圖1.不同排烴效率下頁岩納米孔隙發育情況對比
圖2.不同壓力條件下頁岩納米孔隙發育情況對比
我國南方下古生界廣泛發育下志留統與下寒武統兩套富有機質的海相頁岩, 具有巨大的頁岩氣資源勘探開發潛力. 目前, 我國的頁岩氣勘探在四川盆地涪陵, 威遠-長寧等地區的下志留統頁岩取得突破, 獲得工業頁岩氣產能; 然而在資源潛力預測最大的下寒武統頁岩尚未獲得工業產能. 相比於下志留統頁岩, 下寒武統頁岩生油窗時期經曆了較高程度的排烴過程, 導致其在高演化階段固體瀝青含量偏低, 而固體瀝青在高演化階段對頁岩有機質納米孔隙發育具有重要的貢獻. 因此, 生油窗時期頁岩排烴效率的差異, 可能是導致這兩套頁岩含氣性優劣的重要原因. 此外, 南方下古生界頁岩在地質曆史時期經曆了複雜的構造運動, 埋藏深度普遍大於7千米, 地層壓力條件的變化勢必會對頁岩原有的孔隙系統造成影響.
中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室熊永強團隊, 通過高溫高壓熱類比實驗與低壓CO2-N2氣體吸附法, 在探究排烴效率和壓力對高成熟度頁岩納米孔隙發育影響方面取得了進展. 研究表明, 排烴效率對高演化階段頁岩中的微孔 (孔徑小於2nm) 和小介孔 (孔徑2-10nm) 發育具有重要影響, 但對於孔徑大於10nm的納米孔隙發育過程無明顯影響(圖1). 當頁岩在生油窗時期經曆較高程度的排烴過程, 即排出占其60%TOC含量的有機質後, 在高演化生氣階段會損失52%-72%的納米孔隙 (孔徑小於10nm) 發育潛力. 此外, 較高的壓力有利於高演化階段頁岩中微孔 (孔徑小於2nm) 和小介孔 (孔徑2-10nm) 發育(圖2).
該研究獲得國家自然科學基金及中科院戰略性先導科技專項的聯合資助. 相關成果發表在Marine and Petroleum Geology上.
