梁平福禄镇剖面大安寨段泥页岩地质特征

朱 彤，张 哲，冯动军，郑荣才，王 烽，彭勇民

（1.页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室，北京100083；2.中国石化页岩油气勘探开发重点实验室，北京100083；3.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；4.中国地质大学，北京100083；5.成都理工大学，四川成都610059；6.中国石化油田勘探开发事业部，北京100029）

四川盆地在多旋回构造演化过程中，发育了海相、陆相及海陆过渡相三类富含有机质的泥页岩层系[1-3]。其中，陆相泥页岩层系已在川东涪陵北地区大三亚段厚层介屑灰岩致密储层试获日产气（11～13）×104m3，日产油54～68 m3[4-6]，在大二亚段泥页岩层段水平井压裂试获日产气（1.4～1.7）×104m3页岩气流，揭示了川东地区大安寨段具备良好的致密油气和页岩油气形成条件和立体兼探潜力[7]。但湖相泥页岩与海相页岩相比，由于湖盆分布范围较海相规模小，受周缘构造活动影响大，导致沉积相变快，岩性变化频繁，岩性组合类型多样（互层、夹层），储层非均质性强的特点[8-9]。因此，精细研究和建立四川盆地侏罗系湖相泥页岩地质剖面特征，对湖相页岩油气形成条件分析具有重要意义。

四川盆地中下侏罗统地层自下而上发育下侏罗统自流井组（J1z）、中侏罗统凉高山组（J2l）和沙溪庙组（J2s）。自流井组自下而上又可划分为珍珠冲段（J1zz）、东岳庙段（J1dy）、马鞍山段（J1m）和大安寨段（J1d）。其中，大安寨段为稳定构造背景下的淡水湖沉积体系[10-11]，经历了完整的区域性湖侵—湖退沉积旋回，自下而上又可划分为大一亚段（J1d1）、大二亚段（J1d2）、大三亚段（J1d3）。大套半深湖暗色页岩主要发育在最大湖侵期的大二亚段，并以其层位稳定、广泛发育淡水双壳类生物和富含有机质为显著特征，是页岩油气勘探的主要层段[12]，大一亚段、大三亚段为湖退期浅湖介屑滩沉积，是致密油气勘探的主要层段。

通过对川东地区中国石化涪陵工区北部湖相大安寨段页岩油气勘探区周缘野外剖面的踏勘，优选重庆市梁平区福禄镇剖面大安寨段开展实测工作。该剖面位于乡镇公路旁，具有交通便利，出露完整、植被覆盖少，泥页岩变化特征明显的优势；构造上位于梁平与万州交界处的万县复向斜北部（图1），隶属于川东高陡构造带[13-14]。前人对大安寨段野外剖面的研究，主要针对大一亚段和大三亚段厚层介屑灰岩开展致密油气储层发育特征的研究，认为该介屑灰岩储层为典型的超低孔、低渗裂缝性致密储层，次生溶蚀孔、缝发育不均衡，非均质性较强，裂缝是油气赋存主要空间[15-16]，而对大二段野外剖面变化特征不明显的湖相泥页岩，仅开展大段分层，简单岩性描述，少量采样进行烃源条件评价等工作，未从泥页岩源、储配置角度，对复杂的泥页岩岩性组合类型开展生烃、储集和可压性精细研究和评价，不利于对陆相页岩油气形成物质基础的认识。

图1 梁平福禄镇剖面交通位置图和区域构造地质[14]Fig.1 Traffic location map and regional tectonic geological map of Fulu Town section,Liangping[14]

1 小层划分及特征描述

福禄镇剖面位于四川省重庆市梁平区福禄镇乡村公路旁，倾向305°，倾角41°。剖面长269.88 m，地层厚度109.88 m。按照接触关系、颜色、岩性组合、沉积构造和古生物化石特征，将福禄镇剖面自下而上划分为31 个小层（表1、图2），采集样品42 块，其中重点对大安寨段泥页岩层段进行了较密集采样，泥页岩采集样品31 块，占总采集样品的74 %。开展了有机地化（有机碳TOC）、储层物性（薄片、亚离子抛光—扫描电镜、孔隙度、渗透率）和可压性（全岩X 衍射）三大类测试，对不同岩性组合类型的生烃、储集和可压性特征进行差异分析，同时与四川盆地典型页岩油气钻井对比，为四川盆地大安寨段标准地质剖面的建立和湖相页岩油气评价提供科学依据。

表1 福禄镇剖面大安寨段分层数据Table 1 Layered data of Da'anzhai section in Fulu Town

图2 福禄镇剖面大安寨段实测剖面Fig.2 Measured profile of Da’anzhai section in Fulu Town

该剖面底部0层为马鞍山段灰绿色粉砂岩，大安寨段为1—28 层，自下而上可划分为大一亚段（1—5层）、大二亚段（6—19 层）、大三亚段（20—28 层）；29—30 层为中侏罗统凉高山组底部过渡层，岩性为灰黑色泥岩夹灰绿色细砂岩、灰绿色厚层块状细砂岩。大安寨段剖面出露完整，厚度101.28 m，其大一亚段底部（1号层）与下伏马鞍山段（0号层）为连续沉积，呈整合接触，两层产状均为倾向161°，倾角49°；大三亚段顶（28号层）与上覆中侏罗统凉高山组过渡层（29号层），因受燕山早期运动影响，多表现为不整合或侵蚀沉积间断面，为早期暴露作用的侵蚀冲刷接触关系，两层产状也存在不同，大三亚段顶28号层产状为倾向198°，倾角14°，凉高山组过渡层29 号层产状为倾向155°，倾角13°（图3），该过渡层厚度2.6 m，岩性为灰黑色泥岩夹灰绿色细砂岩，区域可对比，多为杂色砂岩、泥岩过渡带。大安寨段各小层厚度、岩性描述、沉积相和源—储地质特征参数综合描述见表2、图4。

图3 福禄镇剖面大安寨段顶、底界限特征Fig.3 Characteristic of top and bottom boundary of Da’anzhai section in Fulu Town

表2 福禄镇剖面大安寨段样品分析测试数据Table 2 Sample analysis and test data of Da'anzhai section in Fulu Town

大一亚段：可划分为5 个小层（1—5小层），厚度为13.06 m，与下伏马鞍山段（J1m）为连续沉积，呈整合接触。大一亚段为碳酸盐浅湖高能带介屑滩和滩间沉积，岩性主要以灰色厚层介屑灰岩、介屑灰岩夹薄层泥岩为主，泥地比为37.7%。其中1、3、5小层岩性为灰褐色厚层介屑灰岩，累计厚度8.01 m，单层厚约30～50 cm；受高能带湖浪持续颠选作用的影响，淡水双壳类生物经强烈破碎、分选和磨圆改造成介屑发育，多重结晶至粉—细晶；2、4小层岩性为灰黑色泥岩夹薄层灰岩，厚度5.05 m，风化严重，薄层介屑灰岩单层厚约3～8 cm左右，呈断续分布。

大二亚段：可划分为14 个小层（6—19小层），厚度为68.04 m，与下覆大一亚段为连续沉积，其界限划分以黑色页岩出现为标志。大二亚段为半深湖相低能环境沉积，发育湖坡风暴滩和半深湖泥2 种微相，岩性主要以灰色介屑灰岩与灰黑色页岩不等厚互层和厚层黑色页岩夹薄层介壳灰岩为主，泥页岩累计厚度占地层厚度的74.6 %；该低能环境，瓣鳃介壳保存较完整，分选和磨圆改造作用弱。随着湖侵规模的变化，纵向上又可进一步划分为湖坡风暴滩—半深湖泥—湖坡风暴滩三个阶段。6—8小层为湖坡风暴滩与半深湖泥交替沉积，岩性主要以纹层状灰色介屑灰岩与灰黑色页岩不等厚互层为特征，累计厚度9.93 m，泥地比55.5 %；9—10小层为最大湖侵阶段的半深湖泥沉积，岩性主要以厚层黑色页岩夹薄层介壳灰岩为主，累计厚度33.3 m，泥地比高达88 %；11—19小层为初始湖退期，再次以湖坡风暴滩与半深湖泥交替沉积为特征，岩性以灰色介屑灰岩与灰黑色页岩不等厚互层，累计厚度24.81 m，泥地比64.4%。

大三亚段：可划分为8 个小层（20—28小层），厚度为20.18 m，与下覆大二亚段为连续沉积，其界限

划分以厚层介屑灰岩再次出现为标志。大三亚段与大一段一样再次发育碳酸盐浅湖高能带介屑滩和滩间沉积，岩性主要为厚层灰色粉晶—微晶介屑灰岩，泥地比仅为16.2%。其中仅21、24小层岩性分别为灰黑色泥岩夹粉晶灰岩、灰色介屑灰岩与泥岩互层，其余6层主要以灰色粉晶—微晶介屑灰岩，单层厚约30～50 cm，多重结晶至细—中晶，介屑发育。大三亚段顶部28小层可见厚度2.3 m的震积角砾岩，含钙质结核，发育溶蚀孔洞被方解石充填，其成因与碳酸盐岩震动液化相关[17]。

2 沉积模式及岩性组合特征

由区域沉积相研究表明，四川盆地早侏罗纪为印支晚幕运动后的扇三角洲—湖泊环境沉积，经历了东岳庙期、大安寨期2 次不同规模的湖侵[18]，发育了碳酸盐湖泊和陆源碎屑湖泊2 种沉积模式[19]。大安寨段沉积时期，构造相对稳定，受盆缘陆源碎屑物源的影响较小，湖侵期范围最大，以碳酸盐湖泊沉积模式为特征（图5），发育碳酸盐岩浅湖亚相高能介屑滩及滩间、半深湖亚相湖坡风暴滩和半深湖泥3种微相，分别对应的厚层介屑灰岩夹薄层泥页岩、页岩与介屑灰岩不等厚互层和厚层页岩夹薄层介壳灰岩3种岩性组合。其中湖坡风暴滩微相为浅湖介屑滩经风暴流作用打碎后间歇就近堆积在湖盆斜坡位置，垂向上具有风暴滩与半深湖泥交替沉积特点[20]，生物以介屑、介壳为主，岩性组合以黑色、灰黑色页岩与薄层介屑灰岩不等厚互层，水平纹层发育；半深湖泥微相富含黄铁矿、菱铁矿等还原性自生矿物沉淀，为较深水环境，岩性组合以页岩夹薄层介壳灰岩为主，页岩沉积厚度较大，水动力较弱，双壳类生物保存完整，水平层理较发育。

图5 碳酸盐湖泊不同沉积亚相及岩性组合特征Fig.5 Characteristics of different sedimentary subfacies and lithologic assemblages in a carbonate lake

通过福禄镇剖面大安寨段碳酸盐湖泊岩性组合地质特征对比表明（表3），梁平区福禄镇大安寨段大套暗色页岩主要发育在大二亚段。该时期因总体处于湖侵期半深湖相，受陆源碎屑物源的影响较小，水体清澈，浮游生物丰富，处于还原环境，有利于有机质的富集和保存[21]，生烃条件相对较好，TOC分布于0.3%～1.7%，平均为1.2%，有机质类型主要为Ⅱ2；孔隙类型主要以黏土矿物间线状孔隙、溶蚀孔等无机矿物孔为主[22-23]，基质孔隙度0.7 %～2.8 %，平均为1.9%，具有相对较好源、储条件；特别是湖坡风暴滩微相发育页岩与介屑灰岩不等厚互层岩性组合，纹理和粒缘缝较发育，有利于水平微裂隙的形成，较半深湖泥沉积的厚层页岩夹薄层介壳灰岩更具良好的渗透性，而且方解石、石英等脆性矿物含量高（平均61%），黏土矿物含量较低（平均为31%），脆性指数可达0.6，有利于页岩压裂改造[24-25]，是页岩油气富集的甜点层段。但与海相页岩TOC普遍大于2%，储层有机质孔发育，基质孔隙度较高，可达5%～6%，脆性矿物多为生物硅可压性好相比，湖相泥页岩源、储条件均较海相差。此外，大一亚段和大三亚段发育的厚层介屑灰岩，TOC平均仅0.6 %，孔隙类型主要以晶间孔和溶蚀孔为主，基质孔隙度0.8 %～3.1%，平均为2.2%，构造裂缝较发育，具有裂缝性致密储层的特点。

表3 福禄镇剖面大安寨段碳酸盐湖泊岩性组合地质特征对比Table 3 Comparison of geological characteristics of carbonate Lake lithologic association in Da'anzhai section of Fulu Town,Liangping

3 沉积相区域分布特征

通过四川盆地东—西向CH100 井—SS1 井—YL4 井—PG9 井—TYQ1 井—福禄镇剖面—XL101 井—JYHF-1 井大安寨段沉积区域相对比结果可知：大安寨段碳酸盐浅湖—半深湖主要分布于川东—川东北地区（图6），层位、岩性和厚度都相对稳定，但由于不同地区与盆缘远近和物源的差异，沉积相及岩性组合也存在不同。最大湖侵期的半深湖范围主要分布于在川东涪陵—建南地区。川东涪陵地区大安寨段因远离盆缘，除大一亚段和大三亚段为碳酸盐浅湖介屑滩沉积外，大二段沉积时期主要发育半深湖泥及湖坡风暴滩沉积；涪陵以东的建南地区，因受盆地东缘碎屑物源的影响，大一亚段和大三亚段为碎屑岩浅湖沉积，以砂质滩沉积为主，大二亚段为半深湖泥及介壳、砂质滩混积沉积；涪陵北西方向的达县、元坝、阆中地区，大安寨段主要为碳酸盐浅湖沉积，湖侵、湖退的3个阶段不明显，类似涪陵地区三段式岩性组合难以划分，大二段半深湖亚相的沉积时期短，厚度薄，以页岩为主体夹灰岩的岩性组合不发育。因此，川东涪陵—建南地区为大安寨段湖盆中心，半深湖亚相最发育，为页岩油气发育的最有利的半深湖沉积相带；向北西方向逐渐过渡为碳酸盐浅湖亚相，有利于致密油气的富集。

图6 四川盆地大安寨段钻井—露头沉积相区域对比剖面Fig.6 Correlation profile of drilling outcrop sedimentary facies in Da'anzhai section of Sichuan Basin

4 结论

1）梁平区福禄镇剖面邻近公路，地层出露完整，地层界限清晰，大安寨段累计厚度101.28 m，展示了一个完整的初始湖侵—最大湖侵—初始湖退沉积旋回，沉积亚相分别为碳酸盐岩浅湖—半深湖—碳酸盐岩浅湖，岩性组合具有明显的三段式，微相及岩性组合类型多样，其中大二亚段半深湖亚相厚度68.04 m，占剖面厚度的67 %，为良好的湖相页岩油气研究的典型剖面。

2）梁平区福禄镇大安寨段主要为碳酸盐湖泊沉积模式。大一亚段、大三亚段呈碳酸盐浅湖高能介屑沉积，大二亚段为半深湖亚相沉积，具有湖坡风暴滩和半深湖泥2个微相，分别以灰色介屑灰岩与灰黑色泥页岩不等厚互层和厚层黑色页岩夹薄层介壳灰岩2 种岩性组合为特征，泥页岩厚度大，有机质含量较高，特别是页岩与介屑灰岩互层组合，有利于微裂隙发育，脆性矿物含量高，具有更好的渗透性和可压性，是页岩油气富集的甜点层段。

3）由于陆相侏罗系半深湖相泥页岩与海相龙马溪组深水陆棚优质页岩沉积环境存在较大的差异，因此，湖相页岩油气形成的物质基础较海相差。精细研究半深湖不同微相泥页岩岩性组合的源储配置关系及其可压裂性，优选水平井穿行的甜层位置，开展适应性工程工艺技术的攻关，是湖相页岩气的实现勘探突破的关键。