梁平福祿鎮(zhèn)剖面大安寨段泥頁巖地質(zhì)特征

朱 彤，張 哲，馮動軍，鄭榮才，王 烽，彭勇民

（1.頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室，北京100083；2.中國石化頁巖油氣勘探開發(fā)重點實驗室，北京100083；3.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；4.中國地質(zhì)大學，北京100083；5.成都理工大學，四川成都610059；6.中國石化油田勘探開發(fā)事業(yè)部，北京100029）

四川盆地在多旋回構造演化過程中，發(fā)育了海相、陸相及海陸過渡相三類富含有機質(zhì)的泥頁巖層系[1-3]。其中，陸相泥頁巖層系已在川東涪陵北地區(qū)大三亞段厚層介屑灰?guī)r致密儲層試獲日產(chǎn)氣（11～13）×104m3，日產(chǎn)油54～68 m3[4-6]，在大二亞段泥頁巖層段水平井壓裂試獲日產(chǎn)氣（1.4～1.7）×104m3頁巖氣流，揭示了川東地區(qū)大安寨段具備良好的致密油氣和頁巖油氣形成條件和立體兼探潛力[7]。但湖相泥頁巖與海相頁巖相比，由于湖盆分布范圍較海相規(guī)模小，受周緣構造活動影響大，導致沉積相變快，巖性變化頻繁，巖性組合類型多樣（互層、夾層），儲層非均質(zhì)性強的特點[8-9]。因此，精細研究和建立四川盆地侏羅系湖相泥頁巖地質(zhì)剖面特征，對湖相頁巖油氣形成條件分析具有重要意義。

四川盆地中下侏羅統(tǒng)地層自下而上發(fā)育下侏羅統(tǒng)自流井組（J1z）、中侏羅統(tǒng)涼高山組（J2l）和沙溪廟組（J2s）。自流井組自下而上又可劃分為珍珠沖段（J1zz）、東岳廟段（J1dy）、馬鞍山段（J1m）和大安寨段（J1d）。其中，大安寨段為穩(wěn)定構造背景下的淡水湖沉積體系[10-11]，經(jīng)歷了完整的區(qū)域性湖侵—湖退沉積旋回，自下而上又可劃分為大一亞段（J1d1）、大二亞段（J1d2）、大三亞段（J1d3）。大套半深湖暗色頁巖主要發(fā)育在最大湖侵期的大二亞段，并以其層位穩(wěn)定、廣泛發(fā)育淡水雙殼類生物和富含有機質(zhì)為顯著特征，是頁巖油氣勘探的主要層段[12]，大一亞段、大三亞段為湖退期淺湖介屑灘沉積，是致密油氣勘探的主要層段。

通過對川東地區(qū)中國石化涪陵工區(qū)北部湖相大安寨段頁巖油氣勘探區(qū)周緣野外剖面的踏勘，優(yōu)選重慶市梁平區(qū)福祿鎮(zhèn)剖面大安寨段開展實測工作。該剖面位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路旁，具有交通便利，出露完整、植被覆蓋少，泥頁巖變化特征明顯的優(yōu)勢；構造上位于梁平與萬州交界處的萬縣復向斜北部（圖1），隸屬于川東高陡構造帶[13-14]。前人對大安寨段野外剖面的研究，主要針對大一亞段和大三亞段厚層介屑灰?guī)r開展致密油氣儲層發(fā)育特征的研究，認為該介屑灰?guī)r儲層為典型的超低孔、低滲裂縫性致密儲層，次生溶蝕孔、縫發(fā)育不均衡，非均質(zhì)性較強，裂縫是油氣賦存主要空間[15-16]，而對大二段野外剖面變化特征不明顯的湖相泥頁巖，僅開展大段分層，簡單巖性描述，少量采樣進行烴源條件評價等工作，未從泥頁巖源、儲配置角度，對復雜的泥頁巖巖性組合類型開展生烴、儲集和可壓性精細研究和評價，不利于對陸相頁巖油氣形成物質(zhì)基礎的認識。

圖1 梁平福祿鎮(zhèn)剖面交通位置圖和區(qū)域構造地質(zhì)[14]Fig.1 Traffic location map and regional tectonic geological map of Fulu Town section,Liangping[14]

1 小層劃分及特征描述

福祿鎮(zhèn)剖面位于四川省重慶市梁平區(qū)福祿鎮(zhèn)鄉(xiāng)村公路旁，傾向305°，傾角41°。剖面長269.88 m，地層厚度109.88 m。按照接觸關系、顏色、巖性組合、沉積構造和古生物化石特征，將福祿鎮(zhèn)剖面自下而上劃分為31 個小層（表1、圖2），采集樣品42 塊，其中重點對大安寨段泥頁巖層段進行了較密集采樣，泥頁巖采集樣品31 塊，占總采集樣品的74 %。開展了有機地化（有機碳TOC）、儲層物性（薄片、亞離子拋光—掃描電鏡、孔隙度、滲透率）和可壓性（全巖X 衍射）三大類測試，對不同巖性組合類型的生烴、儲集和可壓性特征進行差異分析，同時與四川盆地典型頁巖油氣鉆井對比，為四川盆地大安寨段標準地質(zhì)剖面的建立和湖相頁巖油氣評價提供科學依據(jù)。

表1 福祿鎮(zhèn)剖面大安寨段分層數(shù)據(jù)Table 1 Layered data of Da'anzhai section in Fulu Town

圖2 福祿鎮(zhèn)剖面大安寨段實測剖面Fig.2 Measured profile of Da’anzhai section in Fulu Town

該剖面底部0層為馬鞍山段灰綠色粉砂巖，大安寨段為1—28 層，自下而上可劃分為大一亞段（1—5層）、大二亞段（6—19 層）、大三亞段（20—28 層）；29—30 層為中侏羅統(tǒng)涼高山組底部過渡層，巖性為灰黑色泥巖夾灰綠色細砂巖、灰綠色厚層塊狀細砂巖。大安寨段剖面出露完整，厚度101.28 m，其大一亞段底部（1號層）與下伏馬鞍山段（0號層）為連續(xù)沉積，呈整合接觸，兩層產(chǎn)狀均為傾向161°，傾角49°；大三亞段頂（28號層）與上覆中侏羅統(tǒng)涼高山組過渡層（29號層），因受燕山早期運動影響，多表現(xiàn)為不整合或侵蝕沉積間斷面，為早期暴露作用的侵蝕沖刷接觸關系，兩層產(chǎn)狀也存在不同，大三亞段頂28號層產(chǎn)狀為傾向198°，傾角14°，涼高山組過渡層29 號層產(chǎn)狀為傾向155°，傾角13°（圖3），該過渡層厚度2.6 m，巖性為灰黑色泥巖夾灰綠色細砂巖，區(qū)域可對比，多為雜色砂巖、泥巖過渡帶。大安寨段各小層厚度、巖性描述、沉積相和源—儲地質(zhì)特征參數(shù)綜合描述見表2、圖4。

圖3 福祿鎮(zhèn)剖面大安寨段頂、底界限特征Fig.3 Characteristic of top and bottom boundary of Da’anzhai section in Fulu Town

表2 福祿鎮(zhèn)剖面大安寨段樣品分析測試數(shù)據(jù)Table 2 Sample analysis and test data of Da'anzhai section in Fulu Town

大一亞段：可劃分為5 個小層（1—5小層），厚度為13.06 m，與下伏馬鞍山段（J1m）為連續(xù)沉積，呈整合接觸。大一亞段為碳酸鹽淺湖高能帶介屑灘和灘間沉積，巖性主要以灰色厚層介屑灰?guī)r、介屑灰?guī)r夾薄層泥巖為主，泥地比為37.7%。其中1、3、5小層巖性為灰褐色厚層介屑灰?guī)r，累計厚度8.01 m，單層厚約30～50 cm；受高能帶湖浪持續(xù)顛選作用的影響，淡水雙殼類生物經(jīng)強烈破碎、分選和磨圓改造成介屑發(fā)育，多重結(jié)晶至粉—細晶；2、4小層巖性為灰黑色泥巖夾薄層灰?guī)r，厚度5.05 m，風化嚴重，薄層介屑灰?guī)r單層厚約3～8 cm左右，呈斷續(xù)分布。

大二亞段：可劃分為14 個小層（6—19小層），厚度為68.04 m，與下覆大一亞段為連續(xù)沉積，其界限劃分以黑色頁巖出現(xiàn)為標志。大二亞段為半深湖相低能環(huán)境沉積，發(fā)育湖坡風暴灘和半深湖泥2 種微相，巖性主要以灰色介屑灰?guī)r與灰黑色頁巖不等厚互層和厚層黑色頁巖夾薄層介殼灰?guī)r為主，泥頁巖累計厚度占地層厚度的74.6 %；該低能環(huán)境，瓣鰓介殼保存較完整，分選和磨圓改造作用弱。隨著湖侵規(guī)模的變化，縱向上又可進一步劃分為湖坡風暴灘—半深湖泥—湖坡風暴灘三個階段。6—8小層為湖坡風暴灘與半深湖泥交替沉積，巖性主要以紋層狀灰色介屑灰?guī)r與灰黑色頁巖不等厚互層為特征，累計厚度9.93 m，泥地比55.5 %；9—10小層為最大湖侵階段的半深湖泥沉積，巖性主要以厚層黑色頁巖夾薄層介殼灰?guī)r為主，累計厚度33.3 m，泥地比高達88 %；11—19小層為初始湖退期，再次以湖坡風暴灘與半深湖泥交替沉積為特征，巖性以灰色介屑灰?guī)r與灰黑色頁巖不等厚互層，累計厚度24.81 m，泥地比64.4%。

大三亞段：可劃分為8 個小層（20—28小層），厚度為20.18 m，與下覆大二亞段為連續(xù)沉積，其界限

劃分以厚層介屑灰?guī)r再次出現(xiàn)為標志。大三亞段與大一段一樣再次發(fā)育碳酸鹽淺湖高能帶介屑灘和灘間沉積，巖性主要為厚層灰色粉晶—微晶介屑灰?guī)r，泥地比僅為16.2%。其中僅21、24小層巖性分別為灰黑色泥巖夾粉晶灰?guī)r、灰色介屑灰?guī)r與泥巖互層，其余6層主要以灰色粉晶—微晶介屑灰?guī)r，單層厚約30～50 cm，多重結(jié)晶至細—中晶，介屑發(fā)育。大三亞段頂部28小層可見厚度2.3 m的震積角礫巖，含鈣質(zhì)結(jié)核，發(fā)育溶蝕孔洞被方解石充填，其成因與碳酸鹽巖震動液化相關[17]。

2 沉積模式及巖性組合特征

由區(qū)域沉積相研究表明，四川盆地早侏羅紀為印支晚幕運動后的扇三角洲—湖泊環(huán)境沉積，經(jīng)歷了東岳廟期、大安寨期2 次不同規(guī)模的湖侵[18]，發(fā)育了碳酸鹽湖泊和陸源碎屑湖泊2 種沉積模式[19]。大安寨段沉積時期，構造相對穩(wěn)定，受盆緣陸源碎屑物源的影響較小，湖侵期范圍最大，以碳酸鹽湖泊沉積模式為特征（圖5），發(fā)育碳酸鹽巖淺湖亞相高能介屑灘及灘間、半深湖亞相湖坡風暴灘和半深湖泥3種微相，分別對應的厚層介屑灰?guī)r夾薄層泥頁巖、頁巖與介屑灰?guī)r不等厚互層和厚層頁巖夾薄層介殼灰?guī)r3種巖性組合。其中湖坡風暴灘微相為淺湖介屑灘經(jīng)風暴流作用打碎后間歇就近堆積在湖盆斜坡位置，垂向上具有風暴灘與半深湖泥交替沉積特點[20]，生物以介屑、介殼為主，巖性組合以黑色、灰黑色頁巖與薄層介屑灰?guī)r不等厚互層，水平紋層發(fā)育；半深湖泥微相富含黃鐵礦、菱鐵礦等還原性自生礦物沉淀，為較深水環(huán)境，巖性組合以頁巖夾薄層介殼灰?guī)r為主，頁巖沉積厚度較大，水動力較弱，雙殼類生物保存完整，水平層理較發(fā)育。

圖5 碳酸鹽湖泊不同沉積亞相及巖性組合特征Fig.5 Characteristics of different sedimentary subfacies and lithologic assemblages in a carbonate lake

通過福祿鎮(zhèn)剖面大安寨段碳酸鹽湖泊巖性組合地質(zhì)特征對比表明（表3），梁平區(qū)福祿鎮(zhèn)大安寨段大套暗色頁巖主要發(fā)育在大二亞段。該時期因總體處于湖侵期半深湖相，受陸源碎屑物源的影響較小，水體清澈，浮游生物豐富，處于還原環(huán)境，有利于有機質(zhì)的富集和保存[21]，生烴條件相對較好，TOC分布于0.3%～1.7%，平均為1.2%，有機質(zhì)類型主要為Ⅱ2；孔隙類型主要以黏土礦物間線狀孔隙、溶蝕孔等無機礦物孔為主[22-23]，基質(zhì)孔隙度0.7 %～2.8 %，平均為1.9%，具有相對較好源、儲條件；特別是湖坡風暴灘微相發(fā)育頁巖與介屑灰?guī)r不等厚互層巖性組合，紋理和粒緣縫較發(fā)育，有利于水平微裂隙的形成，較半深湖泥沉積的厚層頁巖夾薄層介殼灰?guī)r更具良好的滲透性，而且方解石、石英等脆性礦物含量高（平均61%），黏土礦物含量較低（平均為31%），脆性指數(shù)可達0.6，有利于頁巖壓裂改造[24-25]，是頁巖油氣富集的甜點層段。但與海相頁巖TOC普遍大于2%，儲層有機質(zhì)孔發(fā)育，基質(zhì)孔隙度較高，可達5%～6%，脆性礦物多為生物硅可壓性好相比，湖相泥頁巖源、儲條件均較海相差。此外，大一亞段和大三亞段發(fā)育的厚層介屑灰?guī)r，TOC平均僅0.6 %，孔隙類型主要以晶間孔和溶蝕孔為主，基質(zhì)孔隙度0.8 %～3.1%，平均為2.2%，構造裂縫較發(fā)育，具有裂縫性致密儲層的特點。

表3 福祿鎮(zhèn)剖面大安寨段碳酸鹽湖泊巖性組合地質(zhì)特征對比Table 3 Comparison of geological characteristics of carbonate Lake lithologic association in Da'anzhai section of Fulu Town,Liangping

3 沉積相區(qū)域分布特征

通過四川盆地東—西向CH100 井—SS1 井—YL4 井—PG9 井—TYQ1 井—福祿鎮(zhèn)剖面—XL101 井—JYHF-1 井大安寨段沉積區(qū)域相對比結(jié)果可知：大安寨段碳酸鹽淺湖—半深湖主要分布于川東—川東北地區(qū)（圖6），層位、巖性和厚度都相對穩(wěn)定，但由于不同地區(qū)與盆緣遠近和物源的差異，沉積相及巖性組合也存在不同。最大湖侵期的半深湖范圍主要分布于在川東涪陵—建南地區(qū)。川東涪陵地區(qū)大安寨段因遠離盆緣，除大一亞段和大三亞段為碳酸鹽淺湖介屑灘沉積外，大二段沉積時期主要發(fā)育半深湖泥及湖坡風暴灘沉積；涪陵以東的建南地區(qū)，因受盆地東緣碎屑物源的影響，大一亞段和大三亞段為碎屑巖淺湖沉積，以砂質(zhì)灘沉積為主，大二亞段為半深湖泥及介殼、砂質(zhì)灘混積沉積；涪陵北西方向的達縣、元壩、閬中地區(qū)，大安寨段主要為碳酸鹽淺湖沉積，湖侵、湖退的3個階段不明顯，類似涪陵地區(qū)三段式巖性組合難以劃分，大二段半深湖亞相的沉積時期短，厚度薄，以頁巖為主體夾灰?guī)r的巖性組合不發(fā)育。因此，川東涪陵—建南地區(qū)為大安寨段湖盆中心，半深湖亞相最發(fā)育，為頁巖油氣發(fā)育的最有利的半深湖沉積相帶；向北西方向逐漸過渡為碳酸鹽淺湖亞相，有利于致密油氣的富集。

圖6 四川盆地大安寨段鉆井—露頭沉積相區(qū)域?qū)Ρ绕拭鍲ig.6 Correlation profile of drilling outcrop sedimentary facies in Da'anzhai section of Sichuan Basin

4 結(jié)論

1）梁平區(qū)福祿鎮(zhèn)剖面鄰近公路，地層出露完整，地層界限清晰，大安寨段累計厚度101.28 m，展示了一個完整的初始湖侵—最大湖侵—初始湖退沉積旋回，沉積亞相分別為碳酸鹽巖淺湖—半深湖—碳酸鹽巖淺湖，巖性組合具有明顯的三段式，微相及巖性組合類型多樣，其中大二亞段半深湖亞相厚度68.04 m，占剖面厚度的67 %，為良好的湖相頁巖油氣研究的典型剖面。

2）梁平區(qū)福祿鎮(zhèn)大安寨段主要為碳酸鹽湖泊沉積模式。大一亞段、大三亞段呈碳酸鹽淺湖高能介屑沉積，大二亞段為半深湖亞相沉積，具有湖坡風暴灘和半深湖泥2個微相，分別以灰色介屑灰?guī)r與灰黑色泥頁巖不等厚互層和厚層黑色頁巖夾薄層介殼灰?guī)r2 種巖性組合為特征，泥頁巖厚度大，有機質(zhì)含量較高，特別是頁巖與介屑灰?guī)r互層組合，有利于微裂隙發(fā)育，脆性礦物含量高，具有更好的滲透性和可壓性，是頁巖油氣富集的甜點層段。

3）由于陸相侏羅系半深湖相泥頁巖與海相龍馬溪組深水陸棚優(yōu)質(zhì)頁巖沉積環(huán)境存在較大的差異，因此，湖相頁巖油氣形成的物質(zhì)基礎較海相差。精細研究半深湖不同微相泥頁巖巖性組合的源儲配置關系及其可壓裂性，優(yōu)選水平井穿行的甜層位置，開展適應性工程工藝技術的攻關，是湖相頁巖氣的實現(xiàn)勘探突破的關鍵。