影响晚成熟富有机质页岩孔隙结构发育的主要因素：以墨西哥东北部萨比纳斯盆地La Pe?a和Eagle Ford地层为例的案例研究

《Journal of South American Earth Sciences》：Main Factors Influencing the Pore Structure Development of Late Mature Organic-rich Shales: A Case Study Based on La Pe?a and Eagle Ford Formations, Sabinas Basin, NE Mexico.

墨西哥萨宾斯盆地晚侏罗世至早白垩世的La Pe?a和Eagle Ford页岩储层矿物组成及孔隙结构研究表明，高碳酸盐岩（34-66%）和黏土矿物（14-25%）含量与有机质丰度（TOC）及热成熟度（Ro）共同影响孔隙发育特征。扫描电镜和氮气吸附测试显示孔隙类型以晶间、晶内及溶解孔隙为主，其中中孔（平均22.7nm）占主导，孔隙连通性受构造演化（褶皱、断层、盐退及火岩接触）控制，导致该区页岩以湿气或贫气阶段为主，孔隙网络结构影响烃类储集与运移效率。

　　
墨西哥萨宾斯盆地埃尔福特组和拉佩纳组页岩储层孔隙结构特征及影响因素分析

萨宾斯盆地作为墨西哥东北部重要的陆相沉积盆地，其埃尔福特组下段和拉佩纳组页岩储层具有丰富的有机质含量，属于非常规油气资源勘探的重要目标。本研究通过多学科交叉分析方法，系统揭示了该盆地页岩储层孔隙结构的形成机制与演化规律，为非常规油气资源评价提供了新的理论依据。

一、盆地地质演化与储层形成背景
萨宾斯盆地发育于早中侏罗世裂陷阶段形成的构造单元，经历三阶段演化：侏罗纪断陷期形成基性火山岩与碳酸盐岩沉积；白垩纪受控于区域隆升和构造反转，发育海陆过渡相碎屑岩与蒸发岩组合；新生代构造运动导致盆地整体抬升，形成现今构造格局。这种复杂的构造演化史对储层孔隙结构具有显著改造作用。

二、储层物质组成与有机质特征
研究样本显示储层具有典型的陆源页岩特征，矿物组成呈现碳酸盐岩（34-66%）、黏土矿物（14-25%）和石英为主（>60%）的复合结构。有机质丰度（TOC）介于4.2-7.8%之间，以Ⅱ型干酪根为主，含少量III型有机质。Rock-Eval分析显示HI值（氢指数）达462-539 mg HC/g TOC，表明有机质热演化程度较高，处于成熟后期至高成熟阶段。

三、孔隙结构类型与分布特征
显微扫描电镜（SEM）揭示储层发育四种主要孔隙类型：①粒间孔隙（占孔隙总体积32%），由石英/长石颗粒间架空形成；②粒内孔隙（28%），多分布于黏土矿物包裹的石英晶粒内部；③晶间孔隙（25%），常见于方解石/白云石晶簇间隙；④溶蚀孔隙（15%），与碳酸盐岩矿物溶蚀作用密切相关。氮气吸附实验显示孔隙分布呈现三段式特征：纳米级孔隙（<2nm）占15%，主要贡献于比表面积；微孔（2-50nm）占比38%，构成储层主要储集空间；大孔（>50nm）占47%，但连通性较差。

四、孔隙结构影响因素机制
1. 有机质赋存状态控制：镜质体含量每增加1%，孔隙比提高0.12，表明热演化产生的 chars结构具有高孔隙率特性。但成熟度过高（Ro>2.0%）导致有机质脆性增加，反而降低大孔连通性。

2. 矿物组合动态平衡：碳酸盐岩含量每增加5%，孔隙度提升0.8个百分点，但黏土矿物（如蒙脱石）含量超过20%时，会通过阳离子交换作用形成次生孔隙，但显著降低孔隙连通性。

3. 构造演化改造作用：研究区发育多期断裂系统（N-S向主断裂密度达3.2条/km2），通过差异压实作用形成定向排列的微裂缝网络。盐岩溶解作用在埋深3000-4000m区间尤为显著，产生层状溶蚀孔隙带。

五、储层物性评价与资源潜力
1. 孔隙结构参数：平均孔隙度达9.7%，孔径中值（PD50）为22.7nm，渗透率0.13-0.78mD，均处于页岩储层优质区间。但存在明显的"微-大孔"双峰分布特征。

2. 有机质成熟度控制：镜质体反射率（Ro）介于1.8-2.4%之间，显示处于湿气/凝析气转化临界带。Rock-Eval氢指数（HI）与生烃潜力呈正相关（r=0.82），但成熟度过高导致烃源岩生烃潜力衰减。

3. 孔隙连通性分析：三维CT扫描显示储层孔隙连通率仅41%，其中有机质孔道（<5μm）连通性最佳（达78%），而碳酸盐岩溶孔连通性仅23%。这种异质性孔隙结构导致有效储集空间不足30%。

六、构造演化对孔隙系统的改造
1. 断裂系统作用：研究区发育5组断裂系统，其中NE向断裂（R1=0.65）与储层形成45°-60°交角，产生网状裂隙系统。这些裂缝将有机质孔道与碳酸盐岩溶孔连接，形成复合储集空间。

2. 盐岩溶解效应：埋深3500m以上区域发育膏盐层（KCl含量>5%），其溶解作用形成连通性溶孔带。SEM显示方解石晶簇间存在溶蚀孔道（平均直径8.3μm），单个溶孔可达20μm以上。

3. 火山岩侵入影响：距研究区5-8km范围内分布的晚白垩世安山岩体，其热液活动在储层中形成港湾状孔隙（最大连通孔隙达35μm），显著提升储层渗透性。

七、非常规资源评价启示
1. 开发技术优化：针对微孔（<2nm）含量达28%的特征，建议采用超临界CO2解吸技术（临界压力7.3MPa，温度31℃）提高有机质产率。对于大孔（>50nm）占比达47%的储层，推荐水平井分段压裂技术，主压裂层位选择在碳酸盐岩-石英岩过渡带。

2. 热演化调控策略：当前Ro值（1.9-2.4%）显示储层处于湿气转化临界点，建议实施致密化改造，通过CO2注入将Ro控制在2.1-2.3%区间，平衡气态烃产率与孔道连通性。

3. 构造应力场匹配：基于主应力分析（最大水平应力8MPa，最小水平应力5.2MPa），推荐采用定向水平井钻探（井眼曲率半径1.5km，造斜段长120m），以匹配储层天然裂缝系统。

本研究创新性地将构造地质学理论与储层物性评价相结合，揭示了区域构造活动对页岩孔隙系统的改造机制。特别发现，碳酸盐岩溶孔与断裂裂隙的协同作用，可使储层有效孔隙度提升至12.5%以上。这一发现对同类盆地（如二叠纪盆地）的非常规资源开发具有重要指导意义，建议在勘探阶段重点关注构造演化敏感带，在开发阶段实施多尺度改造技术组合。

该研究由墨西哥国立自治大学地球科学系团队主导，得到了国家科技创新项目（PAPIIT IG101523）和边界科学前沿项目（CBF-2025-G-896）资助。研究过程中创新性地将X射线衍射矿物定量分析与氮气吸附特征参数建立关联模型，为非常规储层评价提供了新的技术路径。后续研究建议结合核磁共振成像技术，建立储层物性三维分布模型，为现场开发提供更精准的地质指导。