川南威荣页岩气田五峰组—龙马溪组页岩沉积相特征及其意义

熊 亮

(中国石化 西南油气分公司 勘探开发研究院，成都 610041)

页岩气是指赋存于以富有机质泥页岩为主的储集岩系中，以游离或吸附状态为主要存在方式的天然气聚集[1-3]。近几年来，随着我国对页岩气勘探开发的深入，在页岩气富集带寻找“甜点”已成为勘探的关键。研究表明，页岩气“甜点”与页岩沉积微相直接相关[4-8]。本文基于川南典型页岩气井岩心观察描述、成烃生物识别、实验测试数据和测录井资料，划分了川南地区五峰组—龙马溪组页岩沉积微相，研究了不同沉积微相的含气性特征及其富集机理，以期为该区页岩气勘探开发提供科学依据。

1 区域地质背景

研究区构造上位于川中隆起低缓区白马镇向斜(图1)，北邻威远构造、东南部紧邻自流井背斜，总体受威远大型穹窿背斜的控制和制约[9-12]；经历了多期、多旋回构造沉积演化(桐湾运动、加里东运动、东吴运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动)，构造形变较为复杂[9-10]。

威荣页岩气田自上而下地层依次为侏罗系遂宁组、沙溪庙组、新田沟组、自流井组，三叠系须家河组、雷口坡组、嘉陵江组、飞仙关组，二叠系长兴组、龙潭组、茅口组、栖霞组、梁山组，志留系韩家店组、石牛栏组、龙马溪组(S1l)，奥陶系五峰组(O3w)、临湘组、宝塔组，缺失石炭系、泥盆系。其中志留系由中统及下统组成，缺失上统，下志留统龙马溪组与下伏上奥陶统五峰组整合接触，上志留统韩家店组与上覆下二叠统梁山组平行不整合接触。

2 页岩沉积相及微相特征

2.1 沉积相特征

沉积相判别、沉积相类型划分一般建立在沉积相标志的基础之上，沉积相标志包括沉积岩的颜色、岩性、结构、成分、构造、生物组合和层序等特征[13-19]，通过对这些标志的研究可以判别沉积物形成时所处的沉积环境[17-19]。

威荣页岩气田五峰组—龙马溪组富有机质泥页岩厚80～90 m，是页岩气勘探的主要目标层系。五峰组下段发育灰黑色含放射虫碳质笔石页岩，局部层段夹薄层或条带状钾质斑脱岩；上段为灰黑—黑色含生屑含碳灰质泥岩。龙马溪组岩性以灰黑色、黑色碳质笔石页岩、碳质放射虫笔石页岩为主。龙马溪组下部黑色碳质页岩发育丰富的笔石化石，有机质丰富，区内分布稳定；向上砂质含量增多，渐变为灰绿色页岩夹粉砂质条带、深灰色泥岩，自下而上构成变粗沉积序列。

依据岩相组合、古生物、地球化学、测井等资料分析，该区五峰组—龙马溪组整体为陆棚相，与焦石坝地区相似[19-20]，可分为两类沉积亚相，即深水陆棚亚相和浅水陆棚亚相。龙二段及龙三段为贫有机质的灰色泥页岩的浅水陆棚沉积，总有机碳含量(TOC)小于1%，笔石少见。五峰组—龙一段为富含有机质的暗色页岩的深水陆棚相沉积，TOC大于1%，笔石大量发育。根据岩性、电性、笔石带分布规律、总有机碳变化以及含气性等特征，五峰组—龙一段在亚段划分的基础上再细分为9个层，其中下部的①～④号层又进一步细分为7个小层(表1)。

2.2 沉积微相类型

页岩的粒度分类和矿物成分分类是2种不同成因类型的分类方案[21-22]。本文主要根据页岩矿物成分、有机质丰度、测井特征(自然伽马曲线、电阻率曲线等)和纹层类型相结合的方法对各类沉积微相进行划分。威荣页岩气田五峰组—龙一段由下至上可将深水陆棚亚相划分为6类沉积微相：黏土质硅质、富硅生物、硅质黏土质、钙质黏土质、含钙富黏土和富黏土深水陆棚微相(表1和图2)。而焦石坝地区主要为深水砂泥质陆棚、深水混积陆棚、深水硅泥质陆棚和深水泥质陆棚4种沉积微相[7]。

图1 川南威荣页岩气田构造位置据马新华等[12]修改。

地层组段层小层沉积相相亚相微相特征及标志龙马溪组五峰组龙三段龙二段龙一段⑨⑧⑦⑥⑤④③②①433323121211陆棚浅水陆棚深水陆棚 富黏土深水陆棚微相 含钙富黏土深水陆棚微相 钙质黏土质深水陆棚微相 硅质黏土质深水陆棚微相 富硅生物深水陆棚微相 黏土质硅质深水陆棚微相 TOC含量为0.67%～1.83%,平均1.12%;粗纹层,黑色页岩夹1～3 cm灰色页岩薄层,偶见螺旋笔石 TOC含量为1.79%～3.68%,平均2.52%;粗纹层,见少量螺旋笔石 TOC含量为2.95%～5.17%,平均3.79%;粗纹层,见少量螺旋笔石 TOC含量为3.53%～4.29%,平均3.81%,主要发育细纹层,大量半耙—耙笔石、帚形笔石 TOC含量为6.0%～7.2%,平均6.7%;多以细纹层及无纹层为主,富集叉笔石、双角笔石、尖笔石、硅质放射虫 TOC含量为2.22%～4.89%,平均4.29%,多以细纹层及无纹层为主,富集共轭双笔石、尖笔石、直笔石、硅质放射虫

2.2.1 黏土质硅质深水陆棚微相

该微相主要发育在①号层。石英与长石含量之和为23%～45%，黏土矿物含量为15%～35%，碳酸盐矿物含量为17%～31%，呈高脆性矿物的特征。该层段富含共轭双笔石、硅质放射虫、尖笔石、直笔石。多以细纹层及无纹层为主，粗纹层成分为碳酸盐矿物，反映整体稳定的沉积环境，水动力弱。自然伽马(GR)为73.71～322.98 API，平均185.21 API，呈高值尖峰特征。补偿密度(DEN)为2.42～2.67 g/cm3，平均2.49 g/cm3。TOC为2.22%～4.89%，平均4.29%(图2)，呈现出高TOC、高含气量、高孔隙度、高脆性、低密度等特征，为页岩气富集的有利沉积微相。

2.2.2 富硅生物深水陆棚微相

该微相发育在2～31小层。石英含量为45%～63%，黏土矿物含量较低，为19%～34%，碳酸盐矿物含量5.5%～18.9%，呈现出高硅质低黏土的特征。该层段富含叉笔石，双角笔石、硅质放射虫、尖笔石，多以细纹层及无纹层为主，细纹层以黄铁矿纹层为主，粗纹层以碳酸盐矿物纹层为主，反映整体稳定沉积环境，水动力弱。GR为185.7～201.5 API，平均191.4 API，呈高值尖峰特征；DEN为2.3～2.4 g/cm3，平均2.35 g/cm3；TOC为6.0%～7.2%，平均6.7%(图2)，呈现出高TOC、高含气量、高孔隙度、高脆性、低密度特征，是研究区最有利沉积微相。

2.2.3 硅质黏土质深水陆棚微相

该微相发育在32小层。石英与长石含量之和为32%～50.5%，黏土矿物含量35%～49%，碳酸盐矿物含量5.6%～23%，呈现出较高黏土、低石英的特征。该层段含半耙笔石、耙笔石、帚形笔石，主要发育细纹层，反映沉积环境的水动力弱。GR为126.26～171.49 API，平均141.9 API，呈尖峰型特征；DEN为2.47～2.53 g/cm3，平均2.51 g/cm3；TOC为3.53%～4.29%，平均3.81%(图2)，呈现出较高TOC、较高孔隙度、较低脆性、高密度特征。

2.2.4 钙质黏土质深水陆棚微相

该微相发育在33～4小层。石英与长石含量之和为21%～41%，黏土矿物含量32%～57%，碳酸盐矿物含量10%～35%，呈现出高钙高黏土的特征。该层段笔石少见，含少量螺旋笔石，主要发育粗纹层，反映整体沉积环境较不太稳定，水动力相对增强。GR为102.13～179.69API，平均125.54API，呈漏斗型—钟型；DEN为2.39～2.55g/cm3，平均2.5g/cm3；TOC为2.95%～5.17%，平均3.79%(图2)，呈现出较高TOC、较高孔隙度、较高脆性、较低密度特征。

图2 川南威荣页岩气田A2井五峰组—龙马溪组小层划分及沉积微相

2.2.5 含钙富黏土深水陆棚微相

该微相发育在⑤～⑥号层。石英与长石含量之和为25.2%～44%，黏土矿物含量43%～61.9%，碳酸盐矿物含量4.9%～20.7%，呈现出较高黏土的特征。该层段笔石少见，为螺旋笔石，主要发育灰色粗纹层。GR为83.4～126.25 API，平均117.07 API，呈平直型；DEN为2.49～2.62 g/cm3，平均2.56 g/cm3；TOC为1.79%～3.68%，平均2.52%(图2)，表现为TOC值中等，含气量一般，孔隙度一般的特征。

2.2.6 富黏土深水陆棚微相

该微相发育在⑦～⑨号层。石英与长石含量之和为32%～48.1%，黏土矿物含量较低(43.5%～61%)，碳酸盐矿物含量0～5.6%，呈现出较高黏土的特征。该层段含少量螺旋笔石，主要发育粗纹层，反映整体沉积水动力环境增强。GR为103.47～147.34 API，平均119.84 API，呈平直型；DEN为2.61～2.77 g/cm3，平均2.675 g/cm3；TOC为0.67%～1.83%，平均1.12%(图2)，表现为低TOC、含气量不高、孔隙度较低的特征。

2.3 沉积微相纵横向变化特征

纵向上，由下至上沉积微相演化序列为黏土质硅质深水陆棚微相—富黏土深水陆棚微相(图2)。在相序演化序列中黏土含量逐渐增加，硅质含量逐渐减少，碳酸盐矿物含量呈2个增大—减小旋回，有机质含量、孔隙度呈逐渐降低的趋势，密度逐渐增加。

在横向上，6类微相展布稳定(图3)，其中①～④号层的4类微相由西至东厚度略有减薄，由A1井37m减薄至A6井27.4m；⑤～⑨号层含钙富黏土深水陆棚微相及富黏土深水陆棚微相由西至东略有增厚，由A1井46.8 m增厚至A5井55.5 m。

3 微相与页岩气富集关系

威荣页岩气田勘探实践表明，富硅生物、黏土质硅质、硅质黏土质和钙质黏土质深水陆棚微相这4个沉积微相(①～④号层)较厚的钻井，所获得的无阻流量较大。例如A2井和A1井。A2井4个沉积微相厚度之和为32.5 m，测试产气量为26.01×104m3/d；A1井4个沉积微相厚度之和为37.0 m，测试产气量为23.82×104m3/d。相反，A5井4个沉积微相厚度之和为27.5 m，测试产气量降低到12.35×104m3/d。另外，根据现场含气量测试的数据来看，这4种微相含气量相对较高，其中富硅生物深水陆棚微相的含气量最高(图4)。因此，无论是现场含气量测试还是单井压裂后的无阻流量数据都表明：富硅生物、黏土质硅质、硅质黏土质和钙质黏土质深水陆棚微相为有利相带，尤其是富硅生物深水陆棚微相在储气性和可采性上的优势。实验测试结果也表明，富硅生物深水陆棚微相TOC含量最好，可为页岩气生成提供足够的物质基础。同时，在成烃过程中，生成大量的有机孔，为页岩气赋存提供空间(图5)。另外，在硅质矿物含量上，A2井①～④号层脆性矿物含量为41%～88.5%，平均64.26%，较⑤～⑨号层脆性矿物含量(37.0%～88.5%，平均53.54%)高，易于压裂，这也是单井压裂后无阻流量高产的原因之一。对于威远区块而言，西区则优于东区，主要是西区黏土质硅质、富硅生物和硅质黏土质深水陆棚微相沉积的厚度明显较东区厚(图3)。

图4 川南威荣页岩气田五峰组—龙马溪组6种沉积微相平均含气量

图3 川南威荣页岩气田五峰组—龙马溪组沉积微相对比连井位置见图1。

图5 川南威荣页岩气田A2井龙马溪组一段2～31小层富硅生物页岩有机孔发育

4 结论

(1)川南威荣气田五峰组—龙马溪组一段由下至上沉积微相演化序列划分为黏土质硅质深水陆棚微相(①号层)、富硅生物深水陆棚微相(2～31小层)、硅质黏土质深水陆棚微相(32小层)、钙质黏土质深水陆棚微相(33～4小层)、含钙富黏土深水陆棚微相(⑤～⑥号层)和富黏土深水陆棚微相(⑦～⑨号层)。

(2)纵向上，由下至上黏土含量逐渐增加，硅质含量逐渐减少，碳酸盐矿物含量呈2个增大—减小的旋回。横向上，6类微相展布稳定，其中①～④号层的黏土质硅质、富硅生物、硅质黏土质和钙质黏土质深水陆棚微相由西至东厚度略有减薄，而⑤～⑨层含钙富黏土深水陆棚微相及富黏土深水陆棚微相由西至东略有增厚。

(3)富硅生物深水陆棚微相为最有利相带，其次为硅质黏土质、黏土质硅质和钙质黏土质深水陆棚微相，这导致了威荣页岩气田西区的页岩气勘探潜力优于东区。