第 4 期 彭 建 龙 等 : 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 五 段 页 岩 微 观 孔 隙 结 构 及 其 控 制 因 素 897 Keywords:SichuanBasin;UpperTriasic;the5 th shalememberofthexujiaheformation;shal

现 代 地 质 GEOSCIENCE 第 30 卷 第 4 期 2016 年 8 月 Vol 30 No 4 Aug 2016 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 五 段 页 岩 微 观 孔 隙 结 构 及 其 控 制 因 素 彭 建 龙 1,2, 张 金 川 1,2, 尉 鹏 飞 1,2, 隆 帅 1,2, 黄 潇 1,2, 黄 正 林 1,2, 马 玉 龙 1,2 1,2, 张 明 强 (1 中 国 地 质 大 学 ( 北 京 ) 能 源 学 院, 北 京 100083;2 中 国 地 质 大 学 页 岩 气 勘 查 与 评 价 国 土 资 源 部 重 点 实 验 室, 北 京 100083) 摘 要 : 为 了 深 入 研 究 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 五 段 陆 相 页 岩 储 层 微 观 孔 隙 结 构, 运 用 氩 离 子 抛 光 扫 描 电 镜 (SEM) 低 温 氮 气 吸 脱 附 以 及 相 关 地 球 化 学 分 析 实 验 等 技 术 对 该 地 区 页 岩 储 层 的 微 观 孔 隙 结 构 进 行 了 研 究, 并 对 控 制 其 纳 米 孔 隙 发 育 的 主 要 因 素 进 行 了 探 讨 结 果 表 明 : 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 微 观 孔 隙 可 分 为 有 机 孔 和 无 机 孔 ( 粒 间 孔 粒 内 孔 晶 间 孔 溶 蚀 孔 ), 微 裂 缝 可 分 为 构 造 微 裂 缝 有 机 质 生 排 烃 缝 和 成 岩 收 缩 缝 等 ; 孔 隙 结 构 类 型 以 两 端 连 通 的 圆 柱 孔 平 行 平 面 间 的 缝 状 孔 和 呈 锥 形 的 管 孔 为 主 ; 微 观 孔 隙 孔 径 分 布 区 间 大 (1~80nm), 峰 值 主 要 集 中 于 2~8nm 之 间 ; 以 中 孔 (2~ 50nm) 为 主, 所 占 比 例 为 60 21%( 或 以 黏 土 矿 物 孔 为 主, 所 占 比 例 为 44 62%); 页 岩 的 有 机 质 丰 度 和 黏 土 矿 物 含 量 是 控 制 纳 米 孔 隙 发 育 的 主 要 因 素 关 键 词 : 四 川 盆 地 ; 上 三 叠 统 ; 须 五 段 ; 页 岩 气 ; 孔 隙 类 型 ; 孔 隙 结 构 ; 控 制 因 素 中 图 分 类 号 :TE132 2 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1000-8527(2016)04-0896-09 CharacteristicsandControlingFactorsofMicro porestructuresofthe5 th ShaleMemberoftheXujiaheFormationofUpperTriasicinSichuanBasin PENGJianlong 1,2,ZHANGJinchuan 1,2,WEIPengfei 1,2,LONGShuai 1,2,HUANGXiao 1,2, HUANGZhenglin 1,2,MAYulong 1,2,ZHANGMingqiang 1,2 (1 SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing 100083,China;2 KeyLaboratoryofShale GasExplorationandEvaluation,MinistryofLandandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing 100083,China) Abstract:Todeeplystudythemicro porecharacteristicsofthe5 th shalememberofthexujiaheformationof UpperTriasicinSichuanBasin,themicroscopicporestructuresoftheshalereservoirweresystematicalystud iedbyusingargo ionpolishingscanningelectronmicroscope(sem),lowtemperaturenitrogenadsorption de sorptiontechnologyandrelatedgeochemicalexperiments.meanwhile,theinfluencesonthedevelopmentof nano porewerediscused.thestudiesrevealedthatthemicro poresinshalecanbeclasifiedintoorganic pores,inorganicpores(inter granularpores,intra granular,inter crystalineporesanddisolutionpores)and themicro crackcanbeclasifiedintostructuremicro crack,presurecrackformhydrocarbongeneratingandex peling,diageneticconstrictedcrack.what smore,theporestructurescanbemainlydividedintothreekinds, suchascylindricalporewithbothendsopen,slitshapedholesbetweentheparalelplanesandtaperpipebore. Themicro porediametersarelargelyrangedfrom1to80nmandthepeakisdistributedin2to8nm.thepore volumeismainlycomposedofmeso pores(2to50nm)withtheproportionof60 21% (ormainlycomposedof theporesofclaymineralwiththeproportionof44 62%).Inaddition,organicrichnesandthecontentofclay mineralsarebelievedtobethemaincontrolingfactorsofnano poredevelopment. 收 稿 日 期 :2015 05 25; 改 回 日 期 :2016 01 14; 责 任 编 辑 : 孙 义 梅 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (41102088) 作 者 简 介 : 彭 建 龙, 男, 硕 士 研 究 生,1991 年 出 生, 矿 产 普 查 与 勘 探 专 业, 主 要 从 事 非 常 规 油 气 资 源 评 价 方 面 的 研 究 工 作 Email:pjlcommon@163 com

第 4 期 彭 建 龙 等 : 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 五 段 页 岩 微 观 孔 隙 结 构 及 其 控 制 因 素 897 Keywords:SichuanBasin;UpperTriasic;the5 th shalememberofthexujiaheformation;shalegas;pore type;porestructure;controlingfactor 0 引 言 四 川 盆 地 发 育 海 相 海 陆 过 渡 相 和 陆 相 多 套 页 岩 层 系, 被 一 致 认 为 是 我 国 最 具 有 页 岩 气 勘 探 与 开 发 潜 力 的 盆 地 [1] 近 年 来, 不 同 学 者 从 储 层 类 型 [2] 矿 物 组 成 [3-4] 微 观 孔 隙 [5-6] 吸 附 特 征 [7] [8] 储 层 特 殊 性 等 方 面 对 四 川 盆 地 及 周 缘 下 古 生 界 两 套 海 相 页 岩 进 行 了 大 量 的 研 究, 随 着 认 识 的 不 断 深 入, 四 川 盆 地 及 周 缘 页 岩 气 勘 探 也 不 断 地 取 得 巨 大 突 破 或 成 功 须 家 河 组 陆 相 页 岩 作 为 四 川 盆 地 的 主 要 陆 相 烃 源 岩 之 一, 因 其 具 有 分 布 广, 厚 度 大, 有 机 碳 含 量 高 等 特 点 而 在 近 年 来 备 受 关 注 但 目 前 国 内 对 须 家 河 组 的 研 究 以 将 其 [9-10] [11] 作 为 常 规 油 气 烃 源 岩 和 致 密 砂 岩 气 储 层 为 主, 而 对 其 作 为 页 岩 气 储 层, 尤 其 是 对 其 第 五 段 页 岩 的 微 观 孔 隙 结 构 的 研 究 还 较 少 1 研 究 区 概 况 与 样 品 采 集 测 试 四 川 盆 地 在 大 地 构 造 上 位 于 上 扬 子 板 块 西 部, 由 多 期 构 造 运 动 作 用 叠 合 而 成, 大 体 上 呈 菱 形 [12] 四 川 盆 地 在 古 生 代 中 三 叠 世 为 一 个 克 拉 通 盆 地, 中 三 叠 世 末 的 印 支 运 动 ( 印 支 Ⅰ) 使 盆 地 区 域 性 隆 升 进 入 晚 三 叠 世, 盆 地 演 化 为 前 陆 盆 地 [13] 晚 三 叠 世 末 期 沉 积 的 须 家 河 组 即 是 以 海 陆 过 渡 相 三 角 洲 相 湖 泊 相 为 主, 通 常 被 分 为 6 段, 其 中 须 二 四 六 段 以 灰 色 细 砂 岩 为 主, 夹 薄 层 页 岩, 而 须 一 三 五 段 以 暗 色 页 岩 为 主, 夹 薄 层 粉 砂 岩 或 煤 线 须 五 段 页 岩 沉 积 时 期, 由 于 印 支 运 动 ( 印 支 Ⅲ) 的 影 响, 盆 地 内 湖 泊 水 位 上 涨 至 最 大 湖 泛 面 [14], 沉 积 相 以 半 深 湖 浅 湖 相 为 主 须 五 段 页 岩 具 有 分 布 范 围 广 沉 积 厚 度 大 ( 盆 地 内 厚 度 普 遍 大 于 30m, 沉 积 中 心 资 阳 遂 宁 一 带 厚 度 可 达 120~160m [14] ) 有 机 质 丰 度 高 (TOC 值 为 0 39% ~16 33%, 平 均 为 2 35% [15] ) 等 特 点 此 外, 须 五 段 有 机 质 类 型 以 腐 殖 型 (Ⅲ 型 ) 为 主, 有 利 于 生 气 埋 深 在 2000~4100m 之 间, 目 前 钻 至 须 家 河 组 的 井 大 多 证 实 了 须 五 段 页 岩 气 的 存 在, 表 明 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 具 有 很 好 的 页 岩 气 勘 探 潜 力 野 外 地 质 调 查 表 明 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 家 河 组 须 五 段 页 岩 在 全 盆 均 有 分 布, 在 川 中 地 区 埋 深 较 大, 而 在 盆 地 周 缘 出 露 地 表 为 了 深 入 研 究 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 的 微 观 孔 隙 结 构 特 征, 选 取 了 盆 地 内 共 22 个 典 型 野 外 露 头 样 品 作 为 研 究 对 象 ( 图 1), 完 成 的 实 验 包 括 有 机 质 丰 度 (TOC) 测 定 有 机 质 成 熟 度 (R o ) 测 定 全 岩 矿 物 分 析 (XRD) 氩 离 子 抛 光 场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜 观 察 (SEM) 和 液 氮 吸 脱 附 等 2 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 孔 缝 类 型 及 特 征 孔 渗 测 试 结 果 表 明, 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 孔 隙 度 为 1 1% ~8 14%, 平 均 孔 隙 度 为 5 37%, 渗 透 率 为 0 0042 10-3 ~0 0342 10-3 μm 2, 平 均 渗 透 率 为 0 016 10-3 μm 2, 可 以 看 出 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 属 于 低 孔 特 低 渗 的 致 密 储 层 但 借 助 电 子 显 微 镜 发 现 其 发 育 了 大 量 的 纳 米 级 孔 缝 页 岩 的 纳 米 级 孔 缝 既 可 以 按 有 机 质 矿 物 的 类 型 划 分 为 有 机 孔 隙 脆 性 矿 物 微 孔 隙 以 及 黏 土 矿 物 间 孔 隙 [16], 也 可 以 根 据 页 岩 孔 隙 成 因 和 形 态 等 特 征 划 分 为 有 机 纳 米 孔 粒 间 纳 米 孔 粒 内 纳 米 孔 矿 物 晶 间 纳 米 孔 和 溶 蚀 纳 米 孔 等 [17] 借 助 场 发 射 扫 描 电 镜 技 术 对 实 验 样 品 进 行 研 究, 根 据 页 岩 孔 隙 成 因 和 分 布 特 征 可 对 四 川 盆 地 须 五 段 纳 米 级 孔 缝 进 行 分 类 ( 表 1) 2 1 无 机 孔 2 1 1 粒 间 孔 粒 间 孔 发 育 于 矿 物 颗 粒 之 间, 其 成 因 是 各 矿 物 颗 粒 未 被 胶 结 物 完 全 胶 结 或 后 期 的 成 岩 改 造 作 用 研 究 区 须 五 段 粒 间 孔 形 态 多 样, 以 近 三 角 形 和 不 规 则 多 角 形 为 主, 孔 径 多 为 数 百 纳 米 甚 至 几 微 米, 在 微 观 尺 度 上 属 于 超 大 孔 ( 图 2(a) (b)) 这 些 粒 间 孔 多 存 在 于 黏 土 矿 物 与 黏 土 矿 物 或 黏 土 矿 物 与 石 英 颗 粒 之 间 2 1 2 粒 内 孔 粒 内 孔 多 发 育 于 黏 土 矿 物 内 部, 而 其 他 矿 物 中 发 育 较 少 如 蒙 脱 石 这 样 的 不 稳 定 矿 物 在 成 岩 过 程 中 会 不 断 向 伊 利 石 转 化, 而 在 此 过 程 中 就 能 形 成 大 量 的 粒 内 孔 [18] 镜 下 可 观 察 到 粒 内 孔 孔 径

现 代 地 质 ９ 年 图 研究区位置及采样点分布 Ｆ Ｓ ｄ ｙ ｄ ｍｐ ｄ ｂ 表 四川盆地须家河组须五段页岩孔缝类型特征表 ｍ ｍｂ ｆ Ｘｊ Ｆ ｍ Ｓ Ｂ Ｔ ｂ Ｃ ｆｐ ｙ ｐ ｆ 孔隙类型 有机孔 有机孔 无机孔 孔径大小 ｍ 分布特征 呈椭圆形或近圆形等分布在热演化程度 较高的有机质中 成因机制 有机质生烃演化作用 粒间孔 以三角形和多角形状分布于颗粒接触处 矿物颗粒间不完全胶结或后期成岩作用 粒内孔 呈条状分布于层状黏土颗粒间 矿物成岩转化作用 晶间孔 常见于晶体颗粒接触处 晶体生长不紧密或晶格缺陷 溶蚀孔 发育于方解石 长石等不稳定矿物中 溶蚀作用 构造微裂缝 可切割各种矿物 延伸广 局部构造应力作用 微裂缝 有机质生排烃缝 分布于热演化程度较高有机质中 呈树杈状 局部高异常压力 成岩收缩缝 分布在有机质或黏土矿物边缘 脱水作用或热收缩 多为几十至数百纳米 但很少达到微米级别 图 程中不紧密堆积或晶格缺陷而形成的孔隙 四 粒内孔同粒间孔一起 大大地增加 川盆地须五段页岩中发育大量缺氧环境下形成的 了黏土矿物的比表面积 为页岩气的储集和渗流 莓状黄铁矿 而 这 些 黄 铁 矿 晶 体 多 发 育 晶 间 孔 提供了空间 晶间孔 孔径多为几十至数百纳米 图 ｄ 此外 晶间 孔也常见于石英和长石晶体间 晶间孔指的是由于结晶矿物的晶簇在生长过 溶蚀孔

第 期 彭建龙等 四川盆地上三叠统须五段页岩微观孔隙结构及其控制因素 ９９ 石英 长石和碳酸盐岩等不稳定矿物在成岩 裂缝 作用的过程中可能在地层水或在有机质生烃过程 须五段页岩发育大量微裂缝 镜下观察到的 形成的有机酸的作用下发生溶蚀 从而形成对页 微裂缝可以根据其成因而分为构造微裂缝 有机 岩孔渗性都有建设性作用的溶蚀孔 由于本次实 质生排烃缝和成岩收缩缝三大类 这些微裂缝可 验样品均为采集的野外露头样品 其在空气和雨 以连通页岩内部的微孔隙 从而改善页岩的渗流 水的作用下可能已经发生了大规模的溶蚀 因此 能力 在镜下可观察到大量的溶蚀孔 其孔径介于 构造微裂缝 ｍ 图 即在局部应力的作用下形成的微裂缝 其特 有机孔 点是一般为 开 放 型 延 伸 较 广 通 常 延 伸 为 微 米 位于有机质内部且在有机质生烃过程中形成 级 缝面平直光滑 图 ｂ 偶见被填充 的孔隙被统一称为有机孔 有机孔广泛发育在高 或胶结 可见剪裂缝直接切割各种矿物颗粒 热演化有机质中 是一种非常重要的页岩储集空 有机质生排烃缝 间 ９ 相关研究表明 当 Ｒ 达到 时 有机 此类微裂缝是由于有机质在大量生烃时内部 质内部开始逐渐形成微孔隙 而形成有机孔的 高峰期对应的 Ｒ 为 四川盆地 形成的高异常压力使有机质破裂而形成的 其缝 面常为不规则线型 多条微裂缝在有机质内部呈 须家河组须五段 个页岩样品的 Ｒ 为 树杈状分布 图 ｄ 由于有机质分布有限 因 平均为 ９ 可见须五段有机质成熟度 此这类微裂缝延伸不会太广 最长延伸至有机质边 整体偏低 不应该大量发育有机孔 在电镜下进 缘 成岩收缩缝 行实际观察也证实了以上的结论 须五段页岩发 育少量有机孔 多呈椭圆形或近圆形 以 ｍ级孔 隙为主 孔径多在 ｍ之间 图 ｆ 指页岩在成岩过程中由于矿物相变 脱水或 热力收缩等作用而形成的微裂缝 与构造作用无 图 四川盆地须五段页岩微观孔隙赋存状态与特征 ｍ ｍｂ ｆ Ｘ ｊ Ｆ ｍ Ｓ Ｂ Ｆ Ｏ ｄ ｆｍ ｐ ｆ 广元市金子乡清剑路 ｂ 彭州市通济镇 都江堰市紫坪铺 ｄ 内江市威远县新场镇 ｆ 乐山市石麟镇

现 代 地 质 ９ 年 图 四川盆地须五段页岩微裂缝赋存形态与特征 Ｆ Ｏ ｄ ｆｍ ｋ ｆ ｍ ｍｂ ｆ Ｘ ｊ Ｆ ｍ Ｓ Ｂ 彭州市通济镇 ｂ 内江市威远县新场镇 崇州市文井江镇 ｄ 重庆市垫江县五洞镇 ｆ 有机质集合体的能谱分析 图谱 分析位置为图 中的小方框 关 镜下发现其在有机质和黏土矿物边缘最常 大小和形态的孔隙结构 但由于实际页岩样品的 见 图 为有机质的脱水和黏土矿物 黏土矿物和有机质中发育有多种大小形态的孔隙 的成岩转化等作用形成的 此类裂缝通常宽 因此相应的吸脱附曲线由多种曲线叠加形成而呈 ｍ 缝长最大 μｍ 现出复杂的形态 图 为其中 ９块样品的氮 氮气吸脱附实验对页岩孔隙形态 表征 气吸附 脱附曲线 进一步分析不同曲线在形态 上的区别 可将曲线形态分为以下两类 四川盆地上三叠统须五段页岩微观孔隙类型 ＷＦＦ 等 当相对压力小于 时 脱附量很 和孔隙结构都异常复杂 考虑到场发射扫描电镜 小 甚至等于吸附量 而当相对压力提升至 第一类 样品 ＷＦＦ ＷＦＦ ９ ＷＦＦ 虽然直观 但其观察范围太小且停留在二维层面 时脱附曲线出现拐点 脱附量陡然增加 此种 上导致结果存在一定的局限性 而氮气吸脱附实 类型的曲线反映页岩样品中的孔隙主要为两端连 验能很好地对页岩中 ｍ的微观孔隙进行 通的圆柱孔和平行平面间的缝状孔 定量表征 故笔者对实验样品实施低温氮气吸 第二类 样 品 ＹＪ Ｄ ＹＪ Ｄ ＷＦＦ 脱附实验 并使用相关实验数据进行计算分析 ＷＦＦ ＷＦＦ 等 当相对压力小于 时 孔隙形态 脱附量也明显大于吸附量 且当相对压力上升至 为了更好地表征页岩孔隙形态 对四川盆地 时脱附曲线并未出现拐点 而是随着相 上三叠统须五段 块野外露头页岩样品进行了氮 对压力的变大而逐步稳定变大 当相对压力提升 时 吸附量和脱附量都陡然增加 此 气吸脱附实验 目前多运用 ＢＲＵＮＡＵＥＲ提出的 至 种方案对吸脱附曲线进行划分从而对页岩孔隙形 种类型的曲线反映页岩样品中的孔隙主要为平行 态进行分类 种曲线类型可分别反映出一种独特 平面间的缝状孔和呈锥形的管孔

第 期 彭建龙等 四川盆地上三叠统须五段页岩微观孔隙结构及其控制因素 ９ 图 四川盆地须五段页岩低温氮气吸脱附实验曲线 Ｆ Ｌ ｗ ｍｐ ｄ ｐ ｄ ｐ ｍ ｆ ｍ ｍｂ ｆ Ｘ ｊ Ｆ ｍ Ｓ Ｂ 由于封 闭 的 孔 隙 不 能 产 生 吸 脱 附 曲 线 分 离 表 四川盆地须五段页岩样品孔隙结构数据 因此还可据此认为四川盆地须五段页岩中的纳米 Ｔ ｂ Ｔｍ ｐ ｄ ｆ 级孔缝以开放连通型为主 并且主要为两端连通 ｍ ｍｂ ｆ Ｘｊ Ｆ ｍ 的管孔 平行平面间的缝状孔和呈锥形或双锥形 Ｓ Ｂ 的管孔 这些纳米级的孔隙能够为吸附态和游离 样品 态的页岩气提供储集空间 也能在后期开采过程 编号 中为页岩气提供渗流的通道以便其向井筒中流动 孔隙比表面积 孔容和孔径分布 采样地点 ＢＥＴ比表面 ＢＪ Ｈ总孔 平均孔 ｍ 积 容 径 ｍ ｍ 彭州市磁峰镇 ９ ９ ９ 彭州市通济镇 什邡市蓥华镇 ９ ９ 都江堰市紫坪铺 模型求取比表面积 得出四川盆地须五段页岩比 ９ 乐山市石麟镇 表面积为 ｍ 平均为 ｍ 内江市威远县观音滩 ９ 选取 块页岩样品进行测试 利用 ＢＥＴ吸附 根据 ＢＪ Ｈ模型对孔容和孔径分布进行计算 得 出实验 样 品 的 孔 容 为 ９ ｍ 广安市邻水县梁板乡 重庆市垫江县五洞镇 ９ ９ ９ 平均 ｍ 样 品 孔 径 范 围 为 ９ ＹＪ Ｄ 都江堰市紫坪铺 ９ ｍ 平均孔径为 ９ ｍ 表 ＹＪ Ｄ 都江堰市紫坪铺 ９ ９ ９９ ＹＪ Ｄ 崇州市怀远镇 ９９ ９９ ＹＪ Ｄ 广元市金子乡 结合氮气 ＢＪ Ｈ吸附数据 可利用 ＤＦＴ法计算 得到须五段页岩的孔径分布图 图 从图中可 知 四川盆地须五段页岩的孔径分布区间很大 径也都位于这一区间内 ｍ 但 个不同样品的孔径分布规律较为 孔隙分布特征 相似 ｍ之间的孔隙贡献最大且最可几孔 参照 Ｉ ＵＰＡＣ 国际纯粹与应用化学联合会 的

902 现 代 地 质 2016 年 图 5 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 孔 径 分 布 Fig 5 Porediameterdistributionofthe5 th shalememberofthexujiaheformationinsichuanbasin dv/dlgd 为 总 孔 容 对 孔 径 对 数 的 微 分 分 类 标 准, 可 将 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 孔 隙 分 为 微 孔 ( 小 于 2nm) 中 孔 (2~50nm) 和 大 孔 ( 大 于 50 nm)3 类 [25] 须 五 段 页 岩 孔 隙 结 构 微 孔 体 积 为 0 00173~0 0065cm 3 /g, 平 均 0 00381cm 3 /g, 对 总 孔 容 的 贡 献 率 平 均 26 643%; 中 孔 体 积 为 0 00602~0 0129cm 3 /g, 平 均 0 00401cm 3 /g, 对 总 孔 容 的 贡 献 率 平 均 60 21%; 大 孔 体 积 0 0007~0 00563cm 3 /g, 平 均 0 00207cm 3 /g, 对 总 孔 容 的 贡 献 率 平 均 13 15% 须 五 段 页 岩 孔 隙 结 构 以 2~50nm 的 中 孔 为 主 PASSEY 等 在 2010 年 对 美 国 部 分 页 岩 样 品 研 究 后 认 为 有 机 孔 一 般 占 页 岩 总 孔 隙 体 积 的 50% 以 上 [24] 若 将 须 五 段 页 岩 微 观 孔 隙 也 按 载 体 类 型 ( 包 括 有 机 质 和 其 他 不 同 类 型 的 矿 物 ) 进 行 分 类, 则 可 借 鉴 王 道 富 等 提 出 的 岩 石 物 理 和 基 质 孔 隙 度 数 学 模 型 [26] 该 模 型 的 计 算 公 式 如 下 : φ=ρa Bri V Bri +ρa Clay V Clay +ρa Toc V Toc (1) 式 中 :φ 为 页 岩 孔 隙 度 ;ρ 为 页 岩 岩 石 密 度, 单 位 为 t/m 3 ;A Bri A Clay A Toc 分 别 为 脆 性 矿 物 黏 土 矿 物 和 有 机 质 的 质 量 分 数 ;V Bri V Clay V Toc 分 别 代 表 脆 性 矿 物 黏 土 矿 物 和 有 机 质 内 的 总 孔 容, 单 位 为 m 3 /t 将 每 3 个 样 品 的 实 验 数 据 分 为 一 组 带 入 以 上 模 型 进 行 计 算, 结 果 为 须 五 段 页 岩 脆 性 矿 物 黏 土 和 有 机 质 内 的 孔 容 分 别 平 均 为 0 0128m 3 /t 0 0311m 3 /t 0 0258m 3 /t 于 是 可 以 粗 略 地 认 为 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 微 孔 隙 以 黏 土 矿 物 孔 为 主, 有 机 孔 次 之, 其 中 黏 土 矿 物 孔 有 机 孔 和 脆 性 矿 物 孔 占 总 孔 隙 体 积 的 比 例 分 别 为 44 62% 37 02% 18 36% 4 纳 米 孔 隙 发 育 控 制 因 素 控 制 页 岩 纳 米 孔 隙 发 育 的 因 素 有 很 多, 包 括 有 机 碳 含 量 热 成 熟 度 有 机 质 类 型 矿 物 组 分 及 湿 度 等 大 量 研 究 表 明, 控 制 我 国 南 方 下 寒 武 统 和 下 志 留 统 两 套 海 相 黑 色 页 岩 纳 米 孔 隙 发 育 的 因 素 主 要 为 有 机 碳 含 量 黏 土 矿 物 含 量 和 有 机 质 热 成 熟 度 [2-8], 借 鉴 此 研 究 成 果, 笔 者 对 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 孔 隙 体 积 比 表 面 积 与 TOC 黏 土 矿 物 含 量 和 R o 之 间 的 相 关 性 进 行 分 析 结 果 表 明 :TOC 与 页 岩 比 表 面 积 纳 米 孔 隙 体 积 之 间 具 有 较 好 的 正 相 关 关 系 ( 图 6(a) (d)), 相 关 系 数 分 别 为 0 594 和 0 68; 黏 土 矿 物 含 量 与 页 岩 比 表 面 积 纳 米 孔 隙 体 积 之 间 有 较 好 的 正 相 关 关 系 ( 图 6(b) (e)), 相 关 系 数 分 别 为 0 658 和 0 674; 与 我 国 南 方 下 古 生 界 两 套 海 相 页 岩 相 比, 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 有 机 质 热 成 熟 度 整 体 偏 低 ( 均 位 于 0 6% ~1 2% 区 间 ) 且 与 比 表 面 积 纳 米 孔 隙 体 积 呈 微 弱 正 相 关 关 系, 但 由 于 相 关 系 数 很 低, 可 认 为 有 机 质 热 成 熟 度 不 是 控 制 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 纳 米 孔 隙 发 育 的 主 要 因 素 ( 图 6(c) (f)) 综 上

第 4 期 彭 建 龙 等 : 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 五 段 页 岩 微 观 孔 隙 结 构 及 其 控 制 因 素 903 图 6 四 川 盆 地 须 五 段 页 岩 纳 米 孔 隙 与 TOC 黏 土 矿 物 含 量 和 R o 相 关 关 系 Fig 6 TherelationshipbetweenTOC,claymineral,R o andthenano poresofthe5 th shalememberofthexujiaheformationin SichuanBasin 所 述, 控 制 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 五 段 页 岩 纳 米 孔 隙 发 育 的 主 要 因 素 为 有 机 碳 含 量 和 黏 土 矿 物 含 量 5 结 论 (1) 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 五 段 页 岩 微 观 孔 隙 可 分 为 有 机 孔 和 无 机 孔, 而 无 机 孔 又 可 分 为 粒 间 孔 粒 内 孔 晶 间 孔 和 溶 蚀 孔 等 ; 微 裂 缝 可 分 为 构 造 微 裂 缝 有 机 质 生 排 烃 缝 和 成 岩 收 缩 缝 等 与 四 川 盆 地 及 周 缘 下 古 生 界 两 套 海 相 页 岩 相 比, 须 五 段 页 岩 有 机 质 成 熟 度 整 体 偏 低, 有 机 孔 欠 发 育 (2) 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 五 段 页 岩 孔 隙 形 态 可 分 为 三 种, 即 以 两 端 连 通 的 圆 柱 孔 平 行 平 面 间 的 缝 状 孔 和 呈 锥 形 的 管 孔 为 主 ; 微 观 孔 隙 孔 径 分 布 区 间 较 大 (1~80nm), 峰 值 主 要 集 中 于 2~8 nm; 须 五 段 页 岩 比 表 面 积 为 0 621~14 705m 2 /g, 平 均 为 7 756m 2 /g; 孔 容 为 0 002~0 0297cm 3 /g, 平 均 0 0148cm 3 /g; 孔 径 范 围 为 4 491~13 930 nm, 平 均 孔 径 为 6 937nm (3) 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 五 段 页 岩 孔 隙 体 积 以 中 孔 (2~50nm) 为 主, 所 占 比 例 为 60 21%, 贡 献 最 大, 微 孔 和 大 孔 所 占 比 例 均 较 小, 其 中 微 孔 所 占 比 例 为 26 643%, 大 孔 所 占 比 例 为 13 15% 换 种 分 类 方 案, 须 五 段 页 岩 微 孔 隙 以 黏 土 矿 物 孔 为 主, 有 机 孔 次 之, 其 中 黏 土 矿 物 孔 有 机 孔 和 脆 性 矿 物 孔 的 比 例 分 别 为 44 62% 37 02% 18 36% (4) 有 机 质 丰 度 和 黏 土 矿 物 含 量 是 控 制 四 川 盆 地 上 三 叠 统 须 五 段 页 岩 纳 米 孔 隙 发 育 的 主 要 因 素, 而 有 机 质 热 成 熟 度 与 孔 隙 比 表 面 积 总 孔 容 相 关 性 低, 不 是 控 制 须 五 段 页 岩 纳 米 孔 隙 发 育 的 主 要 因 素 参 考 文 献 : [1] 张 金 川, 汪 宗 余, 聂 海 宽, 等. 页 岩 气 及 其 勘 探 研 究 意 义 [J]. 现 代 地 质,2008,22(4):640-645. [2] 聂 海 宽, 张 金 川. 页 岩 气 储 层 类 型 和 特 征 研 究 : 以 四 川 盆 地 及 周 缘 下 古 生 界 为 例 [J]. 石 油 实 验 地 质,2011,33 (3):219-225:232. [3] 李 娟, 于 炳 松, 刘 策, 等. 渝 东 南 地 区 黑 色 页 岩 中 黏 土 矿 物 特 征 兼 论 其 对 储 层 物 性 的 影 响 以 彭 水 县 鹿 角 剖 面 为 例 [J]. 现 代 地 质,2012,26(4):732-740. [4] 赵 佩, 李 贤 庆, 孙 杰, 等. 川 南 地 区 下 古 生 界 页 岩 气 储 层 矿 物 组 成 与 脆 性 特 征 研 究 [J]. 现 代 地 质,2014,28(2): 396-403. [5] 张 廷 山, 杨 洋, 龚 其 森, 等. 四 川 盆 地 南 部 早 古 生 代 海 相 页 岩 微 观 孔 隙 特 征 及 发 育 控 制 因 素 [J]. 地 质 学 报,2014 (3):1728-1740. [6] 徐 祖 新, 郭 少 斌. 中 扬 子 地 区 震 旦 系 陡 山 沱 组 页 岩 储 层 孔 隙 特 征 [J]. 现 代 地 质,2015,29(1):206-212. [7] 毕 赫, 姜 振 学, 李 鹏, 等. 渝 东 南 地 区 龙 马 溪 组 页 岩 吸 附 特 征 及 其 影 响 因 素 [J]. 天 然 气 地 球 科 学,2014,25(2): 302-310. [8] 于 炳 松. 页 岩 气 储 层 的 特 殊 性 及 其 评 价 思 路 和 内 容 [J].

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