Shale oil reservoir characteristics and exploration implication in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
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摘要: 为进一步指导四川盆地侏罗系自流井组大安寨段页岩油的勘探与开发，亟需理清页岩油的有利赋存岩相。通过岩心观察、薄片鉴定、高压压汞、核磁共振、岩石热解等实验，分析大安寨段页岩层系不同岩相的储集空间类型、孔隙结构特征及含油性。结果表明，大安寨段主要发育块状(泥质)介壳灰岩、层状泥质介壳灰岩、层状介壳页岩、纹层状含介壳页岩、块状含介壳黏土质页岩和页理状含粉砂黏土质页岩6类岩相；页岩物性远优于介壳灰岩，且随着灰质含量的增加孔径逐渐增大，但总孔体积和总连通体积逐渐减小；大安寨段页岩层系平均游离油(S1)值为1.31 mg/g，含油性中等，页理状含粉砂黏土质页岩与纹层状含介壳页岩S1值较高，分别为2.37 mg/g与1.82 mg/g。页理状含粉砂黏土质页岩和纹层状含介壳页岩的储集性较好、含油性较高，两者构成的岩相组合可作为大安寨段页岩油的重点勘探对象。Abstract: To further guide the exploration and development of shale oil in the Da'anzhai Member of the Jurassic Ziliujing Formation in the Sichuan Basin, it is urgent to clarify the favorable lithofacies of shale oil. In this study, core observation, thin section authentication, high pressure mercury injection, NMR, rock pyrolysis analysis and other experiments were used to analyze the reservoir space types, pore structure characteristics and oil-bearing properties of different lithofacies of shale series in the Da'anzhai Member. The results show that mainly six types of lithofacies are developed in the Da'anzhai Member: massive (argillaceous) shell limestone, layered argillaceous shell limestone, layered shell shale, laminar shell-bearing shale, massive shell-bearing clay shale and foliated siltstone-bearing clay shale. The physical properties of shale in the Da'anzhai Member are much better than those of shell limestone, and with the increase of calcareous content, the pore size of the shale gradually increases, but the total pore volume and total connected volume gradually decrease. The average free oil value (S1) of the shale series in the Da'anzhai Member is 1.31 mg/g, with moderate oil-bearing property. The S1 values of the foliated siltstone-bearing clay shale and the laminar shell-bearing shale are relatively higher, which are 2.37 mg/g and 1.82 mg/g, respectively. In summary, it is believed that the foliated siltstone-bearing clay shale and the laminar shell-bearing shale have good reservoir properties and high oil-bearing properties. The lithofacies combination of the two can be a key exploration target for shale oil in the Da'anzhai Member.
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Key words:
- reservoir space /
- oil-bearing property /
- shale oil /
- reservoir characteristics /
- Da'anzhai Member /
- Jurassic /
- Sichuan Basin
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页岩油作为非常规油气的重要组成部分，在保障国家能源安全方面扮演着愈发重要的角色。中国页岩油资源丰富，可采资源量仅次于俄罗斯和美国，是现阶段最具现实意义的接替资源[1]。近年来，随着页岩油勘探开发技术的不断进步，我国在页岩油勘探开发领域不断取得突破。松辽盆地古龙凹陷青山口组古页1、英页1以及古页2HC等重点井均实现了高产、稳产油流[2]。鄂尔多斯盆地庆城油田2021年在三叠系延长组的页岩油产量达到了1.31×106 t[3]。渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔二段已经获得多口日产油稳定在80 t以上的油井[4]。
四川盆地侏罗系页岩层系成熟度较高，气油比较大，页岩脆性较高，页岩油的流动性较强，具有良好的页岩油开发条件, 一直寄希望于取得勘探突破。其中，又属自流井组大安寨段页岩层系有机碳含量相对最高，页岩厚度最大，湖盆沉积范围最广，被认为是四川盆地侏罗系最有利的页岩油开发层位[5]。截至目前，四川盆地侏罗系页岩油勘探已经取得了一些进展。位于仪陇—平昌地区的平安1井在侏罗系凉高山组页岩获得日产油112.8 m3、日产气11.45×104 m3的高产油气流[6]。位于四川盆地涪陵北部拔山寺向斜的泰页1井，在侏罗系凉高山组取得了日产气7.5×104 m3、日产油9.8 m3的突破[7]；涪页10HF井在东岳庙段也取得了日产气5.58×104 m3、日产油17.6 m3的重大突破[8]。然而，被认为是四川盆地侏罗系最有利的页岩油开发对象的大安寨段[9]一直未获得显著突破。近年来，学者们已经对川中地区大安寨段的岩相类型和储层特征进行了一系列的研究[10]，在页岩油储层微观孔喉方面取得了大量的认识[11]，但缺少对其宏观层面的定量表征，导致不同岩相的储集性不明，严重制约了页岩油的勘探与开发进程。
基于此，本文对不同岩相页岩的储集性开展综合研究，并对页岩油的赋存空间和含油性进行定性与定量表征，从而深化对川中侏罗系大安寨段页岩油储层的认识，以期指导页岩油的勘探开发。
1. 研究区概况
四川盆地整体上近似菱形，四周从北部顺时针依次被米仓山、大巴山、齐岳山、大娄山、大凉山、龙门山包围[12]。四川盆地由6个构造单元构成，分别是川北坳陷、川东高陡构造带、川东南低陡构造带、川西南平缓构造带、川西坳陷及位于盆地中部的川中隆起。研究区位于四川盆地中部，属于川中油气区，区域构造位置隶属于四川盆地“川中古隆中斜平缓构造带”及“川北古中坳陷低缓带”的东部，夹于成都和重庆之间(图 1a)。
图 1 四川盆地构造单元划分、研究区位置(a)及侏罗系自流井组大安寨段地层特征(b)据参考文献[13]修改。Figure 1. Tectonic unit division of Sichuan Basin, location of study area (a) and stratigraphic characteristics of Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation (b)四川盆地下侏罗统自流井组大安寨段可以分为3个亚段，从下至上分别命名为大三、大二、大一亚段；又可将大二亚段分为大二a、大二b、大二c 3个小层。其中大三亚段厚度约5~12 m，顶部和底部发育厚层介壳灰岩，中间夹有黑色页岩，属于浅湖沉积；大二亚段厚度约为40~60 m，岩性为厚层黑色页岩以及页岩与泥质介壳灰岩的薄互层，属于半深湖沉积；大一亚段厚度约20~35 m，主要发育厚层介壳灰岩，其间夹有薄层页岩，为浅湖沉积[13](图 1b)。
2. 岩相类型及其特征
目前，对于川中大安寨段页岩岩相类型的研究已经取得了一系列的进展，学者们认为主要发育黏土质页岩、粉砂质黏土质页岩、黏土质粉砂质页岩、黏土质介壳灰质页岩、介壳灰质黏土质页岩和泥质粉砂岩等6类岩相[10]。本文以前人对大安寨段岩相划分为基础，通过岩心宏观观察及显微薄片镜下鉴定，并且结合沉积构造特征，将大安寨段划分为块状(泥质)介壳灰岩(图 2a，b)、纹层状含介壳页岩(图 2c)、层状介壳页岩(图 2d)、块状含介壳黏土质页岩(图 2e)、页理状含粉砂黏土质页岩(图 2f)、层状泥质介壳灰岩(图 2g)共6种主要岩相类型。在显微镜下，块状介壳灰岩主要由亮晶方解石构成(图 2h)，而块状泥质介壳灰岩主要由泥晶方解石构成(图 2i)；块状含介壳页岩中破碎的介壳呈间断性分布(图 2n)；层状介壳页岩中泥质和灰质条带相隔发育(图 2j)，部分方解石条带在镜下呈叠椎构造(图 2k)；纹层状含介壳页岩中介壳定向排列，壳形完整、壳体较小，与泥质条带间隔发育(图 2l)；页理状含粉砂黏土质页岩中介壳含量极少(图 2m)，增加曝光强度后可见明显的层理结构(图 2o)。
图 2 川中侏罗系自流井组大安寨段典型岩性特征a.RA1井，3 474.74~7 474.99 m，块状泥晶生屑灰岩；b.RA1井，2 438.44~2 438.63 m，块状泥质介壳灰岩；c.RA1井，2 436.95~2 437.16 m，含生屑页岩与介壳灰岩纹层状(毫米级)互层；d.RA1井，2 487.6~2 487.78 m，含生物页岩与介壳灰岩层状(厘米级)互层；e.RA1井，2 443.61~2 443.74 m，块状含介壳泥岩；f.RA1井，3 292.99~3 293.21 m，块状页理状纯页岩；g.RA1井，3 481.28~3 481.53 m，粉砂质泥岩；h.Q20井，2 869.6 m，亮晶介壳灰岩；i.Q25井，2 859.18 m，泥晶生屑灰岩；j.LA1井，3 502.7 m，中层含泥介壳灰岩；k.LA1井，3 514.6 m，叠椎构造；l.LA1井，3 507.3 m，纹层含介壳黏土质页岩；m.LA1井，3 532.3 m，块状含粉砂黏土质页岩；n.LA1井，3 528.55 m，含介壳页岩；o.LA1井，3 487.06 m，页理状含粉砂黏土质页岩。Figure 2. Typical lithological characteristics of Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin3. 页岩储集空间类型
川中大安寨段页岩层系岩相复杂、储层非均质性强，孔隙类型、大小和形态等特征在空间上变化很大。扫描电镜观察结果显示，不同岩相孔隙结构特征差距明显(图 3)。根据LOUCKS等[14]对成熟—高成熟页岩样品的孔隙分类方案，将大安寨段页岩层系中的孔隙类型划分为粒间孔、粒内孔和微裂缝3个大类，并对各类孔隙圆度、伸长率、面积、周长、孔径等特征进行统计分析(表 1)。
图 3 川中侏罗系自流井组大安寨段页岩储集空间类型a.G6井，2 535.18 m，黏土矿物粒内孔；b.G6井，2 538.31 m，发育粒间孔，微裂缝定向排列；c.RA1井，2 458.6 m，方解石晶间孔；d.G6井，2 538.31 m，方解石晶间孔与微裂缝；e.G6井，2 538.31 m，泥质和钙质条带之间发育微裂缝；f.G6井，2 538.31 m，石英粒间孔；g.RA1井，2 462.1 m，半有机质孔，有机质边缘缝；h.RA1井，2 464.5 m，有机孔；i.RA1井，2 464.5 m，黄铁矿晶间孔。Figure 3. Shale reservoir space types in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin表 1 川中侏罗系自流井组大安寨段页岩孔隙类型及形态特征Table 1. Pore types and morphologic characteristics of shale in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin孔隙类型 孔隙属性 孔径/μm 样品数/个 圆度 伸长率 面积/μm2 周长/μm 粒内孔 有机质孔 0.37 3.49 1.37 5.09 0.5~10 20 粒内孔 黄铁矿晶间孔 0.41 3.43 1.09 4.78 0.2~5 12 粒内孔 黏土粒内孔 0.31 4.44 0.66 4.34 0.5~5 15 粒间孔 石英粒间孔 0.54 2.10 5.87 9.32 0.2~10 12 粒间孔 方解石晶间孔 0.46 2.59 0.83 4.04 0.5~5 20 粒间孔 有机质边缘孔 0.16 9.08 5.58 34.30 1~20 25 微裂缝 0.07 19.50 329.37 280.64 20~220 32 3.1 粒内孔
川中大安寨段页岩粒内孔包括有机质孔、黄铁矿晶间孔、黏土粒内孔。有机质孔呈长条状或不规则状(图 3h)，多发育在无定形沥青质体中，圆度中等(平均0.37)，孔隙伸长率中等(平均3.49)，孔面积较大(平均1.37 μm2)，周长较大(平均5.09 μm)，孔径介于0.5~10 μm之间。黄铁矿晶间孔呈三角形状(图 3i)，在黄铁矿形成的集合体中发育较多，孔隙形态较为规则，圆度较高(平均0.41)，孔隙伸长率较低(平均3.43)，孔面积中等(平均1.09 μm2)，周长中等(平均4.78 μm)，孔径介于0.2~5 μm之间。黏土矿物粒内孔形态复杂，呈近板状或不规则状(图 3a)，在黏土矿物之间发育较多，圆度较低(平均0.31)，孔隙伸长率较高(平均4.44)，孔面积较小(平均0.66 μm2)，孔径介于0.5~5 μm之间。
3.2 粒间孔
川中大安寨段页岩粒间孔包括石英粒间孔、方解石晶间孔、有机质边缘孔。石英粒间孔的形态较为规则(图 3f)，孔圆度较高(平均0.54)，伸长率较低(平均2.10)，孔隙较大，平均孔面积达到5.87 μm2，孔径分布在0.2~10 μm之间。方解石晶间孔形成于方解石晶体间，形态较为规则，均质性较强(图 3c)，孔圆度中等(平均0.46)，伸长率中等(平均2.59)，但孔隙较小，平均孔面积为0.83 μm2，孔径分布在0.5~5 μm之间。有机质边缘孔发育于有机质的边缘，是由于有机质的收缩而形成的“收缩缝”，整体上呈长条状(图 3g-h)，其圆度较低(平均0.16)，平均伸长率达到9.08，但是孔隙较大，平均孔面积可达5.58 μm2，孔径可达20 μm。
3.3 微裂缝
大安寨段页岩中的微裂缝可以分为两种：一种是沉积层理缝(图 3b)，它的特点是切穿多个矿物颗粒，在页岩中较为发育，延伸远且跨度长，是页岩油赋存和流动的主要空间；另一种是成岩缝(图 3e, d)，此类裂缝的缝宽较大，连续性较好，其延伸长度受碳酸盐矿物的长度控制，发育在碳酸盐矿物(如介壳)和黏土矿物之间。总体上，微裂缝呈长条状分布，圆度差，伸长率极高，孔面积大，孔径分布在20~220 μm之间，是页岩储层中有利的储集空间类型。
大安寨段页岩的储集空间类型以黏土矿物粒内孔为主，其孔径小，但数量多，连通性较好。灰岩中发育的方解石晶间孔的孔径虽大，但孔隙之间相互独立，连通性较差。有机质孔和溶蚀孔欠发育，微裂缝构成了页岩油的有效渗流通道。
4. 页岩油储层特征
4.1 页岩储集空间定量表征
随着近年来页岩油气勘探开发技术的不断突破，表征页岩孔径的实验方法得到了丰富[15-16]。目前表征页岩孔径的实验方法较多，如扫描电镜、原子力显微镜、高压压汞、N2吸附、CO2吸附、小角散射、核磁共振等[16-17]，但各种方法皆有其优缺点。为了获得页岩储层全孔径分布特征，需要将多种方法结合起来。目前常用的全孔径表征方法有两种：一种是利用CO2吸附、N2吸附和高压压汞联合表征页岩全孔径，其中CO2吸附用于表征微孔、N2吸附用于表征介孔、高压压汞用于表征宏孔[18]；另一种方法是利用核磁共振T2谱特征来表征页岩的全孔径分布，但此种方法需要进行T2值与孔径之间的联合标定[19]。鉴于核磁共振能够避免不同实验联合表征页岩孔径时的误差缺陷，本文采用后者对川中大安寨段页岩储层进行定量表征。
4.1.1 高压压汞实验
高压压汞实验是目前研究页岩孔隙结构、孔径分布广泛使用的方法，高压压汞实验能够获得较宽的孔径分布范围，可用来准确地刻画页岩的储集空间分布特征[19-20]。选择5块大安寨段不同岩相样品做高压压汞实验。通过对比5种岩相的高压压汞数据(表 2)、高压压汞进汞曲线及孔径分布曲线(图 4)，发现页理状含粉砂黏土质页岩的门槛压力最大(0.089 4 MPa)，孔隙连通性较差；其次是层状介壳页岩(0.039 2 MPa)、块状含介壳黏土质页岩(0.023 6 MPa)和块状介壳灰岩(0.023 3 MPa)，孔隙连通性中等；纹层状含介壳页岩的门槛压力最小(0.004 6 MPa)，孔隙连通性最好。
表 2 川中侏罗系自流井组大安寨段不同岩相页岩(块状样品)高压压汞实验数据统计Table 2. Statistics of high pressure mercury pressure experimental data of different lithofacies of shale (block samples) in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin井号 编号 深度/m 岩相 门槛压力/MPa 总进汞量/(mL/g) 孔隙度/% 平均孔径/nm 总孔体积/(mL/g) 比表面积/(m2/g) RA1 1 2 471.00 层状介壳页岩 0.039 2 0.008 1.951 205.430 0.008 0.145 RA1 2 2 473.77 块状含介壳黏土质页岩 0.023 6 0.015 3.847 16.500 0.015 3.651 RA1 3 2 487.60 纹层状含介壳页岩 0.004 6 0.010 2.532 36.560 0.010 1.077 G10 4 2 686.70 页理状含粉砂黏土质页岩 0.089 4 0.033 7.680 15.980 0.033 8.254 PC1 5 3 180.01 块状介壳灰岩 0.023 3 0.005 1.401 651.970 0.005 0.033 
图 4 川中侏罗系自流井组大安寨段不同岩相块状样品高压压汞进汞曲线及孔径分布Figure 4. High pressure mercury injection curves and pore size distribution of different lithofacies of block samples in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin但是从总孔体积来看，平均孔径最大的两者分别为块状介壳灰岩(651.970 nm)和层状介壳页岩(205.430 nm)，但它们的进汞量(0.005 mL/g与0.008 mL/g)、孔隙度(1.401%与1.951%)、总孔体积(0.005 mL/g与0.008 mL/g)和比表面积(0.033 m2/g与0.145 m2/g)反而最小；页理状含粉砂黏土质页岩拥有最大的进汞量(0.033 mL/g)、孔隙度(7.680%)、总孔体积(0.033 mL/g)和比表面积(8.254 m2/g)；纹层状含介壳页岩与块状含介壳黏土质页岩介于上述两者之间。
4.1.2 核磁共振实验
核磁共振被认为具有页岩全孔径表征的优势。核磁共振弛豫时间可以指示页岩的孔径大小，长弛豫时间对应大孔径，短弛豫时间对应小孔径，所以页岩孔径特征可以利用页岩饱和水核磁共振T2谱中峰的个数、信号强度和所处位置来反映[21-22]。
大安寨段页岩层系中各岩相饱和水后核磁共振T2谱均呈现出3个峰形态(从前到后分别命名为P1、P2和P3)(图 5)，表明页岩孔径分布较为复杂。总体上，P1峰处于T2＜8 ms范围内，P2峰处在8 ms＜T2＜100 ms的范围内，而P3峰处在100 ms＜T2＜1 000 ms的范围内。学者们通过分段联合标定(即用N2吸附测得的微小孔标定P1峰，用FE-SEM获得的中孔标定P2峰，用高压压汞获得的大孔标定P3峰)的基础上，将微小孔、中孔和大孔分别用页岩饱和水核磁共振谱图中的3个峰代表[23]。在大安寨段样品的3个峰中，P1峰的信号最强，P2峰和P3峰的信号较弱，表明各类岩相中微小孔的数量均大于中孔和大孔。且页理状含粉砂黏土质页岩与纹层状含介壳页岩的P1峰信号最强，指示其含有微小孔的数量较多；块状(泥质)介壳灰岩与层状泥质介壳灰岩P1峰信号最弱，指示其含有微小孔的数量较少。
图 5 川中LA1井侏罗系自流井组大安寨段页岩层系不同岩相饱和水核磁共振T2谱图Figure 5. Water-saturated NMR T2 spectrum of different lithofacies of shale series in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin通过将核磁共振T2谱与高压压汞孔径分布曲线进行比对，建立T2时间与孔径大小的定量关系，并统计不同岩相中微小孔、中孔和大孔体积的相对占比(图 6)。块状(泥质)介壳灰岩、层状泥质介壳灰岩和层状介壳页岩的大孔含量较高，平均占比达到75%以上；而微小孔和中孔的含量较低，平均占比小于25%，这与介壳灰岩主要发育介壳边缘缝或破裂缝、很少发育粒内孔和基质孔有关。纹层状含介壳页岩和块状含介壳黏土质页岩的微小孔和中孔含量增加，占比达到35%以上；大孔含量相应减小。页理状含粉砂黏土质页岩的中微小孔含量较高，占比达到80%；而大孔的含量较低，占比小于20%。
图 6 川中侏罗系自流井组大安寨段不同岩相核磁共振孔隙体积相对占比统计Figure 6. Statistical histograms of NMR pore volume relative proportion of different lithofacies in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin统计不同岩相各类孔隙的峰面积(图 7)，发现页理状含粉砂黏土质页岩、层状介壳页岩和纹层状含介壳页岩中各类孔隙的总孔隙体积较高，而块状含介壳页岩、层状泥质介壳灰岩、块状(泥质)介壳灰岩中各类孔隙的总孔隙体积较小，证明随着纹层的增加和泥质含量的增加，页岩总孔隙体积逐渐变大。统计大安寨段岩石矿物组分与孔隙度之间的关系(图 8)，结果显示岩石孔隙度与黏土质含量呈正比，与钙质含量呈反比，表明黏土矿物基质孔是大安寨段页岩主要的储集空间类型。
图 7 川中侏罗系自流井组大安寨段不同岩相核磁共振峰面积统计Figure 7. Statistical histograms of NMR peak area of different lithofacies in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
图 8 川中侏罗系自流井组大安寨段页岩层系岩石矿物组成与孔隙度之间的关系Figure 8. Relationship between rock mineral composition and porosity of shale series in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin结合高压压汞实验与核磁共振实验结果，分析认为川中大安寨段不同岩相孔径分布存在明显差异，且随着纹层的增加(块状—层状—纹层状—页理状)和泥质含量的增加(介壳灰岩—泥质介壳灰岩—介壳页岩—含介壳页岩—页岩)，页岩的孔径逐渐减小，但总孔隙体积和连通孔体积逐渐变大。
4.2 不同岩相含油性与赋存空间
刻画页岩储层中原油的赋存空间，有助于识别页岩油富集的岩相。通过荧光显微镜观察，发现大安寨段各类岩相均有强烈的荧光显示，但原油的赋存空间不同(图 9)。块状介壳灰岩中的生物壳体荧光显示较弱(图 9a)，含油性较差，原油主要赋存在介壳破裂缝和介壳边缘缝(图 9b)中；层状介壳页岩中原油主要赋存在介壳破碎缝(图 9c)和泥岩基质孔(图 9d)中；纹层状含介壳页岩原油主要赋存在微裂缝和基质孔中(图 9e)；页理状含粉砂黏土质页岩原油主要赋存在微裂缝中(图 9f)。对比不同岩相的荧光照片，发现随着泥质含量的增加，荧光显示减弱，这与荧光显微镜能够识别的孔隙较为局限有关。荧光显示强烈的地方多集中在微裂缝中，证明微裂缝可以改善储层的物性，有利于页岩油的可动性。
图 9 川中侏罗系自流井组大安寨段各类岩相典型的单偏光照片及其对应的荧光照片a.RA1，2 435.28 m，介壳灰岩，完整的介壳不发荧光；b.RA1，2 451.08 m，泥质介壳灰岩，介壳破碎缝和边缘缝含油；c.RA1，2 456.34 m，层状介壳页岩，泥岩基质孔和介壳破碎缝中含油；d.RA1，2 440.35，块状含介壳页岩，泥岩基质孔和介壳破碎缝中含油；e.RA1，2 464.5 m，黏土质泥页岩，微裂缝和基质孔中含油；f.G6井，2 549.32 m，页理状含粉砂黏土质页岩，微裂缝中含油。Figure 9. Typical single-frequency polarized light photos of various lithofacies in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin and their corresponding fluorescence photos含油性评价是页岩油研究的关键要素之一，页岩层系的含油性高低直接决定了目的层中页岩油的开采潜力。热解参数游离油S1值和氯仿沥青“A”含量是表征页岩油含油量的2个重要参数，其值越高，代表页岩的含油性越好[24-25]。
前人对川中龙安1井和仁安1井大安寨段页岩样品的热解数据进行过统计，认为大安寨段含油性总体较差，S1值介于0.03~3.22 mg/g之间，平均值为0.85 mg/g[11]。本次统计结果显示，川中大安寨段页岩层系的含油性中等，S1值分布于0~9.47 mg/g之间，平均值为1.31 mg/g，氯仿沥青“A”分布于0.01%~0.89%之间，平均值为0.23%。分类统计不同岩相的S1值和氯仿沥青“A”值结果显示，不同岩相的含油性差距较大(图 10)：页理状含粉砂黏土质页岩S1值与氯仿沥青“A”含量较高，分别可达到2.37 mg/g和0.42%；块状含介壳黏土质页岩和纹层状含介壳页岩的含油性次之，S1平均值分别达到1.65 mg/g和1.82 mg/g，氯仿沥青“A”平均值分别达到0.31%和0.28%；层状介壳页岩和层状泥质介壳灰岩含油性较低，S1平均值分别为1.12 mg/g和0.58 mg/g，氯仿沥青“A”平均值分别为0.22%和0.12%；块状(泥质)介壳灰岩S1平均值和氯仿沥青“A”平均值仅为0.16 mg/g和0.03%，为6类岩相中最小。
图 10 川中侏罗系自流井组大安寨段不同岩相S1值和氯仿沥青“A”含量交会图Figure 10. Cross plots of different lithofacies pyrolysis parameter S1 and chloroform bitumen "A" content in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin5. 页岩油勘探启示
上文对不同岩相中原油赋存空间的定性及定量表征发现，页理状和纹层状页岩发育有大量的微裂缝和连通孔，这些孔缝构成了页岩油主要富集与流动的空间，导致其物性优于介壳灰岩。热解S1和氯仿沥青“A”值亦显示页岩的含油性优于介壳灰岩。为了明确不同岩相中页岩油的丰度和可采性，对比评价不同岩相的含油性指数OSI[OSI=S1/w(TOC)]。
大安寨段页岩层系TOC含量较低，但其OSI值较高，平均值为95.0 mg/g，证明页岩的烃转化率较高，整体可采性较好，这与前人的认识一致[11]。不同岩相的OSI指数相差较大，其中页理状含粉砂黏土质页岩的OSI值最大，平均值达到100.1 mg/g；其次为纹层状含介壳页岩，OSI平均值为98.2 mg/g；其他岩相的OSI值较小，低于70 mg/g。OSI用来指示页岩储层的含油性与可采性，可分别以25、50、75、100 mg/g为界，将页岩储层划分为低含油层、中含油层、高含油层、优质含油层和商业含油层，并且OSI值越高，页岩储层的可采性越强[25-27]。从上述结果可知，页理状含粉砂黏土质页岩和纹层状含介壳页岩的可采性相对较好，这与前人研究认为大安寨段富有机质页岩段含油性好相吻合[11]。
综合岩相、储层和含油性的研究结果，认为大安寨段发育的主要岩相中，页理状含粉砂黏土质页岩和纹层状含介壳页岩总进汞量较大、总孔体积较大、连通孔体积较高、热解参数S1和氯仿沥青“A”值较大，含油饱和度指数较高，指示其储集性与含油性较好。因此，页理状含粉砂黏土质页岩和纹层状含介壳页岩组成的岩相组合可作为大安寨段页岩油的重点勘探对象。近期，在大安寨段富有机质、高孔隙度、高S1值的黑色页岩段有多口井出油气(如龙安1井、龙浅2井、秋林19井)，是对这一观点的有力佐证[5]。
6. 结论
(1) 川中大安寨段主要发育块状(泥质)介壳灰岩、层状泥质介壳灰岩、层状介壳页岩、纹层状含介壳页岩、块状含介壳黏土质页岩、页理状含粉砂黏土质页岩6类岩相。黏土矿物粒内孔是最主要的储集空间类型，有机质孔和溶蚀孔欠发育，微裂缝构成了页岩油的有效渗流通道。
(2) 川中大安寨段页岩层系不同岩相微小孔、中孔和大孔均有发育。随着灰质含量的减少、泥质含量的增加，页岩的孔径逐渐减小，但总孔体积和总连通孔体积逐渐增大。随着纹层数量的增多，页岩层系核磁共振T2谱图信号增强，总孔体积逐渐变大，这导致页岩物性远优于介壳灰岩。
(3) 川中大安寨段页岩层系的荧光显示集中在介壳破裂缝等微裂缝中，页理状含粉砂黏土质页岩和纹层状含介壳页岩的储集性较好、含油性较高、可采性好，两者构成的岩相组合可以作为大安寨段页岩油的重点勘探对象。
致谢: 本文在撰写过程中审稿专家提出许多宝贵意见，在此致以衷心感谢！利益冲突声明/Conflict of Interests所有作者声明不存在利益冲突。All authors disclose no relevant conflict of interests.作者贡献/Authors’Contributions洪海涛、路俊刚参与实验设计与论文撰写；肖正录、周易鑫参与实验操作与数据解释；秦春雨、张少敏、张芮、周红飞、韩璐媛参与数据整理与绘图。所有作者均阅读并同意最终稿件的提交。HONG Haitao and LU Jungang participated in experimental design and paper writing. XIAO Zhenglu and ZHOU Yixin participated in experimental operations and data interpretation. QIN Chunyu, ZHANG Shaomin, ZHANG Rui, ZHOU Hongfei and HAN Luyuan participated in data organization and diagram drawing. All the authors have read the last version of paper and consented for submission. -
图 1 四川盆地构造单元划分、研究区位置(a)及侏罗系自流井组大安寨段地层特征(b)
据参考文献[13]修改。
Figure 1. Tectonic unit division of Sichuan Basin, location of study area (a) and stratigraphic characteristics of Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation (b)
图 2 川中侏罗系自流井组大安寨段典型岩性特征
a.RA1井，3 474.74~7 474.99 m，块状泥晶生屑灰岩；b.RA1井，2 438.44~2 438.63 m，块状泥质介壳灰岩；c.RA1井，2 436.95~2 437.16 m，含生屑页岩与介壳灰岩纹层状(毫米级)互层；d.RA1井，2 487.6~2 487.78 m，含生物页岩与介壳灰岩层状(厘米级)互层；e.RA1井，2 443.61~2 443.74 m，块状含介壳泥岩；f.RA1井，3 292.99~3 293.21 m，块状页理状纯页岩；g.RA1井，3 481.28~3 481.53 m，粉砂质泥岩；h.Q20井，2 869.6 m，亮晶介壳灰岩；i.Q25井，2 859.18 m，泥晶生屑灰岩；j.LA1井，3 502.7 m，中层含泥介壳灰岩；k.LA1井，3 514.6 m，叠椎构造；l.LA1井，3 507.3 m，纹层含介壳黏土质页岩；m.LA1井，3 532.3 m，块状含粉砂黏土质页岩；n.LA1井，3 528.55 m，含介壳页岩；o.LA1井，3 487.06 m，页理状含粉砂黏土质页岩。
Figure 2. Typical lithological characteristics of Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
图 3 川中侏罗系自流井组大安寨段页岩储集空间类型
a.G6井，2 535.18 m，黏土矿物粒内孔；b.G6井，2 538.31 m，发育粒间孔，微裂缝定向排列；c.RA1井，2 458.6 m，方解石晶间孔；d.G6井，2 538.31 m，方解石晶间孔与微裂缝；e.G6井，2 538.31 m，泥质和钙质条带之间发育微裂缝；f.G6井，2 538.31 m，石英粒间孔；g.RA1井，2 462.1 m，半有机质孔，有机质边缘缝；h.RA1井，2 464.5 m，有机孔；i.RA1井，2 464.5 m，黄铁矿晶间孔。
Figure 3. Shale reservoir space types in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
图 4 川中侏罗系自流井组大安寨段不同岩相块状样品高压压汞进汞曲线及孔径分布
Figure 4. High pressure mercury injection curves and pore size distribution of different lithofacies of block samples in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
图 5 川中LA1井侏罗系自流井组大安寨段页岩层系不同岩相饱和水核磁共振T2谱图
Figure 5. Water-saturated NMR T2 spectrum of different lithofacies of shale series in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
图 6 川中侏罗系自流井组大安寨段不同岩相核磁共振孔隙体积相对占比统计
Figure 6. Statistical histograms of NMR pore volume relative proportion of different lithofacies in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
图 7 川中侏罗系自流井组大安寨段不同岩相核磁共振峰面积统计
Figure 7. Statistical histograms of NMR peak area of different lithofacies in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
图 8 川中侏罗系自流井组大安寨段页岩层系岩石矿物组成与孔隙度之间的关系
Figure 8. Relationship between rock mineral composition and porosity of shale series in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
图 9 川中侏罗系自流井组大安寨段各类岩相典型的单偏光照片及其对应的荧光照片
a.RA1，2 435.28 m，介壳灰岩，完整的介壳不发荧光；b.RA1，2 451.08 m，泥质介壳灰岩，介壳破碎缝和边缘缝含油；c.RA1，2 456.34 m，层状介壳页岩，泥岩基质孔和介壳破碎缝中含油；d.RA1，2 440.35，块状含介壳页岩，泥岩基质孔和介壳破碎缝中含油；e.RA1，2 464.5 m，黏土质泥页岩，微裂缝和基质孔中含油；f.G6井，2 549.32 m，页理状含粉砂黏土质页岩，微裂缝中含油。
Figure 9. Typical single-frequency polarized light photos of various lithofacies in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin and their corresponding fluorescence photos
图 10 川中侏罗系自流井组大安寨段不同岩相S1值和氯仿沥青“A”含量交会图
Figure 10. Cross plots of different lithofacies pyrolysis parameter S1 and chloroform bitumen "A" content in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
表 1 川中侏罗系自流井组大安寨段页岩孔隙类型及形态特征
Table 1. Pore types and morphologic characteristics of shale in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
孔隙类型 孔隙属性 孔径/μm 样品数/个 圆度 伸长率 面积/μm2 周长/μm 粒内孔 有机质孔 0.37 3.49 1.37 5.09 0.5~10 20 粒内孔 黄铁矿晶间孔 0.41 3.43 1.09 4.78 0.2~5 12 粒内孔 黏土粒内孔 0.31 4.44 0.66 4.34 0.5~5 15 粒间孔 石英粒间孔 0.54 2.10 5.87 9.32 0.2~10 12 粒间孔 方解石晶间孔 0.46 2.59 0.83 4.04 0.5~5 20 粒间孔 有机质边缘孔 0.16 9.08 5.58 34.30 1~20 25 微裂缝 0.07 19.50 329.37 280.64 20~220 32 
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表 2 川中侏罗系自流井组大安寨段不同岩相页岩(块状样品)高压压汞实验数据统计
Table 2. Statistics of high pressure mercury pressure experimental data of different lithofacies of shale (block samples) in Da'anzhai Member of Jurassic Ziliujing Formation in central Sichuan Basin
井号 编号 深度/m 岩相 门槛压力/MPa 总进汞量/(mL/g) 孔隙度/% 平均孔径/nm 总孔体积/(mL/g) 比表面积/(m2/g) RA1 1 2 471.00 层状介壳页岩 0.039 2 0.008 1.951 205.430 0.008 0.145 RA1 2 2 473.77 块状含介壳黏土质页岩 0.023 6 0.015 3.847 16.500 0.015 3.651 RA1 3 2 487.60 纹层状含介壳页岩 0.004 6 0.010 2.532 36.560 0.010 1.077 G10 4 2 686.70 页理状含粉砂黏土质页岩 0.089 4 0.033 7.680 15.980 0.033 8.254 PC1 5 3 180.01 块状介壳灰岩 0.023 3 0.005 1.401 651.970 0.005 0.033
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