東營(yíng)凹陷牛莊洼陷古近系不同紋層組合富碳酸鹽頁(yè)巖的微觀儲(chǔ)滲能力

摘要：東營(yíng)凹陷古近系紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖中蘊(yùn)含了可觀的頁(yè)巖油資源量，但巖相復(fù)雜、紋層結(jié)構(gòu)多樣，使得該類頁(yè)巖儲(chǔ)、滲非均質(zhì)性強(qiáng)，“甜點(diǎn)”確定難度大。以東營(yíng)凹陷牛莊洼陷沙三下、沙四上亞段紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖為研究對(duì)象，通過(guò)鏡下觀察與地球化學(xué)測(cè)試對(duì)紋層組合特征進(jìn)行研究，進(jìn)而聯(lián)合多種孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)研究不同紋層組合類型頁(yè)巖的微米—納米孔縫系統(tǒng)特征及其差異。結(jié)果表明，牛莊地區(qū)主要存在Ⅰ類平行厚層碳酸鹽-薄黏土礦物紋層組合、Ⅱ類平行等厚碳酸鹽-含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層組合和Ⅲ類不連續(xù)碳酸鹽-含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層組合3類組合類型。Ⅰ類紋層組合中粒間孔及微裂縫發(fā)育，400～600 nm的宏孔和微裂縫為主流通道；Ⅱ類頁(yè)巖中晶間孔占比高，隨碳酸鹽紋層發(fā)育程度降低，主流通道半徑降低至25～63 nm。Ⅲ類頁(yè)巖中以晶間孔為主，介孔超過(guò)90%，主流通道集中在25～63 nm。紋層類型及組合控制了孔隙成因及其微觀結(jié)構(gòu)，是紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖微觀儲(chǔ)滲能力差異的主要原因，有機(jī)質(zhì)和礦物組成變化影響了介孔和宏孔發(fā)育及結(jié)構(gòu)特征，加劇了儲(chǔ)滲差異。

關(guān)鍵詞：紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖； 紋層結(jié)構(gòu)； 微觀儲(chǔ)滲能力； 微觀非均質(zhì)性； 控制因素

中圖分類號(hào)：TE 122.2"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" 文章編號(hào)：1673-5005（2025）02-0068-14

Microscopic storage and seepage capacities in" laminated carbonaceous shale of" Paleogene in Niuzhuang Sub-Sag， Dongying Sag

KONG Zheng^1，2，3， CHENG Ziyan3， QIAO Juncheng^1，2， ZHANG Yuliang3，" ZENG Jianhui^1，2，WANG Yunhe3， LI Jingyi3， LIU Shuning^1，2， LIU Xinlong^1，2

（1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering， China University of Petroleum （Beijing）， Beijing 102249， China;

2.College of Geosciences， China University of Petroleum （Beijing）， Beijing 102249， China;

3.Exploration and Development Research Institute，" Shengli Oilfield Company， SINOPEC， Dongying 257015， China）

Abstract：The Paleogene laminated calcareous shale in the Dongying Depression contains abundant shale oil resources. However， its complex lithology， characterized by intricate textures and diverse mineral compositions， results in strong heterogeneities in storage and seepage capacities， making it challenging to identify the \"sweet spots\" for shale oil extraction. In this study， we analyze lamina features and their combinations through integrated microscopic observations and geochemical measurements of laminated carbonaceous shales from the Esx3-Ess4 formations in the Dongying depression， Bohai Bay Basin. Furthermore， we employ combined pore structure characterization techniques to investigate the microstructures of pores and fractures in shales with different lamina combinations. The results reveal three types of lamina combinations， of which Type I is a binary combination of parallelly thick carbonate lamina and thin clay mineral lamina， Type II is a binary combination of parallelly carbonate lamina and felsic clay lamina with uniform thickness， and Type Ⅲ is a combination of discontinuous carbonate lamina and felsic clay lamina with uniform thickness. In Type I laminated shale， intergranular pores， dissolution pores， and microcracks are well-developed， with macropores and microcracks （400-600 nm） serving as the primary seepage channels. In type II laminations， the proportions of intragranular pores increases， and as the intensity of the carbonate lamina decreases， the radii of the main seepage channels shrink to 25-63 nm. In Type III laminated shale， intragranular pores dominate the pore space， with mesopores accounting for more than 90% of the storage capacity. Pores and throats of 25-63 nm are the primary seepage channels." The structure and arrangement of the laminae are key factors influencing the storage and seepage capacities of laminated carbonaceous shales， as they control the genesis and microstructure of pores. Additionally， variations in organic matter and inorganic mineral content enhance these distinctions by affecting the preservation and morphology of micro- and mesopores.

Keywords： laminated carbonaceous shale; lamination structure; microscopic storage and seepage capacities; microscopic heterogeneity;controlling factors

中國(guó)頁(yè)巖油氣^［1-2］資源豐富，目前在渤海灣盆地沙河街組、孔店組，松遼盆地青山口組，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組，準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組取得了陸相頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)突破^［3-5］。濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷古近系沙河街組頁(yè)巖油資源豐富^［6］，咸化湖盆沙三下亞段—沙四上亞段頁(yè)巖是頁(yè)巖油主力富集層段，目前已在這兩個(gè)層段發(fā)現(xiàn)了多口工業(yè)油流井，建成了單井產(chǎn)量高、總產(chǎn)量大的頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)基地。針對(duì)古近系頁(yè)巖儲(chǔ)層，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從沉積成因、有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制、儲(chǔ)層儲(chǔ)滲能力及微觀孔隙結(jié)構(gòu)方面開(kāi)展了大量研究，其中微觀孔隙結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)滲能力是當(dāng)前研究和支撐頁(yè)巖油生產(chǎn)的重要內(nèi)容^［7-9］。頁(yè)巖具有典型的自生自儲(chǔ)、自封閉的成藏特征，原油主要以吸附態(tài)、游離態(tài)賦存在富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的微米-納米孔縫系統(tǒng)中^［9-12］，其賦存狀態(tài)、富集程度和可流動(dòng)性明顯受到孔隙結(jié)構(gòu)控制，微觀儲(chǔ)滲能力與微觀結(jié)構(gòu)一直是頁(yè)巖儲(chǔ)層研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)^［13］。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征開(kāi)展了大量的研究，研究技術(shù)可以概括為圖像分析法^［14-15］、流體注入法^［16-17］、非流體注入法^［18-19］3種。不同研究手段研究的側(cè)重點(diǎn)不同，單一研究方法難以全面反映頁(yè)巖的微觀結(jié)構(gòu)特征。近年來(lái)，多技術(shù)手段聯(lián)合成為重要的研究途徑，如掃描電鏡和壓汞法結(jié)合、壓汞法與核磁共振結(jié)合、氣體吸附與壓汞法結(jié)合等^［14-16］，不同方法的聯(lián)合得到的結(jié)果也不盡相同、差異較大。東營(yíng)凹陷古近系陸相湖盆沉積環(huán)境多變，頁(yè)巖巖相類型更加復(fù)雜，有機(jī)質(zhì)含量和演化程度更低，無(wú)機(jī)礦物種類更多，微觀儲(chǔ)集空間更復(fù)雜，不同巖性頁(yè)巖甚至相同巖性頁(yè)巖中儲(chǔ)集空間孔縫結(jié)構(gòu)均存在明顯差別，儲(chǔ)集和滲流能力差異明顯，導(dǎo)致頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)“甜點(diǎn)”確定困難^［20-21］。古近系沙河街組頁(yè)巖油儲(chǔ)層存在紋層狀、層狀和塊狀3種不同層理結(jié)構(gòu)的頁(yè)巖，其中紋層狀富碳酸鹽巖頁(yè)巖是目前勘探開(kāi)發(fā)的主力巖相類型。劉惠民等^［22］、宋明水等^［23］、孫煥泉^［24］研究指出不同層理結(jié)構(gòu)頁(yè)巖的孔縫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異大，相同巖性巖相頁(yè)巖受紋層類型、礦物構(gòu)成及其空間組合模式的影響，也表現(xiàn)出顯著的儲(chǔ)滲差異，這是造成頁(yè)巖油分布和富集差異的重要原因之一。目前微觀儲(chǔ)滲能力的研究仍主要針對(duì)不同層理結(jié)構(gòu)、不同巖性巖相頁(yè)巖開(kāi)展，對(duì)于典型紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖紋層及紋層組合尺度的微觀儲(chǔ)滲能力的精細(xì)研究還有待深入。筆者以東營(yíng)凹陷牛莊洼陷古近系沙三下—沙四上紋層狀富碳酸質(zhì)頁(yè)巖為研究對(duì)象，通過(guò)顯微觀察、Rock-Eval、TOC和XRD分析對(duì)紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖的地質(zhì)-地球化學(xué)特征與巖性巖相特征進(jìn)行分析，對(duì)紋層類型及其組合特征進(jìn)行研究，結(jié)合氬離子拋光掃描電鏡、氮?dú)馕胶透邏簤汗?lián)合分析對(duì)不同紋層組合類型頁(yè)巖的微米-納米孔縫系統(tǒng)進(jìn)行表征，明確微觀儲(chǔ)、滲能力差異及其影響因素，以期為東營(yíng)凹陷古近系沙河街組頁(yè)巖油有利富集區(qū)預(yù)測(cè)提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

東營(yíng)凹陷是渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷的次級(jí)構(gòu)造單元，四周被凸起環(huán)繞（圖1（a）），面積約5700 km2，整體呈現(xiàn)北斷南超的箕狀結(jié)構(gòu)，其中東部的牛莊洼陷作為凹陷中心具有豐富的油氣資源，面積約600 km2（圖1（b））。東營(yíng)凹陷內(nèi)發(fā)育太古界至新生界地層，缺失元古界、上奧陶統(tǒng)至石炭系下統(tǒng)、二疊系至新生界古新統(tǒng)地層（圖1（c）），油氣資源豐富，主力層系探明程度高^［25-26］。近年來(lái)，東營(yíng)凹陷古近系沙三下亞段和沙四上亞段的泥頁(yè)巖層系中取得了頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)突破^［27-28］。凹陷內(nèi)古近系沙四段沉積中晚期，環(huán)境濕潤(rùn)，隨盆地沉降湖盆規(guī)模不斷擴(kuò)大，水體持續(xù)加深，水體鹽度高，在深湖—半深湖沉積

環(huán)境中形成了半封閉鹽湖，沉積了厚度50～350 m的半深湖相泥頁(yè)巖，泥頁(yè)巖中碳酸鹽礦物含量高，大量發(fā)育富碳酸巖紋層^［29-30］。沙三段早期斷陷作用增大湖盆可容空間，氣候濕潤(rùn)，形成了微咸水的深湖—半深湖沉積環(huán)境，泥頁(yè)巖沉積厚度在100～400 m，碳酸鹽礦物含量也整體較高^［31-33］。在沙四上亞段至沙三下亞段頁(yè)巖中形成富碳酸質(zhì)的紋層狀泥質(zhì)灰頁(yè)巖、灰質(zhì)泥頁(yè)巖、灰?guī)r、泥巖等多種巖相，在富碳酸質(zhì)的紋層狀頁(yè)巖中，受礦物組成和紋層變化，其儲(chǔ)集物性和含油性非均質(zhì)性強(qiáng)^［34-36］。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)樣品取自東營(yíng)凹陷牛莊洼陷的沙三下亞段—沙四上亞段（圖1 （b）），本次取樣主要井位為N55-X1、WX590、NX55井，選擇本區(qū)域該層段發(fā)育程度最高的紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖，取樣29塊，并進(jìn)行巖心觀察、礦物組分和TOC測(cè)試，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)從中選取6塊代表性樣品，樣品覆蓋紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖中主要的紋層類型，具有不同的礦物組成特征和有機(jī)地球化學(xué)特征，具體樣品信息見(jiàn)表1。將6塊樣品中每個(gè)樣品等分為5份平行樣品，每份樣品體積不小于2 cm3，質(zhì)量5～10 g，分別開(kāi)展光學(xué)薄片分析、掃描電鏡分析、巖石熱解、高壓壓汞和氮?dú)馕綔y(cè)試。

2.2 試驗(yàn)流程

通過(guò)日本理學(xué)高分辨率衍射儀SmartLab X射線衍射儀對(duì)樣品的礦物組分進(jìn)行分析，通過(guò)Rock-eval 6 和LECO CS-230對(duì)樣品進(jìn)行熱解和TOC測(cè)試，明確樣品的有機(jī)地球化學(xué)特征，進(jìn)而結(jié)合光學(xué)鏡下鑒定和巖心觀察分析頁(yè)巖內(nèi)礦物紋層的特征及其組合模式及其差異。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)掃描電鏡、高壓壓汞和低溫氮?dú)馕皆囼?yàn)對(duì)發(fā)育不同紋層組合模式頁(yè)巖的微米-納米孔縫結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行精細(xì)表征，探討孔縫結(jié)構(gòu)特征差異及其主要影響因素。

普通薄片通過(guò)茜素紅處理，將一半的巖石進(jìn)行染色區(qū)分方解石和白云石，通過(guò)徠卡正置式顯微鏡進(jìn)行單偏光與正交光顯微觀察。采用Quanta 200F場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)氬離子拋光后的樣品進(jìn)行觀察，觀察的極限分辨率為1.2 nm。高壓壓汞采用美國(guó)Corelab CMS300和美國(guó)AutoPore Ⅳ 9505壓汞儀，最高進(jìn)汞壓力為200 MPa，基于毛細(xì)管束模型對(duì)進(jìn)汞曲線進(jìn)行解釋，獲取樣品的孔徑分布；采用美國(guó)Micromeritics ASAP2460表面積和孔隙率分析儀開(kāi)展低溫氮?dú)馕皆囼?yàn)，可測(cè)量的孔徑范圍為0.35～500 nm，試驗(yàn)過(guò)程中脫氣溫度為150 ℃，試驗(yàn)時(shí)間為6 h，采用BET方法對(duì)氮?dú)馕胶徒馕€進(jìn)行解釋，獲得孔隙的比表面積和孔徑分布，可對(duì)高壓壓汞獲得的孔徑分布進(jìn)行補(bǔ)充。

3 紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖基本地質(zhì)特征

3.1 有機(jī)-無(wú)機(jī)地球化學(xué)及巖相特征

牛莊洼陷紋層狀頁(yè)巖整體屬于富有機(jī)質(zhì)型頁(yè)巖，TOC分布在0.69%～7.73%，平均為4.11%，少量樣品（L-1號(hào)）TOC小于2.0%（表1）。干酪根類型以Ⅱ1型為主，其次為Ⅰ型（圖2），有機(jī)質(zhì)主要呈現(xiàn)出條帶狀順層分布（圖3（a）、（b））與不規(guī)則分散兩種分布狀態(tài)（圖3（c）、（d））。熱解峰溫Tmax計(jì)算的等效鏡質(zhì)體反射率Ro介于0.71%～0.75%，頁(yè)巖整體上處于低成熟—成熟階段。

紋層狀泥頁(yè)巖中以碳酸鹽巖礦物、黏土礦物以及長(zhǎng)英質(zhì)礦物為主，其中碳酸鹽礦物含量較高，差異也較大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42.90%～81.00%，平均為58.77%；黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.40%～25.60%，平均為19.82%；石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.90%～22.40%，平均為15.40%；長(zhǎng)石含量較少，以斜長(zhǎng)石為主，整體上脆性礦物含量高（表1）。依據(jù)碳酸鹽礦物、黏土礦物、長(zhǎng)英質(zhì)礦物三端元分類法，可以將紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖的巖性細(xì)分為富碳酸巖型、富黏土型、富長(zhǎng)英型和混合型4個(gè)小類，整體以富碳酸巖型頁(yè)巖為主，L-6號(hào)樣品為混合頁(yè)巖（圖4）。

3.2 紋層類型、特征及其組合模式

鏡下觀察表明，小于1 mm的礦物紋層在微觀尺度上表現(xiàn)出強(qiáng)烈差異和強(qiáng)非均質(zhì)性，具有不同的礦物紋層組合模式。紋層狀頁(yè)巖中存在碳酸鹽礦物紋層、長(zhǎng)英質(zhì)礦物紋層和富有機(jī)質(zhì)黏土礦物紋層3種紋層類型，基于不同礦物的厚度和組合特征，可以將紋層狀富碳酸巖頁(yè)巖中的紋層劃分為3類組合模式（圖5，CAL為碳酸鹽紋層，CL為黏土紋層，F(xiàn)CL為含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層）。Ⅰ類為厚層碳酸鹽紋層與薄層黏土礦物紋層平行疊置的二元組合模式，主要出現(xiàn)在L-1號(hào)與L-3號(hào)樣品，該類頁(yè)巖紋層界面清晰，連續(xù)穩(wěn)定，其中碳酸鹽礦物紋層厚度是黏土礦物的2～3倍（圖5（a）），具有高碳酸鹽礦物含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于65%）、低長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約10%）、低黏土礦物含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約15%）的特點(diǎn)，黏土礦物中主要為伊蒙混層礦物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于65%），其次為伊利石（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約20%），有機(jī)質(zhì)隨黏土紋層具有明顯的成層性。Ⅱ類為等厚碳酸鹽紋層與含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層平行疊置的二元組合模式，主要出現(xiàn)在L-2號(hào)與L-4號(hào)樣品，該類頁(yè)巖紋層界面相對(duì)清晰，相對(duì)連續(xù)穩(wěn)定（圖5（b）），碳酸鹽礦物含量較高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約50%）、長(zhǎng)英質(zhì)與黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)15%，有機(jī)質(zhì)呈條帶狀或分散狀。Ⅲ類為不連續(xù)碳酸鹽紋層與含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層交錯(cuò)組合模式，主要出現(xiàn)在L-5號(hào)與L-6號(hào)樣品，紋層界面模糊，連續(xù)性變差，碳酸鹽紋層呈波紋狀或透鏡體狀不連續(xù)分布，同時(shí)出現(xiàn)較多的粒徑較大的長(zhǎng)英質(zhì)礦物，黏土紋層表現(xiàn)出差異壓實(shí)的特征，碳酸巖紋層能夠保持一定的紋層形態(tài)，而長(zhǎng)英質(zhì)和黏土礦物多混合分布，成層性差（圖5（c）），碳酸巖礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于45%，長(zhǎng)英質(zhì)和黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)20%，有機(jī)質(zhì)主要呈分散狀或波紋狀。

4 不同紋層組合富碳酸鹽頁(yè)巖微米-納米孔縫結(jié)構(gòu)特征及其差異

4.1 孔隙成因

研究區(qū)紋層狀碳酸鹽頁(yè)巖中孔隙成因復(fù)雜，以無(wú)機(jī)孔隙為主，主要以粒間孔、粒內(nèi)溶蝕孔、晶間孔和微裂縫為主，有機(jī)孔隙受熱演化程度低影響發(fā)育較少^{［15，27］}。原生粒間孔以方解石粒間孔為主，孔隙形態(tài)為規(guī)則多邊形為主，孔徑在500 nm～5 μm（圖6（a））；溶蝕孔包括粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，多為微米級(jí)孔隙，孔徑在100 nm～2 μm（圖6（b）、（c））。晶間孔主要為黏土礦物晶間孔和黃鐵礦晶間孔，主要分布在100～500 nm（圖6（d）、（e））；有機(jī)質(zhì)孔呈球狀、不規(guī)則條帶狀分布在有機(jī)質(zhì)團(tuán)塊或者條帶中，孔徑在幾十至幾百個(gè)納米之間（圖6（f））。層理縫主要產(chǎn)生在不同紋層界面（圖6（g）），粒緣縫為沿著剛性顆粒邊緣產(chǎn)生的微裂縫（圖6（h）），

收縮縫為黏土礦物脫水轉(zhuǎn)化收縮或者有機(jī)質(zhì)生烴收縮產(chǎn)生的微裂縫（圖6（i）），研究區(qū)生烴增壓形成的穿層縫普遍發(fā)育，多切穿層理，溝通多個(gè)紋層（圖6（j）、（k）、（l））。牛莊地區(qū)富碳酸巖紋層中以方解石粒間孔和方解石溶蝕粒間孔為主；在黏土質(zhì)紋層中，晶間孔和有機(jī)質(zhì)孔占主導(dǎo)，存在少量的有機(jī)質(zhì)收縮縫，孔隙較小，在含長(zhǎng)英質(zhì)黏土質(zhì)紋層中，粒間孔、粒內(nèi)孔和晶間孔都有發(fā)育，以粒間和粒內(nèi)孔隙為主，孔徑差異較大。層理縫和收縮縫主要出現(xiàn)在富碳酸鹽紋層和黏土質(zhì)紋層的紋層界面處，穿層縫主要出現(xiàn)在富碳酸鹽紋層和含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層發(fā)育處。Ⅰ類紋層組合頁(yè)巖中形成了以粒間孔、溶蝕孔、層理縫和構(gòu)造縫為主導(dǎo)的孔隙類型，整體儲(chǔ)集和滲流能力較強(qiáng)，Ⅱ紋層組合類頁(yè)巖中，晶間孔發(fā)育程度增加，粒間孔和層理縫降低，儲(chǔ)滲能力下降。Ⅲ類紋層組合頁(yè)巖以晶間孔和粒間孔為主，微裂縫發(fā)育程度很低，儲(chǔ)集和滲流能力最差。

4.2 孔隙形態(tài)學(xué)與幾何學(xué)特征

研究區(qū)紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖的氮?dú)馕角€整體以H3型回滯環(huán)為主（圖7），表明孔隙主要以平行板狀孔為主，指示了層理縫和微裂縫在紋層狀頁(yè)巖儲(chǔ)集和滲流中的主導(dǎo)地位，然而3類不同紋層組合類型頁(yè)巖的孔喉分布和連通性差異較大（圖8），Ⅰ類中大孔喉發(fā)育程度高、分選性好、連通性好，表現(xiàn)出低排驅(qū)壓力高進(jìn)汞飽和度的特征（平均為0.92 MPa，87.42%）；Ⅱ類頁(yè)巖中大孔喉發(fā)育程度降低，孔隙分選性差異變大，孔喉分布更為復(fù)雜，具有中等排驅(qū)壓力（平均為7.23 MPa）、高進(jìn)汞飽和度（平均為91.75%）的特征，連通程度變差；Ⅲ類頁(yè)巖小孔喉發(fā)育程度明顯升高，分選很差，具有高排驅(qū)壓力（平均為7.23 MPa）、低進(jìn)汞飽和度（平均為82.02%）的特征，孔喉連通性最差（表2）。

4.3 孔徑分布特征與微觀儲(chǔ)滲能力

研究區(qū)低于2 nm的孔隙發(fā)育程度低，且對(duì)儲(chǔ)滲空間貢獻(xiàn)較小^［28］，本文中主要將氮?dú)馕胶透邏簤汗Y(jié)合，分別對(duì)研究區(qū)紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖的2～50 nm和50 nm～30 μm區(qū)間內(nèi)的孔徑分布特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明，研究區(qū)紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖中孔徑主峰集中分布在4～20 nm區(qū)間，介孔體積平均占比超過(guò)80%，構(gòu)成了頁(yè)巖主要的儲(chǔ)集空間，而宏孔對(duì)儲(chǔ)集能力的貢獻(xiàn)是次要的，但不同紋層組合類型頁(yè)巖的孔徑分布差異較大，Ⅰ類和Ⅱ類紋層組合頁(yè)巖中氮?dú)馕降腂JH孔徑以S型為主， Ⅰ類頁(yè)巖中存在較多的2～10 nm的孔隙，Ⅱ類頁(yè)巖中高于10 nm的孔隙占比相對(duì)較高，Ⅲ類頁(yè)巖中存在S和倒W型兩種分布模式，介孔占比84.16%，小孔隙占比明顯高于其他兩類。壓汞孔徑分布中Ⅰ類頁(yè)巖的主峰峰高低于Ⅱ類和Ⅲ類，在250～600 nm出現(xiàn)后峰，大孔喉發(fā)育程度明顯升高，Ⅲ類頁(yè)巖主峰高， 高于50 nm孔隙發(fā)育程度低，幾乎無(wú)超過(guò)63 nm的孔隙，Ⅱ類樣品出現(xiàn)了兩種孔徑分布，這主要是由于Ⅱ類紋層結(jié)構(gòu)組合既可以出現(xiàn)靠近Ⅰ類的組合類型，也可以出現(xiàn)靠近Ⅲ類的組合類型（表3，圖8和圖9）。3類頁(yè)巖中，介孔孔隙體積接近，孔隙比表面積差異較大，狹縫狀及球狀孔隙更發(fā)育的Ⅲ類頁(yè)巖中，介孔比表面積較高（表3），而宏孔形態(tài)差異較小，體積和比表面積差異較小。

通過(guò)滲透率貢獻(xiàn)率分析發(fā)現(xiàn)，4～20 nm的介孔滲透率貢獻(xiàn)不足20%，其余主要由宏孔貢獻(xiàn)，Ⅰ類紋層組合頁(yè)巖中400～1000 nm的孔喉貢獻(xiàn)了99%以上的滲透率，Ⅲ類頁(yè)巖中80%的滲透率由25～63 nm的孔喉提供，而Ⅱ類頁(yè)巖中孔喉滲透率貢獻(xiàn)差異較大，L-4樣品中90%的滲透率由400～1000 nm的孔喉提供，而L-2樣品則85%滲透率由25～63 nm的孔喉提供，這與Ⅱ類紋層組合頁(yè)巖中微觀孔喉結(jié)構(gòu)差異較大有關(guān)（圖9）。紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖中不同紋層組合類型的孔縫系統(tǒng)特征的差別導(dǎo)致其滲流能力差異大，在頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要針對(duì)性地對(duì)頁(yè)巖油儲(chǔ)層進(jìn)行改造，Ⅰ類和Ⅱ類紋層組合頁(yè)巖應(yīng)注重原有微裂縫的拓展和支撐，而Ⅲ類紋層組合頁(yè)巖應(yīng)當(dāng)注重對(duì)創(chuàng)造新的裂縫體系，從而有效提高開(kāi)發(fā)效率。

5 不同紋層組合富碳酸鹽頁(yè)巖孔縫系統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)特征的影響因素

5.1 紋層組合特征對(duì)微觀儲(chǔ)集能力的影響

紋層組合特征的差異是造成紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖微觀儲(chǔ)滲能力差別的最主要因素。沉積和構(gòu)造特征耦合控制了沉積環(huán)境變化和物源輸入，從而控制了不同紋層的形成和組合特征^{［28，31］}，影響了后續(xù)的成巖和有機(jī)質(zhì)熱演化過(guò)程，最終導(dǎo)致不同類型紋層狀富碳酸頁(yè)巖中微孔孔隙結(jié)構(gòu)特征與儲(chǔ)、滲能力具有差異。綜合對(duì)比分析表明，較大的粒間孔和溶蝕孔與方解石紋層和含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層的發(fā)育程度成正比，而較小的晶間孔和有機(jī)質(zhì)孔與黏土紋層的發(fā)育程度呈正相關(guān)，微裂縫與紋層發(fā)育密度成正比。因此，在Ⅰ類紋層組合和部分Ⅱ類紋層組合頁(yè)巖中，宏孔和微裂縫的發(fā)育程度明顯較高，Ⅲ類紋層組合頁(yè)巖因黏土紋層發(fā)育程度高，介孔的比例明顯升高。在同類紋層組合樣品中，隨著方解石紋層和含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層的密度降低，介孔的發(fā)育比例明顯升高（圖5、8和9）。

5.2 有機(jī)質(zhì)與礦物組成對(duì)微觀儲(chǔ)集能力的影響

在紋層組合的控制下，有機(jī)質(zhì)和礦物組成差異加劇了紋層狀頁(yè)巖的微觀儲(chǔ)滲能力特征差別，隨有機(jī)質(zhì)含量（TOC）增加，介孔的體積和比表面積呈降低的趨勢(shì)，宏孔的孔體積和比表面積呈遞增的趨勢(shì)（圖10），原因在于在低成熟條件下，有機(jī)質(zhì)早期熱演化，體積縮小，形成收縮縫，釋放有機(jī)酸對(duì)碳酸鹽巖和長(zhǎng)英質(zhì)礦物溶蝕，而該階段有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度有限，因此介孔與TOC的相關(guān)性較差。牛莊洼陷紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖中，儲(chǔ)集空間大部分來(lái)自于無(wú)機(jī)孔隙，介孔的孔隙體積和比表面積與長(zhǎng)英質(zhì)礦物和黏土礦物含量成正比，這與長(zhǎng)石溶蝕或高嶺石化產(chǎn)生大量粒內(nèi)孔和晶間孔密切相關(guān)；宏孔的孔隙體積和比表面積與碳酸鹽礦物含量呈正相關(guān)，與長(zhǎng)英質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)，這是因?yàn)楹昕自诔梢蛏隙酁榉浇馐ｉg孔（圖11）。與紋層組合類型和有機(jī)質(zhì)含量相比，無(wú)機(jī)礦物對(duì)微觀儲(chǔ)、滲能力的影響較弱。

紋層結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量和礦物組成三者耦合影響了牛莊地區(qū)紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖的微觀儲(chǔ)滲能力。因此，在Ⅰ類紋層組合頁(yè)巖中形成了穩(wěn)定厚層碳酸鹽與薄層黏土礦物平行互層，高宏孔大孔徑的粒間孔-晶間孔-微裂縫型微觀孔喉結(jié)構(gòu)模式，在Ⅱ類紋層組合頁(yè)巖中形成了穩(wěn)定等厚碳酸鹽與含長(zhǎng)英質(zhì)黏土礦物平行互層、宏孔、介孔復(fù)雜分布的晶間孔-粒間孔型微觀孔喉結(jié)構(gòu)分布模式，在Ⅲ類紋層組合頁(yè)巖中形成了不連續(xù)碳酸鹽與含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層交錯(cuò)、高介孔小孔徑的晶間孔主導(dǎo)型微觀孔喉結(jié)構(gòu)模式（圖12）。在紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖的油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要關(guān)注紋層尺度的非均質(zhì)性，注重紋層類型、組合模式及其差異，以及這種差異帶來(lái)的儲(chǔ)集和滲流能力差別。

6 結(jié) 論

（1）東營(yíng)凹陷牛莊洼陷紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖主要存在3類紋層組合：Ⅰ類為平行厚碳酸鹽與薄黏土礦物紋層疊置的二元組合，具有紋層連續(xù)穩(wěn)定、高碳酸鹽礦物、低長(zhǎng)英質(zhì)和黏土礦物含量的特點(diǎn)；Ⅱ類為平行等厚碳酸鹽與含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層疊置的二元組合，紋層相對(duì)連續(xù)，長(zhǎng)英質(zhì)與黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)15%；Ⅲ類為不連續(xù)碳酸鹽與含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層交錯(cuò)組合模式，碳酸鹽紋層呈波紋狀或透鏡體狀不連續(xù)分布，長(zhǎng)英質(zhì)和黏土礦物多混合分布，成層性差，黏土礦物含量明顯升高。

（2）Ⅰ類紋層組合頁(yè)巖中儲(chǔ)集空間由粒間孔、溶蝕孔、層理縫和構(gòu)造縫構(gòu)成，宏孔對(duì)儲(chǔ)集空間貢獻(xiàn)超過(guò)30%，孔徑分布呈現(xiàn)出弱雙峰型，400～600 nm的微裂縫為主流通道；Ⅱ類紋層組合頁(yè)巖中晶間孔增加，孔徑分布出現(xiàn)了弱雙峰和單峰狀，宏孔占比降低，隨碳酸鹽紋層發(fā)育程度降低，主流通道半徑從400～1000 nm降低至25～63 nm；Ⅲ類紋層組合為主的頁(yè)巖中以晶間孔和粒間孔為主，孔徑呈單峰狀集中在4～20 nm，介孔占比超過(guò)90%，主流通道半徑主要為25～63 nm。

（3）在紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖中，紋層的類型、組合模式及其發(fā)育密度是微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征差異形成的根本原因。粒間孔與微裂縫同碳酸鹽和含長(zhǎng)英質(zhì)黏土紋層發(fā)育密度呈正相關(guān)，晶間孔和有機(jī)質(zhì)孔與黏土紋層發(fā)育密度成正比。有機(jī)質(zhì)和礦物組成加劇了微觀孔縫結(jié)構(gòu)的差異性，隨有機(jī)質(zhì)含量增加，介孔體積與比表面積降低，宏孔體積和比表面積增加。介孔體積和比表面積與長(zhǎng)英質(zhì)礦物和黏土礦物含量成正比，與碳酸鹽礦物含量成反比，宏孔則相反。在紋層狀富碳酸鹽頁(yè)巖的油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要關(guān)注紋層類型、組合模式及其差異，以及這種差異帶來(lái)的儲(chǔ)滲能力差別。

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SUN Chao. The characteristics formation and evolution of shale oil reservoir space in Dongying Sag［D］.Nanjing： Nanjing University， 2017.

（編輯 修榮榮）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（42302144）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（2462023BJRC012）

第一作者：孔政（1991-），女，博士研究生，研究方向?yàn)橛蜌獬刹貦C(jī)制與非常規(guī)油氣地質(zhì)評(píng)價(jià)。E-mail ：1322301601@qq.com。

通信作者：?jiǎn)炭〕蹋?991-），男，副教授，博士，研究方向?yàn)橛蜌獬刹貦C(jī)制與非常規(guī)油氣地質(zhì)評(píng)價(jià)。E-mail： Juncheng.Qiao@cup.edu.cn。

引用格式：孔政，程紫燕，喬俊程，等.東營(yíng)凹陷牛莊洼陷古近系不同紋層組合富碳酸鹽頁(yè)巖的微觀儲(chǔ)滲能力［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2025，49（2）：68-81.

KONG Zheng， CHENG Ziyan， QIAO Juncheng， et al. Microscopic storage and seepage capacities in" laminated carbonaceous shale of" Paleogene in Niuzhuang Sub-Sag， Dongying Sag［J］. Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science）， 2025，49（2）：68-81.