黄瓜山构造五峰组-龙马溪组页岩岩相特征研究

2024-01-14刘达贵

录井工程 2023年4期

刘达贵田蒙刘兴裴钰杨琳曹雯

（中国石油川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院）

0 引言

岩相是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合，它是沉积相的主要组成部分。目前国内外通常是依据矿物和纹层作为页岩岩相分类指标[1-3]。因为矿物是组成岩石的基本物质单元，可以反映页岩的基本特征；纹层则反映了其原始沉积环境，可以提供与形成过程有关的信息[4]。随着页岩气勘探开发和页岩岩相研究方法与技术的不断深入，该分类方法没有表征出页岩生气能力的缺陷日益凸显[5]，与开发实践要求的含气量和有机碳含量（简称TOC，是指岩石中所有有机质含有的碳元素的总和占岩石总重量的百分比）评价结合较差。本文以黄瓜山构造H 202 井为例，拟从矿物角度出发并结合含气量、TOC、孔隙度及脆性矿物含量对黄瓜山构造五峰组-龙马溪组海相页岩岩相进行研究，明确不同参数的岩相特征，并确定有利的页岩岩相。

1 区域地质背景

研究区黄瓜山构造位于重庆市永川地区，在构造区划分上处于四川盆地川南低陡构造带，由北往南发育雁行排列的梳状背斜构造，褶皱强度由北往南逐渐减弱。黄瓜山构造主要发育云锦向斜和来苏向斜。H 202 井位于来苏向斜东侧斜坡带，实钻志留系龙马溪组与下伏奥陶系五峰组和上覆志留系石牛栏组均呈整合接触，垂厚341.65 m，其中龙一1亚段垂厚64.93 m，与威远构造、长宁构造龙一1亚段垂厚相当。

实钻龙马溪组由上至下岩石颜色逐渐加深，上部为灰绿色、绿灰色页岩夹灰色泥岩；中部为灰绿色、绿灰色页岩，页岩质较纯，页理普遍欠发育；下部页岩颜色逐渐加深，呈深灰色、深灰黑色、黑灰色、黑色。生物化石较多，其中笔石最为丰富，可见黄铁矿零星分布，偶见黄铁矿条带，底部见腕足等生物碎屑。

2 页岩气储层特征

页岩气勘探开发评价中，常用含气量、TOC、孔隙度及脆性矿物含量4 个参数评价储层，其中最关键参数是含气量，它是页岩气资源勘探评价的核心[6]。页岩气的成藏和富集是一个动态且复杂的地质过程，据前人研究，页岩气常以3种状态赋存于页岩中：游离气富集于页岩孔隙和裂缝中；吸附气赋存于干酪根和黏土颗粒表面；少部分溶解气以溶解状态存在于干酪根、沥青质或其他地层流体中[7-8]。游离态和吸附态是页岩中天然气主要存在方式[9-10]，游离气和吸附气随温度、压力发生变化，游吸比也随之变化。在页岩气勘探开发过程中，含气量的确定较为复杂，方法多样。虽然基于钻井取心测试实验法获得的含气量准确度较高[6]，但因取心成本高、耗时长、损失气量多，开发井取心少，所以常用测井解释法求取含气量，测井解释法求取页岩含气量包括两部分：一是通过页岩的物性参数计算页岩的游离含气量；二是通过TOC 和吸附含气量之间的经验关系计算吸附含气量。两者之和即为含气量。另外，测井方法较为容易获得TOC、孔隙度及脆性矿物含量这3个储层参数。

3 储层评价参数与页岩岩相特征

本次为了对页岩岩相进行定量分析，根据页岩中石英、长石、方解石和黏土4种主要矿物建立岩相三角图板进行研究，按成分占比20%、50%和80%将页岩划分为7 大类：硅岩、硅质页岩、灰岩、灰质页岩、黏土岩、黏土质页岩和混合页岩。在此基础上进一步分为16 个小类：硅岩相、含灰硅质页岩相、混合硅质页岩相、含黏土硅质页岩相、灰岩相、含黏土灰质页岩相、混合灰质页岩相、含硅灰质页岩相、黏土岩相、含灰黏土质页岩相、混合黏土质页岩相、含硅黏土质页岩相、黏土质/灰质页岩相、黏土质/硅质页岩相、混合页岩相、灰质/硅质页岩相[11]。

H 202 井五峰组-龙马溪组取岩心样品36 个进行全岩矿物组分分析，结果表明：取心段共发育4类岩石，分别是含黏土硅质页岩、混合硅质页岩、硅岩及含硅灰质页岩，其中，含黏土硅质页岩18 个（占比50.0%）、混合硅质页岩14个（占比38.9%）、硅岩3个（占比8.3%）、含硅灰质页岩1 个（占比2.8%），说明五峰组-龙马溪组以含黏土硅质页岩为主，混合硅质页岩次之，硅岩及含硅灰质页岩较少。

3.1 含气量与页岩岩相特征

页岩气地质评价方法规定海相页岩含气量下限为2 m3/t[12]，本次讨论分别以含气量6、4、2 m3/t 为分界点，将页岩岩相分为4 类：高含气量页岩岩相（含气量≥6 m3/t）、中含气量页岩岩相（4 m3/t≤含气量<6 m3/t）、低含气量页岩岩相（2 m3/t≤含气量<4 m3/t）、特低含气量页岩岩相（含气量<2 m3/t）。

H 202 井五峰组-龙马溪组取岩心样品17 个进行含气量分析，结果表明：高含气量页岩岩心样品2个（占17 个岩心样品的11.8%），均为含黏土硅质页岩；中含气量页岩岩心样品5 个（占17 个岩心样品的29.4%），其中混合硅质页岩岩心样品3 个，占比60.0%，含黏土硅质页岩岩心样品2 个，占比40.0%；低含气量页岩岩心样品9 个（占17 个岩心样品的52.9%），其中含黏土硅质页岩岩心样品7 个，占比77.8%，含硅灰质页岩和混合硅质页岩岩心样品各1个，占比均为11.1%；特低含气量页岩岩心样品1 个（占17个岩心样品的5.9%），为混合硅质页岩（图1）。

图1 页岩岩相矿物组分划分三角图板及含气量页岩岩相

3.2 TOC 与页岩岩相特征

页岩气地质评价方法规定海相页岩有机碳含量（TOC）下限为2%[12]，本次讨论分别以TOC4%、3%、2%为分界点，将页岩岩相分为4 类：高有机碳含量页岩岩相（TOC≥4%）、中有机碳含量页岩岩相（3%≤TOC<4%）、低有机碳含量页岩岩相（2%≤TOC<3%）、特低有机碳含量页岩岩相（TOC<2%）。

H 202 井五峰组-龙马溪组取岩心样品36 个进行TOC 分析，结果表明：高有机碳含量页岩岩心样品6 个（占36 个岩心样品的16.7%），其中含黏土硅质页岩岩心样品5 个，占比83.3%，混合硅质页岩岩心样品1 个，占比16.7%；中有机碳含量页岩岩心样品10个（占36 个岩心样品的27.8%），其中含黏土硅质页岩岩心样品6 个，占比60.0%，混合硅质页岩岩心样品4 个，占比40.0%；低有机碳含量页岩岩心样品14个（占36 个岩心样品的38.9%），其中含黏土硅质页岩岩心样品10个，占比71.4%，硅岩岩心样品3个，占比21.4%，混合硅质页岩岩心样品1 个，占比7.1%；特低有机碳含量页岩岩心样品6 个（占36 个岩心样品的16.7%），其中混合硅质页岩岩心样品4 个，占比66.7%，含黏土硅质页岩和含硅灰质页岩岩心样品各1个，占比均为16.7%（图2）。

图2 页岩岩相矿物组分划分三角图板及TOC页岩岩相

3.3 孔隙度与页岩岩相特征

页岩气地质评价方法规定海相页岩孔隙度下限为2%[12]，H 202井取心段岩心分析孔隙度均大于2%，因此本文以孔隙度5%、4%、3%为分界点讨论，将页岩岩相分为4 类：高孔隙度页岩岩相（孔隙度≥5%）、中孔隙度页岩岩相（4%≤孔隙度<5%）、低孔隙度页岩岩相（3%≤孔隙度<4%）、特低孔隙度页岩岩相（孔隙度<3%）。

H 202井五峰组-龙马溪组取岩心样品36个进行孔隙度分析，结果表明：高孔隙度页岩岩心样品2个（占36个岩心样品的5.6%），均为含黏土硅质页岩；中孔隙度页岩岩心样品13个（占36个岩心样品的36.1%），其中含黏土硅质页岩岩心样品9个，占比69.2%，混合硅质页岩岩心样品3个，占比23.1%，硅岩岩心样品1个，占比7.7%；低孔隙度页岩岩心样品18个（占36个岩心样品的50.0%），其中含黏土硅质页岩岩心样品11个，占比61.1%，混合硅质页岩岩心样品5个，占比27.8%，含硅灰质页岩和硅岩岩心样品各1个，占比均为5.6%；特低孔隙度页岩岩心样品3 个（占36 个岩心样品的8.3%），其中混合硅质页岩岩心样品2个，占比66.7%，硅岩岩心样品1个，占比33.3%（图3）。

图3 页岩岩相矿物组分划分三角图板及孔隙度页岩岩相

3.4 脆性矿物含量与页岩岩相特征

本文以脆性矿物含量（石英、长石、方解石及白云石之和）80%、70%、60%为分界点讨论，将页岩岩相分为4类：高脆性矿物含量页岩岩相（脆性矿物含量≥80%）、中脆性矿物含量页岩岩相（70%≤脆性矿物含量<80%）、低脆性矿物含量页岩岩相（60%≤脆性矿物含量<70%）、特低脆性矿物含量页岩岩相（脆性矿物含量<60%）。

H 202 井五峰组-龙马溪组取岩心样品36 个进行脆性矿物含量分析，结果表明：高脆性矿物含量页岩岩心样品6个（占36个岩心样品的16.7%），其中硅岩岩心样品3 个，占比50.0%，含黏土硅质页岩、混合硅质页岩及含硅灰质页岩岩心样品各1 个，占比均为16.7%；中脆性矿物含量页岩岩心样品15 个（占36个岩心样品的41.7%），其中含黏土硅质页岩岩心样品9 个，占比60.0%，混合硅质页岩岩心样品6 个，占比40.0%；低脆性矿物含量页岩岩心样品12 个（占36个岩心样品的33.3%），其中含黏土硅质页岩岩心样品8 个，占比66.7%，混合硅质页岩岩心样品4 个，占比33.3%；特低脆性矿物含量页岩岩心样品3 个（占36 个岩心样品的8.3%），均为含黏土硅质页岩（图4）。