页岩微观孔隙演化及分形特征研究

摘要

本文以美国印第安纳州伊利诺伊盆地的New Albany页岩为研究对象，拟采用有机岩相与气体吸附相结合的方法，研究页岩的微观有机岩相特征，并考察页岩微观孔隙特征随热成熟度、总有机碳含量(TOC)及无机矿物组分的演化特征。有机岩相及镜质体反射率表征在Photoscope II显微镜下进行，而页岩的中孔及微孔结构分析则分别采用氮气及二氧化碳吸附法进行测定。详细分析方法请见c1,z}。此外，基于气体吸附一解吸等温线，可运用Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型法「5」进一步计算固体表面的分形维数。分形维数常被用来表征固体表面的几何形貌。本研究还探索页岩分形维数与热成熟度和孔隙结构参数之间的相关关系。通过实验研究，初步得到以下结论:(1)有机质组成及分布显著影响页岩的微孔特征。对MM4,NA2、工L5、工L1等4个不同成熟度样品的有机岩相观察表明，低熟的MM4和NA2有机质含量较为丰富，且组成相似，均以藻类体及无定形体为主。(2)随着热成熟度的升高，页岩孔容呈非单调演化趋势，推测其与有机质的初次和二次裂解密切相关；(3)FHH模型获得的页岩样品的孔隙分形维数在2.47一2.61之间，表明页岩孔隙具有明显的分形特征。生油窗内成熟页岩样品的孔隙分形维数与其孔容显著正相关，而与孔径显著负相关，暗示孔隙分形维数与页岩气体吸附能力密切相关。