什么是页岩？


页岩是一种典型的沉积岩，主要由黏土矿物（如高岭石、蒙脱石、水云母等）以及少量碎屑矿物（如石英、长石、云母等）和自生矿物（如铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等）组成。


其形成于静水环境中，如湖泊、河流三角洲、海洋大陆架等，经过长时间的沉积、压实、脱水和重结晶作用而形成。页岩具有明显的薄层理构造，很容易沿层理分裂成薄片，这也是其得名“页岩”的重要原因。


页岩的类型与特征


页岩的类型丰富多样，根据其成分和混入物的不同，可以分为钙质页岩、铁质页岩、硅质页岩、炭质页岩、黑色页岩、油母页岩等。

页岩的物理性质较为独特，其硬度一般较低，普氏硬度系数为1.5~3，但结构致密的页岩硬度可达到4~5。页岩的抗风化能力较弱，在地形上常形成低山低谷，且因其不透水性，往往成为隔水层。


页岩微孔隙与页岩气


页岩内部的微孔隙和微裂隙是页岩气储存和流通的关键空间，这些孔隙的发育程度直接影响页岩气的储量和勘探开发价值。

页岩的孔隙类型多样，包括颗粒表面溶蚀孔隙、颗粒间孔隙以及有机质内部孔隙，孔径从几十纳米至几微米不等。页岩中的有机质含量也对页岩气的生成具有重要意义，富含有机质的页岩在特定的地质条件下可以生成石油或天然气。


高分辨扫描电镜在页岩研究中的应用


高分辨扫描电镜（SEM）在页岩气勘探中扮演着重要角色。它能够用于沉积岩中有机质母质类型的判别、黏土矿物研究、钙质超微化石研究以及储集岩研究。由于页岩样品的孔隙尺度极小，制备样品时需采取特殊手段防止污染和形变，以确保电镜测试的准确性。


氩离子抛光（CP法抛光）是一种先进的制样技术，能够显著提高样品表面的平整度，减少机械损伤，更真实地反映样品的微观结构。与传统的手动或机械研磨相比，氩离子抛光适用于含有微纳米级别孔隙的样品，解决了机械研磨抛光可能堵塞孔隙、不同材质相互污染以及样品应力损伤等问题。

在氩离子抛光过程中，液氮冷却技术的应用至关重要。这种技术的应用进一步提升了氩离子抛光的效果，使其在页岩样品制备中更具优势。


页岩研究的实验过程


在页岩样品的实验过程中，通常包括预磨、氩离子抛光/切割、样品固定和喷金处理，以及SEM观察等步骤。通过这一流程，可以获得适宜于背散射电子成像技术（BSE）观察的光滑平整样品表面，从而直观展现孔隙的大小、性质及分布特点。例如，经过氩离子抛光后的页岩样品在高分辨场发射电镜下，可以清晰显示碳酸盐、硅酸盐、黄铁矿等有机物的分布情况。


页岩的工业价值与应用


页岩在工业领域具有重要的应用价值。某些类型的页岩可以作为建筑材料，用于建筑的外墙、地板等，还可以作为制造砖瓦的原料，用于陶瓷工业等。在石油工业中，页岩作为烃源岩、储层和密封岩，对石油和天然气的生成、储存和开采具有重要意义。例如，油母页岩可以通过蒸馏产生碳氢化合物，成为重要的能源来源。