基于有机质类型的陆相烃源岩有机孔隙成因研究

The organic matter (OM) hosted pores in source rock can serve as path and reservoir in hydrocarbon expulsion and hydrocarbon retention, respectively. Therefore, the abundance of OM pore has an effect on hydrocarbon expulsion efficiency and the enrichment of shale oil and shale gas. At present, the origin of OM pore is controversial, and the evolution of OM pore in continental source rocks has not been well studied. In this study, three serials of source rocks with type I, type II, and type III OMs are selected. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and low-pressure gas adsorption will be employed to study their pore characteristics. The in-situ observation will be performed on the samples with low maturity through pyrolysis simulation experiments. Based on the analysis data above and the theories of petroleum geology and geochemistry, the origin and evolution of OM pore in continental source rocks could be revealed. The results can provide some theoretical implications in hydrocarbon expulsion and the evaluation of shale oil and shale gas.

烃源岩中的有机孔隙可以作为烃类的排驱通道和滞留空间。因此，有机孔隙的发育程度对排烃效率与页岩油气富集程度有重要影响。目前,有机孔隙的成因尚存在争议，同时缺乏对陆相烃源岩中有机孔隙演化特征的研究。针对陆相烃源岩有机孔隙成因这一科学问题，本项目拟选取富含Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型有机质、不同热演化阶段的陆相烃源岩及其干酪根为研究对象，采用场发射扫描电镜和低压气体吸附对它们进行孔隙表征，并对热演化程度较低的样品进行基于环境扫描电镜的热模拟实验，原位观察有机孔隙演化特征。在上述分析测试的基础上，结合油气地质与地球化学基本理论，以期揭示陆相烃源岩中有机孔隙成因，并明确不同类型有机质的孔隙演化特征。研究结果可以为烃类排驱和页岩油气评价方面的工作提供理论依据。

陆相烃源岩中有机孔隙的发育程度可能与有机质类型有关。本次研究采集我国松辽盆地青山口组（I型有机质）、鄂尔多斯盆地长7油层组（II型有机质）和渤海湾盆地沙河街组（II型有机质）的典型烃源岩样品开展了有机地球化学、矿物组成和孔隙表征等分析测试。在这些实验结果的基础上，探讨了陆相烃源岩有机孔隙发育特征及其控制因素。主要取得了四个方面的认识：a.分别对长7油层组的10个烃源岩及其干酪根样品进行低压气体吸附实验，结合TOC含量，估算了有机孔隙和无机孔隙对总孔隙的贡献。结果表明有机孔隙对微孔、中孔和大孔的贡献平均值分别为45.98%、27.2%和33.27%。有机孔隙的贡献率主要受到热演化程度的控制，说明有机质受热分解是有机孔隙形成的主要机理；b.借助于加水热模拟实验获得了不同热演化程度的松辽盆地青山口组烃源岩样品，对它们进行孔隙结构表征。结果表明，镜质体反射率在0.71%~0.82%范围内时，微孔体积减小，当反射率大于1.08%之后，微孔体积随着成熟度的增加而增大。反射率在0.71%~0.82%范围内，中孔体积略微减小，随着成熟度进一步增加，中孔体积开始增大。微孔体积的变化可以解释为液态烃的生成和裂解；中孔体积的变化主要是有机质分解增孔引起的。各演化程度的样品中均未观察到扫描电镜可见的有机孔隙；c.对长7油层组烃源岩的全岩、抽提后和干酪根样品的分形维数开展了对比研究。结果表明全岩样品的分形维数略低于抽提后样品，而干酪根样品的分形维数远低于另外两种样品。这说明抽提后样品的表面最粗糙，干酪根样品的表面结构最均一。d.将同一块烃源岩样品分别粉碎至5~250目9种粒径，分别对它们进行低压气体吸附实验，通过对比各样品的实验结果。我们发现对于CO2吸附实验，当样品粒度小于20目时，孔隙结构参数没有明显差别，所以认为用小于20目的粒度进行低压CO2吸附实验可以获得准确的结果；对于N2吸附实验，孔隙结构参数在粒度小于130目时较为稳定，所以建议用小于130目的粒度进行低压N2吸附实验。