川東地區(qū)東岳廟段沉積環(huán)境演化及其頁(yè)巖油氣富集主控因素分析

何江林，陳正輝，董大忠，孫莎莎，王志國(guó)

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610082；2.自然資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610082；3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司第八采油廠地質(zhì)研究所，陜西 西安 710018；4.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；5.中國(guó)石油天然氣股份有限公司大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

0 引言

四川盆地東部地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組發(fā)育多套富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層段，與中國(guó)現(xiàn)今頁(yè)巖氣主產(chǎn)層——五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖相比（朱彤等，2012），其埋深相對(duì)較淺，開(kāi)采技術(shù)難度和成本相對(duì)較低。相對(duì)鄂爾多斯盆地山西組等陸相頁(yè)巖氣主產(chǎn)層（趙幫勝等，2019）具有介殼和粉晶灰?guī)r條帶發(fā)育，脆性礦物含量相對(duì)較高的特征。泥頁(yè)巖頂與底鄰層生物碎屑灰?guī)r發(fā)育，具有一定的頂?shù)装鍡l件，是四川盆地“油氣并舉”的重點(diǎn)層位（Wang et al.，2020）。自1956年川中地區(qū)侏羅系油氣鉆探工作開(kāi)始以來(lái)，四川盆地侏羅系油氣勘探經(jīng)歷了早期勘探起步（1956—1979年）、滾動(dòng)開(kāi)發(fā)（1971—1988年）、30萬(wàn)噸原油上產(chǎn)（1989—1999年）、原油調(diào)整穩(wěn)產(chǎn)（2000—2010年）、科技攻關(guān)試驗(yàn)（2011—2016）等五個(gè)階段（楊躍明和黃東，2019），發(fā)現(xiàn)5個(gè)油田、18個(gè)含油氣區(qū)塊，累計(jì)發(fā)現(xiàn)三級(jí)石油儲(chǔ)量1.6億噸。近年來(lái)，自流井組內(nèi)致密型砂巖氣、頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)得到高度重視，在元壩（郭彤樓等，2011）、涪陵（張快，2015）、平昌（孫艷妮，2018）、建南（朱彤等，2016）等地鉆獲工業(yè)頁(yè)巖油氣流。盡管四川盆地自流井組內(nèi)油氣勘探開(kāi)發(fā)已取得一系列進(jìn)展，但仍有諸多實(shí)踐問(wèn)題尚待深入研究，如：（1）油氣資源量大（10～16億噸）與儲(chǔ)量小不匹配（迄今探明儲(chǔ)量?jī)H0.8億噸）；（2）致密儲(chǔ)層物性差與油氣相對(duì)高產(chǎn)能不匹配（楊躍明和黃東，2019）。同時(shí)，與海相頁(yè)巖相比，陸相泥頁(yè)巖具較強(qiáng)的非均質(zhì)性，巖性組合橫向變化迅速（曹香妮等，2019），極大地制約了陸相頁(yè)巖展布規(guī)律預(yù)測(cè)的可靠性。陸相頁(yè)巖油氣富集機(jī)理的研究也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于生產(chǎn)實(shí)踐（黎茂穩(wěn)等，2020）。為此，本文以川東地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段湖相頁(yè)巖為研究對(duì)象，在野外調(diào)查、樣品測(cè)試和前人資料收集的基礎(chǔ)上，對(duì)其沉積環(huán)境演化特征及頁(yè)巖油氣富集規(guī)律進(jìn)行初步分析，以期為東岳廟段湖相頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)提供有益借鑒。

1 地質(zhì)背景

川東地區(qū)地處四川盆地東部（圖1），包括川東高陡構(gòu)造帶、川南低緩背斜構(gòu)造帶北部、川中低平構(gòu)造帶東部與川北寬緩背斜構(gòu)造帶東部（劉樹(shù)根等，2008）。自晉寧運(yùn)動(dòng)形成結(jié)晶基底至今，四川盆地先后經(jīng)歷了揚(yáng)子、加里東、海西、印支、燕山及喜山6個(gè)旋回。在下部揚(yáng)子旋回至印支旋回早期，四川盆地主要發(fā)育以碳酸鹽巖為主的海相沉積（范昱，2011）。受揚(yáng)子地塊與松潘褶皺帶、秦嶺造山帶發(fā)生陸內(nèi)匯聚作用控制，自三疊世晚期四川盆地由雷口坡組海相沉積演變?yōu)轫毤液咏M陸相沉積。早侏羅世—中侏羅世早期（199.6～167.7Ma）隨著龍門(mén)山逆沖推覆作用的減弱（王昕堯等，2021），中上揚(yáng)子地區(qū)處于構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)寧?kù)o期，進(jìn)入短暫的陸內(nèi)伸展階段（李英強(qiáng)和何登發(fā)，2014）。雖然其整體上繼承了晚三疊世瑞替晚期的沉積格局，但局部還是發(fā)生了較為劇烈的變化。晚三疊時(shí)期還處于分離狀態(tài)的中揚(yáng)子前陸盆地與上揚(yáng)子前陸盆地已連成一個(gè)統(tǒng)一的陸內(nèi)前陸盆地，形成兩個(gè)沉積中心：一個(gè)位于現(xiàn)今川中地區(qū)的南充一帶，另一個(gè)位于現(xiàn)今湖北荊門(mén)—當(dāng)陽(yáng)地區(qū)，且后者也是當(dāng)時(shí)中揚(yáng)子地區(qū)的沉降中心（許效松和劉寶珺，1994）。該時(shí)期四川盆地伸展作用強(qiáng)度交替變化，由下至上依次沉積形成自流井組珍珠沖段、東岳廟段、馬鞍山段和大安寨段（圖1b）。早期，在相對(duì)強(qiáng)烈的伸展作用下，盆地快速沉降形成珍珠沖段三角洲相與濱淺湖相沉積。東岳廟段沉積時(shí)期盆地的伸展作用相對(duì)減弱，盆地緩慢沉降，物質(zhì)供應(yīng)緩慢，大規(guī)模湖相沉積發(fā)育；馬鞍山段沉積時(shí)期四川盆地再次進(jìn)入另一強(qiáng)伸展期，盆地整體穩(wěn)定沉降。期間松潘褶皺帶隆升活動(dòng)復(fù)蘇，碎屑物質(zhì)供應(yīng)充足，湖域范圍縮小，盆地周緣三角洲和河流相發(fā)育。進(jìn)入到大安寨段沉積時(shí)期，盆地的伸展作用大幅減弱，盆地周緣的造陸、造山運(yùn)動(dòng)幾乎停止，整個(gè)四川盆地保持穩(wěn)定沉降，而來(lái)自盆外的陸源碎屑供給缺乏，盆地整體的拗陷速率大于陸源碎屑的堆積速率（李英強(qiáng)和何登發(fā)，2014），形成早侏羅世四川盆地第二次大規(guī)模的湖泛沉積（圖1b）。

圖1 研究區(qū)分布圖（a）四川盆地構(gòu)造綱及研究區(qū)分布圖（劉樹(shù)根等，2008）；（b）四川盆地自流井組巖性綜合柱狀圖（據(jù)1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖匯總修編）Fig.1 The location of the study area.（a）The tectonic units of Sichuan Basin and the distribution of the study area，modified from the Liu et al.，2008；（b）The lithological column of the Ziliujing Formation in Sichuan Basin（edited from the geological survey of 1∶200000）

早侏羅世，四川盆地位于歐亞大陸東南邊緣（Xu et al.，2017），據(jù)古流向、陸源碎屑來(lái)源、底棲生物和藻類等資料對(duì)古地理格局和水體相對(duì)深度的指示作用顯示，早侏羅世四川盆地的陸源碎屑主要來(lái)自于西部松潘褶皺帶和北部大巴山褶皺帶，其次是東部雪峰山褶皺帶。在地形上，具有西陡東緩的特征，其西部龍門(mén)山斷裂與大巴山褶皺帶附近地形落差較大，東部雪峰山褶皺帶方向地形相對(duì)平緩（圖2a）。在早侏羅世珍珠沖段淺湖與三角洲相沉積的基礎(chǔ)上，東岳廟段沉積時(shí)期，四川盆地的伸展作用逐漸減弱，盆地內(nèi)分散的小湖盆幾乎均被連通為統(tǒng)一的大型湖盆，發(fā)育早侏羅世四川盆地內(nèi)第一次湖泛沉積。在四川盆地內(nèi)，東岳廟段下部主要為灰、深灰色灰?guī)r、介殼灰?guī)r、泥灰?guī)r，夾頁(yè)巖，長(zhǎng)壽一帶夾透鏡狀菱鐵礦，隆昌至江津一帶底部普遍為介殼粉砂巖。與下伏珍珠沖段的界線清楚，兩者呈整合過(guò)渡。上部主要由灰、灰綠夾暗紫色泥頁(yè)巖組成，夾多層泥灰?guī)r、介殼灰?guī)r透鏡體，含炭化植物化石。其頂部逐漸出現(xiàn)紫紅、暗紫色泥頁(yè)巖，與上覆馬鞍山段呈漸變過(guò)渡關(guān)系。全盆內(nèi)東岳廟段泥頁(yè)巖總厚主體在35～60m之間。其沉積基底繼承了晚三疊世末期的古地理格局，隨著早期南側(cè)瀘州隆起、北東側(cè)開(kāi)江隆起和北部的天井山隆起逐漸演變?yōu)樗侣∑饏^(qū)，四川盆地沉積基底形成具有多個(gè)次級(jí)洼陷的古地理格局（圖2a），其中川東地區(qū)的次級(jí)洼陷中心位于涪陵地區(qū)北側(cè)，以灰黑色泥頁(yè)巖、含介殼泥巖偶夾少量薄層狀灰?guī)r透鏡體、條帶為特征的半深湖相沉積為主，東岳廟段整體厚度較薄，介于30～60m之間。川北元壩地區(qū)靠近秦嶺山地，地形落差較大，陸源碎屑供給充足，以灰色—深灰色泥頁(yè)巖與淺灰—灰白色粉砂巖不等厚互層為主（羅東東，2019；Wang et al.，2020），較涪陵地區(qū)其沉積厚度明顯變大（圖2b），區(qū)內(nèi)東岳廟段平均厚度多在70m以上（高健等，2016）。

2 東岳廟段垂向沉積演化特征

東岳廟段沉積時(shí)期，廣安市東部鄰水縣攔馬寺地區(qū)位于四川盆地侏羅系湖盆東部沉積洼陷西側(cè)（圖2a），能較好地反映東岳廟段沉積時(shí)期四川盆地湖盆的垂向水體演化規(guī)律。該剖面底部珍珠沖段主要為淺灰—灰綠色薄—中層狀巖屑細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，其內(nèi)石英含量約30%～60%，粒度大小較為均一，以粉砂至細(xì)砂級(jí)為主，磨圓中等，以次圓至圓狀為主。巖屑細(xì)砂巖與粉砂質(zhì)泥巖層面平直，延伸穩(wěn)定，夾少量單層厚約2～10cm的薄層狀泥巖，砂巖內(nèi)局部見(jiàn)小型沙紋交錯(cuò)層理，指示著間歇性波浪作用的水動(dòng)力特征。

圖2 四川盆地自流井組東岳廟段沉積環(huán)境示意圖Fig.2 The depositional environment of the Dongyuemiao Member in Sichuan Basin.（a）The sedimentary basement of Sichuan basin during the Dongyuemiao Member was depositing，（b）The stratigraphic correlation map of Dongyuemiao Member，modified from Qiu Z＆He J L（2021）.

東岳廟段下部（深度23.27～30.64m段，圖3）主要為灰色含泥質(zhì)介殼灰?guī)r層與灰—深灰色介殼泥巖不等厚互層，介殼以雙殼和腹足為主，介殼含量大多在40%～90%，介殼大小主要在0.5～2.0cm之間，以同心圈層紋飾為主，紋飾較清晰，殼體厚度中等，長(zhǎng)軸以順層排列為主，顯示存在間歇性牽引流作用。在深度30m附近，見(jiàn)一長(zhǎng)約30cm厚約12cm的炭化植物碎屑順層發(fā)育，植物碎屑邊緣厚約1cm層炭化成煤線，顯示其沉積時(shí)期偶爾有懸浮型陸源碎屑供給。而大量的介殼等底棲生物、淺灰至灰色中厚層狀含介殼鈣質(zhì)泥巖顯示水體含氧，水體深度相對(duì)較淺，以淺湖相為主（圖3）。

東岳廟段上部（深度0.62～23.27m段，圖3）主要為深灰—灰黑色泥頁(yè)巖組成，夾少量灰色薄層狀生物碎屑灰?guī)r、灰?guī)r透鏡體與粉砂巖透鏡體。其中深度8.3～18.55m段泥頁(yè)巖內(nèi)含介殼化石，殼薄，長(zhǎng)軸順層排列，經(jīng)埋藏壓實(shí)后呈薄層狀，介殼多以同心圈層為主，其內(nèi)夾大量淺灰—灰色薄層狀生物碎屑灰?guī)r。向上介殼夾層逐漸變少，在深度4.3～8.3m段深灰—灰黑色泥頁(yè)巖相對(duì)較純，頁(yè)理極為發(fā)育，其內(nèi)介殼鈣質(zhì)泥巖與生物碎屑灰?guī)r不發(fā)育。泥頁(yè)巖內(nèi)偶見(jiàn)少量雙殼化石，殼體較薄，紋飾清晰，以同心圈層紋飾為主，指示著沉積水體相對(duì)安靜缺氧。向上在深度0.62～4.3m段粉砂質(zhì)條帶與泥質(zhì)粉砂巖夾層發(fā)育，泥巖的顏色也逐漸由灰黑色向上漸變?yōu)榛抑翜\灰色，顯示著水體逐漸變淺，砂質(zhì)顆粒逐漸增多的特征。

圖3 廣安市鄰水縣攔馬寺鄉(xiāng)東岳廟段垂向沉積環(huán)境演化特征（次相含義見(jiàn)牟傳龍，2022）Fig.3 The vertical evolution of deposited environment when the Dongyuemiao Member was deposited in the outcrops of Lanmasi in Linshui count，Guanan City.The suborder facies are defined as Mou Chuanlong，2022.

東岳廟段頂部（0～0.62m段）為馬鞍山段淺灰—灰色中層狀鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖，單層厚度＞35cm，頁(yè)理不發(fā)育，指示沉積速率相對(duì)較快，與下伏灰色薄層狀頁(yè)巖形成明顯的對(duì)比。尤其是其下伏東岳廟段頂部頁(yè)巖內(nèi)滑脫層發(fā)育，形成厚約40cm的滑脫層，滑脫層內(nèi)頁(yè)巖層面撓曲斷裂，形成一套天然裂縫層段。向上馬鞍山段發(fā)育灰黃與紫紅色泥巖夾少量鈣質(zhì)結(jié)核，指示著水體含氧量快速增加。

整體上，由下向上東岳廟段水體先逐步加深，從淺湖相漸變?yōu)榘肷詈?，深灰—灰黑色泥?yè)巖逐漸發(fā)育。在上部再由半深湖相深灰—灰黑色泥頁(yè)巖逐漸演變?yōu)闇\湖相淺灰色泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育一完整的水進(jìn)與水退沉積旋回。富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖主要發(fā)育于中上部半深湖相，連續(xù)厚度較大，力學(xué)強(qiáng)度較大的生物碎屑灰?guī)r、介殼鈣質(zhì)泥巖主要發(fā)育下部淺湖相。

3 頁(yè)巖油氣地質(zhì)條件

3.1 頁(yè)巖的地球化學(xué)特征

泥頁(yè)巖內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量、類型、熱演化程度是評(píng)價(jià)頁(yè)巖油氣資源潛力的3項(xiàng)重要參數(shù)。有機(jī)質(zhì)含量越高，生烴潛力越大（楊躍明和黃東，2019）。腐泥型干酪根以生油為主，而腐殖型為主的干酪根以生氣為主。低熱演化階段氣態(tài)烴易溶解于液態(tài)烴內(nèi)，以頁(yè)巖油為主；高熱演化階段液態(tài)烴占比逐漸降低，地層親油性逐漸增強(qiáng)，游離態(tài)與吸附態(tài)的氣態(tài)烴類都逐漸增大，以頁(yè)巖氣為主。受沉積環(huán)境和構(gòu)造演化等地質(zhì)條件影響，川東地區(qū)內(nèi)東岳廟段泥頁(yè)巖總體有機(jī)質(zhì)含量和熱演化程度均較區(qū)內(nèi)志留系龍馬溪組海相頁(yè)巖低。

結(jié)合現(xiàn)有報(bào)道（Liu et al.，2020；Wang et al.，2020；劉皓天等，2020）和本次101件露頭樣品的測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)東岳廟段頁(yè)巖TOC介于0.19%～5.38%，平均為1.79%。其中本次測(cè)試結(jié)果中，TOC大于1.0%的占比約77.23%；TOC大于2.0%占比約30.69%。干酪根類型以II1型與II2型為主（曹香妮 等，2019；付小平和楊滔，2021），局部發(fā)育少量I型與III型干酪根（劉皓天 等，2020）。在平面上干酪根類型的組成略有差異，如：涪陵地區(qū)干酪根類型以II2型為主，占比88.9%，III型干酪根占比11.1%①。廣安市鄰水縣以II1型與I型為主，而達(dá)州市歐家鎮(zhèn)地區(qū)以I型為主。在川東地區(qū)其熱演化程度中等，RO介于0.9%～1.73%，主體處于生油窗（李登華等，2017；曹香妮等，2019）。熱演化程度與泥頁(yè)巖的埋深存在一定的正相關(guān)性，現(xiàn)今埋深較大區(qū)域，其熱演化程度亦相對(duì)較高。如：在華鎣山背斜兩側(cè)露頭樣品測(cè)試結(jié)果相對(duì)偏低，RO介于0.9%～1.18%，而在涪陵地區(qū)FY10井內(nèi)東岳段井深2750～2810m，RO介于1.52%～1.58%；元壩地區(qū)東岳廟段主體埋深3900～4200m，其RO介于1.56%～2.02%，處于凝析油—濕氣的高成熟階段（劉皓天等，2020）。

泥頁(yè)巖的礦物組成、儲(chǔ)集空間類型、孔滲物性等不僅對(duì)油氣儲(chǔ)集、運(yùn)移有重要的控制作用，而且對(duì)后期的壓裂和排采具有重要的影響（賈愛(ài)林，2018；舒志國(guó)等，2021）。綜合前人的報(bào)道和本次30件露頭樣品的鏡下觀察、全巖與黏土礦物的X衍射分析，發(fā)現(xiàn)東岳廟段內(nèi)泥頁(yè)巖以石英和黏土礦物為主，其次為碳酸鹽礦物，見(jiàn)少量長(zhǎng)石和黃鐵礦。其中黏土礦物含量在8%～47%，平均為33.8%；石英含量為14%～56%，平均為35.9%；方解石含量為3%～67%，平均為28.8%；長(zhǎng)石含量為0%～16%，平均為8.4%，脆性指數(shù)介于48%～92%，平均為62.1%（圖4）。整體上，脆性礦物含量中等，高于頁(yè)巖氣有利層段評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（GB／T 31483—2015）下限值（40%）。

圖4 東岳廟段頁(yè)巖礦物組成特征Fig.4 The mineral composition of the shale in Dongyuemiao Member

3.2 頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能特征

氬離子拋光掃描電鏡顯示泥頁(yè)巖內(nèi)孔隙類型多樣，粒間孔（圖5a、d）、有機(jī)質(zhì)孔（圖5b）、次生溶蝕孔（圖5c）、礦物鑄?？祝▓D5e）、微裂縫（圖5f）等多種孔隙類型均有發(fā)育。有機(jī)質(zhì)孔是泥頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)在熱裂解生烴過(guò)程中形成的孔隙（圖5b），在東岳廟段中上部（如：攔馬寺剖面深度5～18m段）富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖內(nèi)較為發(fā)育。晶間孔主要見(jiàn)于原生黃鐵礦、石英顆粒與黏土礦物顆粒之間（圖5a、5d），孔徑多分布在0.01～0.5μm之間。溶蝕孔隙主要發(fā)育于長(zhǎng)石與碳酸鹽巖等易溶蝕礦物顆粒內(nèi)或顆粒間（圖5c），粒內(nèi)溶孔孔徑相對(duì)較小，主要分布在0.05～2μm之間；粒間溶孔孔徑相對(duì)較大，主要分布在1～2μm之間，在東岳廟段下部灰?guī)r與頁(yè)巖互層段的泥巖內(nèi)較為發(fā)育。礦物鑄?？字饕獮槟囗?yè)巖形成初期，泥質(zhì)沉積物混雜的礦物晶體（如黃鐵礦）在成巖階段壓實(shí)作用下，因晶體堅(jiān)固，其幾何形態(tài)不易發(fā)生形變，而在一定水動(dòng)力或酸性流體介質(zhì)條件下，礦物晶體遭受流體的沖擊或溶蝕而發(fā)生脫落，留下與礦物晶形大體相仿的印坑，其孔徑多在0.1～0.5μm之間（圖5e），其偶見(jiàn)于東岳廟段上部少量的泥巖內(nèi)。微裂縫主要見(jiàn)于泥頁(yè)巖內(nèi)脆性顆粒間（圖5c）與泥頁(yè)巖內(nèi)隨機(jī)分布不規(guī)則的裂縫。總體上，以黏土礦物粒間孔和有機(jī)質(zhì)孔為主，其孔徑相對(duì)較小，存在一定的顆粒支撐結(jié)構(gòu)，有助于泥頁(yè)巖內(nèi)孔隙不在埋藏壓實(shí)過(guò)程中被壓實(shí)破壞。

圖5 東岳廟段泥頁(yè)巖內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)類型多樣Fig.5 The various pore types observed in the shale in Dongyuemiao Member

本次攔馬寺剖面中采集的38件樣品氦氣孔隙度測(cè)試結(jié)果顯示，東岳廟段泥頁(yè)巖孔隙度介于2.38%～23.83%，平均為8.85%，儲(chǔ)集空間發(fā)育，其孔隙度與五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖相近（黃金亮等，2012；郭旭升，2014；何江林等，2017）。但其脈沖衰減法與穩(wěn)態(tài)法測(cè)試的滲透率結(jié)果顯示其頁(yè)巖滲透率介于0.001～1.23mD，平均值僅0.239mD，其滲透率明顯低于五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖（郭旭升，2014）。其顯示東岳廟段頁(yè)巖具有儲(chǔ)集空間發(fā)育，但孔隙等連通性相對(duì)較差的特征。

氮?dú)猓∟2）吸附比表面積測(cè)試結(jié)果（表1）顯示，東岳廟段泥頁(yè)巖孔隙體積約0.073 cc／g，比表面積較佳，高達(dá)26.69m2／g。其內(nèi)不同孔徑對(duì)頁(yè)巖總孔隙度和總比表面的貢獻(xiàn)率不同（圖6）。其頁(yè)巖的總孔隙體積主要由孔隙直徑＞20nm的中孔至大孔貢獻(xiàn)，而其比表面積主要由5nm以下的微孔和20～30nm中孔、50～70nm大孔貢獻(xiàn)，說(shuō)明東岳廟段內(nèi)頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間主要由中大孔貢獻(xiàn)，而比表面積主要由微孔和80nm以下的孔隙貢獻(xiàn)，其吸附氣量主要受80nm以下孔隙控制，而頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間主要受20nm以上孔隙控制。

圖6 東岳廟段頁(yè)巖內(nèi)不同孔徑對(duì)其孔隙體積及比表面積的貢獻(xiàn)率Fig.6 The contribution of the different diameter pores to the total volume and area surface in the Dongyuemiao shale

表1 東岳廟段頁(yè)巖氮?dú)馕綔y(cè)試孔徑分布統(tǒng)計(jì)表Table 1 The distribution of the pores in the Dongyuemiao shale

3.3 頁(yè)巖的含油氣性特征

含油氣性是評(píng)估泥頁(yè)巖是否具備商業(yè)開(kāi)采價(jià)值直接參數(shù)（肖繼林等，2018）。涪陵地區(qū)東岳廟段氣測(cè)顯示豐富，目前鉆遇東岳廟段的探井在泥頁(yè)巖段均有氣測(cè)異常顯示，尤其在涪陵區(qū)塊南部個(gè)別井氣測(cè)異常顯示厚度可達(dá)40m，占總地層厚度的59%①，涪頁(yè)10HF井在東岳廟段泥頁(yè)巖內(nèi)也獲測(cè)試日產(chǎn)氣5.58×104m3，日產(chǎn)油17.6 m3的良好勘探成效（舒志國(guó)等，2021）。元壩地區(qū)內(nèi)針對(duì)陸相頁(yè)巖油氣的探井在東岳廟段內(nèi)也幾乎均見(jiàn)油氣顯示，其頁(yè)巖現(xiàn)場(chǎng)含氣量測(cè)試結(jié)果平均達(dá)1.32 m3／t①，個(gè)別高者現(xiàn)場(chǎng)解析氣量可達(dá)約2.80 m3／t。達(dá)州大竹地區(qū)，竹淺1井在井深694～732m段的東岳廟段過(guò)路鉆進(jìn)中，獲日產(chǎn)天然氣5.85×104m3天然氣頁(yè)巖氣流（王世謙等，2012），均證實(shí)東岳廟段具有良好的含油氣性。

在攔馬寺等剖面的露頭中，東岳廟段內(nèi)瀝青等

油氣顯示也較為豐富，瀝青脈產(chǎn)出的圍巖巖性種類也較為多樣，如：在攔馬寺剖面中瀝青呈浸染狀分布于介殼層內(nèi)，瀝青脈順層延伸較為連續(xù)（圖7a）；在肖家溝剖面中瀝青呈脈狀主體沿順層方向發(fā)育于介殼泥質(zhì)灰?guī)r內(nèi)（圖7b）；在華鎣山鐵廠溝剖面中見(jiàn)有瀝青脈順層發(fā)育于鈣質(zhì)泥巖內(nèi)（圖7c）；在鄰水縣大橋村剖面中見(jiàn)瀝青順層發(fā)育于含介殼泥巖內(nèi)（圖7d）。瀝青的出現(xiàn)不僅直接證實(shí)東岳廟段內(nèi)油氣運(yùn)移和聚集的存在，而且也指示著，東岳廟段內(nèi)油氣以順層側(cè)向運(yùn)移為主，在沒(méi)有斷裂等條件下，其油氣垂向運(yùn)移和散失量可能相對(duì)較少。

圖7 東岳廟段內(nèi)瀝青分布特征Fig.7 Bituminous is observed in different types in the Dongyuemiao Member

4 頁(yè)巖氣富集主控因素分析

頁(yè)巖油氣富集的主控因素分析直接決定著勘探思路和勘探部署。在上述分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合元壩、涪陵等已獲東岳廟段頁(yè)巖油氣鉆井顯示，可以初步得出如下認(rèn)識(shí)：

4.1 沉積格局控制著富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖分布

富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖作為東岳廟段內(nèi)油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)和儲(chǔ)集空間，富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層段的分布規(guī)律及其頂?shù)装鍘r性條件，決定了頁(yè)巖油氣甜點(diǎn)層的分布及可開(kāi)發(fā)程度。東岳廟段沉積時(shí)期四川盆地為一陸相湖盆，其主體為半深湖—淺湖相沉積（圖2），在其沉積時(shí)期水體低洼處，水深相對(duì)較大，在水下隆起的障壁作用下，其沉積水體不僅低能缺氧易于有機(jī)質(zhì)的保存，同時(shí)，其接受沉積充填時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，較水下隆起等受湖浪作用區(qū)域泥頁(yè)巖連續(xù)厚度相對(duì)較大，易于形成厚套連續(xù)的富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖。同時(shí)，東岳廟沉積時(shí)期，四川盆地發(fā)育了一次完整的水進(jìn)—水退沉積旋回，其富有機(jī)質(zhì)層段主要集中于中部湖泛發(fā)育段。而涪頁(yè)10HF井（舒志國(guó)等，2021）等氣測(cè)異常顯示含氣性最好段也出現(xiàn)于東岳廟段中部最大湖泛面發(fā)育段。由此可推論，古地理格局控制著水動(dòng)力條件差異，沉積基底低洼處易于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖發(fā)育。東岳廟段中部最大湖泛面發(fā)育層段，泥頁(yè)巖相對(duì)連續(xù)沉積厚度最大，是川東地區(qū)東岳廟段頁(yè)巖油氣有利層發(fā)育的潛在層段。

4.2 高熱演化有助于頁(yè)巖油氣富集與高產(chǎn)

如上所述，東岳廟段泥頁(yè)巖內(nèi)干酪根以II1型與II2型為主，同時(shí)具備生油和生氣潛力。元壩地區(qū)東岳廟段泥頁(yè)巖RO處于1.56%～2.02%（平均1.76%）；涪陵地區(qū)RO介于1.26%～2.12%之間（平均1.64%）①；涪頁(yè)10HF井東岳廟段泥頁(yè)巖RO也介于1.23%～2.09%；現(xiàn)油氣顯示較好的鉆井中，東岳廟段頁(yè)巖均已達(dá)到高成熟階段，主要處于生凝析油—濕氣階段。尤其是通過(guò)P-T相圖和烴類組分鑒定證實(shí)涪頁(yè)10HF井為典型的頁(yè)巖凝析氣藏（舒志國(guó) 等，2021）。可見(jiàn)，熱演化程度對(duì)東岳廟段頁(yè)巖油氣富集具有重要的影響，當(dāng)熱演化達(dá)到生凝析油—濕氣階段時(shí)，其不僅原油密度和粘度較小，相對(duì)于低熟原油易于流動(dòng)，而且凝析油氣在地伏呈氣態(tài)，氣態(tài)烴類在浮力的作用下，更易于向地表淺層流動(dòng)，形成高產(chǎn)。當(dāng)其運(yùn)移至淺層，隨著溫度和壓力的降低，逐漸冷凝為液態(tài)烴類，在一定程度上可以減緩烴類的漏失速率，進(jìn)而有助于深部頁(yè)巖油氣的富集保存。

4.3 裂縫的連通作用控制著頁(yè)巖氣的高產(chǎn)

由上文分析可知，實(shí)驗(yàn)測(cè)試顯示川東地區(qū)東岳廟段具有“高孔低滲”的儲(chǔ)集物性特征，其內(nèi)黏土礦物粒間孔和有機(jī)質(zhì)孔等不易被壓實(shí)的孤立孔隙較發(fā)育，孔隙間連通性較差，滲透率極低，而生產(chǎn)實(shí)踐顯示，東岳廟段個(gè)別頁(yè)巖油氣井可日產(chǎn)氣5.58×104m3／d、產(chǎn)油17.6m3／d（舒志國(guó) 等，2021），而其比鄰的頁(yè)巖油氣井可能不具工業(yè)產(chǎn)能，呈現(xiàn)明顯的儲(chǔ)層非均質(zhì)性。

露頭中（圖7）東岳廟段內(nèi)泥頁(yè)巖內(nèi)瀝青豐富，以順層產(chǎn)出為主，指示著東岳廟段內(nèi)頁(yè)巖油氣主要沿順層橫向運(yùn)移，而瀝青多以脈狀產(chǎn)出，顯示其運(yùn)移的主要通道為裂縫。同時(shí)，在露頭尺度（圖3）與微觀掃描電鏡尺度（圖5）下東岳廟段泥頁(yè)巖內(nèi)均可見(jiàn)裂縫發(fā)育密集段，尤其是剖面中可見(jiàn)長(zhǎng)度上百米的低角度滑脫層發(fā)育，滑脫層內(nèi)泥頁(yè)巖破碎，裂縫極為發(fā)育，其為短距離頁(yè)巖油氣運(yùn)移和富集提供了通道。而在微觀上，泥頁(yè)巖內(nèi)微裂縫與礦物粒間孔或溶蝕孔洞相連（圖5c），將孤立的儲(chǔ)集空間連通，從而有助于泥頁(yè)巖內(nèi)油氣的流動(dòng)，在局部區(qū)域形成富集，呈現(xiàn)出顯著的非均質(zhì)性。此外，與致密的泥頁(yè)巖相比，裂縫常具有較高的滲透率，扮演者“高速運(yùn)移通道”的角色，易于壓力傳導(dǎo)。為此，東岳廟段內(nèi)由不同尺度規(guī)模裂縫構(gòu)成的裂縫輸導(dǎo)體系對(duì)泥頁(yè)巖內(nèi)孤立孔隙的連通作用決定著其儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，進(jìn)而控制著頁(yè)巖油氣的高產(chǎn)。

4.4 東岳廟段頁(yè)巖油氣富集模式

前人研究顯示，川東地區(qū)普遍發(fā)育3套區(qū)域性滑脫層，由下至上依次為寒武系、五峰組、雷口坡組—嘉陵江組（鄒玉濤等，2015；何江林等，2018）。其中上部最淺一套區(qū)域性滑脫層為雷口坡組—嘉陵江組滑脫層，其不僅是川東地區(qū)的一套重要的構(gòu)造層劃分標(biāo)志，而且其內(nèi)裂縫極為發(fā)育，對(duì)川東地區(qū)內(nèi)油氣的橫向運(yùn)移具有重要控制作用，在局部與高角度斷層連通，為上覆須家河組、自流井組等地層內(nèi)油氣聚集提供了深部烴類來(lái)源和壓力傳導(dǎo)的可能，有助于上三疊統(tǒng)須家河組常規(guī)氣和珍珠沖段致密型砂巖氣的成藏。同時(shí)，川東地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組至下侏羅統(tǒng)自流井組，整體發(fā)育一大型的水進(jìn)沉積旋回，東岳廟段作為須家河組與珍珠沖段上覆第一套區(qū)域性細(xì)粒沉積巖，其不僅為四川盆地侏羅系下部第一套區(qū)域性烴源巖（Li et al.，2017；Pang et al.，2019；胡東風(fēng)等，2021），而且作為區(qū)域蓋層控制著下伏游離氣的運(yùn)移與聚集（肖富森等，2019）。如：張本健等（2022）發(fā)現(xiàn)四川盆地金秋氣田上侏羅統(tǒng)沙溪廟組致密氣主要來(lái)源于三疊系須家河組腐殖型烴源巖與侏羅系腐泥型烴源巖，證實(shí)東岳廟段與高角度斷層控制著下伏油氣的運(yùn)聚和淺層致密氣的成藏。在特定的構(gòu)造部位，東岳廟段具備一定閉合高度時(shí)，其對(duì)下伏的油氣具有封蓋和聚集作用，有助于其內(nèi)超壓的形成和烴類的富集。進(jìn)而川東地區(qū)內(nèi)東岳廟段頁(yè)巖氣鉆井幾乎均有頁(yè)巖氣異常顯示，且普遍發(fā)育異常高壓（李登華等，2017）。在東岳廟段頁(yè)巖內(nèi)部，有機(jī)質(zhì)富集段位于中部，隨著熱演化的增大，其生烴作用不僅為其內(nèi)頁(yè)巖油氣富集提供了烴類物質(zhì)基礎(chǔ)，增大了地層壓力、促進(jìn)有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育，而且對(duì)下伏天然氣形成烴濃度封閉，進(jìn)而有助于提高其內(nèi)氣油比，增強(qiáng)其內(nèi)頁(yè)巖氣與頁(yè)巖油的流動(dòng)性。同時(shí)，泥頁(yè)巖內(nèi)頁(yè)理發(fā)育，易于順層形成微裂縫，有助于短距離內(nèi)油氣的側(cè)向運(yùn)移。在局部褶皺強(qiáng)烈區(qū)，東岳廟段頂部泥頁(yè)巖內(nèi)滑脫層發(fā)育，形成致密泥頁(yè)巖內(nèi)的高滲輸導(dǎo)層，進(jìn)而有助于頁(yè)巖油氣順層向低流體勢(shì)部位運(yùn)移，在油氣低勢(shì)區(qū)形成頁(yè)巖油氣相對(duì)富集區(qū)（圖8）。當(dāng)?shù)蛣?shì)區(qū)富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖連續(xù)厚度發(fā)育較大時(shí)，其易于形成頁(yè)巖油氣的高產(chǎn)區(qū)。

圖8 川東地區(qū)東岳廟段頁(yè)巖油氣富集模式示意圖Fig.8 The enrichment model of the shale gas and oil in the Dongyuemiao Member in the northeast of Sichuan Basin

5 結(jié)論

川東地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段形成于四川盆地演化為陸內(nèi)盆地的第一次湖泛時(shí)期，該時(shí)期四川湖盆內(nèi)存在多個(gè)次級(jí)洼陷，在水下隆起的障壁作用下，平面上水動(dòng)力條件差異巨大，低能安靜水體主要分布于其洼陷區(qū)域。而垂向上，東岳廟段也發(fā)育了一個(gè)完整的水進(jìn)水退沉積旋回，連續(xù)的富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖主要發(fā)育于中部半深湖相，厚度在15～30m。其頁(yè)巖TOC含量中等，平均約1.79%；有機(jī)質(zhì)類型較好，以II型為主；熱演化程度與埋深存在一定的正相關(guān)性，除地層出露區(qū)外，其主體處于凝析油—濕氣的高成熟階段。

其頁(yè)巖儲(chǔ)集空間類型多樣，以黏土礦物粒間孔和有機(jī)質(zhì)孔為主；脆性礦物含量中等，脆性指數(shù)平均為62.1%；其孔隙度與海相泥頁(yè)巖相近，平均為8.85%，而滲透率極低，平均值僅約0.239 mD，呈現(xiàn)“高孔低滲”特征。泥頁(yè)巖內(nèi)油氣顯示豐富，且瀝青等產(chǎn)出圍巖巖性種類多樣，瀝青以脈狀順層分布為主，指示其內(nèi)油氣以側(cè)向順層運(yùn)移為主。

基于川東地區(qū)東岳廟段頁(yè)巖地質(zhì)條件、裂縫發(fā)育特征以及東岳廟段泥頁(yè)巖在川東地區(qū)含油氣系統(tǒng)的特殊角色，發(fā)現(xiàn)其頁(yè)巖油氣的富集主要受富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖分布、熱演化程度和裂縫發(fā)育條件的控制，初步形成了川東地區(qū)東岳廟段頁(yè)巖油氣富集模式，認(rèn)為垂向富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖連續(xù)厚度較大的現(xiàn)今油氣低勢(shì)區(qū)是東岳廟段潛在的頁(yè)巖油氣高產(chǎn)區(qū)。

注釋：

①據(jù)中石化勘探南方分公司內(nèi)部報(bào)告，2014年。