李昌生，廖纪佳
（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都 610500；
2.西南石油大学地球科学与技术学院，四川成都 610500）
四川盆作为我国海相页岩气勘探开发的主力盆地，随着世界能源革命的不断进行，对页岩气的需求量越来越大，其地位越来越重要[1]。现阶段长宁、威远等地区中浅层页岩气已得到有效开发。深层页岩气较中浅层页岩气具有埋深大、面积广、储量丰富的特点，是未来页岩气开发的重点领域[2-3]。本文以川南泸州区块页岩为研究对象，通过对岩心样品的X射线衍射、孔隙度、含气量等实验分析测试，对五峰组-龙一1亚段储层特征和含气性进行研究，以期为泸州区块页岩气富集研究和勘探开发提供参考。
泸州区块位于川中古隆起南斜坡和川东南拗褶带之间的川南低陡构造带，由北向南发育雁行排列的梳状背斜构造[4]，东北部靠近构造转换带，整体发育相对紧闭的背斜和宽缓的向斜构造，具有复式褶皱特点；
同时区域断裂多集中在背斜的翼部或背斜和向斜的转折部位，受近东西向-北西西向挤压和近南北向-北北东向挤压构造应力场。从晚奥陶世沉积时期开始，受持续上升的黔中古陆和乐山-龙女寺古隆起的影响，四川盆地从早-中奥陶世的广阔海域转变为“两隆夹一坳”的局限海域[5-6]。到早志留世龙马溪期，随着黔中隆起进一步扩大，川中水下古隆起进一步隆升，使得泸州区块沉积水体进一步加深，处于局限陆棚环境中心。
2.1 地层特征
川南泸州地区上奥陶统五峰组至下志留统龙马溪组整体为局限陆棚-还原环境，结合GR曲线形态（两高夹一低）、TOC含量大小和各类化石为依据划分地层，从下至上依次为五峰组、和龙一14，共5个小层。岩性以碳质、泥质和粉砂质黑色、灰黑色页岩为主，底部龙一11~龙一含大量笔石，笔石个体较大，对应KM1-5笔石带，不同小层之间厚度差异较大，研究区目的层段厚度在60~80m。由于泸州区块处于局限陆棚环境中心，在深水强还原条件下页岩厚度较大，结合钻井取芯资料，研究区五峰组底部普遍埋深介于3 500~4 500m，并由北向南逐渐变深。
2.2 地球化学特征
（1）有机质丰度
有机质丰度作为评价页岩好坏的基本的参数，高有机质，意味着页岩生烃潜力较强和孔隙度较高。根据国外斯伦贝谢公司勘探开发实践，将页岩的TOC＞2.0%确定为下限值。通过对泸州区块五峰组-龙一1有机碳进行测试统计，泸州地区有机质类型以Ⅰ型为主，总有机碳（TOC）介于0.19%~4.97%，平均2.78%。其中龙一1 4小层TOC为0.99%~3.29%，平均为2.31%；
龙一1 3小层TOC为3.55%~4.97%，平均为4.26%；
龙一1 2小层TOC为4.5%~3.74%，平均为4.23%；
龙一1 1小层TOC为4.1%~4.32%，平均为4.28%；
五峰组TOC为0.19%~4.09%，平均为2.37%。全井段统计，TOC大于2%的页岩厚度占总厚度的82.7%，主要位于五峰组上部及龙一1下部。
（2）有机质成熟度
泸州地区页岩埋深大，在高温高压条件下，热成熟度较高。据前人研究表明上扬子地区志留系页岩平均热成熟度（Ro）在2.5%以上，川南泸州-宜宾-自贡地区，Ro值接近于1.8%。据有关研究发现，四川地区龙马溪组页岩埋藏深度变化大，Ro介于2.2%~4.0%。研究表明泸州地区龙马溪组热成熟度值为1.8%~2.5%，根据Tissot生油理论，泸州地区页岩气已处于高成熟度晚期-过成熟阶段，以生干气为主。
2.3 岩石矿物组成及岩相特征
（1）矿物组成
龙马溪组页岩常见矿物是石英、长石、碳酸盐岩和黏土，还包含少量的黄铁矿。通常石英、长石等脆性矿物含量高有利于提高页岩的造缝能力和孔隙保存。通过泸州地区五峰组-龙一1全岩XRD分析，石英含量为33%~53.3%，平均47.98%，黏土含量为15.6%~37%，平均25.12%，碳酸盐岩含量为10.3%~ 26.8%，平均18.84%，长石含量为2.3%~8.1%，平均4.48%。硅质矿物含量为41.1%~56.5%，脆性指数均值为52.02%，与美国已知含气页岩相似，揭示了该区页岩具有良好的脆性特征。
（2）岩相特征
页岩岩相识别及表征是研究页岩的基本工作，本文采用王玉满等提出法岩相三端元岩相划分方案，以石英-长石质矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物为三端元（图1）。整体上五峰组-龙一1为黏土质硅质混合页岩岩相和硅质页岩岩相。从小层来看，龙一11~龙一小层主要为硅质页岩岩相；
龙一14小层则主要为黏土质硅质混合页岩，其次为硅质页岩岩相和钙质硅质混合页岩岩相，五峰组则以硅质页岩为主体，其次为黏土质硅质混合页岩。
图1 泸州地区页岩矿物成分三端元图
2.4 孔隙度特征
泸州区块深层页岩储层孔隙类型包括无机孔和有机孔，主要是以有机孔为主。据泸州区块3口评价井孔隙度统计结果可知，五峰组—龙一1亚段页岩孔隙度在3.13%~6.24%，平均为4.9%，主要位于4%~6%，1小层和3小层孔隙度相对较高。泸州地区龙马溪组页岩的高孔隙度特征，与硅质页岩岩相密不 可分。
2.5 含气性特征
页岩含气量是对页岩气储层评价的关键参数，通过现场解析实验能较准确地得到地层页岩的含气量。通过对泸205井五峰组—龙一1亚段36件岩心进行模拟地温，收集、计算解析气量，再粉碎岩心加热收集残余气，然后通过直线回归法计算损失气量，最后获得地层岩心含气量。结果显示，龙一1亚段含气量为1.40~5.77m3/t，平均为2.86m3/t，呈现出从下往上递减趋势。五峰组含气量为0.53~4.92m3/t，平均为2.41m3/t，呈现出从上往下递减趋势。通过对泸205井样品含气饱和度分析，五峰组—龙一1亚段页岩含气饱和度介于38.73%~89.59%，平均为70.3%，五峰组上部及龙一1亚段1~3小层含气饱和度都在80%以上。
通过对泸205井五峰组-龙一1亚段页岩含气量和储层特征进行统计比较（图2），分析含气性的影响因素。有机质（TOC）含量高的页岩通常具有良好的含气性，一方面TOC是页岩气形成的物质基础，另一方面有机质生烃产生大量纳米级孔隙，提高页岩气的储集能力。泸205井含气量与TOC具有明显的正相关关系，线性斜率和相关性分别为1.105和0.7333。硅质矿物对页岩含气性具有间接的控制作用，生物硅含量反映了有机质的富集程度；
硅质矿物具有较高的硬度，能够对孔隙空间起到一定的保护作用，从而间接控制页岩的储集能力。根据数据，硅质矿物对含气量控制作用不强，表现为弱正相关性。黏土矿物具有亲水能力强的特点，不利于页岩气吸附，与含气量具有一定的弱相关性。黄铁矿含量低，对生烃潜力和储集能力贡献不大，无明显相关性。孔隙作为页岩气的主要储集空间，反映页岩的储集能力，与含气量具有明显的相关性。地层水通过侵占孔壁上亲水的表面和占据孔隙空间影响页岩的储集能力，随着含水量增大，含气量降低，相关性系数为0.5325，具有良好的相 关性。
图2 泸州地区页岩储集性因素与页岩含气量关联性
川南泸州地区五峰组-龙一1亚段页岩普遍埋深在3 500~4 500m，总有机碳含量高，介于0.19%~4.97%，有机碳大于2%占80.56%，Ro在1.8%~2.5%，已达高-过成熟阶段。目的层段岩相主要为黏土质硅质混合页岩岩相和硅质页岩岩相，平均脆性指数为52.02%，具有良好的脆性特征。孔隙度在3.13%~6.24%，平均为4.90%，孔隙性好。含气量为0.53~5.77m3/t，平均为3.79m3/t，含气饱和度在70%以上，页岩气含量丰富。泸州地区五峰组-龙一1亚段页岩含气量与矿物含量无明显相关性，主要受有机质含量、孔隙度和含水饱和度影响。
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