四川盆地华蓥山五峰组—龙马溪组剖面特征及其勘探意义

熊 亮，董晓霞，赵 勇，魏力民，王 同，王 岩

（中国石化西南油气分公司，四川成都610041）

近年来，随着页岩气勘探理论及技术的不断进步，四川盆地龙马溪组已提交探明储量超过2×1012m3，主要集中在中浅层（埋深小于3 500 m）和超压区（地压系数大于1.2）。盆缘常压及盆内深层页岩气是下一步攻关主要方向。目前的勘探实践证实，盆内深层页岩气勘探开发还存在诸多问题[1-3]。早在2017年，成都地质调查中心在华蓥山背斜四海山构造高点部署了华地1 井，首次在川东高陡构造带获得了页岩气流，开辟了四川盆地页岩气勘探新领域，对于盆内高陡构造带的勘探具有重要意义[4]。盆内华蓥山露头区的研究较多[5-6]，但并未系统开展剖面地层、地化、储层特征研究。通过对华蓥山剖面系统地观测，开展页岩气形成物质基础研究，理清富有机质页岩形成的主控因素，以期对下一步的勘探突破提供思路。

1 区域地质概况

华蓥山三百梯剖面位于四川省广安市华蓥市溪口镇觉庵村红岩煤矿公路北侧，距离溪口镇约3 km，交通便利。属于丘陵、中低山地貌。由于华蓥山断裂是自寒武纪以来的继承性活动带[7]，华蓥山剖面构造位于川东高陡构造带华蓥山复式背斜南翼，剖面出露完整，分界清晰，古生物发育，观测方便（图1）。

图1 四川盆地华蓥山剖面位置Fig.1 Location of stratigraphic section in Mount Huaying,Sichuan Basin

2 剖面地层—沉积特征

该次重点针对五峰组、龙马溪组岩石组合、沉积环境等进行研究，实测了华蓥市溪口镇五峰组—龙马溪组实测地层剖面，剖面长116.60 m，出露良好，五峰组分为2段，龙马溪组（未见顶）分为3段（图2）。

图2 四川盆地华蓥山五峰组—龙马溪组实测地层剖面Fig.2 Actual stratigraphic section of Wufeng-Longmaxi Formation in Mount Huaying,Sichuan Basin

五峰组根据岩性和古生物特征可划分为2段：

五峰组一段(层3—层6)：对应凯迪阶（447.62～445.16 Ma），黑色碳质页岩夹硅质岩（图3a—图3c），局部见5 层斑脱岩。底界与临湘组灰色泥质灰岩整合接触，顶界与观音桥段整合接触，厚5.21 m，沉积速率2.11 m/Ma。硅质矿物63.35 %，黏土矿物35.07%，碳酸盐矿物0.37%。笔石动物群丰富，以叉笔石属Dicellograptus Hopkinson为常见（图3d）。在五峰组层2 开始可观察到WF2-WF4 笔石带，见装饰叉笔 石Dicellograptus ornatus，标准棠垭笔石Tangyagraptus typicusMu，短缩直管笔石Rectograptusabbreviatus，在岩石薄片中可观察到岩石发育大量构造微裂缝，并被硅质充填（图3e）。整体表现为深水陆棚相黏土质硅质页岩，页理发育，表现为静水沉积环境，有机质富集，硅质以生物成因的微晶石英为主。

图3 五峰组—龙马溪组剖面岩石及化石特征Fig.3 Features of rocks and fossil of stratigraphic section of Wufeng-Longmaxi Formation

五峰组二段（即观音桥段，层7）：对应赫南特阶下部（445.16～444.43 Ma），灰色含介壳粉砂岩（图3f、图3g），顶界与龙马溪组呈整合接触，厚0.37 m，沉积速率0.5 m/Ma。硅质矿物含量90.2%，黏土矿物含量8.9 %，碳酸盐矿物含量0.4 %。见少量赫南特贝Hirnantia。整体为深水陆棚相粉砂岩，硅质以石英粉砂为主，碳酸盐矿物含量低，反映受全球冰川作用的影响，水体相对较浅并受底流作用影响；赫南特贝零星可见，为异地搬运沉积特征（图3h）。观音桥段的岩性变化可能是微古地貌变化的沉积响应，不同区域观音桥段岩性及展布特征略有差异[8]，涪陵地区为灰黑色钙质硅质页岩、介壳硅质页岩，厚20～30 cm[9]，贵州地区为介壳灰岩与生物碎屑灰岩，厚7.4 m[10]。

龙马溪组根据岩性和笔石特征可划分3段：

龙一段（层8—层16）：对应赫南特阶上部—埃隆阶下部（444.43～438.76±Ma），黑色碳质页岩夹粉砂质页岩，局部见2 层斑脱岩。顶界与龙二段整合接触，厚9.23 m，沉积速率1.63 m/Ma。页理发育（图3i—图3l），由下至上颜色逐渐变浅。硅质矿物55.33%，黏土矿物41.78%，碳酸盐矿物0.55%。笔石大量富集（图3m），见雕刻雕笔石Persculptograptus persculptus（Elles and Wood），祖先祖笔石Avitograpusavitus（Davies），适度新双笔石Neodiplograptusmodestus（Lapworth），曲背冠笔石Coronograptus cyphus（Lapworth），三角半耙笔石Demirastrites triangulatus（Harkness），盘旋喇叭笔石Lituigraptus convolutus（Hisinger），叶状花瓣笔石Petalolithus folium（Hisinger），规则锯笔石Pristiograptus regularis（Tornquist），赛式具刺单笔石Stimulograptus sedgwickii（Portlock）。层8 首现LM1，层11 首现LM5，层14 首现LM6，层15 首现LM7，可作为区域上地层等时对比的依据。整体为深水陆棚相黏土质硅质页岩，有机质富集，为强还原静水环境，与邻区焦石坝、永川相比，龙一段厚度明显减薄，黏土矿物增加，硅质矿物减少，远源陆源碎屑注入具有一定影响。

龙二段（层17—层19）：对应埃隆阶上部（438.76±～438.49 Ma）灰黑色—深灰色粉砂质页岩（图3n），页理发育，粉砂含量增加，顶界与龙二段整合接触，厚度20.47 m，沉积速率74.81 m/Ma。硅质矿物43.87 %，黏土矿物53.74 %，碳酸盐矿物0.63 %。风化严重，笔石偶见，见不规则假绞笔石Pseudoplegmatograptus irregularisChen（sp.nov.）。整体为半深水陆棚相粉砂质页岩，由龙一段强还原色黑色变为氧化还原色灰色，粉砂颗粒增加，明显受陆源碎屑注入的影响，具有深水陆棚向浅水陆棚过渡特征。

龙三段（层20—层26）：对应特列奇阶，灰色、灰绿色页岩、粉砂质页岩夹粉砂质条带（图3o、图3p），由于大量植被覆盖，未见顶，厚33.2 m。由下而上，颜色由灰色渐变为灰绿色，页岩页理逐渐减弱，黏土逐渐递增。硅质矿物40.3 %，黏土矿物57.17 %，碳酸盐矿物0.63 %，笔石发育较少，见平坦扭口笔石Torquigraptus planus。整体为浅水陆棚相粉砂质页岩，氧化色灰绿色出现，粉砂颗粒间歇性增加，陆源碎屑注入量增加，有机质明显降低，表现为充氧浅水特征。剖面自下而上描述见表1、图4。

图4 四川盆地华蓥山溪口镇三百梯五峰组—龙马溪组剖面综合柱状Fig.4 Comprehensive column of Wufeng-Longmaxi Member of Sanbaiti section in Mount Huaying,Sichuan Basin

表1 华蓥山三百梯剖面实测记录Table 1 Measured record of Sanbaiti section in Mount Huaying

3 剖面地化特征

根据50个剖面样品及76个XRF（X射线荧光）点测数据分析有机质丰度、成熟度、氧化还原环境、陆源碎屑注入等特征。

五峰组—龙一段TOC逐渐升高，为0.40 %～11.45%，平均值3.71%。龙二段—龙三段TOC快速降低为0.11 %～1.6 %，平均值0.73 %。热解峰温Tmax 用于判断成熟度，486～530 ℃，平均值520 ℃，属于过成熟阶段。

从各类地化指标来看，Th、U 为氧化还原敏感元素，Zr/Al、Ti/Al 越高，反映陆源碎屑注入量越大。富有机质页岩生物成因硅造成Si/Al 较陆源成因硅偏高，Sibio（生物硅）偏高[11-12]。五峰组—龙一段总体Th/U＜2，为强还原环境，Ti/Al、Zr/Al 值较低，陆源注入量较少，Si/Al值相对较高，硅质来源具有生物成因特征，有机质较为富集。龙二段—龙三段Th/U 值介于2～7，Ti/Al、Zr/Al 值相对五峰组—龙一段逐渐增大，龙二段Si/Al值在五峰组—龙一段基值区摆动，龙三段Si/Al降至最低。由下至上反映了沉积环境由还原向氧化过渡的特征，生物硅质环境遭受破坏，陆源碎屑注入量增加，有机质丰度呈下降趋势（图5）。

图5 地化特征统计参数Fig.5 Statistical parameters of geochemical features

4 剖面储层特征

4.1 储集空间类型

基于氩离子抛光扫描电镜观察，剖面富有机质页岩储集空间类型与井下样品一致，可归纳为有机孔、无机孔和微裂缝3大类。

富有机质页岩填隙状有机质较多见，其中普遍发育丰富的有机质纳米孔隙，为主要孔隙类型，其中以孔径几十纳米以下孔隙为主（图6a、图6b）。长石颗粒溶蚀孔洞与粒缘孔缝、黏土矿物伊利石层间孔隙发育较好，见较显著的绿泥石与黄铁矿晶间孔，有一定连通性，为次要孔隙类型（图6c—图6f）。

图6 四川盆地华蓥山页岩发育的孔隙类型Fig.6 Pores with developed shale in Mount Huaying,Sichuan Basin

4.2 孔隙结构

在低温氮气吸附曲线中，五峰组吸附量集中在低压区—中压区，当相对压力接近1，吸附量略有增加（图7a）。反映中孔（0.028 08 cm3/g）及大孔（0.004 90 cm3/g）为主，少量微孔（0.001 69 cm3/g）（图7b）。吸附回环为H2（b）与H3 型的复合特征，对应细颈墨水瓶孔为主，少量狭缝形孔。

龙马溪组吸附量同样集中在低压区—中压区，当相对压力接近1，吸附量略有增加（图7c）。反映微孔（0.001 4 cm3/g）及中孔（0.018 97 cm3/g）为主，大孔少量（0.001 93 cm3/g）（图7d）。吸附回环为H2（b）H4型，对应墨水瓶孔为主，少量狭缝形孔。

图7 五峰组—龙马溪组吸脱附曲线特征及孔径分布Fig.7 Characteristics of adsorption-desorption curve and pore size distribution of Wufeng-Longmaxi Formation

5 讨论

大量勘探开发实践表明，五峰组—龙马溪组页岩气富集高产区通常为厚度大的深水陆棚相，装饰叉笔石Dicellograptus ornatus带至三角半耙笔石Demirastrites triangulatus带（WF2-LM6 笔石带），并且该段页岩储层品质好，具有沉积速率低、有机质类型好、TOC含量高、脆性好等特点[13]。因此，利用华蓥山剖面的基础数据结合区域资料对比研究，从富有机质页岩厚度及储层品质两方面探讨对下一步勘探的启示。

5.1 古地貌影响富有机质页岩沉积厚度

以笔石带作为地层时间刻度标尺，WF2-LM6 笔石带为有机质页岩气富集有利层位[14-15]，可作为一套目标层系，区域上可据此进行储层对比，优选有利勘探区。

五峰组—龙马溪组沉积期微古地貌特征是影响页岩地化指标和储层各项基本参数的根本原因。通常根据观音桥段的岩性、厚度、笔石带等刻画微古地貌[16]。对比华蓥山与威远、永川、焦石坝笔石带WF2-LM6 的厚度变化及观音桥段的岩性变化，分析华蓥山地区古地貌特征。

近期勘探成果表明，WY1 井WF3-WF4 缺失，WF2 LM1-LM6 厚度仅为12.91 m；WY11 井WF2-LM6 笔石带发育齐全厚度为18.48 m，优质储层厚度明显增加，产能大于WY1 井。华蓥山剖面尽管WF2-LM9 笔石带发育齐全，但WF2-LM6 页岩厚度较薄（12.21 m），相比永川地区YY1 井WF2-LM6 厚44.24 m、涪陵地区JY1 井WF2-LM6 厚67.83 m，华蓥山剖面厚度明显较薄（图8）。

图8 川南地区笔石带连井对比Fig.8 Comparison of graptolite biozone cross wells in southern Sichuan

观音桥段的岩性变化通常是微古地貌变化的沉积响应[16]。涪陵地区观音桥段为钙质硅质页岩、硅质钙质页岩、永川地区、威远地区观音桥段为介壳灰岩。而华蓥山地区较为特殊，观音桥段为含介壳粉砂岩，粉砂含量较高，Th/U 为0.84，Zr/Al为0.009，反映了强还原、陆源碎屑注入较少深水环境。观音桥段上下相邻层发现大量笔石定向排列反映了底流作用的影响。

因此，综合WF2-LM6 厚度减薄及观音桥段岩性变化的特征认为华蓥山地区存在水下高地，受底流作用较强，影响了优质页岩沉积厚度，物质基础略差。从该剖面的古地貌分析结果来看，尽管区域上川南地区均位于深水陆棚相带，但局部微古地貌对于页岩气形成的物质基础具有重要的影响。因此，微古地貌刻画为下一步龙马溪组勘探提供思路。

5.2 火山作用、物源供给、还原环境共同控制页岩储层品质

笔石带标定地层具有年代学意义，可以反映等时地层格架下的沉积演化。WF2-LM6 认为是川南五峰组—龙马溪组优质页岩发育期。因此，对比华蓥山剖面纵向上笔石带WF2-LM6 与LM7-LM9（剖面顶）的地化、矿物、储层参数等，发现WF2-LM6 对应斑脱岩发育密集段，TOC为0.55%～11.54%，平均值3.94 %，Th/U 为0.46～3.67，平均值1.17，Zr/Al 为0.003～0.008，平均值为0.005，Si/Al 为2.48～22.47，平均值为5.5，Ti/Al 为0～0.053，平均值为0.008。LM7-LM9 未见斑脱岩，TOC为0.21%～2.99%，平均值为1.12%，Th/U 为0.46～3.67，平均值为3.48，Zr/Al为0～0.029，平均值为0.007，Si/Al 为2.51～5.83 平均值为4.11，Ti/Al 为0～0.061 8，平均值为0.032。二者比较，WF2-LM6 地化指标Th/U 小于2，Ti/Al、Zr/Al 值较低，Babio、Sibio、Si/Al 值相对较高，反映为强还原环境，陆源注入量较少，硅质矿物具有生物成因特征，有机质较为富集（表2），储集空间以中孔为主，大孔、微孔发育。邻井华地1 井WF2-LM6 的Babio等参数也不断升高，反映华蓥山地区高古生产力的特征。综合分析认为火山灰与上升流为海水提供了丰富的营养物质，同时广泛分布可对比的火山灰隔绝阳光及氧气，形成强还原环境，造成大量生物死亡并落入海底增加有机质埋藏，同时低沉积速率（1.63～2.11 m/Ma）凝缩沉积易于形成高TOC、高脆性的优质页岩储层。

表2 四川盆地华蓥山剖面WF2-LM6与LM7-LM9（剖面顶）地化、储层参数对比Table 2 Comparison of geochemical and reservoir parameters between section WF2-LM6 and section LM7-LM9（top）in Mount Huaying,Sichuan Basin

6 结论

1）华蓥山剖面出露良好，五峰组至龙马溪组底部页岩地层齐全，五峰组分为2 段，龙马溪组（未见顶）分为3 段，WF2-LM9 笔石带发育齐全，由下至上反映了沉积环境由还原向氧化过渡的特征，生物硅质环境遭受破坏，陆源碎屑注入量增加，有机质丰度呈下降趋势。五峰组—龙一段有机质较为富集，脆性矿物含量高，储集空间以中孔为主，大孔、微孔发育，孔隙结构以墨水瓶孔为主，少量狭缝形孔。

2）华蓥山剖面WF2-LM6 笔石带对应的优质页岩段厚度较永川、涪陵地区明显减薄，观音桥段岩性与其它地区不同，为含介壳粉砂岩。综合反映该地区沉积时位于局部微古地貌高地，受底流作用影响，粉砂质含量较高。因此，微古地貌对于页岩气形成的物质基础具有重要的影响，可为下一步龙马溪组选区评价提供思路。

3）华蓥山剖面五峰组—龙一段富有机质页岩储层厚度主要受控于微古地貌特征，储层品质主要受火山作用、物源供给、沉积环境共同作用。