海相页岩成岩-成烃过程中孔隙结构的演变——来自热模拟实验的启示

页岩在沉积埋藏过程中,孔隙的形成、演变与成岩-成烃过程是同步的。为了揭示成岩-成烃作用对页岩孔隙结构的影响,以西加拿大盆地上白垩统海相未成熟页岩为研究对象,开展了地质条件约束下页岩从未成熟到过成熟阶段的成岩-成烃热模拟实验,并利用高分辨扫描电镜对热模拟后样品的微观结构进行分析,运用低温液氮吸附-脱附实验和Frenkel-Halsey-Hill （FHH）模型对实验样品的孔隙发育特征和分形维数进行定量分析。结果表明：①成岩-成烃过程中页岩的孔隙结构复杂多变,主要发育介孔和大孔,以楔状或平行板状狭缝型孔隙为主;②页岩中的孔隙比表面积主要为小于15 nm的微孔和介孔所贡献;③有机质丰度并非影响孔隙分形特征的主要因素,孔隙的结构分形维数与平均孔径存在明显的负相关关系,孔径越小孔隙间的连通性越差,孔隙结构越复杂;④不同演化阶段孔隙的分形特征差异明显,成熟阶段的生烃作用导致黏土矿物转化及矿物溶蚀可大大降低孔隙结构及表面的复杂程度,高过成熟阶段有机质孔的大量形成可增大孔隙表面的粗糙程度并使得页岩具有高的孔隙比表面积。     

有限空间温压共控热模拟油气产物地球化学特征

生烃反应是烃源岩在有限的地层孔隙空间内受温度、上覆地层静岩压力、地层孔隙流体压力等多种因素相互作用的过程,而热模拟实验是正演研究有机质生烃反应的常见手段。但较多的热模拟实验受仪器装置的限制,仅考虑了温度的作用,与实际地质演化存在较大差异。选取泌阳凹陷泌215井古近系核桃园组泥岩样品,分别进行了有限空间温压共控和温控热模拟实验,通过族组分、同位素、GC、GC-MS等方法分析了2种模拟实验条件下的油气产物。结果表明:①有限空间温压共控热模拟残留油饱和烃可以保存至较高的演化阶段;②相同模拟温度下,有限空间温压共控热模拟残留油的饱和烃参数Pr/Ph值、Pr/C17值大于温控热模拟实验,饱和烃生物标志物参数值C2920S/(20S+20R)、C29ββ/(αα+ββ)等小于温控热模拟实验;③有限空间温压共控热模拟的烃类气体δ^13C值大于温控模拟实验。上述现象主要是由于有限空间温压共控热模拟实验中高压孔隙流体的存在延缓了热成熟和原油裂解反应过程。因此,在开展热模拟实验研究时应考虑研究区是否发育超压、地层水等因素,其直接关系着热模拟实验结果的地质适用性。