扫描电镜粘土矿物中的应用
由于粘土矿物在石油生成、运移、聚集及油气勘探开发研究中的重要作用。以往对粘土矿物的分析手段着重于精确分析粘土矿物的成分和晶体结构，对其形态特征及分布方式研究较少,而粘土矿物在储层中的分布及存在状态、对油气运移及开发有重要的影响。粘土矿物是以微米为计量单位的质点，一般粘土矿物仅为几个微米，用普通的光学显微镜已经很难区分粘土矿物的成分、形态及分布特征。利用SEM/EDS分析可以弥补这一不足之处。
（1）研究粘上矿物的形态及分布，确定成岩作用过程、成岩阶段及次生变化；
（2）研究粘上矿物的共生组合及变化，确定成岩环境及地球化学背景，如温度、压力、酸碱度；
（3）对粘上矿物的成分分析（结合X衍射分析），确定埋藏深度、恢复盆地埋藏史及热演化史、反映油气成熟度。
扫描电镜在油气层保护研究中的应用
保护油气层是石油勘探开发过程中的重要技术措施，保护油气层技术立足于预防为主，解堵为辅的原则。岩心分析是认识油气层地质的基础，油气层敏感性评价、损害机理的研究、保护油气层技术方案的设计都必须建立在岩心分析基础上。而储层岩石微观特征分析又是油气层保护研究的重点，因此扫描电镜微区分析在油气层保护研究之中具有非常重要的作用。
（1）利用扫描电镜研究储层岩石学特征，从微观形态及微区成分上对储层岩石进行岩石矿物成分及结构分析，胶结特征及充填作用分析，孔隙及喉道连通性分析等，并预测储层敏感性；
（2）储层敏感性扫描电镜分析，通过酸、水、速、碱、盐及温度敏感性试验，利用扫描电镜分析储层样品敏感性试验前后的变化，分析储层样品的粘上矿物的变化，胶结物及储层格架的变化，孔隙及喉道的变化，确定储层敏感性发生的类型和程度，并采取预防措施；
（3）在油气田开发过程中，对储层岩心样品进行开发前后的微观分析，可以判断储层损害程度，提出改进措施，提高产量。特别是注水、注气开发中，运用扫描电镜的分析，可以观察到粘土矿物的膨胀，粘土矿物及其它微粒的迁移，水岩反应形成新矿物等各种现象，而使孔隙喉道变小或堵塞而造成储层的损害，进而研究采用添加降粘剂，防膨胀剂及控制温度、酸碱度等措施，而使储层损害的程度降到最低。扫描电镜在油气层保护研究上具有重要作用，应用前景十分广阔，能够解释油气开采中遇到的诸如引起孔喉堵塞、渗透率降低等原因，进而提出油气层保护措施，提高采收率，降低成本，增加产量。
应用案例
1、压裂液
压裂液是指由多种添加剂按一定配比形成的非均质不稳定的化学体系，是对油气层进行压裂改造时使用的工作液，它的主要作用是将地面设备形成的高压传递到地层中，使地层破裂形成裂缝并沿裂缝输送支撑剂。
油层水力压裂的过程是在地面采用高压大排量的泵，利用液体传压的原理，将具有一定粘度的液体（通常称之为压裂液），以大于油层的吸收能力的压力向油层注入，并使井筒内压力逐渐升高，从而在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石的抗张强度时，便在井底附近地层产生裂缝：继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和高导流能力的填砂裂缝，是井达到增产增注的目的。常用的支撑剂有石英砂，陶粒等。
由此看来压裂液的微观结构表征对于压裂液性能的分析具有重要的指导作用。但由于压裂液含有水、油等液体，不能使用扫描电镜直接观察，可使用配备温控杯的扫描电镜，对样品快速冷冻后，进行观察。如下图一所示，
图一:压裂液微观形貌
同时也可以通过孔径统计分析系统对压裂液微观孔洞尺寸及分布进行统计，并生成报告。如图二所示，
图二：压裂液微观孔径分析
2、陨石微观形貌及成分分析
图三：陨石微观形貌及EDS面扫
在扫描电镜下，如图三所示，可以看到随着陨石中不同区域成分发生变化，相应灰度也会发生变化。
3、沉积岩微观形貌及成分分析
沉积岩，三大岩类的一种，又称为水成岩，是三种组成地球岩石圈的主要岩石之一（另外两种是岩浆岩和变质岩）。是在地壳发展演化过程中，在地表或接近地表的常温常压条件下，任何先成岩遭受风化剥蚀作用的破坏产物，以及生物作用与火山作用的产物在原地或经过外力的搬运所形成的沉积层，又经成岩作用而成的岩石。在地球地表，有70%的岩石是沉积岩，但如果从地球表面到16公里深的整个岩石圈算，沉积岩只占 5%。沉积岩主要包括石灰岩、砂岩、页岩等。沉积岩中所含有的矿产，占全部世界矿产蕴藏量的80%。
纹层是沉积岩中最小最薄原始沉积层，纹层的形成大多与一年中的季节变化有关、由沉积物物源的变化而形成。通过纹层可以反演古环境和古气候的变化。
图四：沉积岩微观形貌及EDS面扫
图五：沉积岩微观形貌
通过扫描电镜可以清楚的观察到纹岩层纹理、颗粒的大小及形貌，进而推算沉积年代，当时气候、降水情况等。
4、其他地质类样品SEM图
图六 矿石
图七 硅藻土
图八
图九 土壤样品
小结
随着地质行业研究的深入，对微观形貌，结构，成分的分析需求不断增加，传统的分析设备已无法满足条件，扫描电子显微镜，使用电子束轰击样品，激发出带有样品信息的信号，在保证纳米级分辨率的条件下，同时可以提供成分信息，同时高分辨的SEM图对于样品表面形貌分析提供了可行性，如表面孔洞分析及统计，表面颗粒统计及分析等。
扫描电镜，对于评价不同地质样品的产气潜力提供了一种行之有效的新手段。另外，扫描电镜在矿物岩石学、粘土矿物分析、储层研究、油气层保护等方面已经发挥了重要作用。扫描电镜在反映物质微区信息方面具有分辨高、放大倍数大、景深大、立体感强、样品制备简单的优点，因而广泛应用于不同领域的研究，在地学微区信息提取方面有不可代替的优势。随着扫描电镜性能的提高，扫描电镜温控样品技术使用，环境扫描电镜出现，使扫描电镜在油气领域中的应用进一步扩大。
用户名单：
重庆市地质矿产勘查开发局208水文地质工程地质队（208地质队）
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