四川盆地侏羅系陸相頁巖成熟度與顯微組分孔隙發(fā)育特征

周圓圓,芮曉慶,鮑 芳,俞凌杰,張慶珍,席斌斌

(1.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所,江蘇 無錫 214126;2.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫 214126)

引 言

近年來,我國(guó)頁巖氣行業(yè)發(fā)展迅速,在南方下古生界廣泛發(fā)育的兩套富有機(jī)質(zhì)海相頁巖勘探取得重大突破[1]。而陸相頁巖油則是四川盆地頁巖油氣勘探開發(fā)的另一個(gè)重要的新領(lǐng)域[2]。

成熟度是頁巖油氣有效勘探評(píng)價(jià)的重要依據(jù)[3]。鏡質(zhì)體反射率是最有效的有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)[4],陸相湖盆泥頁巖有機(jī)質(zhì)碎片小,過渡組分(半鏡質(zhì)體、半絲質(zhì)體)含量高,鏡下鑒定難度大。鑒于此,本文通過鏡質(zhì)體反射率、拉曼光譜、巖石熱解多手段聯(lián)合確定研究區(qū)頁巖成熟度。

有機(jī)質(zhì)作為頁巖油氣的主要載體,其中發(fā)育的納米級(jí)孔隙是有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物[5],是頁巖儲(chǔ)集空間的重要組成部分[6]。大量勘探研究表明,四川盆地海相頁巖具有生烴潛力大、有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育等特點(diǎn)[7]。與海相頁巖層系相比,四川盆地陸相侏羅系頁巖有機(jī)質(zhì)孔隙的研究相對(duì)較少,對(duì)有機(jī)質(zhì)孔隙的區(qū)分也僅限于原生有機(jī)質(zhì)孔隙和次生有機(jī)質(zhì)孔隙[8]。有研究表明,有機(jī)質(zhì)孔隙的非均質(zhì)性與顯微組分有一定的相關(guān)性[9],掃描電鏡手段無法準(zhǔn)確識(shí)別鏡質(zhì)體、惰質(zhì)組等顯微組分[5,10]。為了更加客觀準(zhǔn)確地識(shí)別不同顯微組分孔隙發(fā)育特征,筆者以復(fù)興地區(qū)侏羅系頁巖為研究對(duì)象,采用光學(xué)顯微鏡和聚焦離子束掃描電鏡相結(jié)合的方法,原位觀察不同顯微組分孔隙發(fā)育特征,為后期四川盆地侏羅系陸相頁巖氣的有效勘探開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

復(fù)興地區(qū)位于四川盆地東部,主體處于重慶梁平、墊江和豐都境內(nèi),在構(gòu)造上隸屬四川盆地川東高陡斷褶帶萬縣復(fù)向斜(圖1),區(qū)域內(nèi)發(fā)育5個(gè)向斜和3個(gè)背斜。背斜高陡核部主要出露二疊系和三疊系地層,向斜寬緩主要出露侏羅系地層[2]。侏羅系自下而上發(fā)育自流井組、千佛崖組(涼高山組)、沙溪廟組、遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組。其中,自流井組自下而上發(fā)育珍珠沖段、東岳廟段、馬鞍山段及大安寨段4個(gè)巖性段。本次研究的重點(diǎn)層位是東岳廟段和涼高山組中的涼二段,復(fù)興地區(qū)在東岳廟段沉積時(shí)期經(jīng)歷了一次規(guī)模較大的湖侵,兩套頁巖均以濱淺湖-半深湖相沉積為主。

圖1 川東復(fù)興地區(qū)構(gòu)造位置[4]Fig.1 Structural location of Fuxing area in eastern Sichuan Basin[4]

2 樣品和實(shí)驗(yàn)方法

本次研究采集了復(fù)興地區(qū)XY1井和XY2井2套侏羅系地層(涼二段和東岳廟段),共計(jì)22個(gè)頁巖樣品。其中,東岳廟段17個(gè)樣品,涼二段5個(gè)樣品。

(1)光學(xué)顯微鏡觀察

在Leica DM4500P偏光顯微鏡反射光50倍油浸物鏡觀察的基礎(chǔ)上搭載J&M型MPS200光度計(jì),測(cè)試波長(zhǎng)為546 nm,鏡質(zhì)體隨機(jī)反射率則根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5124-2012。根據(jù)樣品的反射率實(shí)際情況,測(cè)試前進(jìn)行雙標(biāo)樣校正,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別為釔鋁石榴石(Ro=0.90%)、釓鎵石榴石(Ro=1.72%)。除極少數(shù)樣品測(cè)點(diǎn)較少,大部分樣品測(cè)點(diǎn)數(shù)均大于20個(gè)。顯微組分鑒定及統(tǒng)計(jì)方法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6414-2014,統(tǒng)計(jì)方法采用點(diǎn)計(jì)法,各顯微組分的百分含量以統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù)占總有效點(diǎn)數(shù)的百分?jǐn)?shù)表示。干酪根類型的劃分根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5125-2014,對(duì)樣品中干酪根顯微組分進(jìn)行鑒定并對(duì)各顯微組分百分含量進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)。

(2)聚焦離子束掃描電鏡

根據(jù)光學(xué)顯微鏡初步觀察結(jié)果,優(yōu)選TOC含量高且顯微組分特征明顯的4個(gè)典型樣品(東岳廟段3個(gè),涼二段1個(gè))進(jìn)行氬離子拋光前處理,對(duì)可識(shí)別的有機(jī)顯微組分進(jìn)行拍照并標(biāo)記位置。根據(jù)光學(xué)顯微鏡采集的圖像,在氬離子Helios 650型號(hào)聚焦離子束掃描電鏡下觀察,先在低放大倍數(shù)下識(shí)別出光學(xué)顯微鏡下觀察的同一有機(jī)質(zhì),再根據(jù)實(shí)際需求對(duì)有機(jī)質(zhì)放大,觀察不同類型顯微組分的微觀孔隙特征,實(shí)現(xiàn)了特定顯微組分從宏觀結(jié)構(gòu)特征到微觀孔隙發(fā)育特征的原位精準(zhǔn)觀察。

(3)激光拉曼光譜

激光拉曼實(shí)驗(yàn)使用儀器為HR Evolution,激發(fā)波長(zhǎng)為532 nm。

(4)TOC-熱解

總有機(jī)碳測(cè)試?yán)肔ECO CS-230碳硫分析儀,參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19145-2003。巖石熱解利用Rock-EVAL6熱解儀進(jìn)行測(cè)試,參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18602-2012。以上分析測(cè)試在中石化石勘院無錫石油地質(zhì)研究所完成。

3 有機(jī)質(zhì)成熟度

3.1 鏡質(zhì)體反射率

泥頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度是評(píng)價(jià)烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度的重要指標(biāo),最常用的是鏡質(zhì)體反射率Ro。本次研究選取了XY1井涼二段和東岳廟段10塊泥頁巖樣品,分別測(cè)試全巖反射率和干酪根富集后的鏡質(zhì)體反射率。為保證測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性,對(duì)同一測(cè)試對(duì)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)間比對(duì)(表1),比對(duì)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求(SY/T5124-2012)。全巖反射率指直接將巖心粉碎至30～40目后制成光片,鏡下觀察識(shí)別并測(cè)試鏡質(zhì)體反射率。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)：XY1井侏羅系頁巖樣品鏡質(zhì)體豐度整體較低,且鏡質(zhì)體以無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和鏡屑體為主,一般呈破碎顆粒狀或條帶狀順層展布,僅極少量鏡質(zhì)體可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試要求,而干酪根富集可以將沉積巖中不溶于非氧化性的酸、堿和非極性有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì)富集[11],提高單位體積的鏡質(zhì)體數(shù)量,有效增加測(cè)點(diǎn)數(shù)量,提高數(shù)據(jù)的客觀性和可靠性。

表1 XY1井侏羅系頁巖不同方法測(cè)定的反射率Tab.1 Vitrinite reflectance of Jurassic shale in well XY1 measured by different methods

3.2 最大熱解峰溫Tmax

最大熱解峰溫Tmax可以作為快速評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)成熟作用的指標(biāo)[3,12],Jarvie[12]在研究中發(fā)現(xiàn)Ro與Tmax具有線性關(guān)系

Ro=0.018Tmax-7.16。

(1)

式中：Ro為鏡質(zhì)體反射率,%;Tmax代表最大熱解峰溫,℃。

涼二段頁巖樣品Tmax值在468～478 ℃,平均472 ℃,通過Tmax值計(jì)算得到的Ro在1.264%～1.444%,平均1.340%,與實(shí)測(cè)反射率結(jié)果一致(表1)。東岳廟段頁巖樣品Tmax值在464～495 ℃。其中,深度為2 837.69 m的東岳廟段樣品Tmax值為464 ℃,換算Ro值為1.19%。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況,東岳廟段頁巖已處于高成熟熱裂解生濕氣階段(1.2%

3.3 激光拉曼光譜

拉曼光譜可以反映有機(jī)質(zhì)芳香碳環(huán)結(jié)構(gòu)中原子和分子振動(dòng)的信息,即有機(jī)質(zhì)的拉曼光譜譜峰參數(shù)與有機(jī)質(zhì)在熱演化過程中化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化有良好的響應(yīng)關(guān)系,進(jìn)而表征成熟度。G和D峰的峰間距已被證實(shí)為最可靠的成熟度指標(biāo)[13],G峰(1 580～1 600 cm-1)和D峰(1 350～1 380 cm-1)分別對(duì)應(yīng)石墨芳香層E2g伸縮振動(dòng)模式與芳香晶格的缺陷[15]。本次研究采用公式

RoRmc=0.0537d(G-D)-11.21[13]。

(2)

式中：RoRmc代表計(jì)算鏡質(zhì)體反射率,%;G代表G峰的位置,cm-1;D代表D峰的位置,cm-1;d代表G峰和D峰的間隔,cm-1。

本次研究共測(cè)試了XY1井東岳廟段頁巖樣品3個(gè),拉曼光譜圖如圖2所示,拉曼光譜峰間距數(shù)據(jù)與用公式計(jì)算的反射率見表2。通過峰間距換算的反射率值在1.82%～2.13%,平均1.96%,再次印證了東岳廟段頁巖處于高成熟熱裂解生濕氣階段。但計(jì)算反射率值整體較實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率值偏高,王民等[16]在對(duì)澳大利亞西部泥巖樣品進(jìn)行研究時(shí)也發(fā)現(xiàn)大多數(shù)樣品經(jīng)拉曼參數(shù)計(jì)算的等效反射率值略微高于實(shí)測(cè)值。這可能與激光拉曼光譜測(cè)試過程中,鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組及殼質(zhì)組組分在鏡下難以準(zhǔn)確分辨有一定關(guān)系,特別是對(duì)于分散沉積有機(jī)質(zhì)(泥巖、頁巖等),鏡質(zhì)體碎片細(xì)小且湖相沉積環(huán)境中半鏡質(zhì)體和半絲質(zhì)體這類過渡組分含量相對(duì)較高,增加了對(duì)各顯微組分準(zhǔn)確區(qū)分的難度。有研究表明[13],熱演化程度較低時(shí),由于鏡質(zhì)體、半鏡質(zhì)體、半絲質(zhì)體和惰質(zhì)組中碳化物質(zhì)的芳香環(huán)縮聚程度不同,拉曼光譜參數(shù)計(jì)算的反射率值差異比較明顯,過渡組分和惰質(zhì)組拉曼光譜計(jì)算反射值高于鏡質(zhì)體。綜上,本次研究中顯微組分的識(shí)別問題可能是導(dǎo)致拉曼參數(shù)計(jì)算反射率值高于實(shí)測(cè)鏡質(zhì)體反射率值的主要原因。

表2 東岳廟段頁巖拉曼光譜分析參數(shù)與鏡質(zhì)體反射率Tab.2 Raman spectroscopic parameters of Dongyuemiao member shale and comparison of its calculated reflectance and vitrinite reflectance

圖2 XY1井東岳廟段頁巖樣品拉曼光譜Fig.2 Raman spectrograms of Dongyuemiao member shale in well XY1

綜合實(shí)測(cè)全巖反射率、干酪根富集后的鏡質(zhì)體反射率、激光拉曼光譜峰間距和Tmax等實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果(圖3),綜合認(rèn)為,涼二段和東岳廟段頁巖均處于高成熟熱裂解生濕氣階段(1.2%

圖3 XY1井侏羅系頁巖樣品不同方法測(cè)試的反射率值與深度的關(guān)系Fig.3 Relationships between reflectance of Jurassic shale samples in well XY1 measured by different methods and depth

對(duì)于陸相頁巖,鏡質(zhì)體反射率仍然是被廣泛認(rèn)可的有機(jī)質(zhì)成熟度標(biāo)尺性指標(biāo)。因湖相盆地有機(jī)質(zhì)細(xì)碎且過渡組分含量較高,對(duì)鏡質(zhì)體組分的準(zhǔn)確區(qū)分十分困難,故優(yōu)先選擇干酪根富集后再測(cè)試鏡質(zhì)體反射率的實(shí)驗(yàn)方法,增加測(cè)點(diǎn)數(shù)量,使結(jié)果更為客觀準(zhǔn)確。同時(shí),Tmax參數(shù)計(jì)算的等效鏡質(zhì)體反射率也可以較準(zhǔn)確地表征成熟度,測(cè)試過程簡(jiǎn)單高效,在無鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)時(shí),可選擇該參數(shù)進(jìn)行成熟度表征;拉曼光譜參數(shù)換算的反射率略高于實(shí)測(cè)反射率值,后期可以在偏光顯微鏡下識(shí)別出鏡質(zhì)體組分后進(jìn)行原位拉曼光譜測(cè)試,以減小顯微組分識(shí)別對(duì)測(cè)試結(jié)果影響。

4 有機(jī)顯微組分類型及孔隙發(fā)育特征

4.1 干酪根類型

根據(jù)干酪根類型指數(shù)值,一般將干酪根劃分為三類四型,即為Ⅰ型、Ⅱ1型、Ⅱ2型、Ⅲ型。Ⅰ型和Ⅱ型比Ⅲ型干酪根更富含氫和脂質(zhì)組分,具有更好的生烴潛力,因此,發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔隙的潛力高于Ⅲ型[9]。干酪根鏡檢結(jié)果表明(圖4),研究區(qū)侏羅系泥頁巖干酪根類型以Ⅱ2型和Ⅲ型為主,與Ⅰ型干酪根相比,富含氫的顯微組分相對(duì)較少,有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育則較差。與復(fù)興地區(qū)侏羅系湖相頁巖相比,四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組海相頁巖干酪根類型以Ⅰ型為主,海相頁巖中的有機(jī)質(zhì)孔隙比陸相頁巖中更發(fā)育,有機(jī)質(zhì)中既發(fā)育均勻分布的大孔,又發(fā)育細(xì)小而密集的小孔,連通性好[7]。

圖4 復(fù)興地區(qū)侏羅系頁巖干酪根顯微組分Fig.4 Kerogen macerals of Jurassic shale in Fuxing area

4.2 有機(jī)顯微組分類型及特征

本次研究選取了4個(gè)樣品開展有機(jī)巖石學(xué)分析,有機(jī)顯微組分由鏡質(zhì)體、絲質(zhì)體、固體瀝青組成(圖5),各顯微組分的百分含量以統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù)占總有效點(diǎn)數(shù)的百分?jǐn)?shù)表示。其中,鏡質(zhì)體含量最高,占總有機(jī)質(zhì)的76%～83.5%,平均80.25%。其次為惰質(zhì)組,主要為絲質(zhì)體和惰屑體,含量為15.3%～20%,平均17.38%。部分樣品可見少量固體瀝青,含量4.0%～5.5%。

研究區(qū)泥巖中的鏡質(zhì)組包括少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和鏡屑體(圖5),反射光下多呈灰色—灰白色,藍(lán)紫光下未顯示熒光。結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體殘存植物細(xì)胞空腔結(jié)構(gòu),在沉積過程中,可受到外力作用,未被充填的細(xì)胞空腔由于擠壓變形,形成新月狀或三角狀等不規(guī)則孔隙[10]。無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體未見植物細(xì)胞結(jié)構(gòu),部分可呈條帶狀分布。鏡屑體是粒徑小于10 μm的鏡質(zhì)組分碎屑(圖5(c)),多呈粒狀或不規(guī)則形狀。樣品中也含少量半鏡質(zhì)體,是鏡質(zhì)組與惰質(zhì)組之間的過渡,反射率介于鏡質(zhì)體和絲質(zhì)體之間,且多與正常鏡質(zhì)體共生,在湖相碳酸鹽巖烴源巖中較為常見[17]。

惰質(zhì)組是由織物木質(zhì)纖維組織經(jīng)絲碳化作用形成或由木質(zhì)組織經(jīng)凝膠化作用后再受強(qiáng)烈氧化作用形成或菌類組織形成的顯微組分。研究區(qū)侏羅系泥頁巖常見的惰質(zhì)組分有絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體和惰屑體(圖5(c),圖5(i))。少量絲質(zhì)體可保存完好的植物細(xì)胞結(jié)構(gòu),反射率光下呈白色,多數(shù)因搬運(yùn)或外力作用細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存較差,僅可識(shí)別出細(xì)胞器殘片,另可見較多“弧狀”或“星狀”結(jié)構(gòu),部分硬度較低的絲質(zhì)體受外力作用擠壓呈細(xì)長(zhǎng)的條帶狀集合。研究區(qū)半絲質(zhì)體較為常見(圖5(h)),其形態(tài)與絲質(zhì)體相近,但反射色則較絲質(zhì)體低。前人研究表明,惰質(zhì)組的含量與沉積相帶相關(guān),靠近陸源區(qū)一般具有較高的惰質(zhì)組含量,而遠(yuǎn)離陸源區(qū)則含量相對(duì)較低,惰質(zhì)組因穩(wěn)定性好且易于搬運(yùn),在深水區(qū)通常發(fā)育顆粒更為細(xì)小的惰質(zhì)組[17]。研究區(qū)東岳廟段和涼二段富有機(jī)質(zhì)泥頁巖沉積環(huán)境為淺湖—半深湖[2],鏡下觀察結(jié)果顯示有惰質(zhì)組較為細(xì)小且含量較高,可能是惰質(zhì)組在搬運(yùn)過程中因外力作用變形破碎。

圖5 復(fù)興地區(qū)侏羅系頁巖有機(jī)顯微組分特征Fig.5 Characteristics of organic macerals of Jurassic shale in Fuxing area

4.3 有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育特征

顯微組分是頁巖中有機(jī)質(zhì)的基本物質(zhì)組成,基于偏光顯微鏡和聚焦離子束掃描電鏡原位聯(lián)用分析,可以對(duì)不同類型的有機(jī)顯微組分孔隙開展精細(xì)表征和深入研究。結(jié)果表明,東岳廟段和涼二段頁巖中主要發(fā)育4種類型的有機(jī)孔,即固體瀝青孔隙、鏡質(zhì)體孔、惰質(zhì)組孔和生物碎屑孔,以固體瀝青孔為主,鏡質(zhì)體和惰質(zhì)組內(nèi)部多均質(zhì)致密,極少發(fā)育孔隙,但有一定數(shù)量的原生有機(jī)質(zhì)保存了原始高等植物的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu),發(fā)育細(xì)胞腔,部分胞腔被固體瀝青、黏土礦物或者黃鐵礦充填,內(nèi)部形成少量孔隙。

固體瀝青屬于有機(jī)顯微組分中的次生組分,無固定形態(tài),主要充填在礦物顆?？p隙中,受原始孔隙載體(周圍無機(jī)礦物)的控制[8],在氬離子拋光-掃描電鏡下,固體瀝青多呈條帶狀分布(圖6(b),圖6(e)),表現(xiàn)出運(yùn)移特征,內(nèi)部發(fā)育細(xì)小而密集的孔隙,多呈蜂窩狀、橢圓狀、串珠狀(圖6(f))及不規(guī)則形狀,孔徑大小不一,幾十納米到幾百納米范圍內(nèi)均有發(fā)育,局部可見納米級(jí)孔隙與微米級(jí)孔隙共生。

圖6 復(fù)興地區(qū)侏羅系頁巖固體瀝青的孔隙發(fā)育特征Fig.6 Development characteristics of pores in solid bitumen of Jurassic shale in Fuxing area

顯微鏡下觀察到少量鏡質(zhì)體保存較好的細(xì)胞腔(圖7(d),圖7(g)),多數(shù)鏡質(zhì)體受外力搬運(yùn)作用,機(jī)械磨損而破碎,呈分散狀的顆粒狀鏡屑體(圖7(a),圖7(j))。在氬離子拋光-掃描電鏡同一視域下對(duì)比觀察發(fā)現(xiàn),鏡質(zhì)體內(nèi)部多均質(zhì)致密,不發(fā)育孔隙(圖7(c))或極少發(fā)育孔隙,大小不一,幾十納米到幾百納米孔徑均有發(fā)育(圖7(f),圖7(i))。圖7(d)和圖7(g)為結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體,可見細(xì)胞壁受外力作用變形甚至斷裂,細(xì)胞腔內(nèi)充填有無機(jī)礦物,在有機(jī)質(zhì)邊緣發(fā)育少量有孔隙;圖7(l)的碎屑狀鏡質(zhì)體,鏡質(zhì)體邊緣發(fā)育有黃鐵礦,鏡質(zhì)體與黃鐵礦的接觸面分布著密度較大、形狀較為規(guī)則的條帶狀孔隙;圖7(m)中鏡質(zhì)體的細(xì)胞壁因受壓實(shí)作用而發(fā)生彎曲甚至破碎,細(xì)胞腔被黃鐵礦不完全充填,內(nèi)部可見少量孔隙(圖7(o))。

研究區(qū)侏羅系泥巖樣品中的惰質(zhì)組以絲質(zhì)體為主?？傮w上,惰質(zhì)組不發(fā)育孔隙。但有一定數(shù)量的原生有機(jī)質(zhì)保存了原始高等植物的木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu),可見細(xì)胞腔,部分胞腔被固體瀝青、黏土礦物或者黃鐵礦充填,內(nèi)部形成少量孔隙。圖8(a)、圖8(d)和圖8(g)中的絲質(zhì)體保留了原始高等植物細(xì)胞結(jié)構(gòu),部分腔體呈現(xiàn)出一定程度的擠壓變形甚至破裂。圖8(h)絲質(zhì)體細(xì)胞腔內(nèi)被礦物充填,未見有機(jī)孔,另可見少量細(xì)胞腔充填瀝青和黏土(圖8(b),圖8(e)),這類細(xì)胞腔內(nèi)發(fā)育有較密集且大小相近的有機(jī)孔。圖8(g)中的絲質(zhì)體分支細(xì)而長(zhǎng),受垂向壓實(shí)和側(cè)向積壓,胞腔原始結(jié)構(gòu)遭到破壞,部分細(xì)胞壁彼此接觸,部分發(fā)生斷裂,在分支連接處可見少量有機(jī)質(zhì)孔隙,大小不一,形態(tài)各異。圖8(l)為受外力擠壓破碎的絲質(zhì)體,內(nèi)部均質(zhì)無孔隙,在邊緣可見兩個(gè)大小相近的橢圓形孔隙。

此外,在樣品FL8-4和R2-1中觀察到長(zhǎng)條狀、顆粒表面粗糙的顯微組分。在聚焦離子電鏡下可觀察到這類顯微組分表面存在密集分布的微晶磷灰石顆粒(圖9(c),圖9(f)),有機(jī)質(zhì)內(nèi)部發(fā)育大量孔徑在10～20 nm的微孔。圖9(h)則顯示大量有機(jī)質(zhì)與書頁狀、蠕蟲狀高嶺石及礦物(主要為石英)共生,在礦物邊緣發(fā)育晶緣縫及大量絮狀有機(jī)質(zhì)孔隙。已有研究表明,磷灰石的形成與藻類微生物、有機(jī)質(zhì)具有密切的關(guān)系[18],也是脊椎動(dòng)物硬組織(骨骼、牙齒和角等)的主要礦物成分[19],因此,在富有機(jī)質(zhì)泥巖中存在的這類富含大量磷灰石顆粒的有機(jī)質(zhì)可能與生物有關(guān)。圖8(g)疑似死亡動(dòng)物經(jīng)埋藏保存下來的硬組織,以磷灰石為主要組成,而部分空腔則被高嶺石和礦物充填。

研究區(qū)東岳廟段和涼二段頁巖中四種不同類型顯微組分的孔隙發(fā)育程度存在差異,表現(xiàn)為：①固體瀝青孔隙最為發(fā)育;②碎屑狀鏡質(zhì)體較為均質(zhì),基本不發(fā)育孔隙或僅發(fā)育極少量孔隙,通常分布在有機(jī)質(zhì)邊緣或與黃鐵礦的接觸面;結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體含量低,偶見胞腔內(nèi)充填瀝青和黏土,發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔;③絲質(zhì)體中的孔隙主要發(fā)育在被瀝青和黏土充填的胞腔內(nèi);④有機(jī)質(zhì)泥巖中存在發(fā)育大量磷灰石微晶生物碎屑的有機(jī)質(zhì),內(nèi)部可見大量微孔,礦物邊緣發(fā)育絮狀有機(jī)質(zhì)孔。

有機(jī)顯微組分因生烴潛力的差異會(huì)導(dǎo)致其發(fā)育孔隙的能力不同,腐泥組和殼質(zhì)組作為主要的生烴母質(zhì),生烴潛力最大,有機(jī)質(zhì)孔隙更易發(fā)育[9,20],鏡質(zhì)組主要生氣[21],固體瀝青屬于次生組分,具有比鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組更好的裂解生成輕質(zhì)油和天然氣的潛力[22]。有機(jī)巖石學(xué)分析結(jié)果表明：復(fù)興地區(qū)涼二段和東岳廟段有機(jī)顯微組分以鏡質(zhì)體和絲質(zhì)體為主,東岳廟段固體瀝青較涼二段更為發(fā)育。結(jié)合掃描電鏡觀察結(jié)果,東岳廟段和涼二段均不同程度地發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔隙,且不同組分中的孔隙發(fā)育程度差異較大。固體瀝青內(nèi)普遍發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔,鏡質(zhì)體和絲質(zhì)體本身孔隙并不發(fā)育,但其保留原始細(xì)胞結(jié)構(gòu)的胞腔內(nèi)常充填瀝青和黏土礦物,內(nèi)部孔隙較為發(fā)育。不同成熟度樣品中同一顯微組分內(nèi)部孔隙發(fā)育差異不大,表明熱演化程度對(duì)有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育影響并不明顯;同一樣品中有孔固體瀝青與無孔鏡質(zhì)體共存,證實(shí)了有機(jī)顯微組分類型及含量是該地區(qū)有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育的關(guān)鍵。

圖7 復(fù)興地區(qū)侏羅系頁巖鏡質(zhì)體的孔隙發(fā)育特征Fig.7 Development characteristics of pores in vitrinite of Jurassic shale in Fuxing area

4.4 海相和陸相頁巖孔隙差異對(duì)比

有機(jī)質(zhì)類型對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)的影響十分明顯,而各顯微組分在不同演化階段對(duì)頁巖儲(chǔ)集空間也具不同程度的貢獻(xiàn)[23]。高—過成熟海相頁巖有機(jī)質(zhì)以次生組分及腐泥組為主,生烴潛力大,發(fā)育大量有機(jī)質(zhì)孔隙;陸相頁巖以鏡質(zhì)體、惰質(zhì)體等腐殖組為主,熱演化程度低于海相頁巖,有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育程度較差,孔隙類型主要以無機(jī)孔為主,黏土礦物晶間孔和微裂縫發(fā)育。因此,海相頁巖TOC含量與孔隙度呈正相關(guān),有機(jī)質(zhì)孔隙是孔隙的主要構(gòu)成,而陸相頁巖不同于海相頁巖,其孔隙度與TOC相關(guān)性不明顯,有機(jī)質(zhì)孔隙不發(fā)育,孔隙度與黏土含量成正比,黏土礦物能提供大量的層間孔隙及晶間孔隙,黏土礦物含量越高,孔隙越發(fā)育。

圖8 復(fù)興地區(qū)侏羅系頁巖惰質(zhì)組的孔隙發(fā)育特征Fig.8 Development characteristics of pores in inertinite of Jurassic shale in Fuxing area

圖9 復(fù)興地區(qū)侏羅系頁巖生物碎屑的孔隙發(fā)育特征Fig.9 Development characteristics of pores in suspected bioclastic of Jurassic shale in Fuxing area

5 結(jié) 論

(1)四川盆地復(fù)興地區(qū)侏羅系陸相頁巖均處于高成熟熱裂解生濕氣階段(1.2%

(2)復(fù)興地區(qū)侏羅系頁巖干酪根類型主要為Ⅱ2型和Ⅲ型,顯微組分以鏡質(zhì)體為主,其次為惰性組和固體瀝青。研究區(qū)主要發(fā)育4種類型的有機(jī)質(zhì)孔,以固體瀝青孔為主。鏡質(zhì)體和惰質(zhì)組分內(nèi)部均質(zhì)致密,極少發(fā)育孔隙,部分保存原始高等植物木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)組分中的細(xì)胞腔體被固體瀝青、黏土礦物或者黃鐵礦充填,形成少量有機(jī)質(zhì)孔隙。生物碎屑有機(jī)質(zhì)含有大量磷灰石微晶,有機(jī)質(zhì)表面發(fā)育微孔。

(3)熱演化程度對(duì)復(fù)興地區(qū)侏羅系頁巖有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育影響并不明顯,有機(jī)顯微組分類型及含量是控制該有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育的關(guān)鍵。海相頁巖TOC含量與孔隙度呈正相關(guān),有機(jī)質(zhì)孔隙是孔隙的主要構(gòu)成,而陸相頁巖不同于海相頁巖,其孔隙度與黏土含量成正相關(guān),黏土礦物能提供大量的層間孔隙以及晶間孔隙,黏土礦物含量越高,孔隙越發(fā)育。