川中地区大安寨段页岩油储层孔隙微观形态研究

易勤凡 张廷山

西南石油大学地球科学与技术学院 四川 成都 610500

页岩油是指富有机质页岩层系中，以游离、与干酪根互溶或吸附方式赋存于泥页岩基质孔隙、微裂缝及非烃源岩薄夹层中的石油资源[1]。页岩基质孔隙类型多样，主要为微纳米级别[2]，孔隙特征对页岩油气的赋存、流动至关重要[3]。正确认识页岩的孔隙类型及形态特征，对了解页岩储层孔隙空间结构、孔隙模型构建及渗流模拟至关重要，也是页岩有效储层评价的重要依据。

四川盆地中部自流井组大安寨段作为陆相页岩油勘探开发研究的重点层段，现有研究多集中于页岩层系的岩相以及不同岩相的物性、孔隙类型、有机地化特征、含油性及控制因素等[4]，对不同类型孔隙二维形态的定量研究较少。本次研究样品取自川中地区侏罗系大安寨段页岩油储层，基于氩离子剖光样品的扫描电镜图像分析，获取不同类型孔隙的孔径、面积、圆度、凸性、伸长率等定量参数，对比不同类型孔隙形态特征及差异，分析孔隙形态的控制因素，进而为页岩储层的综合评价提供基础依据。

1 地质背景

研究区位于四川盆地中部（简称川中地区）。四川盆地在晚三叠世结束海相沉积后进入陆相沉积，侏罗系以三角洲-湖泊沉积为主[4]，侏罗系自下而上依次发育自流井组、凉高山组、沙溪庙组、遂宁组和蓬莱镇组，下侏罗统自流井组内部自下而上分为珍珠冲段、东岳庙段、马鞍山段和大安寨段4个层段，盆内基本连续稳定发育。大安寨段经历一个完整的湖进-湖退旋回，自上而下可分为3个亚段，大一亚段发育介壳灰岩加薄层泥页岩，大二亚段页岩沉积于最大湖侵期，相对湖平面升高，水动力弱，沉积物为黑色、灰黑色页岩与薄层介屑灰岩的不等厚互层，大三亚段为介壳灰岩夹薄层页岩。其中大二亚段以富有机质页岩为主，是四川盆地大安寨段主要烃源岩，勘探前景良好。

2 样品与实验方法

样品取自川中地区页岩油探井，取样层位为大安寨段大二亚段页岩层系，岩性包括页岩、含介壳页岩、泥质介壳灰岩、介壳灰岩，能够较好反映研究区页岩油储层孔隙特征。为观察样品的二维孔隙特征，对样品开展扫描电镜观察，选取新鲜断面，利用氩离子抛光仪对断面进行抛光处理，样品制备完成后对其进行喷金处理以增强其导电性，再将其固定在样品台上，利用场发射环境扫描电子显微镜观察样品孔隙的发育位置及其形态。采用背散射电子信号成像，可以根据亮度差异判断典型矿物：黄铁矿在背散射电子像里亮度最高，有机质亮度最低，黏土矿物、石英、方解石等亮度适中。由于样品表面很平整，孔隙的大小、形状、分布状况等信息能得到直观的反应。同时背散射电子像的图像立体感较差，需要借助能谱仪来完成矿物识别和鉴定。

利用ImageJ软件对扫描电镜照片进行图像分析，提取孔隙的几何参数，如孔隙面积、周长、费雷特直径、长轴、短轴，二次计算得到孔隙等效直径、圆度、凸性、伸长率等表征参数。孔隙形态的描述，从其尺寸、形状分析。尺寸通过面积、孔径来表现；形状主要反应孔隙的外部轮廓变化，通过圆度（C）、凸性（S）、伸长率（AR）来表现。

3 储集空间类型及特征

3.1 储集空间类型

泥页岩储层中孔隙类型多样，形态各异，划分方案也较多。结合前人页岩孔隙分类方案，首先根据成因将孔隙分为有机孔隙与无机孔隙；然后根据发育位置将无机孔隙分为黄铁矿晶间孔隙、黏土孔隙、粒缘孔隙、方解石晶内孔、石英晶间孔隙、长石粒内孔隙等，详见表1。

表1 四川盆地大安寨段页岩储层孔隙分类

大安寨段有机质孔隙发育程度较低，个体较小，多为圆形-椭圆形。黏土晶间孔隙是主要无机孔隙类型之一，孔隙一般为长条状，粘土变形扭曲之后呈不规则状。方解石晶内孔隙分布于介壳内，方解石重结晶成因，形态呈规则多边形，一般大于其他孔隙。黄铁矿晶间孔隙一般分布于莓球状自生黄铁矿晶间，孔隙往往被有机质充填或半充填，分布不均匀，局部可连通。石英晶间孔隙主要见于交代介壳边缘的自生石英晶体之间，单个孔隙较大。粒缘孔隙发育在脆性矿物颗粒边缘，呈弯曲片状分布。

3.2 储集空间形态特征

不同类型孔隙面积统计显示，无机孔隙为主要孔隙类型，其中黏土孔隙最为发育，占总孔隙面积的44.96%，其次为方解石晶内孔隙，占总孔隙数量的29.89%，粒缘孔隙面积为孔隙总面积的9.78%，有机质孔隙占总孔隙的10.66%，黄铁矿晶间孔隙、石英晶间孔隙、长石粒内孔隙不发育，分别占总孔隙的1.62%、2.04%、1.05%。下面重点针对黏土孔隙、粒缘孔隙、方解石晶内孔隙与有机质孔隙4类主要孔隙进行相关参数分析。

3.2.1 孔隙尺寸特征

所有孔隙的孔径从20nm～8μm大小不等，以纳米孔隙为主。黏土孔隙孔径30nm～900nm均有分布，小于400nm的孔隙数量最多；粒缘孔隙80%孔隙孔径小于400nm；有机质孔隙尺度相对较小，孔径差异较小，整体孔隙孔径小于300nm；方解石晶内孔隙孔径分布从几十纳米到几微米，极差大，离散程度较高。孔隙面积整体看来：有机质孔隙面积最小，近70%孔隙面积小于104nm2，数据集中分布；方解石晶内孔隙面积最大且分布范围最大，69%面积大于105nm2，黏土孔隙与粒缘孔隙面积分布尺度较大，在103～105nm2广泛分布。

3.2.2 孔隙形状特征

不同类型孔隙圆度、凸性、伸长率等形态参数分布差异较大。黏土孔隙与粒缘孔隙圆度较差，主要分布在0-0.3之间；有机质孔圆度最好，集中分布在0.2-1.0，82%的孔隙圆度值大于0.6；方解石晶内孔隙圆度较好，30%分布在0.5-0.6，平均圆度值0.56。

4 讨论

4.1 有机质丰度对孔隙的影响

前人通过氮气吸附实验获得孔隙结构参数表明比表面积与TOC含量正相关，其中总孔容、微孔孔容和介孔孔容与TOC含量之间具有明显的正相关关系，本研究基于图像分析提取孔隙形态参数，主要的孔隙类型包括黏土孔隙、粒缘孔隙、有机质孔隙、方解石晶内孔隙四类，研究显示有机碳含量与黏土孔隙、粒缘孔隙和有机质孔隙面积呈正相关关系，与其圆度呈负相关关系，有机碳含量与方解石晶内孔隙的面积和圆度无明显相关性。

4.2 组分对孔隙的影响

有机孔隙与脆性矿物相关孔隙（方解石晶内孔隙）形态接近，但其更趋于圆形。绘制不同类型孔隙形态参数对比图，有机质孔隙与方解石晶内孔隙伸长率均较小，但是有机质孔隙圆度与凸性值较方解石晶内孔隙更大，有机质孔隙形态表现为圆形-椭圆形，方解石晶内孔隙为多边形、次圆形。

5 结束语

（1）本研究中孔隙类型划分为2类7种孔隙类型，其中黏土晶间孔隙、粒缘孔隙、方解石晶内孔隙、有机质孔隙分布较多。电镜照片中显示黏土晶间孔隙多呈片状、条状；粒缘孔隙，一般为条状；有机质孔隙多呈椭圆-圆形；粒内孔有椭圆形、多边形等。

（2）不同类型孔隙形态参数差异较大：黏土孔隙与粒缘孔隙孔径较小、圆度、凸性值小，伸长率大；有机质孔隙孔径最小，圆度、凸性好，伸长率小；方解石晶内孔隙孔径大，圆度较好，凸性好，伸长率小。

（3）有机碳含量与黏土孔隙、粒缘孔隙和有机质孔隙面积呈正相关关系，与方解石晶内孔隙的面积和圆度无明显相关性。页岩组分对孔隙大小、形状有控制作用：孔隙大小排序无机孔（脆性矿物）＞无机孔（塑性矿物）＞有机孔；有机孔隙与脆性矿物相关孔隙（方解石晶内孔隙）形态接近，但其更趋于圆形；黏土孔隙圆度、凸性差、伸长率大，呈长条状。