含盐泥页岩层系有机质成烃、成孔机制与定量表征

Mesozoic-Cenozoic Salt Lake basins in China are widely developed, and there are few studies on characteristics of hydrocarbon-generation evolution and the formation mechanism of organic matter pores (OM pores) in salt-bearing shale strata. Previous work has been done in two aspects, that is, the hydrocarbon generation in saline basin and OM pores of shale in salt-free environment, but the research is mostly not correlated, and there are seldom systematic studies on shale in salt-bearing strata, especially on numerical simulation. The project mainly studies Es3 of Dongpu sag in Bohai Bay Basin, the evolution section of hydrocarbon generation and OM pores characteristics of shale in gypsum-salt bed is established through systematic sample collection and detailed study on geochemical features, mineral composition, reservoir characteristics and salt characteristics. On the basis, select shale samples with low maturity of different organic matter abundance, type and saline minerals, hydrocarbon generation simulation experiments of cylindrical cores autoclave test and kerogen with different saline minerals in gold tubes are carried out , the mechanisms of saline minerals are clarified by comparing the changes of samples and series indexes of products before and after the experiment. Based on the evolution section and simulation experiment data, the dynamic model of hydrocarbon generation and the prediction model of OM pores with saline minerals are established by means of geological statistics and numerical simulation, to deepen the understanding of shale oil and gas theory in saline lake basin and guide exploration practice.

中国中、新生代盐湖盆地广泛发育，含盐泥页岩层系有机质成烃转化特征及有机质孔隙形成机理研究相对薄弱。前人在咸化湖盆成烃和无盐环境泥页岩有机质孔隙两方面均开展过工作，但多属平行研究，针对含盐泥页岩层系的系统性研究、尤其数值模拟鲜有报道。项目以渤海湾盆地东濮凹陷沙三段为研究目标层位，通过对含盐泥页岩样品的系列采集与地球化学特征、岩矿组成特征、储集特征和盐类特征等的精细刻画，建立含盐泥页岩层系有机质生烃指标与有机质孔隙特征的自然演化剖面；在此基础上，选择不同有机质丰度和类型、不同盐类物质的低成熟泥页岩样品，利用高压釜和黄金管两种生烃模拟实验，通过对比实验前后样品自身和产物特征系列指标变化，明确盐类物质参与下的有机质成烃成孔机制；综合自然演化剖面和模拟实验数据，采用地质统计和数值模拟方法，建立盐类物质参与下的有机质成烃动力学模型和有机质孔隙预测模型，以期深化咸化湖盆页岩油气理论认识并指导勘探实践。

陆相盐湖盆地烃源岩高成烃率是近几年地学研究的热点问题，其中，含盐泥页岩的孔隙结构演化及其控制因素对盐湖盆地烃类富集机制研究至关重要。选取了东濮凹陷沙三段含盐泥页岩为研究对象，基于地化特征研究、矿物组成分析，综合SEM观察、高压压汞、氮气以及二氧化碳吸附实验研究孔隙结构，分析其主控因素；并利用生烃热模拟实验，研究含盐泥页岩孔隙结构演化规律。东濮凹陷沙三段泥页岩样品的TOC差异较大，平均值为0.76%；有机质类型主要为Ⅱ2型和Ⅲ型，以生气为主；总体处于高-过成熟阶段。矿物组成主要为粘土矿物、碳酸盐矿物以及脆性矿物，部分含有如石膏、石盐等。粒间孔、粒内孔、有机质孔及微裂缝发育；其中，中孔对样品孔体积贡献最大，微孔和中孔对比表面积贡献最大。TOC和碳酸盐矿物是孔隙结构发育的主控因素，孔体积和比表面积呈正相关关系；而脆性矿物则抑制样品的孔隙结构发育；粘土矿物对孔隙结构发育的影响基本可以忽略。当蒸发盐矿物含量小于2.8%时，孔体积和比表面积呈正相关，而当含量超过2.8%时，孔隙发育受到抑制。自然演化条件下的样品，根据蒸发盐含量是否超过2.8%区分，对于超过2.8%的样品大孔、微孔来说，随着Ro的增大孔体积减小；对于中孔，随着Ro的增大，孔体积先增大后减小；比表面积和Ro的关系与孔体积呈相似特征。对于小于2.8%的样品大孔，随Ro增大孔体积不断减小；而对于中孔和微孔，随着Ro的增大，孔体积先增大后减小，但微孔孔体积整体呈增大趋势；比表面积和Ro的关系与孔体积呈相似特征。成熟度相近的两个样品，蒸发盐含量小的大孔孔体积更大，比表面积也是。对于中孔和微孔来说，蒸发盐含量高的样品孔体积更大，比表面积也更大。.根据热模拟实验结果，我们对盐岩成因以及石盐矿物在孔隙演化中的作用机制进行了讨论：蒸发盐矿物一方面由于自身的特性增大了泥页岩的孔隙空间，另一方面石盐矿物由于其物理性质的特殊性，促进了烃类的生成和排出，间接促进了各类孔隙的发育。根据蒸发盐矿物存在的特殊性，我们建立了蒸发盐矿物参与下的孔隙演化模型，该模型主要分为四个阶段，每个阶段的孔隙变化特征、影响因素以及蒸发盐矿物的作用机制有所差异，蒸发盐矿物在阶段II和阶段IV阶段均对孔隙的发育起到直接和间接的促进作用。本研究为全球含盐盆地的储层研究提供了强有力的微观证据，对含盐盆地的勘探开发具有指导意义。