李婉婷，张吉振，肖肖，占梦洋，周钰菡
长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 武汉 430100；长江大学 资源与环境学院，湖北 武汉 430100
摘要：非常规页岩油气勘探开发取得较大进展，储层孔隙发育特征分析是页岩储层评价的关键。本文通过对四川盆地南部（川南地区）龙马溪组页岩孔隙发育特征进行细致研究分析，发现页岩储层中发育有机质孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔和微裂缝等多种类型的孔隙，通过对比研究各类孔隙发育特征，总结了各类孔隙的差异性形貌特征和空间展布特征，并且定量化揭示复杂类型孔隙的面孔率发育特征。
关键词：四川盆地；龙马溪组；页岩；孔隙
1引言
北美页岩油气资源在全球范围内率先取得突破，中国页岩油气资源极其丰富，紧随北美“页岩油气革命”，成为继美国、加拿大之后第三个取得页岩气工业突破的国家[1-3]。页岩油气资源主要在页岩储层孔隙系统中进行赋存、富集。页岩储层孔隙系统的分析研究是页岩油气储层评价的关键，制约着页岩油气资源的勘探与开发[4-6]。
2样品和实验方法
样品主要采自于四川盆地南部（川南地区）下志留系龙马溪组，岩性为黑色、暗色泥页岩。样品主要取自钻井岩心，样品取出后及时进行蜂蜡密封处理，以防止风化，密封样品及时送往实验室进行扫描电子显微镜（SEM）观测分析。实验观测前，需要对页岩样品进行预处理，首先块状页岩样品进行去蜡处理，然后使用钻样机垂直于页岩层理面方向进行小薄片样品的钻取，薄片样品的规格为底径25mm的圆，厚度约为5~8mm。薄片样品的表面需要平整，若表面粗糙不平，使用磨砂纸进行打磨，使得样品表面平整。由于岩石样品导电性较弱，表面平整之后，需要对样品的表面进行镀金处理，使得样品表面具有导电性。镀金处理过程将样品放置于镀金仪中，然后抽取真空，样品表面所镀金膜的厚度为5nm左右。镀金后的样品放置于SEM样品仓中，SEM实验仪器为日立 s-4300 冷场发射扫描电子显微镜（图1），首先需要抽取真空处理，然后调节镜头和焦距，最后调节微焦，使得电镜图像清晰。
3 不同类型孔隙形貌学特征
经过电镜图像观测，发现川南地区龙马溪组页岩储层孔隙类型多样，各类孔隙的形貌学发育特征差异较大（图2）。目前，页岩储层孔隙尚无统一的分类方案，目前广泛使用的是Loucks等（2012）的分类方案，其将泥页岩的基质孔隙分为矿物粒间孔、粒内孔和有机孔3类[7]。
有机质孔隙是由于有机质在生烃演化过程中形成的孔隙，是气体排逸后形成的残余孔隙[7-9]，有机孔通常均匀成片分布于有机内部，孔隙多为纳米级孔隙，形态由于气体压力作用的影响，较为规则，多呈现椭圆形、圆形等，后期由于成岩压力作用的影响，遭受形变容易被挤压变形，成为半月形和狭缝形的孔隙（图2a）。粒间孔隙是指发育于页岩储层矿物颗粒之间的孔隙，这类孔隙通常是由于原始堆积过程中，不完全胶结形成的，使得原始松散堆积的颗粒之间有孔隙的发育在。粒间孔隙受压实作用影响显著，压实作用越强，粒间孔隙越小。受矿物颗粒边缘形状的影响，粒间孔隙通常呈现出棱角状，孔径尺度由几纳米至几微米均有分布（图2b）。粒内孔是指发育于矿物颗粒内部的孔隙，常见于长石、方解石等易溶矿物颗粒内部，主要是由于成岩演化过程矿物转化产生的酸性物质和有机质生烃演化过程中产生的有机酸作用下，溶解易溶矿物所产生的次生孔隙类型。该类型孔隙边缘多较为平滑，孔隙之间有一定的联通性。晶间孔属于粒间孔的类型之一，主要是指发育于黄铁矿晶体颗粒之间的孔隙，该类孔隙多为纳米孔隙，大小较为均匀，棱角状分布。微裂缝可由于构造应力作用和矿物转化溶胀作用影响而形成，开度多＜10微米，多呈现锯齿状、弯曲状和折线状分布。
4 不同类型孔隙面孔率特征
页岩储层孔隙的面孔率数据是定量表征孔隙发育特征的参数指标，可以直观反映孔隙发育情况，而不同类型的孔隙发育情况的定量评价一直是制约孔隙精细分类表征的重要内容，而由于不同类型孔隙特征分类表征技术较为薄弱，使得不同类型孔隙的定量表征结果不甚明确，不利于页岩油气储层的精细评价。本次研究结合Image J软件和Coreldraw软件，探究不同类型孔隙的分类提取方法，进而有效量化获取不同类型孔隙的面孔率信息。具体操作如下：首先基于Image J软件将SEM电镜图像中的孔隙进行二值化提取；然后将二值化的孔隙图像导入至Coreldraw软件中，转化至可编辑的位图模式，导入原SEM电镜图像进行对比识记，将不同类型孔隙进行分类着色并分别导入至不同图层，分层导出不同类型的孔隙的二值化图像，最后将单一类型孔隙二值化图像重新导入Image J软件计算孔隙面积与图像整体视域的比值即为该类型孔隙的面孔率。有机质孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔和微裂缝面孔率分别为1.2% ~6.8%（平均4.3%）、1.1% ~5.4%（平均3.6%）、1.1% ~3.5%（平均2.5%）和0.9% ~5.3%（平均3.7%）。
5 结论
基于SEM扫描电镜，对南地区龙马溪组页岩储层中不同类型的孔隙形貌特征进行分类研究，并结合Image J软件和Coreldraw软件有效地提取不同类型孔隙面孔率信息。结果发现，页岩储层中发育多种类型的微观孔隙，包括有机质孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔和微裂缝等典型孔隙类型，各类孔隙形态、空间展布和发育特征均有较大区别。
参考文献
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作者信息：
姓名：李婉婷，性别：女，出生年月：2001.04.28，民族：汉，籍贯：辽宁本溪，学历：本科生，主要研究方向：非常规油气地质，单位名称：长江大学，地址：湖北省武汉市蔡甸区蔡甸街大学路111号，邮编：430100，Email：a15337274194@163.com
张吉振，男，（1991.07），汉，山东济宁，博士，讲师，毕业于中国矿业大学（北京），主要从事非常规油气地质和有机岩石学相关研究，长江大学，湖北省武汉市蔡甸区蔡甸街大学路111号，邮编: 430100，Email：zjzcumtb@126.com
项目资助：湖北省科技厅自然科学基金青年项目“页岩储层纳米孔隙系统精细表征及页岩气富集机理研究”（2020CFB370）、湖北省教育厅科研计划资助青年项目 “基于人工智能的页岩油气储层纳米级孔隙系统的精细表征研究”（Q20201310）和长江大学创新创业训练计划项目“川南地区海相龙马溪组页岩储层特征精细化研究”（Yz2020386）联合资助。