浙江临安地区富有机质页岩储层特征

王俊涛

(安徽省地质调查院，安徽合肥 230001)



浙江临安地区富有机质页岩储层特征

王俊涛

(安徽省地质调查院，安徽合肥 230001)

通过X衍射、扫描电镜等分析，研究了区块内富有机质泥页岩的储层特征，探讨了区内富有机质泥页岩的储层影响因素。临安地区富含有机质泥页岩的脆性矿物含量整体较高，均大于60%，利于压裂，脆性矿物含量表现为荷塘组高、杨柳岗组次之、胡乐组低；黏土矿物一般小于35%，利于裂缝的形成及吸附，黏土矿物含量表现为胡乐组高、荷塘组次之、杨柳岗组低。整体来看，受构造运动及火山岩影响，临安地区暗色泥页岩的孔隙度和渗透率普遍较低，尤其是杨柳岗组和胡乐组整体偏低。

浙江临安；有机质；页岩气；储层特征

丰富的有机质是形成页岩气烃源岩的基础。古生物学研究表明,缓慢的海平面变化有利于产生丰富的有机质，而快速的海平面变化则有利于保持丰富的有机质，形成良好的烃源岩。

页岩是由多种矿物组成的，其中包含大量的黏土矿物、碎屑矿物及自生矿物。矿物组成决定着页岩气藏的品质，影响着气体的含量[1]。

结合前人的研究和室内分析化验资料表明，浙江临安区块寒武纪-奥陶纪的沉积层序中区域性的烃源岩主要发育于晚寒武世荷塘组、中寒武世杨柳岗组下段、中-晚奥陶世胡乐组3个暗色泥页岩发育层段(表1)。以往对这3 套泥页岩的研究,多集中于生烃潜力的评价，少有的一些矿物成分分析也仅仅限于某一区域或某一地层,缺乏对整个南方古生代3套泥页岩矿物组成的系统研究。笔者通过对采集于南方古生界3 套暗色泥页岩野外露头样品和部分岩心样品的岩石矿物学分析, 研究了其矿物组成和分布,分析了其储层物性。

表1 主要烃源岩发育层位

1 岩石矿物学特点

3套泥页岩样品分别采自研究区内典型剖面和参数井。奥陶系样品主要分布于区块东南角，寒武系样品主要采于西南地区。样品采集地点如图1 所示。

根据全岩X射线衍射分析结果显示(表2)，临安地区早寒武世荷塘组暗色泥页岩的主要矿物为石英、黏土矿物等，其中，石英的含量最高。荷塘组脆性矿物含量平均超过80%，其中大部分为石英，整体上具有良好的脆性和可压性。

通过对临安地区杨柳岗组露头样品的全岩X衍射分析发现，杨柳岗组主要矿物为石英、黏土矿物、长石等，次生矿物主要为黄铁矿、菱铁矿等，部分样品还检测出硬石膏和无水芒硝(表3)。

研究区胡乐组脆性矿物含量平均超过60%，其中大部分为石英，整体上具有良好的脆性和可压性；但是与寒武系地层相比，胡乐组中石英含量较低，而黏土含量较高(表4)。

2 黏土矿物X衍射分析

黏土矿物相较于页岩的其他矿物成分具有更多的纳米孔隙，比表面积十分巨大[2]。且不同的黏土矿物组成，其比表面积也存在很大的差异性，如蒙脱石的比表面积明显高于其他类型的黏土矿物。黏土巨大的比表面积为页岩气提供了可吸附的空间，大大改善了页岩的吸附能力，但页岩中过多的黏土矿物含量不利于天然裂缝和人工裂缝的改造[3]。因此从目前来看，最有利于页岩气形成和开发的黏土矿物含量为20%～40%。

图1 采样位置

根据黏土矿物X射线衍射分析结果显示(表5、6、7)，各地区黏土矿物类型和含量均不同，主要分两类：一为以伊利石(I)为主，其含量可高达 90%以上；二为以伊利石(I)、伊/蒙间层(I/S)为主。除此之外，还有高岭石(K)和绿泥石(C)，绿泥石的含量在不同地区存在较大差异，而高岭土普遍含量较低。

表2 荷塘组富含有机质泥岩全岩X衍射分析统计 %

表3 杨柳岗组富含有机质泥岩全岩X衍射分析统计 %

表4 胡乐组富含有机质泥岩全岩X衍射分析统计 %

表5 荷塘组富含有机质泥岩黏土矿物X衍射分析 %

表6 杨柳岗组富含有机质泥岩黏土矿物X衍射分析 %

表7 胡乐组富含有机质泥岩黏土矿物X衍射分析 %

黏土矿物组成的变化与成岩作用密切相关。根据研究区热演化程度分析结果表明，荷塘组基本均处于晚成岩作用阶段。据王行信等[4]研究表明，当岩石处于晚成岩作用阶段，黏土矿物组成以富含伊利石、伊/蒙间层、绿泥石和高岭石为特征，且成岩作用时间越长，伊/蒙间层和高岭石含量越低。这与研究区的黏土矿物组成一致，同时也从侧面验证了研究区的热演化程度处于过成熟阶段。

综上分析，临安地区富含有机质页岩层位荷塘组脆性矿物含量高，黏土矿物含量适中，利于页岩气富集及后期压裂；杨柳岗次之；而胡乐组受成熟度的影响最差。

3 储集物性特征

页岩的物性特征一般呈现为低孔和特低渗，总孔隙度不大于10%。页岩的孔隙包括宏观微孔隙、微裂缝和微观上的纳米级孔隙。微孔隙和微裂缝不仅为页岩气提供聚集空间，也为页岩气提供运移通道，它们的存在大大改善了页岩的渗流能力，直接影响着页岩气的产量[5]。另外，处于断裂带和裂缝发育带的页岩，其物性会有一定程度的改善，改善页岩的孔隙度和渗透率[6]。

研究区早寒武世荷塘组泥页岩的微孔隙较发育，普通扫描电镜下观察到其微孔隙主要包括溶蚀孔、颗粒粒间孔与粒内孔、微裂缝(图2)，可以看出，岩石成分以泥质为主，碎屑少，岩石内孔隙少量，以微孔为主，面孔率小于1%，泥质形态不规则，其间碎屑颗粒少，微孔少，泥质、硅质等结合较紧密，部分微细孔隙内充填少量针状矿物结晶，泥质成分以伊利石为主，溶蚀微细孔径多为5～30 μm，部分相互连通。从荷塘组野外样品分析的结果来看，临安地区荷塘组页岩的孔隙度和渗透率普遍较高，荷塘组样品孔隙度为1.04%～22.82%，平均6.73%；渗透率为(0.052～6.1)×10-3μm2，平均1.98×10-3μm2，属于低孔低渗型储层。荷塘组中部分样品由于天然裂缝的存在，致使页岩的孔隙度和渗透率变高。

另外从杨柳岗组样品扫描电镜(图3)中可以看出，岩石成分以泥质为主，碎屑少，岩石内孔隙少量，以微孔为主，面孔率3%～4%。泥质形态不规则，其间碎屑颗粒少，微孔较发育，多数相互连通，泥质间微细孔隙以溶蚀微孔为主，微细孔隙连通性好。杨柳岗组孔隙度为0.3%～13.7%，平均为5.1%，孔隙度普遍大于3%；渗透率为(0.04-0.10)×10-3μm2，平均为0.07×10-3μm2，属于低孔超低渗储层。

图2 临安地区荷塘组孔隙特征

图3 临安地区杨柳岗组孔隙特征

胡乐组样品岩石成分以硅质为主，泥质少，岩石结构致密，孔隙不发育，面孔率少。岩石基质成分以硅质为主，微细孔隙零星分布。零星分布的溶蚀微孔，局部个别相互连通。孔隙度为2.64%～5.2%，平均为3.9%，普遍小于5%；渗透率为(0.04～0.214)×10-3μm2，平均为0.101×10-3μm2，属于超低孔超低渗储层。

4 页岩储层物性影响因素探讨

整体来看，临安地区暗色泥页岩的孔隙度和渗透率普遍较低，尤其是杨柳岗组和胡乐组整体偏低。这可能是由于下扬子地区地层经历多期构造运动、埋深较大且受火山岩影响，致使页岩的孔隙度和渗透率变小。

泥页岩中的裂缝对于储层以及页岩气的运移和聚集作用是巨大的。泥页岩中的裂缝按其成因类型可以划分为构造裂缝和非构造裂缝两种大的成因类型和12个亚类[7]。泥页岩裂缝的发育情况会影响页岩吸附气与游离气的含量。裂缝较发育的地方，有利于页岩吸附气的解析以及游离气体积的增加[8-9]。但是，当裂缝规模过大或其密度较高时，可能会导致游离气的散逸，不利于页岩气的成藏[10]。泥页岩裂缝的发育情况会影响页岩吸附气与游离气的含量。泥页岩裂缝发育的控制因素主要包括岩性、矿物组成、岩石力学性质等内部因素和区域构造应力、沉积成岩作用、构造部位等外部因素[11]。

研究区早寒武世泥页岩的脆性较大，加之印支-早燕山期的强烈挤压和燕山期的拉张断陷，使本区页岩中剪节理和张裂缝大量发育。裂缝的存在增加了泥页岩的孔隙度和渗透率。在野外剖面中均可见到大量节理和裂缝(图4)。鉴于研究区自身的情况，对于失去生烃能力的早寒武世泥页岩，规模较大或较为密集的裂缝发育会对页岩气藏产生破坏作用。

图4 研究区荷塘组黑色页岩剖面照片

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[6] 徐祖新,郭少斌.页岩气成藏机理研究[J].内蒙古石油化工,2011,(6):122-124.

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[11] 梁榜,梦吟,蔡进.泥页岩裂缝发育特征及其对含气性的影响[J].江汉石油科技,2013,23(4):1-5.

编辑：赵川喜

1673-8217(2016)06-00014-04

2016-05-31

王俊涛，博士，1983年生，2011年毕业于中国地质科学院，现从事油气地质勘探。

中国地质调查局地质调查项目(12120114019801)；安徽省地质矿产勘查局科技项目(KJ2012-01)。

TE112.23

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