贾建亮等-Geophysics等：有机质-矿物作用驱动的富有机质泥页岩孔隙结构及导电机理认识

　　现代沉积或古沉积中有机质与矿物相互作用普遍存在，黏土结合有机质是有机质的主要赋存方式（图1），土壤中50%以上有机质与黏土矿物相结合，泥质沉积物中80%以上有机质以有机-黏土复合体的形式存在。细粒沉积往往同时具有离子导电和黏土附加导电两种性质，有机质传统上常作为不导电固体物质且随成熟度烃类增多导致泥页岩电阻率明显增强，但有机质与矿物特别是黏土矿物在水体中发生复杂的物理化学作用将对此导电行为提出挑战，有机质与矿物相互作用能否改变富有机质泥页岩的孔隙结构及导电机理将是一个全新的课题。

图1 富有机质泥页岩SEM-BSE微观显微特征

　　中国地质科学院地质研究所贾建亮副研究员及其合作者以我国东北大型陆相沉积盆地——松辽盆地上白垩统青山口组一段富有机质页岩为研究对象（图2），从有机质与矿物相互作用角度研究不同赋存状态有机质对泥页岩孔隙结构及导电行为的作用，主要取得以下成果认识：

图2 松辽盆地构造区划图与地层综合柱状图

　　（1）湖相未成熟富有机质页岩导电性随有机质丰度增加并未促使其电阻率持续增大。低TOC含量（<4.5 wt.%）时电阻率降低，高TOC含量（>4.5 wt.%）时电阻率增强，代表不同有机质赋存状态的自由烃S1与热解烃S2呈现相似的泥页岩导电变化。TOC含量较低时黏土矿物含量的急剧增加（△clay/△TOC=3）使黏土附加导电性明显增强。

　　（2）富有机质泥页岩发育多种微观孔隙类型，高压压汞、低温N2-CO2把微观孔隙划分为微孔（<2 nm）、中孔（2~100 nm）和大孔（>100 nm）。不同类型孔隙对泥页岩比表面与孔体积的贡献存在显著差异（图3），有机质赋存状态对微观孔隙结构分布具有重要作用，中孔与大孔受有机质孔隙充填作用而减小，微孔受黏土矿物含量增加而增大。有机质与不同孔隙类型作用方式存在差异，沉积环境对其作用方式起到控制作用。

图3 青山口组泥页岩有机质与不同类型孔隙比表面和孔体积的关系

　　（3）陆相富有机质泥页岩中有机质不同发育阶段的岩石导电能力控制因素存在差异，从低有机质的黏土附加导电性主控作用逐渐过渡到高有机质的孔隙流体离子导电主控岩石导电能力。不同赋存状态有机质在不同类型孔隙中对泥页岩导电行为起到不同贡献，即岩石骨架作用、孔隙充填作用、附加导电性作用。本研究提出“有机质结合黏土阳离子”改变黏土附加导电性、“有机质置换孔隙水”改变孔隙大小分布、“不导电有机质”改变“岩石骨架”含量是富有机质泥页岩内在导电机理。

　　本研究深化了未成熟富有机质泥页岩的导电机理与解释模型的进一步认识，为提出富有机质泥页岩有效的测井评价方法提供了理论依据。研究得到了国家自然科学基金项目（41772114、41402123）、基本科研业务费项目（S2009、J1803）的共同资助。该项成果近期发表于国际地球物理学期刊Geophysics：Jianliang Jia*, Renjie Zhou, Zhaojun Liu, Xuehui Han, Yuan Gao, 2021. Organic matter-driven electrical resistivity of immature lacustrine oil-prone shales. Geophysics, 86(4): MR165–MR178（原文链接https://doi.org/10.1190/geo2020-0238.1），以及国内英文地学期刊Acta Geologica Sinica (English Edition)：Jianliang Jia*, Zhaojun Liu, Renjie Zhou, Rong Liu, Yuan Gao, 2021. Variation in pore space and structure of organic-rich oil-prone shales from a non-marine basin: Constraints from organic matter and minerals. Acta Geologica Sinica (English Edition)（原文链接https://doi.org/10.1111/1755-6724.14794）.