富有机质泥页岩微纳米孔隙结构的形成与演化机理研究

Conducting study on the formation and evolution mechanisms of microscale and nanoscale pore structures of organic-rich shales can deepen knowledge of pore systems of shales, enhance understanding of accumulation mechanisms of shale oil and gas, and promote geological evaluation and exploitation of shale resources. Basing on previous studies, this project aims at investigating microscale and nanoscale pore properties, including pore type, size, shape, connection, specific area, and porosity, of shale samples with kerogen type I, II, and III and in immature, low mature, mature, high mature, and over mature stage, respectively. Meanwhile, we artificially mature some originally immature shales with different kerogen types to various levels of thermal maturity. Followed then, microscale and nanoscale pore structures of the artificially matured shale samples are investigated through a same procedure. Via the comparison study on pore structures of artificially and naturally matured samples, we analyze the influential mechanisms of variations of organic and inorganic components and of functions occurring upon diagenesis on the formation and evolution of microscale and nanoscale pores. The final goal of the project is to build models of pore formation and evolution in organic-rich shales.

开展富有机质泥页岩微纳米孔隙结构的形成与演化机理研究，有助于深化对泥页岩复杂孔隙系统的科学认识，丰富对页岩油气资源赋存富集机理的了解，促进我国页岩油气资源的地质评价与勘探开发。以前人工作为基础，本项目拟深入研究分别富含I,II和III型干酪根泥页岩在未成熟、低成熟、成熟、高成熟和过成熟阶段的微纳米孔隙结构特征，包括孔隙类型、大小、形态、连通性、比表面积和孔隙度等。同时，将富含不同类型有机质的未成熟泥页岩加热模拟到不同成熟阶段，研究在热模拟条件下人工成熟泥页岩微纳米孔隙结构的形成及演化。通过对比地质条件下自然成熟和热模拟条件下人工成熟泥页岩微纳米孔隙结构的变化特征，研究有机和无机组分变化以及成岩演化过程中发生的各种地质作用对微纳米孔隙结构形成及演化的影响机理，建立不同类型富有机质泥页岩微纳米孔隙结构的形成及演化模型。

开展富有机质泥页岩微纳米孔隙结构的形成与演化机理研究，有助于深化对泥页岩复杂孔隙系统的科学认识，丰富对页岩油气资源赋存富集机理的了解，促进我国页岩油气资源的地质评价与勘探开发。本项目针对性地开展了自然成熟泥页岩物质成分分析和微纳米孔隙结构研究，揭示了不同演化阶段自然成熟泥页岩微纳米孔隙结构的形成过程和演化特征；运用热模拟技术，开展了人工成熟泥页岩物质成分分析和微纳米孔隙结构研究，揭示了热模拟条件下人工成熟泥页岩不同演化阶段微纳米孔隙的类型、大小、形态、连通性、比表面积和孔隙度等随着实验压力和温度增加的演化特征；通过对比地质条件下自然成熟和热模拟条件下人工成熟泥页岩样品的微纳米孔隙结构，阐述了不同地质作用对微纳米孔隙结构形成与演化的影响机理；以成岩演化过程分析为基础，结合有机、无机组分和结构构造变化特征，划分了泥页岩演化的不同阶段；根据各阶段发生的地质作用和微纳米孔隙结构的演化特点，揭示了不同阶段影响微纳米孔隙结构发育的主要因素，探讨了微纳米孔隙结构的演化过程；综合考虑自然成熟和人工成熟样品孔隙结构的演化特征和影响因素，建立了不同类型富有机质泥页岩微纳米孔隙结构的形成与演化模型。本项目运用高精度和高分辨率的超微结构分析技术对我国南方下古生界泥页岩的微纳米孔隙结构进行了多尺度、全方位定性定量表征和多因素综合分析，发现了不同门类微体化石生物孔隙的特征和差异性，建立了放射虫与有机质共生的微观孔隙结构模型，提出了以有机孔、矿物基质孔及微体古生物孔隙为主的新孔隙分类方法，发现了微体化石中保留的大量微纳米生物孔隙对页岩气富集的重要影响，为将微体化石富集层段作为页岩气勘探开发标志层奠定基础。项目围绕非常规油气科技前沿和国家重大需求，着力针对页岩储层表征领域的关键科学问题和技术难题开展了科技服务、成果应用和技术推广，取得了较好效果。