鄂西建始地區(qū)頁巖儲層特征及含氣性研究

仇秀梅，劉亞東，董學(xué)林

(1 湖北省地質(zhì)實驗測試中心， 湖北 武漢 430034； 2 湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430205)

頁巖氣是自生、自儲、自封閉的非常規(guī)天然氣，其成藏與傳統(tǒng)天然氣藏不同(戴方堯等， 2017)。美國在頁巖氣勘探開發(fā)領(lǐng)域最早獲得了成功，相比而言我國頁巖氣的開采研究起步較晚，但領(lǐng)先于其他國家(周啟偉等， 2016)。頁巖氣作為一種清潔高效的能源資源，其蘊(yùn)藏量十分豐富。我國許多盆地中富有機(jī)質(zhì)泥頁巖廣泛發(fā)育，頁巖有效厚度較大，且頁巖氣形成與富集的條件存在一定特殊性，與主要形成于海相富有機(jī)質(zhì)泥頁巖層系的北美頁巖氣(朱彤等， 2012； 周啟偉等， 2016)相比，我國頁巖氣主要吸附與賦存于陸相及海陸過渡相富有機(jī)質(zhì)泥頁巖層系中(李玉喜， 2009； 王民等， 2014； 周啟偉等， 2016)。

近幾年，我國在上揚(yáng)子地區(qū)的四川盆地及其周邊地區(qū)取得了頁巖氣勘探的突破(許露露等， 2018)。湖北省西部地區(qū)頁巖氣的研究正逐漸引起廣泛關(guān)注，陸續(xù)開展了目的層為孤峰組(吳勘等， 2012)、牛蹄塘組(羅超等， 2014)、龍馬溪組(陳林等， 2017)、大隆組(王秀平等， 2018)的頁巖氣調(diào)查研究。王秀平等(2018)對鄂西鶴峰地區(qū)二疊系大隆組黑色頁巖進(jìn)行了巖系特征及成因研究，探明頁巖的形成主要受臺盆相缺氧還原環(huán)境的控制。許露露等(2018)報道鄂西鶴峰大隆組頁巖厚度穩(wěn)定，主要為黑色炭質(zhì)及炭硅質(zhì)巖，沉積于水體較深的淺海外陸棚相沉積環(huán)境，頁巖脆性礦物含量高，有機(jī)質(zhì)成熟度達(dá)到過成熟階段，頁巖氣潛在資源量達(dá)1 654.8×108m3。吳勘等(2012)采用場發(fā)射掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)鄂西建始孤峰組頁巖孔隙包含5大類9小類，炭質(zhì)頁巖以有機(jī)質(zhì)孔隙和天然裂縫為主，但未對該區(qū)頁巖進(jìn)行詳細(xì)的有機(jī)地球化學(xué)特征及含氣性評價。

目前關(guān)于鄂西地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖的研究還處于初級階段。鄂西建始地區(qū)毗鄰四川盆地，該區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖的厚度較大，埋深適中，具有良好的頁巖氣成藏地質(zhì)條件。通過分析該區(qū)黑色頁巖儲層特征、有機(jī)地球化學(xué)特征及含氣性，初步探討頁巖含氣性的相關(guān)影響因素，可為鄂西建始地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)地處長江三峽以南，北鄰大巴山系，屬于巫山山系，為中深-深切割的低中山地形，巫山綿延于鄂渝邊境，長江東流橫穿而過，悠遠(yuǎn)的地質(zhì)演化形成了聞名世界的長江三峽。該區(qū)具體位于湖北省恩施州建始縣境內(nèi)，屬揚(yáng)子(華南)板塊中北部湘鄂西褶皺斷裂帶內(nèi)。在晉寧運(yùn)動形成的結(jié)晶基底基礎(chǔ)上，該區(qū)歷經(jīng)揚(yáng)子地塊蓋層發(fā)展和多期構(gòu)造改造，目前所展現(xiàn)的構(gòu)造形跡主要是印支期及燕山期的產(chǎn)物，斷裂構(gòu)造主要形成于印支期和燕山期(周向輝， 2016)。

本次研究的目的井X井位于花果坪復(fù)向斜-中央復(fù)背斜過渡帶北東段(圖1)，早期東西向的龍?zhí)镀罕承庇捎谑芎笃诒睎|-北北東向構(gòu)造改造，褶皺西端與北東向褶皺過渡帶在目的井西側(cè)呈S型展布，總體處于龍?zhí)镀罕承蹦弦砦鞫?。X井鉆探顯示自三疊系大冶組三段至二疊系茅口組均有發(fā)育，其中二疊系大隆組、龍?zhí)督M、孤峰組富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖厚度近120 m，屬海陸過渡相頁巖[注]湖北省地質(zhì)實驗測試中心. 2017. 湖北省自然資源廳科技項目《頁巖有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)與含氣量相關(guān)性及成藏機(jī)理研究》項目成果報告.。

2 實驗概況

樣品采集于鄂西建始地區(qū)X井的頁巖巖心，涉及三疊系下統(tǒng)大冶組、二疊系上統(tǒng)大隆組、下窯組、龍?zhí)督M和二疊系中統(tǒng)孤峰組地層黑色頁巖。

采用德國布魯克公司的D8-FOCUS型X射線衍射儀分析頁巖礦物組成。選用日本日立SU8010型超高分辨場發(fā)射掃描電鏡表征頁巖孔隙結(jié)構(gòu)，取新鮮頁巖塊70℃干燥2 h，鍍金后測試。采用碳硫分析儀和配有油浸物鏡及光度計的顯微鏡對頁巖樣品進(jìn)行總有機(jī)碳(TOC)含量和鏡質(zhì)組反射率(Ro)測試。采用覆壓孔滲測定儀測試樣品的滲透率及孔隙度。甲烷等溫吸附試驗所用儀器為Rubotherm Isosorp HP Static Ⅲ型磁懸浮天平高壓氣體等溫吸附/解吸儀，設(shè)定實驗溫度30℃。

3 頁巖儲層儲集空間特征

作為優(yōu)質(zhì)烴源巖的頁巖是否能形成商業(yè)性頁巖氣藏，主要受其吸附能力和儲集空間特性(孔隙、裂縫發(fā)育程度)的控制(Fangetal.， 2013)，而礦物成分中的脆性礦物，如石英、方解石等，是控制裂縫發(fā)育程度的主要內(nèi)在因素，直接影響頁巖儲集空間和滲流通道(陳尚斌等， 2011)。頁巖氣儲層礦物組成、儲集空間類型和儲物特性對于頁巖氣資源潛力評價具有重要意義。

3.1 頁巖巖石礦物學(xué)特征

研究采用全巖X射線衍射定性、定量測試了頁巖的礦物組成。圖2為X井34塊不同采樣深度頁巖的全巖分析結(jié)果。由圖2可知，X井頁巖主要由粘土礦物(伊利石)、石英、鈉長石、方解石、白云石、黃鐵礦及少量碳質(zhì)組成。其中，大隆組地層厚度44.07 m， 9件黑色頁巖礦物組成以石英、長石等脆性礦物為主，總量為37.5%～94.5%，平均含量85.3%，而粘土礦物含量為4%～63%，平均含量為14.7%，整體表現(xiàn)為脆性礦物含量遠(yuǎn)高于粘土礦物含量。龍?zhí)督M地層厚度27.37 m， 7件頁巖粘土礦物含量較高，平均值為56.1%，其次為石英、鈉長石等脆性礦物。孤峰組黑色頁巖厚度達(dá)49.06 m，表現(xiàn)為石英等脆性礦物含量較高。X井黑色頁巖主要由石英、鈉長石等脆性礦物及粘土礦物組成。

圖 1 研究區(qū)位置及區(qū)域構(gòu)造特征[據(jù)王秀平等(2018)修改Fig. 1 Location and regional tectonic characteristics of the study area (modified after Wang Xiuping et al., 2018)

圖 2 隨X井深度變化的頁巖礦物組成Fig. 2 Mineral composition of shale at different depths of well X

3.2 頁巖儲集空間特征

頁巖的孔隙發(fā)育程度對頁巖氣的聚集和產(chǎn)出具有至關(guān)重要的作用。頁巖主要發(fā)育微、納米級孔隙，這是與常規(guī)儲層的一個重要區(qū)別(吳松濤等， 2015)。對于頁巖孔隙類型的分類方法較多(Slattetal.， 2011； Loucksetal.， 2012； 于炳松， 2013； Millikenetal.， 2013； 孫超等， 2016； 張順等， 2016)。Slatt等(2011)按照成因?qū)㈨搸r中的納米級孔隙劃分為與粘土微結(jié)構(gòu)相關(guān)的孔隙、有機(jī)質(zhì)孔隙、糞球粒內(nèi)部孔隙、化石碎片內(nèi)部孔隙、顆粒內(nèi)部孔隙、微通道或微裂縫6種類型。Loucks等(2012)將泥頁巖的孔隙分為粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙和有機(jī)質(zhì)孔隙。于炳松(2013)提出頁巖氣儲層孔隙的產(chǎn)狀-結(jié)構(gòu)綜合分類方法，將頁巖基質(zhì)孔隙分為粒間孔隙(顆粒間孔隙、晶間孔隙等)、粒內(nèi)孔隙(黃鐵礦晶間孔隙、粘土礦物集合體內(nèi)部孔隙等)和有機(jī)質(zhì)孔隙。孫超等(2016)和張順等(2016)從儲集空間的成因角度，將頁巖孔隙分為無機(jī)成因孔(礦物粒間孔、原生晶間孔、成巖晶間孔和溶蝕孔等)和有機(jī)成因孔等。從掃描電鏡觀察可知，鄂西X井黑色頁巖樣品中存在大量礦物溶蝕孔、有機(jī)質(zhì)孔和礦物粒間孔，并有少量礦物晶間孔、粒內(nèi)孔(圖3)。溶蝕孔隙主要存在于碳酸鹽(圖3a)及粘土礦物(圖3b、3e、3f)中，孔徑較小，孔隙形態(tài)不規(guī)則，連通性相對較差；有機(jī)質(zhì)較發(fā)育(圖3c、3d)，孔徑在幾十到幾百納米，少量以薄膜形式存在(圖3f)；粒間孔隙主要是礦物顆粒間的殘余孔隙，多形成于粘土礦物粒間或礦物顆粒邊界(圖3g)；粒內(nèi)孔隙分布在黃鐵礦(圖3h)、石英(圖3i)等礦物顆粒內(nèi)，孔隙連通性差，不能作為主要儲集空間；觀察發(fā)現(xiàn)少量黃鐵礦晶間孔隙(圖3e)，且多被粘土礦物或有機(jī)質(zhì)填充。SEM分析表明，該區(qū)頁巖儲集空間有機(jī)質(zhì)較發(fā)育，礦物主要呈片狀、顆粒狀分布，孔隙發(fā)育程度較低，孔隙間連通性差。

3.3 頁巖儲層物性特征

與常規(guī)儲層相比，頁巖具有低孔、特低滲致密的物性特征。X井25件頁巖密度為1.98～2.82 g/cm3，有效孔隙度為0.2%～4.5%，平均孔隙度為1.19%，集中分布在小于2.0%范圍(圖4a)。依據(jù)《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0254-2014)，X井頁巖的孔隙屬于低孔范圍，與美國頁巖儲層的孔隙度4.22%～6.51%(肖海峰，2017)相比，孔隙更加致密、細(xì)小，具有低孔-特低孔特性。頁巖滲透率為0.000 8×10-3～1.107 1×10-3μm2，除樣品X-31外，頁巖滲透率均小于1×10-3μm2(圖4b)，平均滲透率0.081 0×10-3μm2，與美國頁巖平均滲透率0.049×10-3μm2(肖海峰， 2017)相當(dāng)。綜合上述分析，認(rèn)為鄂西建始X井頁巖層屬于低孔、特低滲儲層。

4 頁巖有機(jī)地球化學(xué)特征及含氣性

4.1 有機(jī)質(zhì)類型

為有效辨別目標(biāo)層黑色頁巖的有機(jī)質(zhì)類型，筆者采用干酪根顯微組分信息評價有機(jī)質(zhì)類型。鄂西X井24件頁巖干酪根鏡檢結(jié)果見表1。大隆組頁巖干酪根顯微組分以腐泥組為主，含量在5%～88%之間，平均值61.3%，其次為鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組，有機(jī)質(zhì)類型以腐質(zhì)腐泥型(Ⅱ1型)為主，含少量腐泥腐殖型(Ⅱ2型)和腐殖型(Ⅲ型)。下窯組頁巖有機(jī)質(zhì)類型主要為腐泥腐殖型(Ⅱ2型)，含少量腐質(zhì)腐泥型(Ⅱ1型)和腐殖型(Ⅲ型)。龍?zhí)督M頁巖有機(jī)質(zhì)類型主要為腐殖型(Ⅲ型)，孤峰組頁巖以腐質(zhì)腐泥型(Ⅱ2型)和腐泥腐殖型(Ⅲ型)干酪根為主。因此，鄂西X井頁巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ型干酪根。一般認(rèn)為，Ⅰ型、Ⅱ型干酪根以生油為主，Ⅲ型干酪根以生氣為主，而美國頁巖氣盆地的頁巖干酪根主要為Ⅰ型和Ⅱ型，少量Ⅲ型，但均有數(shù)量可觀的氣生成，表明干酪根類型并不是決定頁巖產(chǎn)氣量的關(guān)鍵因素(王祥等， 2010)。

4.2 有機(jī)質(zhì)豐度

總有機(jī)碳含量是烴源巖豐度評價的重要指標(biāo)，在其他條件相近的前提下，巖石中原始有機(jī)質(zhì)含量越高，其生烴能力越強(qiáng)。圖5a為X井不同采樣深度頁巖TOC含量圖，由圖可知，51件頁巖樣品TOC含量分布在1.62%～26.93%之間，平均值為7.63%，TOC含量隨井深變化規(guī)律不明顯，目的層大隆組、龍?zhí)督M、孤峰組頁巖的TOC含量相對較高。圖5b顯示TOC含量小于2%的占總樣品數(shù)的9.8%，TOC含量大于2%的占總樣品數(shù)的90.2%，樣品TOC含量集中在1.0%～13.0%之間，反映出鄂西X井頁巖有機(jī)質(zhì)豐度整體品位較高，具有形成頁巖氣的良好物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖 3 X井頁巖孔隙發(fā)育特征Fig. 3 The porosity evolution of shales in well Xa—礦物溶蝕孔隙， 0.239～2.738 μm； b—礦物溶蝕孔隙， 0.170～1.949 μm； c—有機(jī)質(zhì)孔隙， 0.035～0.271 μm； d—有機(jī)質(zhì)孔隙， 0.026～0.186 μm； e—礦物溶蝕孔隙， 黃鐵礦晶間孔隙， 0.048～0.415 μm； f—有機(jī)質(zhì)薄膜， 礦物溶蝕孔隙， 0.103～1.414 μm； g—方解石粒間孔隙， 方解石和粘土礦物粒間孔隙， 0.170～0.600 μm； h—黃鐵礦粒內(nèi)孔隙， 0.260～1.380 μm； i—石英礦物粒內(nèi)孔隙， 0.160～2.290 μma—denudation pore of mineral, 0.239～2.738 μm; b—denudation pore of mineral, 0.170～1.949 μm; c—organic pore, 0.035～0.271 μm; d—organic pore, 0.026～0.186 μm; e—denudation pore of mineral and intercrystalline pore of pyrite, 0.048～0.415 μm; f—organic film and denudation pore of mineral, 0.103～1.414 μm; g—intergranular pore of calcite, and intergranular pore between calcite and clay minerals, 0.170～0.600 μm; h—intragranular pore of pyrite, 0.260～1.380 μm; i—intragranular pore of quartz, 0.160～2.290 μm

圖 4 X井頁巖孔隙度分布特征(a)和滲透率分布圖(b)Fig. 4 The porosity distribution (a) and permeability distribution (b) of shale from well X

樣品編號巖性腐泥組殼質(zhì)組鏡質(zhì)組惰質(zhì)組干酪根類型地層X-6含碳泥巖10-7020ⅢX-10含碳泥巖60-328Ⅱ2X-11含碳泥巖85-114Ⅱ1X-13含碳泥巖5-8015ⅢX-14含碳泥巖65-2510Ⅱ2X-16含碳粉砂質(zhì)泥巖88-84Ⅱ1X-17粉砂質(zhì)泥巖72-217Ⅱ1X-18含碳粉砂質(zhì)泥巖80-146Ⅱ1X-19含碳粉砂質(zhì)泥巖87-85Ⅱ1X-22含碳泥巖65-305Ⅱ2X-23含碳泥巖70-255Ⅱ1X-26含碳泥巖40-5010ⅢX-28含碳泥巖60-346Ⅱ2X-29含碳泥巖30-5812ⅢX-33含碳泥巖35-5510ⅢX-37含碳泥巖30-6010ⅢX-40含碳泥巖55-405Ⅱ2X-42含碳泥巖10-8010ⅢX-43含碳泥巖60-355Ⅱ2X-44含碳泥巖82-126Ⅱ1X-46含碳泥巖80-173Ⅱ1X-47粉砂巖70-228Ⅱ1X-48粉砂質(zhì)泥巖65-305Ⅱ2X-51含碳含粉砂泥巖60-364Ⅱ2大隆組下窯組龍?zhí)督M孤峰組

注： Ⅰ為腐泥型； Ⅱ1為腐質(zhì)腐泥型； Ⅱ2為腐泥腐殖型； Ⅲ為腐殖型。

圖 5 頁巖TOC含量隨井深變化圖(a)和頁巖TOC含量分布圖(b)Fig. 5 TOC content of shale at various well depths (a) and TOC content distribution of shale (b)

4.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

研究采用鏡質(zhì)體反射率(Ro)對X井17件頁巖樣品進(jìn)行有機(jī)成熟度分析，Ro值為2.61%～3.68%，平均值為3.29%，成熟度分布在2%～3%的樣品占總數(shù)的21.1%，分布在3%～4%的樣品占總數(shù)的78.9%。依據(jù)中國南方黑色頁巖成熟階段劃分標(biāo)準(zhǔn)(聶海寬等， 2012)，X井頁巖成熟度主體上處于過成熟晚期階段。圖6為X井頁巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)隨著采樣深度的變化，由圖6可知，有機(jī)質(zhì)成熟度與采樣深度線性擬合度高，呈正相關(guān)關(guān)系，即鏡質(zhì)體反射率隨采樣深度增加而增大，與前人報道規(guī)律一致(鄒瑜， 2011)。

圖 6 X井不同深度頁巖Ro值Fig. 6 The Ro values of shale at different depths of well X

4.4 頁巖含氣性特征

頁巖的含氣性是頁巖氣地質(zhì)條件評價的重要方面，目前，獲取泥頁巖含氣量的方法有2種，即解析法和測井法(覃小麗等， 2015)。其中解析法是對鉆井取出巖心樣品直接解析測定含氣量，含氣量由現(xiàn)場解析氣、損失氣和殘余氣3部分組成。研究采用現(xiàn)場解析法，測得X井22件富有機(jī)質(zhì)頁巖現(xiàn)場解析氣含量為0.087～2.92 m3/t，平均值為1.09 m3/t；殘余氣含量在0.002～0.26 m3/t之間，平均值為0.071 m3/t；總含氣量為0.09～3.70 m3/t，平均含量為1.32 m3/t。特別是大隆組富有機(jī)質(zhì)頁巖，其現(xiàn)場解析含氣量為0.69～2.92 m3/t，平均值為2.21 m3/t，總含氣量0.74～3.70 m3/t，平均值為2.71 m3/t，均高于美國泥頁巖含氣量底限(0.5～1.0 m3/t)(張木辰等， 2018)，表明其具有很好的勘探開發(fā)前景。

5 頁巖含氣量的相關(guān)因素探討

5.1 頁巖總有機(jī)碳與含氣量關(guān)系

有機(jī)質(zhì)含量顯著影響著頁巖的生烴能力、孔隙空間及吸附能力。在溫壓條件相同的前提下，高有機(jī)質(zhì)含量頁巖可為氣體吸附提供更多的孔隙空間、內(nèi)表面積。國內(nèi)外實測數(shù)據(jù)表明，有機(jī)質(zhì)含量直接影響頁巖的含氣量(徐國盛等， 2013)。Boyer等(2006)發(fā)現(xiàn)頁巖含氣量隨其TOC含量增加而增大，認(rèn)為頁巖有機(jī)質(zhì)含量是頁巖氣成藏最基礎(chǔ)的因素。將鄂西X井不同采樣深度頁巖的TOC含量與不同采樣深度頁巖的總含氣量進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)頁巖含氣量與其有機(jī)碳含量的變化趨勢基本一致，表明頁巖的含氣量與TOC含量呈正相關(guān)關(guān)系(圖7)。

圖 7 鄂西X井頁巖樣品含氣量與總有機(jī)碳含量分布Fig. 7 The distribution of gas content and TOC content of shale from well X in western Hubei

5.2 有機(jī)質(zhì)成熟度與含氣量關(guān)系

有機(jī)熱成熟度是頁巖經(jīng)歷最高溫度的指示。Zhang等(2012)認(rèn)為隨著頁巖熱成熟度的增加，頁巖有機(jī)質(zhì)芳構(gòu)化增加，從而導(dǎo)致其吸附能力降低。而另一種觀點則認(rèn)為隨著成熟度增加，有機(jī)質(zhì)生烴創(chuàng)造出納米孔，使得頁巖吸附能力增強(qiáng)(Gaspariketal.， 2014； Huetal.， 2015； 戴方堯等， 2017)。圖8為反映X井頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度的鏡質(zhì)體反射率(Ro)與總含氣量的關(guān)系圖，由圖可知，兩者之間呈弱的正相關(guān)關(guān)系，與報道一致(張木辰等， 2018)。有機(jī)質(zhì)成熟度的提高對有機(jī)組分納米孔隙的生成具有促進(jìn)作用，進(jìn)而增加了頁巖氣的儲集空間(曾維特等， 2014)。

圖 8 頁巖總含氣量與有機(jī)成熟度的關(guān)系Fig. 8 The relationship between gas content and organic maturity of shale samples

5.3 頁巖礦物組成與含氣量關(guān)系

頁巖的礦物組成作為頁巖形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，不僅為吸附氣的賦存提供了吸附劑，也決定了其內(nèi)部發(fā)育的孔隙空間，為天然氣的賦存奠定了基礎(chǔ)。鄂西X井頁巖礦物成分以石英、鈉長石等脆性礦物和粘土礦物為主(圖1)。頁巖中的脆性礦物富集，有利于微裂縫的產(chǎn)生，影響著頁巖氣的儲存和擴(kuò)散，而粘土礦物含量對頁巖含氣量的影響主要表現(xiàn)為伊蒙混層、伊利石對頁巖氣的吸附能力(曾維特等， 2014)。圖9顯示頁巖總含氣量與粘土礦物含量呈現(xiàn)弱的正相關(guān)性。通常粘土礦物的微孔隙體積和表面積較大，增大頁巖對氣體的吸附能力，而伊利石石化形成的收縮縫、伊利石間的孔隙均可成為有效的頁巖氣儲集空間(曾維特等， 2014)。因此，在一定范圍內(nèi)高粘土礦物含量的頁巖，其吸附能力更強(qiáng)，粘土礦物含量與含氣量呈現(xiàn)弱的正相關(guān)關(guān)系。

圖 9 粘土礦物含量與頁巖含氣量的關(guān)系圖Fig.9 Diagram of relationship between clay minerals and gas content of shale

5.4 頁巖孔隙度與含氣量關(guān)系

圖10為鄂西X井頁巖有效孔隙度與頁巖總含氣量的關(guān)系圖，兩者在一定程度上呈正相關(guān)關(guān)系，即頁巖含氣量隨頁巖孔隙度的增大而增大。這是由于相對較大的頁巖孔隙度，其孔隙內(nèi)表面較大，有利于吸附氣的賦存，也可以為游離氣的賦存提供空間。

5.5 壓力條件與含氣量關(guān)系

溫度和壓力的共同作用影響頁巖中氣體含量，限制了頁巖的最大含氣量。通常情況下，隨著壓力的增加，頁巖游離氣和吸附氣含量都逐漸增大。圖11顯示出在溫度一定的情況下，頁巖吸附氣量隨著壓力的增加而增大，同時發(fā)現(xiàn)在相同的溫度壓力條件下，頁巖TOC含量越高，其吸附氣量越大，頁巖的吸附氣量和TOC含量具有較好的正相關(guān)性，但和粘土礦物含量相關(guān)性不明顯，具有較弱的正相關(guān)性。這與前述分析結(jié)論一致(圖7、圖9)。

圖 10 頁巖有效孔隙度與總含氣量的相關(guān)性Fig.10 Diagram of relationship between effective porosity and gas content of shale

圖 11 X井頁巖甲烷等溫吸附曲線圖Fig.11 Isotherms of methane adsorbed in shales of well X

6 結(jié)論

(1) 鄂西建始地區(qū)X井頁巖儲層以石英、長石等脆性礦物以及伊利石粘土礦物為主。儲層孔隙主要發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔、礦物溶蝕孔、礦物粒間孔以及少量黃鐵礦晶間孔，儲層具有低孔、特低滲特征。

(2) X井頁巖有機(jī)質(zhì)豐度整體品位較高，TOC含量大于2%的占總樣品數(shù)90.2%，具有形成頁巖氣的良好物質(zhì)基礎(chǔ)，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ型干酪根，處于過成熟晚期階段。

(3) 現(xiàn)場解析法測得建始X井頁巖含氣量較高，平均值為1.32 m3/t，與頁巖TOC含量、有機(jī)質(zhì)成熟度和孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系，與粘土礦物含量呈弱的正相關(guān)關(guān)系。

致謝感謝湖北省地質(zhì)調(diào)查院為本研究提供地質(zhì)背景資料。