《表4 解吸气最终碳同位素值、乙烷体积与页岩孔隙度关系》

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《中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩现场解吸气特征及地质意义》

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烃类气体碳同位素分馏效应还受页岩物性影响[31-32]，表现为解吸结束时，孔隙度较大的页岩解吸出的甲烷碳同位素值偏大。初始解吸时，6组气样的值十分接近（约为-39.27‰），随着解吸时间的增加，残留的气态烃分子碳同位素发生了变化。解吸结束时，CY-40、CY-46和CY-38这3组气样的数值较其余3组偏大（图5、表4）。物性测量显示，这3组页岩的核磁共振有效孔隙度分别为2.50%、2.66%和2.29%，大于后3组页岩的有效孔隙度（表4）。解吸结束时含气量不再增加，表明气态烃分子从微孔表面脱附下来、进入孔隙空间的数量与从孔隙空间吸附的分子数量相同。由于现场解吸模拟的是地层温度，故这种脱附—吸附平衡状态代表了地层条件下页岩气的瞬间聚散平衡态，解吸扩散的分馏差异只受页岩孔隙内扩散作用的影响。扩散过程中煤层/页岩孔隙结构发生“分子筛”效应[32]，较大的孔隙中气体的流动只受微弱的限制，较小的孔隙中气体流动受抑制强。解吸过程中，较大的孔隙体积明显增大了甲烷分子向外扩散迁移的速率，产生显著的同位素分馏效果。页岩孔隙度大小不仅引起甲烷碳同位素值的分异，还导致解吸结束时乙烷含量存在差异，乙烷分子扩散速率同样受孔隙体积的控制，如图9 (b）和表4所示。解吸结束时，CY-40、CY-46和CY-38这3组解吸气样品中乙烷含量明显较其余3组偏大，这3组页岩的有效孔隙度较后3组页岩偏大。实际上，页岩孔隙度是通过影响页岩微孔中扩散系数，进而影响气体分子的扩散能力，更深入的研究还表明，气体在页岩中的扩散能力还与孔隙结构和含水饱和度有关[33-34]。总之，这类具有大孔隙体积的页岩可以扩散更多的甲烷和乙烷分子，是页岩气勘探的“甜点”。