渝東南兩套富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)特征——來(lái)自FIB-SEM的新啟示

馬勇，鐘寧寧，程禮軍，等

摘要：目的：頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征是頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素，頁(yè)巖中大量發(fā)育的納米級(jí)有機(jī)質(zhì)孔隙對(duì)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集能力和流動(dòng)能力具有重要作用。本文針對(duì)我國(guó)南方海相頁(yè)巖氣主要勘探目的層系下寒武統(tǒng)牛蹄塘組和上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組兩套富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，在對(duì)兩套頁(yè)巖孔隙發(fā)育類型及尺寸研究的基礎(chǔ)上，完成了兩套頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙的三維重構(gòu)和定量計(jì)算，揭示了兩套頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育的差異性。方法：本文采用聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM），在對(duì)兩套頁(yè)巖孔隙發(fā)育類型、大小和分布特征系統(tǒng)觀察的基礎(chǔ)上，選定具有代表性的區(qū)域進(jìn)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(duì)三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行重構(gòu)和數(shù)值分析，最終展示兩套頁(yè)巖納米級(jí)有機(jī)質(zhì)孔隙三維空間分布特征及其對(duì)頁(yè)巖孔隙度貢獻(xiàn)。結(jié)果：研究結(jié)果表明渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖內(nèi)層間微裂隙、礦物粒內(nèi)孔、礦物粒間孔和有機(jī)質(zhì)孔隙均較為發(fā)育。其中平行黏土礦物層片的粒內(nèi)孔隙一般寬幾十到上百納米、長(zhǎng)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(fā)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(zhǎng)度從幾微米到十幾微米不等。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙普遍十分發(fā)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(gòu)結(jié)果顯示，五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)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(duì)頁(yè)巖孔隙度貢獻(xiàn)較大。五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙度在9.13%～18.42%之間，在整個(gè)巖石中有機(jī)質(zhì)的總孔隙度為0.41%～1.42%，有機(jī)質(zhì)孔隙對(duì)頁(yè)巖總孔隙度的貢獻(xiàn)在13.36%～23.51%。牛蹄塘組頁(yè)巖溶蝕孔和粒間孔較為發(fā)育，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育不均勻。溶蝕孔主要發(fā)育在石英顆粒之間，孔隙直徑可達(dá)10 μm左右。方解石顆粒內(nèi)部溶蝕孔也較為發(fā)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(fā)育。牛蹄塘組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育不均勻，部分有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙發(fā)育，部分有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙不發(fā)育。有機(jī)質(zhì)孔隙多呈狹長(zhǎng)狀或針孔狀，孔隙半徑集中在5～25 nm之間。FIB-SEM三維重構(gòu)結(jié)果顯示，牛蹄塘組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙呈點(diǎn)網(wǎng)狀分布，彼此之間連通性較差。三維重構(gòu)計(jì)算顯示牛蹄塘組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙度在0.01%～1.59%，有機(jī)質(zhì)的總孔隙度在0.30%以內(nèi)，牛蹄塘組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙對(duì)整個(gè)巖石孔隙度的貢獻(xiàn)幾乎可以忽略，頁(yè)巖的總孔隙度應(yīng)主要來(lái)自于溶蝕孔隙和礦物粒間孔隙。結(jié)論：FIB-SEM研究揭示五峰組—龍馬溪組和牛蹄塘組兩套頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)具有明顯差異，五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙呈蜂窩狀發(fā)育，孔隙連通性較好；牛蹄塘組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育不均勻，孔隙連通性較差。有機(jī)質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)特征分析可為從微觀上解釋這兩套地層頁(yè)巖氣賦存狀態(tài)（吸附氣或游離氣）及含氣性差異提供新的思路。

來(lái)源出版物：石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2015, 37(1): 109-116

入選年份：2017