新聞動態(tài)鄭益軍等- IJCG：四川盆地丁山鼻狀背斜五峰-龍馬溪組頁巖孔隙結(jié)構(gòu)和頁巖氣產(chǎn)量非均質(zhì)性的控制因素
????繼在涪陵礁石壩的五峰-龍馬溪組頁巖氣勘探取得重大突破之后，近年來中國石化在四川盆地東南緣的丁山鼻狀背斜再次實現(xiàn)了大突破，丁山有望成為第二個“礁石壩”。盡管如此，該地區(qū)多個頁巖氣生產(chǎn)井的日產(chǎn)量存在顯著差異（圖1B）。一般而言，隨著埋深以及與齊岳山斷裂的距離增大，頁巖氣日產(chǎn)量有增加的趨勢，然而丁頁2井距離齊岳山斷裂最遠，卻有著較低的頁巖氣日產(chǎn)量。為了厘清導(dǎo)致頁巖氣日產(chǎn)量存在顯著差異的地質(zhì)條件，中國科學院廣州地化所廖玉宏研究員課題組對丁山地區(qū)多個勘探井和生產(chǎn)井的頁巖樣品進行了系統(tǒng)的采集和分析。鉆井井包括較淺的安穩(wěn)-1（AW-1）、三泉-1（SQ-1）和雙河-1（SH-1），五峰組底界深度大致為100米（范圍90~160 m），以及較深的丁頁1（DY-1）和丁頁3（DY3），其五峰組底界深度約為2100 m。這些鉆井與齊岳山逆沖斷裂的距離也不相同。研究團隊全面分析了這些頁巖樣品的有機質(zhì)豐度（TOC）、礦物成分、孔隙度以及孔隙結(jié)構(gòu)，并探討了研究區(qū)的地質(zhì)條件對頁巖的物性特性和含氣性/產(chǎn)量之間的關(guān)系。
圖1 丁山地區(qū)地質(zhì)和構(gòu)造簡圖（圖1B中的數(shù)字顯示頁巖氣日產(chǎn)量）
????研究顯示，丁山鼻狀背斜的頁巖氣產(chǎn)量受到多種因素影響。地層抬升對頁巖儲層孔隙度的影響不顯著（圖2A），表明區(qū)域差異性抬升和侵蝕對五峰-龍馬溪組頁巖巖心樣品的孔隙度影響很小。五峰-龍馬溪組頁巖的孔隙度和孔隙連通性隨著與區(qū)域逆沖斷層距離的增加而提高（圖2B）。此外，頁巖氣含量與孔隙度正相關(guān)（圖2C），表明高氣含量在一定程度上阻礙了地層被壓實及擠壓導(dǎo)致的孔隙度降低。這一發(fā)現(xiàn)有助于解釋為何某些高孔隙度的頁巖儲層具有較高的頁巖氣產(chǎn)量。反之，高孔隙度也有利于頁巖氣從頁巖儲層中的釋放。
圖2. 影響頁巖孔隙度的因素
????頁巖物性研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)的機械壓實作用是由埋藏深度引起的垂直應(yīng)力和構(gòu)造變形引起的水平應(yīng)力共同作用的結(jié)果。圖3顯示，較淺的100米深度（AW-1、SQ-1和SH-1）的五峰-龍馬溪組頁巖樣品的無機孔（當TOC=0%）的總孔隙體積和比表面積均顯著大于2100米深度的樣品（DY1，DY3），說明埋深的增加導(dǎo)致孔隙體積和比表面積減小。此外，五峰-龍馬溪組頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)還受到齊岳山逆沖斷裂的影響（圖3）。逆沖斷裂附近的水平應(yīng)力可誘發(fā)固體瀝青的塑性及脆性變形，安穩(wěn)-1井中固體瀝青顆粒沿層理方向發(fā)育出良好的S形特征及不同寬度的裂隙（圖4A，B）。這種變形可能導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)的破壞，進而影響頁巖氣的存儲和流動。AW-1、DY1、SQ-1、DY3和SH-1等鉆井距離齊岳山逆沖斷層的距離分別為約2 km、7 km、10 km、15 km和50 km，這些鉆井的頁巖樣品總孔體積（Vtotal）與TOC之間的線性回歸線的斜率分別為1.4、2.7、3.2、4.0和3.9。也就是說，距離齊岳山逆沖斷層越遠，頁巖的孔隙體積與有機碳含量的相關(guān)性越強，斜率越高；與斷層距離越近，頁巖的孔隙體積與有機碳含量的相關(guān)性越低，頁巖的孔隙體積與有機碳含量的相關(guān)性越弱，斜率越低，這表明水平應(yīng)力的影響隨著距離的增加而減弱。當距離大于15km時，斷層的影響趨于不明顯。這一發(fā)現(xiàn)為在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)確定頁巖氣開發(fā)的甜點區(qū)提供了科學依據(jù)。
圖3 頁巖孔體積–TOC線性關(guān)系
????在陰極發(fā)光顯微鏡下，方解石晶體呈現(xiàn)橙紅色，這種顏色特征有助于識別和評估碳酸鹽礦物對頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，丁頁2井高碳酸鹽礦物頁巖層段的孔隙和微裂縫被方解石更顯著地膠結(jié)而變得致密（圖4C，D）。因此，高碳酸鹽礦物頁巖層段的這種強烈的碳酸鹽膠結(jié)作用很可能會對研究區(qū)頁巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)及頁巖氣的開采產(chǎn)生影響。
圖4 頁巖樣品的光學圖像和陰極發(fā)光（CL）顯微照片。
????通過綜合分析，可以得出如下結(jié)論：在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，為了實現(xiàn)頁巖氣的高效開發(fā)，最佳目標層位應(yīng)當是有機碳豐富、黏土和碳酸鹽礦物含量低的頁巖層，且甜點區(qū)需要與區(qū)域逆沖斷層保持適宜距離（如15 km）。該研究揭示了頁巖氣產(chǎn)量、含氣性、孔隙結(jié)構(gòu)以及地質(zhì)條件之間的復(fù)雜關(guān)系，也為揭示海相頁巖氣的富集機理和保存條件提供了有用的信息，對復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域的頁巖氣勘探也具有指導(dǎo)意義。研究得到了中國科學院先導(dǎo)專項（B類和A類）的資助，研究成果近期發(fā)表在能源地質(zhì)領(lǐng)域國際期刊《International Journal of Coal Geology》，第一作者為助理研究員鄭益軍，通訊作者為廖玉宏研究員，共同作者還包括熊永強研究員、王云鵬研究員、彭平安院士和中國石化勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所王杰博士。
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論文信息：Zheng, Y.(鄭益軍), Liao, Y.*(廖玉宏), Wang, J.(王杰), Xiong, Y.(熊永強), Wang, Y.(王云鵬), Peng, P.(彭平安), 2024. Factors controlling the heterogeneity of shale pore structure and shale gas production of the Wufeng–Longmaxi shales in the Dingshan plunging anticline of the Sichuan Basin, China. International Journal of Coal Geology 282, 104434.?
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.coal.2023.104434
