《Fuel》：Innovative evaluation of shale laminae storage potential: An image-based quantification with different laminated assemblages
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邱阳沟|徐尚|李龙生|郝芳|刘克宇|熊倩竹|李振|陈张星中国石油大学（华东）深油深气国家重点实验室，青岛市266580，中华人民共和国摘要层理在控制页岩油富集和高产方面起着关键作用，这主要通过单个层理内的孔隙以及不同层理之间的微裂缝实现。由于缺乏有效的方法，关于层状裂缝对页岩储层
邱阳沟|徐尚|李龙生|郝芳|刘克宇|熊倩竹|李振|陈张星
中国石油大学（华东）深油深气国家重点实验室，青岛市266580，中华人民共和国
摘要
层理在控制页岩油富集和高产方面起着关键作用，这主要通过单个层理内的孔隙以及不同层理之间的微裂缝实现。由于缺乏有效的方法，关于层状裂缝对页岩储层贡献的研究一直受到阻碍，目前主要依赖于通过比较层状页岩和块状页岩的储层性质来进行间接评估。这阻碍了人们对层状裂缝在页岩油储存和迁移中作用的全面理解。以济阳坳陷的沙河街页岩为例，本研究采用了多种成像技术，包括扫描电子显微镜（SEM）、模块化自动化处理系统（MAPS）、扫描电子显微镜定量矿物分析（QEMSCAN）和聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM），对单个层理内的孔隙结构进行了二维和三维成像定量分析。各层理的表面孔隙度排序如下：长石质层理 > 颗粒方解石层理 > 混合层理 > 黏土-有机物层理 > 白云石层理 > 斜长石方解石层理 > 有机物层理。使用SEM和FIB-SEM成像观察到层理内的孔径、孔隙度和孔隙连通性具有相似的趋势。通过二值图像处理量化了基质孔隙度，并结合测量的孔隙度评估了层状裂缝的储存能力。在实验室条件下，层状裂缝对页岩储存能力的贡献约为36.03%。然而，在原位条件下，层状裂缝的孔隙度从1.51%降至0.44%，使其对总孔隙度的贡献降至10.61%。通过广泛的图像分析和比较，本研究填补了直接量化层状裂缝对储存能力贡献的空白，为了解不同类型层状页岩中烃类富集的差异提供了宝贵的见解。
引言
近年来，在主要的湖泊页岩地层（包括松辽、渤海湾、鄂尔多斯和准噶尔盆地）的页岩油勘探方面取得了显著进展[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。勘探实践表明，中国的层状页岩通常具有较高的含油量，使其成为实现高产的主要目标[2]、[3]、[6]、[7]。典型的例子包括济阳坳陷沙河街组的层状泥质石灰岩或钙质泥岩相[6]、[8]、黄华坳陷孔店组的层状长石页岩[9]、[10]、松辽盆地青山口组的层状硅质页岩[11]，以及鄂尔多斯盆地长7段的“富有机质 + 粉砂级长石-石英”层状地层[12]。层状页岩是页岩油勘探取得突破的主要目标。
层理是沉积层理的最小单元，根据内部成分的不同，可以分为有机物层理、长石层理、碳酸盐层理、黏土层理和混合层理[13]、[14]、[15]。这些层理类型在孔隙发育方面存在显著差异，直接影响其烃类储存能力[8]、[16]、[17]。例如，研究表明，青山口页岩中的黏土-有机物层理和长石层理具有较高的孔隙体积和比表面积，并含有丰富的烃类，使其成为页岩油勘探的主要目标[18]。同样，孔店页岩中的长石层理具有最发达的孔隙和最大的孔径，使其成为主要的页岩油聚集区[19]、[20]。此外，层理可以组合形成层对。这种有利的排列不仅包含单个层理内的孔隙，还具备在烃类生成和加压过程中容易打开的层理接触面，为油气聚集和迁移创造了有效的路径[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。岩心观察经常发现层理之间的残余沥青质，进一步支持了这一过程[6]、[26]。尽管许多研究已经广泛评估了不同层理类型的储存能力，但由于层状裂缝的广泛侧向连续性和不同的垂直开口，直接量化其储层能力仍然具有挑战性[10]、[16]、[18]、[19]、[27]、[28]。目前，层状裂缝的储层能力主要是通过评估目标地层中块状页岩和层状页岩的储层能力来估算的，利用这两种类型之间的差异间接推断层状裂缝的储层能力[17]、[20]、[27]。虽然这种方法被广泛认为是评估层状裂缝储层能力最现实和可行的方法，但它存在明显的局限性。具体来说：（1）不同层理类型和有机物含量的变化会导致不同页岩类型中裂缝开口程度的差异[16]、[29]、[30]。对于裂缝开口较小的页岩，层状页岩的储存能力可能低于块状页岩，使得这种方法无效[4]、[31]、[32]。（2）这种方法依赖于层状页岩和块状页岩储层能力的大量统计数据，使用平均值来近似层状裂缝的储层能力。它假设层状裂缝对储层能力的贡献在固定区域或地层内是一致的。然而，这一假设与观察结果相矛盾，即同一区域内的层状页岩在裂缝发育特征上存在显著差异[16]、[18]。因此，目前仍缺乏一种有效的方法来直接评估层状裂缝对储层能力的贡献，限制了我们对它们在控制页岩油聚集和高产中作用的理解。
济阳坳陷沙河街组的上四分之一和下三分之一（Es4s-Es3x）主要由层状页岩组成[33]、[34]、[35]。这些页岩是研究层理及其组合模式对储层能力贡献的理想案例。以这套富有机质的页岩为例，本研究的主要目标是：（1）对页岩层理类型及其组合模式进行分类；（2）系统地比较不同层理类型的内部孔隙结构；（3）开发一种快速量化层状裂缝储存能力的成像方法；（4）评估层理结构在地下页岩油储存和迁移中的控制作用。
章节片段
地质背景
济阳坳陷位于渤海湾盆地南部，是一个重要的页岩油生产区（图1A）。研究区域的构造演化可以分为两个阶段：65至24.6百万年前的裂谷形成阶段和24.6百万年至今的后裂谷阶段[35]、[36]。裂谷形成阶段的特点是NW和NE走向断层的发育，这些断层由于断层作用形成了许多地堑和半地堑[35]。在随后的热沉降过程中
样品和方法
在本研究中，从济阳坳陷的7口钻井中收集了85个页岩样品（图1）。这些样品被分成子样品，用于一系列分析，包括X射线衍射（XRD）、总有机碳（TOC）测试、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、模块化自动化处理系统（MAPS）、扫描电子显微镜定量矿物分析（QEMSCAN）和聚焦离子束扫描电子显微镜
矿物组成、TOC和孔隙特性
XRD分析显示，页岩样品的矿物组成多样，包括石英、长石、方解石、白云石、黏土矿物、黄铁矿和其他少量成分（图3）。其中，方解石是主要矿物，其含量范围从0%到78%，平均为42.1%。黏土矿物是第二丰富的矿物，含量范围从6.1%到54.3%，平均为24.3%。石英含量范围从5.1%到37.4%，平均为17%。白云石、长石
结论
层状页岩被广泛认为是中国页岩油生产的关键岩相，对储层性能和工程实践具有重要意义。然而，由于层理结构复杂且连续性变化，层状结构（特别是层状裂缝）对页岩储层性质的贡献长期以来缺乏直接和有效的评估方法。在本研究中，我们采用了先进的成像技术来清晰地识别
CRediT作者贡献声明
邱阳沟：撰写——原始草稿、方法论、调查、正式分析。徐尚：监督、资源协调。李龙生：软件开发。郝芳：验证、监督、资金获取。刘克宇：监督。熊倩竹：概念构思。李振：方法论。陈张星：撰写——审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（U24B6002、42488101）、中国石油大学博士后奖学金计划（GZC20250291）、山东省重点研发计划（2024CXPT076）、中国博士后科学基金（2025M780451）、山东省博士后科学基金（SDBX2024010）、中国石油大学（华东）自主创新研究计划（24CX06084A、21CX06001A）的支持。
