廣州地化所揭示構(gòu)造變形對(duì)龍馬溪頁巖孔隙發(fā)育與儲(chǔ)集性能的影響
頁巖中發(fā)育有大量的納米級(jí)孔隙，這些孔隙為天然氣的吸附和保存提供了比表面積和孔體積。以往的研究表明影響頁巖孔隙發(fā)育的因素有很多，包括有機(jī)碳含量(TOC)、礦物組成、成熟度以及干酪根類型等都會(huì)對(duì)孔隙發(fā)育產(chǎn)生一定影響。近年來，隨著焦石壩、長寧和威遠(yuǎn)等頁巖氣田的成功開發(fā)，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注構(gòu)造變形對(duì)頁巖孔隙發(fā)育的影響。我國海相頁巖后期遭受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造變形對(duì)頁巖孔隙的影響將直接影響頁巖的含氣量。前人的研究表明構(gòu)造變形對(duì)頁巖中的介孔(φ= 2 -50 nm)和宏孔(φ > 50 nm)的比表面積和孔體積影響比較大，但對(duì)微孔(φ < 2 nm)的影響較小。模擬實(shí)驗(yàn)也表明，隨著壓力的不斷增加，頁巖中的介孔和宏孔的數(shù)量呈現(xiàn)出降低的趨勢，部分介孔會(huì)被壓縮成微孔；微孔由于很難被進(jìn)一步壓縮的特性，導(dǎo)致其數(shù)量隨著壓力的增加反而表現(xiàn)為增加的趨勢。這些研究主要是基于實(shí)驗(yàn)?zāi)M或者是基于宏觀尺度的比較所得出的結(jié)論，缺乏實(shí)地測量和驗(yàn)證結(jié)果。在宏觀尺度條件下，頁巖在橫向和縱向上均表現(xiàn)為較強(qiáng)的非均質(zhì)性，區(qū)域尺度研究構(gòu)造變形對(duì)頁巖孔隙發(fā)育影響很難消除或其它地質(zhì)因素對(duì)孔隙發(fā)育的影響。
圖１ 重慶五坪村龍馬溪組小背斜剖面
針對(duì)上述問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生史樹勇等在王云鵬研究員的指導(dǎo)下，對(duì)重慶五坪村龍馬溪組小背斜進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作(圖1)。小背斜的長約為7m，寬約為3m，由于背斜的規(guī)模較小，所采樣品幾乎位于同一層位，因此在一定程度上可以減弱頁巖非均質(zhì)性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所有樣品的TOC、礦物組成和成熟度之間差異較小(圖2)，說明這些因素不是影響頁巖孔隙發(fā)育的主要因素。WPF1-WPF5樣品位于背斜的核部；WPF15-WPF17樣品位于背斜的次核部；其余的11件樣品位于背斜的翼部(圖1d)。相同層位但構(gòu)造部位不同的頁巖樣品之間頁巖的孔隙發(fā)育差異較大，頁巖的比表面積和孔體積之間呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，說明構(gòu)造變形是影響頁巖孔隙發(fā)育的主要因素。隨著構(gòu)造應(yīng)力從核部、次核部到翼部逐漸增強(qiáng)，無論是微孔、介孔和部分宏孔，頁巖的比表面積和孔體積都呈現(xiàn)出降低的趨勢，但構(gòu)造變形引起的微孔和介孔的相互轉(zhuǎn)化可以忽略(圖3)。此外，我們用構(gòu)造曲率來反映背斜某一特定點(diǎn)的彎曲程度，從而定量評(píng)價(jià)構(gòu)造曲率對(duì)孔隙發(fā)育的影響。相同層位頁巖樣品的曲率從背斜的翼部到次核部、核部逐漸增加，BET比表面積、BJH孔體積、DR孔體積和比表面積也會(huì)隨著曲率的增加而增加，說明構(gòu)造曲率能夠影響頁巖的孔隙發(fā)育(圖4)。
基于以上結(jié)果，可以推測，區(qū)域宏觀尺度背斜的核部若長期處于張性的構(gòu)造環(huán)境下，會(huì)有利于頁巖的孔隙發(fā)育和氣體的保存，能夠?yàn)槲綒夂陀坞x氣提供更多的吸附點(diǎn)位和孔體積。上述結(jié)果對(duì)于深入認(rèn)識(shí)我國不同構(gòu)造部位海相頁巖氣的孔隙特征及含氣性具有重要的啟示意義。
圖2 19件樣品的礦物組成(a)和TOC含量(b)圖
圖3 (a) BET比表面積和BJH孔體積的關(guān)系; (b) DR比表面積和DR孔體積的關(guān)系
圖4 小背斜的曲率和BET比表面積(a), BJH孔體積(b), DR比表面積(c)和DR孔體積(d)的關(guān)系圖
該項(xiàng)研究成果近期發(fā)表在油氣領(lǐng)域國際期刊《Marine and Petroleum Geology》上。該項(xiàng)研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA14010103; XDB10010300)和國家科技重大專項(xiàng)(2017ZX05008-002-030)的聯(lián)合資助。
論文信息：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
