川中地區大安寨段頁巖油儲層孔隙微觀形態研究

易勤凡 張廷山

西南石油大學地球科學與技術學院 四川 成都 610500

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

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研究的重點層段，現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的定量研究較少。本次研究樣品取自川中地區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，對比不同類型孔隙形態特征及差異，分析孔隙形態的控制因素，進而為頁巖儲層的綜合評價提供基礎依據。

1 地質背景

研究區位于四川盆地中部（簡稱川中地區）。四川盆地在晚三疊世結束海相沉積后進入陸相沉積，侏羅系以三角洲-湖泊沉積為主[4]，侏羅系自下而上依次發育自流井組、涼高山組、沙溪廟組、遂寧組和蓬萊鎮組，下侏羅統自流井組內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，盆內基本連續穩定發育。大安寨段經歷一個完整的湖進-湖退旋回，自上而下可分為3個亞段，大一亞段發育介殼灰巖加薄層泥頁巖，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巖的不等厚互層，大三亞段為介殼灰巖夾薄層頁巖。其中大二亞段以富有機質頁巖為主，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、泥質介殼灰巖、介殼灰巖，能夠較好反映研究區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行拋光處理，樣品制備完成后對其進行噴金處理以增強其導電性，再將其固定在樣品臺上，利用場發射環境掃描電子顯微鏡觀察樣品孔隙的發育位置及其形態。采用背散射電子信號成像，可以根據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。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行圖像分析，提取孔隙的幾何參數，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。孔隙形態的描述，從其尺寸、形狀分析。尺寸通過面積、孔徑來表現；形狀主要反應孔隙的外部輪廓變化，通過圓度（C）、凸性（S）、伸長率（AR）來表現。

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，形態各異，劃分方案也較多。結合前人頁巖孔隙分類方案，首先根據成因將孔隙分為有機孔隙與無機孔隙；然后根據發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、方解石晶內孔、石英晶間孔隙、長石粒內孔隙等，詳見表1。

表1 四川盆地大安寨段頁巖儲層孔隙分類

大安寨段有機質孔隙發育程度較低，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則狀。方解石晶內孔隙分布于介殼內，方解石重結晶成因，形態呈規則多邊形，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 儲集空間形態特征

不同類型孔隙面積統計顯示，無機孔隙為主要孔隙類型，其中黏土孔隙最為發育，占總孔隙面積的44.96%，其次為方解石晶內孔隙，占總孔隙數量的29.89%，粒緣孔隙面積為孔隙總面積的9.78%，有機質孔隙占總孔隙的10.66%，黃鐵礦晶間孔隙、石英晶間孔隙、長石粒內孔隙不發育，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、方解石晶內孔隙與有機質孔隙4類主要孔隙進行相關參數分析。

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的孔隙數量最多；粒緣孔隙80%孔隙孔徑小于400nm；有機質孔隙尺度相對較小，孔徑差異較小，整體孔隙孔徑小于300nm；方解石晶內孔隙孔徑分布從幾十納米到幾微米，極差大，離散程度較高。孔隙面積整體看來：有機質孔隙面積最小，近70%孔隙面積小于104nm2，數據集中分布；方解石晶內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、伸長率等形態參數分布差異較大。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 有機質豐度對孔隙的影響

前人通過氮氣吸附實驗獲得孔隙結構參數表明比表面積與TOC含量正相關，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關系，本研究基于圖像分析提取孔隙形態參數，主要的孔隙類型包括黏土孔隙、粒緣孔隙、有機質孔隙、方解石晶內孔隙四類，研究顯示有機碳含量與黏土孔隙、粒緣孔隙和有機質孔隙面積呈正相關關系，與其圓度呈負相關關系，有機碳含量與方解石晶內孔隙的面積和圓度無明顯相關性。

4.2 組分對孔隙的影響

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

5 結束語

（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、方解石晶內孔隙、有機質孔隙分布較多。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；有機質孔隙多呈橢圓-圓形；粒內孔有橢圓形、多邊形等。

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

（3）有機碳含量與黏土孔隙、粒緣孔隙和有機質孔隙面積呈正相關關系，與方解石晶內孔隙的面積和圓度無明顯相關性。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孔隙（方解石晶內孔隙）形態接近，但其更趨于圓形；黏土孔隙圓度、凸性差、伸長率大，呈長條狀。