近年来，富有机质页岩微裂缝因其在非常规页岩油气勘探开发和油页岩（以及中低熟页岩油）地下原位转化过程中对烃类运移和采收率的潜在重要影响而备受关注。然而，关于微裂缝网络的演化模式、微裂缝的开启和闭合时间以及流体在其中的储集和运移等诸多问题仍然并不清楚。针对这一科学问题，我系邵德勇副教授以鄂尔多斯盆地延长组长7₃富有机质页岩为例（图1），通过岩石小柱体高温高压黄金管体系模拟实验，结合扫描电镜和微纳米CT技术，恢复和探讨了生烃超压成因微裂缝网络的热演化过程。

图1. （A）鄂尔多斯盆地长7段富有机质页岩分布情况；（B）YK1井地层柱状图和取样位置；（3）藻类体分布情况；（4）金藻孢囊化石分布情况

实验结果表明，富有机质页岩生烃超压诱发的微裂缝网络演化随成熟度的升高可以划分为两个阶段：平行层理缝大量形成阶段和垂直层理缝发育阶段。在生油窗早期和大量生油阶段（EasyR_o= 0.71%~0.91%），页岩发育微裂缝以平行层理缝为主，尤其是呈透镜状的平行层理缝（图2D–2L, 3B, 3E），裂缝数量和裂缝孔隙度随成熟度升高显著增加，裂缝长宽比呈下降趋势（图3G, 3H）。在大量生油阶段(EasyR_o=0.91%)时，这些平行层理缝的长宽比平均值达到12.1，微纳米CT扫描裂缝孔隙度为5.2 vol%，并且这些微裂缝在三维空间上相互不连通。扫描电镜结合元素能谱分析清晰记录了微裂缝中赋存的大量滞留油，以油珠的形式吸附在裂缝内壁和/或保存在裂缝内部（图 2I, 2K, 2L）。因此，相较于生油窗因机械压实作用相对欠发育的基质孔隙，生烃超压诱发的大量平行层理缝可能为实际地质条件下富有机质页岩中页岩油赋存和富集提供重要的储集空间。而当演化至生油高峰和生气窗阶段（EasyR_o=1.14%~1.52%），富有机质页岩由于流体超压和不均衡压实作用的进一步加强开始发育垂直层理缝，并且切穿前一阶段形成的平行层理缝，形成相互连通的3D裂缝网络（图 2M–2R, 3C, 3F）。这一阶段，裂缝数量和孔隙度开始显著降低，长宽比增大（图3G, 3H），则与3D裂缝网络促进了大量排烃过程有关。

图2. 长7₃页岩原始低熟样品和模拟样品随成熟度增加微裂缝和基质孔隙的演化情况

图3. 长7₃页岩原始低熟样品和模拟样品随成熟度增加3D裂缝网络的热演化情况

此外，长7₃页岩中大量金藻孢囊化石的形态学变化记录了富有机质页岩伴随生排烃过程发生的机械不均衡压实作用。在未加热样品中，金藻囊胞化石主要保持其原始的球状（图 2B）。然而，在热压模拟实验中，这些化石因受不均衡压实作用发生明显的变形，圆度参数{roundness=4×Area/(π×[Major Axis]²)}平均值从原始样品中的0.75 迅速降低至EasyR_o=0.91% 时模拟样品中的 0.50（图 2B, 2E, 2H, 2K和图 4）。在 EasyR_o≥1.14% 时，金藻囊胞化石的黄铁矿化外壁甚至出现严重的破碎，内部有机质大量被转化和排出，整体上变形程度随着成熟度的增加而显著增加。这一观测结果也为地下富有机质页岩热成熟过程中因不均衡压实作用发生岩石变形提供了新的实验证据。

图4.长7₃页岩原始低熟样品和模拟样品随成熟度增加金藻孢囊化石的圆度变化

本研究不仅提高了我们对富有机质页岩（尤其是超富有机质页岩）中烃类初次运移和排烃过程的现有认识，而且还提出了超压盆地和/或厚层高TOC页岩段页岩油赋存和富集可能存在的一种新机制。与此同时，进一步为中低熟页岩油地下原位转化过程中裂缝网络演化的动态过程评价提供了新的视角。

研究结果以“Evolution of a microfracture network induced by hydrocarbon generation during experimental maturation of organic-rich lacustrine shale”为题发表在《Geology》期刊上，西北大学地质学系和大陆演化与早期生命全国重点实验室为第一单位，我系邵德勇副教授为论文第一作者，美国德州大学奥斯汀分校Tongwei Zhang (张同伟)教授为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金（42472212, 42230815, U22B6004, 42102189和41730421）和长庆油田分公司关键核心技术攻关项目（KJZX2023-01）的共同资助。特别感谢中科院广州地球化学研究所刘金钟研究员长期以来提供的实验技术支持！

论文信息：Deyong Shao, Tongwei Zhang, Kitty L. Milliken, Shixin Zhou, Jing Li, Yanfang Li, and Qin Zhou (2025). Evolution of a microfracture network induced by hydrocarbon generation during experimental maturation of organic-rich lacustrine shale: Geology, v53, p.737-742, doi: https://doi.org/10.1130/G53458.1