鄂爾多斯盆地長7湖相泥頁巖孔隙演化特征分析

李延軍 姚磊

摘要：本文重點以鄂爾多斯盆地三疊系延長7段低成熟度泥頁巖作為具體的研究對象，重點以溫壓模擬和納米CT三維表征技術來展開分析和研究，針對泥頁巖孔隙的具體演化特征展開了全面的分析和研究，并且有效探討了內部主要的控制因素。

關鍵詞：湖相泥頁巖;孔隙演化;黏土礦物;納米 CT;鄂爾多斯盆地;長 7 段

針對鄂爾多斯盆地長7湖泥頁巖裂縫的具體演化特點的分析和研究，通過實驗分析結果可以看出，隨著泥頁巖孔隙的成熟度不斷上漲，長7段富有機質的泥頁巖納米孔隙大小上不斷上漲，機于納米CT三維模型的計算模式，從中可以得出泥頁巖孔隙度，由原本的0.65%慢慢上漲到了2.06%，增大的比例超過了300%，同時在整個孔隙的演化過程上表現出了3段式的上漲特點，從沒有成熟到低成熟的發展階段內部經歷了有機質的生烴作用，并且在外部環境壓實的作用條件下，泥頁巖的孔隙程度會逐漸降低，從低成熟度到高成熟度的計算當中，內部的有機質會大量的鏈接成為相應的生烴物質，粘土的礦物質會出現比較激烈的轉化作用孔隙度會有著明顯的提升。

1.鄂爾多斯盆地長7湖相泥頁巖孔隙演化實驗分析

在最近幾年的發展過程中，隨著頁巖油氣的勘測程度不斷上升，泥頁巖已經從傳統的 “源蓋系統”慢慢發展成為 “源儲蓋”系統，泥頁巖儲集空間的大小受到了相關研究人員的廣泛關注，并且也成為了重要的研究熱點。針對泥頁巖的儲集空間靜態表征特性，國內外相關研究人員展開了大量的實驗和分析，并且在針對具體的孔隙大小以及空間的分布方面，取得了相應的實驗工作成果，但是針對泥頁巖孔隙的演化，報道相對較少和常規的砂巖儲集層相比，泥頁巖孔隙的演化主要是受到了環境因素的影響作用，在巖層的孔隙演化過程當中，會受到生烴和成熟的巖石雙重控制作用。

當前階段關于泥頁巖孔隙演化工作的具體方式涵蓋了兩種類型，首先是直接觀察法有效的運用高分辨率設備，比如發射掃描電鏡分析不同成熟度的泥頁巖樣品，對泥頁巖孔隙的發育程度進行有效的對比分析，通過該方式的主要優勢在于整個實驗過程相對比較直觀，同時也比較清晰，但是忽略了樣品非均質性所帶來的虛性差異，在實驗過程當中相關工作人員關注點多為有機質孔隙而忽略了無機質孔隙，因此這一實驗結果不能完全代表泥頁巖整體孔隙的演變特點，同時國內外不同的研究學者在實驗完成之后所得到的結果差異相對較大，并且大部分的研究學者提出，隨著泥頁巖空襲內部的有機質演化程度不斷上漲，有機質孔的上漲量也會有著明顯的提升。根據馬塞洛斯頁巖作為主要的研究對象，從中發現了孔隙值的增大會帶動有機質孔隙的增大，并且在整個比例方面會有著明顯的降低，有機質孔隙的大小和數量并沒有出現明顯的提升，通過物理模擬的方式可以有效選擇出低成熟度的樣品，設置出相應的溫度序列，通過加溫誘發生烴的方式，有效的運用氣體吸附來進行定量分析，可以對不同發育階段的泥頁巖孔隙的演變過程來進行分析和觀察，通過這種方式在很大程度上降低了實驗樣品的非均質性對整個實驗結果的不良影響，同時在實驗過程當中的對比性相對較強，可以充分展示出泥頁巖孔隙的整個演變過程的特點。

這一方式的主要缺陷在于直觀的表現力相對較差，無法清晰地觀察到同一區域范圍內礦物質的孔隙演變特點，同時也無法對有機質孔以及無機質孔的演變差異性來進行分析。以鄂爾多斯盆地有機質的低成熟度，泥頁巖作為重點的研究對象，運用高溫高壓的外部物理環境來進行模擬實驗，針對同一個樣品進行納米CT重構以及掃描電鏡二維表征實驗分析和研究，在同一個區域范圍內對泥頁巖孔隙的結構隨著溫度變化的特點來進行分析，并且有效結合實驗圖像氣體吸附程度以及X射線的衍射效果等相關數據進行定量分析，從中有效得出了不同演化階段泥頁巖孔隙的具體演化特點，并且明確了不同種類型的礦物質對泥頁巖孔隙演化工作所產生的不良影響。

2.泥頁巖孔隙演化特征與實驗

在實驗過程當中，通過納米CT設備、立體顯微鏡等相關設備來進行操作，同時使用了X射線光學顯微鏡成像技術來進行觀察，在整個泥頁巖孔隙的演變特性的觀察效果上，所表現出的優勢非常明顯。在實際的實驗過程當中可以達到無損探測，并且對泥頁巖微觀結構有著更加深層次的觀察和了解，在光學測定原理上先是內部的X射線經過光學透鏡，直接在泥頁巖樣品當中來進行檢測，然后通過物鏡波在放大成相應的收集圖像，鏡片經過對焦之后可以得到清晰度更高的相位圖像，通過納米CT有效的運用透鏡聚光，可以保證整個圖像的分辨率更高成像更加清晰，最大的分辨率可以達到50納米。為了有效描述泥頁巖孔隙的具體發展特性，在研究過程當中，通過納米掃描參數設置出了相應的溫度測試方式，通過單張圖片曝光的時間控制在120秒，采集圖像設置為1600張，單次累計掃描時間大約為50小時。

2.1孔隙演化控制因素探討

泥頁巖縫隙的演化過程受到了礦物質的構成，有機質含量以及外部溫度以及壓力等多方面因素的干擾，由于在不同的環境因素影響下，泥頁巖裂縫在實際的研究工作當中所發揮出的作用也有所差異。依照研究和分析，在最開始的研究階段當中，泥頁巖孔隙度的大小受到了沉積顆粒的大小以及數量的影響，隨后在沉積壓實和膠結作用下，直接造成了內部孔隙度的降低，有機質的生烴在溶蝕作用下增加了頁巖的孔隙程度，同時提出了壓實作用會造成孔隙內部的損失率達到83%～88%，埋設深度超過了2.5千米，泥頁巖孔隙度小于10%。在生烴的作用條件下后續的溶蝕作用會更加明顯，會慢慢形成全新的孔隙。溫度對孔隙的演化過程受到基礎礦物質的影響，有效提出了泥頁巖孔隙在演化工作當中受到三種因素的影響，及生烴機械壓實作用以及化學壓實作用等，有效對比了泥頁巖演化特征，從中發現了不同程度的孔隙發育程度和TOC值之間有著明顯的關聯，并且多數的數學研究人員證明，很多的成熟樣品當中比表面積會隨著TOC值的上升而已上升，并且在泥頁巖低成熟度樣品當中的比表面積和TOC的關系值并不是非常明顯，由此可以看出有機質生烴的作用和泥頁巖成熟孔隙演化存在著一定的關聯。

2.2有機質生烴演化

鄂爾多斯盆地長期泥頁巖樣品在整體的發育形態上分為兩種，第一種屬于一種不規則的有機質發展形態內部存在較多的細微裂縫;第二種為塊狀有機物質內部存在發育不完全裂縫，這兩種形態的有機質在整體的演化形式上基本相同，并且隨著模擬溫度的不斷上升，有機質裂解生烴內部會形成相應的有機質孔，最后有機制會慢慢消失演變成為更大的孔隙，但是在二者的演變過程當中所表現出的差異性也尤為明顯，在第一種發育條件下內部的細微裂縫當中含有大量的有機物質，在孔隙的演化過程當中存在雙向性，首先是沿著原有的微裂縫向有機質的內部環境進行擴展，其次是在有機質和礦物質基質之間形成了相應的微裂縫，兩種基質的整體出現明顯的收縮狀況，同時有機質孔主要是在有機質和礦物質基質之間形成。隨著泥頁巖孔隙的演化程度不斷上漲，有機制的鏈接程度會逐漸上升，在后期的礦物殘留當中掃描顯微鏡，可以有效掃描到有機質殘留部分，這也是后續孔隙當中礦物質量上漲的一個重要原因，隨著熱氧化程度的不斷提升，泥頁巖內部的有機質孔隙在整個發生規律上會存在一定的變化，基本上會從蜂窩狀慢慢轉化成為方塊狀，然后在孔隙當中互相連接，形成更大的孔隙，最后完成整個有機質的全部鏈接，進而形成了一個全新的孔隙蜂窩狀有機質，這和之前人們所研究的頁巖有機質形態保持一致，因此可以進一步證明該實驗的模擬結果具有較高的科學性，蜂窩狀有機質大量發育所對應的環境溫度大約在350℃左右，此時在靜置體的反射率上大約為1.2%～1.5%之間，在此期間范圍內會存在大量的有機質鏈裂解，和之前人們的實驗分析結果保持相同，以此可以有效得出泥頁巖孔隙的具體演化特性以及相關的發展規律。

3.結束語：

在進入到高成熟階段當中，有機質的生烴能力和粘土的礦物質之間的轉化作用會明顯減弱，并且孔隙系統當中基本保持一種相對穩定的工作狀態，在充分明確了不同成分對泥頁巖孔隙的演變所產生的巨大差異，富有機質的演化所產生的作用力最為明顯，粘土礦物質產生的轉化作用力次之，脆性礦物質的轉換重力最小，通過實驗分析三者之間的比例大小大約為6：3：1，相關研究人員有效推測泥頁巖物質內部的反射率超過1.2%的情況下，有機質的孔隙率開始大量發育。

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