范雨辰，劉可禹,2，蒲秀剛，趙建華

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東），山東青島 266580；2.海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071；3.中國(guó)石油大港油田公司，天津 300280）

0 引言

渤海灣盆地滄東凹陷古近系孔店組二段（簡(jiǎn)稱(chēng)孔二段）是重要的頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)層段，混合沉積、巖性復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)等特征導(dǎo)致該套地層儲(chǔ)集空間類(lèi)型復(fù)雜多樣[1-3]。明確孔二段不同巖相類(lèi)型儲(chǔ)集空間展布樣式、孔隙體積分布、儲(chǔ)集性能、三維結(jié)構(gòu)等，有利于識(shí)別優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，降低勘探開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

前人對(duì)滄東凹陷孔二段頁(yè)巖儲(chǔ)集層的孔隙類(lèi)型、孔徑分布、孔隙三維展布、頁(yè)巖油可動(dòng)性等方面開(kāi)展了相關(guān)研究。掃描電鏡觀察表明孔二段頁(yè)巖主要發(fā)育粒（晶）間孔、粒（晶）間縫、溶蝕孔和層理縫等類(lèi)型的儲(chǔ)集空間[4-7]。高壓壓汞實(shí)驗(yàn)顯示孔二段頁(yè)巖孔喉直徑主要小于20 nm[8-9]，氮?dú)獾葴匚綄?shí)驗(yàn)表明提供主要體積的孔隙直徑小于100 nm[8-10]。納米X射線(xiàn)CT成像顯示塊狀灰云質(zhì)頁(yè)巖、塊狀混合質(zhì)頁(yè)巖的孔隙三維結(jié)構(gòu)及連通性較好，紋層狀長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖中等，紋層狀混合質(zhì)頁(yè)巖和紋層狀灰云質(zhì)頁(yè)巖較差[1]。離心-核磁共振實(shí)驗(yàn)揭示紋層狀長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖的可動(dòng)流體飽和度最高，其次為混合質(zhì)頁(yè)巖，灰云質(zhì)頁(yè)巖最低[2]。

然而前人對(duì)孔二段頁(yè)巖儲(chǔ)集空間的表征仍存在 3方面的問(wèn)題：①雖然借助掃描電鏡指出了孔二段頁(yè)巖發(fā)育的孔隙類(lèi)型[4-7]，但是未對(duì)儲(chǔ)集空間的整體展布樣式（孔隙空間整體結(jié)構(gòu)樣式、與礦物組成的配置關(guān)系）進(jìn)行綜合性的描述與分類(lèi)，未能明確不同巖相類(lèi)型與儲(chǔ)集空間類(lèi)型的對(duì)應(yīng)關(guān)系。②掃描電鏡下觀察到孔二段頁(yè)巖主要發(fā)育直徑為幾百納米到幾微米的孔隙[1,6]，但高壓壓汞法和低壓氮?dú)馕椒ū碚黠@示儲(chǔ)集空間主要由直徑小于100 nm的孔隙提供[8-10]，受方法原理影響上述實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與掃描電鏡觀察到的孔徑特征不符[11-18]。③目前對(duì)孔二段頁(yè)巖儲(chǔ)集空間的三維表征主要采用納米X射線(xiàn)CT技術(shù)，但實(shí)際應(yīng)用效果表明該技術(shù)的分辨率有限，不能清楚表征孔二段頁(yè)巖儲(chǔ)集空間三維結(jié)構(gòu)。另外，該技術(shù)是在巖心尺度下鉆柱取樣，不能保證精確定位到微納米尺度的成像靶區(qū)，最終導(dǎo)致表征結(jié)果不一定能與擬研究的巖相類(lèi)型相匹配。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文利用掃描電鏡觀察和自動(dòng)礦物識(shí)別和表征系統(tǒng)（AMICS）掃描，對(duì)孔二段頁(yè)巖中發(fā)育的儲(chǔ)集空間展布樣式進(jìn)行系統(tǒng)的描述，劃分出 7種主要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型?；趻呙桦婄R（SEM）大面積拼接圖像計(jì)算孔隙體積貢獻(xiàn)情況，解決低壓氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)和高壓壓汞實(shí)驗(yàn)不能有效反映真實(shí)孔隙體積分布特征的問(wèn)題。使用大體積聚焦離子束掃描電流（FIBSEM）技術(shù)進(jìn)行三維成像，以克服納米X射線(xiàn)CT技術(shù)在表征孔二段頁(yè)巖儲(chǔ)集空間三維結(jié)構(gòu)時(shí)的不足。

1 樣品與方法

使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡仔細(xì)觀察了40余塊孔二段頁(yè)巖樣品，認(rèn)為其儲(chǔ)集空間可分為7種類(lèi)型。本文討論的儲(chǔ)集空間包括孔隙和含油（瀝青）孔隙，其命名原則為“巖性+成因+形態(tài)”。選擇7塊典型樣品進(jìn)行系統(tǒng)深入的定性、定量表征，并選擇其中4塊最具特色的樣品開(kāi)展大體積FIB-SEM三維重構(gòu)。選擇樣品的礦物組成信息如表1所示，研究樣品主要包括鈉長(zhǎng)石和石英等長(zhǎng)英質(zhì)礦物、白云石和方解石等碳酸鹽礦物以及伊利石和綠泥石等黏土礦物。長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量為 6.45%～84.08%，平均值為47.09%。碳酸鹽礦物含量為9.37%～88.96%，平均值為33.29%。黏土礦物含量多小于30%，為3.33%～30.49%，平均值為18.12%。以長(zhǎng)英質(zhì)礦物、碳酸鹽礦物和黏土礦物作為三端元礦物，根據(jù)三端元礦物含量是否大于 50%的標(biāo)準(zhǔn)劃分巖相，則本文研究樣品包括長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖3類(lèi)、混合質(zhì)頁(yè)巖2類(lèi)和白云質(zhì)頁(yè)巖2類(lèi)，涵蓋了孔二段頁(yè)巖發(fā)育的主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型。研究樣品的鏡質(zhì)體反射率Ro值總體為0.7%～1.0%，有機(jī)質(zhì)處于生油階段。樣品中的有機(jī)質(zhì)主要為油或?yàn)r青。

表1 渤海灣盆地滄東凹陷孔二段樣品礦物組成及儲(chǔ)集空間類(lèi)型

掃描電鏡觀察、SEM 圖像大面積拼接和 AMICS礦物掃描識(shí)別是已經(jīng)相對(duì)成熟的技術(shù)方法[19-22]，這里不做贅述。本文具體介紹大體積FIB-SEM方法，其基本流程和制作常用的 10 μm×10 μm×10 μm 大小的三維重構(gòu)模型相同[23-26]。①使用Zeiss Crossbeam 550聚焦離子束掃描電鏡對(duì)75 μm×65 μm×65 μm大小的區(qū)域進(jìn)行三維重構(gòu)。②將樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)54°并完成電子束、離子束對(duì)焦，采用30 kV、65 nA束流值的鎵離子束挖梯形槽，采用30 kV、30 nA束流值的鎵離子束挖耳槽。③用較小束流值的離子束對(duì)樣品截面進(jìn)行粗拋光和精拋光。④采用30 kV、7 nA的離子束以30 nm的厚度進(jìn)行2 000次連續(xù)切片，采用1 kV、500 pA的電子束進(jìn)行成像，分辨率為30 nm。挖梯形槽、耳槽、粗細(xì)拋光等前期準(zhǔn)備過(guò)程耗時(shí)19 h左右，對(duì)選擇區(qū)域連續(xù)切片2 000次并成像耗時(shí)45 h左右。

2 儲(chǔ)集空間類(lèi)型及特征

根據(jù)掃描電鏡觀察和AMICS掃描結(jié)果，本文識(shí)別出7種儲(chǔ)集空間類(lèi)型，其中長(zhǎng)英質(zhì)儲(chǔ)集空間3類(lèi)，分別為長(zhǎng)英質(zhì)粒間微米孔型、長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型和長(zhǎng)英質(zhì)粒間孔隙型?；旌腺|(zhì)儲(chǔ)集空間 2類(lèi)，分別為混合質(zhì)粒間孔縫型和混合質(zhì)粒間孔隙型。白云質(zhì)儲(chǔ)集空間 2類(lèi)，分別為含黏土白云質(zhì)粒間孔隙型和無(wú)黏土白云質(zhì)粒間孔隙型。

2.1 長(zhǎng)英質(zhì)粒間微米孔型

長(zhǎng)英質(zhì)粒間微米孔型儲(chǔ)集空間主要發(fā)育粒間孔?？紫冻什灰?guī)則多角狀，邊界平直清晰，棱角分明，平均值為1～5 μm（見(jiàn)圖1a）。粒間孔隙中的部分瀝青已經(jīng)散失，表現(xiàn)為“一邊厚，一邊薄”或“一邊有，一邊無(wú)”的形態(tài)（見(jiàn)圖1b）。該類(lèi)儲(chǔ)集空間的1個(gè)重要特征是粒間孔隙中幾乎沒(méi)有黏土礦物，因此瀝青看起來(lái)非常純凈。如AMICS掃描所示，長(zhǎng)英質(zhì)礦物占據(jù)絕大部分面積，碳酸鹽礦物顆粒較少，而黏土礦物幾乎沒(méi)有（見(jiàn)圖1c）。

基于 AMICS掃描結(jié)果對(duì)孔隙與其周?chē)植嫉V物的接觸面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以從孔隙-礦物連生關(guān)系的角度對(duì)孔隙類(lèi)型占比進(jìn)行定量。該類(lèi)型儲(chǔ)集空間中鈉長(zhǎng)石粒間孔最多，占總孔隙的45.97%，是最主要的孔隙類(lèi)型。其次為白云石晶間孔，占總孔隙的18.64%。鉀長(zhǎng)石、石英、伊利石、方解石粒（晶）間孔占比分別為 12.82%，7.54%，7.54%和 7.49%（見(jiàn)圖 1d）。基于SEM大面積拼接圖像計(jì)算面孔率、孔隙等效直徑分布和孔隙體積貢獻(xiàn)分布，其優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)?瀝青儲(chǔ)集空間進(jìn)行表征。將孔隙和瀝青一起進(jìn)行圖像分割后，計(jì)算得到面孔率為10.06%，儲(chǔ)集性能較好?？紫兜刃е睆椒植冀y(tǒng)計(jì)顯示直徑小于5 μm的孔隙在數(shù)量上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，隨孔隙直徑增大孔隙發(fā)育數(shù)量逐漸減少（見(jiàn)圖1e）?？紫扼w積分布計(jì)算結(jié)果表明主要的儲(chǔ)集空間是等效直徑為0.2～30.0 μm的孔隙，其中等效直徑為1～15 μm的孔隙對(duì)儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)最大（見(jiàn)圖1f）。在等效直徑30～60 μm也出現(xiàn)了1個(gè)峰，其對(duì)應(yīng)較大的原始沉積有機(jī)質(zhì)團(tuán)塊，而非孔隙或?yàn)r青（見(jiàn)圖1f）。

圖1 滄東凹陷孔二段頁(yè)巖長(zhǎng)英質(zhì)粒間微米孔型儲(chǔ)集空間及其結(jié)構(gòu)特征（樣品G-1，GXX4井，4 137.78 m，孔二段）

2.2 長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型

該類(lèi)儲(chǔ)集空間主要為粒間縫，且通常被瀝青充滿(mǎn)。粒間縫的延展性好，彼此交織相連，形成廣泛分布的粒間縫網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖2a）。粒間縫中明顯可見(jiàn)少量黏土礦物（見(jiàn)圖2b）。縫隙狀的儲(chǔ)集空間和其中稀疏分布的黏土礦物是該類(lèi)儲(chǔ)集空間的主要識(shí)別標(biāo)志。瀝青通常保存較好，僅有少量散失，形成尺寸較小的圓形或近圓形孔隙（見(jiàn)圖2a、圖2b）。AMICS掃描圖（見(jiàn)圖2c）中可見(jiàn)分布在骨架礦物顆粒之間的黏土礦物（綠色區(qū)域）。

伊利石和綠泥石粒間孔縫分別占所有孔縫的39.87%和29.77%（見(jiàn)圖2d），是主要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型。鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石粒間孔占比分別為19.96%和8.53%，方解石和石英粒（晶）間孔非常少，僅占 0.97%和0.90%。該類(lèi)型儲(chǔ)集空間的面孔率為 12.90%，是所有類(lèi)型中儲(chǔ)集性能最好的。由于儲(chǔ)集空間主要是縫隙狀，因此本文采用最大弗雷特直徑（分析對(duì)象在 1組選定方向上的最遠(yuǎn)兩個(gè)點(diǎn)的平行切線(xiàn)的距離）來(lái)描述縫隙狀孔隙最大延伸方向上平行切線(xiàn)間距離，以表征縫隙的最大延伸長(zhǎng)度。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，弗雷特直徑小于2.5 μm的粒間縫數(shù)量最多，隨著直徑增大粒間縫發(fā)育數(shù)量逐漸減少（見(jiàn)圖2e）。儲(chǔ)集空間體積分布曲線(xiàn)顯示儲(chǔ)集空間由弗雷特直徑為0.1～80.0 μm的粒間縫提供，其中直徑為 1～80 μm 的粒間縫對(duì)儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)最大（見(jiàn)圖2f）。

圖2 滄東凹陷孔二段頁(yè)巖長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型儲(chǔ)集空間及其結(jié)構(gòu)特征（樣品G-2，GXX4井，4 105.68 m，孔二段）

2.3 長(zhǎng)英質(zhì)粒間孔隙型

由圖3a和圖3b所示，該類(lèi)型儲(chǔ)集空間中主要由黏土礦物粒間孔、黏土礦物和脆性礦物之間的孔隙組成。相比于Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)集空間，此類(lèi)型儲(chǔ)集空間中充填的黏土礦物更多。另外，粒間孔中還充填了許多以菱形白云石為主的碳酸鹽礦物。礦物含量的變化影響儲(chǔ)集空間展布樣式。由于充填物含量的增加，相比于Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)集空間此類(lèi)型儲(chǔ)集空間中粒間孔明顯減小，孔隙直徑主要為幾十納米到幾百納米，并且不會(huì)像Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)集空間一樣廣泛發(fā)育粒間縫。

碳酸鹽礦物和黏土礦物含量相對(duì)增加，表現(xiàn)為其在AMICS掃描圖中分布面積占比增加，而長(zhǎng)英質(zhì)礦物占比明顯減少（見(jiàn)圖 3c）。鈉長(zhǎng)石粒間孔占總孔隙的46.29%，其中部分是鈉長(zhǎng)石和黏土礦物之間的孔隙。綠泥石粒間孔占 35.73%，鉀長(zhǎng)石粒間孔占 9.88%，其他類(lèi)型孔隙含量較低（見(jiàn)圖3d）。這與掃描電鏡中觀察到的黏土礦物粒間孔、黏土礦物和骨架礦物之間的孔隙是主要孔隙類(lèi)型的情況相符。此類(lèi)型儲(chǔ)集空間的面孔率為2.95%，儲(chǔ)集性能較差。結(jié)合掃描電鏡觀察，認(rèn)為粒間孔隙中的充填物太多而大大縮減了儲(chǔ)集空間?？紫兜刃е睆綖?.01～8.00 μm，其中以小于0.2 μm的孔隙為主，等效直徑為0.04～200.00 μm的孔隙對(duì)總孔隙體積貢獻(xiàn)最大，等效直徑為0.2～8.0 μm的孔隙也提供了部分孔隙體積（見(jiàn)圖3e、圖3f）。

圖3 滄東凹陷孔二段頁(yè)巖長(zhǎng)英質(zhì)粒間孔隙型儲(chǔ)集空間及其結(jié)構(gòu)特征（樣品G-3，GXX8井，3 044.03 m，孔二段）

2.4 混合質(zhì)粒間孔縫型

該類(lèi)型儲(chǔ)集空間主要由黏土礦物粒間孔縫、黏土礦物與骨架礦物之間孔縫、骨架礦物粒間孔縫組成。以縫隙狀儲(chǔ)集空間為主，孔隙狀儲(chǔ)集空間相對(duì)發(fā)育（見(jiàn)圖 4a、圖 4b）。儲(chǔ)集空間中黏土礦物含量較高且不像Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)集空間一樣分布在為骨架礦物粒間孔縫中，而是以較好的延展性橫跨于數(shù)個(gè)骨架礦物顆粒，導(dǎo)致部分骨架礦物互不接觸（見(jiàn)圖4a、圖4b）。此類(lèi)型與Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)集空間的黏土礦物分布明顯不同：Ⅱ類(lèi)黏土礦物分布稀疏，而在此類(lèi)型儲(chǔ)集空間中的黏土礦物含量顯著增多且分布致密（見(jiàn)圖4a、圖4b）。白云石等碳酸鹽礦物顆粒不再和黏土礦物混在一起充填在骨架礦物顆粒之間（見(jiàn)圖 3a、圖 3b），而是以較大的顆粒和鈉長(zhǎng)石、石英等顆粒一起作為骨架礦物（見(jiàn)圖4c）。

圖4 滄東凹陷孔二段頁(yè)巖混合質(zhì)粒間孔縫型儲(chǔ)集空間及其結(jié)構(gòu)特征（樣品G-4，GXX8井，3 269.62 m，孔二段）

該類(lèi)型儲(chǔ)集空間中伊利石粒間孔隙占總孔隙的44.31%，其次為鈉長(zhǎng)石粒間孔占比32.93%，白云石晶間孔占比16.76%，其他孔隙類(lèi)型占比較小（見(jiàn)圖4d）。由于該類(lèi)型儲(chǔ)集空間中發(fā)育大量粒間縫，對(duì)該類(lèi)型儲(chǔ)集空間進(jìn)行定量分析時(shí)采用弗雷特直徑。弗雷特直徑小于2 μm的孔縫數(shù)量最多，2～45 μm的孔縫數(shù)量逐漸降低（見(jiàn)圖4e）。值得注意的是，該類(lèi)型儲(chǔ)集空間中黏土礦物含量很高，為30.49%，理論上儲(chǔ)集性能應(yīng)該較低，但實(shí)際上其面孔率反而相對(duì)較高，為9.31%。分析認(rèn)為這可能與黏土礦物的展布樣式有關(guān)，黏土礦物延展橫穿于脆性礦物之間，增加了粒間縫發(fā)育的概率（見(jiàn)圖4b），從而增加了儲(chǔ)集空間。儲(chǔ)集空間主要由弗雷特直徑為0.02～50.00 μm的孔縫提供，其中0.07～30.00 μm的孔縫貢獻(xiàn)最大（見(jiàn)圖4f）。幾十納米的粒間孔隙到幾十微米的粒間縫隙對(duì)儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)均較大，不像Ⅰ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)集空間那樣孔隙體積貢獻(xiàn)較為集中（見(jiàn)圖1f、圖3f）。

2.5 混合質(zhì)粒間孔隙型

該類(lèi)型儲(chǔ)集空間主要由近圓形的綠泥石粒間孔組成，數(shù)量多密度大，孔隙中可見(jiàn)瀝青充填（見(jiàn)圖 5a、圖5b）。白云石和鉀長(zhǎng)石等脆性礦物顆粒之間分布著大量的綠泥石（見(jiàn)圖5b虛線(xiàn)內(nèi)、見(jiàn)圖5c），導(dǎo)致幾乎不發(fā)育白云石和長(zhǎng)石等脆性礦物粒間孔隙。

孔隙類(lèi)型分析顯示主要的孔隙類(lèi)型為綠泥石粒間孔，占總孔隙的 46.66%（見(jiàn)圖 5d）。其次為鉀長(zhǎng)石、白云石、鈉長(zhǎng)石粒（晶）間孔，分別占總孔隙的28.72%，15.09%和8.25%。

該類(lèi)型儲(chǔ)集空間的面孔率為 4.55%，儲(chǔ)集性能中等?？紫兜刃е睆椒植硷@示以小于100 nm的孔隙為主，隨著孔徑的增大孔隙數(shù)量逐漸遞減（見(jiàn)圖5e）?？紫扼w積貢獻(xiàn)分布曲線(xiàn)顯示儲(chǔ)集空間主要由等效直徑為 40～700 nm的孔隙提供，其中100～400 nm的孔隙對(duì)總孔體積的貢獻(xiàn)最大（見(jiàn)圖 5f），這部分孔隙即是在 SEM圖像中觀察到的近圓形綠泥石粒間孔隙。

圖5 滄東凹陷孔二段頁(yè)巖混合質(zhì)粒間孔隙型儲(chǔ)集空間及其結(jié)構(gòu)特征（樣品G-5，GXX4井，4 087.15 m，孔二段）

2.6 含黏土白云質(zhì)粒間孔隙型

該類(lèi)儲(chǔ)集空間主要由白云石晶間孔組成，通常呈三角形，另外還發(fā)育部分綠泥石粒間孔以及綠泥石和白云石之間的孔隙，孔隙中可見(jiàn)瀝青（見(jiàn)圖 6a、見(jiàn)圖6b）。從 AMICS掃描圖可以看出長(zhǎng)石含量大大降低，白云石為主要的礦物類(lèi)型（見(jiàn)圖6c）。

白云石晶間孔占總孔隙的51.36%，綠泥石晶間孔占比31.83%，鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石粒間孔分別占比10.26%和5.72%，與石英有關(guān)的孔隙較少（見(jiàn)圖6d）。

面孔率為 6.32%，儲(chǔ)集性能較好。孔隙等效直徑分布顯示小于200 nm的孔隙數(shù)量最多，大于200 nm的孔隙數(shù)量逐漸減少（見(jiàn)圖6e）。孔隙體積分布曲線(xiàn)顯示儲(chǔ)集空間由等效直徑為8～2 000 nm的孔隙提供，其中等效直徑在80～700 nm的孔隙貢獻(xiàn)最大（見(jiàn)圖6f）。

圖6 滄東凹陷孔二段頁(yè)巖含黏土白云質(zhì)粒間孔隙型儲(chǔ)集空間及其結(jié)構(gòu)特征（樣品G-6，GXX8井，3 118.75 m，孔店組）

2.7 無(wú)黏土白云質(zhì)粒間孔隙型

該類(lèi)型儲(chǔ)集空間主要由白云石晶間孔提供，孔隙形態(tài)呈三角形，幾乎不見(jiàn)黏土礦物（見(jiàn)圖 7a、圖7b）。

基于礦物-孔隙連生關(guān)系的孔隙分類(lèi)定量分析顯示白云石晶間孔占總孔隙的97.81%。面孔率為7.90%，儲(chǔ)集性能較好。等效直徑小于200 nm的孔隙數(shù)量最多，且隨等效直徑增大孔隙數(shù)量逐漸遞減。儲(chǔ)集空間由等效直徑為7～2 000 nm的孔隙提供，其中50～600 nm的孔隙貢獻(xiàn)最大（見(jiàn)圖7c—圖7f）。

圖7 滄東凹陷孔二段頁(yè)巖無(wú)黏土白云質(zhì)粒間孔隙型儲(chǔ)集空間及其結(jié)構(gòu)特征（樣品G-7，GXX8井，2 985.17 m，孔二段）

3 大體積FIB-SEM三維重構(gòu)

根據(jù)巖相和儲(chǔ)集空間形態(tài)從上述7類(lèi)儲(chǔ)集空間中選取最具代表性的4類(lèi)開(kāi)展大體積FIB-SEM三維重構(gòu)。其中，長(zhǎng)英質(zhì)粒間微米孔型具有獨(dú)特的微米級(jí)孔隙，長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型是唯一主要由粒間縫構(gòu)成的儲(chǔ)集空間，混合質(zhì)粒間孔隙型發(fā)育特殊的圓形孔隙，含黏土白云質(zhì)粒間孔隙型具有最典型的不規(guī)則孔隙型網(wǎng)絡(luò)。

3.1 長(zhǎng)英質(zhì)粒間微米孔型

經(jīng)過(guò)對(duì)齊剪裁、去窗簾效應(yīng)等圖像處理過(guò)程后獲得了73.5 μm×52.5 μm×38.1 μm的長(zhǎng)英質(zhì)粒間微米孔型樣品的FIB-SEM三維模型（見(jiàn)圖8a）。將模型中的孔隙和瀝青部分提取出來(lái)得到儲(chǔ)集空間的三維模型（見(jiàn)圖8b）?？紫毒W(wǎng)絡(luò)整體連通性較好，對(duì)孔隙網(wǎng)絡(luò)三維模型進(jìn)行局部放大發(fā)現(xiàn)該類(lèi)型儲(chǔ)集空間的孔隙呈不規(guī)則粒狀，主要是一些粒間孔（見(jiàn)圖 8b、圖 8c）。喉道則主要呈管柱狀，管柱的直徑、長(zhǎng)度各異（見(jiàn)圖8d）。因此，此類(lèi)儲(chǔ)集空間的孔隙網(wǎng)絡(luò)是由一系列“管柱狀”喉道將“不規(guī)則粒狀”孔隙連接而成。

圖8 長(zhǎng)英質(zhì)粒間微米孔型儲(chǔ)集空間三維結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)灰度值提取孔隙計(jì)算的模型孔隙度為9.32%，該孔隙度數(shù)值包括孔隙和瀝青賦存的空間。主要的孔隙體積由等效直徑為1～4 μm的孔隙提供（見(jiàn)圖8e）。相比于二維圖像，三維模型具有計(jì)算喉道直徑和孔隙配位數(shù)的優(yōu)勢(shì)。管柱狀喉道的直徑為7.25～2 740.00 nm，主要集中在 7.25～400.00 nm（見(jiàn)圖 8f）。喉道直徑較大，有利于頁(yè)巖油運(yùn)移?？紫杜湮粩?shù)為 1～20，平均3.18，表明孔隙之間的連通通道較多，連通性較好。最大連通孔隙團(tuán)簇的孔隙體積分?jǐn)?shù)為4.41%（見(jiàn)圖8b中紅色孔隙團(tuán)簇），占整個(gè)孔隙空間的百分比為47.31%，說(shuō)明孔隙的連通規(guī)模較大。

3.2 長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型

長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型樣品的FIB-SEM三維模型尺寸為 59.67 μm×53.26 μm×28.72 μm，骨架礦物的粒間縫中全部被瀝青充滿(mǎn)，骨架礦物呈點(diǎn)接觸或不接觸（見(jiàn)圖9a）。將瀝青提取出來(lái)即是儲(chǔ)集空間三維模型，模型顯示粒間縫相互連通成 1個(gè)非常大的逾滲網(wǎng)絡(luò)，僅有少量尺寸較小的孔隙是孤立的（見(jiàn)圖9b），非常有利于頁(yè)巖油的滲流。為了更清晰地剖析儲(chǔ)集空間的結(jié)構(gòu)形態(tài)，將孔隙網(wǎng)絡(luò)模型局部放大，顯示孔隙網(wǎng)絡(luò)中存在許多顆粒狀凹槽，即礦物顆粒的分布位置（見(jiàn)圖9c）。這表明瀝青將礦物顆粒完全包裹起來(lái)，礦物顆粒相互不接觸（見(jiàn)圖9d）。粒間縫網(wǎng)絡(luò)的抽象模型如圖9e所示。

圖9 長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型儲(chǔ)集空間三維結(jié)構(gòu)特征

由于該類(lèi)型儲(chǔ)集空間不具有孔喉結(jié)構(gòu)，因此無(wú)法計(jì)算其孔隙體積分布、喉道直徑分布和配位數(shù)。模型孔隙度為11.92%，儲(chǔ)集性能好。最大連通孔隙團(tuán)簇的體積分?jǐn)?shù)為11.46%，占總孔隙體積的96.14%，連通規(guī)模大。儲(chǔ)集空間主要由粒間縫相互交織連通組成，粒間縫是十分重要的逾滲通道，其寬度主要為0.6～1.2 μm（見(jiàn)圖9f）。此類(lèi)型儲(chǔ)集空間的儲(chǔ)集性能好、連通性好、逾滲通道寬，是非常優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)集空間。

3.3 混合質(zhì)粒間孔隙型

混合質(zhì)粒間孔隙型樣品的FIB-SEM三維模型尺寸為 59.94 μm×39.27 μm×30.03 μm，儲(chǔ)集空間以近圓形綠泥石粒間孔為主（見(jiàn)圖 10a）。該類(lèi)型儲(chǔ)集空間中的孔隙團(tuán)簇通常由幾個(gè)或十幾個(gè)近圓形孔隙連接而成（見(jiàn)圖 10b）。雖然孔隙連接形成的團(tuán)簇距離很近，但并沒(méi)有大面積連通形成圖8b或圖9b所示的大規(guī)?？紫毒W(wǎng)絡(luò)?？紫秷F(tuán)簇三維結(jié)構(gòu)為“串狀堆積”（見(jiàn)圖10c），又或者類(lèi)似“簇狀堆積”（見(jiàn)圖10d）。

模型孔隙度為 5.59%，孔隙體積分布曲線(xiàn)顯示主要的孔隙體積由等效直徑為800～3000 nm的孔隙提供（見(jiàn)圖 10e）。近圓形孔隙連接處喉道的等效直徑主要為25～150 nm（見(jiàn)圖10f）。孔隙的配位數(shù)最小為1，最大為6，平均1.66。配位數(shù)較低，孔隙的連通通道較少，符合圖10b所示的孔隙通常只與1～2個(gè)孔隙堆積相連的情況。最大連通孔隙團(tuán)簇的體積分?jǐn)?shù)為0.15%，占總孔隙體積的1.31%，表明孔隙的連通規(guī)模較小。

圖10 混合質(zhì)粒間孔隙型儲(chǔ)集空間三維結(jié)構(gòu)特征

3.4 含黏土白云質(zhì)粒間孔隙型

含黏土白云質(zhì)粒間孔隙型樣品的FIB-SEM三維模型尺寸為 75.53 μm×37.68 μm×42.24 μm，儲(chǔ)集空間以白云石晶間孔和白云石與綠泥石之間的孔隙為主（見(jiàn)圖11a）?？紫哆B通性較好，孔隙彼此相連形成大規(guī)模的孔隙網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖 11b）。局部放大觀察可見(jiàn)白云石晶間孔為大小不等的“三棱錐狀”，喉道呈“彎片狀”，具有不同的長(zhǎng)度、厚度、寬度以及曲率。由此可見(jiàn)，孔隙網(wǎng)絡(luò)是由“彎片狀”喉道將“三棱錐狀”的孔隙連接而形成的（見(jiàn)圖11c、圖11d）。

模型孔隙度為10.17%，主要的孔隙體積由等效直徑為600～3 000 nm的孔隙提供（見(jiàn)圖11e）。彎片狀喉道的等效直徑主要為50～200 nm（見(jiàn)圖11f）。孔隙配位數(shù)最小為 1，最大為 12，平均值為 2.48，孔隙之間的連通通道較多?？紫毒W(wǎng)絡(luò)模型中最大連通孔隙團(tuán)簇的體積分?jǐn)?shù)為7.18%，占總孔隙體積的 70.59%，孔隙的連通規(guī)模較大。

圖11 含黏土白云質(zhì)粒間孔隙型儲(chǔ)集空間三維結(jié)構(gòu)特征

4 儲(chǔ)集空間特征對(duì)比

將本文提出的 7種儲(chǔ)集空間類(lèi)型的三端元礦物含量進(jìn)行對(duì)比分析（見(jiàn)圖12），從左至右依次為Ⅰ—Ⅶ型儲(chǔ)集空間，對(duì)應(yīng)前文的7種儲(chǔ)集空間類(lèi)型。這7種類(lèi)型的三端元礦物含量呈現(xiàn)出良好的變化規(guī)律：從Ⅰ型到Ⅶ型儲(chǔ)集空間碳酸鹽礦物含量逐漸增加，長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量逐漸降低，黏土礦物含量先增加后降低。在 7種類(lèi)型儲(chǔ)集空間中，長(zhǎng)英質(zhì)礦物和碳酸鹽礦物含量最大時(shí)超過(guò)80%，最低時(shí)接近6%；黏土礦物含量最高達(dá)到30.49%，最低接近3%。7種類(lèi)型儲(chǔ)集空間的三端元礦物相對(duì)比例包含了幾乎所有典型的比例分布，說(shuō)明本文提出的 7種類(lèi)型儲(chǔ)集空間對(duì)應(yīng)了孔二段頁(yè)巖所有的巖相類(lèi)型，系統(tǒng)涵蓋了長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、混合質(zhì)頁(yè)巖、白云質(zhì)頁(yè)巖中的主要儲(chǔ)集空間。7種儲(chǔ)集空間對(duì)應(yīng)的樣品總體發(fā)育在前三角洲—湖盆中心位置。干旱時(shí)，陸源輸入量減小，水體深度減小，鹽度增大，白云石發(fā)育，形成白云質(zhì)頁(yè)巖（Ⅵ、Ⅶ型儲(chǔ)集空間）。氣候相對(duì)濕潤(rùn)時(shí)，陸源輸入量增加，則發(fā)育長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型儲(chǔ)集空間）。在干旱與濕潤(rùn)之間廣泛的過(guò)渡區(qū)間，則發(fā)育混合質(zhì)頁(yè)巖（Ⅳ、Ⅴ型儲(chǔ)集空間）[27]。

圖12 7種儲(chǔ)集空間類(lèi)型三端元礦物含量變化圖

粒間縫隙型、粒間孔縫型、粒間微米孔型儲(chǔ)集空間的面孔率均大于9%（見(jiàn)圖13a）。其中，長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型儲(chǔ)集空間的面孔率最大，為12.90%，該類(lèi)型通常發(fā)育在紋層狀長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖中，這與其他學(xué)者認(rèn)為紋層狀長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖中頁(yè)巖油最富集的觀點(diǎn)相符[3,6]。其次為長(zhǎng)英質(zhì)粒間微米孔型，為10.06%，混合質(zhì)粒間孔縫型的面孔率為9.30%。以粒間縫和微米孔為主的儲(chǔ)集空間的儲(chǔ)集性能普遍大于粒間孔隙型儲(chǔ)集空間。粒間孔隙型儲(chǔ)集空間的面孔率均小于9.00%，并且按照無(wú)黏土白云質(zhì)粒間孔隙型（7.90%）、含黏土白云質(zhì)粒間孔隙型（6.32%）、混合質(zhì)粒間孔隙型（4.55%）、長(zhǎng)英質(zhì)粒間孔隙型（2.95%）的次序逐漸降低（見(jiàn)圖13a）。面孔率小于 9%的粒間孔隙型儲(chǔ)集空間的儲(chǔ)集物性排序與鄧遠(yuǎn)等認(rèn)為灰云質(zhì)頁(yè)巖和混合質(zhì)頁(yè)巖相比于長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖具有更好的儲(chǔ)集物性?xún)?yōu)勢(shì)的觀點(diǎn)相符[7]。

圖13 不同類(lèi)型儲(chǔ)集空間面孔率及孔隙體積貢獻(xiàn)對(duì)比

綜上，在所有類(lèi)型的儲(chǔ)集空間當(dāng)中長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型儲(chǔ)集空間的儲(chǔ)集性能最好。當(dāng)儲(chǔ)集空間為孔隙型結(jié)構(gòu)時(shí)，白云質(zhì)頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能最好，其次為混合質(zhì)頁(yè)巖，長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能相對(duì)較弱。儲(chǔ)集性能的大小受儲(chǔ)集空間展布樣式的影響：①粒間縫隙型儲(chǔ)集空間的儲(chǔ)集性能通常大于粒間孔隙型的儲(chǔ)集空間。②在粒間孔隙型的儲(chǔ)集空間中，當(dāng)粒間孔內(nèi)的黏土礦物等充填物含量較高時(shí)，面孔率一般較小。③黏土礦物含量較高儲(chǔ)集性能并不一定較低，如果黏土礦物以較好的延展性橫跨分布在骨架礦物之間，則可能會(huì)提供大量粒間縫從而改善儲(chǔ)集性能，如Ⅳ型儲(chǔ)集空間。

孔徑分布曲線(xiàn)展布樣式可以分為兩類(lèi)：①粒間縫隙型、粒間孔縫型、粒間微米孔型的孔隙體積主要由直徑大于800 nm的粒間孔縫提供。②粒間孔隙型孔隙體積則主要是由直徑小于800 nm粒間孔提供（見(jiàn)圖13b）。

為了方便查閱對(duì)比 7種類(lèi)型儲(chǔ)集空間的特征，特將7種儲(chǔ)集空間類(lèi)型的一些關(guān)鍵參數(shù)匯總（見(jiàn)表2）。依據(jù)表對(duì)不同類(lèi)型儲(chǔ)集空間的連通性進(jìn)行對(duì)比，長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型儲(chǔ)集空間的最大連通孔隙團(tuán)簇占總孔隙體積的96.14%，連通規(guī)模大，是連通性最好的儲(chǔ)集空間類(lèi)型。含黏土白云質(zhì)粒間孔隙型儲(chǔ)集空間的平均孔隙配位數(shù)為 2.48，最大連通孔隙團(tuán)簇占總孔隙體積的比值達(dá)到70.59%，是連通性第2好的儲(chǔ)集空間類(lèi)型。無(wú)黏土白云質(zhì)孔隙型儲(chǔ)集空間未開(kāi)展FIB-SEM三維重構(gòu)分析，相關(guān)連通性評(píng)價(jià)參數(shù)不明，但由于其和含黏土白云質(zhì)孔隙型儲(chǔ)集空間的孔隙結(jié)構(gòu)相似，推測(cè)應(yīng)具有相同水平的孔隙連通性。長(zhǎng)英質(zhì)粒間微米孔型儲(chǔ)集空間的孔隙配位數(shù)為 3.18，但最大孔隙團(tuán)簇連通規(guī)模為 47.31%，綜合以上兩點(diǎn)其孔隙連通性排在第 3?；旌腺|(zhì)粒間孔隙型儲(chǔ)集空間的配位數(shù)為1.66，最大孔隙團(tuán)簇規(guī)模為1.31%，兩個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)數(shù)值均較低，結(jié)合圖像（見(jiàn)圖10b）認(rèn)為屬于整體連通性差、局部連通性較好的儲(chǔ)集空間?；谄涿婵茁释茰y(cè)，長(zhǎng)英質(zhì)粒間孔隙型儲(chǔ)集空間（面孔率2.95%）的孔隙連通性最差，混合質(zhì)粒間孔縫型儲(chǔ)集空間（面孔率9.31%）的孔隙連通性較好。

表2 7種儲(chǔ)集空間類(lèi)型關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)匯總表

5 結(jié)論

滄東凹陷孔二段頁(yè)巖儲(chǔ)集空間可劃分出7種類(lèi)型，各儲(chǔ)集空間類(lèi)型具有其代表性的礦物組成、展布樣式、孔徑分布等特征，涵蓋了孔二段長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、混合質(zhì)頁(yè)巖、白云質(zhì)頁(yè)巖中主要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型。指出長(zhǎng)英質(zhì)粒間縫隙型儲(chǔ)集空間具有最好的儲(chǔ)集性能和孔隙結(jié)構(gòu)，是需要重點(diǎn)關(guān)注的儲(chǔ)集空間類(lèi)型。當(dāng)儲(chǔ)集空間為粒間孔隙型結(jié)構(gòu)時(shí)，以白云質(zhì)頁(yè)巖的儲(chǔ)集性能最好，其次為混合質(zhì)頁(yè)巖，長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖較差。

基于 AMICS礦物掃描統(tǒng)計(jì)的孔隙-礦物接觸面積能夠有效定量計(jì)算出孔隙類(lèi)型及占比。根據(jù)大面積SEM拼接圖像計(jì)算孔隙的直徑分布和體積貢獻(xiàn)分布，能夠有效表征含油（瀝青）儲(chǔ)集空間。大體積LV-FIB-SEM 三維重構(gòu)技術(shù)能夠同時(shí)兼顧尺度代表性和高分辨率表征儲(chǔ)集空間三維結(jié)構(gòu)特征，是表征非均質(zhì)性陸相頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間的有效方法。