????繼在涪陵礁石壩的五峰-龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探取得重大突破之后，近年來(lái)中國(guó)石化在四川盆地東南緣的丁山鼻狀背斜再次實(shí)現(xiàn)了大突破，丁山有望成為第二個(gè)“礁石壩”。盡管如此，該地區(qū)多個(gè)頁(yè)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(yè)巖氣日產(chǎn)量有增加的趨勢(shì)，然而丁頁(yè)2井距離齊岳山斷裂最遠(yuǎn)，卻有著較低的頁(yè)巖氣日產(chǎn)量。為了厘清導(dǎo)致頁(yè)巖氣日產(chǎn)量存在顯著差異的地質(zhì)條件，中國(guó)科學(xué)院廣州地化所廖玉宏研究員課題組對(duì)丁山地區(qū)多個(gè)勘探井和生產(chǎn)井的頁(yè)巖樣品進(jìn)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(yè)1（DY-1）和丁頁(yè)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(tuán)隊(duì)全面分析了這些頁(yè)巖樣品的有機(jī)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(duì)頁(yè)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(jiǎn)圖（圖1B中的數(shù)字顯示頁(yè)巖氣日產(chǎn)量）

????研究顯示，丁山鼻狀背斜的頁(yè)巖氣產(chǎn)量受到多種因素影響。地層抬升對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)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(duì)五峰-龍馬溪組頁(yè)巖巖心樣品的孔隙度影響很小。五峰-龍馬溪組頁(yè)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(yè)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(shí)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(yè)巖儲(chǔ)層具有較高的頁(yè)巖氣產(chǎn)量。反之，高孔隙度也有利于頁(yè)巖氣從頁(yè)巖儲(chǔ)層中的釋放。

圖2. 影響頁(yè)巖孔隙度的因素

????頁(yè)巖物性研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)的機(jī)械壓實(shí)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(yè)巖樣品的無(wú)機(jī)孔（當(dāng)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(shuō)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(yè)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(jìn)而影響頁(yè)巖氣的存儲(chǔ)和流動(dòng)。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(yè)巖樣品總孔體積（V_total）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(shuō)，距離齊岳山逆沖斷層越遠(yuǎn)，頁(yè)巖的孔隙體積與有機(jī)碳含量的相關(guān)性越強(qiáng)，斜率越高；與斷層距離越近，頁(yè)巖的孔隙體積與有機(jī)碳含量的相關(guān)性越低，頁(yè)巖的孔隙體積與有機(jī)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(dāng)距離大于15km時(shí)，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(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的甜點(diǎn)區(qū)提供了科學(xué)依據(jù)。

圖3 頁(yè)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(shí)別和評(píng)估碳酸鹽礦物對(duì)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，丁頁(yè)2井高碳酸鹽礦物頁(yè)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(yè)巖層段的這種強(qiáng)烈的碳酸鹽膠結(jié)作用很可能會(huì)對(duì)研究區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)及頁(yè)巖氣的開(kāi)采產(chǎn)生影響。

圖4 頁(yè)巖樣品的光學(xué)圖像和陰極發(fā)光（CL）顯微照片。

????通過(guò)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(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣的高效開(kāi)發(fā)，最佳目標(biāo)層位應(yīng)當(dāng)是有機(jī)碳豐富、黏土和碳酸鹽礦物含量低的頁(yè)巖層，且甜點(diǎn)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(yè)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(yè)巖氣的富集機(jī)理和保存條件提供了有用的信息，對(duì)復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域的頁(yè)巖氣勘探也具有指導(dǎo)意義。研究得到了中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)（B類(lèi)和A類(lèi)）的資助，研究成果近期發(fā)表在能源地質(zhì)領(lǐng)域國(guó)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(qiáng)研究員、王云鵬研究員、彭平安院士和中國(guó)石化勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)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(qiáng)),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