美国页岩油革命的成功引起了以页岩油为代表的非常规油气资源的广泛关注。页岩的孔隙网络为油气的储存和运移提供了重要的场所和途径，因此全面了解页岩储层的孔隙系统是评价油气储存和流动机制的基础。Loucks等人首次使用扫描电子显微镜（SEM）来表征巴内特页岩中纳米级孔隙的性质、形成和分布，并在有机颗粒中发现了大量孔隙，内部孔隙率高达20.2%。普遍认为，有机孔隙的发育受到干酪根类型、成熟度和热演化历史等因素的影响。关于有机孔隙特征的报道主要集中在中高成熟页岩上，而对中低成熟页岩中有机孔隙的系统研究往往被忽视。人们普遍认为，从低成熟度到成熟页岩阶段的页岩没有有机孔隙。然而，一些学者在研究低成熟页岩时发现，低成熟页岩中也存在一定数量的有机孔隙。这些孔隙主要以有机-无机界面孔隙的形式存在，但尚未发现系统的报道。鉴于有机/无机孔隙系统在油气储存和运移中的关键作用，有必要对中低成熟期页岩储层中的有机/无机孔隙网络进行系统研究。
本研究旨在提出一种基于高分辨率扫描电子显微镜图像的高效、低成本和可靠的孔隙结构表征方法，以实现中低成熟页岩有机-无机孔网络的定量分析。此外，本文还系统地比较了不同放大倍数下孔隙结构参数的变化，探讨了成像分辨率对孔隙识别精度和网络结构的影响。该方法应用于东营凹陷沙河街组页岩，有效揭示了其有机-无机孔隙微观结构特征，在一定程度上阐明了中低成熟页岩孔隙发育的主要地质控制因素。研究成果有助于提高中低成熟页岩油储层质量评价的准确性，为勘探策略的优化提供技术支持和理论依据。
图1.图像处理工作流程示意图
有机和无机孔隙的PSD通常是一致和单峰的。有机质、方解石、黄铁矿和石英/粘土等各种孔隙类型的孔径分布（PSD）在10 nm至4μm的范围内，大多数孔隙集中在200 nm至1μm之间。
有机孔的PSD分布相对较宽（放大倍数为5000倍时为40 nm至3μm；放大倍数为20 nm至2μm），主峰约为700-800 nm（图2a-c）。尽管有机孔隙分布广泛，但其比例相对较低，仅占总孔隙的2.18%-26.7%，平均为8.29%。这表明，与其他以矿物为主的孔隙类型相比，有机质中的孔隙较少，但孔隙较大。方解石为主的孔隙也显示出较宽的分布范围（50 nm至3μm），但平均孔径较小（主峰约200-300 nm），孔隙网络比有机物更发达（图2d-f）。黄铁矿占主导地位的孔隙尺寸范围为20 nm至900 nm，通常在300-500 nm左右达到峰值，显示出适度的孔隙度贡献（图2g-i）。石英、粘土和其他硅酸盐的孔径范围最广（10 nm至4μm），分布相对均匀，但峰值在300-400 nm左右（图2j-l）。
此外，累积表面孔隙度曲线（图中的红线）显示，有机物和黄铁矿对总表面孔隙度的贡献较小，而方解石和硅酸盐为主的孔隙提供了更高的累积孔隙度，特别是在中等尺寸范围内（200-800nm）。更高放大倍数的图像（#2-15000×和#2-20000×）提高了峰分布分辨率，并证实了200-800nm范围内的有效孔体积，特别是无机成分的贡献。尽管有机孔隙的尺寸较大，但它们的丰度有限，降低了它们对总孔隙度的贡献。相比之下，在所研究的低成熟度湖相页岩样品中，方解石和石英/粘土相关孔隙对总孔隙体积和连通性的贡献更大，因为它们的网络更发达、分布更均匀。
图2. 扫描电镜图像不同放大倍数下主要矿物的孔径分布特征
研究成果近期发表在地学领域国际重要期刊Petroleum Science。本研究得到了山东省科学技术厅省级重点研发专项（2020ZLYS08）、永利集团研究生创新基金项目和中央高校基本科研业务费专项（25CX04016A）的资助。论文第一作者为永利官网博士生林子智，通讯作者为胡钦红教授和尹娜博士后，合作者包括：胜利油田杜玉山，晁静；河北工业大学张广磊教授；中国石油勘探开发研究院吴松涛。
论文信息：Zi-Zhi Lin, Qin-Hong Hu, Na Yin, Yu-Shan Du, Jing Chao, Guang-Lei Zhang, Song-Tao Wu, 2025, Organic and inorganic pore networks in medium- to low-maturity shale: Insights from SEM analysis of Shahejie formation in the Dongying Sag, Petroleum Science, https://doi.org/10.1016/j.petsci.2025.09.018.
