龙马溪组页岩黄铁矿微观赋孔特征及地质意义

随着页岩气地质理论的不断完善,页岩气储层研究也更加精细、量化,黄铁矿作为页岩气储层普遍发育的物质成分,其矿物学特征、赋孔特征与地质意义引起了关注。为细化、量化对页岩储层黄铁矿的地质认识,通过氩离子抛光-场发射扫描电镜（FE-SEM）、能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）等实验手段结合图像处理技术（Image Processing）,以渝东南地区龙马溪组中下部优质页岩储层样品为例,探究页岩储层黄铁矿的发育类型和特征,量化表征评价页岩基质莓状黄铁矿在纳米尺度下的孔隙发育特征,并在此基础上讨论黄铁矿的页岩气地质意义,尤其是其储层意义。实验结果表明,莓状黄铁矿是龙马溪组页岩基质中最主要的黄铁矿类型,集合体直径介于3~10 μm之间;莓状黄铁矿集合体内部晶体间有机质纳米孔发育,孔隙直径主要分布在100 nm以下,在页岩储层孔隙分类中莓状黄铁矿孔隙应归入有机成因孔隙类型;莓状黄铁矿集合体及其控制的有机质可以为页岩储层贡献0.7%~7%的孔隙比例,是对储集空间具有正贡献的、不应忽视的孔隙类型;基于图像处理技术（Image Processing）的孔隙分类表征与评价技术可以为储层孔隙研究提供新思路,是实现不同类型孔隙量化研究的可行方法。龙马溪组基质黄铁矿既可以贡献一定储集空间,也与有机质具有成因联系,可以为优质储层发育机理研究与优质储层勘探预测提供依据,在页岩气储层研究与勘探开发中具有重要地质意义。     

滇东曲靖地区下寒武统筇竹寺组泥页岩储层特征研究

下寒武统筇竹寺组页岩是南方页岩气勘查开发重点关注的层位之一,但滇东地区下寒武统筇竹寺组黑色页岩储层研究程度较低。样品采自2014年新钻的曲页1井,对下寒武统筇竹寺组黑色泥页岩进行全岩和粘土矿物X衍射分析、TOC、岩石物性、比表面积等测试和扫描电镜实验,综合分析了滇东曲靖地区筇竹寺组泥页岩储层特征及孔隙类型。结果表明:滇东曲靖地区下寒武统筇竹寺组泥页岩矿物组成主要是石英(44.75%)、粘土矿物(25.47%)、长石(16.44%);发育粒间孔、粒内孔和有机孔3种类型孔隙;有机质孔隙发育,以中孔为主,具有一定的页岩气勘探开发潜力;页岩储层自上而下孔隙体积有逐渐变小的趋势,但在井深400 m~500 m发育高孔隙体积;泥页岩储集性能的重要指标——孔隙度主要受有机质含量及发育程度的制约。     

扬子地台下寒武统页岩微观孔隙及吸附性能

扬子地台下寒武统发育一套富有机质泥页岩,是中国页岩气勘探开发的重点层位之一。通过扫描电镜、低温氮气吸附和高压CH4吸附实验对遵义牛蹄塘组、南京幕府山组和池州黄柏岭组3套同一层系的下寒武统页岩微观孔隙和CH4吸附特征进行分析,并结合有机质特征、矿物组成等研究页岩孔隙及含气性能的影响因素,结果表明:(1)下寒武统页岩微观孔隙类型众多,以有机孔、黏土矿物层间孔和微裂缝为主,亦含有一定量的矿物晶间孔、黄铁矿溶蚀脱落后形成的蜂窝状孔隙以及溶蚀印模等;(2)DFT孔径分布显示下寒武统页岩和干酪根以小于4nm孔隙为主,页岩中同时含有一定量的4nm以上的孔隙,可能是来自蒙脱石;(3)所研究的下寒武统页岩比表面积、孔体积和Langmuir CH4吸附容量分别为5.58~31.96m2/g、0.026~0.088m L/g和1.36~5.3m L/g,总体上受控于有机碳含量和蒙脱石含量,但TOC和蒙脱石对不同地区下寒武统页岩物性和含气性的影响具有明显分异的现象;(4)2个牛蹄塘组干酪根的比表面积是其页岩的7.08和7.92倍,CH4吸附容量是其页岩的5.81和7.09倍,显示出干酪根是CH4吸附气赋存的主要载体之一。     

中国页岩有机质类型及相关孔隙特征

近年,大量研究发现有机质孔的发育特征与有机质类型密切相关,本文系统总结了我国海相五峰-龙马溪组、陆相沙河子组页岩层系的有机质类型及相关孔隙特征:①海相页岩中现存的有机质成分主要包括浮游生物、底栖生物、真菌以及疑源类;②多细胞藻类和固体沥青相关的孔隙比较发育,且通常成群出现,连通性较好;③单细胞藻类和笔石相关孔隙不发育,且规模通常又较小,主要为几十nm的孤立孔隙;④陆相页岩现存的有机质成分主要包括镜质体、惰质体以及固体沥青;⑤镜质体和惰质体整体孔隙不发育,仅发育少数分散的有机质大孔,而固体沥青相关的孔隙比较发育,但固体沥青个体孔隙发育程度存在差异。     

应用TIMA分析技术研究Alum页岩有机质和黄铁矿粒度分布及沉积环境特征

Alum页岩(中寒武—早奥陶世)是北欧一套重要的海相烃源岩,其成熟度跨度从为成熟-过成熟度阶段。由于我国下古生界海相烃源岩均已过成熟,未成熟-低成熟度的Alum页岩是研究下古海相的烃源岩生烃潜力特征的重要参照样品。因此,对这套成熟度较低的Alum页岩的生物组成特征、矿物组成及其沉积环境的分析,可为后续国内外下古生界海相烃源岩的对比研究奠定基础。本文以欧洲上寒武统富含有机质Alum页岩为主要研究对象,在有机碳含量(TOC)和有机岩石学观察的基础上,应用综合矿物分析技术(TIMA)进行扫描,通过细化样品扫描参数,获得了页岩矿物组成、含量及粒度分布。Alum页岩有机质成熟度较低(固体沥青反射率为0.30),TOC含量在11.16%~12.24%之间。有机质主要为浮游藻类降解形成的层状藻类体、底栖藻类来源的海相镜状体和裂缝中充填的固体沥青。TIMA扫描获得的有机质相对质量百分含量为9.79%~10.64%,略低于碳硫分析仪测定的TOC含量;黄铁矿含量为4.17%~4.49%。TIMA扫描获得的有机质与黄铁矿比值与化学法的C/S比值相近,均分布在2.18~2.55范围。粒径分布特征上,有机质粒径主要分布在0.9~27.0μm之间(80%以上颗粒分布在1.2~5.5μm);草莓状黄铁矿粒径分布在0.9~17.0μm之间(小于0.5μm的颗粒占78%以上),反映了缺氧甚至硫化的环境。综合C/S比、有机岩石学与TIMA黄铁矿粒度分布特征,认为该页岩形成于闭塞封闭甚至硫化的沉积水体体系。该研究为油气地质领域的烃源岩(包括页岩)的研究提供了一种新的技术支持。     

川南筇竹寺组页岩储集空间类型及发育影响因素

川南地区下寒武统筇竹寺组是我国南方下古生界海相页岩气重要目的层系,由于时代较老、演化程度较高、埋深较大,勘探程度及成效均不及龙马溪组,对其储层特征的研究远不够深入,随着近期在井研-犍为地区取得重大突破,展示了筇竹寺组良好的勘探前景。为探明筇竹寺组页岩主要储集空间类型及对页岩气储集的不同贡献,以钻井资料为基础,依据多种分析测试方法,对川南地区筇竹寺组海相页岩孔隙类型与分布、孔隙定量表征进行研究,并探讨了页岩中微观储集空间的成因及发育影响因素。结果表明,川南下寒武统筇竹寺组页岩微观储集空间分为有机孔、无机孔和微裂缝3大类,主体以粘土矿物层间无机孔为主,富有机质页岩段有机孔发育比例明显增高,孔隙类型与分布特征的差异主要受TOC、Ro和成岩作用的控制。     

渝东南下志留统龙马溪组页岩有机质孔隙发育特征:基于聚焦离子束氦离子显微镜(FIB-HIM)技术

页岩中的有机质孔隙对烃类气体的赋存至关重要。为了明确渝东南下志留统龙马溪组页岩的有机质孔隙发育特征,使用聚焦离子束氦离子显微镜(FIB-HIM)技术进行观察。FIB-HIM具有极高的分辨率,分辨精度可达到亚纳米级,能够有效识别直径为0~20 nm的孔隙。结果表明:龙马溪组页岩的焦沥青内部发育大量的有机质孔隙,孔隙直径大,连通性好,大量较小直径的孔隙嵌套在直径较大的有机质孔隙中,增加了页岩有机质孔隙系统的比表面积和孔隙连通性,有利于烃类气体在页岩有机质孔隙内的赋存及有效渗流。龙马溪组页岩的固体干酪根内部有机质孔隙的发育特征与焦沥青相比存在较大差别,固体干酪根内部发育的有机质孔隙数量少,孔隙直径小,连通性差,孔隙多呈孤立状存在于固体干酪根内部。     

陕西省东南部下寒武统页岩气资源潜力分析

陕西省东南部下寒武统黑色页岩发育,厚度较大,目前对该地区页岩的相关研究极少。通过烃源岩分析、薄片鉴定、扫描电镜分析、X线衍射、液氮吸附等实验方法,对页岩的有机地球化学特征、矿物组成、孔隙结构特征等储层物性参数及页岩气勘探开发潜力进行了分析。结果表明,该套黑色页岩有机质类型以Ⅰ型干酪根为主,总有机碳(TOC)平均为2.24%。烃源岩有机质成熟度平均为2.07%,处于高或过成熟阶段,有利于页岩气的生成及吸附。页岩储层发育溶蚀孔隙、黏土矿物微孔隙和微裂缝。从矿物组成看,脆性矿物含量较高,利于后期压裂改造。从孔隙结构看,孔隙具有较大的比表面积,平均值为2.75 m~2/g,以中孔为主。综上所述,虽然研究区构造复杂,但有机地化特征、矿物组成、孔隙发育及孔隙结构特征等均表明下寒武统黑色页岩具有一定的页岩气资源潜力。     

黔中隆起及周缘下寒武统牛蹄塘组页岩气勘探前景

文章基于黔中隆起及周缘地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的野外露头,并与周边钻井资料类比,通过野外地质观测、样品显微薄片等多项实验测试,以地层沉积、岩石学、有机地球化学和泥页岩含气性等为重点,对其下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的成藏条件与勘探前景进行了分析。结果表明黔中隆起及其周缘地区下寒武统牛蹄塘组主要发育以盆地相—深水陆棚沉积环境控制的富有机质泥页岩,富有机质泥页岩厚度大(80~160 m),有机质丰度高(平均TOC含量3.63%),有机质类型好(Ⅰ-Ⅱ1型),热演化程度高成熟―过成熟(Ro1.55%),石英等脆性矿物含量丰富(平均46%),泥页岩中发育微米至纳米级微孔隙和微裂缝,且有较好的保存条件,有利于页岩气的形成与富集,具有较好的勘探前景。     

浙西志棠剖面下寒武统荷塘组黑色岩系孔隙特征

以浙西地区志棠剖面下寒武统黑色岩系为研究对象,通过场发射扫描电镜研究,观察、对比了不同岩性样品中孔隙的大小、形态和分布特征。以孔隙形态和成因为基础,将这些孔隙划分为9类:①有机质孔;②沥青孔;③生物孔;④絮凝成因孔;⑤黏土矿间孔;⑥草莓状黄铁矿晶间孔;⑦粒屑孔;⑧矿物溶孔;⑨微裂缝。总结和探讨了孔隙发育特征与岩性的对应关系,并初步分析了志棠剖面荷塘组地层的页岩气地质意义,硅质页岩中孔隙类型多,孔隙发育,在页岩气地质研究中应予以重视。     

页岩有机-无机复合型孔隙及其控气作用——以川西南地区筇竹寺组为例

以川西南地区寒武系筇竹寺组页岩为例,应用岩石薄片鉴定、矿物X射线衍射、压汞-吸附联合测定、氦气孔隙度测试、氩离子抛光-扫描电镜观察及页岩气储层测井定量表征等多种技术方法,开展页岩孔隙结构、类型及特征研究,探讨了有机-无机复合型连通孔隙系统的形成机制及其对页岩气富集的控制作用。研究结果表明:(1)研究区筇竹寺组富有机质页岩孔隙以介孔和微孔为主,其次为大孔;(2)页岩孔隙类型以粒(晶)间孔、黏土矿物层间孔为主,多呈三角形、多边形及狭缝形;其次为有机黏土复合体内的有机质孔,多呈不规则形;(3)富有机质页岩具备发育有机-无机复合型连通孔隙系统的条件,有机质孔和无机矿物孔的复合提高了页岩储集能力,控制了页岩气的富集。     

湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气储集条件研究

为客观评价湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气资源勘探潜力,本研究利用X射线衍射仪（XRD）、高倍扫描电镜、扫描探针显微镜等系统研究了其页岩气储集条件。XRD分析结果表明, 泥页岩中脆性矿物含量为53.8%-98.1%, 平均77.9%,脆性矿物含量丰富,其高值区主要分布在张家界柑子坪、三岔及其周边地区。高倍扫描电镜分析结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩中发育残余原生孔隙、有机质微孔隙、不稳定矿物溶蚀孔、矿物层间微裂隙和构造裂缝,其中构造裂缝、有机质微孔隙和不稳定矿物溶蚀孔是页岩基质孔裂隙的主要组成部分。扫描探针显微镜分析结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩中蜂窝状的有机质丰富,主要呈分散状和条带状分布,其内部纳米级孔隙发育。Ultrapore-200A氦孔隙仪测试结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩孔隙度较低,为0.6%～11.7%,平均4.6%,其影响因素主要是构造裂缝,其次是泥页岩有机碳含量和长石含量。ULTRA-PERMTM200渗透率仪测试结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩的渗透率度较低,为 0.002mD~0.06mD,平均0.014mD,其影响因素主要是构造裂缝,其次是矿物层间微裂隙。等温吸附实验结果表明,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩具有较好的吸附气性能,其影响因素主要是有机碳含量,其次是粘土矿物含量。     

皖南埃迪卡拉系蓝田组页岩的有机质富集与孔隙发育特征

中国南方广泛分布的三套海相黑色页岩中,埃迪卡拉系页岩的有机质分布与富集特征研究较为薄弱。在皖南蓝田组黑色页岩近期的研究基础上,进一步对比分析了扬子区不同沉积相页岩的有机质富集规律,通过不同显微尺度的观察技术研究了蓝田组页岩中有机质的分布特征,并根据扫描电镜观察结果采用图像分析方法评价了孔隙发育特征。结果表明:(1)埃迪卡拉系有机质富集层位主要有3套,以下扬子皖南地区沉积的蓝田组(相当于陡山沱组)Ⅱ段为最优;(2)蓝田组页岩中有机质多以不规则多边形、条带或基质分散的形式充填于矿物粒间、黄铁矿晶间以及黏土矿物集合体层间,大量的黄铁矿主要以10μm的草莓状集合体形式出现,晶体间几乎全部被有机质充填;(3)高分辨扫描电镜图像分析表明,蓝田组页岩的孔隙以有机孔为主,孔径多小于100 nm。     

页岩气储层孔隙类型及特征研究:以渝东南下古生界为例

通过薄片分析、扫描电镜及氩离子抛光技术,对渝东南下古生界含气页岩中的孔隙类型及特征进行了分类观察、描述,结合有机碳含量、X衍射、岩石物性、氮气吸附及甲烷等温吸附实验测试,分析了页岩气储层中各类孔隙的储气贡献,探讨这些孔隙对页岩中烃类运移的影响。研究认为,有机质孔隙、颗粒内孔、粒间孔隙及微裂隙是页岩气储层孔隙的4种类型,有机质表面的分散状孔隙多为nm级,石英碎屑可形成粒内或粒间孔隙,黄铁矿颗粒内部小晶体排列分布产生孔隙空间,黏土絮状沉淀形成片粒状结构孔隙,微裂隙普遍发育在页岩基质中,可达mm级。不同类型的孔隙能够为页岩气的赋存提供不同尺度的储集空间,页岩吸附含气量与表征孔隙特征的参数(TOC、BET比表面积、BJH总孔体积)具有显著的正相关关系。微裂隙与粒间孔隙对页岩中烃类的运移最有利。     

页岩气储层孔隙类型及特征研究：以渝东南下古生界为例

通过薄片分析、扫描电镜及氩离子抛光技术,对渝东南下古生界含气页岩中的孔隙类型及特征进行了分类观察、描述,结合有机碳含量、X衍射、岩石物性、氮气吸附及甲烷等温吸附实验测试,分析了页岩气储层中各类孔隙的储气贡献,探讨这些孔隙对页岩中烃类运移的影响。研究认为,有机质孔隙、颗粒内孔、粒间孔隙及微裂隙是页岩气储层孔隙的4种类型,有机质表面的分散状孔隙多为nm级,石英碎屑可形成粒内或粒间孔隙,黄铁矿颗粒内部小晶体排列分布产生孔隙空间,黏土絮状沉淀形成片粒状结构孔隙,微裂隙普遍发育在页岩基质中,可达mm级。不同类型的孔隙能够为页岩气的赋存提供不同尺度的储集空间,页岩吸附含气量与表征孔隙特征的参数(TOC、BET比表面积、BJH总孔体积)具有显著的正相关关系。微裂隙与粒间孔隙对页岩中烃类的运移最有利。     

黔北地区牛蹄塘组页岩有机质富集及有机质孔隙发育机制研究

基于上扬子黔北地区下寒武统牛蹄塘组典型钻孔剖面,通过对代表性样品TOC含量、矿物组成、主量元素、微量元素、孔隙特征等测试分析,对黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质特征、沉积环境以及孔隙发育机制开展了系统研究,为黔北地区牛蹄塘组页岩气的勘探提供参考。黔北地区牛蹄塘组中、下段发育富有机质页岩,TOC含量平均值为2.53%,TOC含量大于2.0%的富有机质页岩累积厚度约80 m。对氧化-还原环境敏感参数U/Th、Mo/Al和U/Al的研究表明,富有机质页岩形成于强还原性的沉积环境。牛蹄塘组中段富含黏土矿物的中等TOC含量页岩段较底部贫黏土矿物的高TOC含量页岩段孔体积和孔比表面积更高,有机质孔发育更好,可能与剖面下段排烃效率较高有关。富含黏土矿物的中等TOC含量页岩黏土矿物粒间孔较为发育,为生烃期原油或者运移沥青提供了一定的储集空间,并在更高热演化条件下二次裂解成气产生有机质孔。牛蹄塘组中段中等TOC含量页岩段较底部的高TOC含量页岩段为更有利的页岩气富集层段。     

四川盆地龙马溪组页岩有机质的纳米孔隙

在南方下古生界海相页岩有机显微组分及其赋存状态研究的基础上,以场发射扫描电镜二维图像所展示的有机质纳米孔隙形貌特征为主要依据,将四川盆地龙马溪组页岩有机质纳米孔隙的成因类型划分为沥青球粒孔、气孔、铸模孔。分别论述了这3种纳米孔隙的成因、形貌、大小、演化、连通性、相互关系及其在页岩储层中的作用。研究表明,龙马溪组页岩的显微组分主要是沥青质体,气孔和沥青球粒孔均发育于沥青质体内部,形成于有机质降解和热演化过程,是页岩气生成、吸附和聚集的有力佐证与优先空间。龙马溪组底部富有机质页岩中,各种有机质纳米孔隙发育程度高,直接体现了强的生气和聚气作用。      

上扬子地区寒武系牛蹄塘组页岩有机质孔隙发育特征及主控因素

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气勘探开发程度较低,且不同沉积区域有机质孔隙发育具有明显的差异性。本文针对位于上扬子板块东部鄂西裂陷槽的EYY1井、板块西部浅水陆棚相的W001-4井以及板块北部汉南古陆的SNY1井3个不同沉积区域的钻井样品进行分析,根据矿物组成划分了岩性;利用扫描电镜观察分析了有机质类型及有机质孔隙发育特征,并在此基础上讨论了有机质孔隙发育的主控因素。研究发现：(1)不同区域牛蹄塘组页岩矿物及岩性组成有差异,EYY1井、W001-4井页岩取样段岩性包括硅质页岩、钙质页岩和过渡型页岩3类,而SNY1井取样段岩性均为硅质页岩;(2)牛蹄塘组有机质分为原生有机质和运移有机质,原生有机质均具有较高的C/O比值,平均为6.74;运移有机质C/O值相对较低,平均为2.71;(3)EYY1井与SNY1井有机质孔隙发育较好,面孔率达到6%～28%,而W001-4井有机孔发育较差,面孔率为3%～10%。牛蹄塘组有机孔孔径分布均为单峰型,EYY1井和SNY1井有机质孔隙直径主要分布在2～50 nm, W001-4井样品有机质孔隙大小普遍在5～25 nm;硅质页岩有机质面孔率普遍高于钙质页岩...     

松辽盆地长岭断陷沙河子组页岩有机显微组分孔隙演化规律研究

有机质孔隙是页岩储集空间的重要组成部分,具有强烈的非均质性,阻碍对页岩储层质量的正确认识和评价,其本质是受有机显微组分类型及其在生烃过程中孔隙演化的影响。本文采用场发射扫描电镜和荧光显微镜定位观察手段实现特定显微组分孔隙发育特征的表征,结合Image J图像处理技术,对不同演化阶段的显微组分进行定量化统计,总结不同有机显微组分的孔隙演化规律。研究结果表明:固体沥青孔隙度随着成熟度的升高呈现先增加后减小的趋势,在固体沥青反射率SBR_O介于1.6%～2.0%时,固体沥青孔隙最为发育,而以SBR_O=2.0%为界,固体沥青孔隙度开始减小。镜质体和惰质体的孔隙发育规律相似,随着成熟度增加,总体表现出先减小而后微弱增加的趋势。在生油窗阶段,镜质体和惰质体孔隙度最小,无机矿物和固体沥青的充填使胞腔孔隙损失达90%以上,而进入高成熟阶段,固体沥青孔隙的发育使原始胞腔孔隙得到一定程度的恢复,成为镜质体和惰质体残余孔隙的主要贡献者,贡献率达56.73%和100%,可见固体沥青孔隙对页岩储层储集空间的重要性。综合沉积成岩作用和生烃作用,页岩储层在未成熟阶段和高成熟阶段晚期孔隙最为发育,前者有机质以原始胞腔孔隙为主,后者以固体量孔隙为主。明确有机显微组分孔隙演化规律为页岩有利储层预测和页岩气生产开发储层改造提供参考。     

四川盆地磨溪地区龙王庙组储层沥青的地球化学特征及其意义

根据储层中沥青的产状、元素组成、固体碳同位素、饱和烃色谱、生物标志化合物以及芳烃色谱-质谱等,对磨溪地区龙王庙组储层固体沥青的地球化学特征、成因及来源进行了剖析。研究结果表明,其总体上具有低H/C原子比值、高反射率的特征,是古油藏原油经裂解形成的残留物。储层沥青的正构烷烃分布较为完整,碳数在C₁₆-C₃₁范围,没有受到明显的生物降解作用。其可能的烃源岩发育于还原环境,有机质来源于低等水生生物,为海相泥页岩。固体沥青碳同位素值介于-33.1‰~-35.4‰之间,与下寒武统烃源岩干酪根碳同位素具有很好的可比性,同时,其生物标志化合物组成也与下寒武统烃源岩相似,表明其烃源来自于下寒武统筇竹寺组。