富有机质泥页岩纳米级孔隙多重分形特征及成因分析
富有机质泥页岩的纳米级孔隙特征是页岩气储层物性研究的重要内容之一,泥页岩储层纳米级孔隙的非均质性及几何形态的分形性质控制着甲烷分子的赋存状态及运移规律,并在宏观尺度影响页岩气的富集成藏及产能特征.目前针对泥页岩储层纳米级孔隙表征的实验方法较多,且不同实验方法的测试范围及表征精度各有不同.为系统、精确地表征孔隙结构，国内外学者常使用多种方法联合测定。其中压汞法和液氮吸附法的联用能系统、精确的表征纳米级至微米级的孔隙，从而应用最为广泛。在这两种方法联合分析过程中不仅可以获得孔径分布、比表面积等基本孔隙特征参数，同时也可以运用分形几何学等理论方法对孔隙的复杂程度及非均质性进行定量表征。目前对泥页岩孔隙分形特征的研究揭示运用不同的分形模型计算所得的孔隙分形维数不具备较好的可比性，且运用同一模型计算不同尺度的孔隙分形维数也有很大差异。目前已有学者运用多重分形的计算方法表征不具备单一分形特征的多孔介质。该方法通过对研究对象的不同尺度进行区域划分，进而开展对子区域的分形特征研究，从而分层次获得多孔介质的分形特征。但基于多重分形的泥页岩孔隙研究较少，且对孔隙分形所表征的地质意义的尚缺乏深入研究。为此，本文通过采用氮气吸附法和压汞法对沁水盆地南部太原组、山西组海陆交互相富有机质泥页岩的孔隙特征进行联合表征，并在此基础上进一步研究泥页岩孔隙介质的多重分形特征，并综合泥页岩的有机地球化学及矿物组成特征，研究影响孔隙发育及多重分形谱的因素，进而探讨分形维数所表征的地质意义。研究结果表明，氮气吸附法测得的微孔与压汞法测得的过渡孔-大孔进行有效连接，是全面表征页岩微观孔隙特征的有效方法。研究区富有机质泥页岩的联孔分布特征表现为双峰形态，以发育微孔和大孔为主，其中微孔体积占总孔隙体积的37.52％～61.03%；对泥页岩孔隙的多重分形研究表明，泥页岩样品联孔分布具多重分形特征，但不同地球化学及矿物特征的泥页岩样品孔孔隙的多重分形程度存在明显差别。随着泥页岩TOC的减小，f(a)谱宽度增大，使孔隙结构趋于复杂，孔隙团聚特征增强，孔隙非均质性加大，孔隙连通性变差。而f(a)谱宽度与黏土矿物的相关性不明显。进一步揭示孔隙的分形特征主要受TOC影响。其原因可能为微孔主要以有机质孔隙为主，泥页岩微孔占比随TOC的增加而增大，有机质纳米级孔隙团具备集中而单一的分形维数，多重分形表现为较窄的f(a)谱。而TOC较小的泥页岩纳米级孔隙结构多样，不同尺度孔隙构成复杂，孔隙非均质性增强，同时其孔隙联通性变差，多重分形表现为较宽的f(a)谱。本文的研究结果为富有机质页岩的孔隙特征、非均质性及多重分形的成因机理提供新的研究思路。
富有机质泥页岩 纳米级孔隙 多重分形特征 矿床成因
王笑奇 朱炎铭
中国矿业大学 资源与地球科学学院,江苏 徐州221116;中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 徐州221008
国内会议
第二届中国纳米地球科学学术研讨会暨2016年纳米地球科学国际学术研讨会
青岛
中文
76-76
2016-11-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）