胡宗全，杜 偉，彭勇民，趙建華

[1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2. 中國石化 頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249]

頁巖微觀孔隙特征及源-儲關(guān)系
——以川東南地區(qū)五峰組-龍馬溪組為例

胡宗全1，2，杜 偉1，2，彭勇民1，2，趙建華3

[1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2. 中國石化 頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249]

頁巖既是頁巖氣的烴源巖，又是頁巖氣的儲層。運(yùn)用氬離子拋光掃描電鏡技術(shù)對川東南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖的有機(jī)質(zhì)、無機(jī)礦物、孔隙等微觀特征進(jìn)行描述，將有機(jī)質(zhì)、孔隙作為一個(gè)“源-儲”系統(tǒng)來分析其空間分布狀態(tài)與時(shí)間演化關(guān)系。研究表明，有機(jī)質(zhì)孔比無機(jī)質(zhì)孔對賦存頁巖氣更重要；遷移有機(jī)質(zhì)比原地有機(jī)質(zhì)更發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔。無機(jī)礦物孔隙賦存大量的遷移有機(jī)質(zhì)，在頁巖氣形成過程中發(fā)揮重要作用。五峰組-龍馬溪組中含有較多的硅質(zhì)等剛性顆粒礦物，可以形成堅(jiān)固的粒間孔隙體系，在成油期孔隙度高、孔隙大且連通性好，可以保存大量的遷移有機(jī)質(zhì)。剛性顆粒粒間孔隙中賦存遷移有機(jī)質(zhì)，遷移有機(jī)質(zhì)在其中演化成為固態(tài)有機(jī)質(zhì)，其中的有機(jī)質(zhì)孔中賦存天然氣，構(gòu)成最佳的源-儲匹配關(guān)系，最有利于形成和富集頁巖氣。頁巖中的粘土礦物晶間孔在早期的成巖階段大多已喪失，少量的在膠結(jié)物晶粒支撐與內(nèi)部流體壓力雙重保護(hù)之下仍賦存有機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)孔。黃鐵礦集合體形成粒間和內(nèi)部晶間孔隙，部分孔隙可以賦存有機(jī)質(zhì)和較小的有機(jī)質(zhì)孔，但總量有限。

有機(jī)質(zhì)孔；遷移有機(jī)質(zhì)；源-儲關(guān)系；五峰組; 龍馬溪組；頁巖；川東南地區(qū)

作為頁巖氣儲集體的頁巖要兼具烴源巖、儲集巖的雙重角色[1-4]。隨著有機(jī)質(zhì)的增多，有機(jī)質(zhì)孔在增多[5-8]，使頁巖具有高有機(jī)質(zhì)含量和高孔隙度的統(tǒng)一，即頁巖氣是一種源、儲一體的天然氣成藏系統(tǒng)。

在五峰組-龍馬溪組頁巖氣被發(fā)現(xiàn)之前，前人對該套頁巖的研究集中在烴源巖研究領(lǐng)域，主要關(guān)注由總有機(jī)碳含量所帶來的生烴量多少(重量比)，沒有研究頁巖中孔隙的多少(體積比)。在該層系發(fā)現(xiàn)頁巖氣之后，絕大多數(shù)研究集中于對納米級有機(jī)質(zhì)孔隙的研究，很少涉及到有機(jī)質(zhì)分布及演化與無機(jī)組分之間的關(guān)系。運(yùn)用源-儲一體的研究思路，分析頁巖中源(有機(jī)質(zhì))與儲(無機(jī)孔和有機(jī)質(zhì)孔)之間的空間配置、時(shí)間演化關(guān)系，對五峰組-龍馬溪組頁巖氣形成機(jī)理有了更深入的認(rèn)識。

1 頁巖物質(zhì)組成與孔隙構(gòu)成

孔隙必須依附固體支撐格架而存在，也就是孔隙必須具有固體載體，在頁巖儲層中，除了礦物或巖屑顆粒、雜基和膠結(jié)物之外，還有一種不同于常規(guī)儲層的孔隙載體，就是固態(tài)有機(jī)質(zhì)，是有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育的載體[9-12]。

從鉆井縱向上來看，五峰組-龍馬溪組由下向上有機(jī)質(zhì)含量降低，硅質(zhì)礦物含量降低，粘土礦物含量增多，相應(yīng)地，有機(jī)質(zhì)孔所占比例降低，粘土礦物孔隙增加，在底部頁巖氣最富集的層段，以有機(jī)質(zhì)孔為主(圖1)。

川東南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖儲層中的礦物組成主要有硅質(zhì)、粘土類礦物和其它非粘土類礦物(包括黃鐵礦、碳酸鹽巖礦物等)[13-14]。五峰組-龍馬溪組下部富有機(jī)質(zhì)頁巖中見有較多的化學(xué)或生物-化學(xué)沉積來源的硅質(zhì)，前人研究認(rèn)為硅質(zhì)與有機(jī)質(zhì)之間存在密切的成因關(guān)系，二者含量呈統(tǒng)計(jì)正相關(guān)關(guān)系[15]。五峰組-龍馬溪組頁巖中大部分粘土礦物不發(fā)育孔隙，僅少部分可見到粘土礦物粒間孔、晶間孔(縫)。黃鐵礦一般對應(yīng)于強(qiáng)還原沉積環(huán)境或者與生烴演化有關(guān)[16-18]，黃鐵礦晶間孔多以晶間-有機(jī)質(zhì)復(fù)合孔形式存在。極少見到與碳酸鹽巖相關(guān)的孔隙。

2 頁巖孔隙類型及源-儲關(guān)系

頁巖既是頁巖氣的源巖，也充當(dāng)頁巖氣的儲層，有機(jī)質(zhì)就是頁巖氣的提供者，即頁巖氣的“源”，各類孔隙是儲存頁巖氣的空間，即頁巖氣的“儲”。

2.1 有機(jī)質(zhì)孔隙

2.1.1 遷移有機(jī)質(zhì)

在五峰組-龍馬溪組頁巖中最常見的有機(jī)質(zhì)是經(jīng)過遷移的有機(jī)質(zhì)，其特點(diǎn)是無確定的形態(tài)、大小不定、顏色均勻、固態(tài)部分沒有明顯結(jié)構(gòu)差異性和非均質(zhì)性、內(nèi)部發(fā)育納米級孔隙(圖2a)。這種遷移的有機(jī)質(zhì)在頁巖成油階段以液態(tài)石油的形式充注到無機(jī)礦物孔隙(主要為粒間孔隙)之中[3,11,19-21]，即所有被遷移有機(jī)質(zhì)占據(jù)的體積都是在石油充注階段的無機(jī)礦物孔隙。

TOC(總有機(jī)碳含量)的計(jì)算是運(yùn)用重量百分比，將頁巖作為儲層來研究時(shí)，更需要關(guān)注有機(jī)質(zhì)占據(jù)頁巖的體積。如果頁巖中的有機(jī)碳含量為5%(重量比)，有機(jī)碳的密度按巖石比重的50%左右測算，則固體有機(jī)質(zhì)部分就占據(jù)巖石近10%的孔隙體積，而有機(jī)質(zhì)中還含有大約20%～40%的體積被有機(jī)孔占據(jù)，因此有機(jī)質(zhì)中還含有占巖石總體積2%～4%的有機(jī)質(zhì)孔孔隙度，使固體有機(jī)碳加有機(jī)質(zhì)孔占巖石總體積的12%～14%，加上巖石內(nèi)部其他約2%～4%的無機(jī)孔隙，則在石油充注階段，頁巖的孔隙度在14%～18%，從而能滯留下足夠量的有機(jī)質(zhì)。

遷移有機(jī)質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)孔沒有無機(jī)礦物充填，主要原因是其形成過程完全在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部完成，沒有水的介入和無機(jī)礦物膠結(jié)，因此有機(jī)質(zhì)孔對頁巖氣的儲集有效性好。

有機(jī)質(zhì)孔的長軸方向一般與有機(jī)質(zhì)的延伸方向大致一致，在靠近球形顆粒部位有機(jī)質(zhì)孔甚至包繞著顆粒(圖2a)，指示有機(jī)質(zhì)塑性變形對內(nèi)部有機(jī)質(zhì)孔的影響。有機(jī)質(zhì)內(nèi)部納米孔的發(fā)育情況與其有機(jī)質(zhì)載體有一定關(guān)系，單個(gè)有機(jī)質(zhì)的體積越大，內(nèi)部有機(jī)孔數(shù)量越多、孔徑越大。從有機(jī)質(zhì)的邊緣向中心部位，有機(jī)質(zhì)孔孔徑有增大趨勢，從邊部的以小于100 nm為主向內(nèi)部增大到以100～500 nm為主，到中心部位甚至以大于500 nm的為主，體現(xiàn)了氣體向有機(jī)質(zhì)中心富集的特征。在一些長度小于1 μm的有機(jī)質(zhì)中，有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育程度較差(圖2a,b)。

有機(jī)質(zhì)孔具有很好的連通性[11,22-25]。圖2a中有機(jī)質(zhì)中心部位的兩個(gè)較大的有機(jī)質(zhì)孔內(nèi)部均有較小的有機(jī)質(zhì)孔相連通(圖2c)，對這兩個(gè)有機(jī)質(zhì)孔和內(nèi)部的小孔進(jìn)行刻畫(圖2d),較大的2號納米孔中發(fā)育的3個(gè)次級納米孔普遍大于較小的1號納米孔中的2個(gè)次級納米孔,1號納米孔長短軸比較小，其次級孔隙的長短軸比也較小，說明有機(jī)質(zhì)孔與其連通的次級有機(jī)質(zhì)孔之間存在一定的成因聯(lián)系。

圖2 川東南地區(qū)JY1井五峰組-龍馬溪組頁巖遷移有機(jī)質(zhì)及其有機(jī)質(zhì)孔微觀特征Fig.2 Microscopic features of migrated organic matters with organic pores of the Wufeng and Longmaxi Formations shale in Well JY1 in the Southeast Sichuan Basina.JY1井，埋深2 402.5 m,遷移有機(jī)質(zhì)及其有機(jī)質(zhì)孔;b.圖a中有機(jī)質(zhì)，越向有機(jī)質(zhì)中心部位的有機(jī)質(zhì)孔越大;c.圖a方框所示視域內(nèi)，有機(jī)質(zhì)孔及其內(nèi)部的次級分支孔隙;d.圖c中兩個(gè)較大的有機(jī)質(zhì)孔及其內(nèi)部次級孔隙

2.1.2 原地有機(jī)質(zhì)與生物碎屑

對五峰組-龍馬溪組這種高演化程度的頁巖(鏡質(zhì)體反射率(Ro)多在2.0%以上)[26-28]，與成烴生物相關(guān)的原地有機(jī)質(zhì)已較少見。局部可見有機(jī)質(zhì)與次生礦物共同組成顆粒形狀，有機(jī)質(zhì)與次生礦物呈間互狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有定向性，這可能是原地有機(jī)質(zhì)，其在演化過程中一定程度上繼承原始的生物體組構(gòu)，次生礦物沿組構(gòu)進(jìn)行交代形成骨架，生成的石油就近充填在骨架支撐形成的孔隙中，并進(jìn)一步演化為固態(tài)有機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)孔，有機(jī)質(zhì)孔中賦存頁巖氣(圖3a)。與遷移有機(jī)質(zhì)相比，原地有機(jī)質(zhì)總含量較少。

在五峰組-龍馬溪組頁巖中還常見生物碎片，它們與遷移有機(jī)質(zhì)一樣呈深色，但又具有明顯不同的結(jié)構(gòu)特征。一是具有生物體的外形與結(jié)構(gòu)特征，如圖3b具有筆石的分節(jié)特征，圖3c中的生物碎屑呈顆粒狀，邊界清晰平滑，圖3d中呈明顯的硅質(zhì)骨架和外部包殼。二是基本不發(fā)育納米孔，如圖3b，c，圖3d中暗色部分見到較大的納米孔，但數(shù)量少、粒徑大且單一，集中在500～1 000 nm內(nèi)，并且形狀一頭大一頭小、彎曲，靠近硅質(zhì)顆粒發(fā)育，可能是在應(yīng)力作用下，內(nèi)部硅質(zhì)顆粒發(fā)生滑動、旋轉(zhuǎn)、拆離形成此類孔隙。

2.2 無機(jī)礦物孔隙

對無機(jī)孔隙的研究，探討其本身的現(xiàn)今儲氣能力僅是一個(gè)方面，更為重要的是分析各種無機(jī)孔隙與作為氣源的固態(tài)有機(jī)質(zhì)之間的源-儲關(guān)系，并且分析各類無機(jī)孔隙與充填其中的有機(jī)質(zhì)(孔)的演化關(guān)系。

2.2.1 顆粒相關(guān)孔隙

五峰組-龍馬溪組頁巖中的石英、長石等顆粒的粒徑一般為1～30 μm，因此其粒間孔隙一般為1～5 μm，遠(yuǎn)大于有機(jī)質(zhì)中的納米級孔隙，而現(xiàn)在頁巖中很難見到粒間孔隙，究其原因，就是這些較大的粒間孔隙已經(jīng)被固態(tài)有機(jī)質(zhì)所占據(jù)。沒有被有機(jī)質(zhì)充填的粒間孔隙極為少見，一般為局部孤立的粒間孔隙(圖4a)或粒內(nèi)孔隙(圖4b)。

與顆粒相關(guān)的孔隙是賦存有機(jī)質(zhì)的主要場所，即在石油充注期是頁巖中最主要的孔隙類型。五峰組-龍馬溪組頁巖含有較高含量的石英等硬質(zhì)顆粒(圖4c)，它們形成的支撐結(jié)構(gòu)使頁巖具有良好的無機(jī)礦物孔隙條件。部分生物碎屑也具有一定的支撐能力，但比硬質(zhì)礦物顆粒要軟，在與硬質(zhì)礦物接觸的地方常被壓入(圖4c)，在頁巖中普遍存在的粘土礦物更軟而支撐作用更差。將圖4c中主要的支撐結(jié)構(gòu)和其中的有機(jī)質(zhì)刻畫并分析其演化(圖4d—f)。

圖3 川東南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖原地有機(jī)質(zhì)與生物碎屑微觀特征Fig.3 Microscopic features of in-situ organic matters and bio-detritus of the Wufeng and Longmaxi Formation shale in the Southeast Sichuan Basina.JY1井，埋深2 411.1 m，藻類體，有一定外形，內(nèi)部部分被無機(jī)礦物充填，部分見有機(jī)質(zhì)孔；b.PY1井，埋深2 147.0 m，筆石，內(nèi)部不發(fā)育有機(jī)孔；c.JY4井，埋深2 593.1 m，生物碎屑，內(nèi)部不發(fā)育有機(jī)孔；d.JY1井，埋深2 397.1 m，有機(jī)質(zhì)包裹硅質(zhì)，可能為原始生物體，有機(jī)質(zhì)包殼中見 少量較大的有機(jī)質(zhì)孔

石英、生物碎屑和粘土共同組成孔隙格架，單純由石英顆粒支撐的粒間孔隙一般具有長短軸相當(dāng)?shù)奶卣?，而粘土與生物碎屑之間的孔隙則是狹長形，反映了孔隙載體性質(zhì)的差異(圖4d)。無機(jī)孔隙基本上都是微米級的，在成油期石油可以經(jīng)過短距離運(yùn)移至這些孔隙中，從目前觀察到距離原地有機(jī)質(zhì)1 μm處就有粒間孔隙和遷移有機(jī)質(zhì)存在，推測這種運(yùn)移距離可能小到微米級(圖3a)。前已述及，當(dāng)時(shí)頁巖中的孔隙度普遍達(dá)14%～18%，有足夠的空間賦存石油(圖4d,e)。此后，石油在孔隙系統(tǒng)內(nèi)部裂解，一部分形成頁巖氣，一部分逐步稠化、固結(jié)為固態(tài)有機(jī)質(zhì)(圖4f)。

2.2.2 粘土礦物孔隙

粘土礦物在沉積時(shí)是一種絮凝粒[29-30]，絮凝粒之間、絮凝粒與其他硬質(zhì)顆粒(如石英、長石等)之間存在粒間孔隙，粘土礦物內(nèi)部晶片之間存在晶間孔隙(圖5a,b)，但由于粘土礦物質(zhì)軟而有塑性，因此粘土礦物的粒間孔隙和晶間孔隙不容易保留下來。在較大的流體壓力條件下，這種孔隙可以充注石油，如果部分充注，則呈粘土晶間與有機(jī)質(zhì)復(fù)合孔隙(圖5a)；如果完全被充注，則這類孔隙在石油充注期充當(dāng)了有效孔隙，其中的石油在后來轉(zhuǎn)化為固態(tài)有機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)孔中的頁巖氣(圖5c,d)。

2.2.3 黃鐵礦晶間孔隙

莓狀黃鐵礦是由多個(gè)六面體晶體堆積而成的球狀集合體，直徑大多在3～10 μm[31-32],黃鐵礦球狀集合體經(jīng)常與有機(jī)質(zhì)相伴生。較早的黃鐵礦球體較大、晶粒較大、晶體更完整，球狀外形保持良好，與周圍的硬質(zhì)顆粒共同形成支撐結(jié)構(gòu)，說明球體在強(qiáng)烈壓實(shí)作用之前就已經(jīng)固結(jié)，有機(jī)質(zhì)與其邊界清晰，有機(jī)質(zhì)中靠近黃鐵礦球體部位的有機(jī)孔有所增多(圖6a)。

部分黃鐵礦聚合體內(nèi)部晶粒間見有較多的缺陷，被有機(jī)質(zhì)充填，有機(jī)質(zhì)較多的部位黃鐵礦晶粒較小，且六面體晶形不完善，見五邊形、四邊形甚至三角形。隨著石油從一側(cè)擠入，松散的黃鐵礦球體被分成兩半，兩個(gè)半球之間形成支撐結(jié)構(gòu)，其間的孔隙充填石油，后期演化為固態(tài)有機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)孔(圖6b)。

黃鐵礦集合體在頁巖中呈局部、零星狀分布，多個(gè)集合體的排列具有一定的定向性，可能指示滲流通道(圖6c)。黃鐵礦晶粒之間有機(jī)質(zhì)的最大寬度可達(dá)500～600 nm，被有機(jī)質(zhì)包圍的黃鐵礦晶粒形態(tài)不完善，見四邊形。黃鐵礦晶粒間有機(jī)質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)孔最大直徑大約在100 nm左右，中心部位的有機(jī)質(zhì)孔一般較大(圖6d)。

圖5 川東南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖與粘土礦物相關(guān)的孔隙特征與源-儲關(guān)系Fig.5 Relationship between clay mineral-related pore features and source-reservoir system of the Wufeng and Longmaxi Formations shale in the Southeast Sichuan Basina.JY1井，埋深2 414.9 m，粘土礦物相關(guān)的粒間孔、晶間孔和復(fù)合孔；b.NY1井，埋深4 407.9 m，粘土礦物相關(guān)的粒間孔與晶間孔，粘土礦物與有機(jī)質(zhì)之間見有收縮縫；c.JY1井，埋深2 411.1 m，粘土礦物晶片間充填有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)局部見少量較小的有機(jī)質(zhì)孔；d.圖c局 部放大，有機(jī)質(zhì)孔個(gè)體較小，一般30～50 nm，圓度較低

圖6 川東南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖與黃鐵礦相關(guān)的孔隙特征與源-儲關(guān)系Fig.6 Relationship between pyrite-related pore features and source-reservoir system of the Wufeng and Longmaxi Formations shale in the Southeast Sichuan Basina.NY1井，埋深4 402.7 m，草莓狀黃鐵礦聚合體充當(dāng)顆粒，形成支撐結(jié)構(gòu)，粒間孔隙內(nèi)充填遷移有機(jī)質(zhì)；b.JY1井，埋深2 385.4 m，草莓狀黃鐵礦聚合體裂開，其間充填遷移有機(jī)質(zhì)；c.JY1井，埋深2 411.1 m，草莓狀黃鐵礦聚合體呈一定方向性排列；d.圖c局部放大，黃鐵 礦六面體晶粒間充填有機(jī)質(zhì)，見較小的有機(jī)質(zhì)孔

3 結(jié)論

1) 頁巖氣是源-儲一體的天然氣成藏系統(tǒng)，有機(jī)質(zhì)、有機(jī)質(zhì)孔的存在是其不同于常規(guī)天然氣儲層的關(guān)鍵特征，有機(jī)質(zhì)與有機(jī)質(zhì)孔、無機(jī)礦物孔隙之間的空間關(guān)系與時(shí)間演化是頁巖氣形成與富集機(jī)理的核心問題之一。

2) 孔隙必須依靠固態(tài)的孔隙載體而存在，孔隙載體控制著孔隙的類型、大小、形態(tài)、分布和演化，從而控制頁巖氣的形成與富集的作用。

3) 遷移有機(jī)質(zhì)內(nèi)的有機(jī)質(zhì)孔是最主要的頁巖氣儲存空間，在五峰組-龍馬溪組頁巖中，硅質(zhì)等硬質(zhì)礦物粒間孔隙是成油期的主要孔隙類型，具有較高的孔隙度而賦存大量遷移有機(jī)質(zhì)，在后期演化為固體有機(jī)質(zhì)并作為有機(jī)質(zhì)孔的載體，從而大量賦存頁巖氣。原地有機(jī)質(zhì)在形成遷移有機(jī)質(zhì)的同時(shí)仍具有固體格架，發(fā)育少量有機(jī)質(zhì)孔或復(fù)合孔隙，但在高演化階段，原地有機(jī)質(zhì)較少見。

4) 在成油期之前，粘土礦物晶間孔隙已大部分喪失，但仍有部分晶間孔隙在晶片間黃鐵礦晶粒和流體壓力的支撐作用下是張開的，可以賦存有機(jī)質(zhì)。黃鐵礦聚合體可支撐粒間孔，內(nèi)部晶粒間可形成晶間孔，均可以賦存有機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)孔。但粘土礦物晶間孔和黃鐵礦晶間孔中賦存的有機(jī)質(zhì)總量較少，有機(jī)質(zhì)孔少而小。

致謝：本文涉及的鉆井巖心樣品、部分原始數(shù)據(jù)和部分照片源自中國石化勘探分公司、江漢油田分公司及華東分公司，一并表示謝忱！

[1] Curtis J B.Fractured shale-gas systems[J].AAPG Bulletin,2002,86(11):1921-1938.

[2] 張金川，金之鈞，袁明生，等.頁巖氣成藏機(jī)理和分布[J].天然氣工業(yè)，2004，24(7)：15-18. Zhang Jinchuan,Jin Zhijun,Yuan Mingsheng.Reservoiring mechanism of shale gas and its distribution[J].Natural Gas Industry,2004,24(7):15-18.

[3] Jarvie D M,Hill R J,Ruble T E,et al.Unconventional shale-gas systems:The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale-gas assessment[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):475-499.

[4] 鄒才能，董大忠，王社教，等.中國頁巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力[J].石油勘探與開發(fā),2010,37(6):641-653. Zou Caineng,Dong Dazhong,Wang Shejiao,et al.Geological characteristics,formation mechanism and resource potential of shale gas in China[J].Petroleum Exploration and Development,2010,37(6):641-653.

[5] 王飛宇，關(guān)晶，馮偉平，等.過成熟海相頁巖孔隙度演化特征和游離氣量[J].石油勘探與開發(fā)，2013,40(6):764-768. Wang Feiyu,Guan Jing,Feng Weiping,et al.Evolution of overmature marine shale porosity and implication to the free gas volume[J].Petroleum Exploration and Development,2013,40(6):764-768.

[6] Milliken K L,Rudnicki M,Awwiller D N,et al.Organic matter-hosted pore system,Marcellus Formation(Devonian),Pennsylvania[J].AAPG Bulletin,2013,97(2):177-200.

[7] 郭旭升，李宇平，劉若冰，等.四川盆地焦石壩地區(qū)龍馬溪組頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其控制因素[J].天然氣工業(yè),2014,34 (6):9-16. GuoXusheng,Li Yuping,Liu Ruobing,et al.Characteristics and controlling factors of micro-pore structures of Longmaxi Shale Play in the Jiaoshiba area,Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry,2014,34 (6):9[J]16.

[8] 涂乙，鄒海燕，孟海平，等.頁巖氣評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與儲層分類[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35(1):153-157. Tu Yi,Zou Haiyan,Meng Haiping,et al.Evaluation criteria and classification of shale gas reservoirs[J].Oil & Gas Geology,2014,35(1):153-157.

[9] Reed R M,Loucks R G.Imaging nanoscale pores in the Mississippian Barnett Shale of the northern Fort Worth Basin[C].AAPG Annual Convention Abstracts,2007.

[10] Ruppel S C,Loucks R G.Black mudrocks:Lessons and questions from the Mississippian Barnett Shale in the southern midcontinent[J].The Sedimentary Record,2008,6(2):4-8.

[11] 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.

[12] 李軍，路菁，李爭，等.頁巖氣儲層“四孔隙”模型建立及測井定量表征方法[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35(2):266-271. Li Jun,Lu Jing,Li Zheng,et al.‘Four-pore’modeling and its quantitative logging description of shale gas reservoir[J].Oil & Gas Geology,2014,35(2):266-271.

[13] 梁超，姜在興，楊鐿婷，等.四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖巖相及儲集空間特征[J].石油勘探與開發(fā)，2012，39(6)：691-698. Liang Chao,Jiang Zaixing,Yang Yiting,et al.Characteristics of shale lithofacies and reservoir space of the Wufeng-Longmaxi Formation,Sichuan Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2012,39(6):691-698.

[14] 曾祥亮，劉樹根，黃文明，等.四川盆地志留系龍馬溪組頁巖與美國Fort Worth盆地石炭系Barnett組頁巖地質(zhì)特征對比[J].地質(zhì)通報(bào)，2011，30(2)：372-384. Zeng Xiangliang,Liu Shugen,Huang Wenming,et al.Comparison of Silurian Longmaxi Formation shale of Sichuan basin in China and carboniferous Barnett Formation shale of Fort Worth basin in United States[J].Geological Bulletin of China,2011,30(2):372-384.

[15] Dennett M R,Caron D A,Michaels A F,et al.Video plankton recor-der reveals high abundances of colonialradiolaria in surface waters of thecentral North Pacific[J].Journal of Plankton Research,2002(8),24:797-805.

[16] Canfield D E,Raiswell R,Bottrell S H.The reactivity of sedimentary iron minerals towards sulphide[J].American Journal of Science,1992,292(9):659-683.

[17] Bond S,Wignall P B,Racki G.Extent and duration of marine anoxic during the Frasnian-Famennian (Late Devonian) mass extinction in Poland,Germany,Austria and France[J].Geological Magazine,2004,141(2):173-193.

[18] Taylor KG,Macquaker J H S.Iron minerals in marine sediment records chemical environments[J].Elements,2011,7(2):113-118.

[19] Loucks R G,Reed R M,Ruppel S C,et al.Spectrum of pore types and networks in mudrocks and a descriptive classification for matrix-related mudrock pores[J].AAPG Bulletin,2012,96(6):1071-1098.

[20] Curtis M E,CardottB 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.

[21] Cardott B J,Landis C R,Curtis M E.Post-oil solid bitumen network in theWoodford Shale,USA-A potential primarymigration pathway[J].International Journal of Geology,2015,139:106-113.

[22] Ambrose R J,Hartman R C,Diaz-Campos M,et al.New pore-scale considerations for shale gas in place calculations[C].Pennsylvania:Society of Petroleum Engineers Unconventional Gas Conference,2010:17.

[23] Curtis M E,Ambrose R J,Sondergeld C H.Structural characterization of gas shales on the micro and nano scales[C].Calgary:Canadian Unconventional Resources and International Petroleum Conference,2010:15.

[24] Sondergeld C H,Ambrose R J,Rai C S,et al.Microstructural studies of gas shales[C].Society of Petroleum Engineers Unconventional Gas Conference,Pittsburgh,Pennsylvania,2010:17.

[25] Curtis M E,Sondergeld C H,Ambrose R J,et al.Microstructural investigation of gas shales in two and three dimensions using nanometer-scale resolution imaging[J].AAPG Bulletin,2012,96(4):665-677.

[26] 劉樹根，王世玉，孫瑋，等.四川盆地及其周緣五峰組-龍馬溪組黑色頁巖特征[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，40(6)：621-639. Liu shugen,Wang Shiyu,Sun Wei,et al.Characteristics of black shale in Wufeng Formation and Longmaxi Formation in Sichuan Basin and its peripheral areas[J].Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology Edition),2013,40(6):621-639.

[27] 王志剛.涪陵焦石壩地區(qū)頁巖氣水平井壓裂改造實(shí)踐與認(rèn)識[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35(3):425-430. Wang Zhigang.Breakthrough of Fuling shale gas exploration and development and its inspiration[J].Oil & Gas Geology,2014,35(3):425-430.

[28] 郭彤樓,張漢榮.四川盆地焦石壩頁巖氣田形成與富集高產(chǎn)模式[J].石油勘探與開發(fā),2014,41(1):28-36. GuoTonglou,Zhang Hanrong.Formation and enrichment mode of Jiaoshiba shale gas field,Sichuan Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2014,41(1):28-36.

[29] Boggs S Jr.Principles of sedimentology and stratigraphy[M].Columbus,Merrill Publishing Co.,1987:784.

[30] Kranck K,Smith P C,Milligan T G.Grain-size characteristics of fine-grained unflocculated sediments II:“Multi-round”distributions[J].Sedimentology,1996,43(3):597-606.

[31] Wilkin R T,Barnes H L.Formation processes of framboidal pyrite[J].Geochimical et Cosmochimica Acta,1997,61(2):323-339.

[32] Ohfuji H,Rickard D.Experimental syntheses of framboids-a review[J].Earth Science Reviews,2005,71(3-4):147-170.

(編輯 張亞雄)

Microscopic pore characteristics and the source-reservoir relationship of shale—A case study from the Wufeng and Longmaxi Formations in Southeast Sichuan Basin

Hu Zongquan1,2,Du Wei1,2,Peng Yongmin1,2,Zhao Jianhua3

(1.PetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China;2.StateKeyLaboratoryofShaleOilandGasEnrichmentMechanismsandEffectiveDevelopment,SINOPEC,Beijing100083,China;3.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

Shale serves as both hydrocarbon source rock and reservoir of shale gas.The microscopic features of the Wufeng and Longmaxi Fms shale in Southeast Sichuan Basin such as organic matters,inorganic minerals and pores are described with the technology of Argon ion milling and scanning electron microscop.The organic matters and the pores are regarded as a source-reservoir system to analyze the relationship between their spatial distribution and temporal evolution.The research shows that organic pores are more important than inorganic mineral pores in respect of hosting shale gas,and migrated organic matters develop more pores than in-situ organic matters.Inorganic mineral pores play an important role in the formation of shale gas by hosting abundant migrated organic matters.With plentiful rigid mineral grains such as quartz,the Wufeng and Longmaxi Fms shales had a hard intergranular pore system of inorganic minerals with high porosity,big pores and good connectivity in hydrocarbon generation stage,which can preserve abundant migrated liquid organic matter(oil).The migrated organic matters were stored in intergranular pores among rigid grains and then evolved into solid organic matter with organic pores by exsolution of gaseous hydrocarbons,and the gas filled the organic pores.This is the most favorable source-reservoir matching relation for the generation and enrichment of shale gas.Most of the intraplatelet pores in clay mineral aggregates had been lost in the early diagenetic stage,while a small amount of organic matters with organic pores were preserved under the support of cements and fluid pressure between the platelets.Pyrite aggregates form intergranular and intercrystal pores,part of which can preserve organic matter and organic pores with smaller size,but their total amount is limited.

organic pore,migrated organic matter,relationship of source and reservoir,Wufeng Formation,Longmaxi Formation,shale,Southeast Sichuan Basin

2015-08-17;

2015-10-20。

胡宗全(1971—)，男，教授級高級工程師，沉積與油氣儲層、致密與頁巖油氣地質(zhì)與勘探。E-mail:huzongquan.syky@sinopec.com。

中石化科技攻關(guān)項(xiàng)目(G5800-13-ZS-KJB005)。

0253-9985(2015)06-1001-08

10.11743/ogg20150615

TE122.1

A