南方下古生界页岩超微细分散有机质的赋存特征与孔隙结构演化

Superfine dispersed organic matter (<1μm) is the chief component of the organic matter in shale. However, it has not been systematically studied because of the insufficiency of the traditional research technique. In this research, focused ion beam-scanning electron microscopy (FIB-SEM) method is primarily used, together with the organic petrology method, to study the development and occurrence characteristics of the amorphous organic matter (AOM) in the Lower Paleozoic shale in southern China, such as the morphological characteristics, grain size, fluorescence color and relationship with minerals. Pyrolysis experiment is carried out on the basis of typical lower-matured shale sample to study the evolution of the development and occurrence characteristics of AOM. Furthermore, the nanopore structure characteristics of AOM and its evolution are researched to ascertain the influence of AOM on the shale gas content. This research provides a deeper understanding on the occurrence characteristics, origin and genesis, and the evolution of AOM, as well as a guiding significance on the evaluation of shale reservoir physical property, shale gas content and potential of the Lower Paleozoic shale in southern China.

页岩中超微细分散有机质（<1μm）是页岩有机质的主要组成部分，但由于传统研究方法的局限性，目前对其缺乏系统研究。本研究综合有机岩石学 方法，重点利用FIB-SEM技术手段，对南方下古生界页岩中超微无定形有机质的形态、粒径、颜色、与矿物之间的关系等发育和赋存特征展开研究，同时利用典型低熟页岩开展热模拟实验，研究无定形有机质的发育和赋存特征演化模型，最后通过研究无定形有机质的孔隙结构及其演化，确定无定形有机质对页岩含气性的影响模型。该研究不仅可深化对南方下古生界页岩中无定形有机质的赋存状态、成因来源及其演化特征的认识，而且对于页岩储集物性、含气性及页岩气潜力评价具有重要的指导意义。

页岩中的细分散有机质（<1μm）是页岩有机质的主要组成成分，本研究利用FIB-SEM研究手段对我国南方下古生界页岩中的细分散有机质及有机质纳米孔隙进行了细致研究；同时对不同成熟度的页岩中有机质及有机质纳米孔德发育特征进行了分析，总结了其演化情况。本研究认为黄金管热模拟实验不能用于有机质和纳米孔隙的演化特征，通过一系列不同成熟度地质样品的研究归纳，本研究认为页岩中细分散有机质主要可以分为五类，下寒武统与下志留统两套页岩中无定形有机质发育特征差异也并不明显，有机质的演化特征在生气阶段以来并不明显，应当主要发生在生油窗阶段，因此本研究提出了干酪根-沥青有机质复合体的概念，并在此基础上阐述了有机质的演化模式。而有机质中的纳米孔隙主要可分为原生纳米孔隙和次生纳米孔隙，前者主要来自有机质裂解生烃，后者主要来自有机质与共生矿物反应生孔，有机质纳米孔隙的演化阶段主要发生在生气阶段，在该阶段孔隙随着页岩热演化而孔隙不断变大，在演化过程中脆性共生矿物对有机质纳米孔隙的生成和保存具有重要的作用，研究提出了页岩中各类有机质孔隙生成的理论计算模型，认为页岩中主要发育干酪根-沥青有机质复合体和纯沥青有机质，不考虑共生矿物和压实情况下，二者的生孔能力分别为36.6%和42%。最后通过对下寒武统与下志留统两套页岩的有机质和纳米孔隙特征对比，认为由于受母质类型和成熟度演化特征的控制，两套页岩中有机质发育特征差异不大；但受到共生矿物以及埋深压实作用的影响，其纳米孔隙发育特征差异明显，通常是下志留统页岩纳米孔隙发育情况明显好于下志留统，造成该现象的原因主要是下志留统页岩中有机质与矿物的共生关系相对下寒武统页岩较好，并且在孔隙生成后，与整体的区域构造抬升时间发生耦合，使其避免了强压实作用而得以保存早期形成的有机质纳米孔隙。