魏志紅

（中國石化勘探分公司，成都610041）

富有機質頁巖發(fā)育有機質孔、黏土礦物粒間孔以及脆性礦物孔（晶間孔、次生溶蝕孔等）等孔隙類型，有機質孔賦存于有機質中，有機質的生烴特性及其明顯的親油性決定了其中的有機質孔含氣飽和度高、含氣性好，有機質孔是頁巖氣重要的儲集空間，高有機碳含量（wTOC）、有機質孔發(fā)育是優(yōu)質頁巖氣層的重要特征［1］。上奧陶統(tǒng)五峰組－下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣是四川盆地海相頁巖氣勘探的重點層系，探討五峰組－龍馬溪組富有機質頁巖有機質孔發(fā)育的差異性，對四川盆地海相頁巖氣勘探開發(fā)具有重要意義。已有文獻討論了有機質豐度、有機質類型、熱演化程度、脆性礦物含量和地層流體壓力對有機質孔發(fā)育的控制作用［1］，本文對四川盆地五峰組－龍馬溪組筆石頁巖同一樣品鏡下不同有機顯微組分的有機質孔發(fā)育的差異性進行探討。

1 有機顯微組分及其有機質孔發(fā)育的差異性

四川盆地五峰組－龍馬溪組富有機質筆石頁巖多處于過成熟階段（等效鏡質體反射率Ro＞2.0%）［2－4］，有機顯微組分豐富；但由于過成熟演化，有機顯微組分原始組構難以識別，元素組成等同一化趨向嚴重，給有機顯微組分判識帶來了巨大困難［5－8］。在1 500倍二次電子成像電鏡下，從有機顯微組分形態(tài)以及與其他礦物顆粒的空間關系或賦存狀態(tài)等相對宏觀特征，在四川盆地南部某鉆井五峰組－龍馬溪組富有機質筆石頁巖中識別出筆石、干酪根、固體瀝青等3種有機顯微組分；進而在25 000倍離子束拋光高精度電鏡下進行不同有機顯微組分有機質孔觀察。

圖1 四川盆地南部某鉆井五峰組－龍馬溪組筆石碎片顯微照片F(xiàn)ig.1 Electron microscopic pictures of graptolite scraps of Wufeng Formation-Longmaxi Formation in south of Sichuan Basin

圖1為筆石碎片顯微照片。在二次電子成像電鏡下（圖1-A）表現(xiàn)為長條狀，有清晰的一定外形，與石英、長石等礦物顆粒共同構成巖石的骨架，內部見無機礦物。在離子束拋光高精度電鏡下（圖1-B、C），有機質孔不發(fā)育，零星分布，孔徑多小于10nm。

圖2為固體瀝青顯微照片。在二次電子成像電鏡下（圖2-A），充填于石英、長石等礦物顆粒之間孔隙中，沒有一定的外形，形態(tài)、大小各異，內部干凈，不見無機礦物。離子束拋光高精度電鏡下（圖2-B、C），固體瀝青中有機質孔總體較為發(fā)育，有機質孔大小不等，形態(tài)各異，孔徑多在10～100 nm。在個體較大的固體瀝青中，有機質孔面孔率達到30%左右。而個體較小的固體瀝青中，有機質孔發(fā)育較差。

圖3為干酪根顯微照片。在二次電子成像電鏡下（圖3-A），與石英、長石等礦物顆?；殍偳叮瑳]有一定的外形，內部見較多無機礦物，與固體瀝青難以區(qū)別。離子束拋光高精度電鏡下（圖3-B、C），干酪根中有機質孔總體較為發(fā)育，有機質孔大小不等，形態(tài)各異，孔徑多在10～100nm。不同的干酪根個體有機質孔發(fā)育存在差異，同一干酪根個體內有機質孔發(fā)育也存在非均質性，在有機質孔發(fā)育的區(qū)域面孔率達到15%左右。

圖2 四川盆地南部某鉆井五峰組－龍馬溪組固體瀝青顯微照片F(xiàn)ig.2 Electron microscopic pictures of solid bitumens of Wufeng Formation-Longmaxi Formation in south of Sichuan Basin

圖3 四川盆地南部某鉆井五峰組－龍馬溪組干酪根顯微照片F(xiàn)ig.3 Electron microscopic pictures of kerogens of Wufeng Formation-Longmaxi Formation in south of Sichuan Basin

綜上，不同有機顯微組分、同一有機顯微組分的有機質孔發(fā)育均存在差異。個體較大的固體瀝青有機質孔最為發(fā)育，干酪根有機質孔較為發(fā)育，筆石碎片有機質孔不發(fā)育。

2 有機質孔發(fā)育差異的成因

2.1 筆石有機質孔不發(fā)育的成因

Jarvie等研究認為，隨著有機碳向烴類和碳質殘渣轉化，有機質孔隙將會增加，轉化率越高，有機質孔隙增加越多（圖4）［9］。筆石屬于富碳貧氫有機質，向烴類和碳質殘渣轉化率低，有機質孔不發(fā)育。

巖石中保存的筆石體是筆石動物分泌的群體骨骼（胞管），由硬質蛋白質（膠原蛋白質）構成［10］。過成熟階段，筆石主要以壓扁的碳質薄膜形式存在。Bustin等關于北美志留系低熟（Ro為0.70%）筆石的光學和化學性質的研究表明［11］，筆石胞管主要由帶脂肪族基團的芳香族結構組成，有更少的脂肪族結構組成和更高的芳香度，屬于富碳貧氫有機質，類似Ⅲ類干酪根，生烴潛能有限，對頁巖有機碳含量有貢獻，但對頁巖有機質孔貢獻不大。

圖4 有機質含量、轉化率與孔隙空間的關系Fig.4 Relationships among TOC，conversion ratio and pore spaces

2.2 干酪根有機質孔發(fā)育存在差異的成因

秦建中等在龍馬溪組富有機質筆石頁巖（wTOC＝3.93%）中鑒定出浮游生物魚鱗藻片，底棲生物海綿、藻絲體細胞壁以及菌類鐵細菌等成烴生物，并認為海相浮游藻總生油量遠大于底棲藻，最高生油量約相當于底棲藻的2～3倍（圖5）［12］。根據前述有機質轉化率與有機質孔發(fā)育的關系，在相同熱演化程度下，以浮游藻為源的干酪根（圖5-A）比以底棲藻（圖5-B）為源的干酪根具有更高的轉化率，有機質孔更為發(fā)育。

理論上，氫指數(shù)不同的干酪根在相同的過成熟熱演化階段，有機質孔發(fā)育均存在差異。

2.3 固體瀝青有機質孔發(fā)育的成因

與干酪根生成油氣發(fā)育有機質孔不同，固體瀝青有機質孔是在干酪根生成的油氣運移至石英、長石等礦物顆粒間的孔隙后，隨著熱演化程度的增高，原油裂解形成干氣和固體瀝青的過程中發(fā)育的。

涪陵頁巖氣田五峰組－龍馬溪組頁巖氣成因分析表明，富有機質頁巖中原油裂解形成干氣和固體瀝青的作用普遍存在。涪陵頁巖氣田頁巖氣中烷烴氣體碳、氫同位素組成測試結果顯示（表1），所有樣品不僅出現(xiàn)了甲烷與乙烷碳、氫同位素組成的倒轉，也出現(xiàn)了乙烷、丙烷碳同位素組成的倒轉；同時，頁巖氣稀有氣體組分和同位素組成分析測試40Ar/36Ar比值分布在685～1 880，平均為1 186，表明Ar是以富K泥質巖為主形成的；用40Ar測齡數(shù)學模型估算其源巖年齡為443～493 Ma，對應于晚奧陶世—早志留世，指示頁巖氣來自五峰組－龍馬溪組富有機質頁巖。涪陵頁巖氣為封閉體系內干酪根裂解氣與原油裂解氣混合成因。

圖5 海相浮游藻和底棲藻生油率（質量比）隨模擬溫度的變化Fig.5 Simulation of oil-generating ratio change of marine planktonic algae and benthic algae as temperature

表1 涪陵五峰組－龍馬溪組頁巖氣田天然氣組分的體積分數(shù)（φ）及其碳氫同位素地球化學特征Table 1 The components of natural gas and the C-H isotope geochemical characteristics of the Fuling Wufeng Formation-Longmaxi Formation shale gas field

從高成熟到過成熟，原油裂解形成干氣和固體瀝青是一個漫長的地質過程。其中，固體瀝青中有機質孔形成的機理尚不清楚，可能與原油裂解氣的膨脹作用有關。有機質孔主要發(fā)育在個體較大的固體瀝青的內部，其邊緣以及個體較小的固體瀝青中有機質孔發(fā)育較差（圖2）。固體瀝青有機質孔對頁巖有機質孔具有重要貢獻。

3 結論

a.固體瀝青、干酪根是有機質孔的主要載體，尤其是固體瀝青有機質孔對頁巖有機質孔具有重要貢獻。

b.不同母質來源的干酪根生烴潛力存在差異決定了其有機質孔發(fā)育存在差異。

c.固體瀝青有機質孔是在原油裂解過程中形成的，其發(fā)育程度可能主要與原油賦存的粒間孔隙空間大小相關。

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