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Environment and Resource

ISSN Print:2707-2398
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川中地区大安寨段陆相页岩孔隙结构特征研究

Research on the Pore Structure Characteristics of Continental Shale in the Da’anzhai Member of Central Sichuan Region

李泽言, 唐洪明, 冷钇江

Environment and Resource / 2026,8(1): 90-99 / 2026-03-06 look234 look191
  • Information:
    西南石油大学,成都
  • Keywords:
    Central Sichuan region; Da’anzhai Member; Terrestrial shale; Mixed sedimentary rock; Pore structure
    川中地区; 大安寨段; 岩相; 陆相页岩; 孔隙结构
  • Abstract: The Da’anzhai Formation in the Sichuan Basin, as a typical continental shale sequence, exhibits favorable reservoir conditions with abundant shale oil and gas resources and significant potential, making it an important target for continental shale exploration and development in China. This study focuses on the continental shale of the Da’anzhai Formation in the central Sichuan Basin. Based on experimental methods such as X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy, low-temperature CO₂ and N₂ adsorption-desorption, and low-field nuclear magnetic resonance, a comparative study on the pore structure characteristics of different lithofacies was carried out. The main findings are as follows: (1) The Da’anzhai Formation can be classified into three major categories and six subcategories of lithofacies: silty clay-rich lithofacies, clay-silt mixed lithofacies, silt-shell limestone lithofacies, shell limestone-clay mixed lithofacies, clayey bioclastic limestone lithofacies, and bioclastic limestone lithofacies. (2) The primary storage spaces in the shale are dominated by intergranular pores between clay minerals, with a small number of organic pores and micro-fractures. The pore shapes are mainly sheet-like and slit-like. (3) Multi-method characterization indicates that the silty clay-rich lithofacies and clay-silt mixed lithofacies exhibit the most developed pore systems, while the bioclastic limestone lithofacies show the least development. This research systematically investigates the pore structure characteristics of the Da’anzhai Formation shale in the central Sichuan Basin using various methods and techniques, providing valuable insights for shale oil and gas exploration and development. 四川盆地大安寨段作为典型的陆相页岩层系具备良好的储层条件,同时页岩油气资源储量丰富,资源潜力巨大,是我国陆相页岩油气勘探开发的重要目标层段。本文以川中地区大安寨段陆相页岩为研究对象,基于X-射线衍射、场发射扫描电镜、CO2和N2低温吸脱附、低场核磁共振等实验方法,对比性研究了不同岩相的孔隙结构特征差异,取得了以下认识:(1)大安寨段可划分为三大类六小类的岩相类型:含粉砂粘土质岩相、粘土质-粉砂质岩相、粉砂质-介壳灰质岩相、介壳灰质-粘土质岩相、粘土质生物(屑)灰岩岩相以及生物(屑)灰岩岩相。(2)页岩储集空间主要以粘土矿物粒间孔为主,发育少量有机孔及微裂缝,储集空间形态主要呈片状、狭缝状特征。(3)多方法联合表征显示,大安寨段含粉砂粘土质岩相与粘土质-粉砂质岩相的孔隙最为发育,生物(屑)灰岩孔隙发育程度最低。此次研究运用多种方法和技术手段,系统研究了川中地区大安寨段页岩孔隙结构特征,可为页岩油气勘探开发提供参考。
  • DOI: 10.35534/er.0801011
  • Cite: 李泽言,唐洪明,冷钇江.川中地区大安寨段陆相页岩孔隙结构特征研究[J].环境与资源,2026,8(1):90-99.


页岩油气在全球范围内广泛分布且储量丰富,勘探潜力巨大[1-2],其开采在一定程度上缓解了我国资源紧张的局面,因此页岩油气的勘探开发也成了现今的热点研究领域[3]。近年来,我国海相五峰-龙马溪组、筇竹寺组页岩勘探开发领域取得了重大突破[4-5],同时陆相页岩在鄂尔多斯盆地长7段、准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组等已经实现了页岩油在储量产量上的突破[6]。早期针对川中地区大安寨段的勘探开发工作主要以介壳灰岩为对象,经过半个多世纪的勘探,已发现5个油田和18个含油气构造[7],累产油518.69×104t,在致密灰岩地质理论方面取得了大量创新性认识,但目前页岩油气的规模效益开发效果不明显,急需查明不同岩相的孔隙结构特征。在大安寨段沉积环境处于湖平面周期性升降的动态演变过程中,生物介壳、砂屑与泥质频繁交互沉积,地质特征具有较强的非均质性,进而导致陆相页岩孔隙结构存在显著差异。

针对上述问题,本次研究将从大安寨段岩相入手,通过岩心观察、扫描电镜定性技术、CO2和N2等温吸脱附、和低场核磁共振定量分析技术等方法表征不同岩相的孔隙结构差异性,为明确大安寨段陆相页岩孔隙结构特征差异提供理论依据。

1 地质背景

四川盆地是在上扬子克拉通基底上发育起来的叠合盆地[8],研究区位于四川盆地中部的川西北坳陷区和川中低缓隆起区,西临龙门山断褶带,北抵米仓山隆起和大巴山断褶带,东临川东南褶皱区。受印支运动的影响,四川盆地在晚三叠世和侏罗纪时期成为大型陆相湖盆,整体呈现出北陡南缓的不对称大型宽缓湖盆,在下侏罗统自流井组大安寨段沉积时期范围最广,为大型内陆水系的淡水坳陷湖盆,其湖盆中心主要发育在仪陇-营山一带。在大安寨段沉积时期,盆地经历显著的湖侵湖退过程,水体深度呈现周期性波动,同时伴随气候分异与多物源供给特征,共同构成了复杂的沉积背景。在此背景下,滨湖、浅湖至半深湖的垂向叠置与横向迁移导致水动力条件、氧化还原环境及沉积物供给速率发生显著分异:滨湖带以强水动力条件下的砂砾质沉积为主,形成厚层砂岩;浅湖区水体能量减弱,碳酸盐岩与陆源碎屑混合沉积,发育介壳灰岩与粉砂质泥岩互层;半深湖区则以静水还原环境下的细粒沉积为特征,形成富含有机质的深灰色泥页岩相。这种多维度沉积环境的时空演化,直接控制了岩相类型的垂向序列与平面展布,最终造就了大安寨段砂岩、介壳灰岩、泥页岩等多类岩相共存且非均质性显著的沉积格局。

2 页岩岩相特征

为定量表征不同类型矿物组分含量特征,本次研究依据标准SY/T 5163-2018《沉积岩中粘土矿物和常见非粘土矿物X射线衍射分析方法》,采用Ultima Ⅳ型X射线衍射仪,选取川中地区大安寨段4口井共计18个样品进行相关实验分析。结果表明,大安寨段页岩的矿物组分主要为长英质矿物、碳酸盐矿物及粘土矿物,其中,长英质矿物含量为2.5%~61.0%,平均值为32.6%,多以碎屑颗粒形式产出,少量为介壳边缘产出的硅质交代物;碳酸盐矿物以方解石为主,含量为0.0%~92.3%,平均值为31.0%;含少量白云石,含量为0.0%~25.0%,平均值为0.92%;粘土矿物含量较高,其含量为3.0%~65.0%,平均值为34.0%;另外含有少量黄铁矿等其他矿物,平均值为0.22%。

本次研究采用矿物三端元法[9](长英质矿物、碳酸盐类矿物及粘土矿物)将页岩岩相划分为四大类12小类岩相类型,如图1所示,研究区共识别出三大类6小类岩相类型,包括含粉砂粘土质岩相(Ⅰ2)、粘土质-粉砂质岩相(Ⅱ1)、粉砂质-介壳灰质岩相(Ⅱ2)、介壳灰质-粘土质岩相(Ⅱ3)、生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ1)、粘土质生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ2)。

注:Ⅰ1:黏土质岩相;Ⅰ2:含粉砂黏土质岩相;Ⅰ3:含介壳灰质黏土质岩相;Ⅱ1:黏土质-粉砂质岩相;Ⅱ2:粉砂质-介壳灰质岩相;Ⅱ3:介壳灰质-黏土质岩相;Ⅲ1:粉砂质岩相;Ⅲ2:(泥质)粉砂质岩相;Ⅲ3:(钙质)粉砂质岩相;Ⅳ1:生物(屑)灰岩岩相;Ⅳ2:黏土质生物(屑)灰岩岩相;Ⅳ3:粉砂质生物(屑)灰岩岩相。

图 1 四川盆地中东部大安寨段页岩岩相类型三角图

Figure 1 Triangular diagram of shale lithofacies types of the Da’anzhai Member in the central and eastern Sichuan Basin

2.1 页岩岩相

页岩岩相分为粘土质岩相(Ⅰ1)、含粉砂粘土质岩相(Ⅰ2)、含介壳灰质粘土质岩相(Ⅰ3)。研究区内大安寨段以含粉砂粘土质岩相(Ⅰ2)为主。

含粉砂粘土质岩相(Ⅰ2):粘土矿物含量大于50%,且长英质矿物含量大于25%,岩心尺度上颜色均匀,主要以灰黑色或黑色为主,有机质含量较高,不含或含少量介壳,岩心整体较为致密,主要发育在半深湖—深湖的低能、还原沉积环境中,湖盆中心累计厚度最大。较于国内其他地区的陆相页岩层系,大安寨段页岩的页理发育程度相对较弱,这可能与沉积时期持续动荡的水体条件有关[10]。岩心观察显示大安寨段页岩均一程度高(图2a)。微观上,可见石英颗粒、介壳生物体及少量黄铁矿,总体以泥质结构为主(图2b、图2c)。

(a)A井,3639.96-3640.11m,岩心宏观特征

(b)A井,3640.31m,以泥质结构为主,可见少量石英颗粒(-)

(c)A井,3640.31m,含粉砂粘土质岩相(+)

图 2 大安寨段页岩岩相矿物组分和镜下微结构特征

Figure 2 Mineral composition and microstructural characteristics under the microscope of shale lithofacies in the Da’anzhai Member

2.2 混合质岩相

混合质岩相包括粘土质-粉砂质岩相(Ⅱ1)、粉砂质-介壳灰质岩相(Ⅱ2)、介壳灰质-粘土质岩相(Ⅱ3),研究区大安寨段以上三种岩相均有发育。

(1)粘土质-粉砂质岩相(Ⅱ1)

碳酸盐矿物含量大于25%,粘土矿物、长英质矿物含量均小于50%,岩心尺度上颜色较为均匀,主要以灰黑色和黑色为主,有机质含量极低,含少量介壳,岩心整体较为致密,主要发育在中低能、还原沉积环境的半深湖—深湖相中。具有厚度较大,连续性较好等特征。通过岩心观察可见平行层理,偶见完整生物介壳零星分布(图3a),表明粘土质-粉砂质岩主要沉积于水体能量较弱的环境中,受湖盆扩张、迁移影响较小。微观上,显微镜下以石英颗粒居多,可见少量介壳生物体及少量黄铁矿,基质以粘土矿物为主(图3b、图3c)。

(a)B井,2431.50-2431.71m,岩心宏观特征;(b)B井,2431.26m,以石英颗粒和粘土矿物为主,见少量黄铁矿(-);(c)B井,2435.37m,粘土质-粉砂质岩相(+);(d)A井,3634.35-3634.51m,岩心宏观特征;(e)A井,3634.13m,可见石英颗粒、介壳生物体及少量黄铁矿(-);(f)A井,3634.13m,粉砂质-介壳灰质岩相(+);(g)C井,3478.50-3478.75m,岩心宏观特征;(h)C井,3478.87m,可见粘土矿物、介壳生物体及少量黄铁矿(-);(i)C井,3478.87m,介壳灰质-粘土质岩相(+)。

图 3 大安寨段混合质岩相矿物组分和镜下微结构特征

Figure 3 Mineral composition and microstructural characteristics observed under the microscope in the hybrid lithofacies of the Da’anzhai Member

(2)粉砂质-介壳灰质岩相(Ⅱ2)

粘土矿物大于25%,长英质矿物、碳酸盐矿物小于50%,岩心尺度上颜色均匀,主要以灰白色-浅灰色为主,局部夹有少量灰黑色粘土质矿物,有机质含量极低,岩心整体致密且脆性显著。生物化石以较为破碎的双壳类生物为主,偶见植物碎片与炭化的磷质生屑,主要发育在湖盆周围的介壳滩中。该层段由于经历大规模的湖盆萎缩,粉砂质-介壳灰质岩沉积于中高能、氧化的动荡水体环境中,因此粉砂质-介壳灰质岩介壳组分破碎程度较高,且排列杂乱,主要呈现块状构造(图3d)。微观上,显微镜下可见石英颗粒、介壳生物体及少量黄铁矿(图3e、图3f)。

(3)介壳灰质-粘土质岩相(Ⅱ3)

长英质矿物大于25%,碳酸盐矿物、粘土矿物小于50%,岩心尺度上颜色不均匀,呈现灰黑色与浅灰色互层,有机质含量较高,介壳含量较高,主要沉积于湖盆周围介壳滩的中高能、氧化水体条件中,具有广泛发育、厚度大、连续性较好等特征。介壳灰岩与粘土质岩呈条带状分布且组成互层,介壳组分较为完整且顺层排列,常见水平、波状层理(图3g)。微观上,显微镜下可见石英颗粒、介壳生物体及少量黄铁矿,总体以泥质结构为主(图3h、图3i)。

2.3 介壳质灰岩岩相

介壳质灰岩岩相分为生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ1)、粘土质生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ2)、粉砂质生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ3)。研究区内以生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ1)和粘土质生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ2)为主。

(1)生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ1)

碳酸盐矿物含量大于50%,粘土矿物、粉砂质含量小于25%,岩心尺度上颜色均匀,主要以灰白色-浅灰色为主,局部可见灰黑色泥质零星分布,岩心整体致密且脆性显著,生物化石组分主要为双壳类生物,少见植物碎片与炭化的磷质生屑(图4a)。微观上,常见介壳轻微破碎(图4b、图4c)。

(a)D井,2761.94-2762.05m,岩心宏观特征;(b)D井,2761.94m,常见介壳轻微破碎(-);(c)D井,2761.94m,生物(屑)灰岩岩相(+);(d)D井,2775.22-2775.41m,岩心宏观特征;(e)D井,2767.36m,可见粘土矿物与生物介壳组成互层(-);(f)D井,2767.36m,粘土质生物(屑)灰岩岩相(+)

图 4 大安寨段介壳质灰质岩相矿物组分和镜下微结构特征

Figure 4 Mineral composition and microstructural characteristics under microscopic observation of the coquina-bearing calcareous lithofacies in the Da’anzhai Member

(2)粘土质生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ2)

碳酸盐矿物含量大于50%,粘土矿物含量大于25%,岩心尺度上颜色不均匀,呈现灰黑色与浅灰色互层,生物介壳及有机质含量较高,主要沉积于湖盆周围介壳滩的中高能、氧化水体条件中,具有广泛发育、且具有高厚度、连续性好的特点。介壳灰岩与粘土质岩呈条带状分布且组成互层,介壳组分保存较好且顺层分布,多发育水平、波状层理(图4d)。微观上,常见介壳间充填粘土矿物,少见长英质矿物(图4e、图4f)。

3 页岩多尺度孔隙结构特征

3.1 直接观察法

直接观察法包括原子力扫描电镜聚焦离子束扫描电镜场发射扫描电镜以及纳米CT扫描等实验方法。本次研究采用美国生的产FEI Quanta 650 FEG型场发射扫描电镜仪下进行观察,依据Loucks等人的划分方案,结合铸体薄片分析,将研究区内大安寨段页岩储集空间划分为矿物基质孔隙、有机质孔和微裂缝三大类,其中矿物基质孔隙可以划分为与矿物颗粒相关的粒间孔隙、粒内孔隙两类[11]

大安寨段孔隙结构复杂多样,以次生孔隙为主且裂缝较为发育,但不同岩相孔隙结构存在一定差异。在含粉砂粘土质岩相(Ⅰ2)中,通过铸体薄片观察可见以褐色粘土矿物(伊蒙混层、伊利石为主)为基质,含星点状、分散状粉砂级石英和长石,可见微裂缝(图5a)。扫描电镜下,片状、丝缕状伊利石和卷曲状伊蒙混层紧密堆积,形成“帐篷式”或“蜂窝状”微结构,但压实强烈,内部空间多被压实,可见微裂缝和粘土矿物片间孔(图5b、图5c)。

在粘土质-粉砂质岩相(Ⅱ1)中,通过铸体薄片观察可见水平层理发育,可见黄铁矿呈团块状、分散状分布(图5d)。扫描电镜下,可见微晶结构方解石晶体集合体,方解石晶体之间呈紧密镶嵌状接触,片丝状粘土矿物集合体呈鳞片状结构,其中夹杂方解石晶体集合体条带及杂粒状黄铁矿可见粒间孔和微裂缝(图5e、图5f)。

在粉砂质-介壳灰质岩相(Ⅱ2)中,通过铸体薄片观察可见碎屑粉砂与生物介壳碎片混杂(图5g)。扫描电镜下,片丝状粘土矿物集合体充填于长条状细晶结构方解石晶体之间,粒状黄铁矿晶体集合体呈条带状分布,可见微裂缝和介壳灰岩的粒内溶孔,孔隙形态多呈不规则状或椭圆状(图5h、图5i)。

在介壳灰质-粘土质岩相(Ⅱ3)中,通过铸体薄片观察可见水平层理发育,介壳边缘被硅质交代(图5j)。扫描电镜下,片丝状伊利石集合体充填于细晶结构方解石晶体集合体(介壳)之间,可见粒内溶孔(图5k、图5l)。

(a)D井,2763.66m,含粉砂粘土质岩相(-);(b)A井,3641.10m,可见微裂缝;(c)C井,3507.4m,有机质孔发育;(d)B井,2468.62m,粘土质-粉砂质岩相(-);(e)B井,2429.26m,可见微裂缝;(f)B井,2453.13m,粒间孔隙发育;(g)B井,2459.19m,粉砂质-介壳灰质岩相(-);(h)A井,3634.92m,偶见粒内溶孔;(i)B井,2464.45m,方解石溶蚀孔被有机质半充填;(j)B井,2446.53m,介壳灰质-粘土质岩相(-);(k)C井,3478.32m,可见粒内溶孔;(l)C井,3515.21m,方解石脉边缘缝;(m)B井,2455.71m,生物(屑)灰岩岩相(-);(n)D井,2761.94m,可见晶间微缝和粒内溶孔;(o)B井,2457.19m,粒内溶孔和微裂缝发育;(p)B井,2470.00m(-),粘土质生物(屑)灰岩岩相;(q)D井,2767.36m,可见晶间微缝;(r)D井,2772.69m,有机质孔隙,晶间孔发育。

图 5 不同岩相孔隙结构对比

Figure 5 Comparative analysis of pore structures among different lithofacies

在生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ1)中,通过铸体薄片观察可见介壳受压实作用发生破碎(图5m)。扫描电镜下,整体结构致密,细晶方解石晶体集合体(介壳)嵌于泥晶方解石晶体集合体中,片丝状伊利石集合体充填于方解石晶体之间,排列略具定向性,常见粒内溶孔(图5n、图5o)。

在粘土质生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ2)中,通过铸体薄片观察可见泥质介壳灰岩和泥岩互层,生物壳体受压实作用发生破碎(图5p)。扫描电镜下,方解石晶体集合体呈团块状结构,团块间发育微裂缝,可见粒内溶孔(图5q、图5r)。

总体上,在含粉砂粘土质岩相(Ⅰ2)等以粘土矿物为主的岩相中,多发育粘土矿物片间孔和薄层间微缝,在生物(屑)灰岩岩相(Ⅳ2)等以碳酸盐岩矿物为主的岩相中,主要发育粒内溶孔。

3.2 低温氮气吸脱附法

本次低温N2吸附实验采用ASAP 2460型全自动气体吸附分析仪进行测试,采用等温物理吸附静态容积法,对大安寨段页岩的介孔进行了表征。

N2吸附过程依据相对压力的变化可分为3个不同吸附阶段:在低压阶段(0.05<P/P0≤0.40),以单层吸附为主,吸附量缓慢上升,曲线呈轻微上凸形态;在中-高压阶段(0.40<P/P0≤0.80),吸附由单层过渡为多层,吸附速率显著加快,该阶段吸附脱附曲线出现回滞环;高压阶段(P/P0>0.80)氮气吸附速率持续升高,在接近饱和蒸气压时急剧增大,无明显吸附极限。该现象源于孔内毛细管凝聚作用,表明样品中含有部分宏孔及微裂缝,孔隙结构非均质性强且类型多样[12]

根据de Boer及IUPAC的分类[13-16],A类(H1型)滞后环主要对应两端都开放的毛细孔,E类(H2型)滞后环则对应着具有细颈的广体孔或墨水瓶孔;B类(H3)则对应似片状颗粒组成的非刚性聚集体的槽状孔;H4型对应着狭缝孔,如图6所示。

图 6 等温吸附回线分类及孔隙类型[13-16]

Figure 6 Classification of isothermal adsorption hysteresis loops and types of pores

实验结果表明:研究区大安寨段不同岩相N2吸脱附曲线特征存在一定差异,如图7所示,其中页岩为主的样品在中高压阶段发育回滞环,兼具H2型和H3型特征,即样品微孔及介孔发育,孔隙多以“墨水瓶”状孔隙及槽状孔隙为主;以介壳灰岩为主的样品在中高压阶段发育回滞环,但回滞环面积较窄,具有H4型特征,主要指示介壳颗粒紧密排列,其间形成的狭缝状孔隙。

图 7 不同岩相N2吸脱附曲线对比

Figure 7 Comparative analysis of N2 adsorption-desorption curves among different lithofacies

图 8 不同岩相N2吸脱附孔径分布对比

Figure 8 Comparative analysis of pore size distribution derived from N2 adsorption-desorption among different lithofacies

本次研究采用NL-DFT模型解析N2吸附量表征不同岩相介孔孔径分布如图8所示,结果显示不同岩相类型的N2吸附孔径分布差异不大,主峰孔径均分布在5~30nm,对应孔径约为10nm,但峰值差异较大。含粉砂粘土质岩相最高峰值为3.2×10-4cm3/g·nm。粘土质-粉砂质岩相最高峰值为1.7×10-4cm3/g·nm。粉砂质-介壳灰质岩相的峰值较低,为0.5×10-4cm3/g·nm,表明其储集性能不佳。介壳灰质-粘土质岩相最高峰值为0.7×10-4cm3/g·nm,表明孔隙体积偏小。生物(屑)灰岩岩相峰值最低,小于0.5×10-4cm3/g·nm,表明其储集性能不佳。粘土质生物(屑)灰岩岩相最高峰值为0.9×10-4cm3/g·nm。综上所述,含粉砂粘土质岩相介孔最为发育,生物(屑)灰岩岩相孔隙发育程度最低。

3.3 低温二氧化碳吸脱附法

本次低温CO2吸附实验仪器为美国Quantachrome公司生产的Autosorb-IQ3型全自动比表面及孔径分布分析仪,采用应用广泛的密度泛函理论(即DFT)模型,对大安寨段页岩的微孔进行了表征。

实验结果表明,研究区大安寨段不同岩相的样品CO2等温吸附曲线具有相同的变化规律,随相对压力的增加,吸附量增加,曲线呈向上微凸的形貌特征,在相对压力较低时,吸附量增加速率较大,随相对压力的不断增加,吸附量增加速率不断减缓,最终CO2吸附趋于饱和,由于CO2吸附行为属于微孔充填吸附,微孔的孔径大小与CO2气体分子大小属同一数量级,因此不存在多分子层吸附和毛细管凝聚现象,而是对孔隙空间直接进行充填,这一过程非常迅速,故曲线上升速度很快,对应Ι型等温吸附曲线,如图9所示。

通过NL-DFT模型解析CO2吸附量表征页岩微孔孔径分布如图10所示,结果显示不同岩相类型的CO2吸附孔径分布差异较大。含粉砂粘土质岩相孔径分布呈三峰形,主峰孔径位于为0.5~0.6nm,最高峰值为0.004cm3/g/nm。粘土质-粉砂质岩相孔径分布呈双峰形,主峰孔径位于为0.5~0.6nm,最高峰值为0.005cm3/g/nm。粉砂质-介壳灰质岩相孔径分布呈双峰形,孔径分别在0.4~0.6nm、0.8~0.9nm,最高峰值为0.002cm3/g/nm。介壳灰质-粘土质岩相孔径分布呈单峰形,主峰孔径在0.5~0.6nm,最高峰值为0.0015cm3/g/nm。生物(屑)灰岩岩相孔径分布呈双峰形,对应孔径分别为0.6nm和0.8nm,最高峰值为0.001cm3/g/nm。粘土质生物(屑)灰岩岩相孔径分布呈三峰形,对应孔径分别为0.5nm、0.7nm和0.9nm。结果表明,含粉砂粘土质岩相和粘土质-粉砂质岩相微孔最为发育,生物(屑)灰岩岩相微孔发育程度最低。

图 不同岩相CO2吸脱附曲线对比

Figure 9 Comparative analysis of CO2 adsorption-desorption curves among different lithofacies

图 10 不同岩相CO2吸脱附孔径分布对比

Figure 10 Comparative analysis of pore size distributions derived from CO2 adsorption-desorption among different lithofacies

3.4 低场核磁共振法

本次研究采用的低场核磁共振实验仪器为苏州纽迈公司生产的MacroMR12-150H-Ⅰ型三维核磁过程成像分析及流动实验分析仪,实验磁场强度为(0.30±0.05)T,主频率为23 MHz,采用Q-CPMG序列对信号进行累加采集。研究区大安寨段六类不同岩相样品核磁共振T2谱多呈现“双峰”和“三峰”形态,如图11所示。

图 11 不同岩相核磁共振T2谱对比

Figure 11 Comparative analysis of nuclear magnetic resonance (NMR) T2 spectra among different lithofacies

含粉砂粘土质岩相主峰弛豫时间介于0.01ms~5ms之间,峰值高于其余岩相,次峰弛豫时间介于5ms~90ms之间,峰形发育程度良好,表明该岩相微孔隙占比较高。粘土质-粉砂质岩相孔隙分布与前者相似。粉砂质-介壳灰质岩相主峰弛豫时间介于0.01ms~8ms之间,峰值较高,次峰弛豫时间介于8ms~90ms之间。介壳灰质-粘土质岩相主峰弛豫时间介于0.01ms~5ms之间,次峰弛豫时间介于5ms~90ms之间。生物(屑)灰岩岩相主峰弛豫时间介于0.01ms~5ms之间,次峰弛豫时间介于5ms~80ms之间,各峰相比其余岩相最低,表明该岩相孔隙发育差。粘土质生物(屑)灰岩岩相主峰弛豫时间介于0.01ms~5ms之间,峰值较低,次峰弛豫时间介于5ms~80ms之间,表明该岩相孔隙发育较差。整体上,研究区孔隙以小孔径孔隙为主,其中含粉砂粘土质岩相和粘土质-粉砂质岩相孔隙发育程度最高,生物(屑)灰岩岩相孔隙极不发育。

4 结论

(1)基于页岩中矿物组分的含量比例,大安寨段可被细分为六种不同的岩相类型,具体包括:含粉砂粘土质岩相、粘土质-粉砂质岩相、粉砂质-介壳灰质岩相、介壳灰质-粘土质岩相、粘土质生物(屑)灰岩岩相和生物(屑)灰岩岩相。

(2)通过铸体薄片和扫描电镜观察表明,研究区页岩储层主要发育粘土矿物粘土片间孔和的粒间孔,孔隙形态主要呈片状、狭缝状,有机孔发育程度不高,可见微裂缝。

(3)利用低温N2吸附法对页岩介孔的孔径分布进行表征,结果显示,大安寨段以页岩为主的样品兼具H2型和H3型特征;以介壳灰岩为主的样品具有H4型特征,不同岩相的N2吸附孔径分布整体上相似性较高,主峰孔径均集中在5至30nm范围内,且对应孔径约为10nm。其中,粉砂粘土质岩相介孔最为发育,生物(屑)灰岩岩相孔隙发育程度最低。

(4)通过低温CO2吸附法来表征页岩微孔的孔径分布,显示大安寨段不同岩相的样品CO2等温吸附曲线随相对压力的增加,吸附量增加,曲线呈向上微凸的形貌特征,对应Ι型等温吸附曲线。其中,含粉砂粘土质岩相和粘土质-粉砂质岩相微孔最为发育,生物(屑)灰岩岩相微孔发育程度最低。

(5)研究区大安寨段六类不同岩相样品核磁共振T2谱呈“双峰”和“三峰”形态,孔隙多为小孔径。其中,含粉砂粘土质岩相、粘土质-粉砂质岩相孔隙发育程度较高,生物(屑)灰岩岩相孔隙基本不发育。

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