Микротрещинная пористая структура, пористость и газосодержимость глубокого сланца при взаимодействии литофаций и пластового давления

Почему крошечные пространства в глубинных породах важны

Глубоко под юго-западным Китаем газ, запертый в плотных чёрных сланцах, помогает снабжать дома и промышленность. То, содержит ли сланец много эксплуатационного газа или почти ничего, во многом зависит от двух тихих партнёров: типа породы и давления, которое на неё действует. В этом исследовании авторы заглядывают внутрь глубоких сланцев формации Лунмаси в Сычуаньском бассейне, чтобы понять, как минералогия и пластовое давление совместно создают — или разрушают — микроскопические пространства, где хранится сланцевый газ. Полученные выводы помогают объяснить, почему одни глубокие скважины высокопродуктивны, а другие, пробуренные в той же толще, оказываются неудачными.

Разные виды сланцев — разные основы

Исследователи сначала разделили сланцы Лунмаси на три основные литофации. Силициевистый (кремнезёмный) сланец богат твёрдыми минералами, такими как кварц; смешанный сланец сочетает кварц с повышенным содержанием глины; глинистый сланец доминируется мягкими пластинчатыми глинистыми минералами. Затем они проанализировали почти 100 керновых образцов из четырёх скважин по бассейну, охватывающих глубины более 3500 метров и диапазон пластовых состояний от нормального до сильно перепрессованного. Для каждого образца измеряли содержание органического углерода (источник генерации газа), минералогический состав, пористость (объём пустот в породе) и количество фактически присутствующего газа с помощью полевых десорбционных испытаний.

Как давление защищает — или разрушает — поровое пространство

Микроскопические изображения и эксперименты по адсорбции газа показывают, что большая часть полезного объёма хранения сланцевого газа сосредоточена в порах размером в несколько миллиардных долей метра, а также в крайне тонких трещинах. В кремнезёмных сланцах с обильным органическим веществом эти поры образуют сотоподобные сети внутри органики и между жёсткими минералами. Высокое пластовое давление действует как внутренний упор, помогая породе сопротивляться весу перекрывающих слоёв и сохранять эту микроструктуру даже при залегании ниже 4000 метров. Напротив, смешанные и глинистые сланцы деформируются легче. По мере изменения давления в геологической истории — особенно при подъёме, когда перепрессование теряется — их поры коллапсируют, переходят из больших в меньшие размеры, и многие пространства, которые раньше содержали свободный газ, исчезают.

Что происходит с газом по мере изменения пор

Газ в этих сланцах существует в двух основных формах: свободный газ, занимающий открытые поры и трещины, и адсорбированный газ, прилипший тонкими слоями к стенкам пор, особенно в органическом веществе и глинах. Исследование показывает, что по мере снижения пористости содержание свободного газа падает быстро, особенно в глинистых и смешанных сланцах, тогда как адсорбированный газ также уменьшается, но более постепенно. В наиболее благоприятных кремнезёмных интервалах, богатых органикой, суммарное содержание газа при сильном перепрессовании может достигать почти 19 м³ на тонну породы. Там жёсткие кварцевые зерна и высокая доля органики действуют совместно: кварц помогает сохранять поровую структуру, а органика генерирует газ и предоставляет многочисленные микроскопические ёмкостные места. Глинистые сланцы, напротив, как правило, имеют низкое содержание органики, слабую устойчивость к уплотнению и наихудшие поровые сети, что делает их плохими коллекторами, хотя их плотность может способствовать запечатыванию газа в соседних слоях.

Глубина, давление и тип породы работают сообща

Сравнивая многочисленные образцы по глубине и давлению, авторы показывают, что ни один фактор — ни глубина, ни давление, ни только богатство органики — сам по себе не объясняет, сколько газа удержит глубокий сланец. Ниже примерно 3000 метров более сильное уплотнение постепенно уменьшает поровый объём, но перепрессование может частично компенсировать это сжатие. Там, где перепрессование сохраняется и порода богата кварцем и органикой, поры и трещины сохраняются лучше и газ удерживается. В местах с глинистой породой или меньшим содержанием органики та же история давления приводит к гораздо более серьёзной потере пор. По мере снижения давления в более поздней истории бассейна вклад крупных пор в хранение уменьшается, тогда как относительно более важными становятся мелкие поры и шероховатые поверхности пор, хотя общая ёмкость всё равно сокращается.

Что это значит для будущего добычи сланцевого газа

Для неспециалиста ключевой вывод в том, что потенциал глубокого сланцевого газа — это не только вопрос бурения глубже или поиска высокого давления. Лучшие глубокие пласты в формации Лунмаси — это те кремнезёмные, богатые органикой слои, которые сочетают прочный минеральный каркас с обилием микропор и трещин и которые длительное время оставались перепрессованными. Смешанные и глинистые сланцы обычно теряют и поровое пространство, и газ под воздействием сжатия и последующей депрессуризации. Понимание этой тонкой взаимосвязи между типом породы и эволюцией давления помогает разведчикам нацеливаться на интервалы, наиболее вероятно дающие газ, и избегать затратных скважин в породах, которые, несмотря на схожие глубины и возраст, просто не в состоянии удерживать свои микроскопические ёмкости.

Цитирование: Zhang, Y., Zhang, H., Zhang, L. et al. Pore-micro fracture structure, porosity and gas- bearing property of deep shale under lithofacies-formation pressure coupling. Sci Rep 16, 7303 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38352-7

Ключевые слова: сланцевый газ, структура пор, пластовое давление, Сычуаньский бассейн, формация Лунмаси