏土質硅質混合頁巖、硅質頁巖為主,鈣質礦物體積分數降低,黏土質礦物體積分數增加。龍一段頂部巖石顏色逐漸變淺,經歷了海平面下降、水體能量變強、陸源碎屑物質供應量增多的沉積演化過程[13,19]。

4.2 巖相橫向展布特征

4.2.1 南北向頁巖巖相展布特征

以單井巖相分析和測井資料為基礎,通過連井對比,系統分析研究區五峰組—龍馬溪組一段頁巖巖相橫向展布特征。研究結果表明,長寧地區頁巖巖相南北向展布整體相對穩定。自南(A井)向北(C井),五峰組—龍馬溪組一段沉積的頁巖厚度逐漸增大,硅質頁巖厚度體積分數增高,五峰組底部發育穩定的鈣質硅質混合頁巖,五峰組頂部發育觀音橋層的鈣質頁巖,觀音橋層沉積期總體對應于五峰組沉積期較深水沉積之后的一次大范圍海退事件[19]。全球海平面的突然降低導致全球性的生物大滅絕,在研究區普遍形成一套碳酸鹽巖沉積,受水體深度變化的影響,由古隆起向盆地方向碳酸鹽巖沉積的層位逐漸升高,反映了由古陸向盆地內部水體消退速度變慢的特征。在龍一12和龍一13小層,混合質頁巖呈尖滅狀局部分布,黏土質硅質混合頁巖呈薄層狀分布,硅質頁巖呈厚層狀穩定分布,由南至北硅質頁巖沉積厚度逐漸增大(發育厚度由19.8 m增加至40.1 m)。龍一14小層以黏土質硅質混合頁巖相為主,在平面分布穩定,北部黏土質硅質混合頁巖相發育比例較南部低(圖5)。

井號位置見圖1b。

4.2.2 東西向頁巖巖相展布特征

自西(D井)向東(B井),頁巖沉積厚度大體呈增大趨勢。其中五峰組可見穩定發育的鈣質硅質混合頁巖,鈣質頁巖呈薄層狀分布,厚度小于5 m。混合質頁巖主要分布在五峰組和龍馬溪組一段上部,呈透鏡狀發育。黏土質硅質混合頁巖穩定分布于龍馬溪組一段上部,厚度在10 m左右。由西至東巖相由大段的鈣質硅質混合頁巖(厚度16.4 m,占比46.9%)逐漸過渡至以硅質頁巖(厚度27.4 m,占比68.2%)為主(圖6)。

在龍馬溪組早期,海平面上升,有機質類型為腐泥型,有機質豐度和熱演化程度均較高,是龍馬溪組有效烴源巖發育的主要時期,沉積中心位于四川盆地長寧地區的東北部,頁巖層厚度大于20 m[21]。從頁巖巖相連井沉積剖面可以看出,由南至北、由西至東,外陸棚環境的硅質頁巖巖相厚度占比增高,側面說明長寧地區的東北部為沉積中心。

5 頁巖巖相對含氣性的控制作用

5.1 各巖相含氣性特征

通過對長寧地區五峰組—龍馬溪組一段頁巖39塊樣品進行含氣量實驗測試分析發現:硅質頁巖的含氣量介于1.74～4.35 m3/t之間,平均值為2.52 m3/t;混合質頁巖的含氣量介于1.54 ～2.97 m3/t之間,平均值為2.07 m3/t;黏土質硅質混合頁巖的含氣量介于0.91 ～1.42 m3/t之間,平均值為1.17 m3/t;鈣質硅質混合頁巖的含氣量介于0.52～2.11 m3/t之間,平均值為1.68 m3/t;鈣質頁巖的含氣量介于0.77 ～2.40 m3/t之間,平均值為1.88 m3/t。因此,硅質頁巖含氣性最好,混合質頁巖、鈣質頁巖、鈣質硅質混合頁巖次之,黏土質硅質混合頁巖含氣性最差(圖7)。

圖7 四川盆地長寧地區五峰組—龍馬溪組一段各頁巖巖相的含氣性

5.2 巖相對含氣性的影響

頁巖氣在頁巖中的賦存主要受到包括有機地球化學特征、無機地球化學特征及孔隙結構的內在因素和溫度、壓力以及深度在內的外在因素的共同影響,不同頁巖巖相的TOC、礦物組成和孔隙發育等特征不同,顯示出不同的含氣性。

5.2.1 有機質豐度

總有機碳質量分數是頁巖氣運聚成藏的主要控制因素之一,同時也控制著頁巖氣的含氣量[30]。長寧地區頁巖氣藏生產表明,頁巖含氣量與總有機碳質質量分數呈現較好的正相關關系(圖8),頁巖氣含氣量隨著有機質質量分數的增加而增大,表明有機質對頁巖含氣量的控制作用顯著。進一步揭示頁巖的有機質質量分數不僅影響到生烴潛力的大小,還能夠控制頁巖的含氣量。高有機質豐度是頁巖氣富集成藏的基本前提。以A井為例,結合X-衍射測試數據與總有機碳檢測數據,研究區硅質頁巖的w(TOC)在2.76%～4.06%之間,平均值為3.43%;黏土質硅質混合頁巖的w(TOC)在1.95%～2.52%之間,平均值為2.19%;混合質頁巖的w(TOC)在1.64%～3.12%之間,平均值為2.46%;鈣質硅質混合頁巖的w(TOC)在0.56%～3.12%之間,平均值為2.33%;鈣質頁巖w(TOC)平均值為2.36%。硅質頁巖w(TOC)最高,混合質頁巖、鈣質頁巖及鈣質硅質混合頁巖次之,黏土質硅質混合頁巖w(TOC)最低。

圖8 四川盆地長寧地區五峰組—龍馬溪組一段頁巖含氣量與總有機碳質量分數關系圖

前人研究表明,五峰組—龍馬溪組黑色頁巖主要由浮游藻類、細菌和筆石等成烴生物及其早期生成的原油演化形成的固體瀝青組成[31]。五峰組沉積早期,氣候溫暖濕潤,海平面上升至高位,海底出現大面積缺氧環境,藻類、放射蟲、筆石等浮游生物生產率高,生物碎屑顆粒、有機質和黏土礦物等復合體以“海洋雪”方式緩慢沉降;五峰組中晚期,海平面下降,以浮游生物為食物的筆石大量滅絕,水中營養物質質量分數劇增;龍馬溪組沉積早期,海平面再次快速上升,藻類、放射蟲、筆石等浮游生物再次大量繁盛并緩慢沉積[8,32-33]。

海相頁巖中生物成因硅的存在對優質烴源巖的發育有重要的影響[34]。該區五峰組—龍馬溪組黑色頁巖的硅質成分包含生物成因和碎屑成因兩類,并以生物成因硅質為主(硅藻、放射蟲、海綿骨針等)[16],反映靜水和相對深水的陸棚沉積環境,對生物死亡后的埋藏和保存起到積極作用。海洋水體中較高含量的硅質不僅是放射蟲、海綿骨針等硅質生物發育、富集的基本條件,而且也是其他海洋生物生長所必需的重要營養物質。前人[35]研究調查結果顯示,硅元素的質量分數與水體的初級生產力息息相關,硅質生物大量發育時藻類也一同繁盛,藻類是一種保持其生物形態特征的水生浮游生物,是一種重要的生烴生物。生物來源硅質的富集層多是高的初級生產力層,充足的有機物質供給為優質烴源巖的發育提供了物質保證。放射蟲個體及與其共生的藻類可形成較大的富硅、富有機質團粒,放射蟲與藻類的共生體在死亡后快速沉降,增大沉積效率的同時也降低了有機質在水中被氧化的速率,生物生產率高,使得沉積有機質得以保存,有利于形成富有機質頁巖[36]。國內部分學者也認為放射蟲是古生代海洋高有機質生產力的主要貢獻者之一,其有機質中脂類物質體積分數較高,容易保存,是古生代海相烴源巖有機質的主要貢獻者[37]。同時,放射蟲囊體表面及囊內發育的小孔和空腔為頁巖氣提供大量的賦存空間[38],因此,硅質生物的大量繁盛是該時期有機碳富集的重要因素。從C井五峰組—龍馬溪組硅質頁巖中總有機碳與硅質體積分數的關系來看,w(TOC)與硅質體積分數呈明顯的正相關關系(圖9),隨著硅質體積分數的增加(54.4%→79.3%),w(TOC)相應增加(1.34%→4.77%),頁巖含氣量隨之增大。這是硅質頁巖含氣性能好的重要原因。

R. 相關系數。

5.2.2 巖石礦物組成

除有機質外,頁巖的巖石礦物組成是影響頁巖含氣量的另外一個因素[39-40]。為準確研究長寧地區五峰組—龍馬溪組海相頁巖巖石礦物組成對含氣量的影響,以C井為例建立包含礦物組成-含氣量-有機質豐度3種因素的統計圖,以便控制w(TOC),更客觀科學地判斷礦物成分對含氣量的影響,使結果更可信。可以看出,當w(TOC)一定時,頁巖含氣量與硅質礦物體積分數呈明顯正相關關系(圖10a),而隨黏土礦物體積分數的增加呈先增大后減小的趨勢(圖10b),與碳酸鹽礦物體積分數相關性不明顯(圖10c)。

圖10 四川盆地長寧地區C井五峰組—龍馬溪組一段不同礦物組分體積分數、w(TOC)、含氣量關系

硅質與有機碳的富集密切相關,且硅質體積分數的增高導致巖石脆性增大,利于形成天然裂縫和誘導裂縫[3]。生物成因硅質重結晶可以形成石英,增加頁巖脆性[30],進而對頁巖巖石滲透性的提高、儲集空間的擴大、氣體的解吸與運移起到積極影響。因此,高硅質礦物體積分數對頁巖氣的富集成藏、壓裂開發及有利層位選擇有重要意義。頁巖含氣量與碳酸鹽礦物體積分數相關性不明顯,碳酸鹽礦物為易溶礦物,在成巖演化過程中容易受到酸性流體的溶蝕,但多以孤立狀形式存在,故對含氣性影響不顯著[10]。而相對頁巖中的其他成分,黏土礦物的巖石力學屬性為塑形,黏土礦物雖然能夠通過成巖轉化形成次生孔隙,但其易受到壓實變形而難以保存。頁巖含氣量隨黏土礦物成分的變化呈現先增加后減小的趨勢,表明黏土礦物雖具有很強的吸附能力和較大的比表面積,能夠為吸附態頁巖氣提供一定的賦存空間,但隨著其體積分數持續增大,過高的黏土礦物體積分數將大大降低巖石脆性,導致裂縫不易形成,同時頁巖的抗壓實能力也相應降低,對孔隙發育不利,從而不利于頁巖氣的開采,影響壓裂效果[41]。

5.2.3 孔隙結構

孔隙結構與頁巖氣的賦存有密切的關系。頁巖氣通常以游離態賦存于中孔、宏孔與裂縫中,故游離氣量主要與孔體積大小有關。吸附氣吸附于有機質與黏土礦物微孔、中孔表面上,故吸附氣量主要與比表面積有關[41]。

該區不同巖相頁巖的孔隙結構參數見表2,頁巖樣品的平均比表面積為27.27 m2/g,平均孔體積0.12 cm3/g。硅質頁巖巖相的比表面積與孔體積最大,比表面積為35.12 m2/g,孔體積為0.17 cm3/g;黏土質硅質頁巖孔體積和平均孔徑偏小,而比表面積偏大。研究區海相頁巖普遍處于高過成熟階段,干酪根裂解與遷移有機質裂解生氣,能夠產生大量有機質孔隙,為頁巖氣賦存提供絕大部分儲集空間[42]。生物硅的發育一定程度上增加了頁巖的抗壓實能力,利于無機孔隙的保存,為后期遷移有機質充填提供了有利空間[43]。過高的黏土礦物體積分數會降低頁巖抗壓實能力,不利于孔隙的發育。因此,硅質頁巖由于富有機質而具有最大的孔體積,黏土質硅質混合頁巖孔體積最小。比表面積則由有機質孔和黏土礦物提供,有機質的內部廣泛發育微孔與中孔[44],同時內部的孔隙形成了復雜的網絡空間結構,因此有機質的存在大大增加了孔隙比表面積。黏土礦物由于自身形態的特性,呈現絮狀、書頁狀,使得其具有較其他脆性礦物更大的比表面積。因此,高有機質質量分數極大增加了頁巖比表面積,黏土礦物對比表面積也有一定貢獻,致使硅質頁巖、黏土質硅質混合頁巖由于高w(TOC)或高黏土礦物體積分數而具有較高的比表面積。

表2 研究區不同巖相頁巖樣品孔隙結構參數

根據BJH(Barret-Joyner-Halenda)法計算該區各頁巖巖相樣品的孔徑分布曲線。從圖11中可以看出,頁巖峰值孔徑集中在3～5 nm之間,表明在這個范圍內孔出現的概率最大,各頁巖巖相樣品的平均孔徑為15.61～24.46 nm(表2),頁巖孔隙以中孔為主,同時含有一定量的大孔,造成孔徑分布圖中的“拖尾”現象。硅質頁巖巖相樣品的累積孔體積(V)與孔隙在峰值孔徑時對應的孔體積(dV/dD)最大。綜合不同頁巖巖相比表面積、孔體積、平均孔徑數據發現,硅質頁巖巖相孔隙結構最好,表現出更優越的游離氣及吸附氣儲集能力。

a. 硅質頁巖;b. 黏土質硅質混合頁巖;c. 混合質頁巖;d. 鈣質硅質混合頁巖;e. 鈣質頁巖。

6 結論

1)四川盆地長寧地區五峰組—龍馬溪組一段共發育黏土質硅質混合頁巖、混合質頁巖、硅質頁巖、鈣質硅質混合頁巖和鈣質頁巖五類頁巖巖相。與龍馬溪組一段上部相比,五峰組—龍馬溪組一段中下部具有高硅質、鈣質礦物體積分數,黏土礦物體積分數低。

2)長寧地區五峰組—龍馬溪組一段頁巖巖相垂向演化整體具有三分性特征,隨海平面的變化,巖相呈鈣質硅質混合頁巖—硅質頁巖—黏土質硅質混合頁巖過渡;橫向上研究區頁巖巖相南北展布整體相對穩定,由西至東巖相由大段鈣質硅質混合頁巖逐漸過渡到以硅質頁巖為主,沉積中心位于長寧地區東北部,由南至北、由西至東,硅質頁巖巖相沉積厚度占比增高。

3)頁巖含氣量主要受到有機質豐度、礦物成分、孔隙結構等因素的影響,不同頁巖巖相的含氣性存在明顯差異,研究區硅質頁巖含氣性最好,而黏土質硅質混合頁巖含氣性最差。主要由于硅質頁巖具有高生物成因硅質體積分數、高w(TOC)、高脆性及高孔隙結構參數等特征,為頁巖氣的形成、儲存及富集成藏提供了有利條件。