地質學

渝東南兩套富有機質頁巖的孔隙結構特征——來自FIB-SEM的新啟示

馬勇，鐘寧寧，程禮軍，等

摘要：目的：頁巖儲層孔隙結構特征是頁巖氣地質評價的關鍵因素，頁巖中大量發育的納米級有機質孔隙對頁巖氣的儲集能力和流動能力具有重要作用。本文針對我國南方海相頁巖氣主要勘探目的層系下寒武統牛蹄塘組和上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組兩套富有機質頁巖，在對兩套頁巖孔隙發育類型及尺寸研究的基礎上，完成了兩套頁巖有機質孔隙的三維重構和定量計算，揭示了兩套頁巖有機質孔隙發育的差異性。方法：本文采用聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM），在對兩套頁巖孔隙發育類型、大小和分布特征系統觀察的基礎上，選定具有代表性的區域進行聚焦離子束切割和掃描電鏡成像，采用Avizo圖像處理軟件對三維數據體進行重構和數值分析，最終展示兩套頁巖納米級有機質孔隙三維空間分布特征及其對頁巖孔隙度貢獻。結果：研究結果表明渝東南地區五峰組—龍馬溪組頁巖內層間微裂隙、礦物粒內孔、礦物粒間孔和有機質孔隙均較為發育。其中平行黏土礦物層片的粒內孔隙一般寬幾十到上百納米、長1～3 μm，呈線狀且彼此間相互平行。石英與石英顆粒之間、石英顆粒與黏土礦物之間均發育大量的粒間孔隙，沿礦物顆粒邊緣呈線狀分布，寬度從幾十納米到幾百納米之間，長度從幾微米到十幾微米不等。五峰組—龍馬溪組頁巖有機質內孔隙普遍十分發育，孔隙多為圓形或橢圓形，呈蜂窩狀分布，孔隙直徑集中在30～100 nm之間。FIB-SEM三維重構結果顯示，五峰組—龍馬溪組頁巖有機質孔隙連通性較好，孔隙半徑分布在3～1159 nm之間，孔隙半徑300 nm以上的較大孔隙對頁巖孔隙度貢獻較大。五峰組—龍馬溪組頁巖有機質孔隙度在9.13%～18.42%之間，在整個巖石中有機質的總孔隙度為0.41%～1.42%，有機質孔隙對頁巖總孔隙度的貢獻在13.36%～23.51%。牛蹄塘組頁巖溶蝕孔和粒間孔較為發育，有機質孔隙發育不均勻。溶蝕孔主要發育在石英顆粒之間，孔隙直徑可達10 μm左右。方解石顆粒內部溶蝕孔也較為發育，孔隙直徑一般為1 μm左右，且方解石顆粒周緣的溶蝕縫發育。牛蹄塘組頁巖有機質孔隙發育不均勻，部分有機質內孔隙發育，部分有機質內孔隙不發育。有機質孔隙多呈狹長狀或針孔狀，孔隙半徑集中在5～25 nm之間。FIB-SEM三維重構結果顯示，牛蹄塘組頁巖有機質孔隙呈點網狀分布，彼此之間連通性較差。三維重構計算顯示牛蹄塘組頁巖有機質孔隙度在0.01%～1.59%，有機質的總孔隙度在0.30%以內，牛蹄塘組頁巖有機質孔隙對整個巖石孔隙度的貢獻幾乎可以忽略，頁巖的總孔隙度應主要來自于溶蝕孔隙和礦物粒間孔隙。結論：FIB-SEM研究揭示五峰組—龍馬溪組和牛蹄塘組兩套頁巖的有機質孔隙結構具有明顯差異，五峰組—龍馬溪組頁巖有機質孔隙呈蜂窩狀發育，孔隙連通性較好；牛蹄塘組頁巖有機質孔隙發育不均勻，孔隙連通性較差。有機質孔隙結構特征分析可為從微觀上解釋這兩套地層頁巖氣賦存狀態（吸附氣或游離氣）及含氣性差異提供新的思路。

來源出版物：石油實驗地質, 2015, 37(1): 109-116

入選年份：2017