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龙马溪组中熟-石墨化热演化阶段页岩孔隙特征及演化

龙马溪组；孔隙演化；热模拟；中熟页岩

随着深层页岩气勘探开发力度的不断增加，由浅层、中浅层页岩气逐渐向深层页岩气拓展，在自贡、渝西、泸州、焦石坝外围等区块开展了深层页岩气勘探，获得了“规模性”突破，展示了深层页岩气良好的勘探开发前景。川南龙马溪组深层页岩埋深介于3500~6000m，热演化程度主体在2.0%~3.5%Ro的范围内。由于埋深增大、热演化程度增加，页岩孔隙结构及储气能力发生变化，与中浅层页岩差异明显。以往的研究主要针对3500m以浅，Ro介于2.0%~2.5%之间的页岩，而对于川南深层更高成熟度的页岩孔隙特征的研究较少，主要集中在不同区块的孔隙类型、孔隙占比、孔隙大小等静态特征表征，对不同热演化阶段页岩孔隙结构、储集能力还未有较明确的认识。对深埋藏过成熟龙马溪页岩孔隙演化特征不明确、储气能力不清楚，严重阻碍了深层页岩增储上产进程。

本次研究以庙坝剖面龙马溪组中熟页岩为对象开展封闭体系热模拟实验，结合四川盆地龙马溪组高热演化阶段自然样品，利用岩石学、地球化学及孔隙表征等相关实验，分析了龙马溪组中熟-石墨化热演化阶段（Ro介于1.16%~3.64%，其中Ro介于1.16%~3.2%为热模拟样品）页岩孔隙特征及演化规律。研究结果显示，庙坝剖面中熟页岩具有高黏土（＞30%）、低石英（＜40%）特征，为碳酸盐质-硅质页岩或黏土质页岩相，有机孔仅有少量圆形-次圆形小孔与有机质收缩缝发育，无机孔发育程度高，以黏土矿物片间孔缝为主，孔径可达10μm以上。随热演化程度增加，页岩TOC含量整体呈下降趋势，石英含量由31.0%上升至52.4%，与之对应黏土矿物、长石、碳酸盐矿物等相对不稳定矿物均呈下降趋势，其中黏土含量由32%下降至18.4%，下降幅度最大，黏土组分中伊利石占比由66.0%上升至88.0%，页岩整体由黏土质页岩相向硅质页岩相转化。在持续埋深过程中，有机孔发育主要受热演化程度影响，Ro介于1.16%~2.0%时，有机质生成液态烃，有机孔以有机质收缩孔缝为主；Ro介于2.0%~2.8%时，有机孔发育程度随气态烃的产生而逐渐增加，孔隙形态由不规则有机质收缩孔缝向气泡状有机孔转化，Ro=2.8%时有机孔隙度达到最大值，为3.71%，孔隙占比55.62%，孔径主要介于10~500nm，最大可达微米级；随成熟度进一步增加，干酪根生烃量降低，有机孔隙内压不足以抵抗上覆压力的增加，其孔径在压实作用下缓慢降低，当Ro＞3.5%（石墨化程度＞18%）时，有机质发生坍塌形变，有机孔发育程度迅速降低。在Ro介于1.16%~1.3%时无机孔受压实作用影响，黏土矿物片间孔缝迅速减少，孔隙体积降低；Ro介于1.3%~2.1%时，由于刚性矿物的支撑作用，压实作用减缓，矿物发生转化作用且有机质生烃排出有机酸，胶结作用与溶蚀作用发挥影响，无机孔隙度缓慢增加，Ro=2.1%时无机孔隙度最高，可能与上覆压力达到碳酸盐岩矿物破裂压力，产生压实破裂孔缝同时加速了溶蚀作用有关；过成熟晚期热演化阶段（Ro＞3.0%）无机孔以溶蚀孔缝与黏土片间孔缝为主，受压实作用影响孔隙体积缓慢降低。基于研究结果，建立了龙马溪组中熟-石墨化页岩孔隙演化模式（图1），为明晰深层页岩孔隙特征、认识页岩气富集差异提供了理论参考。