页岩热演化过程中有机孔隙结构变化特征——以上二叠统大隆组页岩样品人工热模拟实验为例
万阔1，何生1，翟刚毅2，郭小文1
1.中国地质大学，构造与油气资源教育部重点实验室 湖北武汉 430074
2.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083
页岩有机孔隙结构对页岩油气富集、赋存和流动性具有重要影响，热演化过程中有机孔隙结构变化特征与有机质的相态转化有密切关系，不同热演化阶段的有机孔隙结构特征存在明显的差异。利用天然地质样品研究热演化程度对页岩孔隙结构的影响需要排除诸多因素，例如有机质类型、有机碳含量和矿物组成的差异性，因为这些因素也会导致页岩有机孔隙结构的差异；经历了不同地质作用过程的页岩样品，有机质热演化历程也会有显著的不同，从而造成有机孔隙发育程度的差异；研究单一热演化因素对有机孔隙发育的影响难以用天然地质样品，而且经历了不同的天然热演化且性质相近的页岩样品难以获取，因此，通常利用同一块页岩样品的人工热模拟实验，研究有机孔隙发育与有机质热演化之间的关系。
本次实验选取的样品为四川北部广元地区长江沟剖面上二叠统大隆组低熟富有机质页岩，样品干酪根类型以Ⅱ型为主，原始有机碳含量为11.2%，镜质体反射率为0.7%。从同一块页岩样品上钻取7份柱样，1份为原始样品，其余6份进行不同温度的人工热模拟实验，样品的模拟温度点分别为 350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃。实验以半封闭体系的加水热演化模拟为基础，人工热模拟实验依据温度与时间可相互补偿的原理（Connan，19741），增温速率为5℃/min，达到设定温度后保留48h。本文以上述大隆组7块样品为研究对象，运用氩离子抛光-场发射扫描电镜（FE-SEM）和低温CO
2/N
2吸附等手段，对样品的有机孔隙发育程度和孔隙结构进行观察和表征，分析热模拟实验样品的有机孔隙结构变化规律，讨论上二叠统大隆组富有机质页岩样品有机孔隙发育与热演化程度的相关性，通过该研究得到以下结论和认识：
完成350～600℃热模拟实验后的页岩样品，测得的镜质体反射率随模拟实验温度升高而增加（R
o变化在0.7~3.0%之间），页岩中的有机质主要以富孔隙有机质聚集体和贫孔隙有机质块体两种组构形态存在，贫孔隙有机质块体多呈独立块状，温压的增加不能使其产生明显的微-纳米孔隙；富孔隙有机质聚集体的孔隙结构特征在热模拟过程中发生明显变化：原始页岩样品处于低成熟阶段时，可 观察到的次生有机孔隙很少，孔径很小；在中等成熟阶段即主生油期，有机纳米孔隙开始发育，可观察到的孔径主要介于10～400nm，少量孔径大于500nm，多数有机孔隙形态不规则；在高成熟阶段即湿气生成期，有机孔隙数量明显增加，孔径20～50nm 的介孔尤为明显，而宏孔数量则显著减少，部分孔隙形态相对规则，CO
2/N
2吸附测试结果表明，孔隙结构相对复杂；在过成熟阶段即干气生成期，微孔和介孔数量进一步增加，成为有机孔隙的主体，孔隙结构复杂。整体上，随着热演化程度的增强有机质聚集体中的有机孔隙结构趋于复杂，有机质热演化可促使有机孔隙大量生成，随着有机质成熟度的增加有机孔隙的孔径和形态也发生了可观察到的变化，而且在页岩原始有机质即干酪根和迁移有机质中的有机孔隙的大小、数量和形态随热模拟温度的增加所发生的变化也存在有意义的差异。研究发现，页岩中部分有机质颗粒碎片上发育与组织结构相关的原生有机孔隙，孔径介于40~400nm，形态多为圆形，此类原生孔隙的发育不受热演化程度的影响。
作者简介：万阔，男，1992年9月生，湖北襄阳人，博士研究生，主要从事页岩气储层地质研究，湖北省武汉市洪山区，鲁磨路388号，中国地质大学（武汉），430074， 17671737605， wankuo23@163.com.