科研进展

广州地化所揭示构造变形对龙马溪页岩孔隙发育与储集性能的影响

  

  页岩中发育有大量的纳米级孔隙,这些孔隙为天然气的吸附和保存提供了比表面积和孔体积。以往的研究表明影响页岩孔隙发育的因素有很多,包括有机碳含量(TOC)、矿物组成、成熟度以及干酪根类型等都会对孔隙发育产生一定影响。近年来,随着焦石坝、长宁和威远等页岩气田的成功开发,越来越多的学者开始关注构造变形对页岩孔隙发育的影响。我国海相页岩后期遭受多期构造运动,构造变形对页岩孔隙的影响将直接影响页岩的含气量。前人的研究表明构造变形对页岩中的介孔(φ= 2 -50 nm)和宏孔(φ > 50 nm)的比表面积和孔体积影响比较大,但对微孔(φ < 2 nm)的影响较小。模拟实验也表明,随着压力的不断增加,页岩中的介孔和宏孔的数量呈现出降低的趋势,部分介孔会被压缩成微孔;微孔由于很难被进一步压缩的特性,导致其数量随着压力的增加反而表现为增加的趋势。这些研究主要是基于实验模拟或者是基于宏观尺度的比较所得出的结论,缺乏实地测量和验证结果。在宏观尺度条件下,页岩在横向和纵向上均表现为较强的非均质性,区域尺度研究构造变形对页岩孔隙发育影响很难消除或其它地质因素对孔隙发育的影响。

  

  图1 重庆五坪村龙马溪组小背斜剖面

  针对上述问题,中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室博士研究生史树勇等在王云鹏研究员的指导下,对重庆五坪村龙马溪组小背斜进行了系统的研究工作(图1)。小背斜的长约为7m,宽约为3m,由于背斜的规模较小,所采样品几乎位于同一层位,因此在一定程度上可以减弱页岩非均质性的影响。实验结果表明所有样品的TOC、矿物组成和成熟度之间差异较小(图2),说明这些因素不是影响页岩孔隙发育的主要因素。WPF1-WPF5样品位于背斜的核部;WPF15-WPF17样品位于背斜的次核部;其余的11件样品位于背斜的翼部(图1d)。相同层位但构造部位不同的页岩样品之间页岩的孔隙发育差异较大,页岩的比表面积和孔体积之间呈现出明显的正相关关系,说明构造变形是影响页岩孔隙发育的主要因素。随着构造应力从核部、次核部到翼部逐渐增强,无论是微孔、介孔和部分宏孔,页岩的比表面积和孔体积都呈现出降低的趋势,但构造变形引起的微孔和介孔的相互转化可以忽略(图3)。此外,我们用构造曲率来反映背斜某一特定点的弯曲程度,从而定量评价构造曲率对孔隙发育的影响。相同层位页岩样品的曲率从背斜的翼部到次核部、核部逐渐增加,BET比表面积、BJH孔体积、DR孔体积和比表面积也会随着曲率的增加而增加,说明构造曲率能够影响页岩的孔隙发育(图4)。

  基于以上结果,可以推测,区域宏观尺度背斜的核部若长期处于张性的构造环境下,会有利于页岩的孔隙发育和气体的保存,能够为吸附气和游离气提供更多的吸附点位和孔体积。上述结果对于深入认识我国不同构造部位海相页岩气的孔隙特征及含气性具有重要的启示意义。

  

  图2 19件样品的矿物组成(a)和TOC含量(b)图

  

  图3 (a) BET比表面积和BJH孔体积的关系; (b) DR比表面积和DR孔体积的关系

  

  图4 小背斜的曲率和BET比表面积(a), BJH孔体积(b), DR比表面积(c)和DR孔体积(d)的关系图

  该项研究成果近期发表在油气领域国际期刊《Marine and Petroleum Geology》上。该项研究得到了中国科学院战略先导科技专项(XDA14010103; XDB10010300)和国家科技重大专项(2017ZX05008-002-030)的联合资助。

  论文信息:Shuyong Shi, Yunpeng Wang, Huijuan Guo, Chengsheng Chen, Rui Deng. Variations in pore structure of marine shale from the same horizon of the Longmaxi Formation with changing position in a small-scale anticline: Implications for the influence of structural deformation. Marine and Petroleum Geology, 2021, 124. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2020.104837

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2020.104837