页岩孔隙结构研究进展及下扬子古生界页岩孔隙特征

天然气可以吸附或以游离态赋存在富有机质泥页岩及其夹层中,使页岩成为一种重要的非常规储集体。页岩的微米—纳米级孔隙是页岩气富集的重要场所,常规孔隙研究手段难以适用,目前,国际上尚没有关于页岩孔隙类型的统一分类方案。因此,页岩的孔隙结构特征成为页岩气勘探开发中的关键问题。总结近年来页岩孔隙结构的主要研究手段和分类,并初步分析了浙西—皖南下扬子地区古生界页岩的孔隙特征。     

基于神经网络的页岩微纳米孔隙微结构分析的正则化和最优化方法

页岩气成藏机理与页岩内部孔隙结构紧密相关,对页岩孔隙结构的研究成为页岩气勘探开发技术中至关重要的一环。页岩内部不同结构体组分对X-射线的吸收能谱不一样,这样就导致观测数据是由不同页岩组分衰减不同波段的X-射线构成的。经过对CT图像分割,能够获得页岩微孔结构的图像,尤其是获得有机质中孔隙类别、形状、尺寸、空间分布、连通特性。本文利用同步辐射X射线扫描重构的页岩CT数据,研究并设计基于多能CT图像的神经网络图像分割技术和算法,以期得到页岩体三维结构特征及空间分布,可以为建立有机质种类和无机矿物组成与微纳孔隙特征的联系以及最终实现页岩气的资源储量评估和勘探开发提供技术支持。     

富有机质泥页岩微纳米孔隙系统演化特征及模式研究新进展

富有机质泥页岩孔隙系统演化特征及其模式的研究有助于完善页岩油气微纳米储层地质理论,进一步揭示页岩油气富集成藏机理,并促进页岩油气综合地质评价与勘探开发.通过综述富有机质泥页岩孔隙系统特征及发育演化影响因素,简述了泥页岩复杂孔隙系统研究发展历程,分析了自然成熟序列泥页岩和模拟序列泥页岩孔隙系统演化特征,总结了国内外富有机...     

川东南地区五峰-龙马溪组深层超压富有机质页岩孔隙结构分形特征及其地质意义

为明确川东南地区五峰-龙马溪组深层超压富有机质页岩的微观孔隙结构及其分形特征,以丁山-东溪地区五峰-龙马溪组深层超压富有机质页岩为研究对象,在查明页岩岩矿学和地球化学特征基础上,综合运用高分辨率扫描电镜、低温气体(CO₂、N₂)吸附以及高压压汞等研究手段,定量表征五峰-龙马溪组深层超压不同岩相富有机质页岩的微观孔隙结构特征.基于分形理论,利用低温CO₂、N₂吸附实验、高压压汞手段获得页岩不同尺度孔隙的分形维数,揭示页岩孔隙结构特征、矿物组成、TOC含量和分形维数的关系及其地质意义.研究表明,川东南丁山-东溪地区五峰-龙马溪组页岩样品普遍发育有机孔、无机孔(粒间孔和粒内孔)以及微裂缝;孔隙形态主要为楔形、狭缝型以及平行板状等;孔径分布呈多峰型,中孔为总孔隙体积的主要贡献者(约占59%),微孔为总孔隙体积的次要贡献者(约占35%),大孔对总孔隙体积的贡献较小.受矿物类型和含量、TOC含量和成岩作用等因素的共同影响,不同岩相页岩孔隙演化存在差异,最终造成现今储层的强非均质性和复杂的孔隙结构特征.研究区五峰...     

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。     

基于恒速压汞技术研究页岩气储层孔隙结构:以湘西北地区五峰组页岩为例

页岩气储层孔隙结构是页岩气富集成藏、储层评价和优选有利区的关键参数,区分孔隙和喉道是表征页岩气储层孔隙结构的关键。本文选择4块具有不同渗透率的湘西北地区奥陶系五峰组页岩为研究对象,基于恒速压汞实验讨论孔隙和喉道的大小、分布特征及其相互关系以及与渗透率的联系。结果表明:具有不同渗透率的页岩样品表现为较为相近的孔径分布特征但差异较大的喉道分布特征。页岩样品渗透率的大小与孔隙半径没有明显相关关系;喉道大小及其分布特征是控制低渗储层孔隙结构的关键要素之一。渗透率较低页岩样品的喉道以喉道半径小且集中分布为特征,而渗透率较大页岩样品的喉道以喉道半径大呈分散分布但主要以大喉道为特征。喉道特征是研究页岩气储层储集空间和吸附能力的重要部分,在以后对页岩气的勘探开发中应特别注意及重视。     

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。     

含煤地层煤与页岩储层纳米级孔隙结构精细对比

煤系中煤层气与页岩气均以游离、吸附为主的赋存方式叠置成藏于煤与页岩储层中,二者赋存富集机理与其纳米级孔隙结构密切相关。借助高压压汞实验、氩离子抛光-扫描电镜实验等手段对沁水盆地太原组煤及页岩储层孔隙特征开展研究,并运用分形法对纳米级孔隙特征进行定量评价,从孔隙孔径分布特征、孔隙分形特征、孔隙成因类型等角度进行沁水盆地太原组煤层与页岩孔隙特征的对比。研究表明,沁水盆地太原组页岩与煤储层孔隙均以纳米级孔隙发育占主体,同时孔径分布差异明显,且煤储层孔隙孔容及比表面积远大于页岩储层;页岩储层小孔及微孔中半封闭孔较多,连通性较差;从孔隙分形数据上来看,页岩与煤储层中小于25nm的孔隙在形态、空间复杂程度方面差异较大,而大于25nm的孔隙却相近。煤与页岩储层纳米孔隙结构主要受沉积及成岩作用共同控制。该研究成果对本区页岩气与煤层气勘探开发具有指导意义。     

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。     

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。     

四川盆地西南缘五峰组-龙马溪组页岩气形成条件与有利区优选

利用四川盆地西南缘志留系龙马溪组最新钻井、露头资料及样品分析结果,从富有机质泥页岩区域分布、岩性、有机地球化学特征、储层特征、含气性、地层压力等方面,重点研究四川盆地西南缘龙马溪组页岩气形成条件与有利区优选。研究发现,五峰组—龙马溪组页岩具有有机质含量高(TOC 0.12%~6.49%,平均2.06%)、有效厚度大(普遍大于30m)、热演化程度高(Ro2.62%~2.80%)、脆性矿物含量高(56%~92%)、孔隙度较高(0.50%~11.36%,平均3.85%)等特征,钻井岩心现场解析气量最大值达3.38 m3/t、埋深适中(浅于3500m),这些条件均有利于页岩气的形成与富集。综合对比研究结果表明,云南云荞、木杆、高桥地区是四川盆地西南缘页岩气勘探的3个有利区。     

砂岩储层孔隙保存的定量预测研究

对北方地区若干盆地的砂岩孔隙发育特征的研究表明,地温场、地质年代和盆地沉降方式对砂岩孔隙的演化和保存有制约作用。地温梯度每增加1℃,砂岩孔隙度平均减小约7%;在地温梯度2-4℃/100m范围内,有效储层的保存深度差异可达2500-3000m.地质年代每增加1Ma,砂岩孔隙度降低约0.018%-0.009%.地层超压可最大保存5%-7%的孔隙度。盆地沉降方式不同引起的孔隙保存量的差异为2%-5%,相应的有效孔隙保存深度的差值约1000m。     

Distribution characteristics,exploration and development,geological theories research progress and exploration directions of shale gas in China

The shale gas resources in China have great potential and the geological resources of shale gas is over 100×10¹²m³,which includes about 20×10¹²m³ of recoverable resources.Organic-rich shales can be divided into three types according to their sedimentary environments,namely marine,marine-continental transitional,and continental shales,which are distributed in 13 stratigraphic systems from the Mesoproterozoic to the Cenozoic.The Sichuan Basin and its surrounding areas have the highest geological resources of shale gas,and the commercial development of shale gas has been achieved in the Upper Ordovician Wufeng Formation-Lower Silurian Longmaxi Formation in these areas,with a shale gas production of up to 20×10⁹m³ in 2020.China has seen rapid shale gas exploration and development over the last five years,successively achieving breakthroughs and important findings in many areas and strata.The details are as follows.(1)Large-scale development of middle-shallow shale gas(burial depth:less than 3500 m)has been realized,with the productivity having rapidly increased;(2)breakthroughs have been constantly made in the development of deep shale gas(burial depth:3500-4500 m),and the ultradeep shale gas(burial depth:greater than 4500 m)is under testing;(3)breakthroughs have been made in the development of normal-pressure shale gas,and the assessment of the shale gas in complex tectonic areas is being accelerated;(4)shale gas has been frequently discovered in new areas and new strata,exhibiting a great prospect.Based on the exploration and development practice,three aspects of consensus have been gradually reached on the research progress in the geological theories of shale gas achieved in China.(1)in terms of deep-water fine-grained sediments,organic-rich shales are the base for the formation of shale gas;(2)in terms of high-quality reservoirs,the development of micro-nano organic matter-hosted pores serves as the core of shale gas accumulation;(3)in terms of preservation conditions,weak structural transformation,a moderate degree of thermal evolution,and a high pressure coefficient are the key to shale gas enrichment.As a type of important low-carbon fossil energy,shale gas will play an increasingly important role in achieving the strategic goals of peak carbon dioxide emissions and carbon neutrality.Based on the in-depth study of shale gas geological conditions and current exploration progress,three important directions for shale gas exploration in China in the next five years are put forward.     

鄂尔多斯盆地上三叠统长7段泥页岩储集性能

页岩气的成功勘探开发引发了全球海相页岩研究的热潮, 然而对处于生油窗内的陆相页岩储集性能的研究尚需加强.基于光学薄片、场发射扫描电镜、环境扫描电镜、纳米CT、图像分析、GRI物性、气体吸附等方法对长7段泥页岩储集性能进行系统研究.结果表明: 长7段泥页岩形成于陆相半深湖-深湖环境, 面积为10×104 km2, TOC＞2%, R_o=0.8%~1.0%, HI=124~480 mg/g, 生烃潜力高; 脆性矿物含量为45%~59%, 孔隙度为0.6%~3.8%, 渗透率为0.000 72×10-3~0.002 30×10-3 μm2; 主要发育粒内孔、粒间孔和有机质孔, 以伊蒙混层等粘土矿物粒内孔为主, 有机质孔较少; 孔隙直径为30~200 nm, 孔喉系统连通性中等, 具备储集能力; 伊蒙混层等粘土矿物含量与比孔容相关性优于热演化程度与烃指数等, 表明长7页岩微观孔隙主要受控于成岩作用, 有机质生烃作用对储集空间贡献相对较小; 滞留烃主要以吸附态和游离态存在于黄铁矿晶间孔、伊蒙混层粒内孔、伊利石粒内孔与长石粒间孔.      

Some effects of compaction and geological time on the pore parameters of argillaceous rocks

Graphical statistics have been applied to the pore-size distribution curves of argillaceous rocks to characterize the changes in pore parameters that result from compaction and geological time. The most striking characteristic of recently deposited sediment is the high variability in mean pore size and in the sorting and skewness of the pore system. The mean pore size ranges from 15 to 980 nm, sorting ranges from very well sorted to poorly sorted, and skewness varies from systems in which small pores predominate over large ones to systems in which large pores predominate. This high variability in pore structure represents the many environmental and mineral-related variables that affect the pore system of newly deposited sediment. The mean pore size of shales decreases with increasing compaction and approaches a limiting value of about 3·5 nm at depth. Within a geological time span of 50 m.y. and/or depth of burial of about 1200 m, most sediments have reached an irreversible, well sorted pore-size distribution. Early diagenetic processes apparently affect the skewness of pore systems more than compaction, such that within about 50 m.y. the pore system is negatively skewed, with small pores predominating over large. Sediments buried to a depth of 500 m or less exhibit a porosity range of 40--85%; below 500 m, porosity decreases linearly with burial depth. No correlation exists between the surface area of shale pore systems and depth of burial, geological age, and the pore parameters mean pore size, sorting, and skewness.     

浙西南—赣东北地区寒武系荷塘组页岩气成藏地质条件及有利区带优选

【研究目的】浙西南—赣东北地区寒武系荷塘组广泛发育暗色泥页岩,是下扬子地区页岩气调查的重点层位。目前该区勘探程度低,导致对该区页岩气成藏条件认识不清。【研究方法】通过寒武系荷塘组暗色泥页岩发育的地质背景、有机地球化学参数以及野外调查等方面研究,对该区页岩气资源潜力进行了评价,对有利区进行了优选。【研究结果】浙西南—赣东北地区寒武系荷塘组炭质硅质页岩在研究区内分布广泛,沉积厚度达35~200 m,其中在开化—常山—玉山地区的平均厚度超过50 m;有机质丰度高（1.48%～23.53%）,镜质体反射率适中（2.01%～3.0%）,有机质处于成熟—过成熟阶段。研究区荷塘组地层发育微孔隙、微裂缝等孔隙类型,储集性能较好。等温吸附实验测得炭质硅质页岩吸附气含量平均为5.93 kg/t,表明荷塘组炭质硅质页岩具有较好的吸附能力,有一定的吸附性。【结论】以在高热演化程度环境中找热演化程度较低的区域和在复杂的构造背景中寻找相对稳定的区域为准则,研究认为开化—常山—玉山地区寒武系荷塘组炭质硅质页岩分布厚度适中,有机质丰度高,成熟度相对较低,页岩气保存地质条件较好。创新点：浙西南—赣东北地区寒武系荷塘组页岩具备页岩气富集的物质基础;热演化程度是下扬子地区寒武系荷塘组页岩气能否富集的关键。     

地球物理探测技术在成都市浅表地质结构调查中的应用研究

【研究目的】 查明城市浅表地质结构特征,对于城市地下空间规划、开发区建设、地质灾害评价等有着重要的指导意义,而无损、抗干扰能力强的地球物理探测技术在提供城市地区地下地质信息方面可以发挥关键作用。【研究方法】 为了支撑成都市浅表的三维地质填图工作,本文应用11种新、老地球物理探测技术,开展了成都市浅表地质结构的探测研究。【研究结果】 研究结果表明：（1）地质雷达对于近地表的地层结构成像、建筑结构识别分辨率较高;（2）瞬态面波、混合源面波、三分量频率谐振法对50 m以浅的地质结构识别能力强,分辨率很高,但探测深度有限;（3）微动勘探法和高密度电阻率法对50 m以浅的地质结构分辨率较高,但深部分辨率一般;（4）等值反磁通瞬变电磁抗干扰能力强,施工效率高,50 m以浅分辨率较高,50~200 m深度范围内分辨率一般,对膏岩泥岩有较好的识别能力;（5）半航空瞬变电磁可弥补了常规物探方法无法进入特殊场地施工的不足;（6）浅层地震勘探对于浅地表50～300 m深度范围内的砂泥岩互层的变化特征和断层结构特征效果较好,配合自然伽马曲线,可有效识别砂泥岩的岩性界面;（7）音频大地电磁可有效识别成都平原深大断裂的空间分布形态。【结论】 综合各种地球物理方法的优缺点,建立了成都市浅表地质结构的地球物理组合探测技术方案,以期能为今后的城市浅表地质结构调查提供参考。     

苏北盆地东南部泰州组砂岩储层孔隙类型及有利储层评价

利用50余口井的储层实验资料,对苏北盆地主力勘探地区海安凹陷和高邮凹陷泰州组砂岩储层进行孔隙类型和有利储层评价。综合研究表明：海安凹陷和高邮凹陷泰州组发育三角洲、浊积扇、扇三角洲等成因类型砂体,这些砂体由成分和结构成熟度较低的长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩组成,并且砂岩储层发育次生孔隙,原生孔隙较少;海安凹陷泰州组储层第一个次生孔隙发育段为2 300～2 500m,系大量碳酸盐胶结物、长石和岩屑颗粒遭受强烈溶蚀而成,孔隙度为12%～25%,第二个次生孔隙发育段为2 600～3 200m;高邮凹陷泰州组储层孔隙演化与海安凹陷有一定差异,其只存在1个次生孔隙发育段（2 400～2 900m）,孔隙发育程度与海安凹陷的第一个次生孔隙带相似;泰州组砂岩储层中次生孔隙的形成主要与沉积物中有机质演化产生的有机酸、酚以及碳酸有关;大部分次生孔隙是由粒间碳酸盐胶结物溶蚀产生;海安凹陷有利储层主要分布在西北部和东部三角洲前缘砂体和滑塌浊积扇砂体中,高邮凹陷有利储层主要分布在南部扇三角洲前缘砂体中,储层埋藏浅、物性好,均以Ⅰ和Ⅱ类储层为主,是有利的勘探地区。     

基于宽频大地电磁法的页岩气探测实践——以川西南沐川地区须家河组为例

四川盆地上三叠统须家河组陆相富有机质页岩较为发育,页岩连续厚度较大,含气性好,有望开辟四川盆地页岩气新区新层系。然而,复杂的人文干扰（城镇密集、人口众多）和较大的埋藏深度（2000~3000m）挑战了页岩气地球物理勘探的精度,这在很大程度上制约了川西南沐川地区三叠系须家河组页岩气的进一步勘探。本文在分析前人研究资料基础上,优选了川西南沐川地区须家河组作为新区新层系的探测目标,根据研究区地质情况,构建理论电性模型,通过正演模拟和“已知”钻孔标定方法试验,确定了宽频大地电磁法的适用性和有效性。进而在重点页岩气远景区部署一条宽频大地电磁剖面,通过数据处理分析,结合地质资料获得了研究区深部电性结构,认为研究区一带地层连续、完整,断裂不发育,具有稳定的地质结构,其中上三叠统须家河组发育较大厚度的富有机质页岩,可作为本区页岩气勘探的新区新层系,具有良好的页岩气、致密气资源前景。同时,证实了在3000m以浅页岩气探测方法中,宽频大地电磁法（BMT）可以有效地识别富有机质页岩规模和空间展布特征,是一种快速、经济、无损有效的页岩气探测方法,可以为页岩气勘探提供先导依据,同时也为同类地质情况页岩气探测提供应用示范。     

下扬子地区大隆组页岩孔隙发育特征及主控因素

为了研究下扬子地区二叠系大隆组页岩孔隙结构特征,联合扫描电镜、高压压汞、N₂/CO₂气体吸附实验手段对页岩储层孔隙结构进行了研究。结果表明,研究区二叠系大隆组页岩孔隙类型以有机质孔、粒间孔、粒内孔、溶蚀孔和微裂缝为主;孔隙结构为多峰态-多尺度孔隙并存,微孔-介孔-宏孔都有发育,各个尺度的孔隙对孔容都有所贡献,其中以0.75～1.5 nm的微孔、10～35 nm的介孔及大于100 nm的宏孔为主。通过拟合孔体积、比表面积与埋深、有机碳(TOC)、成熟度(R_O)以及矿物含量的相关性发现,微孔表面积与埋深、TOC呈正相关;微介孔体积和表面积均与R_O呈负相关;宏孔体积与埋深、TOC、黏土矿物含量呈负相关,与R_O呈较正相关;宏孔表面积与埋深成正比,与R_O成反比。研究结果说明下扬子地区大隆组页岩孔隙发育主要受控于埋深、TOC、R_O、黏土矿物含量等因素。