川南地区龙马溪组页岩气储层微孔隙结构特征

ｄｏｉ：１０．１１７６４／ｊ

．ｉｓｓｎ．１６７２－１９２６．２０１４．０６．０９４７非常规天然气

收稿日期：２０１３－１１－０６；修回日期：２０１４－０３－

２２．基金项目：国家重点基础研究计划（“９７３”）课题（编号：２０１２ＣＢ２１４７０２）；教育部高等学校博士学科点基金项目（编号：２０１１００２３１１００１７）

；国家科技重大专项（编号：２０１１ＺＸ０５００７－

００２）联合资助．作者简介：赵佩（１９８９－），女，湖北仙桃人，硕士研究生，主要从事页岩气地质、地球化学研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｐ２６８２＠ｑｑ

．ｃｏｍ．通讯作者：李贤庆（１９６７－）

，男，浙江富阳人，教授，博士生导师，主要从事煤油气地质、有机地球化学、有机岩石学方面的研究和教学工作．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｘｑ

＠ｃｕｍｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ．川南地区龙马溪组页岩气储层微孔隙结构特征

赵　佩１，２，李贤庆１，２，田兴旺１，２，苏桂萍１，２，张明扬１，

２

，郭　曼１，２，董泽亮１，２，孙萌萌１，２，王飞宇３，

４（１．中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京１０００８３；２．中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京１０００８３；

３．中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京１０２２４９；

４．中国石油大学（北京）地球科学学院，北京１０２２４９

）摘要：应用扫描电子显微镜、高压压汞法、Ｎ２和ＣＯ２气体吸附法，

对川南地区下志留统龙马溪组海相页岩气储层孔隙微观特征和孔隙结构进行了研究，

探讨了页岩孔隙发育的主要影响因素。结果表明，川南地区龙马溪组海相页岩样品中发育多种类型微观孔隙，常见有黏土矿物粒间孔、黄铁矿晶间孔、

碳酸盐颗粒溶蚀孔、生物碎屑粒内孔、颗粒边缘溶蚀孔和有机质孔；龙马溪组富有机质页岩发育大量的微米—纳米级孔隙，为页岩气赋存提供了储集空间。龙马溪组页岩样品中孔隙以微孔和介孔为主，宏孔较少；孔隙结构形态主要为平板狭缝型孔、圆柱孔和混合型孔，孔径为０．４～１ｎｍ、３～２０ｎｍ；微孔和介孔占孔隙总体积的７８．１７％，占比表面积的８３．９２％，

是龙马溪组页岩储气空间的主要贡献者。页岩有机碳含量、

成熟度和矿物成分含量均会影响川南地区龙马溪组海相页岩孔隙的发育，总体上页岩孔隙体积随有机碳含量增加而增大；页岩孔隙度随成熟度增加而降低；

黏土矿物和脆性矿物含量对页岩孔隙发育也有一定的影响。关键词：页岩气储层；孔隙特征；海相页岩；气体吸附；龙马溪组；川南地区

中图分类号：ＴＥ１２２．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－１９２６（２０１４）０６－０９４７－１０引用格式：Ｚｈａｏ　Ｐｅｉ，Ｌｉ　Ｘｉａｎｑｉｎｇ，Ｔｉａｎ　Ｘｉｎｇｗａｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｍｉｃｒｏｐｏｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ－ｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｌｏｎｇｍａｘｉ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｈａｌｅ　ｇ

ａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂａｓｉｎ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒａｌ　ＧａｓＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅ，２０１４，２５（６）：９４７－９５６．［赵佩，李贤庆，田兴旺，等．川南地区龙马溪组页岩气储层微孔隙结构特征［Ｊ］．天然气地球科学，２０１４，２５（６）：９４７－

９５６．］０　引言

中国南方扬子地区广泛分布着下古生界海相地层，

发育寒武系、奥陶系、志留系多套海相泥页岩层，其中四川盆地南部（简称“川南”）地区是中国石油下古生界海相页岩气勘探开发的重要示范区。页岩既是烃源层，又是页岩气自生自储、原地成藏的储集

层［

１－

２］。页岩储层孔隙特征和孔隙结构是影响页岩气藏储集性能和页岩气商业性开采的重要因素［

３－

５］。川南地区下志留统龙马溪组海相页岩具有厚度大、分布稳定、热演化程度高和含气性良好的特点，被认

为是该区海相页岩气勘探开发的首选目标层［

６－

７］。近年来，国外在海相页岩孔隙方面作了较多工

作［３－５，８－

１１］，但国内对下古生界海相页岩储层微孔隙

特征及结构研究较少［１２－１４］。国内外学者［１５－１９］对页

岩的孔隙特征研究已采用了不同的实验方法，但并

第２５卷第６期２０１４年６月天然气地球科学

ＮＡＴＵＲＡＬ　ＧＡＳ　ＧＥＯＳＣＩＥＮＣＥ

Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．６

Ｊｕｎ．　２

０１４

不能比较全面地展现页岩气储层的储集空间性能。本文综合运用扫描电子显微镜、高压压汞法和气体吸附法，对川南地区下志留统龙马溪组海相页岩气储层的微观孔隙特征和孔隙结构进行研究，并探讨页岩孔隙发育的主要影响因素，为川南地区页岩气储层评价提供基础资料，以期为该区海相页岩气勘探与商业性开发提供依据。

１　样品与实验

本文研究样品采自川南地区下志留统龙马溪组（Ｓ１

ｌ）海相地层的Ｙ２０１井、Ｙ２０３井（图１），均为井下岩心页岩样品，其埋深范围为２　１００～２　５２０ｍ，为还原环境下陆棚相沉积形成的海相页岩，岩性观察为黑色页岩、

炭质页岩、硅质页岩和灰质页岩

。图１　研究区位置和取样井位分布

Ｆｉｇ．１　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｍａｐ　ｏｆ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ　ｗｉｔｈ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　

ｗｅｌｌ 表１列出了川南地区Ｙ

２０１井、Ｙ２０３井龙马溪组海相页岩样品的矿物成分含量和基本地球化学特征。可以看出，川南地区龙马溪组（Ｓ１ｌ）页岩样品的矿物成分主要为黏土、石英和碳酸盐矿物，在全岩矿物组成中，

黏土、石英和碳酸盐矿物含量分别占１６．６％～４３．５％（平均为３３．６％）、６．６％～４１．４％

（平均为２４．２％）和１４．６％～７５．９％（平均为３２．５％），长石等其他矿物含量占０．９％～１７．９％（平均为９．７％）。川南地区龙马溪组页岩有机碳（ＴＯＣ）含量分布在０．１５％～５．００％之间（

平均为１．５６％），多数页岩样品的有机碳含量大于１．０％，并且龙马溪组下部页岩的有机碳含量明显较上部页岩要高；龙马溪组页岩热演化程度普遍高，实测的海相镜质体反射率（Ｒｏｍ）值分布在２．３４％～３．０２％之

间（平均为２．７４％）。因此，川南地区龙马溪组页岩样品有机质丰度总体较高，

处于过成熟阶段。根据川南地区下志留统龙马溪组页岩分布和有机质特征，

重点选取富有机质页岩样品，进行了孔隙特征研究方面的实验分析测试，包括普通扫描电子显微镜、氩离子抛光扫描电子显微镜、高压压汞法、氮气（Ｎ２）吸附法和二氧化碳（ＣＯ２）吸附法，使用仪器为ＶＥＧＡＬＳＨ扫描电子显微镜、ＰｏｒｅＭａｓｔｅｒＧＴ６０压汞仪、ＮＯＶＡ　４　２００ｅ比表面及孔隙分析仪等，这些实验分析测试均是按照国家、行业推荐的标准和实验规范完成的。

２　实验结果与讨论

２．１　页岩孔隙微观特征

页岩孔隙是页岩气藏中气体的储存空间［

１－

２］。孔隙的微观特征很大程度上决定着页岩气储集性

能［

３－

５］。据国外页岩气研究，海相页岩内部矿物颗粒间和有机质中发育大量的微米—纳米级孔隙，是页岩气储集与运移的主要通道，对提高页岩储气性能

起到了重要作用［

８－

１０］。本文研究采用普通扫描电镜、氩离子抛光扫描电镜，对川南地区下志留统龙马溪组海相页岩样品进行了详细地镜下观察分析，发现龙马溪组富有机质页岩样品的矿物质、有机质中发育大量的微米—纳米级孔隙，常见粒间孔、粒内孔和有机质孔（图２

）。分析表明，川南地区龙马溪组页岩发育多种类型的微观孔隙。在普通扫描电镜下，常观察到矿物

颗粒间压缩、包裹形成的孔隙［图２（ａ）］、有机质孔［图２（ｂ）］、生物碎屑粒内孔［图２（ｃ）］、碳酸盐颗粒溶蚀孔［图２（ｄ），图２（ｅ）］、颗粒边缘溶蚀孔［图２（ｆ

）］。在氩离子抛光扫描电镜下，常见有较多的黄铁矿晶间孔隙、碳酸盐矿物颗粒粒内孔隙、有机质孔隙［图２（ｇ

），图２（ｈ），图２（ｉ）］，这些均是页岩气赋存的储集空间［２０－

２１］。进一步分析表明，川南地区龙马

溪组页岩样品中孔隙大小主要是纳米—微米级孔隙：基质孔隙一般小于２μｍ，以０．１～１μｍ孔隙为主；有机质孔隙的孔径多为１０～３００ｎｍ，孔隙形态以圆形、椭圆形、不规则状为主，孔与孔之间有一定的连通性，这与北美地区商业性开发的Ｂａｒｎｅｔｔ页岩具有相似的特征。这些微米—纳米级孔隙是赋存页岩气的载体。总体而言，川南地区龙马溪组页岩样品中发育大量的微米—纳米级孔隙，为海相页岩气的赋存富集提供了良好的储集空间。

８

４９　天　然　气　地　球　科　学

Ｖｏｌ．２５