摘 要

　　　　　　　——以四川盆地南部地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖為例摘　要：尋找一種能夠有效表征海相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化現(xiàn)象的可靠證據(jù)，是當(dāng)前開(kāi)展古老地層頁(yè)巖氣選區(qū)面臨

　　　　　　　——以四川盆地南部地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖為例

摘　要：尋找一種能夠有效表征海相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化現(xiàn)象的可靠證據(jù)，是當(dāng)前開(kāi)展古老地層頁(yè)巖氣選區(qū)面臨的重大科學(xué)問(wèn)題。為此，以鉆井巖心、測(cè)井和分析化驗(yàn)資料為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)比分析四川盆地南部地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組、下志留統(tǒng)龍馬溪組2套富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的電性特征，探索研究了筇竹寺組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化現(xiàn)象及其對(duì)頁(yè)巖氣賦存條件的影響。獲得以下認(rèn)識(shí)：①電性實(shí)驗(yàn)證實(shí)，川南地區(qū)筇竹寺組富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖已出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)碳化特征，根據(jù)極高成熟度、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的干巖樣低電阻率特征和井下超低電阻率測(cè)井響應(yīng)特征，能夠直觀判斷有機(jī)質(zhì)的碳化程度、評(píng)價(jià)烴源巖質(zhì)量；②川南南部長(zhǎng)寧地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖表現(xiàn)為干樣低電阻率和低一超低測(cè)井響應(yīng)特征，有機(jī)質(zhì)已出現(xiàn)嚴(yán)重碳化現(xiàn)象，威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖電阻率曲線基本正常，石墨化程度介于龍馬溪組和長(zhǎng)寧筇竹寺組之間；③中高電阻率頁(yè)巖在生氣潛力、基質(zhì)孔隙發(fā)育程度和對(duì)天然氣吸附能力等方面明顯優(yōu)于超低電阻率頁(yè)巖；④川南北部犍為  威遠(yuǎn)一潼南地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖具有中一高電阻率特征，鉆井已獲工業(yè)氣流，為筇竹寺組頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū)。

關(guān)鍵詞：四川盆地南部  早寒武世  富有機(jī)質(zhì)  海相頁(yè)巖  石墨化  電阻率  響應(yīng)特征  頁(yè)巖氣  選區(qū)

Electric property evidences of the carbonification of organic matters in marine shales and its geologic significance：

A case of the Lower Cambrian Qiongzhusi Shale in southern Sichuan Basin

Abstract：Searching for some reliable evidences that can verify the carbonification of organic matters in marine shales is a major scientitle issue of facing play fairway identification in old shale gas plays．Based on core，logging and testing data，an electric property correlation was performed between the two organic rich shale layers in the Lower Cambrian Qiongzhusi Fm and the Lower Silurian Longmaxi Fm in southern Sichuan Basin．The results were used to analyze the carbonification of organic matters in the Qiongzhusi Shale and its influence on gas storage in the shales．The following conclusions were obtained．(1)The electric properties verify the carbonification of organic matters in the Qiongzhusi Shale in the study area．The dry samples from this highly mature organic rich shale show a low resistivity，while showing an ultra-low resistivity on downhole logs．These resistivity values can be used to directly determine the degree of organic matter carbonification and the quality of source rocks．(2)In the Changning area，the Qiongzhusi Shale shows a low resistivitv of dry samples and low to ultra-low resistivity on logs and the organic matters are seriously carbonized，while in the Weiyuan area，the Qiongzhusi Shale shows a basically normal resistivity and its degree of graphitization is between the Longmaxi and Qiongzhusi Fms in the Changning area．(3)The shale with a medium-to-high resistivity is remarkably better than that with an ultra-low resistivity in the respects of gas generation potential．matrix porosity and gas adsorption capacity．(4)Industrial gas flow was tested in the organic shales with a mediumto-high resistivity in the Jianwei-Weiyuan-Tongnan area in the north，where the Qiongzhusi Shale is a favorable shale gas exploration target．

Keywords：southern Sichuan Basin，Early Cambrian，organic rich，marine shale，graphitization，resistivity，response signature，shale gas，play fairway identification

下寒武統(tǒng)筇竹寺組是我國(guó)南方海相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的重要目的層之一^[1-3]。近幾年來(lái)，我國(guó)地質(zhì)工作者圍繞該套層系開(kāi)展了烴源巖評(píng)價(jià)、頁(yè)巖儲(chǔ)層表征和戰(zhàn)略選區(qū)^[1-9]等研究工作，總體認(rèn)為：筇竹寺組黑色頁(yè)巖具有分布廣、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖集中段厚度大(圖1)、巖石脆性好等頁(yè)巖氣賦存的有利條件^[1-7]，但該頁(yè)巖地層時(shí)代老(距今約5．7億年)，熱演化程度極高(Ro介于2.5％～5.0％)，在四川盆地及周邊已出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)碳化現(xiàn)象，頁(yè)巖儲(chǔ)集條件和含氣性明顯不及下志留統(tǒng)龍馬溪組^[6-8]。另外，寒武系生烴母質(zhì)以低等浮游藻類為主，不存在高等植物遺骸^[6]，頁(yè)巖中缺乏鏡質(zhì)體、瀝青等物質(zhì)，導(dǎo)致同一巖樣在不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的R。值存在較大差異，常常不能反映熱演化程度的實(shí)際狀況，致使筇竹寺組頁(yè)巖氣選區(qū)難度大。尋找一種能夠有效表征海相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化現(xiàn)象的可靠證據(jù)，揭示有機(jī)質(zhì)碳化對(duì)頁(yè)巖含氣性的影響，是當(dāng)前開(kāi)展古老地層頁(yè)巖氣選區(qū)面臨的重大科學(xué)問(wèn)題。

 

研究證實(shí)，在烴源巖熱演化進(jìn)程中，隨著熱成熟度升高，有機(jī)質(zhì)首先降解為干酪根，干酪根在隨后的變化過(guò)程中產(chǎn)出揮發(fā)性不斷增強(qiáng)、氫含量不斷增加、分子量逐漸變小的碳?xì)浠衔?，最后形成甲烷氣。隨著溫度的增加，干酪根不斷發(fā)生變化，其化學(xué)成分也隨之改變，逐漸轉(zhuǎn)變成低氫量的碳質(zhì)殘余物，并最終轉(zhuǎn)化為石墨(即碳化) ^[10]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)烴源巖在熱演化過(guò)程中的碳化現(xiàn)象研究較少，并且缺乏判識(shí)有機(jī)質(zhì)碳化的有效地球化學(xué)方法。

對(duì)筇竹寺組的勘探和研究程度遠(yuǎn)不及龍馬溪組，所鉆的頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)井僅4口(編號(hào)A、B、H、I)，主要分布在川滇的威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧和鎮(zhèn)雄地區(qū)，其他揭示寒武系頁(yè)巖的鉆井(編號(hào)D、E、F、G、J)皆為常規(guī)油氣勘探評(píng)價(jià)井(圖1)。鑒于烴源巖碳化呵能導(dǎo)致電測(cè)曲線出現(xiàn)低—超低電阻響應(yīng)特征，筆者以筇竹寺組頁(yè)巖鉆井巖心、測(cè)井和分析測(cè)試資料為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖干樣開(kāi)展電阻率實(shí)驗(yàn)測(cè)試以獲得有機(jī)質(zhì)碳化的直接證據(jù)，并以此對(duì)井下電阻率測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)而利用測(cè)井電阻率響應(yīng)對(duì)川南不同地區(qū)筇竹寺組的有機(jī)質(zhì)碳化現(xiàn)象進(jìn)行表征；同時(shí)結(jié)合與龍馬溪組電性、巖相、地球化學(xué)、吸附能力等相關(guān)資料的對(duì)比分析，探討不同程度的有機(jī)質(zhì)碳化現(xiàn)象對(duì)頁(yè)巖氣賦存條件的影響，以探尋極高成熟度海相頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)的新途徑，并據(jù)此為筇竹寺組頁(yè)巖氣資源戰(zhàn)略選區(qū)提供地質(zhì)依據(jù)。

1　頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外對(duì)烴源巖在熱演化過(guò)程中的碳化現(xiàn)象研究較少，研究手段局限于鏡下觀察、干酪根元素分析和測(cè)井響應(yīng)等方面^[10-14]。

鏡下觀察存在六邊形片狀結(jié)構(gòu)的石墨晶體是有機(jī)質(zhì)碳化的直接證據(jù)，但需要分辨率極高的顯微鏡設(shè)備和巖石樣品中具有足夠多的石墨片狀晶體才可能實(shí)現(xiàn)。石墨六邊形C—C鍵長(zhǎng)僅為0.142nm，每一網(wǎng)層f司距為0.34nm，而現(xiàn)今高倍掃描顯微鏡的分辨率一般超過(guò)10nm?？梢?jiàn)，利用高倍顯微鏡尋找有機(jī)質(zhì)中的石墨晶體，其難度極大，也不可行。

干酪根元素分析是判斷有機(jī)質(zhì)碳化的一條重要途徑。陳建平、程克明等學(xué)者認(rèn)為，干酪根的H／C原子比隨著有機(jī)質(zhì)生烴演化進(jìn)程逐漸降低，是一項(xiàng)衡量有機(jī)質(zhì)成熟演化程度的有效指標(biāo)，當(dāng)海相烴源巖H／C降低到10％以下(對(duì)應(yīng)Ro>3％)則進(jìn)入石墨化階段(即碳化) ^[11-12]。此認(rèn)識(shí)是基于實(shí)驗(yàn)?zāi)M得出的推論，且實(shí)驗(yàn)?zāi)MRo最高為3％。因此不能完全反映我國(guó)南方海相頁(yè)巖的實(shí)際熱成熟狀況，也無(wú)法解釋筇竹寺組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)的碳化程度。

電阻率測(cè)井響應(yīng)是研究有機(jī)質(zhì)熱演化程度的重要依據(jù)^[13-15]，也是表征頁(yè)巖碳化程度的間接證據(jù)^[8]。石墨為導(dǎo)電性極強(qiáng)的礦物，其電阻率在常溫下為8×10^-6～l3×10^-6W·m。在筇竹寺、龍馬溪組等古老地層的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中，有機(jī)質(zhì)體積含量介于2％～20％，多呈分散狀、層狀或條帶狀分布，經(jīng)嚴(yán)重碳化后具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性。筆者在開(kāi)展海相頁(yè)巖儲(chǔ)層表征時(shí)，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)寧地區(qū)筇竹寺組底部頁(yè)巖具有超低電阻測(cè)井響應(yīng)特征(電阻率普遍低于1W·m)，初步認(rèn)為該現(xiàn)象為有機(jī)質(zhì)碳化的重要證據(jù)^[8]。

總之，目前對(duì)頁(yè)巖中于酪根在自然狀態(tài)下的碳化現(xiàn)象還處于探索階段，尚缺乏有效判識(shí)的直接可靠證據(jù)。

2　頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化的電性證據(jù)

2．1　干巖樣的電阻率實(shí)驗(yàn)

海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖由石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石、黃鐵礦等脆性礦物以及黏土、有機(jī)質(zhì)組成，石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽巖等脆性礦物多呈分散狀或?qū)訝罘植?，黃鐵礦一般呈星點(diǎn)狀分布，有機(jī)質(zhì)在頁(yè)巖中多呈分散狀分布，但隨著豐度增加則出現(xiàn)層狀或條帶狀分布，黏土礦物多呈層狀分布^{[4，16-18]}。根據(jù)沉積巖巖石物理研究和實(shí)踐，沉積巖中的脆性礦物骨架顆粒、有機(jī)質(zhì)和烴類一般不導(dǎo)電^[19]，黃鐵礦因含量少(質(zhì)量百分含量一般不超過(guò)8％，體積百分含量不超過(guò)4％)且分布局限，其導(dǎo)電性可以忽略不計(jì)，而賦存于巖石孔隙中的高礦化度地層水則是主要的導(dǎo)電介質(zhì)^[20]。因此，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖干燥樣品一般不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)電現(xiàn)象，但如果出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)石墨化現(xiàn)象則可能有例外。

筆者以川南長(zhǎng)寧地區(qū)筇竹寺組、龍馬溪組黑色頁(yè)巖為研究對(duì)象，在B井筇竹寺組、C井龍馬溪組分別挑選有機(jī)質(zhì)豐度不同的頁(yè)巖樣品開(kāi)展干樣電阻率實(shí)驗(yàn)測(cè)試(前者9個(gè)，后者2個(gè))。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：首先對(duì)樣品進(jìn)行干燥處理，去除所有頁(yè)巖樣品的基質(zhì)孔隙殘留水，然后分別測(cè)量十樣電阻率、巖礦和TOC。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示(表1、圖2)，2套頁(yè)巖的干樣呈現(xiàn)出截然不同的電性特征。

 

 

筇竹寺組頁(yè)巖9個(gè)干樣電阻率與TOC具有明顯的負(fù)相關(guān)性。在1733.96～1856.20m段的5個(gè)樣品，黏土礦物含量為31.1％～44.5％，TOC為0.24％～2.38％，有機(jī)質(zhì)含量總體較少，測(cè)試電阻率值介于326.3～731553.1W·m，呈現(xiàn)高阻絕緣特征；在1860.96～1886.40m段的4個(gè)樣品，黏土礦物含量為24.9％～36.7％，TOC增加至2.71％～6.62％，測(cè)試電阻率值下降為6.0～51.4W·m，呈現(xiàn)低電阻特征。這表明，長(zhǎng)寧筇竹寺組底部富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段干樣具有較強(qiáng)的導(dǎo)電能力，導(dǎo)電物質(zhì)主要是有機(jī)質(zhì)。可見(jiàn)，該區(qū)塊筇竹寺組已出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)嚴(yán)重碳化現(xiàn)象。

C井龍馬溪組干樣則未出現(xiàn)上述低電阻現(xiàn)象。2個(gè)樣品的黏土礦物含量分別為16.5％和50.5％，TOC分別為3.4％和2.4％，測(cè)試電阻率值則分別為3606.1和41537.3W·m，呈現(xiàn)高阻一絕緣特征。這表明，龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段尚未出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)碳化現(xiàn)象。

2．2　富有機(jī)頁(yè)巖段的電阻率測(cè)井晌應(yīng)

筆者將長(zhǎng)寧B井筇竹寺組9個(gè)樣品點(diǎn)的井下測(cè)井電阻率與干樣電阻率進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，樣品點(diǎn)的測(cè)井電阻率為0.177～457.93W·m，較干樣電阻率整體低2～4個(gè)數(shù)量級(jí)(表1)，但與后者具有顯著的正相關(guān)性，測(cè)井電阻率在2W·m以下則對(duì)應(yīng)的干樣電阻率小于100W·m(圖3)。另外，9個(gè)樣品點(diǎn)的測(cè)井電阻率與TOC同樣具有顯著的負(fù)相關(guān)性，在1860.96～1886.40m(富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段)呈現(xiàn)超低電阻特征(電阻率介于0.177～1.347W·m)(表1)。這表明，長(zhǎng)寧筇竹寺組井下導(dǎo)電物質(zhì)主要為有機(jī)質(zhì)和頁(yè)巖孔縫中地層水，其中擁有高礦化度的地層水是導(dǎo)致測(cè)井電阻率整體低于干樣電阻率的重要介質(zhì)。由于筇竹寺組下段為深水陸棚沉積，地層水物理化學(xué)性質(zhì)在整個(gè)層段總體穩(wěn)定，而有機(jī)質(zhì)豐度差異較大，僅在底部高伽馬段(192～615 API)較高，這表明長(zhǎng)寧筇竹寺組底部出現(xiàn)的異常低電阻測(cè)井響應(yīng)則主要是碳化后的有機(jī)質(zhì)導(dǎo)電所致。可見(jiàn)，利用極高成熟度、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的超低電阻測(cè)井響應(yīng)特征(電阻率小于2W·m)和干巖樣低電阻特征(電阻率小于100W·m)，均可以直觀判斷有機(jī)質(zhì)的碳化程度，進(jìn)而評(píng)價(jià)烴源巖的質(zhì)量。

 

3　頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化電性特征的地質(zhì)意義

有機(jī)質(zhì)碳化是烴源巖進(jìn)入極高成熟階段必然發(fā)生的地球化學(xué)現(xiàn)象，對(duì)高過(guò)成熟海相地層的頁(yè)巖氣賦存條件產(chǎn)生不利影響，主要表現(xiàn)為頁(yè)巖的生氣潛力接近衰竭，有機(jī)質(zhì)孔隙減少，有機(jī)質(zhì)對(duì)天然氣的吸附能力降低。筆者通過(guò)對(duì)川南地區(qū)筇竹寺組和龍馬溪組兩套頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化的電性特征對(duì)比，并結(jié)合勘探實(shí)踐，對(duì)筇竹寺組頁(yè)巖氣賦存條件進(jìn)行粗淺分析和有利區(qū)優(yōu)選，進(jìn)而獲得3點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

3．1　川南地區(qū)筇竹寺組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化程度存在南北差異，生氣潛力區(qū)域變化大

川南及其周邊地區(qū)筇竹寺組黑色頁(yè)巖自沉積以后，經(jīng)歷了早期長(zhǎng)期深埋和晚期抬升等地質(zhì)作用過(guò)程^[9]，盡管熱演化程度高，但受區(qū)域差異升降運(yùn)動(dòng)影響，北部(犍為—威遠(yuǎn)—潼南，即F-A-E-D井區(qū))、中部(隆昌—瀘州，即G井區(qū)以南)和南部(長(zhǎng)寧—鎮(zhèn)雄—大方，即B-I-J井區(qū))有機(jī)質(zhì)碳化程度可能并不相同，表現(xiàn)為筇竹寺組底部電阻率測(cè)井響應(yīng)存在著明顯的差異。

目前，揭示筇竹寺組底部頁(yè)巖的鉆井較少，主要分布在北部的犍為威遠(yuǎn)潼南和南部的長(zhǎng)寧鎮(zhèn)雄—大方(圖1)。為了解北區(qū)、中區(qū)、南區(qū)等不同區(qū)塊筇竹寺組底部有機(jī)質(zhì)的碳化程度，筆者以A井(龍馬溪組和筇竹寺組)、C井(龍馬溪組)、B井(筇竹寺組)測(cè)井和分析測(cè)試資料為基礎(chǔ)(圖1)，建立3口井2套頁(yè)巖測(cè)井電阻率與有機(jī)質(zhì)豐度關(guān)系模板(圖4)，對(duì)比分析川南龍馬溪組(A C井)、威遠(yuǎn)筇竹寺組(A井)和長(zhǎng)寧筇竹寺組(B井)的電阻率響應(yīng)特征，定性判斷三者的有機(jī)質(zhì)碳化程度和生氣潛力。

 

3．1．1川南龍馬溪組

作為我國(guó)海相頁(yè)巖氣的主力產(chǎn)層，其富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為含鈣質(zhì)、富硅質(zhì)、中高有機(jī)質(zhì)豐度的黑色頁(yè)巖，黏土礦物含量為10％～53％(平均為29％)，與Barnett頁(yè)巖(平均為25.6％～33％)相近^[1，18]。圖4顯示，A、C井頁(yè)巖段電阻率介于20～110W·m，與上Barnett頁(yè)巖(GR為90～150API，電阻率介于20～100W·m)相當(dāng)，但低于下Barnett頁(yè)巖(GR為120～210API，電阻率介于80～200W·m) ^[13-14]，且與有機(jī)質(zhì)豐度大致呈正相關(guān)性，即隨TOC增大而增大?？梢?jiàn)，龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段電阻率隨有機(jī)質(zhì)豐度的變化趨勢(shì)與Barnett頁(yè)巖的電阻率曲線特征相似，反映了處于生烴窗內(nèi)烴源巖的正常電性特征。鉆探和地球化學(xué)分析顯示，龍馬溪組在川南及其周邊出現(xiàn)整體含氣特征，位于筠連龍馬溪組出露區(qū)的最淺出氣井井深不足300m，瀘州、隆昌、長(zhǎng)寧等向斜區(qū)地層壓力系數(shù)達(dá)到1.4～2.2^[18]，頁(yè)巖殘余有機(jī)質(zhì)生烴潛量(S1+S2)介于0.08～0.50mg／g。這表明，龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖處于有效生氣窗內(nèi)，有機(jī)質(zhì)未出現(xiàn)明顯碳化現(xiàn)象，生氣潛力相對(duì)較好。C井干樣的高阻絕緣特征也說(shuō)明這一點(diǎn)。

3．1．2長(zhǎng)寧筇竹寺組

富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為硅質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖和粉砂質(zhì)頁(yè)巖組合，與龍馬溪組在巖相、巖石礦物組成和有機(jī)質(zhì)豐度等方面相近^[8,18,21]，因此兩者的電性特征應(yīng)該具有可對(duì)比性，且能反映有機(jī)質(zhì)成熟度的差異。與龍馬溪組電性特征相比，B井測(cè)井響應(yīng)為低超低電阻特征(一般低于1W·m)，電阻率與有機(jī)質(zhì)豐度關(guān)系呈明顯負(fù)相關(guān)性(出現(xiàn)反轉(zhuǎn))，即電阻率隨TOC增大而降低(圖4)。前面論述已證實(shí)其有機(jī)質(zhì)已出現(xiàn)嚴(yán)重碳化現(xiàn)象。根據(jù)鉆探和地球化學(xué)分析結(jié)果，B井筇竹寺組未獲氣顯示，頁(yè)巖殘余有機(jī)質(zhì)生烴潛量介于0.02～0.04mg／g，氫指數(shù)HI介于1～2mg／g。這表明，長(zhǎng)寧筇竹寺組總體已處于生氣衰竭的極高成熟階段，生氣潛力較龍馬溪組差。

目前，與長(zhǎng)寧B井具有相似電性特征的鉆井還有位于隆昌—瀘州、長(zhǎng)寧—鎮(zhèn)雄—大方地區(qū)的G、B、H、1、J等5口井(表2、圖l)，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖測(cè)井電阻率介于0.1～2.0W·m，平均為0.5～0.8W·m，鉆探均未獲氣，均顯示有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)嚴(yán)重碳化現(xiàn)象。

 

3．1．3威遠(yuǎn)筇竹寺組

富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為中低有機(jī)質(zhì)豐度的粉砂質(zhì)頁(yè)巖，黏土含量為19％。受脆性礦物含量高影響，A井測(cè)井響應(yīng)為高阻特征(高于240W·m)，電阻率與TOC關(guān)系不明顯(圖4)。筆者在相關(guān)文獻(xiàn)中已證實(shí)，威遠(yuǎn)A井筇竹寺組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙相對(duì)較少且鏡下出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象，顯示有機(jī)質(zhì)碳化跡象^[8]。鉆探和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，A井筇竹寺組獲工業(yè)氣流，地層壓力系數(shù)為1.0，測(cè)試含氣量為1.0～3.5m²／t，頁(yè)巖殘余有機(jī)質(zhì)生烴潛量介于0.04～0.1mg／g。這表明，威遠(yuǎn)筇竹寺組熱演化程度和生氣潛力介于川南龍馬溪組和長(zhǎng)寧筇竹寺組之間，可能處于生氣窗下限附近。

目前，與威遠(yuǎn)A井具有相似電性特征的鉆井還有位于潼南、犍為地區(qū)D、E、F共3口老井(表2、圖l)，E井為中—高阻井區(qū)(60～300W·m)，鉆探獲氣顯示，D、F井為中—低阻井區(qū)(2～80W·m)。

由此判斷，川南海相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化程度大致可劃分為3個(gè)級(jí)別，可與烴源巖生氣潛力的3個(gè)不同階段相對(duì)應(yīng)，即：

1)有效生氣窗內(nèi)(即有機(jī)質(zhì)未出現(xiàn)碳化階段)電性特征正常，即：電阻率與有機(jī)質(zhì)豐度基本呈正相關(guān)，測(cè)井電阻率值一般高于20W·m，如川南龍馬溪組。

2)生氣衰竭階段(即有機(jī)質(zhì)嚴(yán)重碳化階段)出現(xiàn)超常低電阻響應(yīng)，即：電阻率與有機(jī)質(zhì)豐度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(即電性曲線反轉(zhuǎn))，且測(cè)井電阻率值低于2W·m，如川南中南部筇竹寺組。

3)在有效生氣窗下限附近(即有機(jī)質(zhì)碳化程度介于1和2之間的過(guò)渡階段)，電性特征基本正常，即電阻率與有機(jī)質(zhì)豐度關(guān)系不明顯，受巖相影響可能為高阻，也可能為低阻(2～20W·m)，如川南地區(qū)北部筇竹寺組。

3．2　中高電阻頁(yè)巖的富氣條件明顯優(yōu)于超低電阻頁(yè)巖

超低電阻測(cè)井響應(yīng)是高過(guò)成熟頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化的典型特征。有關(guān)筇竹寺組有機(jī)質(zhì)碳化導(dǎo)致基質(zhì)孔隙減少(即超低電阻頁(yè)巖物性較差)的認(rèn)識(shí)，筆者已在相關(guān)文獻(xiàn)中論述^[8]。這里重點(diǎn)開(kāi)展中高電阻頁(yè)巖和超低電阻頁(yè)巖對(duì)天然氣吸附能力的對(duì)比分析，探討有機(jī)質(zhì)碳化對(duì)高過(guò)成熟海相頁(yè)巖吸附能力的影響。

筆者從長(zhǎng)寧B井筇竹寺組和C井龍馬溪組分別采集超低電阻頁(yè)巖樣品4個(gè)(測(cè)井電阻率介于0.11～1.50W·m，TOC介于1.68％～7.93％)和中高電阻率頁(yè)巖樣品5個(gè)(測(cè)井電阻率介于22.6～45.9W·m，TOC介于0.99％～3.95％)，并委托中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院開(kāi)展高溫高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)儀器為ISO300型等溫吸附儀，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度70℃、最大壓力20.22MPa、氣體介質(zhì)為甲烷，保證溫壓條件與井下基本相當(dāng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：2套地層頁(yè)巖樣品的最大吸附量分別為龍馬溪組1.38～3.97m³／t、筇竹寺組1.61～5.8m³／t，與TOC均呈線性正相關(guān)性(圖5)；在有機(jī)質(zhì)類型相似(兩者均為腐泥偏腐泥混合型)和有機(jī)質(zhì)豐度(TOC)相同條件下，龍馬溪組中高電阻頁(yè)巖的吸附能力明顯高于筇竹寺組超低電阻頁(yè)巖，前者為后者的1.2～1.25倍。這表明，在高過(guò)成熟階段，隨著有機(jī)質(zhì)碳化程度的增強(qiáng)，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖對(duì)天然氣的吸附能力降低。

 

3．3　北部富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中一高電阻測(cè)井響應(yīng)區(qū)為川南筇竹寺組頁(yè)巖氣有利區(qū)

由此可預(yù)測(cè)川南筇竹寺組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的分布區(qū)(圖1、表2)。北部的犍為威遠(yuǎn)—潼南地區(qū)具有中—高電阻特征，鉆探已獲氣流，證實(shí)頁(yè)巖氣賦存條件相對(duì)有利，是筇竹寺組頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)；中部的隆昌—瀘州和南部的長(zhǎng)寧—鎮(zhèn)雄—大方普遍具有超低電阻特征，鉆井未獲氣顯示，證實(shí)生氣接近枯竭，頁(yè)巖氣賦存條件相對(duì)較差，為筇竹寺組頁(yè)巖氣勘探風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

4　結(jié)論

1)干巖樣巖電實(shí)驗(yàn)和電阻率測(cè)井響應(yīng)特征證實(shí)，川南筇竹寺組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖已出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)碳化特征，利用極高成熟、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的干巖樣低電阻特征和井下超低電阻測(cè)井響應(yīng)特征是直觀判斷有機(jī)質(zhì)的碳化程度、評(píng)價(jià)烴源巖質(zhì)量的有效方法。

2)川南筇竹寺組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)碳化程度存在南北差異。長(zhǎng)寧以南地區(qū)筇竹寺組表現(xiàn)為干樣低電阻和測(cè)井低—超低電阻響應(yīng)特征，有機(jī)質(zhì)已出現(xiàn)嚴(yán)重碳化現(xiàn)象；威遠(yuǎn)地區(qū)筇竹寺組電阻率曲線基本正常，但已出現(xiàn)碳化，石墨化程度界于川南龍馬溪組和長(zhǎng)寧筇竹寺組之間。

3)根據(jù)筇竹寺組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖石墨化的電性特征，中高電阻頁(yè)巖在頁(yè)巖生氣潛力、基質(zhì)孔隙發(fā)育程度和對(duì)天然氣吸附能力等方面明顯優(yōu)于超低電阻頁(yè)巖，研究區(qū)北部的犍為威遠(yuǎn)—潼南地區(qū)具有中—高電阻特征，鉆井已獲氣流，為筇竹寺組頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)。

 

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本文作者：王玉滿  董大忠  程相志  黃金亮  王淑芳  王世謙

作者單位：中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院

  中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院