川中地區(qū)大安寨段頁巖油儲層孔隙微觀形態(tài)研究

易勤凡 張廷山

西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 四川 成都 610500

頁巖油是指富有機質(zhì)頁巖層系中，以游離、與干酪根互溶或吸附方式賦存于泥頁巖基質(zhì)孔隙、微裂縫及非烴源巖薄夾層中的石油資源[1]。頁巖基質(zhì)孔隙類型多樣，主要為微納米級別[2]，孔隙特征對頁巖油氣的賦存、流動至關(guān)重要[3]。正確認(rèn)識頁巖的孔隙類型及形態(tài)特征，對了解頁巖儲層孔隙空間結(jié)構(gòu)、孔隙模型構(gòu)建及滲流模擬至關(guān)重要，也是頁巖有效儲層評價的重要依據(jù)。

四川盆地中部自流井組大安寨段作為陸相頁巖油勘探開發(fā)研究的重點層段，現(xiàn)有研究多集中于頁巖層系的巖相以及不同巖相的物性、孔隙類型、有機地化特征、含油性及控制因素等[4]，對不同類型孔隙二維形態(tài)的定量研究較少。本次研究樣品取自川中地區(qū)侏羅系大安寨段頁巖油儲層，基于氬離子剖光樣品的掃描電鏡圖像分析，獲取不同類型孔隙的孔徑、面積、圓度、凸性、伸長率等定量參數(shù)，對比不同類型孔隙形態(tài)特征及差異，分析孔隙形態(tài)的控制因素，進(jìn)而為頁巖儲層的綜合評價提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于四川盆地中部（簡稱川中地區(qū)）。四川盆地在晚三疊世結(jié)束海相沉積后進(jìn)入陸相沉積，侏羅系以三角洲-湖泊沉積為主[4]，侏羅系自下而上依次發(fā)育自流井組、涼高山組、沙溪廟組、遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組，下侏羅統(tǒng)自流井組內(nèi)部自下而上分為珍珠沖段、東岳廟段、馬鞍山段和大安寨段4個層段，盆內(nèi)基本連續(xù)穩(wěn)定發(fā)育。大安寨段經(jīng)歷一個完整的湖進(jìn)-湖退旋回，自上而下可分為3個亞段，大一亞段發(fā)育介殼灰?guī)r加薄層泥頁巖，大二亞段頁巖沉積于最大湖侵期，相對湖平面升高，水動力弱，沉積物為黑色、灰黑色頁巖與薄層介屑灰?guī)r的不等厚互層，大三亞段為介殼灰?guī)r夾薄層頁巖。其中大二亞段以富有機質(zhì)頁巖為主，是四川盆地大安寨段主要烴源巖，勘探前景良好。

2 樣品與實驗方法

樣品取自川中地區(qū)頁巖油探井，取樣層位為大安寨段大二亞段頁巖層系，巖性包括頁巖、含介殼頁巖、泥質(zhì)介殼灰?guī)r、介殼灰?guī)r，能夠較好反映研究區(qū)頁巖油儲層孔隙特征。為觀察樣品的二維孔隙特征，對樣品開展掃描電鏡觀察，選取新鮮斷面，利用氬離子拋光儀對斷面進(jìn)行拋光處理，樣品制備完成后對其進(jìn)行噴金處理以增強其導(dǎo)電性，再將其固定在樣品臺上，利用場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察樣品孔隙的發(fā)育位置及其形態(tài)。采用背散射電子信號成像，可以根據(jù)亮度差異判斷典型礦物：黃鐵礦在背散射電子像里亮度最高，有機質(zhì)亮度最低，黏土礦物、石英、方解石等亮度適中。由于樣品表面很平整，孔隙的大小、形狀、分布狀況等信息能得到直觀的反應(yīng)。同時背散射電子像的圖像立體感較差，需要借助能譜儀來完成礦物識別和鑒定。

利用ImageJ軟件對掃描電鏡照片進(jìn)行圖像分析，提取孔隙的幾何參數(shù)，如孔隙面積、周長、費雷特直徑、長軸、短軸，二次計算得到孔隙等效直徑、圓度、凸性、伸長率等表征參數(shù)?？紫缎螒B(tài)的描述，從其尺寸、形狀分析。尺寸通過面積、孔徑來表現(xiàn)；形狀主要反應(yīng)孔隙的外部輪廓變化，通過圓度（C）、凸性（S）、伸長率（AR）來表現(xiàn)。

3 儲集空間類型及特征

3.1 儲集空間類型

泥頁巖儲層中孔隙類型多樣，形態(tài)各異，劃分方案也較多。結(jié)合前人頁巖孔隙分類方案，首先根據(jù)成因?qū)⒖紫斗譃橛袡C孔隙與無機孔隙；然后根據(jù)發(fā)育位置將無機孔隙分為黃鐵礦晶間孔隙、黏土孔隙、粒緣孔隙、方解石晶內(nèi)孔、石英晶間孔隙、長石粒內(nèi)孔隙等，詳見表1。

表1 四川盆地大安寨段頁巖儲層孔隙分類

大安寨段有機質(zhì)孔隙發(fā)育程度較低，個體較小，多為圓形-橢圓形。黏土晶間孔隙是主要無機孔隙類型之一，孔隙一般為長條狀，粘土變形扭曲之后呈不規(guī)則狀。方解石晶內(nèi)孔隙分布于介殼內(nèi)，方解石重結(jié)晶成因，形態(tài)呈規(guī)則多邊形，一般大于其他孔隙。黃鐵礦晶間孔隙一般分布于莓球狀自生黃鐵礦晶間，孔隙往往被有機質(zhì)充填或半充填，分布不均勻，局部可連通。石英晶間孔隙主要見于交代介殼邊緣的自生石英晶體之間，單個孔隙較大。粒緣孔隙發(fā)育在脆性礦物顆粒邊緣，呈彎曲片狀分布。

3.2 儲集空間形態(tài)特征

不同類型孔隙面積統(tǒng)計顯示，無機孔隙為主要孔隙類型，其中黏土孔隙最為發(fā)育，占總孔隙面積的44.96%，其次為方解石晶內(nèi)孔隙，占總孔隙數(shù)量的29.89%，粒緣孔隙面積為孔隙總面積的9.78%，有機質(zhì)孔隙占總孔隙的10.66%，黃鐵礦晶間孔隙、石英晶間孔隙、長石粒內(nèi)孔隙不發(fā)育，分別占總孔隙的1.62%、2.04%、1.05%。下面重點針對黏土孔隙、粒緣孔隙、方解石晶內(nèi)孔隙與有機質(zhì)孔隙4類主要孔隙進(jìn)行相關(guān)參數(shù)分析。

3.2.1 孔隙尺寸特征

所有孔隙的孔徑從20nm～8μm大小不等，以納米孔隙為主。黏土孔隙孔徑30nm～900nm均有分布，小于400nm的孔隙數(shù)量最多；粒緣孔隙80%孔隙孔徑小于400nm；有機質(zhì)孔隙尺度相對較小，孔徑差異較小，整體孔隙孔徑小于300nm；方解石晶內(nèi)孔隙孔徑分布從幾十納米到幾微米，極差大，離散程度較高?？紫睹娣e整體看來：有機質(zhì)孔隙面積最小，近70%孔隙面積小于104nm2，數(shù)據(jù)集中分布；方解石晶內(nèi)孔隙面積最大且分布范圍最大，69%面積大于105nm2，黏土孔隙與粒緣孔隙面積分布尺度較大，在103～105nm2廣泛分布。

3.2.2 孔隙形狀特征

不同類型孔隙圓度、凸性、伸長率等形態(tài)參數(shù)分布差異較大。黏土孔隙與粒緣孔隙圓度較差，主要分布在0-0.3之間；有機質(zhì)孔圓度最好，集中分布在0.2-1.0，82%的孔隙圓度值大于0.6；方解石晶內(nèi)孔隙圓度較好，30%分布在0.5-0.6，平均圓度值0.56。

4 討論

4.1 有機質(zhì)豐度對孔隙的影響

前人通過氮氣吸附實驗獲得孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)表明比表面積與TOC含量正相關(guān)，其中總孔容、微孔孔容和介孔孔容與TOC含量之間具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，本研究基于圖像分析提取孔隙形態(tài)參數(shù)，主要的孔隙類型包括黏土孔隙、粒緣孔隙、有機質(zhì)孔隙、方解石晶內(nèi)孔隙四類，研究顯示有機碳含量與黏土孔隙、粒緣孔隙和有機質(zhì)孔隙面積呈正相關(guān)關(guān)系，與其圓度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，有機碳含量與方解石晶內(nèi)孔隙的面積和圓度無明顯相關(guān)性。

4.2 組分對孔隙的影響

有機孔隙與脆性礦物相關(guān)孔隙（方解石晶內(nèi)孔隙）形態(tài)接近，但其更趨于圓形。繪制不同類型孔隙形態(tài)參數(shù)對比圖，有機質(zhì)孔隙與方解石晶內(nèi)孔隙伸長率均較小，但是有機質(zhì)孔隙圓度與凸性值較方解石晶內(nèi)孔隙更大，有機質(zhì)孔隙形態(tài)表現(xiàn)為圓形-橢圓形，方解石晶內(nèi)孔隙為多邊形、次圓形。

5 結(jié)束語

（1）本研究中孔隙類型劃分為2類7種孔隙類型，其中黏土晶間孔隙、粒緣孔隙、方解石晶內(nèi)孔隙、有機質(zhì)孔隙分布較多。電鏡照片中顯示黏土晶間孔隙多呈片狀、條狀；粒緣孔隙，一般為條狀；有機質(zhì)孔隙多呈橢圓-圓形；粒內(nèi)孔有橢圓形、多邊形等。

（2）不同類型孔隙形態(tài)參數(shù)差異較大：黏土孔隙與粒緣孔隙孔徑較小、圓度、凸性值小，伸長率大；有機質(zhì)孔隙孔徑最小，圓度、凸性好，伸長率小；方解石晶內(nèi)孔隙孔徑大，圓度較好，凸性好，伸長率小。

（3）有機碳含量與黏土孔隙、粒緣孔隙和有機質(zhì)孔隙面積呈正相關(guān)關(guān)系，與方解石晶內(nèi)孔隙的面積和圓度無明顯相關(guān)性。頁巖組分對孔隙大小、形狀有控制作用：孔隙大小排序無機孔（脆性礦物）＞無機孔（塑性礦物）＞有機孔；有機孔隙與脆性礦物相關(guān)孔隙（方解石晶內(nèi)孔隙）形態(tài)接近，但其更趨于圓形；黏土孔隙圓度、凸性差、伸長率大，呈長條狀。