富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展

宋董军; 妥进才; 王晔桐; 吴陈君; 张明峰

doi:10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

ISSN 1000-0550 CN 62-1038/P

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富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展

宋董军, 妥进才, 王晔桐, 吴陈君, 张明峰

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宋董军, 妥进才, 王晔桐, 吴陈君, 张明峰. 富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展[J]. 沉积学报, 2019, 37(6): 1309-1324. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

引用本文:

宋董军, 妥进才, 王晔桐, 吴陈君, 张明峰. 富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展[J]. 沉积学报, 2019, 37(6): 1309-1324. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

SONG DongJun, TUO JinCai, WANG YeTong, WU ChenJun, ZHANG MingFeng. Research Advances on Characteristics of Nanopore Structure of Organic-rich Shales[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2019, 37(6): 1309-1324. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

Citation:

SONG DongJun, TUO JinCai, WANG YeTong, WU ChenJun, ZHANG MingFeng. Research Advances on Characteristics of Nanopore Structure of Organic-rich Shales[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2019, 37(6): 1309-1324. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

宋董军, 妥进才, 王晔桐, 吴陈君, 张明峰. 富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展[J]. 沉积学报, 2019, 37(6): 1309-1324. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

引用本文:

宋董军, 妥进才, 王晔桐, 吴陈君, 张明峰. 富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展[J]. 沉积学报, 2019, 37(6): 1309-1324. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

Citation:

富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

宋董军^1,2,3,
妥进才^1,2,,
王晔桐^1,2,3,
吴陈君^1,2,
张明峰^1,2

1.
中国科学院西北生态环境资源研究院, 兰州 730000;
2.
甘肃省油气资源研究重点实验室, 兰州 730000;
3.
中国科学院大学, 北京 100049

基金项目: 国家自然科学基金项目（41672127，41602151）；中国科学院西部青年学者项目

详细信息

作者简介:
宋董军,男,1993年出生,博士研究生,油气地质与地球化学,E-mail:songdongjun16@mails.ucas.ac.cn

通讯作者:
妥进才,男,研究员,E-mail:jctuo@lzb.ac.cn

中图分类号: P618.13

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Research Advances on Characteristics of Nanopore Structure of Organic-rich Shales

SONG DongJun^1,2,3,
TUO JinCai^{1,2
,},
WANG YeTong^1,2,3,
WU ChenJun^1,2,
ZHANG MingFeng^1,2

1.
Northwest Institute of Eco Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;
2.
Key Laboratory of Petroleum Resources, Gansu Province, Lanzhou 730000, China;
3.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: National Natural Science Foundation of China, No. 41672127, 41602151; CAS "Light of West China" Program

摘要

摘要: 阐明富有机质泥页岩孔隙结构特征对阐明页岩油气的赋存机理和勘探开发具有重要的意义。研究泥页岩孔隙结构特征的方法主要包括定量和定性两类，实际研究中常将二者结合使用。有机质含量（TOC）、热演化程度、有机质母质来源、矿物组成及构造变形作用等因素对富有机质泥页岩孔隙结构特征有重要影响。有机质母质来源决定了纳米有机质孔的发育潜能，TOC和矿物组成控制了孔隙的发育类型，而热演化程度决定了孔隙的演化行为，构造变形作用对于纳米孔有后期改造作用。生排烃热模拟实验由于可以人为地控制实验条件，在泥页岩孔隙结构演化研究中扮演了重要的角色，但要注意与实际地质条件相匹配。目前，富有机质泥页岩孔隙结构的演化模式还存在较大的争议。受控于有机质母质来源，不同沉积环境下发育的富有机质泥页岩孔隙结构演化模式存在差异，因此需要分别研究。在未来工作中，TOC对泥页岩孔隙结构特征的影响、有机质孔开始形成的成熟度以及高演化阶段（镜质体反射率R_o>3%）孔隙的演化行为及机理等问题都需要进一步探究。另外，扫描电镜下识别有机质显微组成的方法亟需建立，同时还要规范行业术语的应用，以减少学科研究的混乱现象。
- 有机质 /
- 页岩油气 /
- 孔隙结构 /
- 高演化阶段 /
- 沉积环境
Abstract: A full understanding of the properties of the pore structure in organic-rich shales is beneficial for determining the shale oil and gas accumulation mechanism,and thus is significant in guiding exploration and exploitation. Methods of characterizing the pore structure of organic-rich shales embody quantitative analysis and qualitative description,both of which should be combined during investigations. Factors such as total organic carbon(TOC),thermal maturity,origin of organic matter,mineral constituents and tectonism have considerable impacts on the nature of the pore structure in organic-rich shales. Of these,the origin of organic matter determines the potential for organic pores formation;TOC and mineralogy control the types of nanopores;and thermal maturity influences nanopore evolution. Tectonism has a secondary effect,in that it may modify the nanopore structure. Pyrolysis experiments play a crucial role in investigating the evolution of pore structure in shales,since the factors are controlled artificially;however,experimental conditions should match the actual geological conditions. At present,pore structure evolution in shales is still inconclusive and controversial. Due to the diverse origins of organic matter,the evolution of the pore structure in organic-rich shales may differ from one sedimentary environment to another,and thus require further separate study. Dilemmas such as the impacts of TOC on the characteristics of pores in shales,the mature stage of the development of secondary organic pores and the evolutionary scenarios and mechanisms of pores at the envolution stage (R_o>3%) need to be further explored. In addition,the methods identifying the microscopic compositions of organic matter using scanning electron microscopy need to be established,and the usage of some terminologies should be standardized to reduce the confusion that is currently caused by researchers who engage in different fields.
- organic matter /
- shale gas and oil /
- pore structure /
- highly envolution stage /
- sedimentary environment

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[1]	符芳亮, 潘松圻, 张国生, 赵正福, 王伟, 沈雅婷, 荆振华. 黑色页岩中的黄铁矿形态特征组合及古环境意义——以四川盆地W207井下寒武统筇竹寺组为例 . 沉积学报, 2023, (): -. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2023.123
[2]	谷一凡, 蔡光银, 李树新, 蒋裕强, 邱振, 孙莎莎, 付永红. 不同岩相海陆过渡相页岩孔隙结构及控制因素 . 沉积学报, 2023, 41(1): 318-332. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.070
[3]	裴宇, 张生银, 房嬛, 陈永欣, 张顺存, 邵明, 雷天柱. 陆架边缘海环境下金属元素与有机质富集关系探讨 . 沉积学报, 2022, 40(1): 136-148. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.082
[4]	徐良伟, 杨克基, 鲁文婷, 李霄, 魏浩. 富有机质泥页岩微纳米孔隙系统演化特征及模式研究新进展 . 沉积学报, 2022, 40(1): 1-21. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.085
[5]	王乾右, 杨威, 葛云锦, 宋岩, 姜振学, 罗群, 左如斯, 李耀华, 刘聃, 张帆, 王耀华, 鲁健康. 不同沉积微相致密储层的成岩响应及其控储机理 . 沉积学报, 2021, 39(4): 841-862. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.112
[6]	黄梓桑, 王兴志, 杨西燕, 朱如凯, 崔景伟, 卢远征, 李勇. 沉积环境对页岩中有机质富集的约束 . 沉积学报, 2021, 39(3): 631-644. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.120
[7]	华柑霖, 吴松涛, 邱振, 荆振华, 徐加乐, 管墨迪. 页岩纹层结构分类与储集性能差异 . 沉积学报, 2021, 39(2): 281-296. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.110
[8]	张林浩, 徐嫣然, 孙梦迪, 蒋恕, 张钰莹, Wu Chunming, 张介辉, 梁兴, 王高成. 利用小角中子散射表征页岩闭孔结构与演化 . 沉积学报, 2021, 39(2): 310-323. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.111
[9]	邹才能, 邱振. 中国非常规油气沉积学新进展 . 沉积学报, 2021, 39(1): 1-9. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.001
[10]	丁江辉, 张金川, 石刚, 申宝剑, 唐玄, 杨振恒, 李兴起, 李楚雄. 宣城地区龙潭组页岩沉积环境与有机质富集 . 沉积学报, 2021, 39(2): 324-340. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.056
[11]	郭望, 张卫刚, 李玉宏, 雷迅, 李永红, 陈刚, 张云鹏, 陈磊, 徐学敏. 柴北缘大煤沟组七段页岩地球化学特征——对中侏罗世晚期物源及风化作用的指示及意义 . 沉积学报, 2020, 38(3): 676-686. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.103
[12]	邱振, 邹才能. 非常规油气沉积学：内涵与展望 . 沉积学报, 2020, 38(1): 1-29. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.116
[13]	金值民, 谭秀成, 郭睿, 赵丽敏, 钟原, 陈延涛. 伊拉克哈法亚油田白垩系Mishrif组碳酸盐岩孔隙结构及控制因素 . 沉积学报, 2018, 36(5): 981-994. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2018.078
[14]	谭昭昭, 王伟明, 李文浩, 卢双舫, 何涛华, 程泽虎. 泌阳凹陷核桃园组三段富有机质泥页岩形成环境及发育模式 . 沉积学报, 2018, 36(6): 1256-1266. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2018.096
[15]	乔淑卿. 黄河口及邻近渤海海域悬浮体和沉积物中有机碳、氮的分布特征及其影响因素 . 沉积学报, 2011, 29(2): 354-362.
[16]	陈翠华, 何彬彬, 顾雪祥, 刘建明. 桂西北高龙金矿床含矿硅质岩成因及沉积环境分析 . 沉积学报, 2004, 22(1): 54-58.
[17]	谢泰俊. 海相生烃碎屑岩的沉积环境及有机质的分布 . 沉积学报, 1997, 15(2): 14-18.
[18]	林清, 王国尚, 耿安松, 张干. 青藏高原多年冻土湖沼沉积中的有机质 . 沉积学报, 1997, 15(S1): 24-29.
[19]	陈程, 孙义梅. 砂岩孔隙结构分维及其应用 . 沉积学报, 1996, 14(4): 108-113.
[20]	鲍根德. 太平洋西部深海沉积物中有机质、氮、磷的初步研究 . 沉积学报, 1987, 5(1): 114-124.

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富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

1. 中国科学院西北生态环境资源研究院, 兰州 730000;

2. 甘肃省油气资源研究重点实验室, 兰州 730000;

3. 中国科学院大学, 北京 100049

基金项目: 国家自然科学基金项目（41672127，41602151）；中国科学院西部青年学者项目

作者简介:
宋董军,男,1993年出生,博士研究生,油气地质与地球化学,E-mail:songdongjun16@mails.ucas.ac.cn

通讯作者: 妥进才,男,研究员,E-mail:jctuo@lzb.ac.cn

收稿日期: 2018-07-09
修回日期: 2019-03-13
刊出日期: 2019-12-10

中图分类号: P618.13

关键词:

有机质 /

摘要: 阐明富有机质泥页岩孔隙结构特征对阐明页岩油气的赋存机理和勘探开发具有重要的意义。研究泥页岩孔隙结构特征的方法主要包括定量和定性两类，实际研究中常将二者结合使用。有机质含量（TOC）、热演化程度、有机质母质来源、矿物组成及构造变形作用等因素对富有机质泥页岩孔隙结构特征有重要影响。有机质母质来源决定了纳米有机质孔的发育潜能，TOC和矿物组成控制了孔隙的发育类型，而热演化程度决定了孔隙的演化行为，构造变形作用对于纳米孔有后期改造作用。生排烃热模拟实验由于可以人为地控制实验条件，在泥页岩孔隙结构演化研究中扮演了重要的角色，但要注意与实际地质条件相匹配。目前，富有机质泥页岩孔隙结构的演化模式还存在较大的争议。受控于有机质母质来源，不同沉积环境下发育的富有机质泥页岩孔隙结构演化模式存在差异，因此需要分别研究。在未来工作中，TOC对泥页岩孔隙结构特征的影响、有机质孔开始形成的成熟度以及高演化阶段（镜质体反射率R_o>3%）孔隙的演化行为及机理等问题都需要进一步探究。另外，扫描电镜下识别有机质显微组成的方法亟需建立，同时还要规范行业术语的应用，以减少学科研究的混乱现象。

English Abstract

Research Advances on Characteristics of Nanopore Structure of Organic-rich Shales

1. Northwest Institute of Eco Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;

2. Key Laboratory of Petroleum Resources, Gansu Province, Lanzhou 730000, China;

3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: National Natural Science Foundation of China, No. 41672127, 41602151; CAS "Light of West China" Program

Received Date: 2018-07-09
Rev Recd Date: 2019-03-13
Publish Date: 2019-12-10

Keywords:

Abstract: A full understanding of the properties of the pore structure in organic-rich shales is beneficial for determining the shale oil and gas accumulation mechanism,and thus is significant in guiding exploration and exploitation. Methods of characterizing the pore structure of organic-rich shales embody quantitative analysis and qualitative description,both of which should be combined during investigations. Factors such as total organic carbon(TOC),thermal maturity,origin of organic matter,mineral constituents and tectonism have considerable impacts on the nature of the pore structure in organic-rich shales. Of these,the origin of organic matter determines the potential for organic pores formation;TOC and mineralogy control the types of nanopores;and thermal maturity influences nanopore evolution. Tectonism has a secondary effect,in that it may modify the nanopore structure. Pyrolysis experiments play a crucial role in investigating the evolution of pore structure in shales,since the factors are controlled artificially;however,experimental conditions should match the actual geological conditions. At present,pore structure evolution in shales is still inconclusive and controversial. Due to the diverse origins of organic matter,the evolution of the pore structure in organic-rich shales may differ from one sedimentary environment to another,and thus require further separate study. Dilemmas such as the impacts of TOC on the characteristics of pores in shales,the mature stage of the development of secondary organic pores and the evolutionary scenarios and mechanisms of pores at the envolution stage (R_o>3%) need to be further explored. In addition,the methods identifying the microscopic compositions of organic matter using scanning electron microscopy need to be established,and the usage of some terminologies should be standardized to reduce the confusion that is currently caused by researchers who engage in different fields.

宋董军, 妥进才, 王晔桐, 吴陈君, 张明峰. 富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展[J]. 沉积学报, 2019, 37(6): 1309-1324. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

引用本文:

宋董军, 妥进才, 王晔桐, 吴陈君, 张明峰. 富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展[J]. 沉积学报, 2019, 37(6): 1309-1324. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

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富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

作者简介:
宋董军,男,1993年出生,博士研究生,油气地质与地球化学,E-mail:songdongjun16@mails.ucas.ac.cn

通讯作者:
妥进才,男,研究员,E-mail:jctuo@lzb.ac.cn

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doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.030

1. 中国科学院西北生态环境资源研究院, 兰州 730000;

2. 甘肃省油气资源研究重点实验室, 兰州 730000;

3. 中国科学院大学, 北京 100049

作者简介:
宋董军,男,1993年出生,博士研究生,油气地质与地球化学,E-mail:songdongjun16@mails.ucas.ac.cn

通讯作者: 妥进才,男,研究员,E-mail:jctuo@lzb.ac.cn

English Abstract

Research Advances on Characteristics of Nanopore Structure of Organic-rich Shales

1. Northwest Institute of Eco Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;

2. Key Laboratory of Petroleum Resources, Gansu Province, Lanzhou 730000, China;

3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

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1. 中国科学院西北生态环境资源研究院, 兰州 730000; 2. 甘肃省油气资源研究重点实验室, 兰州 730000; 3. 中国科学院大学, 北京 100049

作者简介: 宋董军,男,1993年出生,博士研究生,油气地质与地球化学,E-mail:songdongjun16@mails.ucas.ac.cn

通讯作者: 妥进才,男,研究员,E-mail:jctuo@lzb.ac.cn

English Abstract

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1. Northwest Institute of Eco Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China; 2. Key Laboratory of Petroleum Resources, Gansu Province, Lanzhou 730000, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

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1. 中国科学院西北生态环境资源研究院, 兰州 730000;

2. 甘肃省油气资源研究重点实验室, 兰州 730000;

3. 中国科学院大学, 北京 100049

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宋董军,男,1993年出生,博士研究生,油气地质与地球化学,E-mail:songdongjun16@mails.ucas.ac.cn

1. Northwest Institute of Eco Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;

2. Key Laboratory of Petroleum Resources, Gansu Province, Lanzhou 730000, China;

3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China