黔北鳳岡地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣勘探與開發(fā)潛力

李希建 沈仲輝 李維維 黃海帆

1.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院 2.復(fù)雜地質(zhì)礦山開采安全技術(shù)工程中心

黔北鳳岡地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣勘探與開發(fā)潛力

李希建1,2沈仲輝1,2李維維1,2黃海帆1,2

1.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院 2.復(fù)雜地質(zhì)礦山開采安全技術(shù)工程中心

李希建等.黔北鳳岡地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣勘探與開發(fā)潛力. 天然氣工業(yè), 2016, 36(12): 72-79.

黔北鳳岡地區(qū)為頁巖氣重要目的層——下寒武統(tǒng)牛蹄塘組的典型分布區(qū)塊之一，為分析其頁巖氣儲(chǔ)集與開采條件，以該組頁巖樣品為研究對(duì)象，采用X射線衍射、掃描電鏡、液氮低溫吸附和核磁共振等方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。結(jié)果表明：①黔北鳳岡地區(qū)下寒武牛蹄塘組頁巖礦物組成以石英為主，脆性礦物含量高，黏土礦物含量低，黏土礦物以伊利石為主；②頁巖孔隙以有機(jī)質(zhì)納米級(jí)孔、礦物溶蝕孔、礦物晶間孔、鑄?？诪橹?，大量發(fā)育閉合—半閉合微裂隙；③液氮吸附實(shí)驗(yàn)表明頁巖的比表面積和孔體積都較大，吸附脫附曲線存在H2型滯后環(huán)，頁巖內(nèi)部存在大量“墨水瓶”形孔隙，微孔是頁巖比表面積和孔體積的主要貢獻(xiàn)者；④核磁共振實(shí)驗(yàn)反映頁巖孔隙的連通性差，所測(cè)的頁巖孔徑分布與液氮吸附實(shí)驗(yàn)孔徑分布具有一致性，即頁巖孔徑主要分布在3～10 nm之間。結(jié)論認(rèn)為，黔北牛蹄塘組儲(chǔ)層條件有利于頁巖氣儲(chǔ)集與壓裂，頁巖氣開采條件較好。

貴州北部 鳳岡地區(qū) 早寒武世 頁巖氣 儲(chǔ)集條件 開采條件 X射線衍射 掃描電鏡 液氮低溫吸附 核磁共振

頁巖通常具有低孔隙度和低滲透率的特點(diǎn)，但因其富含有機(jī)質(zhì)和黏土礦物，微孔隙則發(fā)育[1]。頁巖孔隙系統(tǒng)對(duì)頁巖氣的賦存與富集有著重要的影響關(guān)系[2]。頁巖孔隙為頁巖氣提供了吸附與游離的比表面積和孔體積，是頁巖氣儲(chǔ)集的主要場(chǎng)所，也是頁巖氣的運(yùn)移通道，它對(duì)頁巖氣的吸附、解吸和滲流起著重要的作用。貴州省頁巖氣資源豐富，黔北地區(qū)是頁巖氣勘探開發(fā)的先導(dǎo)區(qū)。位于該區(qū)的安頁1井在二疊系棲霞組和志留系石牛欄組獲得油氣發(fā)現(xiàn)和重大突破，對(duì)黔北地區(qū)頁巖氣開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。黔北鳳岡地區(qū)是“十二五”規(guī)劃中頁巖氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域。在國土資源部第二輪頁巖氣招標(biāo)區(qū)塊中，貴州省中標(biāo)5個(gè)頁巖氣區(qū)塊，其中鳳岡占到了3個(gè)。該地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖分布廣泛，厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高，熱演化程度高，具有較好的頁巖氣成藏條件[3]和資源開發(fā)前景[4-5]，但對(duì)該地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣儲(chǔ)集與開采條件的研究較少。本次研究對(duì)該地區(qū)牛蹄塘組頁巖進(jìn)行X射線衍射、掃描電鏡、液氮低溫吸附和核磁共振等實(shí)驗(yàn)，揭示其頁巖氣儲(chǔ)集與開采條件，以期為該地區(qū)頁巖氣的高效開發(fā)提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

黔北鳳岡地區(qū)大地構(gòu)造位置位于上揚(yáng)子地臺(tái)區(qū)東部，演化過程經(jīng)歷了雪峰運(yùn)動(dòng)期（Z）、早—中加里東時(shí)期（—O）、晚加里東時(shí)期（S）、海西期（D—C）、印支期、燕山期和喜山期多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。研究區(qū)位于黔北臺(tái)地隆起遵義斷凸鳳岡北北方向構(gòu)造變形區(qū)，受到北西部黨灣斷裂、南東部峰巖斷裂、桃坪斷裂等主要區(qū)域性斷裂控制。區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境屬于淺水—深水陸棚沉積過渡區(qū)。區(qū)域發(fā)育北東向、近南北向二期次23條逆斷層，北東向形成晚于近南北向。從構(gòu)造演化來看，燕山早期受東西向擠壓影響，形成了近南北向褶皺及伴生的擠壓斷層；晚期應(yīng)力轉(zhuǎn)為北西南東向，形成了北東向褶皺和斷層，并切割改造了南北向構(gòu)造。黔北鳳岡地區(qū)區(qū)域地質(zhì)情況如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)樣品選取

實(shí)驗(yàn)樣品取自鳳岡地區(qū)鳳參1井。該井的下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖厚度達(dá)104 m，有機(jī)質(zhì)的頁巖埋深從2 407 m至2 552 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于頁巖氣商業(yè)開發(fā)的30 m要求。牛蹄塘組的上部是明心寺組下段，主要為深灰色粉砂泥、灰色鈣質(zhì)粉互層；牛蹄塘組下部為燈影組上部，厚38 m，主要為黑色硅質(zhì)巖夾砂質(zhì)白云巖條帶。研究區(qū)牛蹄塘組縱向三段式特征明顯，牛蹄塘組上段22 m主要為灰黑色含碳泥頁巖，見黃鐵礦；中段72 m主要是黑色碳質(zhì)泥頁巖，富含黃鐵礦；下段10 m主要為黑色硅質(zhì)巖。

研究區(qū)牛蹄塘組頁巖有機(jī)碳含量（TOC）在1.5%～28.0%之間，平均為6.7%，中段為有機(jī)質(zhì)富含段。有機(jī)碳含量高，具有良好的生烴基礎(chǔ)[6]。鏡質(zhì)體反射率（Ro）主要分布在2.66%～2.95%之間，平均為2.76%，處于過成熟晚期階段?？紫抖冉橛?.26%～1.39%，平均為1.00%；滲透率主要介于0.007 6～0.010 0 mD，平均為0.010 0 mD，為超低孔超低滲儲(chǔ)層。頁巖的干酪根類型主要是與細(xì)菌和藻類有關(guān)的腐泥型，生烴能力較強(qiáng)。該層經(jīng)歷了強(qiáng)烈的熱演化作用，有機(jī)顯微組分顯示顏色為黑色或深黑色，以腐泥無定型體占優(yōu)勢(shì)，有機(jī)質(zhì)相對(duì)分散。現(xiàn)場(chǎng)解析氣含量介于0.39～1.97 m3/t，含氣量較高。根據(jù)鳳參1井已測(cè)試的地球化學(xué)參數(shù)，比較均勻間隔地選取了牛蹄塘組104 m頁巖，富有機(jī)質(zhì)段適當(dāng)加密選取，共取樣20組。

圖1 黔北鳳岡地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖

3 實(shí)驗(yàn)與分析

3.1頁巖礦物分析

對(duì)研究區(qū)鳳參1井20組的頁巖巖樣進(jìn)行X射線衍射全巖成分和黏土成分分析，其分析結(jié)果如圖2所示。鳳岡地區(qū)下寒武牛蹄塘組頁巖主要以石英等脆性礦物為主，含有少量的斜長(zhǎng)石和黃鐵礦，具有強(qiáng)吸附能力的黏土礦物含量低，鉀長(zhǎng)石、方解石極少。石英含量在35.7%～92.6%之間，平均值為61.9%；黃鐵礦含量在1.6%～22.3%之間，平均值為7.8%。黏土礦物含量在1.7%～29.8%之間，平均值為8.3%，主要以伊利石為主，含有少量的伊/蒙混層，其中伊利石含量在44.3%～96.1%之間，平均值為87%，綠泥石含量在3.9%～55.6%之間，平均值為12.1%，其他黏土礦物含量低。石英含量向上減少，原因可能是石英的來源不只是陸源輸入，還包括生物石英和熱水沉積硅質(zhì)成分。石英顆?？箟簩?shí)能力強(qiáng)，對(duì)周圍孔隙具有支撐作用。因此石英含量越高，頁巖中的孔隙受壓實(shí)作用的破壞就越小，孔隙就能很好地保存下來。黔北鳳岡地區(qū)牛蹄塘組頁巖內(nèi)部石英含量高，對(duì)頁巖孔隙的保存十分有利。伊利石和綠泥石為儲(chǔ)層成巖后期產(chǎn)物，是黏土礦物隨著Ro的增大，具有大比表面積的蒙脫石含量降低，相繼轉(zhuǎn)化為伊/蒙混間層礦物，最終全部轉(zhuǎn)化為伊利石或綠泥石，也反映出牛蹄塘組演化程度高。脆性礦物（石英、長(zhǎng)石、方解石、黃鐵礦）含量很高，平均值達(dá)到78%，有利于形成天然裂縫和便于后期壓裂[7]，天然裂縫系統(tǒng)不僅為游離氣提供儲(chǔ)存空間，也為吸附氣的解吸和總含氣量的增大提供有利條件[8]。黃鐵礦含量很高，說明鳳岡地區(qū)下寒武牛蹄塘組頁巖沉積環(huán)境相對(duì)缺氧，具有很強(qiáng)的還原性[9]。還可見到鳳岡地區(qū)下寒武牛蹄塘組頁巖中的礦物成分對(duì)甲烷等氣體的吸附能力較弱，吸附主要依靠有機(jī)質(zhì)成分。

3.2掃描電鏡實(shí)驗(yàn)

掃描電鏡能直接觀察頁巖內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)狀況及其連通性。實(shí)驗(yàn)樣品經(jīng)過氬離子拋光后，為避免放電，進(jìn)行了鍍金處理，鍍金后一些納米級(jí)孔隙可能會(huì)受到影響，無法進(jìn)行觀察。通過對(duì)下寒武牛蹄塘組的頁巖觀察后，發(fā)現(xiàn)其孔隙結(jié)構(gòu)多樣，形狀多為不規(guī)則的球形、橢球形、三角形等，孔隙的連通性差，有利于頁巖氣的保存。

圖2 頁巖礦物含量和黏土礦物含量分布圖

圖3-a是有機(jī)質(zhì)內(nèi)部孔隙，它主要是處于熱成熟度較高的有機(jī)質(zhì)生烴時(shí)產(chǎn)生的。有機(jī)質(zhì)熱成熟度越高，有機(jī)質(zhì)裂解生烴后殘余有機(jī)質(zhì)孔隙越多，就越利于頁巖氣的吸附[10]。可以看出有機(jī)質(zhì)內(nèi)部孔隙相當(dāng)發(fā)育，形狀呈無規(guī)則狀，大小從幾納米到數(shù)十納米不等，彼此的連通性差，有利于儲(chǔ)集頁巖氣。這些孔隙均具有很大的儲(chǔ)集能力尤其是吸附能力[11]，能貢獻(xiàn)極大的比表面積和孔體積，是頁巖氣的主要儲(chǔ)集場(chǎng)所。同時(shí)該地區(qū)牛蹄塘組的TOC含量極高，而黏土礦物的含量很低，且黏土礦物主要是以比表面積貢獻(xiàn)小的伊利石組成，比表面積貢獻(xiàn)很大的蒙皂石和蛭石極少，所以有機(jī)質(zhì)納米級(jí)孔隙是牛蹄塘組頁巖比表面積和孔體積的貢獻(xiàn)者。圖3-b是鑄?？?，鑄?？字笌r石中易溶的顆?；蚓w被完全溶解而形成的孔隙，其成因與溶蝕孔有些類似。鑄模孔的形成是溶蝕作用的選擇性導(dǎo)致的，往往溶蝕一些相對(duì)易溶的礦物而形成的孔隙?？梢钥吹?，溶蝕孔的形態(tài)無規(guī)則，其內(nèi)部還發(fā)育著更細(xì)小的孔隙。鑄?？转?dú)立分布，連通性差。圖3-c是長(zhǎng)石溶蝕孔，圖3-d是方解石溶蝕孔，溶蝕現(xiàn)象極易形成次生孔隙。這兩種溶蝕孔的形狀、大小基本相同，彼此的連通性差。二者的成因都是在地質(zhì)演化過程中，長(zhǎng)石、方解石等碳酸鹽礦物在沉積、構(gòu)造時(shí)，由于有機(jī)質(zhì)生烴過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸[12]，這些有機(jī)酸溶蝕礦物形成。圖3-e是黃鐵礦晶間孔，鳳岡地區(qū)牛蹄塘組黃鐵礦含量很高，呈條帶狀分布。黃鐵礦晶間孔主要分布在單個(gè)或多個(gè)黃鐵礦集合體之間，孔隙大小不均勻，其內(nèi)部多被有機(jī)質(zhì)充填。這些孔隙體積小，但是數(shù)量很多，吸附性也比較強(qiáng)，是頁巖氣吸附的場(chǎng)所之一。圖3-f是微裂隙，以短縫、窄縫、張開縫為主。鳳岡地區(qū)牛蹄塘組大量發(fā)育微裂隙，它在地層壓力的作用下處于閉合—半閉合狀態(tài)，通常會(huì)被后生礦物充填，它是孔隙和裂縫連接的橋梁，對(duì)頁巖氣的滲流非常有利。它通常是由于不同礦物收縮系數(shù)不同而產(chǎn)生的。頁巖裂縫發(fā)育程度一般與巖石中石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽巖等脆性礦物的含量呈正相關(guān)關(guān)系[13]。鳳岡牛蹄塘組頁巖石英等脆性礦物含量很高，有利于裂隙的發(fā)育，這些微裂隙對(duì)后期的壓裂非常有利。

3.3液氮吸附實(shí)驗(yàn)

為了研究牛蹄塘組的頁巖吸附特性對(duì)頁巖氣儲(chǔ)集和運(yùn)移的影響，選擇了鳳參1井的兩個(gè)典型樣品，其中樣品FC-1取自中段，樣品FC-2取自上段（圖4），開展了液氮低溫吸附脫附實(shí)驗(yàn)，所得到的吸附脫附等溫線如圖5所示，其測(cè)試結(jié)果如表1所示。

從測(cè)試結(jié)果可以看出：研究區(qū)頁巖平均孔徑相對(duì)較小，樣品FC-1為12.448 nm，樣品FC-2為10.125 nm；比表面積和孔體積都較大，樣品FC-1分別為12.790 4 m2/g、0.009 794 cm3/g，樣品FC-2分別為7.232 7 m2/g、0.004 209 cm3/g。

圖3 鳳岡地區(qū)下寒武牛蹄塘組頁巖儲(chǔ)層孔隙分類圖

圖4 FC-1和FC-2頁巖樣品照片

隨著鳳參1井中段頁巖有機(jī)質(zhì)含量增加，BET比表面積、平均孔直徑、單位質(zhì)量總孔體積均增加。FC-1的BET比表面積和單位質(zhì)量總孔體積是FC-2的近兩倍，說明了FC-1比FC-2存在更多的孔隙。微孔是頁巖比表面積和孔體積的主要貢獻(xiàn)者[14]，即FC-1比FC-2存在更多的微孔。說明有機(jī)質(zhì)含量越多，頁巖微孔越發(fā)育，頁巖儲(chǔ)集條件越好，也就是說，鳳岡地區(qū)牛蹄塘組中段比上段的頁巖氣儲(chǔ)集條件要好。

從圖5吸附、脫附等溫曲線上可以看出，在相對(duì)壓力較小時(shí)，頁巖的吸附曲線趨向一致，均隨著相對(duì)壓力的升高，吸附量迅速增加，此時(shí)發(fā)生的主要是單分子層吸附，而微孔具有很大的吸附勢(shì)[15]，最先開始吸附，即這一階段主要以微孔吸附為主，這也說明鳳岡地區(qū)頁巖的微孔普遍發(fā)育。隨著相對(duì)壓力的增加，此時(shí)吸附由單分子層向多分子層發(fā)展，吸附量較為平坦。在相對(duì)壓力接近1時(shí)，吸附量上升較為迅速，沒有呈現(xiàn)吸附飽和的現(xiàn)象，這個(gè)階段在吸附氮?dú)獾倪^程中發(fā)生了毛細(xì)凝聚。這與經(jīng)典等溫吸附線第Ⅱ類的描述相同，說明鳳岡地區(qū)頁巖的等溫吸附線都屬于第Ⅱ類。

還可以看到，鳳岡地區(qū)頁巖的吸附解吸曲線均出現(xiàn)了“滯后”現(xiàn)象，滯后環(huán)范圍較大，且都出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn)，解吸曲線無法回到吸附起點(diǎn)，即一部分液氮?dú)埩粼诳紫吨?，這與本文參考文獻(xiàn)[16]描述的基本相同，說明頁巖樣品孔隙系統(tǒng)較為復(fù)雜，且存在孔隙形態(tài)為口小肚大的“墨水瓶”形孔。按照IUPAC推薦的分類標(biāo)準(zhǔn)，滯后環(huán)可分為4類：H1型、H2型、H3型和H4型，每種滯后環(huán)對(duì)應(yīng)不同的孔隙狀態(tài)。在對(duì)4類滯后環(huán)分析后，發(fā)現(xiàn)鳳岡地區(qū)頁巖的滯后環(huán)屬H2型，這種孔隙類型反映的是細(xì)頸的“墨水瓶”形孔等無定形孔，這種孔對(duì)頁巖氣的保存有利，但不利于頁巖氣的滲流[17]。在相對(duì)壓力0.55左右時(shí)，頁巖的解吸曲線均出現(xiàn)了很大的拐點(diǎn)，解吸曲線迅速下降，進(jìn)一步說明鳳岡地區(qū)頁巖孔隙結(jié)構(gòu)為“墨水瓶”形孔隙，也與本文參考文獻(xiàn)[18]描述的基本相同。說明鳳岡地區(qū)頁巖儲(chǔ)層有利于保存頁巖氣，但不利頁巖氣解吸。

為了更詳細(xì)地了解頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)，繪制了頁巖孔隙孔徑分布圖（圖6），縱坐標(biāo)表示的孔體積對(duì)孔直徑的數(shù)值微分，能夠反映納米級(jí)孔隙的孔徑分布情況[19]。由于液氮低溫吸附實(shí)驗(yàn)無法測(cè)到3 nm以下的孔隙，可以看出鳳岡地區(qū)頁巖孔隙主要集中在3～10 nm之間?？紫扼w積與孔徑分布具有一致性。隨著孔隙直徑的增加，孔隙體積反而降低，說明存在大量的微孔，這種孔隙是頁巖孔隙體積的主要貢獻(xiàn)者。

圖5 頁巖液氮吸附、脫附等溫曲線圖

表1 液氮低溫吸附脫附實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表

3.4核磁共振實(shí)驗(yàn)

核磁共振是測(cè)量分析頁巖孔隙參數(shù)的另外一種方法，該方法可以測(cè)試樣品的孔隙度、飽和度和孔徑分布，測(cè)量孔徑的范圍較大，能夠定量化表征頁巖的孔隙狀態(tài)。核磁共振實(shí)驗(yàn)依然選用FC-1和FC-2兩個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品，實(shí)驗(yàn)儀器是紐邁電子科技有限公司生產(chǎn)的核磁共振含油含水分析儀NM12。通過測(cè)得飽和水的核磁共振信號(hào)，利用標(biāo)準(zhǔn)刻度樣品進(jìn)行刻度，將信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成孔隙度，從而得到頁巖巖樣的孔隙度。T2弛豫時(shí)間是與孔隙尺寸和樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)密不可分的物理量。在多孔介質(zhì)中，孔徑越大，存在于孔中的水弛豫時(shí)間越長(zhǎng)；孔徑越小，存在于孔中的水受到的束縛程度越大，弛豫時(shí)間越短，即峰的位置與孔徑大小有關(guān)，峰的面積大小與對(duì)應(yīng)孔徑的多少有關(guān)[20-21]。各個(gè)樣品的弛豫信號(hào)經(jīng)過反演后的分布如圖7所示，樣本做飽水處理，再與離心狀態(tài)比較。

圖6 頁巖孔徑分布曲線圖

圖7 頁巖T2波譜圖

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)C-1的T2波普是含有孤立左峰、右峰的雙峰態(tài)，這與本文參考文獻(xiàn)[22]相似，左峰比右峰大，孔徑以微孔為多數(shù)，同時(shí)，由于兩峰不連續(xù)，說明兩種孔隙間的連通性差。樣品在離心后，F(xiàn)C-1的T2波普峰與離心前（飽水）變化明顯，說明一部分束縛水通過離心被排出，3～10 nm孔隙的連通性較好，有利于頁巖氣的運(yùn)移和滲流。FC-2的T2波普是左右連續(xù)的雙峰態(tài)，右峰比左峰小很多，幾乎看不到凸起，左峰占主導(dǎo)地位，說明FC-2的孔隙以微孔為主。樣品在離心后，其T2波普峰與離心前（飽水）沒有明顯的變化，說明頁巖巖樣的孔隙的連通性差，導(dǎo)致束縛在孔隙里面的水無法通過離心實(shí)驗(yàn)排出，原因是FC-2的孔隙以連通性差的微孔為主。

T2分布圖實(shí)際上反映了孔隙尺寸的分布：孔隙小，T2?。豢紫洞?，T2大。所測(cè)得的孔徑分布如圖8所示。從圖8中可以看出，所得到的孔徑分布圖與T2波普的形狀具有相似性。FC-1的孔徑分布主要集中在1～10 nm和100 nm左右。所測(cè)的1～10 nm的孔徑分布與液氮實(shí)驗(yàn)所測(cè)的孔徑分布基本一致。由于液氮吸附?jīng)]法測(cè)量大孔，所以測(cè)不出100 nm的孔隙。100 nm孔隙的產(chǎn)生可能與樣品在飽水過程中產(chǎn)生破裂有關(guān)，也說明水力壓裂會(huì)產(chǎn)生100 nm左右的孔隙。 FC-2的孔徑在1～1 000 nm均有分布，主要集中在1～100 nm。其孔徑分布曲線與液氮吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果有所不同，產(chǎn)生大量10～100 nm的過渡孔，也可能是實(shí)驗(yàn)中水力壓裂造成的。FC-1與FC-2巖樣的孔徑分布峰值都在8 nm左右，說明鳳岡地區(qū)頁巖孔隙以微孔為主。這與液氮所測(cè)的孔徑基本一致。

圖8 頁巖孔徑分布圖

4 結(jié)論

1）黔北鳳岡地區(qū)下寒武牛蹄塘組頁巖以石英為主，脆性礦物含量高，黏土礦物含量低。黏土礦物主要是比表面積貢獻(xiàn)少的伊利石和綠泥石，含有大量的黃鐵礦。石英含量大對(duì)頁巖孔隙的保存有利。脆性礦物含量高，有助于微裂隙的生成，對(duì)后期的壓裂有利。其吸附能力主要依靠有機(jī)質(zhì)成分。

2）鳳岡地區(qū)牛蹄塘組頁巖孔隙發(fā)育，以有機(jī)質(zhì)納米級(jí)孔、礦物溶蝕孔、礦物晶間孔、鑄?？诪橹?。大量發(fā)育處于閉合—半閉合狀態(tài)的微裂隙，這些對(duì)頁巖氣的滲流非常有利。

3）液氮吸附實(shí)驗(yàn)表明頁巖的比表面積和孔體積都很大，納米級(jí)微孔是頁巖孔比表面積和孔體積的主要貢獻(xiàn)者。等溫吸附線具有第Ⅱ類等溫吸附線的特征，吸附解吸曲線存在H2型滯后環(huán)，頁巖內(nèi)部存在大量“墨水瓶”形孔隙。有機(jī)質(zhì)含量越多，頁巖微孔越發(fā)育，鳳岡地區(qū)牛蹄塘組中段比上段的儲(chǔ)集條件要好，但不利于頁巖氣解吸。

4）核磁共振實(shí)驗(yàn)反映頁巖孔隙的連通性差，所測(cè)的孔徑分布與液氮所測(cè)的孔徑分布具有一致性，即鳳岡地區(qū)牛蹄塘組頁巖孔徑主要分布在3～10 nm之間。水力壓裂會(huì)產(chǎn)生100 nm左右的孔隙。

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（修改回稿日期 2016-09-16 編 輯韓曉渝）

Exploration and development potential of Niutitang Fm shale gas in Fenggang area, North Guizhou

Li Xijian1,2, Shen Zhonghui1,2, Li Weiwei1,2, Huang Haifan1,2
(1.Mining College of Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550025, China;2.Engineering Center for Safe Mining Technology Under Complex Geologic Condition, Guiyang, Guizhou 550025, China)
NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 12, pp.72-79, 12/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

Fenggang area in North Guizhou is one of the typical blocks where the Lower Cambrian Niutitang Fm—an important shale gas payzone is located. In this paper, samples from Lower Cambrian Niutitang Fm were experimentally tested by means of X-diffraction, scanning electron microscope (SEM), liquid-nitrogen cryogenic adsorption and nuclear magnetic resonance (NMR) to analyze its accumulation and recovery conditions of shale gas. The X-diffraction results show that the Lower Cambrian Niutitang Fm shale in Fenggang area contains quartz as the main mineral. Its brittle mineral content is high and clay mineral (mainly illite) content is low. The SEM results show that shale pores are mainly composed of nanometer organic matter pores, mineral dissolution pores, mineral intercrystal pores and moldic pores, as well as a large number of closed and semi-closed microcracks. The liquid nitrogen absorption experiments show that the specific surface area and pore volume of shale are large, and micropores are the main contributor to the specific surface area and pore volume of shale. H2type hysteresis loop is presented in adsorption and desorption curves and there are a lot of "ink bottle" type pores in the shale. The NMR experiments show that shale pores are poorly connected, and that the pore size distribution measured by the NMR is consistent with that in liquid nitrogen absorption experiments, mainly ranging between 3 and 10 nm. It is finally concluded that the reservoir conditions of the Niutitang Fm in North Guizhou are favorable for shale gas accumulation and fracturing, suggesting a good potential of shale gas recovery.

Shale gas; Reservoir conditions; Recovery conditions; X-diffraction; Scanning electron microscope (SEM); Liquid-nitrogen cryogenic adsorption; Nuclear magnetic resonance (NMR); North Guizhou; Fenggang area; Early Cambrian

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.12.010

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：51264004、51574093）、貴州省重大應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“貴州復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣賦存與滲透機(jī)制研究”（編號(hào)：黔科合JZ字[2014]2005）、貴州省教育廳項(xiàng)目（編號(hào)：黔教合KY字[2013]112）、貴州大學(xué)研究生創(chuàng)新基金（編號(hào)：研理工201608）。

李希建，1967年生，教授，博士；主要從事頁巖氣與煤層氣開發(fā)研究工作。地址：（550025）貴州省貴陽市花溪區(qū)。ORCID: 0000-0003-4160-4874。E-mail: 575914635@qq.com