2024, Vol. 36
2. 黑龙江省陆相页岩油重点实验室，黑龙江 大庆 163712;
3. 东北大学 海洋工程研究院，河北 秦皇岛 066004;
4. 中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 266580
2. Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Continental Shale Oil, Daqing 163712, Heilongjiang, China;
3. Ocean Engineering Research Institute, Northeastern University, Qinhuangdao 066004, Hebei, China;
4. School of Geosciences, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, Shandong, China
页岩油是指储存于富有机质、以纳米级孔径为主的页岩地层中的石油，是成熟有机质页岩石油的简称，既是烃源岩又是储集岩 [1]。页岩油作为重要的石油接替资源备受重视，中国页岩油勘探也取得了重大进展，济阳坳陷、鄂尔多斯盆地等的勘探成果表明中国具有巨大的页岩油资源潜力 [2-3]。松辽盆地作为中国重要的油气生产基地，资源丰富，油藏类型多样，近五十年以来累计产油量达25×108 t，位居国内之首 [4]。早在1984年高瑞祺 [5]就报道了盆地内古龙凹陷竖直裂缝型泥岩油藏，陆续完钻见产的松页油1HF井和古页油平1井等井在页岩油勘探上取得了突破，证实了古龙凹陷具有较好的页岩油勘探潜力。白垩系青山口组为古龙凹陷目前勘探的主要层段，学者们针对青山口组储层及页岩油进行了大量的研究工作，在页岩油储层特征 [6-9]及评价 [10-13]、有机层序划分 [14]、开发设计 [15]、成岩及孔隙形成 [16-17]等方面已经取得了不少研究成果。其中，古龙凹陷青山口组页岩油储层主要储集空间为微—纳米孔、缝是这些研究成果中最重要的认识之一。孙龙德 [6]认为古龙凹陷青山口组页岩中存在大量有机成因和无机成因的页理缝，占总面孔率的22%~79%，其水平渗透率是垂直渗透率的10~100倍，在埋深2 000 m以下（目前资料显示深度约为2 600 m）可以形成高孔渗带；何文渊等 [7-10]对古龙凹陷页岩油储层中的纳米孔、缝进行了研究，认为页岩中的孔隙主要是一种纳米孔，以F-F和F-P为主，有少量P-P纳米孔。然而，目前对该区页岩中的微米孔和微米缝的类型、尺度、连通性及其成因还认识不足，制约了页岩油气的勘探开发。
基于现有的研究成果，采用岩心观察、薄片鉴定、电子背散射、二次成像及能谱分析等对松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中的微米孔和微米缝进行分类研究，对各类微米孔、缝的成因和特征进行分析，以期为该区页岩油气的勘探开发提供依据。
1 地质概况古龙凹陷为松辽盆地的二级构造单元，位于盆地北部的中央坳陷内，其主体部分处于泰康隆起带和龙虎泡大安阶地上，整体表现为西北高、东南低的单斜构造（图 1a，1b）。松辽盆地是在晚中生代（J3—K）活动大陆边缘上发育起来的以古生代和前古生代变质岩系为基底的大型含油气沉积盆地。盆地沉积时期发生了2次大规模湖侵，在中部地区产生了较大面积的深湖—半深湖区，形成了白垩系青山口组和嫩江组2套大规模湖相沉积，这也是盆地内主要的烃源岩和页岩油的发育层位，目前页岩油勘探以青山口组为主。按照大庆油田勘探开发研究院的方案，将青山口组自下而上分为青一段、青二段和青三段。青一段半深湖—深湖相的发育规模最大，岩性以黑—灰黑色泥页岩为主，暗色泥页岩厚度为30~100 m，有机质含量较高，底部发育3~4层油页岩，是主要的页岩油发育层段；青二段暗色泥页岩厚度为60~240 m（图 1c），青一段、青二段分布面积分别为4.2×104 km2和2.0×104 km2。这为古龙凹陷页岩油的形成奠定了良好的物质基础 [11]。
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下载原图 图 1 松辽盆地北部构造分区（a）、页岩油井位分布（b）及岩性地层综合柱状图（c） 注：H. 黑帝庙油层；S. 萨尔图油层；P. 葡萄花油层；G. 高台子油层；F. 扶余油层；Y. 杨大城子油层。 Fig. 1 Tectonic zoning(a), shale oil well distribution(b)and stratigraphic column(c)of northern Songliao Basin |
松辽盆地的形成和发展与古太平洋板块向亚洲大陆下俯冲有直接关系 [17]，先后经历了断陷、坳陷和反转作用3个构造演化阶段，形成了一系列伸展、挤压、反转构造，构造变形的几何学、运动学特征对沉积作用具有重要影响。白垩世嫩江组沉积末期发生构造反转 [18]，盆地由伸展沉降转变为挤压隆起，使上覆白垩系四方台组、明水组，古近系依安组、大安组和泰康组隆起褶皱，并发育了4个不整合面；北西西—南东东向挤压导致盆地发育了一系列以长垣和敖古拉为代表的北北东向背斜，古龙凹陷为敖古拉和长垣背斜所夹持，青山口组遭受了强烈的北北西—南南东向侧向挤压（图 2）。
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下载原图 图 2 松辽盆地过古龙凹陷东西向地震剖面（a）及构造与层位特征（b）（地震剖面位置见图 1a，根据文献[19] 修改） Fig. 2 East-west seismic section(a)and structure and stratigraphic characteristics(b)of Gulong sag in Songliao Basin |
松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组为一套以页岩为主的细粒碎屑岩，除了页岩外，还发育泥岩、液化砂泥混合岩、灰—浅灰色薄层细砂岩和粉砂岩、介形虫灰岩及黄褐色白云岩或云化页岩 [9]。对研究区古页8HC井、古页3HC井等十余口井青山口组页岩油储层共600个样品进行薄片鉴定，结果显示：其矿物成分以黏土和长英质（石英+长石）为主，黏土矿物的主要成分为伊利石，含少量蒙脱石；石英和长石颗粒极细，粒径一般小于0.01.0 mm，甚至低于0.00.9 mm，岩石在结构上显示出泥岩或页岩的特点。
对古页1井、古页8HC井、古页3HC井和古页5HC井等15口井超过100个样品进行X射线衍射分析，结果显示：不同井的矿物组成差异较大，黏土矿物质量分数为0~58.8%，平均值为35.1%；石英质量分数为1.4%~43.1%，平均值为32.9%；长石质量分数为0~4.9%，平均值为19.5%，以斜长石为主，含有少量钾长石；碳酸盐矿物质量分数为0~92.7%，平均值为4.4%，主要包括方解石和铁白云石。整体而言，该套页岩属于长英质页岩（图 3）。此外，根据王凤兰等 [11]对古龙凹陷页岩的最新研究，该套储层中脆性矿物含量较高，黏土矿物质量分数仅为29.7%，脆性较大、可压裂性较好。
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下载原图 图 3 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层岩性矿物特征 注：Ⅰ1. 粉砂岩；Ⅰ2. 黏土质长英页岩；Ⅰ3. 灰/云质长英页岩；Ⅱ1. 页岩；Ⅱ2. 黏土质页岩；Ⅱ3. 灰/云质页岩；Ⅲ1. 灰/云岩；Ⅲ2. 黏土质灰/云岩；Ⅲ3. 长英质灰/云岩。 Fig. 3 Mineral composition and lithologies of shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层的储集空间具有多类型、多尺度和多成因的特征。学者们已对该套储层中的纳米孔、缝做了较深入的研究 [9-10]，但对微米孔（孔径为0.5~500.0 μm）和微米缝（缝宽为0.5~500.0 μm）的研究还有所欠缺，尤其是微米孔、缝被沥青和重质油充填，导致难以被检测出，通常被忽略。本文仅讨论页岩油储层中的微米孔和微米缝。
孔隙类型是决定孔隙度、渗透率和润湿性的重要因素 [14]。国内外学者们对页岩孔隙进行了大量研究，对孔隙的划分方案多样，如Schieber等 [20]将鹰滩页岩中的（微米）孔隙分为格架孔、遮（屏）蔽孔、有机质孔和次生溶蚀孔等4种类型；Loucks等 [21]将泥岩中的孔分为基质孔、有机孔和缝隙孔三大类，又把基质孔分为11种。然而，这些孔隙分类方案都不适用于古龙凹陷页岩油储层。本文从孔隙成因和产出方式等方面，对研究区页岩中的微米孔和微米缝进行分类。有必要指出的是，本文把（运移）沥青充填部分也定义为孔隙，但原位干酪根没有算在孔隙之内。
3.1 微米孔从成因的角度，研究区微米孔可分为六大类，即压实应力屏蔽孔、成岩自生孔、溶蚀孔、生排烃扩张孔、有机质孔和硅藻残留孔。其中，生排烃扩张孔和硅藻残留孔是本文新提出的2种类型。
3.1.1 压实应力屏蔽孔压实应力屏蔽孔属于物理成因，以粒间孔为主，在研究区青山口组较为发育，是重要的孔隙类型之一。压实应力是指成岩过程中在上覆沉积物或地层重力作用下形成的垂向应力，在成岩过程中，沉积颗粒的位置因上覆沉积物的重力作用而发生移动和旋转，刚性颗粒逐渐靠近，最终彼此相接触，由于刚性矿物形成的重力压实应力屏蔽，在其两侧和底部出现了低应力区，从而使得沉积时形成的一些粒间孔被保存下来，形成了压实应力屏蔽孔。
研究区青山口组页岩以长英质页岩为主，刚性石英、长石颗粒含量较高，由于石英、长石屏蔽重力压实所形成的微米孔也较发育，且多发育在刚性矿物的两侧。由于黏土周缘的石英和白云石“拱”形成了压实应力屏蔽，保护了黏土中的微米孔，黏土团、黏土片或黏土域在石英和白云石的强烈挤压下弯曲变形，沿石英、长石和白云石包裹形成包裹构造，而部分刚性矿物的凸起或尖棱端刺穿黏土，形成穿刺构造（图 4）。包裹构造和穿刺构造是压实应力屏蔽的典型构造。压实应力屏蔽孔多被沥青充填，表明其一直是开放性的，可接受生排烃。
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图 4 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中压实应力屏蔽微米孔
注：Q. 石英颗粒；Do. 白云石。 （a）—（c）刚性颗粒的包裹下形成了一个应力屏蔽区，其中发育微米孔（红色箭头所示），在颗粒上缘应力最大处可见黏土的弯曲和包裹现象（黄色箭头所示）；（d）在刚性颗粒的包裹下形成多个应力屏蔽区，微米孔发育，可见沥青充填（红色箭头所示），在颗粒下缘应力最大处可见黏土的弯曲和包裹现象（白色箭头所示）。 Fig. 4 Compaction stress shielding micron pores in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
成岩自生孔成因复杂，既有沉积残留，也有成岩自生，可分为晶间孔和晶内孔。
（1）白云石晶间孔
研究区页岩中有少量白云岩薄层或透镜体，且部分含油，表明其具有一定的储集能力。电镜观察发现白云石晶间孔在热液蚀变形成的白云岩中较发育，通常发育在白云石晶间孔的绿泥石中，孔径可达30 μm，大多都被沥青充填，这种沥青并非原位干酪根，可以认为是外来沥青充填白云石晶间孔所形成。在沥青内部发育了一系列次级微米孔，从其边缘形态看属于溶蚀孔，次级微米孔内可见自生白云石和黄铁矿，分析认为次级微米孔可能是轻质油或天然气的储集空间，是轻质油后期被释放或沥青质体在成岩过程中裂解收缩形成的（图 5）。
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图 5 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中白云石晶间微米孔
注：Do. 白云石；Q. 石英；Ch.
绿泥石。 （a）热液蚀变白云石，晶间微米孔发育（红色箭头所示）；（b）白云石晶间孔中发育绿泥石，绿泥石（热液蚀变成因）中发育微米孔；（c）白云石具有“雾心白边”结构，晶间微米孔发育，多被沥青充填，少量被绿泥石充填；（d）白云石、石英和绿泥石间晶间微米孔发育（红色箭头所示），但大部分被沥青充填，仅有5~6个开放性微米孔，晶间微米孔内发育一片葡萄状颗粒的富有机质黏土（黄色箭头所示），是成岩过程中次生形成的。 Fig. 5 Intercrystalline micron pores in dolomite of shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
白云石具有明显的“雾心白边”结构，这是晶粒周缘富含Mg2+，Fe2+和Fe3+等金属阳离子的流体与烃类流体发生反应所形成的，这表明白云石晶体之间都被烃类流体“浸泡”过，也揭示了在白云石形成过程中白云石晶体之间都是互相连通的孔隙，只是在后期成岩过程中这些孔隙逐渐消失。此外，白云石晶体之间的微米孔大多都被沥青充填，也说明了白云石在形成过程中“浸泡”在烃类流体中，有机质被留下形成了沥青，而非烃类流体则被运移出去或部分进入到白云石孔隙中，如图 5d所示，在白云石晶间孔及其边缘发育的一系列葡萄状有机黏土颗粒可作为佐证。
（2）绿泥石晶间孔
古龙凹陷青山口组页岩油储层中绿泥石发育，大面积AMICS扫描得出绿泥石的质量分数为8.41%，如果加上性质与其相近的黑云母，两者的质量分数和为11.90%。绿泥石中微米孔发育，且发育程度明显好于伊利石、蒙脱石及高岭石等其他黏土矿物，是古龙凹陷页岩油储层的主要储集空间之一。这种孔隙大多为开放的有效孔（图 6a—6d），多被沥青充填，可见有机黏土，揭示其被富含黏土的烃类流体充填，而非单一的烃类流体。绿泥石片厚度较大，一般为数十纳米，末端多呈尖刀状，组构凌乱，常组合成掌状或放射状（图 6c，6d），与页理或层理没有任何关系，表明没有受成岩压实影响，是在成岩过程中形成的。微米孔内的绿泥石通常与辉铜矿、闪锌矿、黄铁矿、（氟）磷灰石、白云石、重晶石和自生石英等岩浆热液矿物同时发育（图 6e，6f），揭示该类孔隙为岩浆热液绿泥石化所形成，不是沉积和非岩浆热液作用的一般成岩作用形成的。
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图 6 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中绿泥石晶间微米孔
注：Ch. 绿泥石；OM. 有机质。 （a）三角形晶间微米孔发育，被有机质（OM）完全充填，周缘为无缝接触的自生石英；（b）图 6a红点处绿泥石能谱，有阳离子缺陷，带负电荷，有利于吸附阳离子；（c）—（d）绿泥石之间微米孔发育，直径可达10 μm，被有机质充填，有机质内微米孔发育（如红色箭头所示）；（e）微米孔发育在以绿泥石为主的复杂矿物组合中，储集性很好；（f）微米孔发育在以绿泥石为主的复杂矿物组合中，形态极不规则，其中有粒状次生沉积的黏土，外缘为自生石英和白云石。 Fig. 6 Intercrystalline micron pores in chlorite of shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
（3）伊利石晶间孔
伊利石是古龙凹陷页岩油储层中最发育的矿物之一，其中沉积形成的孔隙大多都是纳米孔，以F-F孔为主 [8]，多被沥青充填，连通性较差。自生伊利石一般为片状、海绵或泡沫状。其中，片状伊利石通常排列杂乱，无优选性，分布在石英、白云石等矿物间（图 7a），其中发育大量的纳米孔和微米孔，微米孔多为E-P孔和E-F孔，一般为三角形，且这些孔多是开放性的，连通性很好，可能被轻质油和天然气充填（图 7b）；海绵或泡沫状伊利石（或含少量绿泥石）多与次生白云石、黄铁矿、磷灰石、重晶石等共生，是在成岩过程中、在热液或有机流体中次生絮凝沉积形成的，有机质含量较高，能谱分析表明其碳的质量分数大于50%，该类伊利石无组构，微米孔发育，其中大孔隙形态多为次圆形，孔径为1~2 μm，小孔隙形态不规则（图 7c，7d）。
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图 7 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中伊利石的晶间微米孔和纳米孔
注：Do. 白云石；Q. 石英；Ch/I.
绿伊混层。 （a）自生伊利石（有绿伊混层），晶间孔发育；（b）图（a）中红框的放大，晶间孔多为E-F三角形孔或不规则孔（红色箭头所示）；（c）自生伊利石，可能还有一些绿伊混层或绿泥石（浅色部分），晶间和粒间孔发育，整个黏土域呈海绵状，中心有一个硕大的自生石英；（d）自生伊利石，黏土域呈海绵状，孔隙非常发育，可能与岩浆热液作用有关，是黏土化的产物。 Fig. 7 Intercrystalline micron pores and nanopores in illite of shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
（4）黄铁矿晶间孔
古龙凹陷页岩油储层中发育的黄铁矿多以草莓状黄铁矿集合体形式出现，黄铁矿颗粒多为五角十二面体，粒径一般为微米级，晶体之间多被晶形较好的自生绿泥石充填，属于成岩时形成的自生黄铁矿，是低温（200~300 ℃）热液矿物，而非沉积时形成的。黄铁矿晶间微米孔发育，以三角形、四角形和多角形为主，可见有机质、沥青等充填其中，常插入自生石英中或自生石英插入其中，是成岩过程中形成的自生微米孔。该类微米孔多为开放性的有效孔，可见油侵或被流体污染的薄膜（图 8），说明这种孔隙在地下已经被流体（轻质油和天然气）充填，到地表后流体逸失，留下了开放性孔隙。
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图 8 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中黄铁矿晶间微米孔
注：Ch. 绿泥石；OM. 有机质；Py.
黄铁矿。 （a）草莓状黄铁矿集合体，由六十多个单晶黄铁矿颗粒组成，晶间微米孔（红色箭头所示）非常发育，黄铁矿边缘“生长”出了一系列的黏土“须”；（b）团片状黄铁矿，多为五角十二面体（蓝色箭头所示），晶间微米孔发育，孔径为1~6 μm，被沥青充填（红色箭头所示）；（c）稀疏集合产出的黄铁矿，微五角十二面体（蓝色箭头所示），发育了一条微米缝（红色箭头所示），晶间孔发育，被有机质充填；（d）黄铁矿晶体间发育绿泥石、少量晶间孔（红色箭头所示）；（e）密集的草莓状黄铁矿集合体，晶间发育大量绿泥石和微米孔（红色箭头所示）；（f）线性分布的草莓状黄铁矿，微米孔不发育，孔隙多为三角形。 Fig. 8 Intercrystalline micron pores and nanopores in pyrites of shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
对黄铁矿晶间孔进行图像分析，发现微米孔所占的比表面积较大。如图 9a所示，片状黄铁矿中晶间微米孔发育，孔隙度可达14.65%，均被沥青充填，表明这是一种有效孔，与外部连通较好。图 9b为草莓状黄铁矿，晶间微米孔隙度可达22.07%，也被沥青充填。总之，黄铁矿的晶间微米孔是非常发育的，但由于其数量有限，在储层的评价中地位还是有限。
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下载原图 图 9 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中黄铁矿晶间微米孔的图像分析 Fig. 9 Image analysis of intercrystalline micron pores in pyrites of shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
（5）磷灰石晶间孔和晶内孔
研究区页岩油储层中（氟）磷灰石发育，属于成岩自生，而非碎屑成因。磷灰石多呈颗粒状，粒径一般为数微米，常为自形晶或他形晶，分散或集合产出。晶间和晶缘均发育微米孔，被沥青充填或开放（图 10），孔壁有沥青污染或溶蚀，连通性较好，是较好的有效储集空间。分析认为这种磷灰石可能是岩浆热液蚀变所形成。
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图 10 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中磷灰石及其能谱与微米孔
注：Ap. 磷灰石；Q. 石英；Ch.
绿泥石；Ca. 方解石；Py. 黄铁矿。 （a）F磷灰石、黄铁矿及石英，黄铁矿晶体间发育大量微米孔；（b）图（a）中磷灰石的能谱；（c）星点状磷灰石及其晶间微米孔（红色箭头所示）均被沥青充填；（d）磷灰石（蓝色箭头所示）晶形很好，其边缘发育微米孔；（e）磷灰石晶体外缘微米孔发育，大微米孔被沥青充填，小微米孔为开放孔（红色箭头所示），孔径约为1 μm，此外还有一些其他类型微米孔（蓝色箭头所示）和微米缝（橙色箭头所示）。 Fig. 10 Energy spectrum and micron pores in apatite of shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
（6）长石晶内孔
研究区页岩油储层中的晶内微米孔主要为长石晶内微米孔。能谱分析结果显示，长石可分为钠长石和钾长石，这些长石均为成岩过程中所形成，而不是碎屑长石。矿物分析结果显示，钾长石和钠长石的质量分数均低于10%，以钠长石为主。钾长石晶内微米孔大多是开放性的，孔壁较干净，仅少数钾长石晶内孔被黄铁矿、沥青充填，表明孔内没有或极少经过烃类流体，分析认为钾长石晶内微米孔可能是因结晶缺陷或流体占据形成的（图 11a—11e）。钠长石表面通常有一层白色的“霜”，颗粒之间紧密接触，几乎无缝隙，仅局部发育晶内微米孔，且被沥青充填（图 11f），其中沥青完全由碳组成，缺乏氧和氮，推测其为一种高度变质的有机质，分析认为这类钠长石可能是在成岩过程中由岩浆热液蚀变形成的。
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图 11 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中长石晶内微米孔
注：Kp. 钾长石；Ab. 钠长石；Q.
石英；Py. 黄铁矿。 （a）钾长石晶内微米孔，大微米孔被黄铁矿充填；（b）钾长石能谱；（c）钾长石晶内微米孔，部分被沥青充填，钾长石内部和外缘可见石英，无缝结合；（d）钾长石晶内微米孔，部分被沥青充填，钾长石边缘参差不齐，与石英无缝结合；（e）钾长石晶内微米孔，孔径最大可达30 μm，孔内可见溶蚀再沉淀的葡萄状次生黏土，钾长石周缘又包裹了一圈石英，几乎无缝联结；（f）钠长石晶内微米孔，部分被沥青充填。 Fig. 11 Intracrystalline micron pores in feldspar of shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
整体而言，研究区页岩油储层中长石的含量很低，长石晶内微米孔的孔径小，一般为1~2 μm，对页岩储集空间贡献不大，但大微米孔都是有效孔，尤其是当长石发生溶蚀时溶蚀孔变大，孔径可达30 μm，这类大微米孔对于有效储集空间有一定的贡献。
综上所述，自生矿物的晶间和晶内微米孔很发育，是古龙页岩的重要储集空间，也揭示了该页岩在成岩过程中经历了深刻地改造，这种改造很大程度上来自于岩浆热液作用。
3.1.3 溶蚀孔研究区溶蚀微米孔形态多样，有四边形、近菱形、三角形、长条形和缝隙型（裂缝型）等多种形态。由于泥岩在成岩过程中，干酪根脱羧作用产生羧酸和酚酸，使流体呈酸性，酸性流体使碳酸盐矿物（方解石和霰石）和长石极不稳定，因此溶蚀孔多与白云石和方解石有关 [22-23]。此外，在砂脉方解石边缘、介形虫灰岩中也可见到溶蚀微米孔。
（1）溶蚀铸模孔和边缘溶蚀孔
常见的白云石溶蚀微米孔有溶蚀铸模孔和边缘溶蚀孔。溶蚀铸模孔（solve-moldic pore）一般为四边形和近菱形，是由方解石或白云石溶蚀形成的 [24]，孔内发育了次级或次次级纳米孔，这些次级孔的孔径一般为数十纳米，交织成复杂的网状（图 12a—12e）。孔内还发育了大量“菌丝”，分析认为这是因为溶蚀铸模孔的形成与细菌的生化溶蚀有关，细菌的生化溶蚀作用会分泌出酸性物质，方解石和白云石类矿物在酸性环境下易溶蚀 [25]，在溶蚀孔中含黏土胶体的流体在盐度较高的溶液中会发生凝聚沉积，形成这种类似菌丝的凝聚体（图 12c—12e）。因此，可以认为这种菌丝状物是一种特殊的次生黏土絮凝体，这种次生凝聚体与Pierce等 [26]报道的美国Virginia Rappahannock河口的黏土絮凝沉积相似。
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图 12 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩中的溶蚀微米孔
注：Q. 石英；Ab. 钠长石；Kp.
钾长石；Ch. 绿泥石。 （a）白云石溶蚀铸模孔，可见大量丝状絮凝黏土（白色箭头所示）、溶蚀纳米孔（红色箭头所示）、溶蚀纳米缝（橙色箭头所示），丝状构造直径多为数十纳米至百余纳米，长可达百纳米至微米；（b）图（a）右下角蓝色框的局部放大，轮廓具有白云石和方解石的形态，边缘已经绿泥石化，溶蚀纳米孔发育，橙色箭头所示为大纳米孔，红色箭头所示为小纳米孔，白色箭头指示絮凝丝状体；（c）沿黏土片边缘发育边缘溶蚀孔，可见大量丝状黏土絮凝体；（d）溶蚀孔，面积较大，直径可达2 μm，溶蚀孔内发育了密集的纳米孔，直径多为数十微米；（e）图（d）中红框的放大，絮凝黏土成肠状，直径为数百纳米；（f）溶蚀孔的孔壁上发育絮凝黏土和次生孔，絮凝黏土呈海绵状，次生孔隙孔径一般为数十至数百纳米，可达1 μm；（g）溶蚀裂缝，宽2~3 μm，长25 μm未见终止，裂缝内见大量溶蚀纳米孔，可见石英沉积；（h）钠长石中发育的溶蚀微米孔，直径最大可达5~6 μm，孔内可见葡萄状次生沉积。 Fig. 12 Dissolved micron pores in shale of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
边缘溶蚀孔（solve-rim pore）可以看作是溶蚀铸模孔发育的前奏，呈长条形、缝隙形等，多发育在方解石和白云石晶体的边缘或纳米裂缝中 [22]，在长石中也有发育。边缘溶蚀孔内常发育有次级纳米孔和微米孔，也可能新沉积出石英（图 12f—12g），揭示了成岩时流体呈酸性，溶蚀作用非常强烈。此外，研究区页岩储层中自生氟磷灰石含量较高，也揭示了在成岩过程中有含氟的强酸性流体存在 [27]，这些都说明青山口组遭遇了岩浆热液作用，在岩浆热液中有腐蚀性极强的酸性流体（推测可能为氟酸）存在，因此可以见到大量溶蚀微米孔和微米缝，这也是古龙凹陷页岩油储层有效储集空间的主要次生成因之一。
对溶蚀铸模孔内发育的丝状絮凝黏土及孔周矿物（图 13a）进行能谱分析，发现溶蚀孔周围矿物成分主要是白云石和绿泥石。溶蚀孔周围上部元素主要为Ca，O，C，Al以及少量Mg和Fe，其他元素很少，揭示其为白云石的溶蚀残留部分（图 13b）。溶蚀孔内发育的次生丝状絮凝黏土中O，Al和Si含量高，说明其主要成分为黏土矿物，而C和Ca的含量也很高则有2种可能，一是Ca和C为白云石或方解石的残留；二是可能自生黏土（伊利石）中Ca含量较高（图 13c，13d）。此外，部分自生丝状絮凝黏土的元素组成接近绿泥石（图 13e）。溶蚀孔周围下部的主要成分为黏土，也含Mg，Fe和K等元素，结合其表面结构和组构分析认为这些元素自生的可能性高，推测其为早期的绿泥石（图 13f）。值得注意的是，5个能谱分析点都出现了Pt，该元素在丝状絮凝黏土中的含量较高（图 13d，13e），而常与Pt共生的Nb和Ta是来自于地下深部的稀有元素，分析认为可能与（超基性）岩浆热液作用有关。
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图 13 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中发育的溶蚀孔及其内部次生黏土域外缘矿物分析
注：Do. 白云石；Ch. 绿泥石。 （a）页岩溶蚀孔，孔内可见溶蚀纳米孔和丝状絮凝黏土，丝状絮凝黏土呈丝发圆柱状，直径为数十纳米，交织成海绵状，网眼一般呈多角状，古页1井，2 541.42 m；（b）图（a）中b点能谱，白云石，碳含量较高，分析认为可能是抛光形成的污染；（c）—（d）分别为图（a）中c，d点的能谱，成分为复杂的铝硅酸盐，可能是伊利石；（e）—（f）分别为图（a）中e，f点的能谱，成分为复杂的铝硅酸盐，其颜色稍亮，且与厚片状黏土矿物呈过渡关系，分析认为是绿泥石。 Fig. 13 Minerals on the outer margin of dissolved pores and secondary clay regions in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
综合分析认为溶蚀主要发生在白云石内，古龙凹陷青山口组有较多的白云石薄层和结核，为溶蚀提供了物质基础。白云石是一种可溶性矿物，溶蚀后产生了C，O，Ca，Mg和Fe等，除C之外，其他元素为绿泥石的形成奠定了物质基础，而Si和Al来自流体，富Si和Al的流体则主要来自于岩浆热液 [27]。此外，白云石溶蚀后形成的C随流体迁移逸出，是否与H结合形成碳氢化合物值得今后研究。
（2）砂脉中方解石边缘溶蚀孔
对研究区页岩油储层样品进行薄片观察，发现砂脉中的矿物颗粒边缘发育微米孔，铸体胶能够压入方解石颗粒的边缘，但无法进入长英质颗粒边缘，表明这类微米孔是沿方解石颗粒边缘发育的（图 14），推测这种方解石颗粒是介形虫或钙藻的碎屑。
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图 14 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中砂脉（方解石）颗粒边缘的溶蚀微米孔
注：Q. 石英。 （a）页岩中的顺层砂脉，可见大量微米孔；（b）图（a）中红框的放大，可见微米孔沿方解石颗粒边缘发育，石英颗粒（呈白色）边缘没有边缘孔；（c）图（b）中黄框的放大，边缘微米孔几乎都沿细—粉砂级方解石颗粒发育（红色箭头所示），而在石英颗粒边缘不发育。 Fig. 14 Dissolved micron pores at the edge of shale vein (calcite)grains in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
（3）介形虫灰岩内的溶蚀孔
在研究区古页18井岩心中发现了含饱和油的介形虫灰岩，厚度约为33 cm，发育板状交错层理，其中细层厚度为1 cm，总厚度超过10 cm（图 15a，15b）；没有发育层理的块状介形虫灰岩也含饱和油，揭示其是在迁引流的作用下形成的（图 15c—15e），推测认为该段相当于浊积岩的B段（平行层理段）。介形虫灰岩内发育溶蚀微米孔，孔径较大，一般为数十到数百微米，形态不规则（图 15f，15g），多被沥青或油充填。整体而言，这类溶蚀孔数量较少，对储层物性的影响不大。
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下载原图 图 15 松辽盆地古龙凹陷古页18井白垩系青山口组页岩油储层中介形虫灰岩内的溶蚀孔 （a）含饱和油介形虫灰岩（蓝框所示）和富有机质页岩；（b）图（a）中蓝框的放大，板状交错层理（黄色斜线所示）发育；（c）图（b）中黄框的放大，可见细层右倾的板状交错层理（黄色斜线所示），揭示水流自左流向右；（d）图（c）中红框的放大，可见介形虫中心被溶蚀，溶蚀孔被沥青充填（红色箭头所示）；（e）图（c）中绿框的放大，可见介形虫碎片、溶蚀孔及其中充填的沥青（红色箭头所示）；（f）薄片下可见介形虫内部被部分溶蚀，大部分被方解石充填，溶蚀孔后被铸体胶充填（蓝色部分和黄色箭头所示）；（g）介形虫内部基本被溶蚀，后被铸体胶充填。 Fig. 15 Dissolved pores in ostracoda limestone of shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation of well Guye 18 in Gulong sag, Songliao Basin |
（4）被黄铁矿充填的溶蚀孔、缝
研究区页岩油储层中发育被黄铁矿充填的溶蚀孔，如图 16所示，大溶蚀孔宽约25 μm，长约70 μm，溶蚀孔壁上沉积了晶形完好的黄铁矿晶体，其晶形多样，以立方体为主，也有少量八面体和其他晶形，直径多为2~5 μm，表明黄铁矿的结晶空间和时间均非常充足。黄铁矿晶体之间发育片状黄铁矿，分析认为其成因与流体中富含S和Fe有关，S的存在使流体具有很强的溶蚀能力（图 16a，16b）。
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图 16 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层被黄铁矿部分充填的溶蚀孔、缝
注：Py. 黄铁矿。 （a）被黄铁矿充填的溶蚀孔，孔长70 μm，宽20 μm，黄铁矿晶体以六面体为主，有少量八面体（蓝色箭头所示）、其他晶形（白色箭头所示），晶体完好，表明其结晶空间和结晶时间非常充足；（b）图（a）中红框区域的放大，可见黄铁矿晶体之间发育片状黄铁矿（黄色箭头所示）；（c）被黄铁矿充填的溶蚀微米缝，缝宽超过10 μm；（d）图（c）中蓝框区域的放大，可见微米缝中部分充填了溶蚀渣，黄铁矿晶体主要为五角十二面体（红色箭头所示），可见大量生排烃扩张孔。 Fig. 16 Dissolved pores and fractures partially filled with pyrite in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
被黄铁矿充填的溶蚀缝宽一般大于10 μm，长度大于80 μm，可见溶蚀渣充填。溶蚀缝中的大部分黄铁矿晶体不是立方体，多为五角十二面体，这种晶形的黄铁矿多是在200~300 ℃温度下形成的，分析认为是岩浆热液流体成因，富F和Cl的岩浆热液进入页岩储层加剧了溶蚀作用，有利于溶蚀孔、缝的发育（图 16c，16d）。
3.1.4 生排烃扩张孔生排烃扩张孔是物理化学成因的有效孔，是新提出的研究区最重要的微米孔之一。其形成与轻质油形成的二次生烃和排烃有关，具有7个特点（图 17）：①主要发育在黏土矿物中，形状独特，与周缘的其他孔隙明显不同，多呈近圆形、眼球状或半眼球状，缺少棱角；②由于排烃扩张，其孔径明显大于周缘非生排烃扩张孔，小孔径为数百纳米，大孔径可达1~2 μm；③有能反映流体运移的连续轨迹，多呈垂直或近垂直成列产出，揭示垂向存在应力差异，垂向是最小主应力方向，即使垂向压力差很小也可以驱动烃类流体向上运移，这方面包含的信息还有待今后继续发掘；④多有油膜沿孔壁发育，其中有些还有天然气泡，由于是轻质油挥发，绝大多数孔都没有油迹，但在孔壁上会有一种类似“疱疹”的半球形纳米级凸起；⑤孔隙壁多连续，黏土片多呈上突丘形（图 17c—17f中的蓝色箭头所示）；⑥孔壁常有纳米级颗粒状突起，类似“疱疹”（blebs）；⑦无“根”无“顶”，可以突然出现或突然消失。
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下载原图 图 17 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中的生排烃扩张微米孔 （a）向上成列的生排烃扩张孔，近圆形，边缘圆滑，孔壁连续，有大纳米孔（红色箭头所示）和微米孔（黄色箭头所示），孔隙四周可见油膜和残余的微量天然气在油膜里充起的“气泡”，形态、结构和尺度与周缘的其他类型孔隙明显不同；（b）5~6列近垂直的生排烃扩张孔，可见片状生排烃扩张孔；（c）图（b）中红框的放大，可见较大的圆形孔（红色箭头所示），其上为绿泥石，连续性好，上拱弧形，可能与油气充注扩张有关；（d）图（b）中黄框的放大，生排烃通道内（红色虚线范围内）孔隙相对发育，可见大圆孔，孔径达2.5 μm（红色粗箭头和黄色虚线所示），可见自生矿物发育，矿物四周有纳米孔环绕（红色箭头所示），生排烃流体穿透了沥青（橙色箭头所示），表明生排烃使沥青处于一种非固态，能够被流体穿透，沥青内发育了一些纳米孔，红色箭头指示烃类流体的运移方向；（e）生排烃孔（红色箭头所示），呈次圆形或不规则形，孔径为2~3 μm，孔内有葡萄状自生黏土发育（黄色箭头所示），孔外发育弧形黏土片（蓝色箭头所示），形成对油气的包裹圈闭；（f）生排烃孔（红色箭头所示），形态不规则，孔径为2~3 μm，孔内发育葡萄状自生黏土（黄色箭头所示）和自生白云石（白色箭头所示），孔外发育弧形黏土片（蓝色箭头所示），形成对油气的包裹圈闭。 Fig. 17 Hydrocarbon generation and expulsion expansion micron pores in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
生排烃扩张是一种新发现的成储方式，其核心是生排烃高压。目前的勘探结果表明古龙青山口组页岩油都是超压的 [13]，如青一段异常高压力区范围较广，可达3 000 km2[18]，页岩油超压，压力系数为1.20~1.58 [14]，少数可达1.70以上（如古页8HC井）。有机质生排烃后压力很高，高压流体向周围充注和运移过程中必然会对孔隙和裂缝进行侵蚀和扩张改造，造成孔、缝扩大。地下高压的油气向压力较低的地方运移，寻找压力平衡，形成微（米）型油气藏 [10]，而韧性黏土的存在是维持圈闭微区超压的关键，在砂岩中超压的形成与黏土有关 [28]。因此，可以认为高压油气在页岩黏土中充注运移，不仅可以改变黏土的组构和矿物成分，还会撕裂黏土中原有的纳米孔、缝扩大，形成有利的储集空间，最终形成纳米级—微米级油藏，而且这种储集空间中的油气是可采的。
3.1.5 有机质孔古龙凹陷青山口组页岩油储层中有机质常以顺层充填状、条带状、填隙状及团块状等形式分布，且一般与黏土矿物混杂分布 [16]，有机质中孔发育，如沥青内发育纳米孔和微米孔，孔径一般为1~4 μm，呈圆形、次圆形和不规则形；一些不定形的有机质内可见微米孔发育，以多角形为主，少数呈近圆形（图 18a，18b），分析认为这类有机质是液态烃排出轻质油和天然气后的残留物。何文渊等 [27]根据研究区有机质类型及其中微米孔的特点，将有机质孔分为4种类型，本文主要介绍沥青质体中的微米孔。
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图 18 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层有机质中发育的微米孔
注：BIT. 沥青；Ch. 绿泥石；Ap.
磷灰石；Do. 白云石；Q. 石英。 （a）沥青质体中发育大量微米孔（红色箭头所示），呈筛孔状均匀分布，以圆形和次圆形孔为主；（b）沥青质体中发育的大微米孔，孔径可达5~6 μm，沥青形态极不规则，沥青周缘呈丝发状挤入微米缝中，周缘被石英和黏土包围；（c）沥青质体中发育的微米孔，形态不规则，孔周缘被自生石英和重晶石包裹；（d）沥青质体中发育了微米孔，左下可见自生白云石与沥青呈突变接触，沥青周缘呈丝发状挤入微米缝中，周缘被石英和黏土包围；（e）沥青质体中发育微米孔，直径可达4~6 μm，微米孔上缘可见一列绿泥石和绿伊混层黏土垂悬构造；（f）大片有机黏土，主要成分是伊利石和自生白云石，伊利石呈海绵状，孔隙发育；（g）图（f）中红框的放大，整个视域呈海绵状，可称为“海绵”页岩，微米孔（红色箭头所示）和纳米孔均发育。 Fig. 18 Micron pores developed in organic matterss of shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
研究区发育的沥青质体既无形态也无结构，表面非均质性较强，且组成复杂，通常为高碳化的惰性体，能谱分析表明其中碳元素含量极高，缺少氧和氮元素；多见于自生的石英、黄铁矿和白云石，一般充填在大的溶蚀裂缝中，可能与岩浆热液作用有关。沥青质体中发育的微米孔多呈黑灰色，具有开放性，形态极不规则，孔壁边缘参差不齐，孔径一般为1~3 μm，大者可达4~6 μm，未被沥青充填，分析认为这类微米孔是轻质油所在的部位，也可能是一系列焦化气孔 [27]，这种现象多见于长英质页岩，在孔内可见石英颗粒，另有少量黄铁矿和磷灰石（图 18c，18d）。沥青质体中的微米孔上缘可见像钟乳石一样从上向下“生长”的垂悬构造，其成分主要是绿泥石和绿伊混层黏土（图 18e），揭示了该类微米孔在垂悬构造发育时就已经形成了，当时可能被流体（轻质油）充填。
除了沥青质体中的微米孔，研究区还有一种含碳量很高（C的质量分数为50%~75%）的有机黏土中也发育微米孔，该有机黏土的矿物成分主要是伊利石和白云石，其中伊利石多呈海绵状，孔隙很发育，储集性能较好（图 18f，18g）。
3.1.6 硅藻残留孔该类微米孔主要发育在硅藻内部或硅藻絮凝体内，是本文新提出的一种微米孔，也是古龙凹陷页岩油储层中最重要的一种微米孔。国外的模拟实验表明，当用多胺和亲硅蛋白（硅藻特有的化学物质）诱导硅酸时可以形成大量纳米级至微米级孔隙，同时由于硅藻的硅质细胞壁结构坚硬 [29-31]，不易在成岩压实过程中变形，其中的微米孔和纳米孔很容易保存下来，硅藻及其硅藻絮凝体内和周缘发育的微米孔是一种残留微米孔。从硅藻及其硅藻絮凝体样品的背散射图（图 19a）上可以看到，硅藻屑内部或边缘发育残留孔。对该样品中的3处观测点（观测点2、观测点9和观测点11）进行能谱分析，发现其元素组成主要为O，Si和C（图 19b—19d）；观测点2除去C后，Si和O的质量分数之和可达97%，按原子量计算是一种SiO2，其中发育了多孔结构，外形呈椭圆状，形貌与组构完全不同于页岩的其他矿物（石英）（图 19b），因此判断其为一种硅藻絮凝体；观测点11中除去C后，Si和O的质量分数之和大于95%，其形态和结构也不同于石英，是一种硅藻碎片（图 19d）。薄片显示颗粒状硅藻呈圆形或椭圆形，其内和周缘微米孔均非常发育，孔径一般为数微米至数十微米，可达300 μm（可能有溶蚀），是非常好的储集空间，微米孔多被有机质充填（图 19e—19g）。
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下载原图 图 19 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中硅藻及其硅藻絮凝体内的微米孔 （a）硅藻屑及其硅藻凝聚体背散射图，硅藻屑内部或边缘发育残留孔（红色箭头所示），白色的颗粒为黄铁矿；（b）图（a）中测点2硅藻絮凝体的能谱图及其元素组成；（c）图（a）中测点9硅藻絮凝体的能谱图及其元素组成；（d）图（a）中测点11硅藻絮凝体的能谱图及其元素组成；（e）—（g）颗粒状硅藻及其内部与外缘的微米孔（红色箭头所示），单偏光。 Fig. 19 Micron pores in diatom and diatom flocculation in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
研究区页岩油储层中微米缝较发育 [8]，作为联结微米孔和大纳米孔的“高速公路”，为大压裂缝和井筒源源不断地输送油气。微米缝按成因可以分为成岩收缩微米缝、生排烃扩张微米缝、溶蚀微米缝和构造/剪切微米缝等4种。
3.2.1 成岩收缩缝页岩在成岩过程中发生的蒙脱石转化为伊利石、伊利石转化为绿泥石以及有机质生排烃，都会造成页岩体积缩小，再加上其他成岩作用，会形成大量收缩（孔）缝。成岩收缩微米缝有4个特点（图 20）：①具有张性，微米缝弯曲，缝壁参差不齐，一般会绕开刚性矿物如白云岩、黄铁矿等；②短微米缝形态上呈蠕虫状，两端尖、中间宽，受伊利石或绿泥石团的控制，而长微米缝一般呈锯齿状；③通常发育在自生伊利石或绿泥石中或边缘；④产状以顺层为主，倾斜和直立的微米缝也较发育，这些微米缝构成的网络对页岩油的运移具有重要意义，揭示了页岩在成岩过程中是以体积收缩为主，收缩发生在三维。
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图 20 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中的成岩收缩微米缝
注：Py. 黄铁矿；Ch. 绿泥石。 （a）一组微米缝，缝宽为数十微米，产状以顺层（红色箭头所示）为主，可见倾斜或近垂直的微米缝（黄色箭头所示），成岩微米缝呈锯齿状，均被沥青充填；（b）发育在自生伊利石中的F-F微米缝，呈蠕虫状，中间宽两端尖，缝宽为2 μm，长超过30 μm，受伊利石域的控制，其成因与伊利石关系密切；（c）成岩收缩形成的弯曲张裂缝（黄色箭头所示）和微米孔（红色箭头所示）；（d）顺层张性微米缝（黄色箭头所示），与绿泥石化等形成的体积收缩有关，微米缝周缘可见生排烃扩张孔（红色箭头所示）。 Fig. 20 Diagenetic shrinkage micron fractures in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
地下高压流体撕裂岩层是一种常见现象 [32-33]，生排烃形成的高压烃类流体将页岩撕开形成的微米缝即为生排烃扩张缝，具有如下特点（图 21）：①一般为弯曲的张性微米缝，边缘参差不齐，甚至可将矿物颗粒拉开；②多被沥青或轻质油充填，因为加工样品轻质油蒸发殆尽；③沿裂缝多有反应边存在，其成分一般为绿泥石、黄铁矿、重晶石或白云石等；④缝中充填了轻质油（流体），揭示了有含Fe2+，Fe3+和Mg2+等金属阳离子的流体充注。
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图 21 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩中的生排烃扩张微米缝
注：Py. 黄铁矿；Ch. 绿泥石；Do.
白云石。 （a）裂缝被沥青充填（黄色箭头所示），裂缝下缘可见宽约20 μm的反应边；（b）张裂缝，边缘参差不齐，其中充填了沥青，沿裂缝有反应边存在；（c）可见1条竖直的生排烃通道（红色箭头所示）与3条张性微米缝（黄色箭头所示）都相连，并穿透了位于中部的裂缝中的沥青，揭示了生排烃通道具有高压穿透性；（d）4条张性裂缝均被沥青充填，其中2条大缝中可见黄铁矿（红色箭头所示）；（e）—（f）张性裂缝，可见2个白云石晶体被拉开（红色箭头所示），裂缝边缘绿泥石化形成白色镶边，裂缝中曾有轻质油（流体）充注。 Fig. 21 Hydrocarbon generation and expulsion expansion micron fractures in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
研究区溶蚀缝多发育在被深度改造的储层中，连通性非常好，是油气运移的“高速公路”。大的溶蚀缝宽度一般大于10 μm，最大可达75 μm，缝中发育竖直丝状絮凝黏土、近直立的窗帘状絮凝黏土以及黏土片。絮凝黏土是在溶蚀缝形成过程中絮凝沉积形成的自生黏土凝聚体，其中丝状絮凝黏土直径为十纳米至百纳米，近垂直或微倾斜于缝壁。窗帘状絮凝黏土中发育水平层理（图 22a—22c），这是在沉积过程中物质成分周期变化所致，揭示了溶蚀缝在形成过程中被流体充注。黏土片是溶蚀缝在形成过程中被富含有机质的流体充填，其中的有机质和黏土再度沉积下来所形成的，或平行或垂直于溶蚀缝，黏土片中碳的质量分数一般高于70%，无机质主要成分为伊利石（图 22d—22f）。这3种构造都说明了溶蚀缝是在地下而非在地表或钻井过程中溶蚀扩展形成的。
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图 22 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中的溶蚀微米缝及其内部结构
注：Do. 白云石；CD. 黏土。 （a）自生白云石中发育的溶蚀微米缝，白云石纵向连接形成刚性柱状（红色箭头所示），对黏土形成屏蔽，溶蚀缝中发育絮凝黏土；（b）溶蚀微米缝中发育丝状絮凝黏土（白色箭头所示），近直立、高角度倾斜或微倾斜于缝壁；（c）溶蚀微米缝中发育的近直立的窗帘状絮凝黏土（红色箭头所示），其中发育近水平层理和近垂直的窗帘褶（不排除是溶蚀残余），还可见高角度倾斜的絮凝黏土（白色箭头所示）像石笋一样自下向上生长；（d）生排烃扩张缝（缝宽可达100 μm）中发育溶蚀缝；（e）图（d）中红框的放大，可见多层黏土片充填在溶蚀缝中；（f）图（e）中蓝框的放大图，可见缝中发育6层有机黏土片，黏土片平行或垂直于溶蚀缝。 Fig. 22 Dissolved micron fractures and their internal structures in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
剪切作用是黏土沉积中常见的地质作用，可以发生在黏土沉积后的任何时期，在埋深6~14 m的松散状态时就会发生顺斜坡的滑动剪切，形成“壳带（crust zone）” [34-36]。古龙凹陷青山口组页岩在后期的压实成岩过程中，尤其是嫩江组沉积末期以后的4次褶皱过程中会因为层间滑动牵引形成剪切，发育相应的剪切构造。大量的证据表明，松辽盆地在嫩江组沉积末期发生了构造反转 [18]，形成了大量水平挤压构造，包含小型低角度（20°~30°）逆冲断层、摩擦镜面、摩擦光面、剪切裂面、负地堑地垒、阶步、擦痕、直立共轭剪切裂缝及剪切微裂缝等（图 23a）[17]。在显微镜下可以见到剪裂面内部还发育了一系列近于平行层面的微裂缝，大部分被沥青充填（图 23b），电镜下观察也能发现大量顺层挤压形成的纳米级和微米级剪切裂缝（图 23c）。
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下载原图 图 23 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中发育在伊蒙混层黏土中的典型剪切微米缝 （a）岩心页理面上的摩擦镜面和擦痕；（b）图（a）中沿红色箭头处的薄片照片，顺擦痕方向发育了大量与页理夹角很小的剪切裂缝（红色箭头所示），基本上是平行页理，还有一组被有机质充填的剪切裂缝（橙色箭头所示）；（c）微倾斜的右行剪切微米缝及其组合，左侧裂缝面非常平直，开放性好，宽约1 μm（黄色方块所示），两侧还有一系列的纳米缝、孔分布。 Fig. 23 Shear micron fractures developed in illite/smectite mixed-layer mineral in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
剪切微/纳米缝为黏土型页岩油输导末端油气与可动用油气的“大动脉”，在研究区页岩油储集空间和输导体系中占有非常重要的位置，是油气富集和运移的最终端的大通道。具有4个典型特征：①平直、紧闭，呈窄条带状出现；②成组出现，可见多组R，R'，M及P等多种剪切纳米缝；③与页理呈30°及45°夹角；④与尺度更大的微米缝、纳米缝及大页理缝联结较好。如图 23c所示的典型的剪裂纳米缝组合中，R剪裂缝是主要裂缝，宽度为1~2 μm，总体平直、紧闭（可能被后来的应力改造而打开）；与R剪裂缝共生的还有R'，M，P和T裂缝，尺度都很小，宽度都为纳米级，长度较大，是构成网状裂缝的重要组成部分；该剪裂缝与页理和F-F纳米缝相交，是理想的顺层输导体系的主元素之一，构成了最初级的顺层输导。分析认为这组裂缝的剪切应力来自顺层、侧向或水平方向，虽然垂向应力也是形成剪切裂缝的重要力源之一，但其主要来自于地层的重力，而页岩中的黏土是塑性的，在成岩过程中垂向压应力的作用下，垂向应力会逐渐向侧向平衡，使侧向应力与垂向主应力（近）等值，造成的裂缝开度有限。因此，可以认为该剪切缝是成岩后期构造反转后，水平或顺层挤压引起的向水平方向上（最小主应力方向，实际可能是南北方向）的伸展或扩展，而地层中间主应力在垂直方向（地层重力）。除了顺层剪切外，刚性颗粒还会发生旋转剪切，也会形成相应的孔、缝（图 24）。
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下载原图 图 24 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中旋转剪切形成的微米孔和微米缝 （a）草莓状黄铁矿，其中发育了大量微米级晶间孔（红色箭头所示），黄色箭头指示的是伸展区的裂缝和孔隙；（b）图（a）左旋旋扭解释，草莓状黄铁矿发生了逆时针旋转，伸展区孔、缝发育，而挤压区孔、缝较少。 Fig. 24 Micron pores and micron fractures formed by rotating shear in shale oil reservoirs of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
古龙凹陷青山口组页岩油储层中孔、缝类型多样，纳米级、微米级、毫米级和大页理缝均有发育，不同尺度的孔、缝之间连通性较好，纳米孔+纳米缝、微米孔+微米缝、毫米孔+毫米缝是构成页岩油气的三级储集和输导体系，三者构成了古龙凹陷页岩油储层的运聚系统，为页岩油气的高效开发提供了保障（图 25）。纳米孔是页岩油气的最初终端总源，是油气库；微米孔是有效孔，即时可采油气的油库，对轻质油来说，微米级孔隙是“桥梁”，起中间储集和联结作用，纳米孔中生烃形成的原位油藏，经过岩浆热液加热后形成的微距迁移到微米孔、缝中保存，从而形成次生油藏，而次生油藏是目前研究区即时开发油气的主要对象。
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下载原图 图 25 松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油三级运聚系统示意图 Fig. 25 Schematic diagram showing three-stage migration and accumulation system of shale oil of Cretaceous Qingshankou Formation in Gulong sag, Songliao Basin |
（1）松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组页岩油储层中的微米孔、缝很发育，主要有压实应力屏蔽孔、溶蚀孔、成岩自生孔、生排烃扩张孔、有机质孔和硅藻残留孔，孔径一般为1~2 μm，最大的溶蚀孔孔径可达70 μm；生排烃扩张孔和硅藻残留孔的孔隙大、分布广，与微米缝的连通性也较好，是重要的储集空间；溶蚀孔、缝是在地下被成岩时的酸性流体溶蚀扩展形成的，F，Br，Cl等元素揭示了溶蚀作用强烈。
（2）研究区微米缝以顺层为主，有少量斜层和垂直缝，是油气输出的“高速公路”，宽度一般为1~10 μm，生排烃扩张缝宽度可达100 μm，长数微米至数十微米，可见毫米级；可分为成岩收缩缝、溶蚀缝、生排烃扩张缝和构造剪切缝等4类。
（3）研究区微米孔、缝之间连通性较好，微米孔与纳米孔、缝也能联结，微米缝与毫米缝（竖直方向）又有联系，构成了“纳米孔、缝+微米孔、缝+毫米孔、缝”四通八达的网络系统，使古龙凹陷页岩油成为连续可开发的页岩油气藏。
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