鄂爾多斯盆地渭北地區頁巖納米孔隙發育特征及其控制因素

吳建國，劉大錳，姚艷斌

(1.中國地質大學 能源學院，北京 100083； 2.非常規天然氣地質評價及開發工程北京市重點實驗室，北京 100083； 3.頁巖氣勘查與評價國土資源部重點實驗室，北京 100083)

鄂爾多斯盆地渭北地區頁巖納米孔隙發育特征及其控制因素

吳建國1,2,3，劉大錳1,2，姚艷斌1,2

(1.中國地質大學 能源學院，北京 100083； 2.非常規天然氣地質評價及開發工程北京市重點實驗室，北京 100083； 3.頁巖氣勘查與評價國土資源部重點實驗室，北京 100083)

為深入研究鄂爾多斯盆地東南緣渭北地區頁巖儲層中納米孔隙的發育特征及其地質控制因素，對采自太原組、山西組和延長組三套泥頁巖層的11塊樣品進行低溫氮吸附實驗、氬離子拋光-場發射掃描電鏡、顯微組分、鏡質體反射率(Ro)、總有機碳(TOC)和X-射線衍射等系列分析測試。研究結果表明，研究區泥頁巖處于低成熟向成熟轉變階段，有機碳含量差異較大，儲層納米級孔隙以中小孔(粒徑2～50 nm)為主，約占總孔體積的63.5%，BET比表面積大多在10 m2/g以上，有利于頁巖氣的吸附；孔隙形態以“狹縫狀”和“墨水瓶”形孔隙為主。研究區頁巖的礦物類型具有明顯的區域差異性：韓城區以粘土礦物為主，而銅川區以脆性礦物為主。粘土礦物含量與微孔(粒徑<2 nm)、中小孔總含量呈顯著的正相關性，而脆性礦物含量與大孔(粒徑>50 nm)含量正相關，因此礦物類型差異是影響該區頁巖納米孔隙發育的主控因素。另外，Ro與TOC對納米孔隙發育也有一定的影響：頁巖Ro越高，大孔含量越高、中小孔含量越低；有機碳含量越高，微孔和中小孔含量越高。

低溫氮吸附；納米孔隙；頁巖氣；渭北地區;鄂爾多斯盆地

頁巖孔隙的結構類型及發育特征影響著頁巖的儲氣性能[1]，是頁巖氣資源潛力評價的關鍵參數之一，識別頁巖孔隙特征、判斷其影響因素對頁巖氣儲層地質研究具有重要意義。國外已廣泛利用氬離子拋光-SEM、納米CT等先進手段來對頁巖儲層進行大量的微觀觀測與分析[2-7]，國內一些學者主要集中對南方頁巖氣儲層的微觀結構做了表征[8-16]，但針對鄂爾多斯這一頁巖氣富集盆地開展的相關工作卻為數不多[17]。位于鄂爾多斯東南緣的渭北地區發育有3套含氣泥頁巖,即石炭系太原組、二疊系山西組煤系地層泥頁巖和三疊系延長組暗色泥頁巖，目前對其儲層特征并不明晰，相關工作需要深入開展，以查明本區泥頁巖納米孔隙特征及其控制因素，為其后續資源評價工作提供相關依據。

利用低溫氮吸附實驗分析了渭北地區泥頁巖的孔隙大小、孔徑分布、BET比表面積、總孔體積及孔隙結構類型等參數，結合氬離子拋光-場發射掃描電鏡技術對研究區納米孔隙進行了系統的精細定量表征，重點闡明了鏡質體反射率(Ro)、總有機碳(TOC)、脆性礦物及粘土礦物含量對儲層孔隙發育的影響規律。

1 樣品與方法

1.1 樣品采集

鄂爾多斯盆地位于華北板塊，是一個經歷了多期構造運動疊合形成的克拉通盆地，其東南緣的渭北隆起為盆地的一級構造單元，總體呈近東西-北東東向展布(圖1)。該地區主要發育3套富有機質泥頁巖層系：上古生界石炭系太原組濱海沼澤相頁巖，以及二疊系山西組河流相泥頁巖，與煤共生，埋藏較深；中生界三疊系延長組長7、長9段深湖-半深湖相暗色頁巖，埋藏相對較淺[18-19]。研究所用的11塊樣品主要采集于渭北地區的韓城礦區和銅川礦區，涉及晚古生代—晚三疊世的典型泥頁巖沉積地層(圖1)，具有較好的代表性。

1.2 研究方法

目前，識別頁巖孔隙發育特征的方法很多[20]，本次以低溫氮吸附法為主，以場發射掃描電鏡為輔，二者結合的優勢在于，不但可以通過低溫氮吸附法對頁巖納米孔隙的發育情況進行定量描述，而且還可以在電鏡下直接的觀察納米孔隙的形態、大小和分布。低溫氮吸附實驗依據GB/T 19587—2004進行，儀器為美國Micromeritics ASAP 2020型孔隙結構分析儀，采用容量法在77.4 K以下氮(99.99%)為吸附介質，在相對壓力0.01～1之間測定氮氣吸附等溫線，孔徑測量范圍為0.35 ～ 500 nm。采用FEI Quanta 200F場發射掃描電鏡，對經過氬離子拋光后的樣品進行掃描成像。

圖1 研究區位置及采樣點分布Fig.1 Study area and sampling locations

為查明研究區頁巖納米孔隙發育的控制因素，對所有樣品進行了總有機碳含量(TOC)、全巖X-射線衍射和粘土礦物含量分析，對部分樣品的有機質成熟度和顯微組分做了測試，相關測試均按照國家標準開展，結果見表1。

2 結果分析

2.1 有機巖石學、有機地化及礦物定量結果

從表1中可以看出，樣品的鏡質體反射率(Ro)為0.58%～ 1.46%，平均為0.85%，表明有機質大多處于低成熟-成熟階段。總有機碳(TOC)為0.15% ～19.80%，變化范圍較大。干酪根類型大多為Ⅲ型，腐殖型，成氣為主。有機顯微組分以鏡質組為主(57.0%～97.7%)；惰質組含量變化范圍大，最高達43.0%。最低僅2.5%；殼質組不發育。研究區礦物成分以粘土礦物和石英為主，還有少量的鉀長石、鈉長石、方解石、白云石和黃鐵礦。以石英、長石和碳酸鹽類礦物為主的脆性礦物含量為9.3%～66.0%，平均為40.17%；而粘土礦物含量為34.0%～90.7%，平均為59.05%， 整體而言，韓城礦區頁巖樣品的粘土礦物含量大于脆性礦物含量，不利于后期的壓裂作業；而銅川礦區樣品的脆性礦物含量則大于粘土礦物含量。

2.2 納米孔隙體積、比表面積及孔徑分布

低溫氮吸附測試得到樣品的吸附/脫附曲線和平均孔徑；比表面積選用多點BET模型線性回歸得到；總孔體積選用BJH模型計算得到，所得結果如表2。

研究區樣品BET比表面積在6.272～18.228 m2/g，平均為14.23 m2/g，除YLQ-1和BWZ-1以外，其他樣品均高于10 m2/g，表明頁巖BET比表面積較大，有利于頁巖氣的吸附。BJH總孔體積在0.009 8～0.039 0 cm3/g，平均為0.022 1 cm3/g。根據國際理論和應用化學協會(IUPAC)的孔隙分類[21]，將頁巖孔隙大小劃分為微孔(micropore，粒徑<2 nm)、中小孔(mesopore，粒徑2～50 nm)、大孔(macropore，粒徑>50 nm)。實驗測試顯示，樣品平均孔直徑在5.88～9.02 nm，屬于中小孔范圍，表明中小孔占絕對優勢，體積含量為54.66%～76.46%，大孔次之，微孔含量少。

2.3 孔隙結構模型

頁巖低溫氮吸附實驗原理符合孔隙材料吸附和凝聚的理論，因此可以根據測試得到的氮氣吸附/脫附曲線特征來判斷孔隙的形態，從而確定不同的孔隙模型。關于吸附/脫附曲線的分類，目前應用較多的是De Boer提出的5類劃分方案[22](圖2)，實際應用中得到的吸附/脫附曲線往往是幾類典型曲線的復合、疊加。

圖3是本次測試得到的吸附/脫附曲線，各樣品的吸附/脫附曲線在形態上略有差別，但整體呈反S型，其具體特征是：吸附線在低壓段穩定上升，在高壓段上升速度加快，但在接近飽和蒸汽壓時并未出現吸附飽和現象，表明樣品中含有一定量的中小孔和大孔，由于毛細凝聚而發生了大孔充填；脫附線在高壓段下降相對緩慢，在相對壓力(p/p0)為0.4～0.5出現明顯的拐點，形成急劇下降段，隨后(p/p0<0.4)下降速度進一步變慢，幾乎與吸附曲線發生重合，形成一個“滯后環”。

表1 有機巖石學、有機地化及礦物定量結果Table 1 Analysis results of organic petrology,organic geochemistry and mineral contents

表2 氮氣吸附測試結果Table 2 Results of nitrogen adsorption

圖2 吸附/脫附曲線分類及其孔隙結構類型[22]Fig.2 Classification of adsorption/desorption curves and pore structure[22]

吸附曲線在飽和蒸汽壓附近很陡，而脫附曲線在中等壓力處很陡，這與De Boer分類中的B型較為相似，并且兼有E型曲線的特征，因此，可以認為研究區頁巖樣品的吸附/脫附曲線為其二者的不均等疊加，其孔隙結構是平行壁的狹縫狀孔與細頸廣體的“墨水瓶”形孔的無規則配置。圖4是經氬離子拋光后的GZP-1和GZP-2在場發射掃描電鏡下的圖像，可以觀察到菱鐵礦顆粒之間和有機質內都有大量的狹縫狀孔和“墨水瓶”形納米孔，從而驗證了以上結論。

總體來說，研究區頁巖中的納米級孔隙多為開放型孔(封閉型孔無法產生脫附回線)，為吸附態和游離態的頁巖氣提供了儲存空間。

3 納米孔隙發育控制因素

研究發現，頁巖孔隙發育情況主要受到有機質成熟度(Ro)、總有機碳(TOC)、脆性礦物含量以及粘土礦物含量的影響。這些因素之間的作用結果具有多樣性和復雜性。

3.1 成熟度對孔隙發育的影響

圖5分別展示了微孔、中小孔和大孔的體積含量隨著Ro增大而發生的變化。比較明顯的是，隨著Ro增大，中小孔的含量呈現出非線性下降的趨勢，下降速度越來越慢，至Ro為1.4%左右出現極低值，Ro進一步增大時，中小孔含量開始緩慢上升；大孔含量的變化正好與中小孔相反，呈現出一種上升—極高值—下降的非線性趨勢。較中小孔和大孔而言，微孔含量隨Ro變化的規律不是太明顯，但整體上可判斷為隨著Ro增大而升高。與之相似，Curtis等[4]發現Woodford頁巖中的有機質在低成熟階段(Ro<0.6%)沒有原生孔隙發育，隨著Ro的增大，有機孔隙發育增多，并在Ro為1.6%時，達到最多，而當Ro增大到2.0%時，有機孔反而消失，隨后有機孔又開始呈上升趨勢發育。

圖3 頁巖樣品等溫吸附/脫附曲線Fig.3 Low-temperature nitrogen adsorption/desorption isotherms of shale samples

圖4 經氬離子拋光后樣品表面場發射掃描電鏡分析結果Fig.4 Results of FE-SEM analysis Argon ion milled samplesa. GZP-1樣，Ro=0.58%；b. GZP-2樣，Ro=0.87%

圖5 Ro與微孔、中小孔及大孔含量的關系Fig.5 Maturity of organic matters vs.contents of large,medium and small nanopores

出現以上現象的原因是，Ro小于0.6%時，頁巖有機質中孔隙發育極少，主要以基質中的原生孔隙為主；當Ro在0.6%～1.6%時，隨著有機質成熟度在溫壓作用下的增大，熱變氣孔逐漸增多，這些氣孔構成了微孔的大部分，導致微孔含量呈上升趨勢。而作為以基質孔隙為主的中小孔，在Ro增大過程中，基質孔隙含量因受到壓實而下降，造成了中小孔含量的下降。 大孔的增大則與成熟有機質中納米級顯微裂縫的發育增多有關。

圖6表明，中小孔的數量對孔隙比表面積和總孔體積具有決定性的貢獻作用，因此Ro可以通過影響中小孔的發育引起比表面積和總孔體積的變化，圖7顯示了Ro與比表面積和總孔體積的關系，二者整體呈下降趨勢。這是因為，低成熟階段隨著Ro增大，中小孔數量減少，導致了比表面積和總孔體積的貢獻來源變少。

3.2 總有機碳含量對孔隙發育的影響

由圖8可知，總有機碳(TOC)與大孔含量的相關性差，與微孔和中小孔的總含量具有一定的正相關性。有機質中發育的孔隙主要為熱成因氣孔，其大小一般為納米級別，是納米級孔隙的重要來源之一。頁巖TOC增大，其中的有機孔隨之增多，導致微孔和中小孔總量增大，但大孔并未隨TOC的增大表現出有規律的變化。這是因為有機孔的發育除了與TOC有關系，還受到有機質類型的影響。圖9是樣品YLQ-1經過氬離子拋光后的場發射掃描電鏡圖像，可見相鄰的兩種有機質內，孔隙發育情況并不相同，上方有機質中發育較多的橢圓形納米孔隙，而下方有機質中未見明顯的特征孔隙發育。因此，僅僅根據TOC來確定孔隙數量的發育情況是不準確的，還應將有機質種類納入考察范圍。

圖6 微孔、中小孔和大孔占BET比表面積和BJH總孔體積百分比Fig.6 Proportions of the pore BET specific surface area and BJH total pore volume of large,medium and small nanopores

圖7 Ro與BET比表面積和BJH總孔體積的關系Fig.7 Maturity of organic matters vs.BET specific surface area & BJH total pore volume

圖8 TOC與微孔、中小孔及大孔含量的關系Fig.8 Total organic carbon content vs.contents of large,medium and small nanopores

3.3 礦物組分對孔隙發育的影響

圖10是韓城礦區和銅川礦區中脆性礦物及粘土礦物含量與孔隙發育情況的關系。雖然兩個礦區中同一類型礦物的含量與孔隙含量的擬合曲線存在參數(斜率大小、截距、方差)上的差異，但二者的相關性是一致的，即在兩個礦區內，脆性礦物含量與微孔、中小孔的總含量都存在負相關關系，與大孔含量都存在正相關關系；而粘土礦物含量與微孔、中小孔總含量都為正相關關系，與大孔含量都為負相關關系。

圖9 樣品YLQ-1經氬離子拋光后的場發射掃描電鏡圖像Fig.9 FE-SEM images of Argon ion milled YLQ-1 sample

與圖8相比，礦物組成與孔隙發育的相關性要遠好于TOC與它的相關性，因此可以判斷，與中國南方多個地區的頁巖不同，研究區頁巖納米孔隙發育的主控因素不是TOC，而是礦物組分。脆性礦物中的石英、長石、碳酸鹽類礦物等，具有較高的脆性，有利于儲層顯微裂隙的發育，對大孔含量的貢獻大。而粘土礦物脆性低塑性高，礦物常常呈現纖維狀、片層狀、絮狀等形態分布，晶層間極易形成微孔隙，增加微孔、中小孔的含量。但粘土礦物會填充大孔空間，導致大孔含量的減少。

與Ro相同，礦物對孔隙發育的控制間接影響到了比表面積和總孔體積的大小。如圖11所示，脆性礦物含量與BET比表面積和BJH總孔體積都呈負相關關系，而粘土礦物含量與BET比表面積和BJH總孔體積都呈正相關關系。

4 結論

1) 渭北地區石炭系太原組、二疊系山西組和三疊系延長組泥頁巖的孔徑絕大部分在2～50 nm，即中小孔含量占絕對優勢，平均為63.50%；大孔次之，微孔最少。多數樣品的BET比表面積高于10 m2/g，表明研究區頁巖孔隙比表面積較大，利于氣體的吸附。中小孔對比表面積的貢獻作用最大，平均貢獻率可達79.83%，微孔次之，平均貢獻率為16.05%，大孔平均貢獻率僅為4.12%。

2) 泥頁巖納米孔隙結構較為單一，吸附/脫附曲線類型以De Boer分類方案中的B型為主，兼有E型曲線的特征，表明孔隙多為開放型，孔隙類型為狹縫狀孔與 “墨水瓶”形孔的無規則配置，孔隙的場發射掃描電鏡圖像證明了這一結論。

3) 礦物組分是本區頁巖納米孔隙發育的主控因素，其中粘土礦物含量的增大會導致微孔、中小孔含量增加，而脆性礦物含量增大會導致大孔含量增加。另外，頁巖由低成熟向成熟演化的過程中，Ro的增大會造成中小孔的減少和大孔的增多，從而使孔隙比表面積和總孔體積減小；有機質孔隙也是微孔、中小孔含量的重要來源之一，因此TOC的增大本質上導致了微孔、中小孔含量的整體上升。

圖10 脆性礦物含量、粘土礦物含量與微孔、中小孔及大孔含量的關系Fig.10 Contents of brittle minerals and clay minerals vs contents of large, medium and small nanopores

圖11 脆性礦物含量、粘土礦物含量與BET比表面積和BJH總孔體積的關系Fig.11 Correlations between brittle minerals,clay minerals contents and BET specific surface area & BJH total pore volume

[1] Ross D J K,Marc Bustin R.The importance of shale composition and pore structure upon gas storage potential of shale gas reservoirs[J].Marine and Petroleum Geology,2009,26(6):916-927.

[2] Loucks R G,Reed R M,Ruppel S C,et al.Morphology,genesis,and distribution of nanometer-scale Pores in siliceous mudstones of the Mississippian Barnett Shale[J].Journal of Sedimentary Research,2009,79(12):848-861.

[3] Fishman N S,Hackley P C,Lowers H A,et al.The nature of porosity in organic-rich mudstones of the Upper Jurassic Kimmeridge Clay Formation,North Sea,offshore United Kingdom[J].International Journal of Coal Geology,2012,103(5):32-50.

[4] Curtis M E,Cardott B J,Sondergeld C H,et al.Development of organic porosity in the Woodford Shale with increasing thermal maturity[J].International Journal of Coal Geology,2012,103:26-31.

[5] Slatt R M,O'Brien N R.Pore types in the Barnett and Woodford gas shales:Contribution to understanding gas storage and migration pathways in fine-grained rocks[J].AAPG Bulletin,2011,95(12):2017-2030.

[6] Klaver J,Desbois G,Urai J L,et al.BIB-SEM study of the pore space morphology in early mature Posidonia Shale from the Hils area,Germany[J].International Journal of Coal Geology,2012,103:12-25.

[7] Chalmers G R,Bustin R M,Power I M.Characterization of gas shale pore systems by porosimetry,pycnometry,surface area,and field emission scanning electron microscopy/transmission electron microscopy image analyses:Examples from the Barnett,Woodford,Haynesville,Marcellus,and Doig units[J].AAPG Bulletin.2012,96(6):1099-1119.

[8] 鐘太賢.中國南方海相頁巖孔隙結構特征[J].天然氣工業,2012,32(9):1-4. Zhong Taixian.Characteristics of pore structure of marine shales in South China[J].Natural Gas Industry,2012,32(9):1-4.

[9] 田華,張水昌,柳少波,等.壓汞法和氣體吸附法研究富有機質頁巖孔隙特征[J].石油學報,2012,33(3):419-427. Tian Hua,Zhang Shuichang,Liu Shaobo,et al.Determination of organic-rich shale pore features by mercury injection and gas adsorption methods[J].Acta Petrolei Sinica,2012,33(3):419-427.

[10] 陳尚斌,朱炎銘,王紅巖,等.川南龍馬溪組頁巖氣儲層納米孔隙結構特征及其成藏意義[J].煤炭學報,2012,37(3):438-444. Chen Shangbin,Zhu Yanming,Wang Hongyan,et al.Structure characteristics and accumulation significance of nanopores in Longmaxi shale gas reservoir in the southern Sichuan Basin[J].Journal of China Coal Society,2012,37(3):438-444.

[11] 房立志,琚宜文,王國昌,等.華夏陸塊閩西南坳陷二疊系含有機質頁巖組成及賦氣孔隙特征[J].地學前緣,2013,20(4):229-239. Fang Lizhi,Ju Yiwen,Wang Guochang,et al.Composition and gas-filled pore characteristics of Permian organic shale in southwest Fujian depression,Cathaysia landmass[J].Earth Science Frontiers,2013,20(4):229-239.

[12] 武景淑,于炳松,張金川,等.渝東南渝頁1井下志留統龍馬溪組頁巖孔隙特征及其主控因素[J].地學前緣,2013,20(3):260-269. Wu Jingshu,Yu Bingsong,Zhang Jinchuan,et al.Pore characteristics and controlling factors in the organic-rich shale of the Lower Silurian Longmaxi Formation revealed by samples from a well in southeastern Chongqing.Earth Science Frontiers,2013,20(3):260-269.

[13] 葉玥豪,劉樹根,孫瑋,等.上揚子地區上震旦統-下志留統黑色頁巖微孔隙特征[J].成都理工大學學報(自然科學版),2012,39(6):575-582. Ye Yuehao,Liu Shugen,Sunwei,et al.Micropore characteristics of Upper Sinian-Lower Silurian black shale in upper Yangtze area of China[J].Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology Edition),2012,39(6):575-582.

[14] 楊峰,寧正福,胡昌蓬,等.頁巖儲層微觀孔隙結構特征[J].石油學報,2013,34(2):301-311. Yang Feng,Ning Zhengfu,Hu Changpeng,et al.Characteristics of microscopic pore structures in shale reservoirs[J].Acta Petrolei Sinica,2013,34(2):301-311.

[15] 韓雙彪,張金川,楊超,等.渝東南下寒武頁巖納米級孔隙特征及其儲氣性能[J].煤炭學報,2013,38(6):1038-1043. Han Shuangbiao,Zhang Jinchuan,Yang Chao,et al.The characteristics of nanoscale pore and its gas storage capability in the Lower Cambrian shale of southeast Chongqing[J].Journal Of China Coal Society,2013,38(6):1038-1043.

[16] 韓雙彪,張金川,Brian Horsfield,等.頁巖氣儲層孔隙類型及特征研究：以渝東南下古生界為例[J].地學前緣,2013,20(3):247-253. Han Shuangbiao,Zhang Jinchuan,Brian Horsfield,et al.Pore types and characteristics of shale gas reservoir: A case study of Lower Paleozoic shale in Southeast Chongqing[J].Earth Science Frontiers,2013,20(3):247-253.

[17] 劉大錳,李俊乾,李紫楠.我國頁巖氣富集成藏機理及其形成條件研究[J].煤炭科學技術,2013,41(9):66-70. Liu Dameng,Li Junqian,Li Zinan.Research on enrichment and accumulation mechanism of shale gas and its formation conditions in China[J].Coal Science and Technology,2013,41(9):66-70.

[18] 謝灝辰,于炳松,曾秋楠,等.鄂爾多斯盆地延長組頁巖有機碳測井解釋方法與應用[J].石油與天然氣地質,2013,34(6):731-736. Xie Haochen,Yu Bingsong,Zeng Qiunan,et al.TOC logging interpretation method and its application to Yanchang Formation shales，the Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology,2013,34(6):731-736.

[19] 耳闖,趙靖舟,白玉彬,等.鄂爾多斯盆地三疊系延長組富有機質泥頁巖儲層特征[J].石油與天然氣地質,2013,34(5):708-716. Er Chuang,Zhao Jingzhou,Bai Yubin,et al.Reservoir characteristics of the organic-rich shales of the Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology,2013,34(5):708-716.

[20] 涂乙,鄒海燕,孟海平,等.頁巖氣評價標準與儲層分類[J].石油與天然氣地質,2014,35(1):153-158. Tu Yi,Zou Haiyan,Meng Haiping,et al.Evaluation criteria and classification of shale gas reservoirs[J].Oil & Gas Geology,2014,35(1):153-158.

[21] Rouquerol J,Avnir D,Fairbridge C W,et al.Recommendations for the characterization of porous solids[J].International Union of Pure and Applied Chemistry,1994,66(8):1739-1758.

[22] 嚴繼民,張啟元.吸附與聚集[M].北京：科學出版社,1979:108-120. Yan Jimin,Zhang Qiyuan.Adsorption and aggregation[M].Beijing:Science Press,1979:108-120.

(編輯 董 立)

Characteristics and controlling factors of nanopores in shales in Weibei,Ordos Basin

Wu Jianguo1，2，3，Liu Dameng1，2，Yao Yanbin1，2

(1.SchoolofEnergyResources，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；2.BeijingKeyLaboratoryofUnconventionalNaturalGasGeologyEvaluationandDevelopmentEngineering，Beijing100083，China；3.KeyLaboratoryofShaleGasExplorationandEvaluation，MinistryofLandandResources，Beijing100083，China)

To better understand the development characteristic of nanopores and its geological controlling factors,we collected 11 shale samples from the Taiyuan,Shanxi,and Yanchang formations in the Weibei,southeastern Ordos Basin,and performed low-temperature nitrogen adsorption,Argon-ion milled and field emission scanning electron microscopy(FE-SEM),vitrinite reflectivity(Ro)and maceral composition,total organic carbon(TOC)content and X-ray diffraction(XRD)analyses.The selected shale samples are in the transition period from low mature to mature,and are quite different inTOC.The nanopores in the shales are dominated by pores within the size of 2～50 nm,which account for 63.5% of the total pore volume.The BET specific surface area is commonly higher than 10 m2/g,indicating a favorable condition for methane adsorption.The pore types are mainly of narrow-slit pores and ink-bottle shaped pores.The dominant mineral compositions are different from area to area:clay minerals being dominated in the Hancheng area,while brittle minerals being dominated in the Tongchuan area.Clay mineral content is positively correlated with the total content of nanopores smaller than 2 nm and that within 2-50 nm,while the brittle mineral content is positively correlated with the content of nanopores larger than 50 nm.This means that the difference in mineral types is the main control factor on the development of nanopores.Moreover,RoandTOCalso have some influences on the development of nanopores.The higher theRois,the higher content of large nanopores is,but the lower content of medium to small nanopores is.In addition,the higher theTOC,the higher content of medium to small nanopores is.

low-temperature nitrogen adsorption,nanopore,shale gas,Weibei area,Ordos Basin

2014-01-16;

2014-06-20。

吳建國(1988—)，男,碩士研究生，礦產普查與勘探專業。E-mail:bluesky36998@126.com。

國家科技重大專項(2011ZX0562);國家自然科學基金-中國石油天然氣集團公司石油化工聯合基金項目(U126104)；中央高校基本科研業務費項目(2652013001)。

0253-9985(2014)04-0542-09

10.11743/ogg201414

TE122.2

A