涪陵地区大安寨段页岩地球化学和储集特征变化规律

何柳，蔡忠贤

(中国地质大学(武汉)资源学院，湖北 武汉 430074)



涪陵地区大安寨段页岩地球化学和储集特征变化规律

何柳，蔡忠贤

(中国地质大学(武汉)资源学院，湖北 武汉 430074)

通过对涪陵地区大安寨段页岩有机质丰度、有机质类型、岩矿物组、微观孔隙结构和储集空间分析研究，探讨了涪陵大安寨不同亚段地球化学和储集特征及变化规律,为寻找页岩气开发“甜点”提供依据。结果表明：大安寨段总有机碳质量分数w(TOC)平均为0.79%,属低有机质丰度，但大二亚段属于好的烃源岩，平面上从东北往西南方向w(TOC)呈现减小趋势。烃源岩有机质处于高成熟的湿气演化阶段。石英在纵向上分布较稳定，黄铁矿和菱铁矿的普遍存在有利于有机质的保存，硅质含量与w(TOC)呈正相关，碳酸盐含量与吸附气含量呈负相关关系。大安寨段为低孔、特低渗储层，纵向上大二亚段物性好于大一和大三亚段，页岩构造微裂缝、黏土矿物间孔隙较发育。

页岩气；页岩矿物组成；储集性能；大安寨；涪陵地区

据2013年资源评价页岩气占世界气资源总量的32%[1]。中国页岩气资源潜力巨大，分布面积广、发育层系多，据“全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选”评估报告，中国陆域页岩气资源潜力达134.42×1012m3(不含青藏区)，其中已获得工业气流或有页岩气发现的单元资源量93.01×1012m3。国内不少学者开始研究黑色页岩[2～7]，研究内容涉及黑色页岩地球化学特征、古环境意义及成矿规律等方面。

重庆涪陵大安寨页岩(油)气田构造上属于四川盆地的川东褶皱带万县复向斜带拔山寺向斜，东邻大池干井构造、西邻黄泥塘-云安厂构造，构造呈北东向延伸。涪陵地区自流井组地层厚度约为300～350m，其中大安寨段地层厚度约为70～90m。涪陵地区大安寨段发育多期沉积旋回，结合沉积旋回与测井曲线及取心将大安寨段划分为3个中期旋回(大一亚段、大二亚段和大三亚段)，根据次一级短期旋回划分出8个小层，由上往下依次为：大一1、大一2、大一3、大二1、大二2、大二3、大二4和大三。笔者在大安寨段系统取样分析的基础上，对大安寨段页岩地球化学和储集特征进行研究、总结其规律，并初步探讨了成因。

1 有机质丰度分布特征

烃源岩中的有机质是油气生成的物质基础，油气生成潜力评价的基础数据之一是有机质丰度，表征有机质丰度的指标有总有机碳质量分数(w(TOC))、总烃质量分数(w(HC))和生烃潜量(w(S1+S2))。形成页岩气要求页岩有机质丰度高，通常要求w(TOC)大于2%[8]。

统计分析涪陵地区大安寨段页岩共92个样品，大安寨段w(TOC)最大为3.06%，最小为0.01%，平均为0.79%(见图1)，为低有机质丰度；w(TOC)在0.5%～1.5%的样品占47.7%，而w(TOC)大于2%的样品占23.7%；平面上工区内w(TOC)从东北往西南涪页1、5井方向w(TOC)呈现减小趋势(见图2)。其中大一亚段w(TOC)在0.01%～1.23%，平均为0.31%；大二亚段w(TOC)在0.51%～6.84%，平均为2.37%，大二亚段w(TOC)最高。对于常规油气来讲，大二亚段页岩属于好的烃源岩；但针对页岩气勘探，只有工区东北部属于中等气源岩，工区其他地方w(TOC)小于1%，为页岩气勘探非有利区。大三亚段w(TOC)在0.01%～1.24%，平均为0.28%。

图1 涪陵地区大安寨段页岩w(TOC)统计图

图2 涪陵地区大二亚段页岩w(TOC)平面分布图

2 有机质类型及成熟度

大安寨段烃源岩干酪根主要含腐泥组(生油)和镜质组(生气)，腐泥组体积分数50%～70%，镜质组体积分数30%～50%，有机质类型以Ⅱ2型为主(见图3)。腐泥组主要以生油为主，镜质组以生气为主，因此反映侏罗系自流井组大安寨段烃源岩以生油为主，并具有一定的生气潜力。岩心岩石热解结果(见图4)表明，有机质类型以Ⅱ2、Ⅱ1型为主，少量Ⅲ1型。有机质主要源于浮游生物和细菌，有较高的原始H/C原子比，较低的O/C原子，生烃潜力为0.3～0.5。

图3 大安寨段有机质类型显微照片

图4 烃源岩热解数据反映有机质类型图

描述有机质成熟度参数常有：镜质体反射率Ro(%)、岩石热解峰温tmax(℃)以及可溶有机质中生物标志化合物和芳烃等成熟度指标。该次评价烃源岩成熟度主要采用Ro。

室内测定了大一亚段、大二亚段和大三亚段样品的镜质体反射率。结果表明涪陵地区大安寨段岩样干酪根成熟度Ro介于1.10%～1.50%之间。平面上呈现出由北东往南西方向有变大的趋势，只有西南部属于高成熟阶段，其他区域属于均属于成熟阶段，高成熟区域以生成湿气为主。

3 页岩矿物组成特征

3.1 硅质、碳酸盐、黄铁矿等矿物特征

大安寨段黑色页岩的石英体积分数平均为37.62%(表1)；长石(斜长石)体积分数较低，平均为3.83%。其中大一亚段石英体积分数小于5%的占79.25%，仅有11.32%样品含长石。大二亚段石英体积分数大于10%的占85.96%，有76.86%样品含长石。大三亚段石英体积分数均小于10%，几乎不含长石(斜长石)。纵向上大安寨段石英分布稳定，大一亚段、大三亚段长石体积分数较低，而在大二亚段中上部长石体积分数相对较高。该区页岩的硅质矿物主要为陆源和生物成因，属于同沉积产物。

表1 大安寨段硅质、碳酸盐、黄铁矿等体积分数表

大安寨段黑色页岩中碳酸盐矿物主要为白云石和方解石。方解石体积分数平均值69.97%。白云石体积分数平均值0.99%。方解石体积分数纵向上分布稳定，而白云石体积分数很低且纵向上分布不稳定，大三亚段几乎不含白云石。黄铁矿体积分数平均1.77%；菱铁矿体积分数平均0.83%。大二亚段黄铁矿和菱铁矿分布广泛，2种矿物的普遍存在表明曾经所处的还原沉积环境，利于有机质的保存。

3.2 黏土矿物组成

涪陵地区大安寨段黑色页岩的黏土矿物体积分数在1.20%～68.20%，平均24.69%。黏土矿物组成见表2，在黏土矿物中，伊-蒙混层(I/S)体积分数较高，平均11.34%;伊利石体积分数平均为7.72%，绿泥石和高岭石体积分数较低，脆性较低，不利于形成无机孔。

表2 大安寨段黏土矿物组成表

4 页岩储集性能

4.1 物性特征

涪陵地区大安寨段为泥页岩储层，岩性主要为暗色泥页岩，夹薄层介壳灰岩、泥灰岩等，灰岩泥质体积分数相对较高。大安寨段孔隙度介于0.02%～7.41%之间，平均为1.77%;渗透率介于0.011～4.65mD之间，平均渗透率为0.33mD(表3)，为低孔、特低渗储层。纵向上来看大二亚段物性好于大一和大三亚段；且大二亚段下部孔渗条件要优于上部，下部孔隙度一般介于3%～4%之间。横向上兴隆1井、兴隆3井、兴隆101井的孔渗条件较好，且随着孔隙度增加，渗透率有增大的趋势；但渗透率变化不明显，反映为孔隙之间连通性较好，为孔隙-裂缝型储集层。

表3 大安寨段储层物性参数表

从表4中分析不同岩性物性表明，大安寨段的泥、页岩和粉砂岩的物性明显好于含泥灰岩的储层物性，泥页岩和粉砂岩段孔隙度较高，介壳灰岩和灰质泥页岩渗透率较高。

表4 大安寨段不同岩性储层物性统计表

4.2 页岩微观孔隙特征

应用薄片、扫描电镜、氩离子抛光-扫描电镜、压汞等资料研究表明，大安寨段页岩构造微裂缝发育。从兴隆101井大二亚段等的页岩氩离子抛光-扫描电镜图片(图5)可知，页岩中定向分布张性裂缝和不规则孔隙，应为构造应力作用的结果；孔隙呈圆形、椭圆形或不规则形态，孔径0.1～3μm表面星罗棋布着大小不一的石英和黄铁矿颗粒，大小0.5～8μm，面孔率5%，有机孔隙不发育。

图5 灰黑色页岩氩离子抛光后的构造微裂缝

图6 页岩黏土矿物层间次生微孔

4.3 储集空间类型

通过岩心观察、薄片、扫描电镜、氩离子抛光—扫描电镜综合分析表明，大安寨段页岩构造微裂缝发育，黏土矿物间孔隙较发育，少量生屑黄铁矿后粒间孔隙；与有机质相关的孔、缝主要为有机质边缘缝、有机质内部生物结构孔等。

1)黏土矿物层间次生微孔隙 大安寨段泥页岩中伊利石结晶度高，且伊利石顺层定向排列的，微孔隙也具有定向分布的特征，连通性一般，结构致密；但对于伊-蒙混层、蒙脱石体积分数较高的，因黏土矿物的卷曲、弯曲，其间微孔隙较发育，尺寸为纳米级～微米级，连通性较好(图6)。

2)刚性颗粒边缘残余的原生微孔及粒内溶孔 从图7可以看出，大安寨段页岩中粉砂颗粒(石英、长石)、碳酸盐(泥晶、粉晶方解石，白云石等)等刚性颗粒边缘有残余几微米～十几微米的微孔隙及粒内溶孔。

3)与生屑构造有关的原生微孔 由于大安寨段泥页岩中的生屑常为钙质生屑、黄铁矿化生屑等，由图8可以看出，钙质生屑边缘常残余微米级孔隙，黄铁矿化生屑内部则会保存与生物结构有关的纳米级-微米级孔隙。

4)与有机质有关的孔、缝 通过氩离子抛光-扫描电镜观察(图9)可知，大安寨段页岩中有机质结构致密，有机质生烃形成的有机质孔不发育，其边缘常发育数十纳米～数百纳米的微裂缝，仅少量有机质内发育生物结构孔，其尺寸最大可达微米级。

图7 大安寨段刚性颗粒边缘残余原生微孔及粒内溶孔

图9 页岩有机质内部生物结构孔

5 相关性分析

5.1 硅质矿物和黄、菱矿物与w(TOC)的关系

页岩作为一种特殊的储集岩，一般呈现低孔、特低渗的物性特征；微裂系发育程度对页岩气藏有效开发非常重要，脆性矿物含量高是形成天然裂缝和人造缝的基础。从表5可以看出,大二亚段硅质体积分数较高，硅质体积分数和w(TOC)呈正相关关系，表明当时沉积水体较深，有利于有机质的富集。硅质矿物的成因较多，主要为陆源搬运的硅质碎屑、热水沉积以及有机生物成因等。

5.2 碳酸盐与吸附气含量的关系

表5 硅质矿物含量与有机碳关系表

表6 碳酸盐体积分数与吸附气关系表

表6可以看出，大安寨段表现为碳酸盐体积分数和吸附气体积分数呈负相关关系。主要是由于碳酸盐以胶结物的形式出现，充填了微孔隙或微裂缝，降低了页岩吸附页岩气的比表面积，导致随碳酸盐体积分数增大页岩的吸附气体积分数减小。

6 结论

1)涪陵地区大安寨段残余w(TOC)最大为3.06%，最小为0.01%，平均为0.79%；平面上工区内w(TOC)从东北往西南涪页1、5井方向呈现减小趋势，大安寨段页岩仍为低有机质丰度。但大二亚段w(TOC)平均为2.37%，属于好的烃源岩。

2)有机质类型以Ⅱ型为主，有机质主要来源于水盆地中浮游生物和细菌；干酪根成熟度Ro介于1.10%～1.50%之间。平面上呈现出由北东往南西方向有变大的趋势，只有西南部属于高成熟阶段，其他区域属于均属于成熟阶段，高成熟区域以生成湿气为主。

3)涪陵地区大安寨段为低孔、特低渗储层。纵向上来看大二亚段物性好于大一和大三亚段，且大二亚段下部孔渗条件要优于上部。储集空间主要类型为：黏土矿物层间次生微孔隙，刚性颗粒边缘残余的原生微孔及粒内溶孔，与生屑构造有关的原生微孔，与有机质有关的孔、缝。

4)涪陵地区大安寨段黑色页岩脆性矿物含量较高，黏土矿物中的伊-蒙混层含量较高，伊利石、绿泥石和高岭石含量较低，晶间孔欠发育。涪陵地区大安寨段硅质含量与w(TOC)呈正相关，碳酸盐含量与吸附气含量呈负相关。

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[编辑] 宋换新

2016-01-20

何柳(1991-)，女，硕士生，从事石油地质研究， hjhhl3335@sina.com。

TE122.1;TE122.2

A

1673-1409(2016)32-0007-07

[引著格式]何柳，蔡忠贤.涪陵地区大安寨段页岩地球化学和储集特征变化规律[J].长江大学学报(自科版),2016,13(32):7～13.