蛋白石硅质页岩成岩过程中的孔隙结构变化特征

为研究硅质页岩成岩演化过程中的孔隙结构变化,选取松辽盆地嫩江组低演化蛋白石硅质页岩和渝东南高演化五峰-龙马溪组样品,在X射线衍射分析基础上,采用氮气等温吸附技术,开展了成岩作用过程中蛋白石硅质页岩的孔隙结构变化特征研究。结果显示较低演化的蛋白石硅质页岩比表面积和孔容均远高于较高演化的蛋白石硅质页岩,低演化页岩2 nm以上孔隙主要集中在2~3 nm区间,其次分布在20~30 nm区间,2 nm以下孔隙主要集中在0.6~0.8 nm区间,总孔容主要由10~30 nm区间孔隙贡献;高演化页岩2 nm以上孔隙主要集中在2~3 nm区间,2 nm以下孔隙主要集中在0.6~1 nm区间,总孔容主要由2~30 nm区间孔隙贡献。将五峰-龙马溪组硅质页岩与其相比,发现纳米孔隙在成岩过程中大幅丧失,孔容缩小至原始的1/3~1/10。五峰-龙马溪组硅质页岩中2~30 nm区间的孔隙对孔容的贡献最大,30~200 nm范围内孔隙有微小贡献,2 nm以下的孔隙在成岩演化过程中几乎消失殆尽,显示出成岩作用对不同孔径孔隙的改造程度存在差异性。      

四川盆地东南缘二叠系龙潭组泥页岩成岩作用特征及其对孔隙演化的影响

通过薄片鉴定、场发射扫描电镜观察及X—射线衍射分析等方法,对四川盆地东南缘二叠系龙潭组泥页岩成岩作用特征及孔隙特征进行研究,并探讨成岩作用对储层孔隙演化的影响。研究结果表明：(1)龙潭组泥页岩主要成岩类型包括压实作用、胶结作用、溶蚀作用、有机质热成熟作用和黏土矿物转化作用。(2)储层孔隙以粒间孔为主,主要是黏土矿物之间的孔隙,少量晶间孔和碎屑颗粒之间的格架孔和粒缘孔（缝）,部分有机质孔和溶蚀孔。(3)在成岩早期,压实作用是储层孔隙减少的主要原因,胶结作用使得岩石孔隙进一步被填充,却在一定程度上增强了岩石的抗压实作用;随埋深增加,压实作用强度开始减弱,有机质热演化对储层孔隙改造有限,岩石中的溶蚀作用较弱,使得储层孔隙进一步降低;之后,随埋深增加,黏土矿物的大量转化使岩石中孔隙减少,岩石结构更加致密,同时石英及碳酸盐胶结物的形成,使得储层孔隙进一步降低,但黏土矿物作为龙潭组泥页岩的主要矿物类型,黏土矿物间的微孔依然是龙潭组中主要的孔隙类型。     

四川盆地五峰组—龙马溪组深水陆棚相页岩生储机理探讨

针对上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组优质页岩生储机理不清的问题,以四川盆地五峰组—龙马溪组深水陆棚相优质页岩为研究对象,结合页岩气形成地质条件和实验分析模拟,从岩石学、矿物学、地球化学等多方面对页岩成烃、成储机制及内在耦合关系等进行分析。结果表明,四川盆地五峰组—龙马溪组优质页岩热演化程度高、生烃强度大、物质基础好,具有良好的顶底板条件;深水陆棚相优质页岩不仅具有高生物成因硅、高有机碳含量,而且具有相对高孔隙度耦合特征。研究认为:①四川盆地五峰组—龙马溪组高演化深水陆棚相优质页岩保存条件好,早期原油滞留效率高,其气源主要来自原油滞留裂解气。②深水陆棚相生物成因的硅质(蛋白石A),在埋藏成岩早期转化成高硬度晶态石英,伴生形成大量微米级粒间孔,而生物成因的硅质格架抗压性强,为优质页岩储集层早期原油充注及纳米级蜂窝状有机孔的发育和保持提供了空间和保护,是有机孔得以保存的关键因素。③五峰组—龙马溪组优质页岩脆性好,均质性强,微米级硅质粒间孔与纳米级有机孔共生,是压裂形成复杂缝网、硅质粒间纳米级有机孔实现高效连通的关键,有利于页岩气高产、稳产。图12表2参28     

四川盆地龙马溪组页岩孔隙度控制因素及演化规律

为查明四川盆地龙马溪组页岩储层孔隙控制因素及演化规律,利用场发射扫描电子显微镜和氮气吸附实验等方法对页岩储层孔隙类型及孔隙结构进行研究。页岩储层孔隙类型包括有机孔、晶间孔、晶内溶孔和粒间孔,有机孔是主要孔隙类型之一,且有机孔中微孔所占的孔体积和比表面积大,是页岩气储集的主要空间。通过对有机质丰度(TOC)、有机质成熟度(Ro)、成岩作用和构造作用对页岩孔隙度的影响研究,结果表明:1有机质丰度对孔隙度的影响可以分为4个阶段:快速增大(TOC为0%~2%)、缓慢减小(TOC为2%~3%)、快速增大(TOC为3%~4%或6%)、快速减小(TOC4%或6%);2四川盆地页岩成熟度对孔隙度的影响可分为3个阶段:快速减小(Ro为1.5%~2.2%)、快速增大(Ro为2.2%~2.7%)、快速减小(Ro2.7%);3高热演化阶段有机成岩作用强于无机成岩作用;4构造作用对孔隙度影响较大,构造作用越强烈的区域孔隙度越小。四川盆地龙马溪组页岩孔隙度演化经历5个阶段:未熟快速压实阶段(Ro0.7%)、成熟生烃溶蚀阶段(Ro为0.7%~1.3%)、高成熟孔隙封闭阶段(Ro为1.3%~2.2%)、过成熟二次裂解阶段(Ro为2.2%~2.7%)、过成熟缓慢压实阶段(Ro2.7%),其中成熟生烃溶蚀阶段和过成熟二次裂解阶段是最有利的页岩孔隙发育阶段。     

鄂尔多斯盆地东北部太原组砂岩储层特征

根据岩心与铸体薄片观察、扫描电镜观测及岩石矿物学、物性资料分析,研究了鄂尔多斯盆地东北部地区太原组砂岩储层特征及影响因素。研究区储层的岩石类型以粗粒岩屑石英砂岩为主．成分成熟度好,结构成熟度中等一好,储层物性差,属于低孔、低渗储层,储集空间以次生孔隙为主,发育极少的成岩裂隙对改善储层渗透性贡献不大。储层的储集性受沉积相和成岩作用综合控制。沉积作用分析表明潮坪潮道砂体是最有利储层发育的沉积微相;压实作用、胶结作用、溶蚀作用控制了储层孔隙演化,其中压实作用是导致原始孔隙损失的主要原因,硅质胶结与自生伊利石进一步降低了孔隙度与渗透率,碳酸盐的胶结作用持续到了晚成岩A期,早期胶结增强了岩石抗压实能力,晚期胶结充填则损害次生孔隙。     

松辽盆地大安油田葡萄花油层特低渗储层成岩相特征与孔隙演化

松辽盆地大安油田葡萄花油层特低渗透储层成因及孔隙演化特征缺乏定量的研究。利用铸体薄片、扫描电镜、电子探针、X射线衍射和全岩、物性、压汞等定性、定量资料对葡萄花油层成岩作用类型、成岩相进行定量研究并恢复各成岩相孔隙演化过程。结果表明：大安油田葡萄花油层经历了早成岩A期压实成岩、早成岩B期胶结成岩、中成岩A期溶蚀成岩和胶结交代成岩4个阶段;机械压实、伊利石和混层黏土胶结、碳酸盐胶结破坏原生孔隙,绿泥石和高岭石环边胶结有利于原生孔保存,长石和火山岩屑溶蚀改善物性;大安油田葡萄花油层可划分为长石溶蚀粒内溶孔相、黏土环边胶结残余粒间孔相、硅质胶结粒间溶孔相、方解石胶结晶间微孔相和黏土杂基充填晶间微孔相5种成岩相,各成岩相主要成岩作用类型、成岩强度影响孔隙组合,造成储层的强烈非均质性;长石溶蚀粒内溶孔相和黏土环边胶结残余粒间孔相储层物性最好,是研究区最有利储层。研究成果为大安油田葡萄花油层效益开发和整体建产提供地质依据。     

鄂尔多斯盆地安塞—神木地区山西组成岩与沉积相耦合关系

通过岩心描述、薄片观察、阴极发光、探针分析等多种方法,研究了鄂尔多斯盆地安塞-榆林-神木地区二叠系山西组山2段储集层岩石类型、成岩作用类型及其分布.研究区岩石类型主要为石英砂岩、岩屑质石英砂岩和岩屑砂岩,储集层经历了压实、压溶、硅质胶结、碳酸盐胶结交代、高岭石胶结、杂基蚀变以及溶蚀等各种成岩作用,其中溶蚀作用是控制有效储集层形成的主要成岩作用.同时对成岩作用的平面分布特征进行了详细分析,认为成岩作用在区域内的分布主要受沉积相带的控制,顺沉积体系方向,成岩作用表现为压溶-硅质胶结、溶蚀作用增强,压实、碳酸盐胶结交代作用减弱,由河道中心向侧翼方向,压实、碳酸盐胶结、杂基蚀变作用增强,硅质胶结、溶蚀作用减弱.孔隙主要发育于顺沉积体系方向的三角洲平原分流河道、前缘水下分流河道、河口坝砂体中.图5表1参40     

西湖凹陷Y构造花港组致密砂岩储层孔隙演化模式

应用铸体薄片、阴极发光、扫描电镜、流体包裹体和X衍射等手段,对西湖凹陷Y构造花港组致密砂岩储层孔隙演化过程进行定量分析。认为研究区花港组低孔渗的致密砂岩储层主要的孔隙类型是次生孔隙。压实作用使孔隙度减小平均值为34.6%,是孔隙度降低的主导因素,且在早成岩阶段压实最强;胶结作用伴随着整个成岩作用阶段,使孔隙度减小平均值达3.3%,主要以碳酸盐岩胶结为主,其次为硅质和粘土矿物胶结;成岩作用过程中的溶蚀作用使孔隙度增加平均值为7.1%。     

神木-双山气田山西组2段储层成岩作用与孔隙演化

为揭示不同成岩作用与孔隙演化之间的变化关系,以物性、铸体薄片、X衍射、包裹体等实验结果为基础,对神木-双山气田山西组储层的成岩作用与孔隙演化特征进行了研究。结果表明,研究区山2段储层岩性主要为中-粗粒岩屑砂岩颗粒以次圆为主,少量圆及次棱角状。粒度相对较细,除底部和局部含有粒状砂岩或中-粗砂岩外,一般为细-中粒或粉-细粒以及粉砂。结构成熟度较低,成分成熟度高。主要经历的成岩作用有压实压溶作用、胶结作用和溶蚀作用,研究区成岩作用己进入晚成岩阶段"B"期。孔隙演化结果分析表明,山2段初始孔隙度为35.37%,早期机械压实与压溶作用损失了13.92%的孔隙度,胶结作用造成18.75%的孔隙度损失,后期溶蚀作用贡献了4.82%的孔隙度。不同的成岩作用对砂岩孔隙的共同影响造成了研究区现在低孔、低渗的特点。     

榆林-神木地区上古生界盒8段及山2段气层的成岩作用和成岩相

榆林-神木地区上古生界盒8段和山2段储集岩以石英砂岩、岩屑砂岩和岩屑质石英砂岩为主,成岩作用类型包括压实作用、胶结作用、交代蚀变作用、重结晶作用和溶蚀作用。砂岩经历了早期成岩阶段A,B期和晚期成岩阶段A₁,A₂和B期的成岩演化过程。压实作用和胶结作用是砂岩孔隙度降低的主要原因,分别造成22%和15%的原生孔隙丧失。砂岩中粘土矿物晶间微孔隙占总孔隙的60%以上,是砂岩的主要储集空间;溶解作用形成的次生孔隙在一定程度上改善了砂岩的储集性能;构造裂隙孔对砂岩储集性能的改善不明显。研究区发育6种不同成因类型的成岩相带,其中石英加大胶结组合孔隙相和自生粘土衬边胶结溶蚀孔相是最有利的天然气储集相带,二者的叠加和改造部位是气藏发育的最有利地带;粘土杂基充填微孔相和自生粘土胶结晶间孔相是较有利的成岩储集相带;杂基蚀变水云母充填压实紧密相和钙质胶结交代致密相不利于孔隙的发育和天然气的储集。     

川东地区龙马溪组页岩不同岩相孔隙结构特征及其主控因素

四川盆地川东地区是中国页岩气主要产区,目前发现的页岩气主要产自五峰-龙马溪组的富泥硅质页岩,而对富硅泥质和混合质页岩研究较少。为了确定川东地区龙马溪组富硅泥质和混合质页岩的孔隙发育特征,在对龙马溪组页岩岩相划分的基础之上,通过二氧化碳吸附,氮气吸附,高压压汞以及孔隙度测定,X-衍射,场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）等实验手段,对比不同岩相页岩孔隙结构特征,研究不同岩相页岩孔隙结构的主控因素。研究结果表明：①川东地区富有机质页岩可划分为富硅泥质页岩相、硅/泥混合页岩相和富泥硅质页岩相,不同岩相页岩孔隙度范围在2.62%~5.65%;②页岩储层中孔隙体积以介孔为主,大约占总孔隙的50%~60%,其次是微孔和宏孔,大约占总孔隙的15%~20%,比表面积主要贡献来自微孔和介孔,分别占总比表面积的70%和30%;③龙马溪组页岩孔隙发育主要受有机质丰度的控制,粘土矿物含量不是控制页岩孔隙发育主要因素,高有机质丰度页岩可能由于骨架颗粒支撑较弱遭受更剧烈的压实作用使大部分孔隙消失;④高有机质丰度富泥质页岩和硅/泥混合页岩也具有较高的孔隙度,与大部分富泥硅质页岩具有相似的孔隙结构,表明富硅泥质页岩相和硅/泥混合页岩相页岩也能发育一定量的纳米级孔隙,可为页岩气赋存提供空间。     

鄂西下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及影响因素

利用低温CO₂和N₂吸附测试以及场发射-扫描电镜观察、有机碳（TOC）含量测定、X衍射矿物成分分析，对鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层的孔隙结构特征及不同岩相页岩的孔隙发育影响因素进行了研究和探讨。鄂西地区牛蹄塘组页岩的有机碳含量较高，孔隙类型以有机孔和粒内孔为主，且孔隙形态较为复杂；页岩的矿物组分主要以石英和黏土矿物为主。CO₂和N₂吸附实验显示，页岩孔径分布呈多峰型，介孔多数分布在2~25 nm；页岩的孔隙体积和比表面积主要由微孔和介孔提供。页岩按岩相可分为硅质页岩、混合质页岩和泥质页岩。不同岩相页岩的孔隙发育受TOC和矿物组分的控制机制不同，硅质页岩的孔隙结构主要受TOC和生物硅质含量的影响；混合质页岩的孔隙结构主要受TOC和黏土矿物含量的影响。      

川南地区龙马溪组页岩岩相对页岩孔隙空间的控制

页岩的孔隙类型、孔隙结构的定量化表征以及孔隙空间的控制因素是页岩储层研究的重要问题。川南地区龙马溪组的页岩岩相按矿物组分可分为硅质页岩、混合质页岩和黏土质页岩。利用扫描电镜矿物定量评价（QEMSCAN）技术、低温N₂和CO₂吸附实验以及高压压汞实验对川南地区龙马溪组不同页岩岩相的孔隙类型、结构特征及孔隙空间的控制因素开展了分析。研究结果表明,黏土质页岩多发育黏土矿物片状粒内孔且多被迁移有机质充填;混合质页岩多发育有机质孔和碳酸盐矿物溶蚀宏孔;硅质页岩多发育有机质孔。页岩的总面孔率主要由孔径为0~500 nm的孔隙提供,矿物（除碳酸盐矿物与长石外）及有机质中的孔隙均以粒内孔为主,有机质的面孔率高达32.37%,为矿物颗粒的8~16倍。页岩的中孔是孔体积的主要贡献者,微孔是孔比表面积的主要贡献者。混合质页岩的总面孔率、孔体积与孔比表面积的平均值与硅质页岩相近,具有良好的储集能力。高TOC含量的混合质页岩与硅质页岩的孔隙空间主要受有机质孔控制,TOC含量较低的黏土质页岩的孔隙空间则主要受有机质孔和伊利石相关孔隙共同控制。     

鄂尔多斯盆地西部奥陶系乌拉力克组页岩微观孔隙结构特征

采用氩离子抛光场发射扫描电镜观察、X射线衍射分析、氦气孔隙度测定、低温氮气吸附-脱附等实验手段,联合FHH分形理论模型,从多角度表征了鄂尔多斯盆地西部奥陶系乌拉力克组不同类型页岩的微观孔隙结构特征。研究结果表明：①研究区矿物成分复杂,黏土矿物含量较稳定,脆性矿物含量高、变化范围较大,可分为3类岩相类型,自下而上依次为硅质页岩岩相、混合页岩岩相和钙质页岩岩相。②研究区孔隙度整体较低,主要为0.16%～1.50%,平均1.20%,微裂缝发育造成少量孔隙度大于4.00%,硅质页岩孔隙度最大,钙质页岩孔隙度最小,混合页岩孔隙度介于二者之间;孔隙类型复杂且与岩相密切相关,钙质页岩整体致密,多为晶间孔、溶蚀孔,以狭缝状孔隙为主;硅质页岩孔隙相对发育,多为粒间孔、黏土矿物层间缝和微裂缝,以平板状开放孔隙为主,偶见“细颈广体”的墨水瓶式的无定形孔隙。③研究区孔隙结构可划分为3类,Ⅰ类以2～4 nm的介孔为主,中孔、宏孔均较发育,孔隙体积大,在硅质页岩中常见;Ⅱ类以0～4 nm的微孔、介孔为主,宏孔发育较少,在硅质页岩和混合页岩中常见;Ⅲ类以50～100 nm的宏孔为主,但体积小,在钙质页岩中常见。④研究区页岩微观孔隙结构具有明显的分形特征,内部结构复杂,非均质性强;TOC、黏土矿物和石英的含量越高,孔隙结构和孔隙表面越复杂。⑤研究区硅质页岩储层孔隙结构最好且有机质富集,是最有利的勘探目标。     

川南及邻区龙马溪组黑色岩系成岩作用

为了厘清成岩作用对页岩气储层的影响,以川南及邻区下志留统龙马溪组黑色岩系为主要研究对象,通过偏光显微镜、背散射和X-射线衍射分析等手段,对其成岩作用进行了研究,结合有机质的镜质体反射率(R_o)、岩石热解、伊利石结晶度等分析,划分出成岩阶段,明确了成岩演化特征。在埋藏成岩过程中,页岩气地层经历了无机和有机成岩作用的共同改造,无机作用主要为压实作用、胶结作用、溶蚀作用和交代作用,有机成岩为有机质的生烃演化作用,二者密不可分、相互影响。成岩演化已达到晚成岩阶段,主要经历了4个阶段:1快速压实阶段;2弱溶蚀-压实阶段;3弱溶蚀、胶结阶段;4弱胶结、交代阶段。受成岩作用的影响,孔隙演化可分为早期原生孔隙大量、快速丧失阶段和中晚期次生微孔隙、微裂缝形成阶段。中成岩A期的弱溶蚀、胶结阶段中的黏土矿物转化和有机质生烃的协同作用是页岩气储层发育的主要原因。     

典型陆相页岩油层系成岩过程中有机质演化对储集性的影响

在简要评述泥页岩层系成岩作用及微纳米孔隙发育特征研究现状基础上,选择渤海湾盆地古近系沙河街组和准噶尔盆地二叠系芦草沟组为实例,围绕陆相富有机质泥页岩层系成岩作用特点及储集空间发育机制进行了分析讨论,重点聚焦于有机质的成岩（生烃）演化过程对储集空间发育的影响。结果表明,早成岩作用阶段,随着成岩压实作用的进行,页岩层系孔隙度显著降低,特别是粗介孔向细介孔转化,致使中-细介孔相对增加;至早成岩作用末期和中成岩作用阶段（东营凹陷3 000~3 700 m深度）,在有机质早期生烃等作用的影响下,孔隙度出现新的峰值;此后,成岩压实又占主导地位,孔隙度又急剧下降,但酸性流体溶蚀形成的次生孔隙增多,微米级孔隙增加。酸性流体的溶蚀作用在沙河街组已有所显示,但以芦草沟组最为突出,是储集空间形成的主要原因。对芦草沟组主要储集岩的地球化学分析表明,有机碳含量越高的样品,其碳酸盐矿物的δ¹³C值越偏负,次生溶蚀孔隙也越发育。因此,富有机质页岩层系的成岩作用与一般泥页岩的成岩作用有显著差异,生烃作用形成的有机酸和酸性CO₂等对储层的溶蚀改造和优化具有重要意义,是控制页岩油“甜点”发育的主要因素之一。     

川中地区须家河组储层成岩作用与孔隙演化研究

四川盆地川中地区须家河组储层主要为一套辫状河三角洲相砂岩,储集岩主要为长石石英砂岩、 长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩。以岩心观察为基础,结合薄片鉴定、扫描电镜和物性等资料分析认为,研究区砂岩经历了压实、胶结、交代、溶蚀及破裂等多种成岩作用,成岩阶段可划分为早成岩A 期、B 期和中成岩A 期、B 期4 个期次,目前已达到了中成岩阶段A-B 期。成岩作用是控制该区储层物性的一个关键因素,砂岩储层经演化后其原生孔隙大部分被破坏,主要以次生孔隙为主。     

准噶尔盆地乌夏地区中上二叠统碎屑岩成岩作用及次生孔隙演化

准噶尔盆地乌夏地区中上二叠统碎屑岩储层埋藏深,物性差,以次生孔隙为主,成岩作用是影响中深部储层次生孔隙发育的最主要因素。铸体薄片、扫描电镜、X射线衍射等微观研究表明乌夏地区中上二叠统储层碎屑岩成分及结构成熟度均较低,次生孔隙发育,下乌尔禾组和夏子街组的平均孔隙度分别为8.15%和7.85%,其中次生孔隙分别占下乌尔禾组和夏子街组总孔隙的77.18%和80.90%,孔隙增生量平均值分别为6.49%和4.74%。研究区碎屑岩储层主要处于中成岩阶段A-B期,成岩作用以压实作用、胶结作用及溶蚀作用为主,压实作用造成的孔隙度损失平均约为24.5%,胶结作用造成的孔隙度损失平均约为6.14%,溶蚀作用以长石和岩屑颗粒的溶蚀为主,其产生的孔隙增生量对下乌尔禾组和夏子街组的贡献率分别为47.62%和55.86%。研究区受大气水溶蚀、断裂带及有机酸溶蚀作用的影响,在纵向上形成3个次生孔隙发育带。次生孔隙发育带是研究区在低孔低渗条件下寻找相对有利储层的重要区带。