中国石油：孙龙德院士-页岩中纳米级有机黏土复合孔缝的发现及其科学意义

以松辽盆地白垩系青山口组页岩TOC、Ro和X射线扫描等分析为基础，利用氩离子抛光-场发射扫描电镜分析，结合能谱、聚焦离子束三维重构等技术，首次发现一种新的孔隙类型——纳米级有机黏土复合孔缝。

孔隙特征及演化研究结果表明：有机黏土复合孔缝多呈海绵状、缝网状集合体存在于页岩基质中，单个孔隙呈方形、长方形、菱形、板状，直径一般小于200 nm，不同于国内外页岩中已发现的呈圆形或椭圆形的有机质孔；随页岩成熟度增加，有机黏土复合物的C、Si、Al、O、Mg、Fe等元素发生规律性变化，反映有机质生烃体积收缩、黏土矿物转化共同影响纳米级有机黏土复合孔缝的形成；青山口组页岩高成熟阶段，纳米级有机黏土复合孔缝是主要储集空间，最高占总孔隙的70%以上，三维空间内孔隙连通性明显优于有机质孔，反映高演化阶段这类孔隙是泥纹型页岩的主力孔缝类型，也是陆相页岩油核心区主要油气储集空间。

纳米级有机黏土复合孔缝的发现，改变了陆相页岩无机质孔隙是油气主要储集空间的传统认识，对于泥纹型页岩油的形成机理、富集规律研究具有重要的科学意义。

结论与展望

首次在青山口组页岩发现了纳米级有机黏土复合孔缝，改变了无机质孔隙作为陆相页岩油气主要储集空间的传统认识。有机黏土复合孔缝形态为海绵状、网状或缝状。低成熟阶段，复合孔缝不发育，微观下仅见较为孤立的纳米级孔隙。成熟阶段，有机质大量生烃，有机黏土复合孔缝未见明显增多，原因可能是大量生油充填孔隙的结果，可见的孔隙仍以孤立状为主。高成熟阶段，受有机质生烃和黏土矿物转化的共同影响，有机黏土复合孔缝大量发育并构成了青山口组页岩主要储集空间。

有机黏土复合孔缝的形成主要受黏土矿物组成、有机碳含量、有机质热演化程度等因素综合影响。成熟演化过程中，有机质及黏土矿物体积收缩是形成复合孔缝的基础，页岩有机质数量、黏土矿物含量、热演化程度是形成复合孔缝的前提条件，尤其是高成熟度对复合孔缝的形成具有重要影响，地层高压状态是保护复合孔缝的有利环境。

青山口组页岩有机黏土复合孔缝发育的基质是黏土矿物，黏土矿物对复合孔缝的形成和赋存具有重要作用。表现在孔隙形态、孔隙直径都受到黏土矿物晶体格架的影响，孔隙直径一般小于有机质孔，但连通性更好。青山口组页岩有机黏土复合孔缝发育，尤其是顺层的复合缝发育，增加了页岩水平渗透性，弥补了复合孔孔喉小的不足，为青山口组页岩油开发提供了重要条件。

引用本文

SUN Longde, WANG Fenglan, BAI Xuefeng, FENG Zihui, SHAO Hongmei, ZENG Huasen, GAO Bo, WANG Yongchao. Discovery of nano organo-clay complex pore-fractures in shale and its scientific significances: A case study of Cretaceous Qingshankou Formation shale, Songliao Basin, NE China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2024, 51(4): 708-719. https://doi.org/10.11698/ PED. 20240001