巢湖地区二叠系孤峰—大隆组页岩脆性特征

2019-07-29李路顺

中国金属通报 2019年4期

李路顺，张新

（中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221116）

随着我国页岩气研究的不断深入，在页岩气的勘探选区、技术开发等方面也已经日渐成熟，页岩储层因其具有孔隙度低和渗透性低的特性，需要通过人工压裂增加裂缝来降低开采难度。脆性是影响储层压裂的重要参数，很大程度上决定压裂的难易程度，页岩的脆性越高，越有利于压裂造缝，以提高页岩气的产量（张晨晨等，2017；钱劲等，2018；钟城等，2018）。

巢湖地区二叠系页岩分布较广且埋藏较浅，是页岩气开发的潜力地区（陈平等，2013；潘磊，2016），以往对巢湖地区二叠系页岩的研究多侧重于有机碳含量、孔隙度等有机地球化学参数及储层物性特征，而缺乏矿物组成及脆性特征的系统研究。

本文选取巢湖西南部清水岭剖面二叠系孤峰组-大隆组页岩作为研究对象，进行野外实地剖面测量、样品采集及针对样品的XRD实验测试，对比所分析样品与国内外典型页岩矿物特征，在此基础上应用“石英、白云石、黄铁矿”三种矿物作为研究区二叠系孤峰组-大隆组脆性评价指标，为该区后期页岩气勘探开发提供有利的指导作用[1-4]。

1 地质背景

巢湖位于中国南方扬子陆块的东北部，因记录有青苔山逆冲推覆断层、平顶山向斜、凤凰山背斜等构造现象，震旦系-三叠系地层出露完整且有丰富的化石资源，一直是地质旅游及教学的极佳地区。该区二叠系地层出露良好，在马家山、俞府大村及清水岭一带皆有连续剖面出露（图1）。

巢湖西南部散兵镇清水岭地区(N31°32＇,E117°46＇)出露有良好的二叠系孤峰组-大隆组地层，地层走向主要为NE-SW向，倾角较大，近45°～60°，实测出露地层约122米，共划分剖面15层（如图2）。

2 页岩矿物组成特征

选取6块典型岩样进行X 射线衍射实验分析。将所选样品粉碎研磨至300目，送至中国矿业大学现代测试中心进行测试，衍射仪型号D8 ADVANCE，电压40kV，电流30mA，测角仪半径250mm。分析结果可知，研究层位的矿物成分复杂，页岩样品中含有石英、白云石、黄铁矿、长石、方解石等碎屑矿物和粘土矿物（图3）。泥页岩中的矿物组分以石英和粘土矿物为主，其中石英矿物的含量最高，最高可以达到53.80%，最低为33.50%，平均40.13%；粘土矿物其次，含量最高可达48.10%，最低16.80%，平均34.42%；其余矿物组分较少，长石含量7.70%～ 14.80%,平均10.37%；方解石含量1.70% ～ 28.00%，平均9.85%；黄铁矿含量1.5% ～ 6.8%，平均4.75%；白云石含量1.0% ～3.5%，平均1.78%；少量其他矿物，平均2.28%。

图3 巢湖孤峰组、龙潭组、大隆组页岩矿物组成

3 页岩脆性特征

3.1 脆性矿物优选

目前最常见的页岩脆性研究方法为矿物组成法（表1），是根据脆性矿物的含量来评价脆性的方法，通过XRD实验便可实现，较简单实用。

关于脆性矿物的界定并没有一个统一的定义，北美经验中最早选择石英为脆性矿物（Jarvie et al,2007； Rickman et al,2008）；而单一的矿物成分不能很好地反映出页岩的脆性特征，Wang（2009）在石英的基础上加入白云石为脆性矿物；Xiaochun Jin（2014）则认为脆性矿物应该由硅酸盐矿物(石英、长石、云母)和碳酸盐矿物(方解石和白云石)共同构成；陈吉(2013)在研究南方上二叠统页岩中提出以石英、长石、碳酸盐矿物为脆性矿物；汪磊(2016)与张晨晨(2017)在中国南方海相页岩的研究中，通过对比各矿物组分的弹性参数，发现长石和方解石相较其他脆性矿物泊松比较高，对页岩脆性贡献较小，甚至对脆性造成负影响，因此优选“石英、白云石、黄铁矿”三类矿物作为脆性矿物。

图1 安徽巢湖地区孤峰组-大隆组地层出露剖面位置示意图

表1 国内外基于矿物组成常见脆性计算公式

3.2 研究区页岩脆性评价

脆性既是页岩储层评价的“六性”指标之一，也是页岩储层压裂的重要参考因素。据北美页岩气开发经验，脆性指数＞0.4的页岩有较好的可压裂性，可作商业开发（王强等，2016）。

根据前人对页岩脆性矿物的选择与界定，结合巢湖地区二叠系孤峰组-大隆组页岩石英含量高，白云石、黄铁矿发育的矿物组成特征，采用“石英、白云石和黄铁矿”作为脆性矿物进行计算（公式1）。

脆性计算结果表明，孤峰组-大隆组样品的脆性指数在0.39-0.64之间，平均为0.46（＞0.4），皆属于压裂的有利层位，具有很好的商业开发价值。其中孤峰组矿物脆性指数最高，在0.48-0.64之间，在压裂中的预计效果最好；龙潭组、大隆组矿物脆性指数略低，在 0.39-0.44 之间，但仍具有较好的可压性，适合后期压裂开发。