滄東凹陷孔二段頁巖紋層結(jié)構(gòu)類型及其對(duì)儲(chǔ)集性能的影響

宋斯宇,陳世悅,鄢繼華,蒲秀剛

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266580;2.中國(guó)石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院,天津 300280)

頁巖是由粒度小于62.5 μm的礦物組成且發(fā)育有頁理構(gòu)造的巖石類型,占地表沉積巖總量的70%以上,但由于過往對(duì)常規(guī)油氣的開采,在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)頁巖未能引起足夠的重視,相關(guān)的研究也進(jìn)展緩慢。隨著非常規(guī)油氣的進(jìn)一步推進(jìn),頁巖作為“源儲(chǔ)一體”的連續(xù)性富油氣巖,有著巨大的開發(fā)潛力,逐漸成為非常規(guī)石油地質(zhì)學(xué)中的研究熱點(diǎn)[1-2]。黎茂穩(wěn)等[3]認(rèn)為,中國(guó)陸相沉積盆地發(fā)育優(yōu)質(zhì)頁巖,其中陸相頁巖發(fā)育毫米級(jí)紋層,主要發(fā)育在深湖相沉積環(huán)境,規(guī)模相對(duì)較小。渤海灣盆地滄東凹陷孔二段的頁巖恰是如此,其發(fā)育了多套典型的富有機(jī)質(zhì)紋層狀頁巖。學(xué)者們從多個(gè)角度探究劃分紋層結(jié)構(gòu)類型,劉國(guó)恒等[4]根據(jù)礦物組分將延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段頁巖紋層劃分為亮層結(jié)構(gòu)與暗層結(jié)構(gòu);Lazar等[5]通過紋層的成分、結(jié)構(gòu)與層理劃分紋層結(jié)構(gòu)類型;董虎等[6]根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量將松遼盆地的青山口組頁巖劃分為低-中-高3種有機(jī)質(zhì)紋層結(jié)構(gòu)類型;Broadhead等[7]根據(jù)有機(jī)質(zhì)和黏土礦物對(duì)俄亥俄上泥盆統(tǒng)頁巖紋層進(jìn)行了劃分;葸克來等[8]依據(jù)礦物組分、厚度等因素將鄂爾多斯盆地的延長(zhǎng)組7、8段頁巖劃分為“富有機(jī)質(zhì)+粉砂級(jí)長(zhǎng)英質(zhì)”紋層組合與“富長(zhǎng)英質(zhì)+富凝灰質(zhì)”紋層組合;華柑霖等[9]根據(jù)紋層形態(tài)將龍馬溪組頁巖紋層劃分為4類:水平等厚紋層結(jié)構(gòu)、透鏡體紋層結(jié)構(gòu)、水平不等厚紋層結(jié)構(gòu)與水平-小型波狀紋層結(jié)構(gòu);Wang等[10]根據(jù)紋層發(fā)育密度與厚度總結(jié)了低密度與低厚度型、低密度與高厚度型、高密度與高厚度型3種紋層結(jié)構(gòu)。紋層結(jié)構(gòu)為頁巖富集研究提供基礎(chǔ)信息,不同的紋層結(jié)構(gòu)對(duì)頁巖儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)有著不可忽視的影響。因此,對(duì)紋層結(jié)構(gòu)的研究成為目前亟需解決的問題。

滄東凹陷孔二段頁巖非均質(zhì)性強(qiáng)、紋層結(jié)構(gòu)發(fā)育、黏土礦物含量高、有機(jī)質(zhì)發(fā)育分散且局部聚集。前人對(duì)紋層的研究往往集中在對(duì)樣品粉碎后測(cè)定TOC、礦物組成,而忽略了非均質(zhì)性的影響,研究重點(diǎn)大多將頁巖簡(jiǎn)單的劃分為塊狀頁巖與紋層狀頁巖,其中孔二段紋層狀頁巖有以下3個(gè)基本特征:(1)厚度薄,一般都在mm尺度以下;(2)成分多,包括有機(jī)-無機(jī)組分,長(zhǎng)英質(zhì)礦物(30%～55%)、碳酸鹽礦物(20%～40%)、黏土礦物(含量較少,不超過20%)、方沸石(不超過20%)、有機(jī)質(zhì)與黏土礦物伴生;(3)粒度細(xì),粉砂-泥晶為主,值得注意的是顯微鏡下觀察礦物含量與XRD測(cè)試含量會(huì)存在微弱差別,這是由于長(zhǎng)英質(zhì)礦物與碳酸鹽礦物部分粒度過小從而難以辨別,可能會(huì)將其誤認(rèn)為黏土礦物。這些研究尚未在此基礎(chǔ)上提出更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募y層結(jié)構(gòu)劃分方案。

此次研究以礦物類型與有機(jī)質(zhì)為紋層劃分依據(jù),分析不同紋層組合結(jié)構(gòu)之間的差異,觀察不同類型紋層間孔隙與裂縫的差異,進(jìn)而分別對(duì)不同紋層結(jié)構(gòu)頁巖的儲(chǔ)集性能展開相應(yīng)的研究。由于頁巖巖心粒度細(xì)、顏色深、紋層結(jié)構(gòu)觀察與劃分難度偏大,所以采用宏觀與微觀相結(jié)合的研究方法,以巖心觀察手段在宏觀尺度上來分析頁巖紋層顏色、薄厚與連續(xù)性等;在微觀層面上可以通過光學(xué)顯微鏡、氬離子拋光-高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、AMICS等鏡下觀察礦物組成、紋層疊置關(guān)系、不同紋層結(jié)構(gòu)中有機(jī)質(zhì)發(fā)育特征與孔隙結(jié)構(gòu)與裂縫特征,最終來評(píng)價(jià)不同紋層結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)集性能優(yōu)劣。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 地質(zhì)概況

滄東凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷的南部地區(qū),是黃驊坳陷內(nèi)部第二大富集油氣凹陷,油氣勘探面積約為4 700 km2,是應(yīng)力拉張作用下形成的陸相斷陷盆地[11-12]。滄東凹陷地處孔店凸起以北,東光凸起以南,滄縣隆起以西,徐黑凸起以東;由于東西兩側(cè)隆起更明顯,故此凹陷整體上表現(xiàn)為北東-南西向的狹長(zhǎng)展布形態(tài)[13-14]。滄東凹陷在孔二段沉積時(shí)期是典型淡水-半咸水封閉型的坳陷湖盆(見圖1),沉積相帶沿坳陷湖盆呈環(huán)狀分布,外環(huán)發(fā)育有常規(guī)砂巖(三角洲前緣亞相),內(nèi)環(huán)發(fā)育有一定規(guī)模的頁巖,頁巖源儲(chǔ)一體,烴類大多原地聚集成藏,其獨(dú)特的閉塞湖盆沉積模式造就了凹陷級(jí)常規(guī)-非常規(guī)油氣一體有序成藏的格局[15]。研究區(qū)面積約為750 km2,孔二段沉積厚度為60～300 m,整個(gè)孔二段劃分為4個(gè)亞段,EK24以灰色粉砂質(zhì)泥巖為主、EK23以灰黑色頁巖為主、EK22以重力流砂巖為主、EK21發(fā)育有灰黑色頁巖[16]?？锥雾搸r發(fā)育有大量的紋層,不同礦物成層且互相混合或者縱向疊置,不同的紋層結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致不同的儲(chǔ)集性能。因此,有必要利用多口重點(diǎn)井的資料開展頁巖紋層結(jié)構(gòu)的研究,評(píng)價(jià)不同紋層間儲(chǔ)集性能的差異,為頁巖油的進(jìn)一步勘探部署提供依據(jù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)樣品來自孔二段的4口重點(diǎn)井(官108-8、官東12、官東14、官19-25)(見圖1),巖性為頁巖。利用巖心觀察手段對(duì)宏觀紋層結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,微觀層面上可以通過光學(xué)顯微鏡、氬離子拋光-場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、AMICS等鏡下觀察紋層結(jié)構(gòu)對(duì)頁巖礦物組分、孔隙類型與孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià),并進(jìn)一步評(píng)價(jià)不同紋層結(jié)構(gòu)類型的儲(chǔ)集性能。主要實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法介紹如下:

氬離子拋光-場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡測(cè)試使用德國(guó)ZEISS公司 Zeiss-Merlin儀器來完成[17]。在中國(guó)石油大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)孔二段重點(diǎn)井的樣品進(jìn)行測(cè)試,檢測(cè)環(huán)境要保證溫度23 ℃,濕度60%。該測(cè)試先通過氬離子束對(duì)測(cè)試樣品表面進(jìn)行拋光處理,獲得平滑且無損的截面,以便利用掃描電鏡觀察到樣品表面的微觀孔隙結(jié)構(gòu)以及孔隙分布,然后作進(jìn)一步的定性分析[18-19]。

圖1 渤海灣盆地滄東凹陷Ek Ⅱ頁巖沉積有利區(qū)(據(jù)大港油田)Fig.1 Ek Ⅱ shale sedimentary favorable areas in the Cangdong sag Bohai Bay Basin (according to Dagang oilfield)

礦物自動(dòng)定量分析系統(tǒng)(AMICS,advanced mineral identification and characterization system)是利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)樣品中的礦物進(jìn)行自動(dòng)快速表征。選取孔二段重點(diǎn)井的巖心樣品,在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所進(jìn)行測(cè)試,該測(cè)試以背散射電子圖像為基礎(chǔ),結(jié)合現(xiàn)代圖像分析技術(shù)及能譜測(cè)試,最終由電腦自動(dòng)計(jì)算后獲得礦物基本參數(shù)[20]。使用的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡型號(hào)為Zeiss Merlin Gemini2,在實(shí)驗(yàn)前先利用Leica EM RES 102儀器將測(cè)試樣品進(jìn)行剖光,再用Leica EM ACE 200儀器對(duì)樣品表面噴涂碳膜,之后在場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的背散射探頭下選擇目標(biāo)區(qū)域,利用配套的能譜儀對(duì)樣品特定區(qū)域進(jìn)行面掃,再通過AMICS軟件進(jìn)行礦物識(shí)別和定量分析。

2 頁巖紋層結(jié)構(gòu)類型

紋層是指沉積巖中可分辨的最小/最薄的原始沉積單元,紋層組合結(jié)構(gòu)能夠直接反映沉積時(shí)期的水動(dòng)力特征以及沉積環(huán)境,為頁巖油富集判斷提供有效依據(jù)[21]。此次通過巖心觀察、顯微鏡下觀察與XRD、氬離子拋光-掃描電鏡、AMICS測(cè)試等分析[22],對(duì)孔二段頁巖紋層結(jié)構(gòu)進(jìn)行“由大到小”的全尺度表征。觀察不同紋層的疊置關(guān)系,以及對(duì)頁巖生儲(chǔ)性質(zhì)的影響,總結(jié)出3種紋層結(jié)構(gòu),分別為長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土型紋層結(jié)構(gòu)、黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)?？锥雾搸r3種紋層結(jié)構(gòu)具體特征如表1所列。

表1 滄東凹陷EK2頁巖紋層結(jié)構(gòu)分類

2.1 長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土型紋層結(jié)構(gòu)

通過多尺度觀察長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土型紋層結(jié)構(gòu)(見圖2),發(fā)現(xiàn)巖心(見圖2(a))發(fā)育有淺灰色長(zhǎng)英質(zhì)紋層、灰黑色泥質(zhì)紋層與碳酸鹽紋層[23],紋層連續(xù)性弱(受沉積環(huán)境變化速率較快影響),淺灰色長(zhǎng)英質(zhì)紋層波動(dòng)明顯且起伏較大,局部發(fā)育液化變形現(xiàn)象,表明此時(shí)沉積水體環(huán)境動(dòng)蕩,水動(dòng)力作用較強(qiáng)。顯微鏡與AMICS鏡下觀察可知,長(zhǎng)英質(zhì)礦物、碳酸鹽礦物(以白云石為主)、黏土礦物基本都順層發(fā)育[24];長(zhǎng)英質(zhì)紋層發(fā)育有間斷且厚度小(見圖2(c)),石英與鈉長(zhǎng)石粒度由泥級(jí)到粉砂,個(gè)別情況下會(huì)出現(xiàn)粒度過大的顆粒,這往往是由于不穩(wěn)定降水使得大量碎屑物質(zhì)流向湖泊帶入粒度較大的長(zhǎng)英質(zhì)(正長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石與石英);黏土礦物紋層(伊利石與綠泥石為主)粒度小(見圖2(d)、(e)),顏色偏深,更容易受擠壓變形,單層厚度往往受到其他礦物擠壓變形,粗細(xì)不均(見圖2(c));白云石紋層粒度分布在泥級(jí)到粉砂級(jí)之間,顏色偏淺,紋層較為平直且厚度較小(見圖2(b)、(c))。結(jié)合XRD測(cè)試結(jié)果可知,長(zhǎng)英質(zhì)礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(39.2%),其次為碳酸鹽礦物(27.3%)和黏土礦物(19.8%)。

2.2 黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)

通過多尺度觀察黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)(見圖3),發(fā)現(xiàn)巖心中發(fā)育大量褐色紋層與深灰色紋層相互疊置組成明暗相間的層偶[25],紋層界面清晰平直,單個(gè)紋層厚度1～3 mm,連續(xù)性好,部分紋層彎曲(見圖3(a))。顯微鏡與AMICS鏡下觀察可知,亮色紋層與暗色紋層分層明顯,亮色的為碳酸鹽紋層與方沸石紋層(見圖3(b)、(c));碳酸鹽紋層厚度大(見圖3(b)),主要發(fā)育自形程度較好的微晶白云石,大多較為純凈,偶爾夾雜部分黏土礦物,幾乎不含長(zhǎng)英質(zhì)礦物,表明此沉積時(shí)期湖盆鹽度較高;方沸石紋層發(fā)育間斷(孔二段方沸石主要由黏土礦物在成巖早期轉(zhuǎn)化而來),粒度為粉砂級(jí),顯微鏡下呈現(xiàn)出小透鏡狀與蝌蚪狀(見圖3(c));暗色的黏土(有機(jī)質(zhì))紋層厚度較大且粒度多為泥級(jí)(見圖3(b)、(c)),其中伊利石中混雜著絲狀有機(jī)質(zhì),層厚通常小于碳酸鹽紋層(見圖3(b)、(c))。結(jié)合XRD分析測(cè)試可知,該紋層結(jié)構(gòu)平均含有32.6%的白云石、27.3%的方沸石、27.8%的黏土礦物和11.4%的泥級(jí)長(zhǎng)英質(zhì)礦物。

圖2 孔二段長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土型紋層結(jié)構(gòu)頁巖照片F(xiàn)ig.2 Photographs of shale with quartz & feldspar-carbonate-clay type grain structure in EK Ⅱ

圖3 孔二段黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)頁巖照片F(xiàn)ig.3 Photographs of shale with clay (organic matter)-carbonate-square zeolite type grain structure in EK Ⅱ

2.3 長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)

通過多尺度觀察長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)(見圖4),發(fā)現(xiàn)巖心發(fā)育有清晰且細(xì)密的紋層,整體呈深灰色-灰黑色,單個(gè)紋層厚度0.5～2 mm,不同紋層間的礦物組分有所區(qū)別,其力學(xué)性質(zhì)亦有所不同,層理面易收縮發(fā)生破裂形成大量微裂縫,后期被白云石所充填(見圖4(a))。顯微鏡與AMICS鏡下觀察可知,長(zhǎng)英質(zhì)紋層(以鈉長(zhǎng)石紋層為主)順層間斷發(fā)育且紋層厚度較小,粒度為細(xì)粉砂級(jí)(見圖4(b)、(c));碳酸鹽紋層厚度大且紋層間斷較少,粒度為泥級(jí)到細(xì)粉砂級(jí)(見圖4(b)、(c));黏土紋層間斷發(fā)育且厚度較薄,有機(jī)質(zhì)以小團(tuán)塊狀分布、絲狀有機(jī)質(zhì)與綠泥石混雜分布,部分有機(jī)質(zhì)條帶也單獨(dú)成層,部分絲狀有機(jī)質(zhì)混雜在鈉長(zhǎng)石紋層內(nèi);長(zhǎng)石與伊利石互層,鈉長(zhǎng)石含量相對(duì)較多(見圖4(d)～(g)),反映此沉積時(shí)期湖盆為微咸水環(huán)境,陸源輸入效果較弱且古氣候發(fā)生頻繁變化。結(jié)合XRD分析測(cè)試,長(zhǎng)英質(zhì)礦物(32.4%)與碳酸鹽礦物(40.8%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近,而黏土(19.2%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低。

圖4 孔二段長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)頁巖照片F(xiàn)ig.4 Photographs of shale with quartz & feldspar-carbonate-clay mineral (organic matter) grain structure in E Ⅱ

3 紋層結(jié)構(gòu)類型對(duì)儲(chǔ)集性能的影響

3.1 不同紋層結(jié)構(gòu)頁巖的孔縫類型

頁巖儲(chǔ)層微-納米孔隙系統(tǒng)主要為有機(jī)質(zhì)孔和無機(jī)孔,其中無機(jī)孔包括有粒間孔、晶間孔、溶蝕孔。根據(jù)孔二段的氬離子剖光-場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片(見圖5),研究不同紋層結(jié)構(gòu)類型對(duì)應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)與類型以及孔隙空間展布。

(OM:有機(jī)質(zhì),Ca1:方解石,Do1:白云石,An1:方沸石,Qtz:石英,Py:黃鐵礦,Ⅲ:伊利石)圖5 孔二段紋層狀頁巖場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片F(xiàn)ig.5 Field emission scanning electron microscope photo of EK Ⅱ laminated shale

長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)與黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)多發(fā)育納米級(jí)有機(jī)質(zhì)孔,有機(jī)質(zhì)孔呈蜂窩狀、氣泡狀、串珠狀等分布形式[26],孔型較為圓滑,孔隙分布較為集中,孔徑大小低于400 nm,根據(jù)IUPAC(international union of pure and applied chemistry)劃分方案,有機(jī)孔隙多屬于介、宏孔(見圖5(c)、(f)、(g))。值得注意的是,盡管在二維空間視角有機(jī)孔隙彼此并不聯(lián)通,然而在三維空間內(nèi)有機(jī)質(zhì)孔隙卻彼此聯(lián)通[27-28],并且有機(jī)質(zhì)和礦物顆粒(石英、白云石)間的邊緣微裂縫也可以與有機(jī)質(zhì)孔形成良好的聯(lián)通孔-縫體系(見圖5(c)、(f)、(g))。各種無機(jī)孔隙類型在不同紋層結(jié)構(gòu)中都有分布但側(cè)重不同,其中長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土型紋層結(jié)構(gòu)中粒間孔發(fā)育較多,粒間孔發(fā)育數(shù)大多分布在0.2～3 μm,孔隙形態(tài)受相鄰礦物決定且不盡相同,孔隙往往帶有一定的棱角,部分在成巖過程中被伊利石等礦物充填迫使其有效聯(lián)通性降低(見圖5(d)、(e)、(h));晶間孔大多發(fā)育在黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)中,孔徑更小,晶間孔多受礦物晶體特征決定,孔隙形態(tài)多不規(guī)則(見圖5(b)、(i));溶蝕孔在3種紋層組合類型中都有分布,往往會(huì)單獨(dú)出現(xiàn)在白云石或黃鐵礦內(nèi)部,孔徑不均,聯(lián)通性較差,常呈現(xiàn)出橢圓狀(見圖5(e))。微裂縫大多發(fā)育在長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土型紋層結(jié)構(gòu)中,形態(tài)多為鋸齒狀且彎曲分布(見圖5(c)、(h)),長(zhǎng)度多在100～220 μm間,寬度在40～100 nm間,在微觀狀態(tài)下微裂縫的發(fā)育往往受礦物形態(tài)的影響,在后期壓裂過程中起到一定促進(jìn)作用。

3.2 不同紋層結(jié)構(gòu)頁巖的物性差異

通過對(duì)比孔二段不同紋層結(jié)構(gòu)的孔隙度(見圖6),發(fā)現(xiàn)孔二段孔隙度介于0.03%～6%,長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土型紋層結(jié)構(gòu)的物性優(yōu)于黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)的物性,主要體現(xiàn)在含長(zhǎng)英質(zhì)礦物的紋層結(jié)構(gòu)的孔徑范圍較大,在孔隙度為0.03%～6%間呈左偏態(tài)分布;黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)的孔隙度大多集中在0.03%～2%之間,孔隙度大于4%的占比非常少。經(jīng)分析有以下幾點(diǎn)原因:(1)紋層中的長(zhǎng)英質(zhì)礦物有利于儲(chǔ)層孔、縫的發(fā)育,頁巖發(fā)育的粒間孔主要沿石英、長(zhǎng)石和部分碳酸鹽顆粒邊緣發(fā)育[29-30],石英顆粒減小了頁巖機(jī)械壓實(shí)能力,對(duì)含長(zhǎng)英質(zhì)礦物的頁巖紋層中發(fā)育的孔、微裂縫起到了良好的保存效果;(2) 白云石和方解石發(fā)育較多晶間孔以及溶蝕孔,晶間孔與溶蝕孔孔徑相對(duì)較小[31-32],且粉晶狀方沸石會(huì)充填部分粒間孔、粒內(nèi)孔以及微裂縫,進(jìn)一步降低黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)的物性。

圖6 孔二段不同紋層結(jié)構(gòu)頁巖孔隙度分布直方圖Fig.6 Histogram of porosity distribution of shales withdifferent grain structure in EK Ⅱ

通過對(duì)比孔二段不同紋層結(jié)構(gòu)的氮?dú)馕?見圖7),發(fā)現(xiàn)從3種紋層結(jié)構(gòu)孔容對(duì)比來看,長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物紋層結(jié)構(gòu)頁巖孔容為0.025 4 cc/nm/g(見圖7(a)),長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土型(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)頁巖孔容為0.042 cc/nm/g(見圖7(b)),黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)頁巖孔容為0.016 cc/nm/g(見圖7(c)),表明含有長(zhǎng)英質(zhì)的紋層結(jié)構(gòu)頁巖的儲(chǔ)集性能偏高。從孔徑分布看,不同紋層結(jié)構(gòu)頁巖均表現(xiàn)有較明顯的雙峰特征,孔徑分布為1～100 nm,介孔范圍內(nèi)峰高且尖銳,其中長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)頁巖孔、縫發(fā)育最多,宏孔發(fā)育較多。

圖7 孔二段不同紋層結(jié)構(gòu)頁巖氮?dú)馕紽ig.7 Nitrogen adsorption diagram of pore diaphragm structure of EK Ⅱ

4 結(jié)論

(1) 針對(duì)滄東凹陷孔二段頁巖,根據(jù)鏡下觀察的紋層間礦物的組合關(guān)系、紋層厚度、紋層連續(xù)性、礦物粒度、有機(jī)質(zhì)的賦存狀態(tài)以及全巖XRD數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,發(fā)現(xiàn)主要存在4種紋層:長(zhǎng)英質(zhì)礦物紋層、碳酸鹽礦物紋層、黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層、方沸石紋層。分析與觀察這4種主要礦物紋層的組合關(guān)系,總結(jié)歸納了主要發(fā)育的3種紋層結(jié)構(gòu)類型,即長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土型紋層結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)以及黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)類型。

(2) 長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土型紋層結(jié)構(gòu)紋層有間斷,粒度由泥級(jí)到粉砂,紋層較為平直且厚度較小,長(zhǎng)英質(zhì)礦物占比偏高;黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)主要以明暗相間的紋層組成,紋層界面清晰平直,粒度由泥級(jí)到細(xì)粉砂,白云石與方沸石含量偏高;長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)紋層平直且層厚度較小,粒度為泥級(jí)到細(xì)粉砂級(jí),碳酸鹽礦物與長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量偏高。

(3) 不同頁巖紋層結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)集物性有不同的影響，其中長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物(有機(jī)質(zhì))紋層結(jié)構(gòu)孔徑范圍較大(由微孔到宏孔),孔隙度分布在0.03%～6%、基本呈現(xiàn)左偏態(tài)分布,粒間孔與有機(jī)質(zhì)孔大量發(fā)育,儲(chǔ)集性能最好;長(zhǎng)英質(zhì)-碳酸鹽-黏土礦物紋層結(jié)構(gòu)孔徑范圍較大(由介孔到宏孔),孔隙度分布在0.03%～6%,基本呈現(xiàn)左偏態(tài)分布,粒間孔與溶蝕孔大量發(fā)育,儲(chǔ)集性能次之;黏土(有機(jī)質(zhì))-碳酸鹽-方沸石型紋層結(jié)構(gòu)孔徑相對(duì)較小(微孔與介孔),孔隙度分布在0.03%～4%,晶間孔與溶蝕孔大量發(fā)育,儲(chǔ)集性能較弱。