四川盆地中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征及含氣性分析

四川盆地中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征及含氣性分析

巖流是指由粒度為0.0mm的碎屑、沉積物和有機(jī)質(zhì)組成的沉積層，通常由碎積層或?qū)訅簬r組成。黑色頁(yè)巖作為烴源巖已被研究了很多年,對(duì)中國(guó)黑色頁(yè)巖的形成地質(zhì)背景以及有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)特征有了一定的了解,但對(duì)黑色頁(yè)巖的形成機(jī)理、頁(yè)巖儲(chǔ)層及含氣性等特征還處于探索階段。近些年國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁(yè)巖進(jìn)行了重點(diǎn)研究,認(rèn)為這套黑色頁(yè)巖與美國(guó)FortWorth盆地Barnett頁(yè)巖在有效頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度等方面有很多相似點(diǎn),但是含氣量偏低,有機(jī)質(zhì)類型主要為I型,有機(jī)質(zhì)成熟度偏高,已經(jīng)達(dá)到高成熟-過(guò)成熟階段。近年來(lái),中國(guó)加大了對(duì)非常規(guī)天然氣包括頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)力度,并在資源量計(jì)算和核心選區(qū)優(yōu)選、水平井壓裂等技術(shù)創(chuàng)新、工業(yè)化實(shí)驗(yàn)區(qū)建設(shè)等方面取得重大發(fā)展。對(duì)四川盆地及其周緣上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁(yè)巖的勘探主要集中在川南地區(qū)、黔北地區(qū)、鄂西渝東地區(qū)及川北地區(qū)。眾多探井(包括建深1井、五科1井、太13井、丁山1井及林1井等)在鉆遇下志留統(tǒng)黑色頁(yè)巖時(shí)氣體顯示較為明顯。21世紀(jì)初,相繼在上揚(yáng)子地區(qū)開鉆了長(zhǎng)芯1井、渝頁(yè)1井、威201井、金頁(yè)1井等,其中渝頁(yè)1井在鉆探過(guò)程中,頁(yè)巖中氣體顯示良好。尤其對(duì)四川盆地南緣志留系研究較多,2010年蜀南地區(qū)威201直井在志留系龍馬溪組獲日產(chǎn)量>1×104m3的頁(yè)巖氣,2011年寧201-H1水平井在龍馬溪組獲日產(chǎn)15×104m3的頁(yè)巖氣,證實(shí)了四川盆地南緣龍馬溪組頁(yè)巖氣資源豐富。本文基于四川盆地及其周緣五峰組-龍馬溪組的野外露頭資料及長(zhǎng)芯1井、渝頁(yè)1井、丁山1井、林1井的相關(guān)資料,對(duì)研究區(qū)分為川南、黔北、鄂西渝東及川北4個(gè)區(qū)塊來(lái)對(duì)比研究。重點(diǎn)對(duì)野外露頭樣品進(jìn)行X射線衍射全巖分析、地球化學(xué)參數(shù)測(cè)試、薄片鑒定、掃描電鏡、比表面積及等溫吸附實(shí)驗(yàn),明確研究區(qū)五峰組-龍馬溪組的沉積特征、地球化學(xué)特征、儲(chǔ)層特征和頁(yè)巖含氣性主控因素,為研究區(qū)頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量的評(píng)價(jià)提供可靠的參數(shù)以及為該區(qū)頁(yè)巖氣的勘探、開發(fā)提供地質(zhì)資料。1志留系的構(gòu)造背景四川盆地作為中國(guó)三大克拉通盆地之一,從古老的震旦系至中生界白堊系都有油氣顯示和油氣富集。四川盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較頻繁,尤其是晚三疊世以來(lái)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,使其形成了四周環(huán)山、中間為平原與丘陵地貌的構(gòu)造格架。盆地內(nèi)部由于加里東期樂山-龍女寺古隆起抬升剝蝕的影響,使得該古隆起核部地區(qū)從武勝龍女寺構(gòu)造至西部龍門山大邑廣大的范圍內(nèi)缺失志留系;但在周邊山脈中由于地殼抬升剝蝕作用,使得志留系露出地表,剖面較佳,向川南、川東、川北地區(qū)龍馬溪組殘厚逐漸增大。晚奧陶世(凱迪期晚期-赫南特期),盆地受周邊擠壓作用,黔中古隆起及川中古隆起繼續(xù)隆升,圍限了上揚(yáng)子海域,使其成為局限海盆;到早志留世,為古隆起發(fā)育的高峰階段,此時(shí)陸地邊緣處于高度擠壓狀態(tài),造山運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,造成川中隆起的范圍不斷擴(kuò)大,與黔中隆起、武陵隆起、雪峰隆起及苗嶺隆起基本相連,形成了滇黔桂最大的隆起帶,使得四川盆地及其周緣沉積環(huán)境為由古隆起帶包圍的一個(gè)局限陸棚環(huán)境,巖相為頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖相;隆起邊緣主要發(fā)育潮坪-潟湖相,巖相多為粉砂質(zhì)、砂質(zhì)頁(yè)巖相(圖1)。五峰組-龍馬溪組下段黑色頁(yè)巖發(fā)育,為深水陸棚相;龍馬溪組上段粉砂巖較為發(fā)育,為淺水陸棚相。橫向上巖相的差異主要受川中隆起、黔中隆起及一些小的水下隆起控制(圖1)。2下段巖石及沉積相綜合習(xí)水騎龍村、綦江觀音橋、桐梓代家溝、秀山溶溪、城口觀音堂等十幾條上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組野外露頭剖面,總結(jié)出研究區(qū)五峰組-龍馬溪組共有5種主要巖性:黑色頁(yè)巖、硅質(zhì)巖、斑脫巖、粉砂巖及生物灰?guī)r(表1)。其中黑色頁(yè)巖中筆石化石豐富(圖2-A,C),多見于五峰組下段及龍馬溪組下段;粉砂巖中也含有明顯的筆石化石(圖2-G),主要發(fā)育于龍馬溪組上段;生物灰?guī)r發(fā)育在五峰組上段的觀音橋段(圖2-D);斑脫巖(圖2-E)與硅質(zhì)巖(圖2-F)主要發(fā)育在四川盆地北緣,如城口、鎮(zhèn)巴地區(qū)。四川盆地及其周緣地區(qū)五峰組-龍馬溪組為陸棚相沉積,從底至頂可分為4段(表1):(1)五峰組下段黑色頁(yè)巖為深水陸棚亞相;(2)五峰組觀音橋段生物灰?guī)r為淺水陸棚亞相;(3)龍馬溪組下段黑色頁(yè)巖為深水陸棚亞相;(4)龍馬溪組上段泥、灰?guī)r“排骨地層”為淺水陸棚亞相。具體特征描述如表2。2.1筆石巖石巖性巖性主要為黑色頁(yè)巖,碳質(zhì)、鈣質(zhì)含量較高,四川盆地北緣見斑脫巖(圖2-E),筆石化石豐富,又可稱為“筆石頁(yè)巖”;有機(jī)碳豐度較高,TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)>2%;水平紋層發(fā)育(圖3-G),反映出該段沉積時(shí)水體比較安靜;鏡下可見到硅質(zhì)放射蟲(圖3-C,D),在一定程度上表明沉積水體較深。該段沉積環(huán)境為深水陸棚。2.2生物基質(zhì)巖研究區(qū)五峰組上部的觀音橋段普遍發(fā)育,厚度一般在0.3m左右,在桐梓紅花園附近最厚達(dá)6m,wTOC一般小于2%。巖性為生物灰?guī)r(圖2-D),以腕足類占優(yōu)勢(shì),有少量腹足類、雙殼類和珊瑚等。綦江觀音橋野外露頭觀測(cè)中見到很多雙殼類化石,習(xí)水騎龍村剖面巖石樣品在鏡下也可看到很多介殼類、腕足類及海百合等生物,秀山溶溪剖面巖石樣品在鏡下還可見典型的淺水苔蘚蟲(圖3-B),這與貴州南緣的觀音橋段中的淺水生物一致,指示五峰組觀音橋段為淺水陸棚沉積。2.3斑脫巖的形成在五峰組和龍馬溪組下段,在部分地區(qū)(如四川盆地北緣城口、鎮(zhèn)巴,南緣的桐梓等地)可見到20多層的斑脫巖層。斑脫巖是一種黏土巖,成分極其復(fù)雜,主要由火山噴發(fā)所產(chǎn)生的凝灰物質(zhì)經(jīng)沉積成巖及蝕變作用后形成,含有明顯的鋯石等重礦物。野外露頭上可以看到明顯的水平層理(圖2-E)、黃鐵礦結(jié)核,鏡下也表現(xiàn)出明顯的紋層特征(圖3-G)。2.4筆石碳豐度低巖性為粉砂巖、灰色薄層鈣質(zhì)頁(yè)/泥巖夾鈣質(zhì)粉砂巖透鏡體(圖2-H),生物仍以筆石為主,有機(jī)碳豐度低,wTOC一般小于1%。在粉砂巖中可見明顯的鈣質(zhì)紋層(圖3-E),還可見到明顯的侵蝕構(gòu)造(圖3-F),具有明顯的淺水沉積特征。3有機(jī)地球化學(xué)的特征3.1系內(nèi)wc含量分布現(xiàn)今對(duì)黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度的界定有幾種不同的劃分方法:(1)斯倫貝謝公司在確定有效黑色頁(yè)巖厚度時(shí),將wTOC>2.0%作為下限值,Devon能源公司也贊同這一標(biāo)準(zhǔn);(2)哈利波頓公司將wTOC>1.5%作為劃分有效黑色頁(yè)巖的下限值,而將wTOC>2.0%作為下限值與石油地球化學(xué)專家劃分“好生油巖”的標(biāo)準(zhǔn)一致。對(duì)四川盆地及周緣五峰組-龍馬溪組剖面縱向上的TOC值統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),從底到頂五峰組下段黑色頁(yè)巖段的wTOC值主要集中在3%~6%之間,平均為3.48%;龍馬溪組下段黑色頁(yè)巖段的wTOC值主要集中在1%~4%之間,平均值為3.43%;而龍馬溪組上段非黑色頁(yè)巖段的wTOC值主要集中在0.5%~1%之間,平均值為0.866%。總之,wTOC高值主要集中在五峰組黑色頁(yè)巖段與龍馬溪組底部黑色頁(yè)巖段,五峰組wTOC值最大,龍馬溪組黑色頁(yè)巖段次之,龍馬溪組非黑色頁(yè)巖段最小。為了系統(tǒng)分析研究區(qū)的有機(jī)碳在縱向和橫向展布規(guī)律,編制了4條連井對(duì)比剖面:A-B剖面、C-D剖面、E-F剖面、G-H剖面(圖1)。可以看出:(1)TOC含量較高的都分布在剖面底部,從底到頂,TOC含量有遞減的趨勢(shì),wTOC>2%的黑色頁(yè)巖厚度都在20m左右。(2)A-B剖面(雷波磨石溝-長(zhǎng)芯1井-YQ1井-敘永黑泥-淺5井-習(xí)水騎龍村-丁山1井-綦江觀音橋),平行于黔中隆起,形成2個(gè)沉積中心,以長(zhǎng)芯1井(wTOC>2%的黑色頁(yè)巖厚度達(dá)40m)為代表的川南地區(qū)與以騎龍村(wTOC>2%的黑色頁(yè)巖厚度達(dá)50m)為代表的黔北地區(qū)。(3)C-D剖面(南川三泉-彭水鹿角-酉陽(yáng)黑水-秀山溶溪),顯示4條剖面黑色頁(yè)巖沉積厚度都在20m左右,沉積環(huán)境相似。(4)E-F剖面(華鎣李子埡-三星1井-石柱漆遼-利川毛壩),反映出在鄂西渝東地區(qū),以石柱漆遼(wTOC>2%的黑色頁(yè)巖厚度達(dá)110m)為代表的沉積中心向西往川中隆起方向的華鎣李子埡沉積水體變淺,黑色頁(yè)巖沉積厚度只有15m,向東大致平行于黔中隆起的利川毛壩厚度為55m,其與漆遼地區(qū)的厚度差異可能受來(lái)自于東部宜昌隆起的影響。(5)G-H剖面(旺蒼雙匯-南江橋亭-鎮(zhèn)巴觀音-城口雙河-巫溪田壩),大致平行于大巴山前緣,總體趨勢(shì)是自西向東黑色頁(yè)巖厚度逐漸變厚,城口桃園和巫溪田壩地區(qū)水體加深,沉積黑色頁(yè)巖厚度突然增加,達(dá)到70m,且wTOC值較高,平均約為4.0%,所以在大巴山前緣地區(qū),城口桃園-巫溪田壩一線是當(dāng)時(shí)黑色頁(yè)巖沉積較厚區(qū)。3.2草地干結(jié)構(gòu)碳同位素分布前人經(jīng)過(guò)大量研究認(rèn)為四川盆地及周緣五峰組-龍馬溪組埋藏較深,有機(jī)質(zhì)演化程度較高,有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率(Ro)介于2.4%~4%之間,一般為2.5%~4.6%,處于高成熟-過(guò)成熟階段。根據(jù)干酪根中δ13C測(cè)試值,將有機(jī)質(zhì)分為4種類型,劃分標(biāo)準(zhǔn)主要參考前人在四川盆地及周邊獲得的研究成果(表3)?；谇叭说难芯砍晒?一共統(tǒng)計(jì)了107件四川盆地及周緣五峰組-龍馬溪組樣品,干酪根碳同位素分布于-30.83‰~-23.74‰(圖4),最大值與最小值相差7.09‰。其中δ13C≤-28‰的腐泥型干酪根樣品數(shù)為64件,占樣品總數(shù)的59.62%;-28‰<δ13C≤-26.5‰的腐殖-腐泥型干酪樣品數(shù)為33件,占樣品總數(shù)的30.77%;-26.5‰<δ13C≤-24‰的腐泥-腐殖型干酪根樣品數(shù)9件,占樣品總數(shù)的8.65%;δ13C>-24‰的腐殖型干酪根樣品1件,占樣品總數(shù)的0.96%。wTOC≥0.4%的泥頁(yè)巖樣品,其干酪根碳同位素分布于-30.83‰~-27.68‰,平均為-29.14‰;在37件五峰組(18件)-龍馬溪組(19件)樣品中,干酪根碳同位素重于-28‰的樣品僅4件。由此表明,五峰組-龍馬溪組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型絕大多數(shù)屬腐泥型(Ⅰ),僅少數(shù)樣品屬腐殖-腐泥型(Ⅱ1)。4層的特性4.1巖性礦物含量五峰組下段的巖性主要為灰黑-黑色硅質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖及斑脫巖;上段的巖性為很薄的一層生物灰?guī)r。龍馬溪組巖性主要為一套淺水-深水陸棚相沉積,由深灰—黑色泥巖、富有機(jī)質(zhì)(碳質(zhì))頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖等組成;底部多為黑色碳泥質(zhì)頁(yè)巖,為深水陸棚沉積。四川盆地及周緣五峰組-龍馬溪組礦物組分的三元圖解顯示不同巖相中黏土、碳酸鹽和其他礦物的含量(圖5),黑色頁(yè)巖中碳酸鹽含量較低,石英含量大于黏土含量;粉砂巖中黏土與石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%~70%之間;硅質(zhì)巖中石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>70%?？傊?黑色頁(yè)巖及粉砂巖中脆性礦物含量較高。通過(guò)對(duì)四川盆地及周緣的多條剖面78個(gè)巖石樣品進(jìn)行了X射線衍射分析,分析其碳酸鹽、黏土、石英(包括長(zhǎng)石、黃鐵礦、磷酸鹽)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(圖6。其中五峰組下段黑色頁(yè)巖段14塊樣品,觀音橋段生物灰?guī)r段9塊樣品,龍馬溪組下段黑色頁(yè)巖段25塊樣品,龍馬溪組上段非黑色頁(yè)巖段30塊樣品),發(fā)現(xiàn)黔北地區(qū)五峰組-龍馬溪組從底到頂石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低,由五峰組下段的44.3%降至龍馬溪組上段的27%;黏土礦物逐漸增加,五峰組下段為35%,龍馬溪組下段黑色頁(yè)巖段為40.1%,龍馬溪組上段非黑色頁(yè)巖段為53%?？傊?巖石的礦物組分從底到頂表現(xiàn)為脆性礦物逐漸減少,而塑性礦物逐漸增多。另外,對(duì)研究區(qū)五峰組-龍馬溪組中石英含量與TOC的相關(guān)性作了重點(diǎn)研究(圖7),發(fā)現(xiàn):(1)在黑色頁(yè)巖與粉砂巖中,隨著石英含量的增加,TOC含量逐漸增加,相關(guān)系數(shù)R2=0.6264。TOC含量與石英含量成正相關(guān),有機(jī)質(zhì)含量越高,脆性礦物含量越高,便于頁(yè)巖氣的壓裂開采。(2)在硅質(zhì)巖中,隨著石英含量的增加,TOC值不增反降,相關(guān)系數(shù)R2=0.1233,石英含量與TOC的含量相關(guān)性不大,脆性礦物含量相對(duì)越高,黏土礦物含量相對(duì)越少,造成有機(jī)質(zhì)來(lái)源減少。4.2物理特征4.2.1儲(chǔ)層類型及其孔隙度國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者認(rèn)識(shí)到頁(yè)巖并非沒有孔隙,而是具有很多微孔。Roger等提出了頁(yè)巖微儲(chǔ)層的概念,或者稱為納米級(jí)儲(chǔ)層。頁(yè)巖中的孔隙雖然微小,但是并不是孤立的,而是由更加微小的孔喉相連接,其孔隙結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,含有多種微觀孔隙類型。對(duì)黔北地區(qū)土河場(chǎng)、習(xí)水騎龍村、吼灘、綦江觀音橋等野外露頭剖面及重點(diǎn)探井丁山1井與林1井的五峰組-龍馬溪組巖石樣品孔隙度進(jìn)行測(cè)試(共采集214件),發(fā)現(xiàn)其孔隙度值多數(shù)低于2%,為致密性儲(chǔ)層類型。本文選取了習(xí)水騎龍村、綦江觀音橋及桐梓代家溝3條野外露頭的32個(gè)樣品進(jìn)行了孔隙度測(cè)試,將五峰組-龍馬溪組從底到頂分為2段來(lái)研究,即黑色頁(yè)巖段與非黑色頁(yè)巖段。下部黑色頁(yè)巖段孔隙度較低,主要集中在4%~8%,平均值為6.17%;上部非黑色頁(yè)巖段孔隙度偏大,集中在5%~10%之間,平均值為6.63%?？傮w而言,黑色頁(yè)巖的孔隙度小于非黑色頁(yè)巖的孔隙度(圖8)。結(jié)合四川盆地及周緣五峰組-龍馬溪組孔隙度研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)其孔隙度峰值集中在4%~8%之間(圖9),總體孔隙度較小,屬于致密性儲(chǔ)層。黔北地區(qū)野外露頭樣品的孔隙度偏高,可能與泥巖中發(fā)育大量的次生孔隙有關(guān);也可能是由于露頭樣品經(jīng)地層抬升至地面后,壓力釋放,彈性膨脹,并且經(jīng)歷地表的風(fēng)化、淋濾作用,造成測(cè)出的孔隙度值偏高,與實(shí)際孔隙度有一定的偏差。4.2.2巖石比表面積與toc含量的相關(guān)性比表面積是單位質(zhì)量的巖石外表面積與內(nèi)表面積之和,比表面積的大小直接反映巖石孔隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。頁(yè)巖中的顯微孔隙結(jié)構(gòu)(比表面積大),有利于頁(yè)巖氣的吸附,但是不同的礦物具有不同的微觀孔隙結(jié)構(gòu)。石英比表面積相對(duì)較小,故具有較小的吸附能力;但石英含量的增加可提高巖石的脆性,又有利于裂縫的發(fā)育。黏土礦物由于有較大的礦物比表面積,有較強(qiáng)的吸附能力。通過(guò)對(duì)四川盆地及周緣五峰組-龍馬溪組30塊樣品進(jìn)行氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn),分析得到:BET比表面積為10.75~30.101m2/g,平均為20.459m2/g。那么,巖石的比表面積與其對(duì)應(yīng)的TOC含量有無(wú)相關(guān)性呢?統(tǒng)計(jì)得到(圖10):圖10中方點(diǎn)為重慶彭水五峰組-龍馬溪組鉆孔巖石比表面積與TOC含量的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)相當(dāng)高,R2=0.9753;圓點(diǎn)為五峰組-龍馬溪組露頭巖石比表面積與TOC含量的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)R2=0.4725?？傮w而言,巖石比表面積與TOC成正相關(guān),表明了與有機(jī)碳緊密相關(guān)的有機(jī)質(zhì)孔隙應(yīng)該對(duì)比表面積有重要的貢獻(xiàn)。露頭樣品所測(cè)的比表面積明顯要比鉆孔巖心樣品所測(cè)的比表面積大,可能是由于露頭巖石受到后期風(fēng)化作用所致。4.2.3不同沉積階段的微孔發(fā)育四川盆地及周緣五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖埋藏較深,經(jīng)歷了復(fù)雜的后期改造,但該套頁(yè)巖的微孔仍然具有較強(qiáng)的規(guī)律性。通過(guò)對(duì)四川盆地周緣五峰組-龍馬溪組黑色頁(yè)巖的20塊樣品進(jìn)行掃描電鏡觀察,將五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖微孔劃分為粒間格架孔、黏土片間孔、粒緣孔、表生溶孔、莓球狀黃鐵礦粒內(nèi)晶間孔、黏土粒內(nèi)孔、成巖溶孔、有機(jī)質(zhì)孔以及微裂隙等9類。其中,粒間格架孔、黏土片間孔、粒緣孔、表生溶孔屬于粒間孔,莓球狀黃鐵礦粒內(nèi)晶間孔、黏土粒內(nèi)孔、成巖溶孔屬于粒內(nèi)孔(圖11)。微孔發(fā)育主要在沉積階段、成巖階段以及表生階段3個(gè)階段。沉積階段主要發(fā)育的微孔有黏土片間孔、黏土粒內(nèi)孔以及莓球狀黃鐵礦粒內(nèi)晶間孔,成巖階段主要發(fā)育的微孔有微裂隙、有機(jī)質(zhì)孔、成巖溶孔、粒緣孔以及粒間格架孔,表生階段主要發(fā)育表生溶孔。粒間格架孔的孔隙比較大,可達(dá)數(shù)百納米到微米級(jí)別。因?yàn)槭穷w粒支撐,粒間格架孔的連通性相對(duì)其他類型的微孔較好。黏土片間孔在龍馬溪組頁(yè)巖中大量發(fā)育,數(shù)量眾多,連通性雖不及粒間格架孔,但也較好。粒緣孔大小一般在數(shù)十至數(shù)百納米,孔隙較大,但相互間連通性不好。黏土粒內(nèi)孔大小一般是數(shù)百納米,但相對(duì)孤立,連通性不好。成巖溶孔相對(duì)較大,數(shù)量也比較多,它主要形成于有機(jī)酸的溶蝕作用,所以與烴類的生成有一定聯(lián)系,可以作為烴類的儲(chǔ)集空間,但是此類孔隙連通性相對(duì)不好。莓球狀黃鐵礦粒內(nèi)晶間孔也在某些樣品中比較發(fā)育(圖12-A,B,C),單個(gè)莓球內(nèi)部黃鐵礦晶體之間孔隙發(fā)育,連通性較好,類似于粒間格架孔;但莓球之間連通性不太好。該類微孔與其他類型微孔的連通性也不太好(圖12-A),同時(shí),有些莓球狀黃鐵礦樣品中有明顯的硅質(zhì)空腔格架,這種格架能有利地支撐頁(yè)巖微觀孔隙的空間。有機(jī)質(zhì)孔在龍馬溪組頁(yè)巖中也是相當(dāng)常見的一類微孔,有機(jī)質(zhì)孔的特點(diǎn)是孔徑小但數(shù)量龐大,相互之間的連通性也較好(圖12-D)。在大量生烴之前,有機(jī)質(zhì)孔幾乎不發(fā)育,也就是所有的有機(jī)質(zhì)孔幾乎不受壓實(shí)作用的限制,反而有機(jī)質(zhì)孔的大量生成部分彌補(bǔ)了先前因壓實(shí)作用而損失的孔隙度。微裂隙因?yàn)槭菧贤ú煌紫断到y(tǒng)的重要通道,故其連通性很好,對(duì)于開采時(shí)的人工壓裂意義巨大。綜上,認(rèn)為最具油氣意義的是有機(jī)質(zhì)孔和黏土片間孔(圖13)。4.3氣質(zhì)特征4.3.1巖石地球化學(xué)特征頁(yè)巖含氣量是指1t頁(yè)巖中包含的溶解氣、吸附氣及游離氣的總和,折算到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、25℃條件下的氣體總量。目前對(duì)頁(yè)巖含氣量的研究集中在吸附氣的測(cè)定,吸附氣主要用等溫甲烷氣體吸附方法得到。微觀孔隙及微裂縫等這些狹小空間為游離氣的賦存、運(yùn)移提供了必要的空間及通道;而吸附氣主要吸附在頁(yè)巖中的吸附能力相對(duì)較強(qiáng)的黏土礦物表面。四川盆地及周緣龍馬溪組頁(yè)巖含氣量為0.3~5.09m3/t,其中川南威遠(yuǎn)地區(qū)含氣量為0.3~5.09m3/t,均值為1.82m3/t;長(zhǎng)寧地區(qū)含氣量為0.3~3.5m3/t,均值為1.93m3/t。本次研究重點(diǎn)對(duì)黔北地區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁(yè)巖的吸附氣含量做了研究,以習(xí)水騎龍村剖面為主。黔北地區(qū)巖石樣品在壓力接近12MPa時(shí)飽和吸附量介于1.52~2.77m3/t之間,平均為1.95m3/t;Langmuir體積(VL)最小為1.62m3/t,最大為3.09m3/t,平均值為2.13m3/t。另外,對(duì)川南地區(qū)、鄂西渝東地區(qū)及四川盆地北緣地區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁(yè)巖的吸附氣含量也做了統(tǒng)計(jì):川南地區(qū)以長(zhǎng)芯1井10塊黑色頁(yè)巖樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),VL為0.42~1.13m3/t,平均值為0.637m3/t;鄂西渝東地區(qū)重點(diǎn)以渝頁(yè)1井、秀山溶溪剖面五峰組-龍馬溪組黑色頁(yè)巖樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)分析:當(dāng)壓力為10.83MPa時(shí),VL為0.81~2.88m3/t,平均值為1.66m3/t;四川盆地北緣地區(qū)利用城口明中五峰組-龍馬溪組剖面的數(shù)據(jù),其VL為2.57m3/t。4.3.2toc含量的比較本次研究對(duì)習(xí)水騎龍村五峰組-龍馬溪組剖面與渝頁(yè)1井在縱向上進(jìn)行吸附體積與TOC含量對(duì)比(圖14),得出如下認(rèn)識(shí):(1)沉積環(huán)境決定了TOC含量的多少。五峰組下部黑色頁(yè)巖段與龍馬溪組下部黑色頁(yè)巖段屬深水陸棚沉積,wTOC值比較高;而龍馬溪組上部非黑色頁(yè)巖段屬淺水陸棚沉積,TOC含量相對(duì)變低。(2)深水陸棚黑色頁(yè)巖的吸附體積明顯高于淺水陸棚,深水陸棚巖石樣品的吸附體積一般>2.5m3/t,而淺水陸棚巖石樣品的吸附體積比較小。(3)無(wú)論是露頭樣品還是井下樣品,從底到頂,吸附體積呈遞減趨勢(shì),同時(shí)與TOC含量呈正相關(guān)。5脆性礦物的含量國(guó)外眾多學(xué)者的研究表明,如果黑色頁(yè)巖作為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,那么必須滿足2個(gè)條件:(1)較高的TOC含量,質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于2%;(2)較高含量的脆性礦物,如石英、長(zhǎng)石等。例如美國(guó)Barnett黑色頁(yè)巖中脆性礦物(石英)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均超過(guò)30%。這是因?yàn)?(1)黑色頁(yè)巖吸附量的多少與TOC成正比(圖15),這可能與有機(jī)質(zhì)與黏土礦物的吸附作用有關(guān);(2)石英等脆性礦物在壓實(shí)作用下可以為氣體的賦存空間提供支撐格架,另一方面脆性礦物(石英)可以提升頁(yè)巖的造縫能力。5.1有機(jī)碳對(duì)含氣量的吸附特性Ross等(2006)對(duì)加拿大東北部侏羅系Gordondale地層和Hickey等(2007)對(duì)Barnett頁(yè)巖的研究發(fā)現(xiàn):有機(jī)碳含量較高的硅質(zhì)或鈣質(zhì)頁(yè)巖中能存儲(chǔ)較多的吸附態(tài)頁(yè)巖氣。Lu等(1995)和Hill等(2002)通過(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究得出有機(jī)碳含量與甲烷吸附能力之間存在良好的正相關(guān)性,即有機(jī)碳含量越高,頁(yè)巖吸附氣體的能力就越強(qiáng)。在有機(jī)碳對(duì)含氣量(吸附氣量)的控制作用方面,國(guó)內(nèi)外做了大量研究。國(guó)外學(xué)者Ross等(2009)的研究數(shù)據(jù)證明巖石樣品的甲烷吸附量與TOC呈正相關(guān)性,R2=0.445;長(zhǎng)寧雙河與習(xí)水騎龍村剖面數(shù)據(jù)也反映出甲烷吸附量與TOC呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R2=0.3973;渝頁(yè)1井?dāng)?shù)據(jù)顯示吸附量與TOC成正相關(guān),相關(guān)系數(shù)更高,R2=0.6583。研究區(qū)五峰組-龍馬溪組甲烷吸附量與TOC也成正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)R2=0.5032(圖15)。因此,可以得出有機(jī)碳含量是影響頁(yè)巖吸附氣能力的主要因素之一。5.2孔隙大小對(duì)孔隙分布的影響頁(yè)巖氣中游離相態(tài)氣體的摩爾分?jǐn)?shù)平均為50%,賦存于黑色頁(yè)巖微觀孔隙中,其中包括有機(jī)質(zhì)納米孔隙及微裂縫;吸附相態(tài)氣體的摩爾分?jǐn)?shù)平均為50%,吸附在礦物顆粒、干酪根及孔隙表面。因此,黑色頁(yè)巖的微觀孔隙構(gòu)成在一定程度上控制著頁(yè)巖氣的吸附量。本次研究重點(diǎn)對(duì)習(xí)水騎龍村剖面的樣品進(jìn)行了氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)測(cè)試,從各孔徑段孔體積與比表面積的比例可以明顯看出,不同大小孔隙的分布狀況(圖16):(1)3~10nm孔隙,孔隙的體積分?jǐn)?shù)范圍為50%~83%,平均值為71%,比表面積分?jǐn)?shù)范圍為86%~97%,平均值為94%。(2)>10nm孔隙,孔隙的體積分?jǐn)?shù)范圍為17%~50%,比表面積則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于10nm以下孔隙的比表面積大小。同時(shí),孔隙體積分?jǐn)?shù)還展示出隨著TOC含量的增加,<10nm的孔隙所占體積分?jǐn)?shù)也隨之增加;反之,>10nm的孔隙所占體積分?jǐn)?shù)隨之減少。通過(guò)頁(yè)巖納米孔隙體積、比表面積與孔徑分布的關(guān)系,說(shuō)明<10nm的孔隙提供了主要的孔隙體積和比表面積。TOC含量與吸附量成正相關(guān)性,而<10nm的孔隙為頁(yè)巖提供了主要的孔隙體積和比表面積(圖17),同時(shí)微孔(<10nm)的孔隙體積和比表面積與甲烷吸附量大小及TOC含量的正相關(guān)性也進(jìn)一步證實(shí)了在四川盆地及周緣五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)微孔才是影響頁(yè)巖氣含氣量的主要因素。6富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖盆地綜合對(duì)比國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖發(fā)育及頁(yè)巖氣富集的特征,包括地質(zhì)、構(gòu)造、沉積、礦物和地球化學(xué)等方面,五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖具有其一般特征,但與北美典型頁(yè)巖氣相比卻有較大區(qū)別(表4):(1)北美富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地層含較多灰?guī)r段,生物化石豐富;而研究區(qū)五峰組-龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖除黔中地區(qū)觀音橋段發(fā)育較薄灰?guī)r段外,其余全為硅質(zhì)巖、碳質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖等。(2)發(fā)育盆地及構(gòu)造影響不同。北美富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖盆地為被顯著的上沖斷裂、構(gòu)造陸核和前寒武紀(jì)隆起共同圍限的不對(duì)稱前陸盆地,主要受沖斷和海槽等構(gòu)造因素的影響;而研究區(qū)五峰組-龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖盆地為被顯著的古生代早期的和前寒武紀(jì)的古隆起