利用岩石薄片和扫描电镜等微区测试技术, 按照储集空间的形态特征, 可以将其分为孔隙和裂缝两大类。根据孔隙赋存的基质成分, 在罗69井中识别出以下储集空间类型。

黏土矿物晶间孔。与砂体中发育的多孔性自生黏土矿物不同, 页岩中的黏土矿物缺少碎屑颗粒的支撑, 自身成为上覆地层压力的支撑者, 形态上多聚合成片状集合体。相应的, 页岩中黏土矿物发育程度较差, 孔隙形态也以片状为主, 电镜标尺测量孔隙长轴2~10, μ m, 短轴0.5~5, μ m, 形态上类似于裂缝(图1-a)。

图1

Fig.1

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	图1 济阳坳陷沾化凹陷古近系沙河街组罗69井孔隙类型 a— 含泥质砂质隐晶灰岩, 3135.95 m, Es3, 黏土矿物晶间孔, 方框部分黏土矿物晶间孔隙狭长, 具孔缝一体化特征; b— 泥质显微— 隐晶灰岩, 2983.94 m, Es3, 碳酸盐晶间孔菱形晶体为方解石, 其间为碳酸盐矿物晶间孔; c— 泥灰岩, 2969.86 m, Es3, 黄铁矿晶间微孔照片右下部为自生黄铁矿集合体, 其间为黄铁矿晶间微孔; d— 隐晶灰岩, 2987.38 m, Es3, 碎屑颗粒溶孔照片中部为一蚀变的碎屑长石颗粒, 其间为碎屑颗粒溶孔Fig.1 Pore types of Well Luo 69 of the Paleogene Shahejie Formation in Zhanhua sag of Jiyang Depression

黏土矿物以伊蒙混层和伊利石为主, 部分成分特殊的黏土矿物, 如绿泥石类, 叶片间孔隙宽度在0.1, μ m左右。

碳酸盐晶间孔。碳酸盐晶间孔是本地区发育最好、也是占比例最高(可达可见孔隙的80%)的孔隙类型, 孔径一般在0.5~50 μ m。碳酸盐矿物以方解石为主, 常出现一定程度的重结晶现象(图1-b)。

黄铁矿晶间微孔。黄铁矿通常以粒状集合体形态出现。黄铁矿晶体细小, 因此其晶间孔是扫描电镜下可以准确分辨的最小的孔隙类型, 一般孔径不超过0.5 μ m(图1-c)。

碎屑颗粒溶孔。通常出现在孤立的长石质砂粒中, 孔径大小在0.1~1, μ m之间, 这种孔隙与砂质粒间微孔类似, 在页岩中含量很低(图1-d)。

图2

Fig.2

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	图2 济阳坳陷沾化凹陷古近系沙河街组罗69井裂缝特征 a— 泥灰岩, 3090.91 m, Es3, 层间裂缝, 黏土矿物层间发育层间裂缝; b— 泥灰岩, 2968.54 m, Es3, 粒缘裂缝, 方解石棱面体颗粒边缘发育粒缘裂缝Fig.2 Fracture characteristics of Well Luo 69 of the Paleogene Shahejie Formation in Zhanhua sag of Jiyang Depression

砂质粒间微孔。出现在页岩内部砂级碎屑集中处, 与砂体内部孔隙特征类似, 孔径大小与砂粒粒径相关。由于页岩中砂质组分含量很低, 以砂质集合体出现的形式更为少见, 因此这类孔隙在页岩中占比很低。

总体上讲, 页岩孔隙具有孔喉半径小, 孔隙大小不均匀, 连通差, 部分孔隙与裂缝难以区分, 具有一体化的特征, 不同类型孔隙中都可以出现含油显示等特点。

除基质孔隙之外, 裂缝也是页岩中常见的储集空间。由于受到岩心分析尺度的限制, 本次分析侧重于对微裂缝的描述。根据岩心观察及其显微特征, 可以把裂缝分为成岩裂缝和构造裂缝两大类, 成岩裂缝又可以分为层间裂缝和粒缘裂缝两类。

层间裂缝。层间微裂缝顺层分布, 缝长5, μ m到1, cm以上, 缝宽0.5 μ m~1 mm, 绝大多数开裂的页理都是层间裂缝扩展的结果(图2-a)。

粒缘裂缝。发育在单个碎屑或团粒状集合体边缘, 粒缘裂缝受到颗粒边缘限制, 形态相对复杂, 与颗粒或集合体形态类似。粒缘裂缝长度一般在2~20, μ m以内, 宽度在0.1~1, μ m间(图2-b)。

从空间形态看, 在裂缝与基质孔隙之间, 存在一个微米尺度的重合带, 这个重合带的发育, 反映了页岩中微米级储集空间内, 孔隙与裂缝之间存在密不可分的成因关系, 同时也反映出页岩储集特征的特殊性。从压实和生烃这2个具有对立性质的要素之间的作用关系来分析, 控制这种成因关系的活性因素是承压流体的运动, 而对应的沉积物叠合方式, 是控制相关裂缝和孔隙发育位置的刚性条件。

根据岩石学研究的相关成果(郝运轻等, 2012; 刘惠民等, 2012; 王永诗等, 2012), 罗家地区页岩可以细分为纹层状泥质灰岩、层状泥质灰岩、层状灰质泥岩等主要类型。

纹层状泥质灰岩。由方解石纹层和黏土纹层叠置的互层构成, 以方解石纹层为主。这类岩性以方解石晶间微孔为主, 少量黏土矿物晶间微孔和白云石晶间微孔。孔隙度6%~8%, 方解石纹层中孔隙较大, 柱状方解石集合体内晶间孔孔径可达50, μ m; 黏土纹层中发育片状微孔, 孔径通常在5, μ m以下。

层状泥质灰岩。隐晶— 显微晶方解石纹层与黏土纹层过渡产出, 以方解石纹层为主。这类岩性孔隙度3%~6%, 在岩石薄片中可见孔隙难以观察, 扫描电镜下孔径通常在5, μ m以下。局部出现黄铁矿集合体, 孔径一般不超过0.5 μ m(图1-c)。

层状灰质泥岩。隐晶— 显微晶方解石纹层与黏土纹层过渡产出, 以黏土纹层为主。黏土矿物晶间微孔是其主要孔隙类型, 孔隙度4%~5%, 其他类型孔隙发育程度较差。

需要指出的是, 各类孔隙内白云石晶间微孔具有更好的含油性, 这说明了成岩作用、尤其是烃类参与的成岩活动对储集空间定型的重要作用。

裂缝发育受到岩石组构和应力条件的控制, 不同类型岩石中裂缝发育方式和程度有明显的差别。

纹层状泥质灰岩。以层间裂缝为主, 裂缝发育程度好, 局部面密度达到5~6条/cm, 构造裂缝发育较少, 且多被方解石脉充填。黏土纹层与碳酸盐纹层界面清晰, 这种成分上较高的分异度, 为层间裂缝的发育创造了良好的条件。

层状泥质灰岩。裂缝发育程度较好, 以层间裂缝为主, 裂缝发育程度略差于纹层状泥质灰岩。

层状灰质泥岩。裂缝发育程度较差, 且多见构造裂缝, 顺层产出的裂缝少见。

上述3种不同岩性显微级别的破裂现象, 反映了页岩受应力作用时内部裂缝的发育特征。即应力主要释放在岩石内部成分和结构分异度较高的界面上。在罗家地区, 表现为页理发育程度高的纹层状泥质灰岩层间裂缝发育。

扫描电镜分析中未见明显的有机质孔隙, 主要原因为样品未经氩离子抛光, 而有机质孔隙以纳米级为主, 因此难以直接观察; 另外, 国外有机质孔隙发育出现在有机质含量高(TOC> 10%)的样品中, 研究区有机质常与黏土混生, 并且含量较低, 也是有机质孔隙难于直接观察的原因。

在一定程度上反映了页岩内部的油气聚集特征, 油气聚集在以层间裂缝为中心, 粒缘裂缝等次级裂缝和较大的碳酸盐晶间孔为骨架, 以各类晶间孔隙、黏土微孔和溶蚀孔隙为基质的储集空间网络中。

从演化过程上看, 富含有机质的生烃层段在地质历史时期内经历了多期增压— 泄压的均衡活动, 泥页岩内部结构和面貌在此过程中为了适应内外环境的变化, 出现了一系列相应的变化。一方面, 泥页岩在不断增加的上覆地层压力下体积逐渐减小, 结构趋于致密, 并排出过剩的孔隙流体; 另一方面, 有机质生烃、黏土矿物转化和水热增压等作用, 不同程度地均衡了上覆地层压力, 使泥页岩中储集空间得到有效的保存。

层间裂缝在储集空间演化过程中起了主导性的作用, 具体地说, 油页岩在生烃过程中释放的剩余压力达到某一界限时, 会在页岩内部结构薄弱面上形成裂缝, 流体进入裂缝, 通过体积变化均衡剩余压力。剩余压力一旦被均衡, 裂缝就停止发育; 同理, 在地表条件下, 剩余压力为零, 因此在偏光显微镜下不易直接观察到裂缝。由于这种承压流体缝的大小和连通性受到剩余压力、上覆地层压力和生油层与遮挡泥岩层的屏蔽压力(毛管压力差)的控制, 而剩余压力是有限的, 因此这种承压流体缝应该是处于构造破裂出现前的微裂隙发育阶段, 裂缝形态以微裂缝为主。从这种角度来讲, 微观上页岩不同方向突破压力的峰值差可以作为页岩油能否富集的一个关键因素, 宏观上页岩与泥岩突破压力的差值, 也可以用来限定页岩垂向上的有效勘探深度。