川南海相頁巖巖石相類型及“甜點”分布
——以長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組為例

王紅巖，董大忠，施振生，邱 振，盧 斌，邵 男，孫莎莎，張素榮

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.國家能源頁巖氣研發(fā)（實驗）中心，北京100083；3.中國石油天然氣股份有限公司科技管理部，北京100007）

巖石相確定是建立頁巖標型剖面、確定頁巖氣勘探開發(fā)地質“甜點”段的關鍵。巖石相是解譯黑色頁巖沉積環(huán)境和沉積水動力的一把鑰匙[1-5]，同時控制著頁巖儲層儲集空間結構、儲集性能、基質滲透率和微裂縫發(fā)育特征等[6]。目前，學術界對黑色頁巖巖石相的分類方法[7-9]進行了系統(tǒng)研究，確定礦物組成、有機質含量、古生物類型[10]、特殊礦物[11]、結構[12]、層理類型[13]、生物擾動[2]、顏色、物性與力學性質等[14]是巖石相分類的關鍵屬性，并認為不同巖石相形成受藻類季節(jié)性勃發(fā)[15-17]、碳酸鹽紋層與化學作用、生物化學作用[18]以及陸源季節(jié)性輸入等影響[19]。中上揚子地區(qū)五峰組—龍馬溪組黑色頁巖是中國頁巖氣勘探開發(fā)關鍵層系，針對該套頁巖，目前在儲層微觀結構[20]、頁巖氣富集規(guī)律與機理[21-22]等方面研究取得諸多成果。這些研究成果大大豐富了細粒沉積學理論，有效指導了頁巖氣勘探開發(fā)。但在巖石相劃分方面，目前均以礦物組分為主[23-24]，沉積構造描述只簡單的用“紋層狀”來描述，并沒有充分考慮頁巖層理類型的復雜性和多樣性；同時，不同巖石相對頁巖氣儲層的控制等研究也稍顯薄弱[25-26]。該文以長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組富有機質頁巖段為重點，分析了川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組層序地層格架、物質組成、巖石相類型，從而建立了長寧地區(qū)五峰組—龍馬溪組黑色富有機質頁巖儲層特征“鐵柱子”，并確定了頁巖氣勘探的地質“甜點”段。

1 地質背景

中國南方五峰組和龍馬溪組黑色頁巖廣泛發(fā)育（圖1），時代歸屬為晚奧陶世凱迪階、赫南特階，早志留世魯?shù)るA、埃隆階和特列奇階。五峰組與下伏臨湘組或寶塔組平行不整合接觸，龍馬溪組與上覆石牛欄組、小河壩組或梁山組角度不整合接觸，五峰組與龍馬溪組整合接觸[27]。五峰組下部為大套黑色頁巖，夾多層薄層火山灰沉積層；上部為灰?guī)r或泥灰?guī)r，赫南特貝動物群化石豐富。龍馬溪組下部為黑色、灰黑色薄層狀頁巖或塊狀頁巖；上部為灰綠色、黃綠色頁巖及砂質頁巖，有時夾有粉砂巖或泥質灰?guī)r。龍馬溪組可劃分為龍一段和龍二段。龍一段以黑色、灰黑色薄層狀頁巖或塊狀頁巖為主，紋層結構和裂縫發(fā)育。龍二段為灰綠色、黃綠色頁巖及砂質頁巖，有時夾粉砂巖或泥質灰?guī)r，由下至上砂質含量增高，構成向上變粗沉積序列。根據(jù)巖性和電性特征，龍一段可劃分為龍一1亞段和龍一2亞段，龍一1亞段進一步細分為龍一4個小層（圖2）。

中國南方五峰組—龍馬溪組形成于華南盆地消亡和南華造山帶形成階段。中奧陶世之后，除揚子北緣的邊緣海仍保持被動大陸邊緣性質之外，其他地區(qū)明顯表現(xiàn)出擠壓收縮的構造背景，該時期揚子板塊進入前陸盆地演化階段，中國南方為揚子前陸盆地之隆后盆地一部分。志留紀蘭多維列統(tǒng)，南東方向擠壓作用增強，中國南方不斷抬升，樂山—龍女寺古隆起逐漸擴大，海域縮小海水變淺，沉積分異作用加劇。該時期上揚子地區(qū)夾持在川中隆起和黔中—雪峰2 大隆起之間（圖1），形成半閉塞滯流海盆。盆地基底東南高北低，海域自東南向北逐漸變深[28]。

長寧雙河剖面位于四川省西南部的長寧縣雙河鎮(zhèn)境內（圖1），地理坐標為X：18 487 815.57，Y：3 142 572.33，該剖面位于長寧構造背斜頂部。該地區(qū)地勢南高北低，南部為中低山，中北部為丘陵。該地區(qū)屬于亞熱帶濕潤性季風氣候，溫暖濕潤，年均氣溫18.3 ℃，年均降雨量1 141.7 mm。近年來，由于該地區(qū)的修路和采礦活動，五峰組—龍馬溪組底部17 m 黑色頁巖得以出露，其整體呈南北向展布，地層傾角約30°。該地區(qū)鉆井資料對比顯示，所揭示的17 m 黑色頁巖段恰是長寧地區(qū)目前頁巖氣勘探開發(fā)的目的層段，具有高TOC、高孔隙度、高脆性礦物含量、高含氣量等特點。該段奧陶系五峰組出露完整，五峰組底界之上為黑色頁巖，底界之下為寶塔組瘤狀灰?guī)r，界面為平行不整合接觸，志留系龍馬溪組只出露下部地層，龍馬溪組底界之上為黑色頁巖，底界之下為觀音橋層介殼灰?guī)r，界面為整合接觸（圖2）。長寧雙河剖面位置雙河鎮(zhèn)的一條公路附近，交通方便，是研究川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組黑色頁巖特征的首選剖面。該次重點研究了奧陶系頂部的五峰組和志留系底部的龍馬溪組，該剖面的精細研究可以直接指明長寧地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探開發(fā)的“甜點段”，并對探討“甜點段“的成因具有重要意義。

圖1 研究區(qū)位置及剖面點分布Fig.1 Location of study area and distribution of outcrop

圖2 四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic histogram of Wufeng-Longmaxi Formations in Sichuan Basin and its periphery

2 露頭描述方法與流程

露頭描述方法和流程：

1）由下至上，反復觀察、調查和拍照整個剖面。

2）應用層序地層學研究方法確定層序地層格架，明確儲層宏觀非均質性。①根據(jù)新鮮面巖性、巖相宏觀突變、火山灰夾層等標志識別區(qū)域不整合面及三級層序地層界面，初步建立巖性地層劃分方案；②根據(jù)地層界面特征、巖性粒序變化、巖石組成特征、古生物組成特征及旋回性變化，識別單個準層序；③根據(jù)多個準層序內部礦物組成、結構及構造特征及厚度縱向演化，分析準層序疊置樣式，識別準層序、準層序組、體系域及層序，建立層序地層格架。

3）系統(tǒng)、連續(xù)取樣，為開展室內分析提供依據(jù)。①由下至上，垂直地層方向連續(xù)切取大樣，大樣樣品要求切取2 份，一份用于紋層和層理的描述和分析，另一份用于開展各類分析化驗，樣品寬度不小于8 cm；②系統(tǒng)采集沉積地化分析化驗樣品，樣品分地層及沉積相、儲層特征、巖石力學及應力敏感性4 個方面。

4）描述黑色泥巖組成、結構和構造，明確儲層微觀非均質性。

5）開展黑色頁巖儲層特征分析，明確儲層儲集性能。儲層特征包括儲層物性及孔隙結構2個方面，

物性分析可通過覆壓孔滲、脈沖滲透率等確定，孔隙結構可通過高壓壓汞、微米CT、納米CT 等確定。該次研究連續(xù)取樣2份各15.5 m，切割拋光大樣15.5 m，制作巖石大薄片203 塊、巖石小薄片203 塊，TOC測試110 塊次，X-衍射全巖組份測試110 塊，物性分析78塊次，場發(fā)射掃描電鏡觀察樣品4塊次。

3 主要認識

3.1 地層精細劃分

長寧雙河剖面五峰組整體為黑色富含筆石頁巖，頂?shù)装l(fā)育厚0.5 m 的觀音橋層。觀音橋層灰?guī)r或泥灰?guī)r沉積為主，富含赫南特貝動物群化石[29]。五峰組底部黑色頁巖段發(fā)育筆石帶WF1-3，五峰組頂部和觀音橋層發(fā)育筆石帶WF4。五峰組與下伏寶塔組瘤狀灰?guī)r平行不整合接觸，界面之上發(fā)育20 cm古土壤、9.5 m 黑色筆石頁巖和0.4 m 觀音橋層含介殼 灰 巖[30]，發(fā) 育Dicellograptus complanatus（WF1）、Dicellograptus complexus（WF2）、Paraorthograptus pacificus（WF3）和Persculptograpatus extraordinarius（WF4）4 個筆石帶[31]；龍馬溪組底界面上下巖性—巖相突變，其上發(fā)育7.14 m 黑色筆石頁巖，發(fā)育Persculptograptus persculptus（LM1）和Akidograptus ascensus（LM2）2個筆石帶，LM3及以上層段在本條剖面沒有出露[32]（圖2）。

筆石帶Dicellograptus complanatus（WF1）主要分子有Dicellograptus complanatus，該剖面化石分子相對較少；筆石帶Dicellograptus complexus（WF2）特征分子主要有Appendispinograptus longispinus、Dicellograptus ornatus、Dicellograptus complexus和Amplexograptus latus等；筆石帶Paraorthograptus pacificus（WF3）特征分子有Paraorthograptus pacificus、Rectograptus abbreviates、Dicellograptus minor和Tangyagraptus typicus等；筆石帶Persculptograptus extraordinarius（WF4）特征分子主要為Normalograptus extraordinarius等。該時期由于全球氣候變涼，筆石大量死亡，富含腕足類、殼類的赫南特貝動物群大面積發(fā)育。

筆石帶Persculptograptus persculptus（LM1）特征分子主要有Avitograptusexgr.avitus、Avitograptus avitus等；筆石帶Akidograptus ascensus（LM2）特征分子包括A.ascensus、P.praematurus、N.anjiensis、N.bicaudatus、Neodiplograptus modestus、Atavograptus atavus等。

參考前人研究方法[33-34]，對露頭進行詳細層序地層學研究。結果表明，該露頭可劃分出13 個準層序組，其中五峰組8 個準層序組，龍馬溪組發(fā)育5 個準層序組，每個準層序組內部由下至上頁巖粒度由細泥巖變?yōu)榇帜鄮r（圖3）。五峰組筆石帶WF1 對應于準層序組SWF1 和SWF2，筆石帶WF2 對應于準層序組SWF3 和SWF4，筆石帶WF3 對應于準層序組SWF5 和SWF6，筆石帶WF4 對應于準層序組SWF7和SWF8。龍馬溪組筆石帶LM1 對應于準層序組SLM1，筆石帶LM2 對應于準層序組SLM2-5。五峰組準層序組SWF1-4厚4 m，SWF5-8厚5.9 m，其頂部觀音橋的含介殼灰?guī)r在全球范圍內可以對比[31]。龍馬溪組SLM1-3 厚5.09 m，SLM4-5 厚2.05 m，該剖面龍馬溪組上部地層沒有揭露。該地區(qū)五峰組筆石帶WF1-3 對應于五峰組下部筆石頁巖段，筆石帶WF4對應于觀音橋層。龍馬溪組筆石帶LM1 對應于龍一小層，筆石帶LM2對應于龍一小層下部。

圖3 長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組地層劃分及取樣位置Fig.3 Stratigraphic division and sampling location of Wufeng-Longmaxi Formations in Shuanghe Outcrop,Changning

3.2 物質組成及分布

110 塊樣品全巖X-衍射測試結果表明，黑色頁巖主要碎屑礦物有石英（平均42.5%）、碳酸鹽巖（平均37.4%）和黏土礦物（平均14.9%），次要礦物為斜長石（平均2.5 %）和黃鐵礦（平均2.7 %）（圖4）。五峰組內部，石英含量準層序組SWF5 最高（平均值51.13 %），SWF8 準層序組最低（平均值24 %）；碳酸鹽含量準層序組SWF4（平均值53.63%）和SWF6（平均值52 %）最高，準層序組SWF5 最低（平均值32.33 %）；黏土礦物含量平均值為12.75 %～18.67 %。龍馬溪組內部，石英含量準層序組SLM1（平均值63.18%）和SLM2（52.29%）最高，準層序組SLM3 最低（平均值32 %），碳酸鹽含量準層序組SLM3最高（平均值49%），準層序組SLM1最低（平均值（13.06%），黏土礦物含量平均值為13.67%～17.19%。

圖4 川南長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組物質組成、層理類型及巖石相類型縱向分布（代碼含義見正文）Fig.4 Longitudinal distribution of material composition,bedding types and lithofacies types of Wufeng-Longmaxi Formations in Shuanghe Outcrop,Changning,southern Sichuan

110 塊樣品TOC測試（圖4）表明，黑色頁巖TOC值1.5%～12%，平均值5.6%。五峰組內部，準層序組SWF6 和SWF7 的TOC最高，平均值分別為6.1 %和6.69 %，準層序組SWF4 最低，平均值2.17 %。龍馬溪組內部，準層序組SLM1 和SLM2 最高，平均值9.54%和5.64%，準層序組SLM3最低，平均值4.2%。

以碎屑礦物碳酸鹽、黏土礦物和石英為端元對黑色頁巖進行類型劃分（圖5a）。當某種礦物成分質量大于50%，即以該礦物成分名作為巖性名，若3 種主要礦物成分質量均不足50%，即稱為混合巖[9]。鈣質頁巖中碳酸鹽質量大于50%，黏土質頁巖中黏土礦物質量大于50%，硅質頁巖中石英質量大于50%，混合頁巖中3 類礦物質量均不足50 %。然后參照TOC[8]，進一步將黑色頁巖劃分為富有機質頁巖、含有機質頁巖和貧有機質頁巖。富有機質頁巖TOC＞4%，含有機質頁巖TOC為2%～4%，貧有機質頁巖TOC＜2 %。巖性三角圖顯示，長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組黑色頁巖只發(fā)育硅質頁巖、鈣質頁巖和混合頁巖（圖5b）。其中，硅質頁巖主要發(fā)育于準層序組SWF5 和SLM1-2，鈣質頁巖主要發(fā)育于準層序組SWF4和SWF8，其它準層序組主要發(fā)育混合頁巖。

圖5 川南長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組黑色頁巖巖性劃分Fig.5 Lithologic division of Wufeng-Longmaxi Black shale in Shuanghe Outcrop,Changning,southern Sichuan

3.3 層理特征

層理特征是黑色頁巖的重要特征，影響著“甜點段”的組成和分布，是“鐵柱子”建立的關鍵[35]。黑色頁巖層理主要由紋層、紋層組、層三級單元組成，多個具有成因聯(lián)系的紋層構成紋層組，多個具有成因聯(lián)系的紋層組構成層，層與層之間的組合關系構成層理[26]。203塊全大薄片照相和203塊常規(guī)薄片正光偏光顯微觀察表明，長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組黑色頁巖發(fā)育泥紋層和粉砂紋層（表1、圖6）。泥紋層顆粒粒徑相對較細，同一層內黏土礦物含量相對較高；粉砂紋層顆粒粒徑相對較粗，同一層內硅質和碳酸鹽含量相對較高。以4 μm 為界，將黑色頁巖劃分為泥質頁巖和粉砂質頁巖。泥質頁巖粒徑小于4 μm 顆粒大于50 %，粉砂質頁巖粒徑大于4 μm 顆粒大于50 %[9,36]。長寧雙河剖面泥紋層粒徑小于4 μm 顆粒含量大于50 %，偏光顯微鏡下顏色較暗，單層厚度0.03～0.3 mm，主體0.1 mm；粉砂紋層中粒徑大于4 μm 顆粒含量大于50%，偏光顯微鏡下顏色較亮，單層厚度約0.05～1 mm，個別達到4 mm。

長寧雙河剖面泥紋層可疊置成正遞變層、反遞變層和均質層3 類層[36-37]（表1）；粉砂紋層與泥紋層互層疊置成砂泥遞變層（分為砂泥正遞變層或砂泥反遞變層）。單一層厚度2～22 mm，界面多呈連續(xù)、板狀、平行或連續(xù)、波狀、平行。正遞變層底部碳酸鹽或硅質顆粒含量相對較多，上部碳酸鹽或硅質含量降低、有機質含量和黏土礦物含量增加（圖6a），顏色變深；反遞變層底部黏土礦物和有機質含量相對較高，上部碳酸鹽或硅質含量增加（圖6b），顏色變淺；均質層顆粒粒徑和成份均一，顏色一致（圖6c）。砂泥正遞變層底部碳酸鹽或硅質顆粒含量較多，上部碳酸鹽或硅質含量降低，顏色變深，有機質含量和黏土礦物含量增加（圖6d、圖6e）；砂泥反遞變層與之相反。

紋層和層構成5 類層理：遞變型水平層理、均質層理、條帶狀粉砂型水平層理、砂泥遞變型水平層理和砂泥薄互層型水平層理（表1）。遞變型水平層理由正遞變層、反遞變層或二者共同構成（圖6a、圖6b），層厚1～8 mm，層界面不清晰，多呈連續(xù)、波狀、平行。均質層理由均質層構成，無粒序變化，常含有大量介殼類生物碎屑（圖6c）。條帶狀粉砂型水平層理中粉砂紋層和泥紋層互層，粉砂紋層呈條帶狀，厚約0.05 mm，泥紋層多構成均質層，泥紋層與粉砂紋層厚度比值一般大于10（圖6d），層界面多為連續(xù)、板狀、平行，偶見斷續(xù)、板狀、平行。砂泥遞變型水平層理厚度2～6 mm（圖6e），粉砂紋層和泥紋層構成正遞變或反遞變，正遞變內部，由下至上，亮色顆粒含量降低，反遞變內部，由下至上，亮色顆粒含量增加，粉砂紋層與泥紋層界面呈漸變特征（圖6d、圖6e），界面多呈連續(xù)、板狀、平行。在砂泥遞變型水平層理中，泥紋層與粉砂紋層厚度比值為5～10。砂泥薄互層型水平層理厚度3～5 mm，粉砂紋層和泥紋層互層，泥紋層/粉砂紋層1—5（圖6f、圖6g）。砂泥遞變型水平層理的層界面有連續(xù)、板狀、平行（圖6h），斷續(xù)、板狀、平行（圖6i），斷續(xù)、波狀、平行（圖6j）3種。

表1 川南長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組層理特征Table 1 Bedding features of Wufeng-Longmaxi Formation in Shuanghe Outcrop,Changning,southern Sichuan

五峰組主要發(fā)育泥紋層，龍馬溪組泥紋層和粉砂紋層均發(fā)育（圖6）。顯微鏡觀察結果表明，五峰組，準層序組SWF4發(fā)育含有機質碳酸鹽泥紋層和含有機質混合泥紋層，準層序組SWF5發(fā)育含有機質硅質泥紋層，SWF6 發(fā)育富有機質碳酸鹽泥紋層，SWF7發(fā)育富有機質混合泥紋層，SWF8 發(fā)育含有機質碳酸鹽泥紋層。龍馬溪組準層序組SLM1—SLM2 發(fā)育富有機質混合泥紋層和富有機質硅質泥紋層，SLM3—SWF5 發(fā)育富有機質混合泥紋層。五峰組發(fā)育正遞變、反遞變和均質3 類層，正遞變和反遞變層發(fā)育于準層序組SWF4-6，均質層發(fā)育于SWF7—SWF8。龍馬溪組發(fā)育砂泥遞變層，正遞變和反遞變層主要發(fā)育于準層序組SLM1，砂泥遞變層主要發(fā)育于SLM2和SLM4。

圖6 川南長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組紋層、層和層理的類型Fig.6 Types of laminae,stratigraphy and bedding of Wufeng-Longmaxi Formation in Shuanghe Outcrop,Changning,southern Sichuan

五峰組—龍馬溪組2類紋層5類層構成5種層理類型（表1），即砂泥薄互層型水平層理、砂泥遞變型水平層理、條帶狀粉砂型水平層理、遞變型水平層理和均質層理[36-37]。五峰組發(fā)育遞變型水平層理和均質層理，龍馬溪組發(fā)育砂泥遞變型水平層理、條帶狀粉砂型水平層理和砂泥薄互層型水平層理（圖7）。五峰組，準層序組SWF4—SWF6 主要發(fā)育遞變型水平層理，SWF7—SWF8 主要發(fā)育均質層理。龍馬溪組，準層序組SLM1 主要發(fā)育條帶狀粉砂型水平層理，SLM2 和SLM4 主要發(fā)育砂泥遞變型水平層理，SLM3發(fā)育砂泥薄互層型水平層理。

圖7 川南長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組紋層和層理縱向分布Fig.7 Longitudinal distribution of laminae and bedding of Wufeng-Longmaxi Formation in Shuanghe Outcrop,Changning,southern Sichuan

3.4 不同層理頁巖孔隙度和滲透率

長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組條帶狀粉砂型水平層理頁巖和砂泥遞變型水平層理頁巖孔隙度最高，砂泥薄互層型水平層理頁巖次之（表2）。樣品測試結果表明，遞變型水平層理頁巖水平孔隙度為0.6%～1.47%，垂直孔隙度為0.88%～1.27%，塊狀層理頁巖水平孔隙度為1.16 %～4.16 %，垂直孔隙度為1.11%～3.17%。條帶狀粉砂型水平層理頁巖水平孔隙度為6.85 %～7.26 %，垂直孔隙度為6.31%～6.4%，孔隙度值為遞變型水平層理頁巖的7～8 倍，為塊狀層理頁巖的6～7 倍。砂泥遞變型水平層理頁巖水平孔隙度為4.90 %～9.35 %，垂直孔隙度為4.13 %～9.04 %，為遞變型水平層理頁巖的4～5倍，為塊狀層理頁巖的3～4倍。

長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組黑色頁巖水平孔隙度稍大于垂直孔隙度，但不同層理稍有差異。除少數(shù)外，多數(shù)樣品水平孔隙度/垂直孔隙度為1.04%～1.68%。整體上，均質型塊狀層理頁巖水平孔隙度/垂直孔隙度最高，為1.05～1.68，遞變型水平層理頁巖次之，為1.16，條帶狀粉砂型水平層理頁巖、砂泥遞變型水平層理頁巖和砂泥薄互層型水平層理頁巖依次降低，平均值分別為1.11，1.18和0.99。

長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組條帶狀粉砂型水平層理頁巖水平滲透率/垂直滲透率最大，其次砂泥遞變型水平層理頁巖和砂泥薄互層型水平層理頁巖，遞變型水平層理頁巖和均質型塊狀層理頁巖水平滲透率/垂直滲透率基本相近（表2）。樣品8-31-1測試結果表明，條帶狀粉砂型水平層理頁巖水平滲透率和垂直滲透率分別 為0.184 285×10-3μm2和0.000 655×10-3μm2，兩者相差281.35 倍，樣品9-11-1測試結果表明，條帶狀粉砂型水平層理頁巖水平滲透率和垂直滲透率分別 為0.047 955×10-3μm2和0.002 761×10-3μm2，兩者相差17.39倍。樣品SLM4-1測試結果表明，砂泥薄互層型水平層理頁巖水平滲透率和垂直滲透率分別 為0.005 743×10-3μm2和0.000 714×10-3μm2，兩者相差8.04倍。遞變型水平層理頁巖相和均質型塊狀層理頁巖水平和垂直滲透率相近，樣品M001 測試結果表明，遞變型水平層理頁巖水平和垂直滲透率分別為0.000 931×10-3μm2和0.000 575×10-3μm2，兩者相差1.62倍，樣品SWF6-1-2測試結果表明，均質型塊狀層理頁巖水平和垂直滲透率分別為0.000 316 9×10-3，0.000 316×10-3μm2，二者基本接近。

表2 川南長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組不同巖石相類型孔隙度和滲透率Table 2 Porosity and permeability of different lithofacies types of Wufeng-Longmaxi Formation in Shuanghe Outcrop,Changning,southern Sichuan

3.5 巖石相分類

巖石相是特定沉積環(huán)境和沉積水動力條件下的產物，要盡可能利用組成、結構和構造等能反映成因的屬性來分類?；谶@個原則，該文劃分標準有兩種：①礦物組成：是造成巖石相類型多樣性的最關鍵因素，并可反映黑色頁巖成因與成巖演化[38]；②層理類型：直接反映沉積過程、物源供給情況和水動力強弱，并可揭示古氣候、古水體性質和事件沉積等微環(huán)境[39]。由于頁巖巖石相與頁巖氣勘探開發(fā)息息相關，因此，在巖石相類別確定后，可用有機碳含量揭示烴類富集程度，從而便于頁巖氣儲集層分類和評價。依此原則，建立巖石相柜式劃分（圖8）。柜式劃分圖的X坐標表示層理類型，分為砂泥薄互層型水平層理、砂泥遞變型水平層理、條帶狀粉砂型水平層理、均質層理和遞變型水平層理5 種，Y坐標表示巖性，分為硅質頁巖、黏土質頁巖、鈣質頁巖和混合頁巖4 種。X和Y坐標確定好巖石相類型之后，用Z坐標表示TOC（%），分為貧有機質（TOC＜2%）、含有機質（2%＜TOC＜4%）和富有機質（TOC＞4%）3種，從而反映該巖石相的有機質富集程度。

圖8 長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組黑色頁巖巖石相分類柜式劃分Fig.8 Cabinet division of black shale lithofacies of Wufeng-Longmaxi Formation in Shuanghe Outcrop,Changning

綜合分析表明，長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組發(fā)育11 類巖石相：遞變型水平層理混合頁巖相（GM）、遞變型水平層理鈣質頁巖相（GC）、遞變型水平層理硅質頁巖相（GS）、均質層理鈣質頁巖相（BC）、均質層理混合頁巖相（BM）、條帶狀粉砂型水平層理硅質頁巖相（SS）、條帶狀粉砂型水平層理混合頁巖相（SM）、條帶狀粉砂型水平層理鈣質頁巖相（SC）、砂泥遞變型水平層理硅質頁巖相（BGS）、砂泥遞變型水平層理混合頁巖相（BGM）、砂泥薄互層型水平層理混合頁巖相（BIM）。長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組各類巖石相有機質含量均較高，以富有機質為主，少量為含有機質。

長寧雙河剖面五峰組—龍馬溪組11類巖石相縱向分布規(guī)律性變化（圖4）。五峰組，SWF4 段發(fā)育遞變型水平層理鈣質頁巖相（GC），SWF5 段和SWF6 段則依次發(fā)育遞變型水平層理混合頁巖相（GM）、遞變型水平層理硅質頁巖相（GS）、遞變型水平層理混合頁巖相（GM）、遞變型水平層理硅質頁巖相（GC）和遞變型水平層理混合頁巖相（GM），SWF7—SWF8 段發(fā)育均質層理混合頁巖相（BM）、均質層理鈣質頁巖相（BC）。龍馬溪組SLM1 段底部少量條帶狀粉砂型水平層理鈣質頁巖相（SC），上部則以條帶狀粉砂型水平層理硅質頁巖相（SS）為主，SLM2 段發(fā)育砂泥遞變型水平層理硅質頁巖相（BGS），SLM3 發(fā)育砂泥薄互層型水平層理混合頁巖相（BIM），SLM4 段發(fā)育砂泥遞變型水平層理混合頁巖相（BGM）。

4 地質意義

前人研究表明[21,40-41]，“甜點”具備高TOC、高硅質含量、頁理發(fā)育等特征。長寧雙河剖面精細研究表明，川南長寧地區(qū)黑色頁巖“甜點”段集中分布于筆石帶LM1段。該段具有高硅質含量和高TOC的特征。其硅質含量均超過60%，TOC均大于5%，平均值達9.54 %。非“甜點”段中，頁巖的硅質含量普遍為42 %～53 %，均值小于50 %，TOC也遠低于“甜點”段。此剖面表明，“甜點”段中浮游藻類、疑源類、細菌和固體瀝青等非動物碎屑有機質占總顯微組分的70 %～80 %，動物碎屑占20 %～30 %，非“甜點”段中動物碎屑類（筆石、幾丁蟲等）有機質顯微組分占總顯微組分的47%～76%，非動物碎屑有機質占24%～53%[22]。

“甜點”段頁巖具有條帶狀粉砂型水平層理發(fā)育的特征。長寧雙河剖面“甜點”段以條帶狀粉砂型水平層理頁理為主，由于該類層理中粉砂紋層含量低，泥紋層含量高，有機質含量高。高有質含量易形成高有機質孔，從而造成“甜點”段孔隙度普遍較高。實驗分析表明，“甜點”段頁巖孔隙度和滲透率值是其它頁巖的幾倍甚至幾十倍，且水平滲透率/垂直滲透率比值達到幾倍甚至幾百，遠高于其他紋理頁巖。川東涪陵地區(qū)五峰組—龍馬溪組黑色頁巖水平滲透率普遍高于0.01×10-3μm2（平均值為1.33×10-3μm2），遠遠高于對應深度的垂直滲透率（普遍低于0.001×10-3μm2，平均值為0.003 2×10-3μm2），二者相差超過3 個數(shù)量級[42]。

“甜點”段頁巖高TOC和高硅質含量的形成與局限海盆沉積環(huán)境及富硅水體有關。前人研究表明[43-44]，晚奧陶世赫南特階晚期—早志留世魯?shù)るA，全球氣候變暖，全球海平面快速上升。該時期四川盆地為半封閉的陸表海，發(fā)育缺氧的半局限海盆環(huán)境?！疤瘘c”段頁巖形成，同樣表明沉積時期水動力弱，陸源碎屑供給不足[45]。且水體中大量溶解態(tài)硅造成放射蟲、硅質海綿及浮游藻類大量繁盛，并以“海洋雪”方式緩慢沉積。現(xiàn)代海洋調查結果也顯示，水體中硅元素含量高低直接決定初級生產力的高低[46]，硅質生物大量發(fā)育時藻類也一同繁盛，從而造成TOC和硅質富集。非“甜點”段頁巖發(fā)育的赫南特階早期，由于全球氣候變涼，兩極冰川廣泛發(fā)育，海平面下降，大洋循環(huán)條件變好，陸源碎屑供給增加，海水處于充氧的涼水狀態(tài)[47]，故硅質含量和TOC降低。非“甜點”段發(fā)育的魯?shù)るA晚期—埃隆期，陸源碎屑供給增大，硅質生物生長受到抑制，沉積速率增大，TOC和硅質含量降低[4]。

“甜點”段頁巖高TOC和高硅質含量有利于孔隙度和滲透率的增大。條帶狀粉砂型水平層理頁巖和砂泥遞變型水平層理頁巖有機質孔均超過50%，多數(shù)有機質孔在三維空間構成有效的連通網絡，從而提供了大量儲集空間，也極大的提高了儲層連通性。前人研究表明，頁巖孔隙度與滲透率與TOC正相關。生物成因硅中的放射蟲、硅質海綿等生物體內發(fā)育小孔和空腔，其在成巖過程中會殘余大量孔隙，且硅質顆粒抗壓實能力較強，有利于各類孔隙保存?！疤瘘c”段頁巖微裂縫密度高，且順層縫和非順層縫相互交切，在空間構成三維裂縫網絡體系，從而大大提高了“甜點”段頁巖滲透率[48]。

“甜點”段頁巖粉砂紋層與泥紋層交互造成水平滲透率與垂直滲透率差異。條帶狀粉砂型水平層理頁巖和砂泥遞變型水平層理頁巖中粉砂紋層與泥紋層交互，造成儲層垂向非均質性增強，故垂直滲透率降低。而在水平方向上，頁巖儲層的礦物組成和結構相對均一，且水平微裂縫大量發(fā)育，故水平滲透率增大。含氣頁巖垂向上致密，具有偏低垂直滲透率，阻礙了頁巖氣垂向迅速逸散而有利于保存，而水平層理（縫）發(fā)育大大改善頁巖儲層的水平滲透能力。同時，水平滲透率與垂直滲透率的差異能夠在水平井水力壓裂改造后形成復雜裂縫網絡，從而提高頁巖氣產量。

5 結論

1）長寧雙河剖面底部發(fā)育五峰組—龍馬溪組17 m 黑色頁巖，該段是川南頁巖氣勘探開發(fā)的重點層段，其中五峰組發(fā)育筆石帶WF1-4，龍馬溪組發(fā)育筆石帶LM1-2。龍馬溪組底部的筆石帶LM1 為頁巖氣勘探開發(fā)的”甜點“段，具有高TOC和高硅質含量、高孔隙度、高滲透率及高水平滲透率/垂直滲透率比值、高有機質孔含量的特征。

2）長寧雙河剖黑色頁巖主要為硅質頁巖、鈣質頁巖和混合頁巖，石英、碳酸鹽和黏土礦物平均值分別為42.5%，37.4%和14.9%，“甜點”段頁巖主要為硅質頁巖。

3）長寧雙河剖面黑色頁巖發(fā)育泥紋層和粉砂紋層，泥紋層和粉砂紋層構成正遞變、反遞變、均質，砂泥正遞變4類層及均質型塊狀層理、遞變型水平層理、條帶狀粉砂型水平層理、砂泥遞變型水平層理和砂泥薄互層型水平層理5 種層理類型，其中，“甜點”段頁巖主要為條帶狀粉砂型水平層理頁巖。

4）長寧雙河剖面黑色頁巖發(fā)育11 類巖石相類型，其中，條帶狀粉砂型水平層理硅質頁巖相具有高TOC、高孔隙度、高滲透率等特征，構成頁巖氣勘探開發(fā)的“甜點”段。