摘 要

摘　要：四川盆地南部下寒武统筇竹寺组是我国南方海相页岩气勘探开发的重要领域之一，但对其页岩气储层的研究深度远不及下志留统龙马溪组，有关其储集空间定量表征的成果更是鲜见

摘　要：四川盆地南部下寒武统筇竹寺组是我国南方海相页岩气勘探开发的重要领域之一，但对其页岩气储层的研究深度远不及下志留统龙马溪组，有关其储集空间定量表征的成果更是鲜见。为此，借鉴龙马溪组页岩储集空间定量表征的方法和思路，以钻井资料为基础，对川南筇竹寺组黑色页岩段基质孔隙构成和裂缝发育状况进行了定量评价。初步发现其储集空间具有4大特征：①脆性矿物、黏土矿物和有机质三者产生的单位质量孔隙体积为有机质最高、黏土矿物次之、脆性矿物最少；②有效页岩段孔隙度相对较小，仅为龙马溪组的l／3～1／2，且孔隙构成以黏土矿物层间孔隙和有机质孔隙为主体；③基质孔隙减少的原因主要包括两点，一是该页岩热成熟度过高，有机碳可能出现碳化，导致有机质孔隙部分出现塌陷和充填，二是成岩作用强，导致基质孔隙以中小孔隙为主，大孔隙少，岩石更加致密；④黑色页岩裂缝发育，裂缝’规模以微型、小型裂缝为主，裂缝密度在顶部和中下部较大，上部相对较小，反映了筇竹寺组总体具有脆性矿物含量高、杨氏模量高、泊松比低、脆性好等特点。

关键词：四川盆地南部  早寒武世  页岩气  储集层表征  富有机质页岩  有机质孔隙  黏土矿物层间孔隙  裂缝(岩石)

Quantitative characterization of reservoir space in the Lower Cambrian Qiongzh usi Shale,Southern Sichuan Basin

Abstract：The lower Cambrian Qiongzhusi Shale in the southern Sichuan Basin has become one of the main targets of the exploration and development of marine shale gas in South China．However，few literatures have ever been found on the characterization of the reservoir space in this study area．In view of this，with the reference to the idea and methodology of reservoir space characterization of the Longmaxi Shale，we made a quantilative evaluation，based on the drilling data of the matrix pore structure and fracture developed status in the black shales in the Qiongzhusi Fm．The following findings were obtained．a．The unit mass pore volumes of brittle minerals,clay minerals and organic matter are from low to high successively．b．The porosity of the effective shales is rather small and is only one third or one half of that in the Longmaxi Shale；the pores are mainly made up of those in organic matter and between clay mineral beds．c．The matrix pores decrease for two reasons．First，the thermal maturity of the shales is overly high so the organic carbon would be possibly carbonization，which leads to the collapse and filling of some pores in organic matter．Second，because of strong diagenesis，the matrix pores are dominated by moderate and small pores so the rocks are very tight with very few big pores．d．The fractures are well developed in the black shales and are dominated by micro and small scale fissures；the fracture density is greater on the top and in the middle and lower beds，but relatively smaller in the upper beds．In conclusion，the Qiongzhusi Shale is characterized by a high content of brittle minerals，high Young's modulus，low Poisson's ratio，good brittleness，and so on．

Key words：Sichuan Basin，south，Early Cambrian，shale gas，reservoir characterization，organic-rich shales，fracture(rock)

四川盆地南部下寒武统筇竹寺组是我国南方海相页岩气勘探开发的重要领域之一^[1-4]。近几年来，地质工作者围绕该层系开展了页岩气资源调查与选区评价工作，在富有机质页岩分布、沉积环境、岩石学特征、储集空间类型、纳米级孔隙特征、含气量等储层研究方面取得了一些重要认识^[1-9]，总体上认为：川南筇竹寺组黑色页岩形成于海侵体系域的深水陆棚区，厚度一般介于40～220m(其中TOC＞2％页岩集中段厚度介于20～100m)，分布面积为4.2×10⁴km²，基质孔隙和裂缝发育，含气量与北美页岩气层相比处于中—低水平^{[1，3-6，8]}。这些成果和认识从宏观层面对开展高过成熟海相页岩气战略选区和资源评价工作提供了重要地质依据，但受勘探程度低、实验手段少和资料掌握程度有限等多种因素的制约，筇竹寺组页岩气储层研究深度远不及下志留统龙马溪组，有关其储集空间定量表征的成果更鲜见报道。

储集空间表征是页岩气储层评价的核心内容，也是开展页岩气富集高产机理研究的基础性工作。目前，页岩储集空间表征主要通过应用高精度电子显微镜观测、实验室分析测试、地球物理探测、地质统计分析等手段，识别页岩孔隙类型，多尺度描述孔隙尺寸与连通性，测定孔隙度、比表面积、渗透率等参数，了解孔隙演化趋势^{[4-6，10-20]}，为衡量和评价页岩气储层优劣提供科学依据。

笔者所在的课题组曾对川南龙马溪组页岩开展了储集空间定量表征研究，通过建立页岩三层岩石物理模型(即脆性矿物层、黏土层和有机质层三层模型)及其孔隙度数学模型^[11]，对龙马溪组富有机质页岩段基质孔隙构成和裂缝发育状况进行了定量表征，揭示了龙马溪组页岩储集空间的四大特征^[11]。这些成果和认识对开展筇竹寺组相关研究具有重要的指导意义。

本文以川南筇竹寺组A井、B井两口钻井资料为基础(图1)，借鉴龙马溪组页岩储集空间定量表征的方法和思路^[11]，应用地质统计分析法、高精度电子显微镜、地球物理测井等技术，依据页岩岩矿、地化、物性等实验测试数据，对筇竹寺组黑色页岩(TOC>1％，下同)基质孔隙度构成和裂缝发育状况进行了定量分析和评价，并通过与龙马溪组页岩纳米级孔隙系统的对比分析，对筇竹寺组页岩基质孔隙度的影响因素进行了探索研究，以期为深化页岩气富集机理研究提供地质依据。

1　页岩基质孔隙定量表征

1．1　基质孔隙类型

关于筇竹寺组、龙马溪组等海相页岩基质孔隙类型，王玉满、董大忠等已经在相关文献中进行了成因分类和详细描述^[10-11]，总体认为基质孔隙包括残余原生孔隙、不稳定矿物溶蚀孔、黏土矿物层间孔隙和有机质孔隙等4种成因类型，其中黏土矿物层间孔隙和有机质孔隙是页岩储集空间的特色和重要组成部分^[1，10-11]。根据页岩内孔隙的赋存状态，可将基质孔隙进一步归纳为脆性矿物内微孔隙、有机质微孔隙、黏土矿物层间微孔隙，这是海相页岩储集卒间定量表征的重要依据^[11]。

1．2　基质孔隙度数学模型

页岩储集空间表征的重点是建立岩石物理模型及相应的孔隙度计算方法。王玉满、董大忠等建立了龙马溪组页岩三层岩石物理模型和基质孔隙度数学模型，该岩石物理模型即为脆性矿物(石英、长石、方解石、白云石、黄铁矿等)、有机质和黏土矿物(伊利石和绿泥石)三层结构模型，反映了三者对页岩基质孔隙空间的贡献，详细内容可参见本文参考文献[11]，这里仅引述该模型的孔隙度计算公式^[11]：

r×ABri×VBri+r×AClay×VClay+r×ATOC×VTOC=j

式中r表示页岩岩石密度，t／m³，可以通过应用岩石物理力学试验或压汞法测试获得；A表示矿物质量百分含量，其中ABri、AClay、ATOC分别表示脆性矿物、黏土矿物和有机质三者的质量百分含量，可通过X射线衍射全岩分析获得^[11]；V表示每层岩石单位质量孔隙体积，m³／t；j表示页岩孔隙度，其中VBri、VClay、VTOC分别表示脆性矿物、黏土和有机质三者单位质量内微孔隙体积(即3种物质单位质量对孔隙的贡献)，在沉积环境、岩石学、地球化学、成岩作用等地质条件相似的地区或层系，可以认为VBri、VClay、VTOC保持在某一定值，但在不同地区、不同层系和不同岩相段差异较大，因此针对特定的页岩段，必须近择刻度区进行标定计算^[11]；j表示页岩孔隙度，可由氦气法、液氮法等实验测试获得^[11]。

在上述参数中，VBri、VClay、VTOC是孔隙度计算模型中的关键参数，也是建立不同页岩基质孔隙度模型的基础。王玉满、董大忠等以四川盆地南部长宁地区龙马溪组为刻度区，计算获得了龙马溪组黑色页岩段的VBri、VClay、VTOC值(分别为0.0079m³／t、0.039m³／t、0.1381m³／t)，为该页岩储集空间的定量计算提供了重要依据^[11]。

筇竹寺组黑色页岩为广海深水陆棚相泥页岩储层，与龙马溪组富有机质页岩在岩相、岩石矿物组成、有机质类型和丰度、孔隙类型等方面具有相似性^[2-4，7-10]。因此，表征龙马溪组页岩储集空间的岩石物理模型及其孔隙度计算公式同样适用于筇竹寺组，这也是笔者进行本项研究的重要理论依据。

1．3　模型关键参数刻度与检验

依据上述模型分析，要建立适合筇竹寺组黑色页岩基质孔隙度计算模型，必须首先选择合适的刻度区对该页岩的VBri、VClay、VTOC值进行标定计算。根据龙马溪组刻度区的选择标准^[11]，筇竹寺组刻度区的选择需遵循2个原则：①区内黑色页岩规模分布，在南方筇竹寺组页岩分布区具有典型性和代表性；②区内筇竹寺组勘探和地质认识程度相对较高，资料比较丰富。川南筇竹寺组富有机质页岩段主要分布于该地层下部，厚度一般为20～100m，且区域分布稳定(图1)，在威远、长宁两个区块拥有丰富的钻井资料^[2-3]，地质认识相对成熟，具备刻度区的基本条件。威远A井和长宁B井是近期钻探且以筇竹寺组为目的层的页岩气评价井，揭示了筇竹寺组黑色页岩的主要地质信息，是本项研究的重要资料基础。

 

笔者在威远A井2796.60～2796.72 m、2788.17～2788.32m和2707.59～2707.68m挑选3个黑色页岩样品(对应的TOC分别为3.08％、l.73％、1.23％)，对孔隙度数学模型进行刻度(表1)。首先，根据3个深度点的岩矿、TOC和孔隙度等测试资料和孔隙度计算模型建立三元一次方程组，然后解方程组计算获得VBri、VClay、VTOC这3个关键参数值。经过计算，筇竹寺组黑色页岩VBri、VClay、VTOC值分别为0.O002m³／t、0.022m³／t、0.069m³／t(表1)。这表明，筇竹寺组页岩3种物质单位质量所产生的孔隙体积为有机质最大、黏土矿物次之、脆性矿物最小。

 

根据VBri、VClay、VTOC的计算结果，结合岩石矿物测试数据，笔者对威远A井2630～2819m页岩段的32个深度点(对应的TOC为0.5％～3.6％)进行了孔隙度测算，并将计算孔隙度与该深度段的实测孔隙度进行对比(图2)。对比结果表明，上述32个深度点的计算孔隙度与该井段实测孔隙度吻合，从而证实所选择的3个刻度点以及VBri、VClay、VTOC计算值符合筇竹寺组页岩储集空间的实际地质状况，可以作为分析筇竹寺组孔隙构成的有效方法和地质依据。

 

1．4　基质孔隙构成

川南筇竹寺组黑色页岩主要为硅质页岩和粉砂质页岩。笔者应用孔隙度数学模型和VBri、VClay、VTOC计算值，对威远A井32个深度点的基质孔隙构成进行测算，结果如表2、图3所示。

 

 

筇竹寺组黑色页岩基质孔隙度为l.4％～3.1％(图2)，约为龙马溪组富有机质页岩段的1／3～1／2。在基质孔隙中，有机质孔隙占1.7％～43.2％(平均为18.6％)，黏土矿物层间孔隙占53.9％～97.4％(平均为79％)，脆性矿物孔隙占0.8％～3.1％(平均为2.4％)(图3)。在2794～2819m富有机质页岩段，岩性以黑色硅质页岩为主，微含钙质，TOC、黏土矿物和脆性矿物3者含量分别为2.4％～3.6％、l4％～27％、72.8％～85.7％，计算的总孔隙度为l.4％～2.0％，其中有机质孔隙占20％～43％(平均为34％)，黏土矿物层间孔隙占53.9％～77.8％，脆性矿物孔隙仅占l.9％～3.1％(图3)。

可见，筇竹寺组页岩储集空间以黏土矿物层间孔隙和有机质孔隙为主体，有机质孔隙所占比例与龙马溪组基本接近。这与龙马溪组储集空间的主体构成相近^[11]。

2　有关页岩基质孔隙度影响因素的探讨

经过定量分析发现，筇竹寺组黑色页岩储集空间的主体为黏土矿物层间孔隙和有机质孔隙，与龙马溪组相近，但两套页岩在基质孔隙体积和两种主要物质产生孔隙体积的能力等方面则存在较大差异，主要表现为：筇竹寺组基质孔隙体积远低于龙马溪组，基质孔隙度为后者的l／3～l／2；前者单位质量黏土矿物产生的孔隙体积为后者的56％，单位质量有机质产生的孔隙体积为后者的50％。笔者通过对比分析认为，导致筇竹寺组页岩基质孔隙度大量减少的原因可能缘于以下两个方面。

2．1　筇竹寺组页岩成熟度过高，导致有机质可能出现碳化，从而降低有机质孔隙体积

在烃源岩热演化进程中，随着热成熟度升高，有机质首先降解为干酪根，干酪根在随后的变化过程中产出挥发性不断增强、氢含量不断增加、分子量逐渐变小的碳氢化合物，最后形成甲烷气^[12，21-22]。随着温度的增加，干酪根不断发生变化，其化学成分也随之改变，逐渐转变成低氢量的碳质残余物，并最终转化为石墨(即碳化) ^[12，22]。目前的研究已证实，川南及周边筇竹寺组在地质历史中经历过长时期深埋(如长宁筇竹寺组在中生界最大埋深达到9000m)，R。值一般为2.7％～4.9％(平均为3.5％) ^[2，3，21]，且远高于龙马溪组(R。一般为l.9％～3.2％，平均为2.5％) ^{[1，9，10，21]}，表明该黑色页岩处于高过成熟一极高成熟阶段，具备出现有机质碳化的地质条件。

目前，国内外对烃源岩在热演化过程中的碳化现象研究较少，对干酪根在何种条件开始碳化(即碳化门限)的认识尚不清楚，并且缺乏判识有机质碳化的有效地球化学方法。鉴于烃源岩碳化可能会导致电测曲线出现低一超低电阻响应特征，笔者探索应用电阻率测井响应对筇竹寺组有机质的碳化现象进行定性分析，并结合高精度扫描电镜观察以了解有机质碳化对有机质孔隙的影响。

根据页岩三层岩石物理模型^[11]，筇竹寺组、龙马溪组等海相页岩由脆性矿物、黏土层和有机质等导电性差异极大的3类物质组成。脆性矿物层由石英、长石、方解石、白云石、黄铁矿等物质组成，孔隙极少，一般认为只有黄铁矿具有导电性，但黄铁矿因质量百分含量一般低于l0％且主要呈星点状分布，因此对页岩的导电性贡献不大。黏土矿物主要由蒙脱石、伊蒙混层、伊利石、绿泥石等具有附加导电性的物质组成，是形成碎屑岩低阻油气层的主要介质之一^[23]。有机质层一般不导电，但在极高成熟  变生阶段因出现碳化现象则具有较强的导电性。根据Barnett页岩和我国东西部低阻油气层电性特征，细粒碎屑岩的导电性主要为泥质／黏土矿物所控制，处于有效生烃窗内的有机质和烃类泥页岩一般不导电。因此黑色页岩电阻率一般随着泥质／黏土矿物增加而降低，随有机质丰度增加而升高^{[10，12，23]}，例如：渤海湾地区古近系一新近系砂泥岩低阻油气层一般含有20％～65％黏土矿物，其电阻率大多为5～20W·m，且随着黏土矿物含量增加而降低^[23]；川南龙马溪组页岩电阻率一般为8～40W·m，且总体随着有机质丰度增加而升高^[10]。

笔者依据长宁地区B井筇竹寺组黑色页岩的岩矿、地化和测井响应资料，建立了中下部4段合计厚度159m页岩的电阻率与TOC、黏土矿物的关系图表(图4、表3)，以了解哪种物质是控制页岩导电性的主要介质。此项研究的结果显示，筇竹寺组黑色页岩电阻率与黏土矿物含量无明显相关性，但与TOC呈良好的负相关性，具体描述如下：①1730.88～1831.825m井段，厚度l01m，黏土矿物含量为28.4％～48.1％，TOC不足l%(平均0.42％)，有机质总体较少，页岩电阻率值一般为220～686W·m，显然是黏土矿物的导电性在发挥主导作用，并且呈现高阻特征；②l831.825～1851.565m井段，厚度20m，黏土矿物含量保持稳定(29.2％～44.5％)，而有机质含量开始增加，TOC一般介于1.0％～2.2%(平均为1.3％)，页岩电阻率则下降至18～202W·m(多为l0～100W·m)，页岩电性出现由高阻向低阻过渡特征，这表明有机质导电性开始显现，其电阻率较黏土矿物低；③1851.565～1871.46m，厚度20m，黏土含量略有下降(一般为24.2％～43.7％)，有机质含量增至l.9％～3.3％，页岩电阻率则快速下降至0.9～7.6W·m，表现为明显的低阻特征，这说明有机质具有较低电阻率，并且开始主导页岩地层的导电性；④l871.46～1889.77m，厚度18m，黏土矿物含量下降至l8％～40％(平均为25.1％)，有机质含量增加至2.2％～7.1％(平均为4.3％)，页岩电阻率则下降至0.1～1W·m，大大低于龙马溪组页岩和渤海湾地区低阻砂泥岩的电阻率，呈现超低电阻特征，这进一步证实筇竹寺组页岩有机质具有较强的导电性(图4、表3)。由此推测，川南筇竹寺组页岩中的有机质可能出现了明显的碳化现象，因而具有比黏土矿物更强的导电性，进而导致富有机质页岩段(TOC>2％)具有低一超低电阻特征。

 

 

至于筇竹寺组页岩有机质碳化到何种程度，目前仅根据低一超低电阻特征还无法进行定量计算，但根据电阻率与有机质丰度的相关性以及电阻率值大小可以对有机质碳化强弱进行定性判断。

碳化不仅导致有机质产气能力降低，微观结构改变，导电性变强，而且对有机质孔隙发育也会产生影响。邹才能、董大忠、李新景等通过对威远地区筇竹寺组(R。介于3.2％～3.6％)和龙马溪组(R。介于2.3％～2.8％)页岩样品开展高倍电镜(氩离子抛光处理后)观察发现，在相近尺度(比例尺刻度值为1mm)的电镜资料中，筇竹寺组页岩有机质孔隙发育程度较龙马溪组页岩差(图5)，主要表现为：受有机质碳化影响，筇竹寺组有机质孔隙出现明显的塌陷和充填现象，边界模糊不清或呈弧形，孔径变小，其中大量直径小于40nm的孔隙因完全充填而基本消失(图5-b右)，进而导致有机质内微孔隙体积大幅度减少，测试面孔率仅4.6％～l0.6％(图5-b)；相反，龙马溪组页岩有机质孔隙不仅数量多，且形态轮廓清晰(多呈菱形或多边形)，较少出现充填现象，测试面孔率为ll.9％～23.9％(图5-a)。镜下分析表明，受有机质碳化影响，筇竹寺组页岩有机质产生的微孔隙体积明显比龙马溪组少，这与前面的计算结果(筇竹寺组的VTOC仅为龙马溪组的1／2)相吻合。

 

据此推断，川南海相页岩有机质孔隙并非总是随着R。增大而持续增加，当R。达到和超过3.2％～3.6％以后，随着有机质碳化程度的增加，有机质孔隙逐渐减少。这与Woodford页岩有机质孔隙变化特征基本一致^[24-25]。Mark E．Curtis等学者通过对具有不同镜质体反射率的Woodford页岩样品开展扫描电镜观察和孔隙度测试分析，发现该页岩有机质孔隙在液态窗阶段较少，进入气态窗后快速增加，且在R。为3.6％时达到高峰，但随后随着R。增加而减少^[24]。

2．2　筇竹寺组成岩作用强，页岩孔隙直径整体变小，进而导致基质孔隙度降低

下寒武统筇竹寺组地层时代老，在川南地质历史中历经400～570Ma的深埋，总体处于成岩晚期—变生作用阶段^[26]。根据长宁B井页岩岩矿测试和电镜观察结果，筇竹寺组黏土矿物全部转化为伊利石(相对含量为61％～70％，平均为67％)和绿泥石(相对含量为30％～39％，平均为33％)，绿泥石以鱼鳞片状针叶片状(<10mm)集合体赋存于伊利石表面，形成多层包膜并堵塞伊利石晶间孔。这表明，筇竹寺组已处于成岩晚期变生阶段，页岩内连通性孔隙体积少，致密化程度高。

页岩孔缝发育且拥有较高的孔隙度和渗透率是形成页岩气优质储层的重要条件。近年来国内外针对页岩气储集空间和渗流通道的研究成果较多^{[4-5，10，12，25，27-31]}，总体认为页岩孔径分布复杂，既含有大量直径介于2～50nm的中型孔隙，又含有一定数量直径小于2nm的微孔隙和相当数量直径大于50nm的大孔隙，如：北美主要产气页岩孔隙直径一般为5～750nm，主体为8～100nm；我国南方下古生界海相页岩孔隙直径一般为5～900nm，主体为20～150nm^{[4-5，10，12，25，27，30-31]}。可见，直径超过l0nm的孔缝是页岩气赋存的主要场所，其发育程度是形成孔隙度在2％以上的有效储层的关键。对于直径小于l0nm的微孔，由于受测试技术精度的限制，目前对其在页岩储集性能中所起的作用还无法形成清晰的认识，需要获得更多证据后才能进一步阐述。因此，本文重点关注的是直径超过l0nm孔隙构成及其对筇竹寺组页岩储层物性的影响。

高压压汞法是近几年发展起来的针对致密性储层微观孔隙结构定量表征的有效测试技术，可以测得直径在几个纳米以上的页岩孔喉大小和基质孔隙度^[31]。笔者应用该压汞法(实验中最高驱替压力为200MPa，识别孔喉最小半径为3.675nm)对川南及其周边72个页岩样品(其中筇竹寺组33个、龙马溪组39个)开展了孔径和孔隙度测试，并建立了测试样品孔径大小与基质孔隙度的相关关系，结果如表4和图6所示。

 

 

筇竹寺组页岩样品孔喉直径均值一般介于7～105nm，样品孔喉直径分布频率为低于20nm的样品占9.1％，20～50nm的样品占69.7％，50～80nm的样品占12.1％，80～110nm的样品占9.1％，即直径小于50nm的中小孔隙占78.8％，直径大于50nm的大孔隙仅占21.2％。龙马溪组页岩孔喉直径均值一般介于8～160nm，样品孔喉直径分布频率为低于20nm的样品占5.1％，20～50nm的样品占51.3％，50～80nm的样品占l7.9％，80～110nm的样品占20.5％，大于ll0nm的样品占5.1％，即直径小于50nm的中小孔隙占56.4％，直径大于50nm的大孔隙占43.6％(为筇竹寺组的2倍)。两套海相页岩基质孔隙度与孔喉直径均值都具有较好的正相关性(图6)，孔喉直径均值为50nm以上、20～50nm和20nm以下的样品分别具有2.7％～6.9％(平均为4.9％)、0.7％～3.6％(平均为2.1％)和1.0％～l.9％(平均为1.4％)的基质孔隙度。这表明，要形成孔隙度在2％以上的有效页岩储层，孔喉直径均值一般需要超过20nm；要形成孔隙度超过4％的优质页岩储层，孔喉直径均值需达到50nm以上。可见，在页岩纳米级孔隙系统中，对基质孔隙度贡献最突出的是孔径超过50nm的大孔隙，其次是孔径介于20～50nm的中孔，而贡献最小的是孔径低于20nm的微小孔(对应的孔隙度一般低于2％)；筇竹寺组页岩以孔径低于50nm的中小型孔隙为主，而孔径超过50nm的大孔隙明最少于龙马溪组，这是导致该页岩基质孔隙度明显减少并低于龙马溪组的重要原因之一。

根据筇竹寺组基质孔隙构成计算结果，黑色页岩基质孔隙主要赋存于黏土矿物层间和有机质中，其中黏土矿物层间孔隙占54％～93％(平均为79％)。这表明，筇竹寺组页岩的大孔隙以黏土矿物层间孔为主，这与龙马溪组基质孔隙特征^[10-11]相似。因此，大孔隙的减少主要表现为连通性较好的黏土矿物层间孔隙的减少，这也是该页岩黏土矿物产生孔隙的能力低于龙马溪组的重要原因。

3　页岩裂缝定量表征

目前，页岩裂缝研究尚处于探索之中，表征的重要参数主要包括裂缝规模(长度和宽度)、产状、充填状况以及裂缝密度等，其中裂缝规模和裂缝密度是判断裂缝发育程度的重要量化指标心^[20，27-28]。笔者根据前人的研究成果并结合生产实践^{[20，27-28，32-33]}，按照裂缝的宽度可将其分为五级，即：微裂缝(缝宽小于0.1 mm)、小裂缝(缝宽0.1～1mm)、中裂缝(缝宽l～10mm)、大裂缝(缝宽l0～100mm)、巨裂缝(缝宽大于l00mm)。

笔者以威远A井筇竹寺组页岩为研究对象(表5)，对其合计厚度164.32m岩心段(埋深2626～2824.5m)进行岩心观察与描述，初步证实：该区筇竹寺组页岩以粉砂质页岩为主，局部为粉砂岩夹层，整个岩心段裂缝发育，发现各种裂缝总计553条，裂缝密度在顶部和中下部较大，上部相对较小。裂缝发育特征具体表现为：在顶部2626～2633m井段，岩性主要为深灰色泥质粉砂岩，裂缝极其发育，裂缝密度达到20条／m；在上部2665～2754m井段，岩性为灰黑色粉砂质页岩夹纹层状粉砂岩，裂缝密度为0～4.2条／m；在中下部2754～2824.5m井段，岩性以粉砂质页岩为主，夹薄层状钙质粉砂岩，裂缝发育，密度大多为4.4～9.7条／m；裂缝规模以微型、小型裂缝为主，其中微缝215条、小缝324条、中—大缝14条，下部2770～2824.5m井段主要发育小型裂缝。

裂缝不仅是碎屑岩储层的重要储渗空间，也是反映岩石脆性的重要指标^{[11，19，29]}。威远筇竹寺组页岩主体为粉砂质页岩，石英含量为20.4％～58.1％(平均为41.2％)，长石含量为l2.3％～36.2％(平均为24.1％)，黏土矿物含量为l4.5％～46.9％(平均为26.2％)，岩石硬而脆，杨氏模量为l.898×10⁴～4.31×10⁴MPa(一般在2.0×10⁴MPa以上)，泊松比为0.12～0.29。可见，筇竹寺组页岩具有高脆性矿物含量以及高杨氏模量和低泊松比，脆性较好，在构造应力作用下易形成天然裂缝，因而对页岩气富集高产具有重要意义。

4　结论

通过对基质孔隙和裂缝定量分析，处于高过成熟的筇竹寺组页岩储集条件具有如下特征。

1)脆性矿物、黏土矿物和有机质3者产生的单位质量孔隙体积为有机质最高、黏土矿物其次、脆性矿物最少。这表明，在质量百分含量相同条件下，有机质和黏土矿物对页岩孔隙空间贡献大。

2)有效储层段孔隙度相对较小，仅为龙马溪组的1／3～1／2，且孔隙构成以黏土矿物层间孔隙和有机质孔隙为主体，两者约占基质孔隙的90％以上。

3)黑色页岩段孔隙度较小的原因主要表现为两方面：①该页岩热成熟度过高，有机质叮能出现碳化，导致有机质孔隙出现部分塌陷和充填；②该页岩成岩作用强，导致大孔隙减少，岩石更加致密。

4)黑色页岩段裂缝总体较发育，裂缝规模以微型、小型裂缝为主，裂缝密度在顶部和中下部较大，上部相对较小。裂缝发育状况反映了筇竹寺组页岩具有脆性矿物含量高、杨氏模量高、泊松比低、脆性好等特点。

 

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本文作者：王道富  王玉满  董大忠  王世谦  黄金亮  黄勇斌  王淑芳  李新景

作者单位：中围石油勘探丌发研究院

  中国石油两南油气田公司勘探开发研究院

  中国石油西南油气田公司蜀南气矿