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(diǎn)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(diǎn)以溫壓模擬和納米CT三維表征技術(shù)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(nèi)部主要的控制因素。

關(guān)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(diǎn)的分析和研究，通過實(shí)驗(yàn)分析結(jié)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(jī)質(zhì)的泥頁巖納米孔隙大小上不斷上漲，機(jī)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(xiàn)出了3段式的上漲特點(diǎn)，從沒有成熟到低成熟的發(fā)展階段內(nèi)部經(jīng)歷了有機(jī)質(zhì)的生烴作用，并且在外部環(huán)境壓實(shí)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(dāng)中，內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)會大量的鏈接成為相應(yīng)的生烴物質(zhì)，粘土的礦物質(zhì)會出現(xiàn)比較激烈的轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)分析

在最近幾年的發(fā)展過程中，隨著頁巖油氣的勘測程度不斷上升，泥頁巖已經(jīng)從傳統(tǒng)的 “源蓋系統(tǒng)”慢慢發(fā)展成為 “源儲蓋”系統(tǒng)，泥頁巖儲集空間的大小受到了相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注，并且也成為了重要的研究熱點(diǎn)。針對泥頁巖的儲集空間靜態(tài)表征特性，國內(nèi)外相關(guān)研究人員展開了大量的實(shí)驗(yàn)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(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(guī)的砂巖儲集層相比，泥頁巖孔隙的演化主要是受到了環(huán)境因素的影響作用，在巖層的孔隙演化過程當(dāng)中，會受到生烴和成熟的巖石雙重控制作用。

當(dāng)前階段關(guān)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(yùn)用高分辨率設(shè)備，比如發(fā)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(fā)育程度進(jìn)行有效的對比分析，通過該方式的主要優(yōu)勢在于整個實(shí)驗(yàn)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(zhì)性所帶來的虛性差異，在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中相關(guān)工作人員關(guān)注點(diǎn)多為有機(jī)質(zhì)孔隙而忽略了無機(jī)質(zhì)孔隙，因此這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能完全代表泥頁巖整體孔隙的演變特點(diǎn)，同時國內(nèi)外不同的研究學(xué)者在實(shí)驗(yàn)完成之后所得到的結(jié)果差異相對較大，并且大部分的研究學(xué)者提出，隨著泥頁巖空襲內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)演化程度不斷上漲，有機(jī)質(zhì)孔的上漲量也會有著明顯的提升。根據(jù)馬塞洛斯頁巖作為主要的研究對象，從中發(fā)現(xiàn)了孔隙值的增大會帶動有機(jī)質(zhì)孔隙的增大，并且在整個比例方面會有著明顯的降低，有機(jī)質(zhì)孔隙的大小和數(shù)量并沒有出現(xiàn)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(shè)置出相應(yīng)的溫度序列，通過加溫誘發(fā)生烴的方式，有效的運(yùn)用氣體吸附來進(jìn)行定量分析，可以對不同發(fā)育階段的泥頁巖孔隙的演變過程來進(jìn)行分析和觀察，通過這種方式在很大程度上降低了實(shí)驗(yàn)樣品的非均質(zhì)性對整個實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不良影響，同時在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中的對比性相對較強(qiáng)，可以充分展示出泥頁巖孔隙的整個演變過程的特點(diǎn)。

這一方式的主要缺陷在于直觀的表現(xiàn)力相對較差，無法清晰地觀察到同一區(qū)域范圍內(nèi)礦物質(zhì)的孔隙演變特點(diǎn)，同時也無法對有機(jī)質(zhì)孔以及無機(jī)質(zhì)孔的演變差異性來進(jìn)行分析。以鄂爾多斯盆地有機(jī)質(zhì)的低成熟度，泥頁巖作為重點(diǎn)的研究對象，運(yùn)用高溫高壓的外部物理環(huán)境來進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，針對同一個樣品進(jìn)行納米CT重構(gòu)以及掃描電鏡二維表征實(shí)驗(yàn)分析和研究，在同一個區(qū)域范圍內(nèi)對泥頁巖孔隙的結(jié)構(gòu)隨著溫度變化的特點(diǎn)來進(jìn)行分析，并且有效結(jié)合實(shí)驗(yàn)圖像氣體吸附程度以及X射線的衍射效果等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)，并且明確了不同種類型的礦物質(zhì)對泥頁巖孔隙演化工作所產(chǎn)生的不良影響。

2.泥頁巖孔隙演化特征與實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，通過納米CT設(shè)備、立體顯微鏡等相關(guān)設(shè)備來進(jìn)行操作，同時使用了X射線光學(xué)顯微鏡成像技術(shù)來進(jìn)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(xiàn)出的優(yōu)勢非常明顯。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中可以達(dá)到無損探測，并且對泥頁巖微觀結(jié)構(gòu)有著更加深層次的觀察和了解，在光學(xué)測定原理上先是內(nèi)部的X射線經(jīng)過光學(xué)透鏡，直接在泥頁巖樣品當(dāng)中來進(jìn)行檢測，然后通過物鏡波在放大成相應(yīng)的收集圖像，鏡片經(jīng)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(yùn)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(dá)到50納米。為了有效描述泥頁巖孔隙的具體發(fā)展特性，在研究過程當(dāng)中，通過納米掃描參數(shù)設(shè)置出了相應(yīng)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(shè)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(zhì)的構(gòu)成，有機(jī)質(zhì)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(huán)境因素影響下，泥頁巖裂縫在實(shí)際的研究工作當(dāng)中所發(fā)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(dāng)中，泥頁巖孔隙度的大小受到了沉積顆粒的大小以及數(shù)量的影響，隨后在沉積壓實(shí)和膠結(jié)作用下，直接造成了內(nèi)部孔隙度的降低，有機(jī)質(zhì)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(shí)作用會造成孔隙內(nèi)部的損失率達(dá)到83%～88%，埋設(shè)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(xù)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(chǔ)礦物質(zhì)的影響，有效提出了泥頁巖孔隙在演化工作當(dāng)中受到三種因素的影響，及生烴機(jī)械壓實(shí)作用以及化學(xué)壓實(shí)作用等，有效對比了泥頁巖演化特征，從中發(fā)現(xiàn)了不同程度的孔隙發(fā)育程度和TOC值之間有著明顯的關(guān)聯(lián)，并且多數(shù)的數(shù)學(xué)研究人員證明，很多的成熟樣品當(dāng)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(dāng)中的比表面積和TOC的關(guān)系值并不是非常明顯，由此可以看出有機(jī)質(zhì)生烴的作用和泥頁巖成熟孔隙演化存在著一定的關(guān)聯(lián)。

2.2有機(jī)質(zhì)生烴演化

鄂爾多斯盆地長期泥頁巖樣品在整體的發(fā)育形態(tài)上分為兩種，第一種屬于一種不規(guī)則的有機(jī)質(zhì)發(fā)展形態(tài)內(nèi)部存在較多的細(xì)微裂縫;第二種為塊狀有機(jī)物質(zhì)內(nèi)部存在發(fā)育不完全裂縫，這兩種形態(tài)的有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)裂解生烴內(nèi)部會形成相應(yīng)的有機(jī)質(zhì)孔，最后有機(jī)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(dāng)中所表現(xiàn)出的差異性也尤為明顯，在第一種發(fā)育條件下內(nèi)部的細(xì)微裂縫當(dāng)中含有大量的有機(jī)物質(zhì)，在孔隙的演化過程當(dāng)中存在雙向性，首先是沿著原有的微裂縫向有機(jī)質(zhì)的內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行擴(kuò)展，其次是在有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)基質(zhì)之間形成了相應(yīng)的微裂縫，兩種基質(zhì)的整體出現(xiàn)明顯的收縮狀況，同時有機(jī)質(zhì)孔主要是在有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)基質(zhì)之間形成。隨著泥頁巖孔隙的演化程度不斷上漲，有機(jī)制的鏈接程度會逐漸上升，在后期的礦物殘留當(dāng)中掃描顯微鏡，可以有效掃描到有機(jī)質(zhì)殘留部分，這也是后續(xù)孔隙當(dāng)中礦物質(zhì)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(nèi)部的有機(jī)質(zhì)孔隙在整個發(fā)生規(guī)律上會存在一定的變化，基本上會從蜂窩狀慢慢轉(zhuǎn)化成為方塊狀，然后在孔隙當(dāng)中互相連接，形成更大的孔隙，最后完成整個有機(jī)質(zhì)的全部鏈接，進(jìn)而形成了一個全新的孔隙蜂窩狀有機(jī)質(zhì)，這和之前人們所研究的頁巖有機(jī)質(zhì)形態(tài)保持一致，因此可以進(jìn)一步證明該實(shí)驗(yàn)的模擬結(jié)果具有較高的科學(xué)性，蜂窩狀有機(jī)質(zhì)大量發(fā)育所對應(yīng)的環(huán)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(nèi)會存在大量的有機(jī)質(zhì)鏈裂解，和之前人們的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)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(guān)的發(fā)展規(guī)律。

3.結(jié)束語：

在進(jìn)入到高成熟階段當(dāng)中，有機(jī)質(zhì)的生烴能力和粘土的礦物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化作用會明顯減弱，并且孔隙系統(tǒng)當(dāng)中基本保持一種相對穩(wěn)定的工作狀態(tài)，在充分明確了不同成分對泥頁巖孔隙的演變所產(chǎn)生的巨大差異，富有機(jī)質(zhì)的演化所產(chǎn)生的作用力最為明顯，粘土礦物質(zhì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化作用力次之，脆性礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)換重力最小，通過實(shí)驗(yàn)分析三者之間的比例大小大約為6：3：1，相關(guān)研究人員有效推測泥頁巖物質(zhì)內(nèi)部的反射率超過1.2%的情況下，有機(jī)質(zhì)的孔隙率開始大量發(fā)育。

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