地质学

渝东南两套富有机质页岩的孔隙结构特征——来自FIB-SEM的新启示

马勇，钟宁宁，程礼军，等

摘要：目的：页岩储层孔隙结构特征是页岩气地质评价的关键因素，页岩中大量发育的纳米级有机质孔隙对页岩气的储集能力和流动能力具有重要作用。本文针对我国南方海相页岩气主要勘探目的层系下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组两套富有机质页岩，在对两套页岩孔隙发育类型及尺寸研究的基础上，完成了两套页岩有机质孔隙的三维重构和定量计算，揭示了两套页岩有机质孔隙发育的差异性。方法：本文采用聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM），在对两套页岩孔隙发育类型、大小和分布特征系统观察的基础上，选定具有代表性的区域进行聚焦离子束切割和扫描电镜成像，采用Avizo图像处理软件对三维数据体进行重构和数值分析，最终展示两套页岩纳米级有机质孔隙三维空间分布特征及其对页岩孔隙度贡献。结果：研究结果表明渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩内层间微裂隙、矿物粒内孔、矿物粒间孔和有机质孔隙均较为发育。其中平行黏土矿物层片的粒内孔隙一般宽几十到上百纳米、长1～3 μm，呈线状且彼此间相互平行。石英与石英颗粒之间、石英颗粒与黏土矿物之间均发育大量的粒间孔隙，沿矿物颗粒边缘呈线状分布，宽度从几十纳米到几百纳米之间，长度从几微米到十几微米不等。五峰组—龙马溪组页岩有机质内孔隙普遍十分发育，孔隙多为圆形或椭圆形，呈蜂窝状分布，孔隙直径集中在30～100 nm之间。FIB-SEM三维重构结果显示，五峰组—龙马溪组页岩有机质孔隙连通性较好，孔隙半径分布在3～1159 nm之间，孔隙半径300 nm以上的较大孔隙对页岩孔隙度贡献较大。五峰组—龙马溪组页岩有机质孔隙度在9.13%～18.42%之间，在整个岩石中有机质的总孔隙度为0.41%～1.42%，有机质孔隙对页岩总孔隙度的贡献在13.36%～23.51%。牛蹄塘组页岩溶蚀孔和粒间孔较为发育，有机质孔隙发育不均匀。溶蚀孔主要发育在石英颗粒之间，孔隙直径可达10 μm左右。方解石颗粒内部溶蚀孔也较为发育，孔隙直径一般为1 μm左右，且方解石颗粒周缘的溶蚀缝发育。牛蹄塘组页岩有机质孔隙发育不均匀，部分有机质内孔隙发育，部分有机质内孔隙不发育。有机质孔隙多呈狭长状或针孔状，孔隙半径集中在5～25 nm之间。FIB-SEM三维重构结果显示，牛蹄塘组页岩有机质孔隙呈点网状分布，彼此之间连通性较差。三维重构计算显示牛蹄塘组页岩有机质孔隙度在0.01%～1.59%，有机质的总孔隙度在0.30%以内，牛蹄塘组页岩有机质孔隙对整个岩石孔隙度的贡献几乎可以忽略，页岩的总孔隙度应主要来自于溶蚀孔隙和矿物粒间孔隙。结论：FIB-SEM研究揭示五峰组—龙马溪组和牛蹄塘组两套页岩的有机质孔隙结构具有明显差异，五峰组—龙马溪组页岩有机质孔隙呈蜂窝状发育，孔隙连通性较好；牛蹄塘组页岩有机质孔隙发育不均匀，孔隙连通性较差。有机质孔隙结构特征分析可为从微观上解释这两套地层页岩气赋存状态（吸附气或游离气）及含气性差异提供新的思路。

来源出版物：石油实验地质, 2015, 37(1): 109-116

入选年份：2017