富有机质页岩的埋藏压实作用

页岩在埋藏过程中，埋深增加，压实作用增强，矿物排列变紧密，从而造成泥页岩孔隙空间被压缩，减小了孔体积。在成岩演化过程中，溶蚀作用会形成粒间溶孔。黏土矿物受泥页岩储层压实作用，通过堆积作用、脱水作用和新生变形作用发生显著变化，黏土矿物的体积缩小，使泥页岩储层产生新的孔隙。压实作用也会使矿物脆性增加，黏土矿物（伊利石）晶间缝会演变为微裂缝，增加宏孔的孔体积。

崔景伟等（2013）采集鄂尔多斯盆地低成熟度湖相Ⅰ型富有机质页岩，通过地质条件约束（埋藏史、地层压力、地层水矿化度等）成岩物理模拟实验模拟页岩演化发现，页岩的初始孔隙度受控于沉积颗粒的大小和数量、黏土矿物组成以及沉积建造（Katsube，1992）。随后沉积压实和胶结作用导致孔隙的减小，页岩孔隙度的增加与有机质生烃排酸溶蚀有关。模拟实验样品的全岩XRD分析显示：随着温度和压力的增加，黄铁矿含量由10%降低为0.6%。黏土矿物XRD分析显示：随着模拟温度和压力的增加，黏土矿物组合伊蒙混层在350℃之后消失，而伊利石逐渐增加。全岩矿物和黏土矿物组成变化导致孔隙变化，特别是黄铁矿的晶间孔隙减小，伊蒙混层形态由片状转化成蜂窝状，有机质孔隙度由无逐渐增加。页岩成岩过程包含3种机制：生烃、机械压实和化学压实。生烃过程控制有机质酸溶蚀孔和有机质孔；机械作用控制的粒内孔和粒间孔减小；化学压实作用使伊蒙混层向伊利石转变，黄铁矿受热分解等。

为了清楚地了解泥页岩埋藏过程中孔隙度演化过程，首先需要确定原始孔隙度（习惯称泥页岩地表孔隙度）。泥页岩地表孔隙度一般用未埋藏的淤泥、沉积物、黏土或浅层的泥岩等样品的实测孔隙度来代替，其值分布在45%～80%，平均值为60.5%。国内学者测试或采用的数值偏低，在45%～62%，平均值为55%（表6—8）；国外学者测试或采用的数值较高，平均值为64.4%（表6—8）。以上结果说明，不同类型泥页岩的地表孔隙度虽然变化较大，但其值集中在60%附近。

表6—8　泥页岩地表孔隙度

国外大量的统计数据表明，泥页岩在埋藏过程中孔隙度随深度增加而变小（图6—24）。图6—24中的18条曲线，第16条比较具有代表性（接近平均值）。以该曲线为例，泥页岩在埋藏较浅时孔隙度随深度增加而快速变小，在1 000 m时，平均孔隙度已从地表时的60%降到27%，每隔100 m约下降3.3%；在2 000 m时，平均孔隙度已下降到16%，每隔100 m约下降1.1%；在3 000 m时，平均孔隙度已下降到11%，每隔100 m约下降0.5%；在4 000 m时，孔隙度变化缓慢。(www.xing528.com)

图6—24　国外泥页岩孔隙度随埋藏深度变化趋势统计结果（Giles等，1998）

为了对比国内外泥页岩孔隙度演化规律，本文按东部（渤海湾盆地沙河街组）、中部（四川盆地须家河组和鄂尔多斯盆地延长组）和西部（准噶尔盆地平地泉组）统计泥页岩测井解释孔隙度（图6—25）。统计结果揭示国内与国外具有相似的规律，其中曲线3（准噶尔盆地东部泥岩）具有代表性，在1 000 m、2 000 m和3 000 m处，孔隙度分别为25%、13%和6%。与图6—24中的第16条曲线相比，曲线3的孔隙度下降得更快些。将国内外代表性的2条曲线折中，在1 000 m、2 000 m、3 000 m、3 500 m和 4 000 m处，孔隙度分别为26%、14.5%、8.5%、7%和6%。

图6—25　国内泥页岩孔隙度随埋藏深度变化趋势统计结果（郭秋麟等，2013）

总之，从沉积开始到压实、成岩、生烃与排烃等过程中，泥页岩孔隙演化趋势是由大变小，在某个特殊阶段可能会有所变大，但在这之后会继续变小或保持稳定。