川东南地区五峰-龙马溪组深层超压富有机质页岩孔隙结构分形特征及其地质意义

Fractal Characteristics of Pore Structure in Deep Overpressured Organic-Rich Shale in Wufeng-Longmaxi Formation in Southeast Sichuan and Its Geological Significance

摘要

为明确川东南地区五峰-龙马溪组深层超压富有机质页岩的微观孔隙结构及其分形特征，以丁山-东溪地区五峰-龙马溪组深层超压富有机质页岩为研究对象，在查明页岩岩矿学和地球化学特征基础上，综合运用高分辨率扫描电镜、低温气体（CO₂、N₂）吸附以及高压压汞等研究手段，定量表征五峰-龙马溪组深层超压不同岩相富有机质页岩的微观孔隙结构特征.基于分形理论，利用低温CO₂、N₂吸附实验、高压压汞手段获得页岩不同尺度孔隙的分形维数，揭示页岩孔隙结构特征、矿物组成、TOC含量和分形维数的关系及其地质意义.研究表明，川东南丁山-东溪地区五峰-龙马溪组页岩样品普遍发育有机孔、无机孔（粒间孔和粒内孔）以及微裂缝；孔隙形态主要为楔形、狭缝型以及平行板状等；孔径分布呈多峰型，中孔为总孔隙体积的主要贡献者（约占59 %），微孔为总孔隙体积的次要贡献者（约占35 %），大孔对总孔隙体积的贡献较小.受矿物类型和含量、TOC含量和成岩作用等因素的共同影响，不同岩相页岩孔隙演化存在差异，最终造成现今储层的强非均质性和复杂的孔隙结构特征.研究区五峰-龙马溪组页岩孔隙具明显多尺度分形特征，不同岩相和不同尺度孔隙分形维数特征均存在差异，反映了页岩孔隙结构具有极强非均质性，其中硅质页岩微孔分形维数D ₁和中孔分形维数D ₂最大，发育更为复杂的微孔及中孔孔隙结构网络，可提供大量气体吸附点位和富集空间；而富硅泥质页岩具有最大的大孔分形维数D ₃，指示大孔孔隙空间结构相对更复杂，可提供更大的孔隙容纳空间，利于游离态页岩气的赋存.

关键词

川东南地区 / 五峰-龙马溪组 / 深层超压页岩 / 微观孔隙结构 / 分形特征 / 矿床学

Key words

Southeast Sichuan basin / Wufeng-Longmaxi Formation / deep overpressured organic-rich shale / microscopic pore structure / fractal dimension / mineralogy

基金资助

国家自然科学基金企业创新发展联合项目(U19B6003-03-03)

国家自然科学基金(42172157;41772143;41902140)

中国石油科技创新基金项目(2020D-5007-0103)