纹层状页岩是页岩油有利岩相。纹层组合类型及几何属性控制着页岩微观组构，进而控制着页岩储集性和可改造性。目前探究纹层对页岩储层物性和脆性影响的主要手段是岩矿分析测试技术和岩石物理实验。岩矿分析测试技术可在微纳米尺度揭示不同纹层组合间微观组构的差异，但是无法同时测定页岩渗透率和弹性模量。岩石物理实验能够测定厘米岩样的孔渗和弹性模量，但陆相页岩非均质性强、纹层厚度极薄、组合类型多样、几何属性多变，不同岩样间纹层组合类型、发育频率、厚度和连续性差异较大，导致实验结果与纹层组合类型及几何属性的相关关系难以确定。数字岩心技术作为一种有效的岩石物理数值模拟方法，可与分析测试技术互相补充，能够通过构建包含不同纹层组合类型及几何属性的仿真数字岩心模型，查明纹层组合样式对页岩岩石物理性质的控制作用。然而，现有的数字岩心建模方法难以构建包含不同纹层组合样式的数字岩心模型。
针对以上难题，本研究以渤海湾盆地沧东凹陷孔店组二段纹层状页岩为对象，通过融合数字岩心技术和集成性分析测试实验系统研究了纹层状页岩岩石物理性质响应机理。为准确构建纹层状页岩数字岩心，提出了深度学习和多点地质统计学法融合的多矿物纹层状数字岩心建模新方法（2D-3D GAN-MPS），构建了沧东凹陷孔二段页岩常见二元纹层组合的多矿物纹层状页岩数字岩心，通过对比模拟结果和实验数据证明了重构三维模型和建模新方法准确性较高。为查明纹层组合和纹层缝对页岩岩石物理性质的影响，构建了不同纹层厚度、含与不含纹层缝的长英质矿物-黏土质矿物、灰云质矿物-黏土质矿物、混合质矿物-黏土质矿物纹层组合的多矿物数字岩心（图1）。
通过开展多种分析测试、岩石物理实验、数字岩心分析和裂缝扩展模拟，发现在常见二元纹层组合中长英质-黏土质矿物纹层组合的储集性能、渗透率和脆性最好。页岩渗透率和脆性受控于纹层类型、厚度、组合样式和纹层缝。长英质纹层占比越高，页岩宏孔越多、孔渗越大、脆性越高（图2）。纹层缝的存在会增加页岩渗透率，降低页岩脆性。本质上，页岩垂向渗透率受控于孔隙度和纹层缝，页岩脆性受控于脆性矿物含量和纹层缝。本研究建立了含与不含纹层缝情况下孔二段页岩垂向渗透率和孔隙度以及脆性指数和脆性矿物含量的关系方程，为预测页岩渗透率和脆性提供了关键模型。该成果不仅对阐明纹层状页岩储层物性和脆性响应机理具有理论意义，还对页岩油甜点评价和有利层段优选具有应用价值。
图1基于2D 3D GAN MPS的三维多矿物纹层状数字岩心重建流程
图2不同纹层组合页岩受压后裂缝扩展
研究成果发表在国际重要期刊 International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences和Petroleum Science。论文第一作者和通讯作者分别为Beat365中文官方网站吴玉其副教授和刘可禹教授。合作者包括Beat365中文官方网站（华东）赵建华副教授、中国石油勘探开发研究院范雨辰工程师、Beat365中文官方网站（华东）研究生敖玉梅、杨家宝、芦子杰、邹升等。研究获得国家自然科学基金青年项目（42202146）、泰山学者青年专家项目（tsqn202408104）和山东省自然科学基金青年项目（ZR2022QD029）等项目资助。
论文信息：Wu, Y., Ao Y., Yang J, et al. Quantifying lamina-controlled variations in rock physical properties from AI-reconstructed 3D multimineral digital rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2026, 207: 106691. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2026.106691
Wu Y, Yang J, Liu K*, et al. Effects of lamina on petrophysical properties and brittleness of shales: Insight from lamina-scale experiment and fracture propagation simulations [J]. Petroleum Science, 2026, 23 (4): 1728-1753.https://doi.org/10.1016/j.petsci.2026.01.038
