涪陵地区大安寨段页岩地球化学和储集特征变化规律

2016-12-05何柳蔡忠贤

长江大学学报(自科版) 2016年32期

关键词：大安亚段涪陵

何柳，蔡忠贤

(中国地质大学(武汉)资源学院，湖北武汉 430074)

涪陵地区大安寨段页岩地球化学和储集特征变化规律

何柳，蔡忠贤

(中国地质大学(武汉)资源学院，湖北武汉 430074)

通过对涪陵地区大安寨段页岩有机质丰度、有机质类型、岩矿物组、微观孔隙结构和储集空间分析研究，探讨了涪陵大安寨不同亚段地球化学和储集特征及变化规律,为寻找页岩气开发“甜点”提供依据。结果表明：大安寨段总有机碳质量分数w(TOC)平均为0.79%,属低有机质丰度，但大二亚段属于好的烃源岩，平面上从东北往西南方向w(TOC)呈现减小趋势。烃源岩有机质处于高成熟的湿气演化阶段。石英在纵向上分布较稳定，黄铁矿和菱铁矿的普遍存在有利于有机质的保存，硅质含量与w(TOC)呈正相关，碳酸盐含量与吸附气含量呈负相关关系。大安寨段为低孔、特低渗储层，纵向上大二亚段物性好于大一和大三亚段，页岩构造微裂缝、黏土矿物间孔隙较发育。

页岩气；页岩矿物组成；储集性能；大安寨；涪陵地区

据2013年资源评价页岩气占世界气资源总量的32%[1]。中国页岩气资源潜力巨大，分布面积广、发育层系多，据“全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选”评估报告，中国陆域页岩气资源潜力达134.42×1012m3(不含青藏区)，其中已获得工业气流或有页岩气发现的单元资源量93.01×1012m3。国内不少学者开始研究黑色页岩[2～7]，研究内容涉及黑色页岩地球化学特征、古环境意义及成矿规律等方面。

重庆涪陵大安寨页岩(油)气田构造上属于四川盆地的川东褶皱带万县复向斜带拔山寺向斜，东邻大池干井构造、西邻黄泥塘-云安厂构造，构造呈北东向延伸。涪陵地区自流井组地层厚度约为300～350m，其中大安寨段地层厚度约为70～90m。涪陵地区大安寨段发育多期沉积旋回，结合沉积旋回与测井曲线及取心将大安寨段划分为3个中期旋回(大一亚段、大二亚段和大三亚段)，根据次一级短期旋回划分出8个小层，由上往下依次为：大一1、大一2、大一3、大二1、大二2、大二3、大二4和大三。笔者在大安寨段系统取样分析的基础上，对大安寨段页岩地球化学和储集特征进行研究、总结其规律，并初步探讨了成因。

1 有机质丰度分布特征

烃源岩中的有机质是油气生成的物质基础，油气生成潜力评价的基础数据之一是有机质丰度，表征有机质丰度的指标有总有机碳质量分数(w(TOC))、总烃质量分数(w(HC))和生烃潜量(w(S1+S2))。形成页岩气要求页岩有机质丰度高，通常要求w(TOC)大于2%[8]。

统计分析涪陵地区大安寨段页岩共92个样品，大安寨段w(TOC)最大为3.06%，最小为0.01%，平均为0.79%(见图1)，为低有机质丰度；w(TOC)在0.5%～1.5%的样品占47.7%，而w(TOC)大于2%的样品占23.7%；平面上工区内w(TOC)从东北往西南涪页1、5井方向w(TOC)呈现减小趋势(见图2)。其中大一亚段w(TOC)在0.01%～1.23%，平均为0.31%；大二亚段w(TOC)在0.51%～6.84%，平均为2.37%，大二亚段w(TOC)最高。对于常规油气来讲，大二亚段页岩属于好的烃源岩；但针对页岩气勘探，只有工区东北部属于中等气源岩，工区其他地方w(TOC)小于1%，为页岩气勘探非有利区。大三亚段w(TOC)在0.01%～1.24%，平均为0.28%。

图1 涪陵地区大安寨段页岩w(TOC)统计图

图2 涪陵地区大二亚段页岩w(TOC)平面分布图

2 有机质类型及成熟度

大安寨段烃源岩干酪根主要含腐泥组(生油)和镜质组(生气)，腐泥组体积分数50%～70%，镜质组体积分数30%～50%，有机质类型以Ⅱ2型为主(见图3)。腐泥组主要以生油为主，镜质组以生气为主，因此反映侏罗系自流井组大安寨段烃源岩以生油为主，并具有一定的生气潜力。岩心岩石热解结果(见图4)表明，有机质类型以Ⅱ2、Ⅱ1型为主，少量Ⅲ1型。有机质主要源于浮游生物和细菌，有较高的原始H/C原子比，较低的O/C原子，生烃潜力为0.3～0.5。

图3 大安寨段有机质类型显微照片

图4 烃源岩热解数据反映有机质类型图

描述有机质成熟度参数常有：镜质体反射率Ro(%)、岩石热解峰温tmax(℃)以及可溶有机质中生物标志化合物和芳烃等成熟度指标。该次评价烃源岩成熟度主要采用Ro。

室内测定了大一亚段、大二亚段和大三亚段样品的镜质体反射率。结果表明涪陵地区大安寨段岩样干酪根成熟度Ro介于1.10%～1.50%之间。平面上呈现出由北东往南西方向有变大的趋势，只有西南部属于高成熟阶段，其他区域属于均属于成熟阶段，高成熟区域以生成湿气为主。

3 页岩矿物组成特征

3.1 硅质、碳酸盐、黄铁矿等矿物特征

大安寨段黑色页岩的石英体积分数平均为37.62%(表1)；长石(斜长石)体积分数较低，平均为3.83%。其中大一亚段石英体积分数小于5%的占79.25%，仅有11.32%样品含长石。大二亚段石英体积分数大于10%的占85.96%，有76.86%样品含长石。大三亚段石英体积分数均小于10%，几乎不含长石(斜长石)。纵向上大安寨段石英分布稳定，大一亚段、大三亚段长石体积分数较低，而在大二亚段中上部长石体积分数相对较高。该区页岩的硅质矿物主要为陆源和生物成因，属于同沉积产物。

表1 大安寨段硅质、碳酸盐、黄铁矿等体积分数表

大安寨段黑色页岩中碳酸盐矿物主要为白云石和方解石。方解石体积分数平均值69.97%。白云石体积分数平均值0.99%。方解石体积分数纵向上分布稳定，而白云石体积分数很低且纵向上分布不稳定，大三亚段几乎不含白云石。黄铁矿体积分数平均1.77%；菱铁矿体积分数平均0.83%。大二亚段黄铁矿和菱铁矿分布广泛，2种矿物的普遍存在表明曾经所处的还原沉积环境，利于有机质的保存。

3.2 黏土矿物组成

涪陵地区大安寨段黑色页岩的黏土矿物体积分数在1.20%～68.20%，平均24.69%。黏土矿物组成见表2，在黏土矿物中，伊-蒙混层(I/S)体积分数较高，平均11.34%;伊利石体积分数平均为7.72%，绿泥石和高岭石体积分数较低，脆性较低，不利于形成无机孔。

表2 大安寨段黏土矿物组成表

4 页岩储集性能

4.1 物性特征

涪陵地区大安寨段为泥页岩储层，岩性主要为暗色泥页岩，夹薄层介壳灰岩、泥灰岩等，灰岩泥质体积分数相对较高。大安寨段孔隙度介于0.02%～7.41%之间，平均为1.77%;渗透率介于0.011～4.65mD之间，平均渗透率为0.33mD(表3)，为低孔、特低渗储层。纵向上来看大二亚段物性好于大一和大三亚段；且大二亚段下部孔渗条件要优于上部，下部孔隙度一般介于3%～4%之间。横向上兴隆1井、兴隆3井、兴隆101井的孔渗条件较好，且随着孔隙度增加，渗透率有增大的趋势；但渗透率变化不明显，反映为孔隙之间连通性较好，为孔隙-裂缝型储集层。

表3 大安寨段储层物性参数表

从表4中分析不同岩性物性表明，大安寨段的泥、页岩和粉砂岩的物性明显好于含泥灰岩的储层物性，泥页岩和粉砂岩段孔隙度较高，介壳灰岩和灰质泥页岩渗透率较高。

表4 大安寨段不同岩性储层物性统计表

4.2 页岩微观孔隙特征

应用薄片、扫描电镜、氩离子抛光-扫描电镜、压汞等资料研究表明，大安寨段页岩构造微裂缝发育。从兴隆101井大二亚段等的页岩氩离子抛光-扫描电镜图片(图5)可知，页岩中定向分布张性裂缝和不规则孔隙，应为构造应力作用的结果；孔隙呈圆形、椭圆形或不规则形态，孔径0.1～3μm表面星罗棋布着大小不一的石英和黄铁矿颗粒，大小0.5～8μm，面孔率5%，有机孔隙不发育。

图5 灰黑色页岩氩离子抛光后的构造微裂缝

图6 页岩黏土矿物层间次生微孔

4.3 储集空间类型

通过岩心观察、薄片、扫描电镜、氩离子抛光—扫描电镜综合分析表明，大安寨段页岩构造微裂缝发育，黏土矿物间孔隙较发育，少量生屑黄铁矿后粒间孔隙；与有机质相关的孔、缝主要为有机质边缘缝、有机质内部生物结构孔等。

1)黏土矿物层间次生微孔隙大安寨段泥页岩中伊利石结晶度高，且伊利石顺层定向排列的，微孔隙也具有定向分布的特征，连通性一般，结构致密；但对于伊-蒙混层、蒙脱石体积分数较高的，因黏土矿物的卷曲、弯曲，其间微孔隙较发育，尺寸为纳米级～微米级，连通性较好(图6)。

2)刚性颗粒边缘残余的原生微孔及粒内溶孔从图7可以看出，大安寨段页岩中粉砂颗粒(石英、长石)、碳酸盐(泥晶、粉晶方解石，白云石等)等刚性颗粒边缘有残余几微米～十几微米的微孔隙及粒内溶孔。

3)与生屑构造有关的原生微孔由于大安寨段泥页岩中的生屑常为钙质生屑、黄铁矿化生屑等，由图8可以看出，钙质生屑边缘常残余微米级孔隙，黄铁矿化生屑内部则会保存与生物结构有关的纳米级-微米级孔隙。

4)与有机质有关的孔、缝通过氩离子抛光-扫描电镜观察(图9)可知，大安寨段页岩中有机质结构致密，有机质生烃形成的有机质孔不发育，其边缘常发育数十纳米～数百纳米的微裂缝，仅少量有机质内发育生物结构孔，其尺寸最大可达微米级。

图7 大安寨段刚性颗粒边缘残余原生微孔及粒内溶孔

图9 页岩有机质内部生物结构孔

5 相关性分析

5.1 硅质矿物和黄、菱矿物与w(TOC)的关系

页岩作为一种特殊的储集岩，一般呈现低孔、特低渗的物性特征；微裂系发育程度对页岩气藏有效开发非常重要，脆性矿物含量高是形成天然裂缝和人造缝的基础。从表5可以看出,大二亚段硅质体积分数较高，硅质体积分数和w(TOC)呈正相关关系，表明当时沉积水体较深，有利于有机质的富集。硅质矿物的成因较多，主要为陆源搬运的硅质碎屑、热水沉积以及有机生物成因等。

5.2 碳酸盐与吸附气含量的关系