利用微米X射线显微镜研究陆相延长组页岩孔隙结构特征_王羽.pdf

2020 年 7 月 July 2020 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 39，No． 4 566 －577 收稿日期 2020 －03 －11;修回日期 2020 －04 －12;接受日期 2020 －04 －23 基金项目国家自然科学基金青年科学基金项目 Y915031031 ;中国科学院王宽诚率先人才计划“卢嘉锡国际团队” 项目 GJTD －2018 －10 作者简介王羽， 硕士， 助理研究员， 从事显微成像技术在能源材料领域的研究与应用。E － mailyuwang sinap． ac． cn。 王羽，汪丽华，王建强， 等． 利用微米 X 射线显微镜研究陆相延长组页岩孔隙结构特征［ J］ ． 岩矿测试， 2020， 39 4 566 －577． WANG Yu，WANG Li － hua，WANG Jian － qiang，et al． Investigation on Pore Structures of Yanchang ation Shale Using Micro X － ray Microscopy［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2020， 39 4 566 －577．【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 202003110030】 利用微米 X 射线显微镜研究陆相延长组页岩孔隙结构特征 王羽1， 2，汪丽华3，王建强1， 2，王彦飞4 1． 中国科学院上海应用物理研究所微观界面物理与探测重点实验室，上海 201800; 2． 中国科学院大学，北京 100049; 3． 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射装置，上海 201204; 4． 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029 摘要页岩孔隙结构是决定储层储集与运移能力的关键， 对完善我国陆相页岩气产能评估方法和压裂技术 具有重要意义。本文选取鄂尔多斯盆地陆相延长组 7 段页岩， 利用氩离子抛光 － 扫描电镜和微米 X 射线显 微镜方法研究其孔隙结构特征与三维空间分布特征。扫描电镜结果表明， 延长 7 段页岩中主要发育粒间孔 300 ～600nm 和微裂缝， 是页岩气的主要储集空间。微裂缝多由黏土矿物沉淀形成， 以平直状为主， 易引发 井壁坍塌等严重问题。有机孔发育较少， 一般与有机黏土矿物共存， 绝大部分有机质呈致密状。微米 X 射 线显微镜测试进一步表明， 长7 段页岩在三维空间具有微米级纹层结构， 其中有机质纹层厚10 ～20μm， 揭示 了延长组 7 段页岩层具有较强塑性， 不利于水平压裂。该研究成果将为构建延长 7 段页岩气渗流模型、 改进 压裂技术提供重要数据支持。 关键词微米 X 射线显微镜;氩离子抛光;微纳孔隙;三维结构;纹层结构;陆相延长组页岩 要点 1利用同步辐射 X 射线显微镜方法表征了典型陆相页岩的纹层结构。 2延长组七段页岩气的主要储集空间包括粒间孔和微裂缝。 3黏土沉淀形成的微裂缝和层状有机质不利于延长组 7 段页岩气的水力压裂。 中图分类号P575． 5文献标识码A 得益于海相页岩层系油气资源的钻完井和压裂 技术革新， 美国成为世界上最早实现页岩气商业化 开采的国家， 其页岩气资源主要来自海相或海陆过 渡相地层 ［1 ］。美国页岩气的成功商业化为中国页岩 油气勘探开发关键技术探索提供了一定经验和借 鉴 ［ 2 ］。我国广泛发育有海相、 陆相和海陆过渡相三类 富有机质页岩 ［ 3 ］， 页岩气可采资源量排名世界第二， 其中陆相页岩气可采资源潜力为 7．9 1012m3 ［ 4 ］。然 而， 与海相富有机质页岩相较， 陆相页岩在沉积环 境、 干酪根类型、 有机质成熟度和矿物组分等方面存 在较大差异 ［5 －7 ］。当前， 我国海相页岩气储量评估 方法与压裂技术基本达成共识， 然而关于陆相页岩 气 油 的研究在广度与深度上远远不足。鄂尔多 斯盆地作为我国中新生代大型内陆坳陷沉积盆地， 发育有石炭系、 二叠系和三叠系等系列页岩沉积。 其中三叠系延长组 7 段 C7 烃源岩埋藏浅， 有机质 丰度高， 热演化程度低， 具有良好的页岩气 油 成 藏条件 ［8 －9 ］， 有必要对其展开深入研究。 页岩孔隙结构是决定储层储集与运移能力的关 键， 对构建页岩气渗流模型［10 ］、 完善压裂技术 ［11 ］具 有重要意义。Loucks 等 ［12 ］研究表明页岩中孔隙类 型丰富， 包括粒间孔、 粒内孔、 微裂缝和有机孔等， 不 665 ChaoXing 同类型孔隙结构成因不同， 对页岩气储集能力的贡 献亦不相同。Wang 等 ［13 ］证实页岩矿物基质与有机 质分布模式在一定程度上控制和反映页岩的孔隙结 构特征。王跃鹏等 ［14 ］提出延长组页岩中普遍发育 的纹理结构会形成平行层理的孔缝结构， 严重时造 成井壁坍塌。前人工作表明， 研究页岩孔隙结构有 必要同时考虑有机质与矿物基质的空间分布特征。 研究者围绕鄂尔多斯 C7 页岩孔隙结构已开展了大 量研究工作， 但是受测试方法的限制， 对其微观结构 的认识仍较为薄弱。吴银辉等 ［15 ］、 杨维磊等［16 ］ 、 庞 铭等 ［7 ］、 Jiang 等［17 ］通过气体吸附实验、 高压压汞实 验和核磁共振实验对 C7 页岩孔隙结构特征展开研 究， 结果表明 C7 页岩中 3 ～ 30nm 的孔隙对总孔隙 度贡献最大， 为构建页岩孔隙模型提供了重要数据 参考， 但是上述成果对闭孔表征不足且缺乏对孔隙 空间结构特征的直观认识。徐红卫等 ［18 ］采用扫描 电镜对 C7 页岩孔隙结构特征展开研究， 其研究成 果表明 C7 页岩中主要发育纳米级狭缝型黏土矿物 层间孔， 然而其采用机械抛光制样对页岩表面孔隙 结构造成了一定破坏， 同时缺乏对页岩不同组分三 维空间分布特征的认识。 1逆冲推覆带; 2古板块碰撞对接带; 3河流。 图 1鄂尔多斯盆地遥科 1 井构造位置示意图 Fig． 1Geotectonic position of Yaoke －1 Well，Ordos Basin 目前， 油气领域多采用氩离子抛光 － 扫描电镜 方法对页岩孔隙结构进行直观观测 ［13， 19 －20 ］。该方 法有助于快速认识页岩孔隙类型、 分布模式及孔径 范围等， 然而不足以提供精确数据用以构建页岩气 三维渗流模型。对页岩三维结构的认识主要是利用 微米 X 射线显微镜 micro X － ray microscope ［13， 21 ］、 纳米 X 射线显微镜 nano － transmission X － ray microscope，TXM ［21 －24 ］与聚焦离子束 － 扫描电子 显 微 镜 focusedionbeam － scanningelectron microscope，FIB － SEM ［25 －27 ］。与 TXM 和 FIB － SEM 方法相较， 微米 X 射线显微镜方法的扫描范围 大且成本较低， 是研究陆相页岩纹理结构特征的重 要技术手段。基于此， 本文选取鄂尔多斯盆地南缘 代表性 C7 页岩， 采用氩离子抛光 － 扫描电镜与同 步辐射微米 X 射线显微镜方法， 对 C7 页岩的孔隙 结构特征进行详细表征， 探究陆相页岩孔隙结构特 征影响因素， 以期为完善陆相页岩气产能评估与压 裂技术提供参考。 1实验部分 1． 1实验样品 C7 页岩实验样品采自鄂尔多斯盆地遥科一 YK1 井。YK1 井位于陕西省铜川市， 构造位置属 于鄂尔多斯盆地南缘渭北隆起构造单元 图 1 。 长 7油层组位于延长组中下部， 代表湖盆最大扩张 期。该时期随着盆地强烈沉陷， 湖盆从长 8 期开始 至长 7 期达到鼎盛时期， 环绕湖盆退积型三角洲广 泛发育并在开阔的浅湖 － 深湖区形成延长组的最主 要的生油岩系 ［16 ］。岩心观测发现， C7 页岩以黑色 油页岩、 凝灰岩与含油砂岩为主， 夹杂碳酸盐岩薄 层， 如图 2 所示。 765 第 4 期王羽， 等利用微米 X 射线显微镜研究陆相延长组页岩孔隙结构特征第 39 卷 ChaoXing 图 2遥科 1 井延长组 7 段岩性柱状图与岩心样品 Fig． 2Lithological column and core sample of Member 7， Yanchang ation shale from Yaoke －1 Well X 射线粉晶衍射测试表明， C7 页岩样品中的石 英与长石平均含量较高 分别为 32 和 24 ， 碳 酸盐岩和黄铁矿含量相对较低， 分别为 9 和 3。 脆性矿物平均含量大于 50， 有利于天然裂隙和人 工诱导裂缝的发育。黏土矿物含量为 33， 几乎全 部由伊蒙混层组成。伊蒙混层中伊利石含量为 80， 主要为有序混层矿物 R 1 型 ， 表明延长组 7 段页岩处于成岩阶段中期 ［28 ］。实验样品有机碳 平均含量为 4． 79， 属于富有机质页岩， 其平均镜 质体反射率为 0． 72， 对应有机质未成熟或低成熟 阶段。 1． 2样品测试和数据分析方法 1． 2． 1扫描电镜测试 选取新鲜页岩样品薄片～1cm2 ， 对其进行初 步机械抛光后 2400 目 ， 放入离子减薄仪 LJB － 1A， 沈阳华业公司 ， 利用氩离子束轰击预抛光的表 面， 得到品质较高的平面进行扫描电镜观察。制样 过程中， 氩离子减薄仪的工作电压为 5kV， 电流为 100μA， 抛光时间为 10 ～ 12h［19， 25 ］。扫描电镜观测 利用 Merlin Compact LE0 1530 VP 电镜 卡尔蔡司 公司 完成， 矿物元素组成定性定量分析使用 AZtec X － Max 能谱仪 牛津仪器 进行。实验时扫描电镜 加速电压为 5kV， 工作距离为 4 ～ 6mm; 能谱仪的工 作电压为 15kV， 工作距离为 8 ～10mm。 1． 2． 2同步辐射 X 射线显微镜测试 利用砂纸将 C7 页岩样品打磨成圆柱形， 直径 大约 5mm。微米 X 射线显微镜扫描实验在上海同 步辐射装置 X 射线成像及生物医学应用光束线 BL13W1 ［29 ］开展。X 射线在磁场强度 1． 9T、 磁周 期 14cm 的十六极摆动器中激发， 通过 Si 111 双晶 单色器进行单色化后穿过样品， 然后被带有闪烁体 的电荷耦合元件系统接收［11 ］。本文实验像素尺寸 为 3． 25μm， 能量为 25keV， 样品到探头的距离为 10cm。扫描过程中将样品的一端固定在旋转样品 台上。整个实验中样品台共旋转 180， 每隔 0． 2采 集一张投影图像。通过样品台的旋转， 采集不同视 角的 投 影 图 像，利 用 PITRE phase － sensitive X － ray image processing and tomography recons － truction 软件进行图像重构 ［30 ］。首先， 利用5 张暗 场图像与 20 张明场图像进行背景强度校正; 其次， 将采集的投影图像转换成正弦图像并进行归一化处 理; 最后， 利用滤波反投影方法对正弦化图像进行 重构 ［31 ］。 1． 2． 3数据分析方法 微米 X 射线显微镜重构数据利用 Avizo 软件进 行分析。首先， 选择页岩代表性体积块 1625μm 1625μm 1625μm， 利用非局部均值滤波算法对所选 CT 图像进行平滑。其次， 依据孔隙、 有机质、 碳酸盐 岩和硅酸盐岩等对 X 射线的吸收系数差异， 采用阈 值分割方法进行图像分割， 实现延长 7 段页岩三维 结构的重建与可视化。 2结果与讨论 2． 1孔隙二维结构特征 本文在参考 Loucks 等 ［12 ］页岩孔隙分类方案基 础上， 依据孔隙成因与其赋存特征将 C7 页岩气储 集空间划分为无机孔、 有机孔和微裂缝三类， 如表 1 所示。 2． 1． 1无机孔和微裂缝结构特征 C7 页岩中无机孔广泛发育， 包括粒间孔、 黏土 矿物层间孔和溶蚀孔等。粒间孔主要发育在脆性矿 物周缘和黏土碎屑之间。脆性矿物周缘孔以狭缝形 为主， 孔长约 1μm， 孔宽约 100nm 图 3a ， 在 C7 页 岩中普遍发育; 粉砂级黏土岩屑彼此连接， 形成原生 粒间孔， 是 C7 页岩中发育最多的孔隙类型， 以三角 形为 主， 孔 径 集 中 于 30 ～ 250nm， 连 通 性 较 好 865 第 4 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2020 年 ChaoXing 图 3b 。黏土矿物层间孔发育在黏土矿物层间， 以 平直狭缝状为主， 孔长 1 ～ 3μm， 孔宽数十纳米 图 3c ， 发育较少。溶蚀孔是烃源岩生烃过程中产 生大量有机酸将矿物溶解所形成的次生孔隙。C7 页岩中溶蚀孔数量较少且孤立存在， 以凹坑状为主， 孔径 50 ～300nm 图 3d 。 表 1遥科 1 井延长 7 段页岩孔隙类型及其特征 Table 1Pore types and characteristics of C7 Member shale from Yaoke －1 Well 孔隙类型孔隙示意图孔隙形态孔径范围分布特征 无机孔 粒间孔 三角形或 狭缝形 30nm ～1μm 发育在脆性矿物周缘及粉砂级黏土 矿物碎屑之间， 普遍发育， 连通性 较好 黏土矿 物层 间孔 平直狭缝状 长 1 ～3μm， 孔宽数十纳米 分布于黏土矿物层间， 不甚发育 溶蚀孔凹坑状50 ～300nm 多见于石英、 长石等矿物内部， 彼此 孤立 晶内孔、 生物孔、 晶间孔 等 圆形、 椭圆形 或方形等 百纳米 ～ 数十微米 与矿物相关， 如生物遗体被黄铁矿 充填， 彼此孤立; 或形成于矿物晶间 有机质 与 有机孔 连续且不规则状N/A 有机质最主要的赋存方式， 即粒间 孔被有机质完全充填， 且有机质内 部无孔隙发育 致密 有机质 集合体 形式 N/A 与黄铁矿呈现出包裹关系， 与微晶 之间残余少许孔缝 有机质分散状， 发育锯齿 状孔隙 数百纳米 至数微米 致密有机质与基质矿物接触面之间 发育孔隙， 较为普遍 有机孔 狭缝状、 三角状 50 ～300nm 受控于黏土矿物层间孔结构， 有机孔最主要的存在形式 凹坑状或 椭圆状 30 ～200nm受生烃作用控制， 发育较少 微裂缝狭缝状 长数微米， 宽几百纳米 发育 于 脆 性 矿 物 的 边 缘 或 机 械 不稳定部位， 较平直， 延伸长 注N/A 表示 not applicable 不适用 。 965 第 4 期王羽， 等利用微米 X 射线显微镜研究陆相延长组页岩孔隙结构特征第 39 卷 ChaoXing a狭缝状矿物周缘孔;b原生粒间孔， 以三角形为主;c黏土矿物层间孔， 呈平直狭缝状;d凹坑状溶蚀孔， 连通性差;e黄铁矿 晶内孔， 呈圆形;f图 3e 中十字标记区域能谱图;g生物孔;h锐钛矿晶间孔;i图 3h 中十字标记区域能谱图;j，k，l微裂缝。 图 3遥科 1 井延长 7 段页岩中无机孔和微裂缝发育特征 Fig． 3Mineral matrix pores and micro fractures developing in C7 Member shale from Yaoke －1 Well C7 页岩中同时发育黄铁矿晶内孔和锐钛矿晶间 孔等特殊的孔隙类型。黄铁矿晶内孔见图 3e。能谱 图 图3f 表明图3e 中十字标记区域元素组成主要为 Fe、 S、 O、 Si。该类孔隙基本呈圆形， 黄铁矿质孔隙壁 厚3 ～5μm， 孔径数十微米， 孔隙部分或全部被矿物碎 屑或有机质充填， 彼此之间并无连通性。锐钛矿晶间 孔如图3h 和图 3i 所示， 孔径集中于数百纳米， 连通 性较好。此前在海相沉积威远九老洞组页岩 ［ 19 ］ 、 辽 河凹陷沙河街组页岩 ［ 32 ］中均观测到该类型孔隙， 表 明锐钛矿晶间孔的主要形成机理并非受控于沉积环 境。C7 页岩中亦发育少许生物孔， 如图 3g 所示， 孔 径30 ～50nm， 推测为生物遗体被矿物质充填所形成。 微裂缝在 C7 页岩中较为发育， 以构造裂缝为 主。构造裂缝一般沿机械不稳定面发育， 如脆性矿 物与片状黏土矿物的外部或颗粒之间 图 3j， 3k ， 或沿黏土矿物层理发育 图 3l ， 较平直， 延伸尺度 较大， 长数微米， 宽度几百纳米。普遍发育的微裂缝 是沟通各类微观孔隙的桥梁， 为页岩气运移提供了 重要的渗流通道。 2． 1． 2有机质与有机孔发育特征 C7 页岩中有机孔发育较少， 依据发育形态和成 因可分成两类。第一类有机孔发育在离散状有机质 内部， 其形成受控于有机质生烃作用， 发育极少， 呈 椭圆状或凹坑状 图 4a 等， 孔径 30 ～200nm。另外 075 第 4 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2020 年 ChaoXing a，b，c有机孔， 主要发育在有机质之间;d，e，f，g，h，i有机质赋存特征。 图 4遥科 1 井延长 7 段页岩中有机孔和有机质的赋存特征 Fig． 4Organic pores and organic matter in C7 Member shale from Yaoke －1 Well 一类有机孔与有机黏土矿物共生， 是 C7 页岩中有 机孔最主要的存在形式。该类有机孔具有继承性结 构， 受黏土矿物层间孔的形貌控制， 以狭缝状或层状 为主， 如图 4b 和 4c 所示。黏土矿物强烈的吸附能 力促使有机质在烃源岩中富集， 与黏土矿物以结合 态存在。在有机质生烃过程中， 黏土矿物降低了生 烃反应活化能， 同时为其提供了电子 OH － 和质子 H 来源。类似结构在四川盆地页岩气勘探有利 储层龙马溪组海相页岩中发现较多［6 ］， 不仅佐证了 黏土矿物的催化生烃作用， 而且说明陆相页岩有机 孔的形成机理与海相页岩具有一定相似性。 C7 页岩中存在大量致密有机质， 大小数百纳米 至数微米， 形态复杂， 主要受控于无机孔缝的形状。 图 4d 中有机质彼此连接， 填充于不规则状矿物碎屑 粒间孔中， 与粒间孔边缘完全接触; 图 4e 中条带状 有机质充填于粒间孔中， 彼此孤立存在， 单个有机质 长达数十微米; 图 4f 中条带状有机质则充填于黏土 矿物层间， 取向与黏土矿物一致， 宽 50 ～200nm。部 分有机质与黄铁矿共生， 表现为包裹关系， 如图 4g 所示， 黄铁矿晶间孔几乎完全被有机质充填， 仅在有 机质与微晶之间残余少许孔缝。致密有机质与矿物 基质接触面之间发育部分孔隙， 该类孔隙往往与有 机质取向一致， 呈锯齿状、 平直状和三角状等， 孔径 集中于数微米， 如图 4h 和图 4i 所示。 2． 2页岩三维结构特征 C7 页岩微米 X 射线重构图像如图 5a 所示。 图像中灰度值由白 255 到黑 0 代表物质的密度 由大到小。结合扫描电镜数据判断， 白色部分主要 为黄铁矿， 灰白色部分主要是钙质或铝铁质矿物; 黑 色部分代表低密度物质， 理论上包括微孔隙、 微裂缝 和有机质。以下将低密度物质界定为有机质， 主要 原因如下 扫描电镜观测证实 C7 页岩中主要发育 纳米 孔， 本 文 微 米 X 射 线 扫 描 实 验 分 辨 率 3． 25μm 不足以识别; 从重构图像中可以看出， 低密 度物质大小集中于亚微米至微米， 主要呈带状或星 点状等， 与扫描电镜下有机质的形貌大小一致; 剖面 线 图 5b 经过低密度物质时， 灰度值均在 90 左右 孔隙灰度值接近 0 。 经过物相分割， 通过三维数值模拟得到 C7 页 岩三维结构， 如图 6 所示。有机质、 钙质 包括铝铁 175 第 4 期王羽， 等利用微米 X 射线显微镜研究陆相延长组页岩孔隙结构特征第 39 卷 ChaoXing a页岩微米 X 射线重构图像有机质 黑色 ， 黄铁矿 白色 ;bL1、 L2 为 a 图中剖面线所示物质的灰度值剖面图。纵坐标 灰度值。 图 5基于 X 射线重构图像的物质识别 Fig． 5Segmentations based on X － ray microscopy images 图 6延长 7 段页岩三维重构图像 Fig． 6Three dimensional reconstructions of C7 Member shale 275 第 4 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2020 年 ChaoXing 质 矿物和黄铁矿分别以红色， 绿色以及黄色标记， 空白区域代表硅铝质矿物 石英和长石等 。图 6 表明 C7 页岩中， 有机质与钙质、 铝铁质矿物排列有 序， 在微米尺度上具有明显的纹层结构， 黄铁矿则以 无序状分散在矿物基质中。 图 6b 展示了 C7 页岩有机质三维空间分布特 征。有机质体积含量为 3． 4， 整体呈纹层结构。 大部分有机质体积较小， 均匀地分散于矿物基质中; 少数有机质体积较大， 取向与纹层一致， 如图 7a 所 示。图7a 是图6b 中部分有机质的放大图， 从图中能 够看出该有机质颗粒长约700μm， 宽约80μm， 呈不完 全连续分布。钙质和铝铁质矿物的三维空间结构如 图6c 所示， 其体积百分数达 7． 5， 同样具有纹层结 构， 取向与有机质分布模式一致。与有机质的均匀分 布不同， 钙质与铝铁质矿物在某些纹层内出现富集。 此外， 少量铝铁质矿物呈球状， 体积较大， 如图 7b 所 示， 随机分布于矿物基质中。黄铁矿体积含量较低， 约0．7， 在三维空间中随机分布， 如图 6d 所示。黄 铁矿颗粒大小集中于 10 ～20μm， 相对均匀地分散于 矿物基质中; 少数黄铁矿聚集在一起， 形成团块儿状 集合体。部分黄铁矿可能充填于生物遗体中， 其三维 结构放大图如图 7c 所示。从图中可以看出， 该类孔 a有机质;b铝铁质矿物;c黄铁矿晶内孔。 图 7延长 7 段页岩中不同物相三维结构的放大图 Fig． 7Enlarged images showing three dimensional structures of different phases in C7 Member shale 呈不封闭的球状， 孔径约45μm。 2． 3孔隙结构特征与其控制因素 扫描电镜观测结果表明 C7 页岩中无机孔和微 裂缝最为发育。无机孔以发育在黏土碎屑颗粒之间 的原生粒间孔为主， 黏土矿物层间孔和脆性矿物周 缘孔等海相页岩中普遍发育的孔隙类型发现较少。 一方面， 页岩中大量存在的碎屑状黏土矿物为孔隙 发育提供了物质基础， 是控制主要孔隙类型发育的 重要因素之一; 另一方面受成岩作用控制， 原生层间 孔和脆性矿物周缘孔难以保存［33 ］。与四川盆地广 泛发育的海相页岩相较， C7 页岩中有机孔鲜有 发育 ［5 －7 ］。有机孔的形成、 形貌及大小主要与有机 375 第 4 期王羽， 等利用微米 X 射线显微镜研究陆相延长组页岩孔隙结构特征第 39 卷 ChaoXing 质含量、 类型和热成熟度密切相关。鄂尔多斯盆地 三叠系 C7 页岩热演化程度较低， 大部分处于低成 熟阶段， 因此不具备大量发育有机孔的条件。有机 质主要呈致密态， 不均匀地充填于无机孔与微裂缝 中， 在一定程度上进一步降低了孔隙度。 扫描电镜测试表明 C7 页岩中介孔数量占绝对 优势， 对孔隙体积贡献最大， 提供了主要的储集空 间。黏土矿物颗粒细小， 分选好， 是介孔大量发育的 关键因素。鄂尔多斯盆地长 7 期深湖细粒沉积背景 导致原始的粒间孔隙相对较小［34 －35 ］; 强烈的压实作 用使颗粒间紧密接触， 同时胶结作用使大的粒间孔 隙消失， 残留了小尺度的粒间孔隙 ［36 ］。C7 页岩中 亦发育少量宏孔， 孔径主体数百纳米， 主要以粒间孔 和微裂缝形态存在。脆性矿物含量较高是宏孔发育 的重要原因。但是细粒黏土矿物与有机质的充填作 用， 在一定程度上导致宏孔数量降低。 2． 4对页岩气运移和压裂的启示 本文利用微米 X 射线显微镜证实 C7 页岩在微 米尺度上具有明显的纹层结构， 有机质纹层发育且 连续性强， 表明 C7 页岩具有较强塑性。李丽慧 等 ［37 ］通过三轴压裂实验证实该类结构中， 压裂缝以 沿纹层扩展为主且易再次闭合， 从而降低了储层的 可压裂性。不过， 随着有机质成熟度的增加， 该结构 沿层理方向易于形成相互连接的孔隙网络， 从而有 利于页岩气的横向运移［38 ］。扫描电镜测试表明各 纹层中的微米级微构造裂缝发育较多， 王跃鹏等 ［14 ］ 认为该类裂缝可能是由于水进入页岩内部发生水化 作用， 导致黏土矿物沉淀而形成的。该结构意味着 水力压裂开采技术容易破坏 C7 页岩结构的完整 性， 引发井壁坍塌等严重问题。 3结论 本文利用氩离子抛光 － 扫描电镜和微米 X 射 线显微镜方法， 对鄂尔多斯陆相延长 7 段页岩孔隙 结构特征进行研究。测试结果表明 ①受黏土碎屑 和成岩作用控制， 延长 7 段页岩中主要发育纳米级 粒间孔与微米级微裂缝， 是页岩气的主要储运空间。 有机质主要呈致密状， 有机孔发育较少， 一般与有机 黏土矿物共存。②延长 7 段页岩在微米尺度上具有 明显的纹层结构， 有机质纹层发育且连续性强， 不利 于储层压裂。同时， 大量存在的黏土矿物与微裂缝 在水力压裂时容易引发井壁坍塌等严重问题。 微米 X 射线显微镜技术是深入研究陆相页岩纹 层三维结构特征的有效方法， 与氩离子抛光 － 扫描电 镜技术结合， 有利于实现页岩孔隙结构特征的多尺度 多维度综合表征。本文研究成果可为后期页岩气水 平井结构设计、 提高井壁稳定性提供改进思路。 4参考文献 ［ 1］周庆凡， 金之钧， 杨国丰， 等． 美国页岩油勘探开发现 状与前景展望［ J］ ． 石油与天然气地质， 2019， 40 3 469 －477． Zhou Q F， Jin Z J， Yang G F， et al． Shale oil exploration and production in the U． S． Status and outlook［J］ ． Oil ＆ Gas Geology， 2019， 40 3 469 －477． ［ 2］Tarnawski M． American experience with shale gas［J］ ． Studies in Politics and Society， 2018， 16 1 26 －37． ［ 3］Zou C N， Dong D Z， Wang Y M， et al． Shale gas in China Characteristics， challenges and prospects Ⅱ ［ J］ ． Petroleum Exploration and Development， 2016， 43 2 182 －196． ［ 4］吴辰泓， 高胜利， 高潮． 鄂尔多斯盆地陆相页岩气特殊 性及面临的挑战［J］ ． 非常规油气， 2017， 4 2 64 －72． Wu C H， Gao S L， Gao C． Characteristics and challenges ofcontinentalshalegasinOrdosBasin ［J］ ． Unconventional Oil ＆ Gas， 2017， 4 2 64 －72． ［ 5］Yang C， Zhang J C， Tang X， et al． Comparative study on micro－ porestructureofmarine，terrestrial，and transitional shales in key areas， China［J］ ． International Journal of Coal Geology， 2017， 171 76 －92． ［ 6］Wang Y， Wang L H， Wang J Q， et al． Characterization of organic matter pores in typical marine and terrestrial shales， China［J］ ． Journal of Natural Gas Science and Engineering， 2018， 49 56 －65． ［ 7］庞铭， 陈华兴， 唐洪明， 等． 海相页岩与陆相页岩微观 孔隙结构差异 以川南龙马溪组、 鄂尔多斯延长组 为例［ J］ ． 天然气勘探与开发， 2018， 41 2 29 －36． Pang M， Chen H X， Tang H M， et al． Differences of micropore structure between marine shale and continental shale Examples from Longmaxi ation in Southern Sichuan Basin and Yanchang ation in Ordos Basin ［ J］ ． Natural Gas Exploration and Development， 2018， 41 2 29 －36． ［ 8］杨巍， 陈国俊， 吕成福， 等． 鄂尔多斯盆地东南部延长 组长 7 段富有机质页岩孔隙特征［ J］ ． 天然气地球科 学， 2015， 26 3 418 －426． Yang W，ChenGJ，LCF，etal． Micropore characteristics of the organic － rich shale in the 7th Member of the Yanchang ation in the southeast of Ordos Basin［ J］ ． Natural Gas Geosciences， 2015， 26 3 418 －426． 475 第 4 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2020 年 ChaoXing ［ 9］王金月， 鞠玮， 申建， 等． 鄂尔多斯盆地定边地区延长 组长 71储层构造裂缝分布预测［J］ ． 地质与勘探， 2016， 52 5 966 －973． Wang J Y， Ju W， Shen J， et al． Quantitative prediction of tectonic fracture distribution in the Chang 71reservoirs of the Yanchang ation in the Dingbian area， Ordos Basin［J］ ． Geology and Exploration， 2016， 52 5 966 －973． ［ 10］ Cao G H， Lin M， Jiang W B， et al． A 3D coupled model of organic matter and inorganic matrix for calculating the permeability of shale［ J］ ． Fuel， 2017， 204 129 －143． ［ 11］ Liu S M， Zhang R， Karpyn Z， et al． Investigation of acce － ssible pore structure evolution under pressurization and adsorption for coal and shale using small － angle neutron scattering［ J］ ． Energy ＆ Fuels， 2019， 33 2 837 －847． ［ 12］ Loucks R G， Reed R M， Ruppel S C， et al． Spectrum of pore types for matrix － related mud pores［J］ ． AAPG Bulletin， 2012， 96 6 1071 －1098． ［ 13］ Wang Y， Wang L H， Wang J Q， et al． Investigating micro － structure of Longmaxi Shale in Shizhu area， Sichuan Basin， byopticalmicroscopy， scanningelectron microscopy and micro － computed tomography ［J］ ． Nuclear Science and Techniques， 2017， 28 11 163． ［ 14］ 王跃鹏， 刘向君， 梁利喜． 鄂尔多斯盆地延长组张家 滩陆相页岩各向异性及能量演化特征［ J］ ． 岩性油气 藏， 2019， 31 5 149 －160． Wang Y P， Liu X J， Liang L X． Anisotropy and energy evolution characteristics of Zhangjiatan continental shale of Yanchang ation in Ordos Basin［J］ ． Lithologic Reservoirs， 2019， 31 5 149 －160． ［ 15］ 吴银辉， 周文， 陈文玲， 等． 鄂尔多斯盆地长 7 段泥页 岩储层物性特征及控制因素研究［ J］ ． 石油化工应用， 2017， 36 12 78 －83． Wu Y H， Zhou W， Chen W L， et al． Physical properties and controlling factors of shale reservoir in Chang 7 Member of Ordos Basin［J］ ． Petrochemical Industry Application， 2017， 36 12 78 －83． ［ 16］ 杨维磊， 李新宇， 徐志， 等． 鄂尔多斯盆地安塞地区长 7 段页岩油资源潜力评价［J］ ． 海洋地质前沿， 2019， 35 4 48 －56． Yang W L， Li X Y， Xu Z， et al． Shale oil resources assessment for the member Chang 7 in Ansai area of Ordos Basin［ J］ ． Marine Geology Letters， 2019， 35 4 48 －56． ［ 17］Jiang Z， Zhang D X， Zhao J L， et al． Experimental investigation of the pore structure of triassic terrestrial shale in the Yanchang ation， Ordos Basin， China ［ J］ ． Journal of Natural Gas Science and En