保靖地区龙马溪组高成熟海相页岩吸附气量及其影响因素

周正武刘新凯王延忠林中月马俯波于 鹏姜振学

（1神华地质勘查有限责任公司；2中国石油大学（北京）非常规天然气研究院）

保靖地区龙马溪组高成熟海相页岩吸附气量及其影响因素

周正武1刘新凯2王延忠1林中月1马俯波1于 鹏1姜振学2

（1神华地质勘查有限责任公司；2中国石油大学（北京）非常规天然气研究院）

页岩吸附气量是含气性评价和资源潜力预测的关键参数，保靖地区志留系龙马溪组海相页岩热演化程度高，页岩吸附气量尚未查明，成为亟待研究的关键问题。采集研究区BY-1井龙马溪组页岩岩心样品12个，开展了页岩TOC、热成熟度（Ro）、X射线衍射、场发射扫描电镜、低压液氮吸附和高压甲烷等温吸附等分析测试。结果表明，研究区海相页岩有机质丰度高，TOC范围是0.57%～2.16%；热演化程度高，Ro的范围为2.86%～3.76%；矿物组分中石英含量为33.7%～73.9%，斜长石含量为0.7%～16.9%，黏土矿物含量为15.8%～54.4%；页岩中纳米级孔隙发育，以粒间孔和有机质孔为主；低压液氮吸附实验结果展示页岩孔径分布范围宽，以2～50nm的中孔为主；高压等温吸附实验揭示保靖地区龙马溪组页岩的吸附气量较高，为0.82～3.56m3/t，平均为1.93m3/t。保靖地区页岩吸附气量主要受到有机质丰度和中孔、微孔比表面积的控制，龙马溪组页岩有机质处于高成熟阶段，有机质热演化产生大量的微孔和中孔，二者比表面积较大，为页岩气吸附提供了较大的空间，页岩的吸附气量大。

保靖地区；海相页岩；高成熟度；吸附气量；影响因素

海相富有机质页岩在中国南方下古生界广泛分布，其中，四川盆地及周缘地区的页岩气勘探工作已经取得了重大突破[1-3]。基础理论研究和勘探实践都已证实，吸附态页岩气含量对页岩层系的含气量有重要影响[4-5]。据Curtis统计，在页岩气含气量中，吸附气量约占20%～85%[6]；北美地区页岩吸附气量显示：福特沃斯盆地Barnett组页岩吸附气量占40%～60%，阿巴拉契亚盆地Ohio 组占50%，密执安盆地Antrim组占70%～75% ，伊利诺斯盆地New Albany组占 40%～60%，圣胡安盆地Lewis组占60%～85%。李新景等通过研究大量Barnett组页岩的资料，认为吸附态的页岩气至少占总含气量的40%[7]。李一凡等认为吸附态的页岩气是页岩气资源的初始状态，所以研究页岩吸附气量及其影响因素是研究页岩气富集的重要内容[8]。

中国南方海相页岩气的勘探开发工作自2009年以来取得了很大进展，发现了重庆涪陵焦石坝[9-10]和四川长宁[11]、威远[12]等大型页岩气田，主要在上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组、下寒武统牛蹄塘组取得重大突破[13]。同时在川渝、湘鄂地区部署并实施了一批页岩探井，取得了大量南方海相页岩的宝贵资料，并对部分页岩层系进行了页岩气评价，取得了部分地区的页岩气突破，但除四川盆地上述几个页岩气田外，其他地区并没有取得商业性的页岩气发现[14-16]。

保靖地区下志留统龙马溪组黑色海相页岩发育，钻井已揭示了良好的页岩气显示。但是，研究区龙马溪组页岩的基础地质评价研究还比较薄弱，页岩的吸附气量尚未查明，给研究区的潜力目标预测和页岩气资源潜力评价造成了困难。因此，查明保靖地区海相页岩的吸附气量，揭示页岩中吸附气量的影响因素，对评价保靖地区页岩的含气量、揭示页岩气富集成藏规律、优选有利勘探区和资源评价有重要指导意义。

1 地质概况

保靖地区区域上位于江南隆起北缘，扬子台地内的湘鄂西断褶带东南部边缘[17-18]。保靖地区由西向东主要分布的褶皱构造有八面山向斜、红岩溪—比耳背斜、蛮子要—水井湾向斜、马蹄寨—拔茅寨向斜，主要断裂呈南东向倾向，走向与褶皱轴线基本一致，为北北东—北东向，其次还有北西走向压扭性断裂切割主要断裂（图1）。研究区东南部发育以北东走向的老寨—保靖压扭性断裂为主的同走向平行断裂带，该断裂带错综复杂，由多条北东走向压扭性断裂组成，同时被北西向压扭性断裂切割，形成复杂断块。早志留世沉积了一套厚度大、范围广、裂缝发育的海相暗色页岩，页岩气勘探开发潜力较大，是该区页岩气的主要勘探目标[19-21]。保靖地区下志留统龙马溪组处于浅水陆棚相与深水陆棚相沉积边缘，经历复杂构造运动，热演化程度相对较高，目的层埋深为0～3500m，在区内分布广泛，发育较全，厚度大，暗色页岩厚度为40～84m，平均约60m。页岩具有自上而下颜色逐渐加深、砂质减少、有机质含量增高的特征，页岩中笔石富集，局部见放射虫、骨针等硅质生物碎屑。

图1 保靖地区构造位置图

保靖地区出露地层以古生界为主，其次为中生界三叠系及少量的侏罗系，缺失白垩系、古近系和新近系。两翼背斜呈宽阔的箱状，核部出露寒武系—奥陶系，向斜多呈线状，主要出露上古生界及中、下三叠统。保靖地区地层属扬子地层区上扬子地层分区，由老到新有震旦纪、寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、二叠纪、三叠纪和第四纪地层（表1）。

表1 保靖地区地层发育表

2 样品的采集与测试

为了讨论保靖地区下志留统龙马溪组高成熟海相页岩吸附气量及其影响因素，对该地区龙马溪组页岩气的勘探井BY-1井进行了系统采样（图1）。BY-1井钻井深度为2813m，从2699m开始取心，从泥质浅水陆棚相到泥质深水陆棚相都有取样，没有固定的取样间隔，取样范围较广，总共12个样品（图2）。

针对12个样品，分别开展了X射线衍射、场发射扫描电镜、低压液氮吸附和高压甲烷等温吸附等分析测试，得到了TOC、Ro、矿物组分和孔隙结构等数据，并以此为基础分析页岩吸附气量及其影响因素。

图2 BY-1井单井柱状图及取样位置

3 页岩有机地球化学特征

3.1 有机质丰度及类型

保靖地区龙马溪组高成熟海相页岩的有机质丰度高，实测数据表明12个样品的总有机碳含量（TOC）是0.57%～2.16%，平均为1.15%（表2）；干酪根类型属I型干酪根，主要生物来源为海洋菌藻类，其原始组分属富氢、富脂类[22]。其残余有机碳含量S4为5.65～21.56mg/g，平均为11.51mg/g。根据海相不同类型烃源岩有机质丰度热演化规律，将该区高成熟海相页岩恢复到未成熟—低成熟阶段，其总有机碳含量很高，具有很好的生烃潜力[23]。

3.2 热演化程度

保靖地区龙马溪组海相页岩的有机质处于过成熟阶段，区块南部靠近慈利—保靖断裂带，龙马溪组页岩的等效Ro普遍大于3%，平均为3.06%，最高可达3.76%（表2）。干酪根的热解过程与镜质组的演化过程相符合，镜质组反射率又与成岩作用存在密切的关系，热变质作用越深，镜质组反射率越大[24]。处于过成熟阶段的海相页岩，以生气为主。

4 矿物组分特征

通过X射线衍射实验分析，明确了保靖地区龙马溪组海相页岩样品矿物组分特征。研究区页岩样品矿物成分主要为黏土矿物和石英，其次为斜长石，少见碎屑矿物和自生矿物，其中以黄铁矿和钾长石为主。黏土矿物含量为15.8%～54.4%，平均为32.55%；石英在脆性矿物中含量最高，为33.7%～73.9%，平均为46.91%；斜长石含量为0.7%～16.9%，平均为10.31%；方解石和黄铁矿含量较少，平均值分别为4.19%和2.18%（表2）。

表2 保靖地区龙马溪组海相页岩有机地球化学和矿物组分特征参数表

5 孔隙结构特征

5.1 孔隙类型

利用场发射扫描电镜获得了保靖地区龙马溪组海相页岩样品的高分辨率图像，观察到页岩中发育的孔隙类型、裂缝及充填程度和矿物组分分布特征。页岩样品中发育大量与有机质共生的黄铁矿，呈带状分布（图3a），黄铁矿晶粒间充填有机质，有机质中微米—纳米级孔隙发育（图3b）；同时观测到有机质与大量片状（伊利石）及纤维状（伊/蒙混层）黏土矿物共生，有的共生于粒间，有的局部受挤压发生弯曲变形，导致孔隙不发育（图3c、d）；黏土矿物收缩缝发育，有机质均匀分布于粒间，并可见少量晶间孔（图3e）；有机质孔发育，孔隙直径为数十纳米，分布较均匀（图3f）。

因此，研究区页岩主要发育粒间孔和有机质孔，并发育少量的晶间孔和收缩缝。

5.2 孔径分布

目前以国际理论（化学）和应用化学联合会（IUPAC）的孔隙分类为标准，将孔径小于2nm的孔隙定义为微孔，孔径为2～50nm的为中孔，孔径大于50nm的为宏孔[25]。页岩中的孔隙从微孔到宏孔均有分布。利用美国麦克仪器公司生产的ASAP2460吸附仪，开展了低压液氮吸附实验，实验压力为0.1MPa，实验温度为-273℃，利用BJH模型分析实验数据，明确了页岩的微孔和中孔的发育特征。利用美国麦克仪器公司生产的Autopore 9500压汞仪，开展了高压压汞实验，实验压力为1～1×104MPa，实验温度为20℃，明确了页岩的中孔和宏孔的发育特征。

实验结果揭示出研究区12个页岩样品主要发育中孔，平均占总孔隙体积的56.9%；其次发育微孔，平均占总孔隙体积的24.3%；宏孔所占比例最小，平均占总孔隙体积的18.8%（图4）。

图3 保靖地区龙马溪组海相页岩场扫描电镜图像

图4 保靖地区龙马溪组海相页岩样品孔径分布直方图

6 页岩吸附气量特征

1918年，Langmuir（兰格缪尔）提出了等温吸附方程[26-27]，该方程揭示了页岩吸附气量与压力之间的关系：

式中Vg——吸附气量，m3/t；

VL——兰氏体积，m3/t；

pL——兰氏压力，MPa；

p——地层压力，MPa。

为了研究保靖地区龙马溪组高成熟海相页岩的吸附能力及其影响因素，利用Langmuir等温吸附模型对页岩样品进行甲烷单组分等温吸附实验，测试温度为30℃。实验结果表明，研究区的页岩吸附性具有以下特征：

（1）页岩的吸附气量与压力呈一定的函数关系。在压力较小的时候，吸附气量随着压力增大而以较大的增长率增加，在到达一定程度时，随着压力的增大，页岩吸附气量的增长率逐渐减小，曲线趋于平稳的时候增长率减小为零，此时页岩吸附达到饱和状态（图5）。

（2）根据图5的实验数据和等温吸附方程对研究区页岩吸附气量进行计算，研究区海相页岩的吸附气量为0.82～3.56m3/t，平均为1.93m3/t（表3）。该平均值与北美页岩区块的平均吸附气量（1.463m3/t）相比还要大一些，说明研究区高成熟海相页岩的吸附能力很强，进一步说明该区页岩气富集程度较高，有很好的勘探开发前景。

（3）分析数据，判断BY1-7-3样品的兰式压力为误差点，不予考虑，研究区高成熟海相页岩的兰氏压力较大，为1.64～7.42MPa，平均为4.21MPa（表3）。等温吸附曲线的曲率较平稳，说明在低压区时，研究区页岩吸附气量相对较大[28]。研究区兰氏体积较大，具有高产条件[29]。

图5 保靖地区龙马溪组海相页岩高压甲烷等温吸附曲线

表3 保靖地区龙马溪组海相页岩样品30℃时的吸附常数表

7 页岩吸附气量的影响因素

7.1 有机质丰度

分析研究前人成果发现：有机质丰度是影响页岩吸附气体能力的主要因素之一，北美地区页岩（如Poker Chip页岩、Mississippian页岩等）的有机碳含量与饱和吸附量之间有很好的正相关性[30-32]。页岩的有机碳含量与微孔体积呈正相关关系，有机质中含有大量的有机质孔，有机碳含量增多，有机质孔就增多，所提供的孔体积和比表面积也增大，所以在相同压力条件下，高有机碳含量可以增加页岩的吸附气量[33]。

研究区龙马溪组高成熟海相页岩的有机碳含量为0.57%～2.16%，平均为1.15%，有机碳含量较高。有机碳含量与吸附气量呈现较好的正相关性，页岩的吸附气量随着有机碳含量的增加而增加（图6a）；有机碳含量与宏孔体积呈现负相关关系（图6b）；而与中孔体积和微孔体积呈现正相关关系（图6c、d）。实验结果揭示了保靖地区龙马溪组页岩的有机质孔以中孔和微孔为主，与有机质伴生的黏土矿物和石英粒间孔也较发育，与观察结果相吻合。保靖地区龙马溪组页岩中微孔和中孔更加发育，有利于页岩气的吸附，对吸附气量具有重要影响。

7.2 矿物组分

图6 保靖地区龙马溪组页岩有机碳含量相关关系图

表4 保靖地区龙马溪组海相页岩吸附气量与页岩特征参数表

分析计算保靖地区龙马溪组各页岩样品矿物含量与吸附气量（表4），页岩样品的吸附气量与黏土矿物含量之间呈弱负相关性（图7a），原因是因为数据点较少，而且BY1-6-4和BY1-3-1两个样品存在数据误差，除去这两个误差点的影响，并综合分析前人研究成果[28]，实际吸附气量与黏土矿物呈正相关关系。保靖地区龙马溪组页岩样品的吸附气量与石英含量之间呈弱正相关性（图7b）。造成该现象的原因是石英含量较多的样品里黄铁矿含量也较高，黄铁矿的比表面积比碎屑矿物的比表面积大得多[34-35]，黄铁矿为其提供了一部分比表面积，比表面积为页岩气的吸附提供了场所，所以吸附气量与石英含量呈弱正相关性。

通过分析保靖地区龙马溪组页岩样品发现，黏土矿物含量与比表面积呈正相关关系（图7c）。由于无机矿物成分特有的结构特征，层状黏土矿物有很大的比表面积，石英、长石和方解石等碎屑矿物的比表面积比黏土矿物的小很多[36]，如伊利石的比表面积为30m2/g，蒙皂石的比表面积更是高达800m2/g，而碎屑矿物如石英、长石等的比表面积仅为5m2/g左右。

同时，石英含量与有机碳含量也呈现出很好的正相关关系（图7d）。有机碳含量之所以受到石英含量的影响，是因为龙马溪组海相页岩的石英为生物成因，生物来源是较为丰富的硅质生物残体，硅质生物残体中的硅质即为石英，生物残体中含有大量的有机碳[37]，所以石英含量影响有机碳含量，而有机质又提供了大量的有机质孔，为页岩气的赋存提供了场所，所以石英含量与吸附气量呈现出正相关关系。

图7 保靖地区龙马溪组海相页岩矿物含量相关关系图

7.3 比表面积

页岩的比表面积是影响页岩含气性的关键因素，页岩的比表面积越大，吸附态页岩气的赋存场所就越大[28]。

研究区页岩样品主要发育中孔，平均占总孔隙体积的56.9%；其次发育微孔，平均占总孔隙体积的24.3%；宏孔发育最少，平均占总孔隙体积的18.8%。研究区页岩样品的总孔隙比表面积为2.74～18.9m2/g，平均为7.88m2/g。分析比表面积和吸附气量之间的关系（图8），从总体趋势上来看，比表面积越大，页岩吸附气量越大，页岩气主要以吸附态存在于中孔—微孔中，中孔和微孔为页岩气吸附提供了比表面积，微孔和中孔所占比例越大，吸附气量越大。

图8 保靖地区龙马溪组海相页岩吸附气量与比表面积关系图

8 结论

(1）保靖地区龙马溪组高成熟海相页岩的吸附气量平均为1.93m3/t，反映了保靖地区页岩有较强的吸附能力，具有较高的含气性，页岩气勘探潜力大。

(2）保靖地区龙马溪组页岩的吸附气量主要受到有机质丰度和微孔、中孔比表面积的影响。随着有机碳含量的增加，中孔、微孔体积所占比例也随之增加。微孔和中孔更加发育，有利于页岩气的吸附，页岩吸附气量随着有机碳含量的增加而增加。保靖地区龙马溪组页岩有机质处于高成熟阶段，有机质热演化产生大量的微孔和中孔，二者较大的比表面积为页岩气吸附提供了空间，页岩的吸附气量大。

[1] 邹才能，董大忠，杨桦，王玉满，黄金亮，王淑芳，等．中国页岩气形成条件及勘探实践[J]．天然气工业，2011,31(12):26-39．Zou Caineng, Dong Dazhong, Yang Hua, Wang Yuman, Huang Jinliang, Wang Shufang,et al. Conditions of shale gasaccumulation and exploration practices in China [J]. Natural Gas Industry，2011,31(12)26-39．

[2] 吴奇，梁兴，鲜成钢，李峋.地质—工程一体化高效开发中国南方海相页岩气[J].中国石油勘探，2015,20(4):1-23. Wu Qi, Liang Xing, Xian Chenggang, Li Xun. Geoscience-toproduction integration ensures effective and efficient south China marine shale gas development [J]. China Petroleum Exploration, 2015,20(4):1-23.

[3] 武瑾，梁峰，拜文华，吝文，赵嵘.渝东北地区下志留统龙马溪组页岩气勘探前景[J].特种油气藏，2015,22(6):50-55. Wu Jin, Liang Feng, Bai Wenhua, Lin Wen, Zhao Rong. Exploration prospect of Lower Silurian Longmaxi Formation shale gas in northeastern Chongqing City [J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2015,22(6):50-55.

[4] 徐国盛，徐志星，段亮，袁海峰，张武．页岩气研究现状及发展趋势[J].成都理工大学学报：自然科学版，2011,38(6):603-610．Xu Guosheng, Xu Zhixing, Duan Liang, Yuan Haifeng, Zhang Wu. Status and development tendengcy of shale gas research [J]. Journal of Chengdu University of Technology：Science & Technology Edition，2011,38(6):603-610．

[5] 张金川，汪宗余，聂海宽，徐波，邓飞涌，张培先，等．页岩气及其勘探研究意义[J].天然气工业，2008,22(4):640-656．Zhang Jinchuan, Wang Zongyu, Nie Haikuan, Xu Bo, Deng Feiyong, Zhang Peixian,et al．Shale gas its significance for exploration [J]. Natural Gas Industry，2008,22(4):640-656．

[6] Curtis J B．Fractured shale gas system [J]. AAPG Bulletin，2002,86(11):1921-1938．

[7] 李新景，胡素云，程克明．北美裂缝性页岩气勘探开发的启示[J].石油勘探与开发，2007,34(4):392-400．Li Xinjing, Hu Suyun，Cheng Keming．Suggestions from the development of fractured shale gas in North America [J]. Petroleum Exploration and Development，2007,34(4):392-400.

[8] 李一凡，樊太亮，高志前，张金川，王小敏，曾维特，等．渝东南地区志留系黑色页岩层序地层研究[J].天然气地球科学，2012,23(2):299-306．Li Yifan, Fan Tailiang, Gao Zhiqian, Zhang Jinchuan, Wang Xiaomin, Zeng Weite,et al．Sequence stratigraphy of Silurian black shale and its distribution in the southeast area of Chongqing [J]. Natural Gas Geoscience，2012,23(2):299-306.

[9] 郭彤楼，刘若冰．复杂构造区高演化程度海相页岩气勘探突破的启示：以四川盆地东部盆缘JY1井为例[J].天然气地球科学，2013,24(4):643-651．Guo Tonglou, Liu Ruobing. Implications from marine shale gas exploration breakthrough in complicated structural area at high thermal stage：taking Longmaxi Formation in well JY1 as an example [J]. Natural Gas Geoscience，2013,24(4):643-651．

[10] 郭旭升．南方海相页岩气“二元富集”规律：四川盆地及周缘龙马溪组页岩气勘探实践认识[J]．地质学报，2014,88(7):1209-1218．Guo Xusheng．Rules of two-factor enrichment for marine shale gas in southern China：understanding from the Longmaxi Formation shale gas in Sichuan Basin and its surrounding area [J]．Acta Geologica Sinica，2014,88(7):1209-1218．

[11] 谢军，张浩淼，佘朝毅，李其荣，范宇，杨扬.地质工程一体化在长宁国家级页岩气示范区中的实践[J].中国石油勘探，2017,22(1): 21-28. Xie Jun, Zhang Haomiao, She Chaoyi, Li Qirong, Fan Yu, Yang Yang. Practice of geology-engineering integration in Changning State Shale Gas Demonstration area [J]. China Petroleum Exploration, 2017,22(1):21-28.

[12] 邹才能，朱如凯，白斌，杨智，吴松涛，苏玲，等．中国油气储层中纳米孔首次发现及其科学价值[J].岩石学报，2011,27(6): 1857-1864．Zou Caineng, Zhu Rukai, Bai Bin, Yang Zhi, Wu Songtao, Su Ling，et al．First discovery of nano-pore throat in oil and gas reservoir in China and its scientific value [J]．Acta Petrologica Sinica, 2011,27(6)1857-1864．

[13] 何治亮，聂海宽，张钰莹．四川盆地及其周缘奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩气富集主控因素分析[J]．地学前缘，2016,23(2): 8-17．He Zhiliang, Nie Haikuan, Zhang Yuying. The main factors of shale gas enrichment of Ordovician Wufeng Formation-Silurian Longmaxi Formation in the Sichuan Basin and its adjacent areas [J]. Earth Science Frontiers, 2016,23(2)8-17．

[14] 郭彤楼，李宇平，魏志红．四川盆地元坝地区自流井组页岩气成藏条件[J]．天然气地球科学，2011,22(1):1-7．Guo Tonglou, Li Yuping, Wei Zhihong. Reservoir forming conditions of shale gas in Ziliujing Formation of Yuanba area in Sichuan Basin [J]．Natural Gas Geoscience, 2011,22(1)1-7.

[15] 王香增，张金川，曹金舟，张丽霞，唐玄，林腊梅，等．陆相页岩气资源评价初探：以延长直罗—下寺湾区中生界长7段为例[J]．地学前缘，2012,19(2):192-197．Wang Xiangzeng, Zhang Jinchuan, Cao Jinzhou, Zhang Lixia, Tang Xuan, Lin Lamei,et al．A preliminary discussion on evaluation of continental shale gas resources：a case study of Chang 7 of Mesozoic Yanchang Formation in Zhiluo-Xiasiwan area of Yanchang [J]. Earth Science Frontiers，2012,19(2): 192-197．

[16] 郭旭升，胡东风，魏志红，李宇平，魏祥峰.涪陵页岩气田的发现与勘探认识[J].中国石油勘探，2016,21(3):24-37. Guo Xusheng, Hu Dongfeng, Wei Zhihong, Li Yuping, Wei Xiangfeng. Discovery and exploration of Fuling shale gas field [J]. China Petroleum Exploration, 2016,21(3):24-37.

[17] 马力，陈焕疆，甘克文，徐克定，许效松，吴根耀，等．中国南方大地构造和海相油气地质（上册）[M].北京：地质出版社，2004: 1-200．Ma Li, Chen Huanjiang, Gan Kewen, Xu Keding, Xu Xiaosong, Wu Genyao,et al．The tectonic structure and marine origin petroleum geology in south China（Vol.1）[M].Beijing：Geological Publishing House, 2004:1-200．

[18] 李斌.湖南保靖地区龙马溪组页岩气成藏条件分析[J].特种油气藏，2016,23(5):12-16. Li Bin. Shale Gas Accumulation conditions of Longmaxi Formation in Baojing of Hunan Province [J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2016,23(5):12-16.

[19] 张金川，李玉喜，聂海宽，龙鹏宇，唐颖，唐玄，等．渝页1井地质背景及钻探效果[J].天然气工业，2010,30(12):114-118．Zhang Jinchuan, Li Yuxi, Nie Haikuan, Long Pengyu, Tang Ying, Tang Xuan,et al．The geological setting and drilling results in well Yuye 1 [J]. Natural Gas Industry，2010,30(12):114-118．

[20] 张大伟．加速我国页岩气资源调查和勘探开发战略构想[J].石油与天然气地质，2010,31(2):135-139．Zhang Dawei．Strategic concepts of accelerating the survey，exploration and exploitation of shale gas resources in China [J]. Oil & Gas Geology, 2010,31(2):135-139．

[21] 谢忱，张金川，李玉喜，王小洪．渝东南渝科1井下寒武统富有机质页岩发育特征与含气量[J].石油与天然气地质，2013,34(1):11-15．Xie Chen, Zhang Jinchuan, Li Yuxi, Wang Xiaohong. Characteristics and gas content of the Lower Cambrian dark shale in well Yuke 1，southeast Chongqing [J]. Oil & Gas Geology，2013,34(1):11-15．

[22] 张志军，程礼军，刘俊峰，汪威，曾祥亮．湖南保靖下志留统龙马溪组页岩气成藏地质条件评价[J].天然气勘探与开发，2013,36(3): 4-6．Zhang Zhijun, Cheng Lijun, Liu Junfeng, Wang Wei, Zeng Xiangliang. Reservoir forming conditions of shale gas reservoir in Lower Silurian Longmaxi Formation，Baojing area，Hunan Province [J]. Natural Gas Exploration & Development, 2013,36(3):4-6．

[23] 秦建忠，金聚畅，刘宝泉．海相不同类型烃源岩有机质丰度热演化规律[J].石油与天然气地质，2005,26(2):177-184．Qin Jianzhong, Jin Juchang, Liu Baoquan. Thermal evolution pattern of organic matter abundance in various marine source rocks [J]. Oil & Gas Geology，2005,26(2):177-184．

[24] 孔伟思，方石，袁魏，王凯，聂镜奇，侯继盛．镜质体反射率的研究现状[J].当代化工，2015,44(5):1020-1028．Kong Weisi, Fang Shi, Yuan Wei, Wang Kai, Nie Jingqi, Hou Jisheng. Research status of vitrinite reflectivity [J]. Contemporary Chemical Industry, 2015,44(5):1020-1028．

[25] Rouquerol J, Avnir D, Fairbridge C W. Recommendations for the characterization of porous solids [J]. Pure and Applied Chemistry, 1994,66(8):1739-1758．

[26] Langmuir I．The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum [J]. Journal of the American Chemical Society, 1918,40(9):1361-1403．

[27] 毕赫，姜振学，李鹏，程礼军，曾春林，许野，等．渝东南地区龙马溪组页岩吸附特征及其影响因素[J].天然气地球科学，2014,25(2):302-310．Bi He, Jiang Zhenxue, Li Peng, Cheng Lijun, Zeng Chunlin, Xu Ye,et al．Adsorption characteristic and influence factors of Longmaxi shale in southeastern Chongqing [J]. Natural Gas Geoscience，2014,25(2):302-310．

[28] 张烈辉，唐洪明，陈果，李其荣，何激扬．川南下志留统龙马溪组页岩吸附特征及控制因素[J]．天然气工业，2014,34(12):63-69．Zhang Liehui, Tang Hongming, Chen Guo, Li Qirong, He Jiyang. Adsorption capacity and controlling factors of the Lower Silurian Longmaxi shale play in southern Sichuan Basin [J]. Natural Gas Industry, 2014,34(12):63-69．

[29] 蔚远江，汪永华，杨起，刘大锰，胡宝林，黄文辉，等．准噶尔盆地低煤阶煤储集层吸附特征及煤层气开发潜力[J].石油勘探与开发，2008,35(4):410-416．Wei Yuanjiang, Wang Yonghua, Yang Qi, Liu Dameng, Hu Baolin, Huang Wenhui,et al．Adsorption characteristics of low rank coal reservoirs and coalbed methane development potential, Junggar Basin [J]. Petroleum Exploration and Development, 2008,35(4):410-416．

[30] Hicky J H, Henk B. Lithofacies summary of the Mississippian Barnett shale，Mitchell 2T.U.Simswell, Wise County, Texas [J]. AAPG Bulletin，2007,91(4):437-443．

[31] Ross D J K, Bustin R M. Sediment geochemistry of the Lower Jurassic Gordondale Member，northeastern British Columbia [J]. Bulletin of Canadian Petroleum Geology，2006,54(4):337-365．

[32] Hill D G, Lombardi T E, Martin J P. Fractured shale gas potential in New York [J]. Northeastern Geology and Environmental Sciences, 2004,26(1/2):57-78．

[33] Chalmers G R L, Bustin R M. Lower Cretaceous gas shales in northeastern British Columbia，part I：Geological controls on methane sorption capacity [J]. Bulletin of Canadian Petrolrum Geology，2008,56(1):1-21．

[34] 梁健伟，房营光，谷任国．极细颗粒黏土的比表面积测试与分析[J].科学技术与工程，2009(9):2371-2377．Liang Jianwei, Fang Yingguang, Gu Renguo. Experiment and analysis of specific surface area of tiny particle clay [J].Science Technology and Engineering, 2009(9):2371-2377．

[35] 黄思静，谢连文，张萌，武文慧，沈立成，刘洁．中国三叠系陆相砂岩中自生绿泥石的形成机制及其与储层孔隙保存的关系[J].成都理工大学学报：自然科学版，2004,31(3):273-281．Huang Sijing, Xie Lianwen, Zhang Meng, Wu Wenhui, Shen Licheng, Liu Jie. Formation mechanism of authigenic chlorite and relation to preservation of porosity in nonmarine Triassic reservoir sandsones，Ordos Basin and Sichuan Basin，China [J]. Journal of Southwest Petroleum University: Science & Technology Edition, 2004,31(3):273-281．

[36] Oladipo E O, Randy J M. High surface areas caused by smectitic interstratification of kaolinite and illite in Athabasca oil sands [J]. Applied Clay Science, 2004,25:37-47．

[37] Maliva R G, Siever R. Mechanism and controls of silicification of fossils in limestones [J]. The Journal of Geology, 1988: 387-398．

Gas adsorption capacity of Longmaxi Formation high-maturity marine shale in Baojing area and its inf uential factors

Zhou Zhengwu1, Liu Xinkai2, Wang Yanzhong1, Lin Zhongyue1, Ma Fubo1, Yu Peng1, Jiang Zhenxue2
( 1 Shenhua Geologic Exploration Company Limited; 2 Unconventional Natural Gas Institute, China University of Petroleum (Benjing ) )

Gas adsorption capacity of shale is a key parameter of gas potential evaluation and resource potential prediction. The marine shale of Silurian Longmaxi Formation in the Baojing area is high in thermal evolution degree, and its gas adsorption capacity is unclear and will be a focus to be fi gured out. In this paper, 12 core samples of Longmaxi Formation shale in Well BY-1 in the study area were collected and tested in terms of total organic carbon (TOC), thermal maturity (Ro), X-ray diffraction, fi eld emission scanning electron microscopy (FESEM), low-pressure liquid nitrogen adsorption and high-pressure isothermal methane adsorption. The results show that the marine shale in the study area is high in organic abundance and thermal maturity with TOC and Ro in the range of 0.57%–2.16% and 2.86%–3.76%, respectively. The mineral composition includes quartz (33.7%–73.9%), plagioclase (0.7%–16.9%), and clay mineral (15.8%–54.4%). Nano-scale pores are developed in shale dominantly in the forms of intergranular pore and organic pore. According to the low-pressure liquid nitrogen adsorption test, the pore diameter of shale is in a large range and mesopores (2-50 nm) are dominant. The high-pressure isothermal methane adsorption test revels that the gas adsorption capacity of Longmaxi Formation shale in the Baojing area is high – 0.82-3.56 m3/t, averaging 1.93 m3/t. The gas adsorption capacity is mainly controlled by the organic abundance and the specif i c areas of mesopores and micropores. The organic matter in the Longmaxi Formation shale is of high maturity. With the thermal evolution of organic matter, abundant micropores and mesopores are generated and their specif i c area is large, providing large space for shale gas adsorption, resulting in high gas adsorption capacity of shale.

Baojing area, marine shale, high maturity, gas adsorption capacity, inf l uential factor

TE112.116

：A

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.04.007

国家自然科学基金项目“页岩非均质性和微—纳米孔喉结构对含气性的控制机理编号”（41472112）。

周正武（1967-），男，湖南湘潭人，博士，2001年毕业于北京大学，教授级高级工程师，现主要从事油气、金属矿、煤炭资源地质与勘探、矿山地质环境调查、遥感技术与地理信息系统技术研究应用工作。地址：北京市昌平区北七家未来科技城神华园区202号楼，邮政编码：102209。E-mail：1152386756@qq.com

姜振学（1963-），男，吉林梨树人，博士，1998年毕业于中国地质大学（北京），教授，博士生导师，主要从事含油气盆地分析、常规和非常规油气形成与分布研究、常规和非常规油气资源评价科研和教学工作。地址：北京市昌平区府学路18号中国石油大学（北京）非常规天然气研究院，邮政编码：102249。E-mail：jiangzx@cup.edu.cn

2016-05-06；修改日期：2017-05-11