下扬子地区荷塘组细粒沉积岩岩相划分及微观孔隙发育特征

doi:10.11743/ogg20240414

Abstract

Abstract:

The lithofacies and microscopic pore characteristics of fine-grained sedimentary rocks in the Lower Cambrian Hetang Formation in the Lower Yangtze region remain unclear， which restricts the exploration and exploitation of shale gas in this region. In this study， we obtain data using methods including ordinary thin section observation， scanning electron microscope （SEM） image analysis of argon-ion milled sample surface， physical property tests， X-ray diffraction （XRD） analysis of whole-rock and clay mineralogy， N₂ and CO₂ isothermal adsorption experiments， and focused ion beam-scanning electron microscope （FIB-SEM） image analysis. Using these experimental data， we develop a lithofacies classification scheme for fine-grained sedimentary rocks in the Hetang Formation and analyze the microscopic pore structure characteristics of various lithofacies. The results indicate the presence of five major lithofacies of the fine-grained sedimentary rocks， namely massive siliceous mudstone， lamellar siliceous shale， massive clay-bearing siliceous mudstone， massive mixed siliceous-calcareous mudstone， and massive mixed calcareous mudstone， which differ greatly in porosity and permeability. Main pores in the Hetang Formation include intergranular， intercrystalline， intragranular， and organic matter-hosted pores and microfractures， with pores of nano-to-micron scale dominating. Of these， mesopores range in size from 2.0 to 10.0 nm， while micropores range from 0.4 to 0.9 nm. The massive mixed siliceous-calcareous mudstone features high organic matter and brittle mineral contents， well-developed intergranular pores and microfractures， high porosity and permeability， excellent pore connectivity， and large specific surface area， which establish itself as the most favorable lithofacies for shale gas exploration and exploitation in the Hetang Formation. The massive clay-bearing siliceous mudstone is characterized by large specific surface area and substantial pore volume but lower brittleness index， porosity， and permeability compared to the massive mixed siliceous-calcareous mudstone， thereby identified as the secondary favorable lithofacies.

Key words: fine-grained lithofacies, quantitative characterization of pore size, pore type, shale gas, Hetang Formation, Lower Yangtze region

CLC Number:

TE122.2

Qin ZHANG, Donglian LU, Kai WANG, Chang LIU, Mingqiang GUO, Mengjie ZHANG, Chaojie GUO, Ying WANG, Wenzhong HU, Xiaomin ZHU. Lithofacies classification and microscopic pore characteristics of fine-grained sedimentary rocks in the Hetang Formation， Lower Yangtze region[J]. Oil & Gas Geology, 2024, 45(4): 1089-1105.

Figures/Tables 14

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样品编号	全岩矿物组分含量/ %									岩相类型
样品编号	黏土矿物	文石	石英	钾长石	斜长石	方解石	白云石	黄铁矿	其他成分	岩相类型
WP10 1-1	29.8	—	68.8	0.1	—	—	—	—	1.3	块状含黏土硅质泥岩相
WP10 4-1	8.8	—	41.9	12.4	20.2	—	5.1	11.6	—	块状硅质泥岩相
WP11 4-1	3.9	—	93.8	0.5	0.3	—	0.3	1.2	—	块状硅质泥岩相
WP13 1-1	15.2	—	74.0	3.4	4.0	—	0.9	2.5	—	纹层状硅质页岩相
ZP3 3-1	21.3	1.8	28.5	2.6	7.4	7.7	30.0	0.3	0.4	块状硅/灰混合质泥岩相
ZP3 4-1	27.7	—	52.3	4.5	13.3	0.8	0.7	—	0.7	块状含黏土硅质泥岩相
ZP1 2-1	13.8	2.4	9.9	—	2.1	60.6	10.4	0.7	0.1	块状混合灰质泥岩相

样品编号	黏土矿物相对含量/ %					混层比/%		TOC/ %
样品编号	高岭石	绿泥石	伊利石	伊/蒙混层	绿/蒙混层	伊/蒙混层	绿/蒙混层	TOC/ %
WP10 1-1	1.9	—	93.0	5.1	—	10	—	2.12
WP10 4-1	12.1	3.4	69.6	14.9	—	45	—	—
WP11 4-1	1.1	—	93.3	5.6	—	10	—	—
WP13 1-1	4.6	35.0	45.7	7.0	7.7	10	20	—
ZP3 3-1	3.7	20.4	69.8	6.1	—	10	—	3.89
ZP3 4-1	3.0	7.4	65.4	12.7	11.5	10	30	2.08
ZP1 2-1	4.3	13.8	68.9	13.0	—	10	—	5.77

样品编号	样品长度/cm	样品直径/cm	岩石密度/ （g/cm³）	孔隙度/ %	垂直渗透率/ （10^-3 μm²）	岩相类型
WP10 1-1	2.323	2.530	2.228	14.917	0.042 80	块状含黏土硅质泥岩相
WP10 4-1	2.752	2.545	2.415	3.307	0.007 64	块状硅质泥岩相
WP11 4-1	2.472	2.524	2.405	2.105	0.006 28	块状硅质泥岩相
WP13 1-1	2.841	2.536	2.286	14.913	0.035 70	纹层状硅质页岩相
ZP3 3-1	3.381	2.470	2.026	25.517	0.775 00	块状硅/灰混合质泥岩相
ZP1 2-1	1.924	2.531	2.679	1.772	0.007 10	块状混合灰质泥岩相

样品编号	岩相	N₂孔隙结构			CO₂孔隙结构
样品编号	岩相	BET孔隙比表面积/（m²/g）	BJH累计孔隙比表面积/（m²/g）	总孔隙体积/（cm³/g）	DFT孔隙比表面积/（m²/g）	DR孔隙比表面积/（m²/g）	总孔隙体积/（cm³/g）
WP10 1-1	块状含黏土硅质泥岩相	15.758 7	11.449 4	0.020 882 0	12.159 0	10.909 2	0.002 100 0
WP10 4-1	块状硅质泥岩相	6.493 9	5.603 0	0.006 837 0	20.682 0	22.760 6	0.004 460 0
WP11 4-1	块状硅质泥岩相	7.121 3	6.115 4	0.007 504 0	21.742 0	21.163 4	0.004 570 0
ZP1 2-1	块状混合灰质泥岩相	1.305 0	1.511 5	0.002 780 0	5.945 0	7.111 6	0.001 000 0
ZP3 3-1	块状硅/灰混合质泥岩相	11.263 7	9.049 4	0.012 775 0	11.700 0	9.384 7	0.002 090 0

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Lithofacies classification and microscopic pore characteristics of fine-grained sedimentary rocks in the Hetang Formation， Lower Yangtze region

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