扈金剛，黃 勇，熊 濤，唐書恒，張 彪，孫鵬杰

(1. 北京大地高科地質(zhì)勘查有限公司，北京 100040；2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

除少量以溶解狀態(tài)存在于團(tuán)塊有機(jī)質(zhì)和瀝青質(zhì)中外，頁(yè)巖氣主要以吸附態(tài)(微小孔隙)和游離態(tài)(中大孔隙)賦存于頁(yè)巖儲(chǔ)層中[1-4]，頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)是影響其儲(chǔ)氣能力和工業(yè)開采難易程度的主要因素。與前人對(duì)四川盆地及其周緣富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行過大量研究相比[5-15]，目前對(duì)湘鄂西地區(qū)龍馬溪組黑色頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)和分形特征的研究較少，缺乏必要的研究成果作為該區(qū)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)工作的理論支撐和數(shù)據(jù)儲(chǔ)備。本文以湘鄂西地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁(yè)巖為研究對(duì)象，以掃描電鏡、低溫氮吸附等為主要實(shí)驗(yàn)手段，精細(xì)表征該套頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)、分形特征及分析其影響因素，以期對(duì)評(píng)價(jià)湘鄂西地區(qū)頁(yè)巖氣的資源潛力具有一定的指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于中上揚(yáng)子板塊的湘鄂西褶皺帶構(gòu)造單元內(nèi)(圖1)，區(qū)域構(gòu)造線總體呈北北東—北東—東西向的向北西方向凸出的弧形分布；褶皺形態(tài)主要為背斜南東翼寬緩北西翼陡窄，而向斜則反之[16-18]。區(qū)內(nèi)下志留統(tǒng)龍馬溪組下部地層以黑色、灰黑色泥頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)頁(yè)巖為主，并含有豐富的筆石化石，即富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段；該層段在湘鄂西地區(qū)分布廣泛，有效厚度大約為50～60m；其TOC含量普遍大于1%，最高可達(dá)4%；干酪根類型以腐泥型(Ⅰ型)為主，含少量腐殖腐泥型(Ⅱ1)；有機(jī)質(zhì)成熟度略高于北美產(chǎn)氣頁(yè)巖，等效鏡質(zhì)體反射率在1.5%～4%[9,13,19]?？傮w來看，湘鄂西地區(qū)龍馬溪組黑色頁(yè)巖具備與四川盆地優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖相類似的地質(zhì)條件，該地區(qū)具有較大的頁(yè)巖氣資源潛力。

圖1 湘鄂西地區(qū)構(gòu)造位置及樣品采集分布圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[10]修改)Figure 1 Tectonic setting of western Hunan and Hubei, and sampling points distribution (after reference [10], modified)

2 樣品與實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)手段

本次研究共選取9組龍馬溪組黑色頁(yè)巖樣品(圖1)，分別測(cè)定其孔隙結(jié)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)，并輔以有機(jī)地化、礦物組成分析等實(shí)驗(yàn)手段。TOC含量測(cè)定在Leco CS230碳硫分析儀上完成。Leica MPV-SP用來測(cè)定頁(yè)巖樣品的有機(jī)質(zhì)成熟度即類鏡質(zhì)體反射率或者海相鏡質(zhì)體反射率，根據(jù)Zhong的公式[5]，本次研究將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的類鏡質(zhì)體發(fā)射率轉(zhuǎn)換為更能準(zhǔn)確表征有機(jī)質(zhì)成熟度的等效鏡質(zhì)體反射率。XRD頁(yè)巖礦物組成分析在Bruker D8 Advance X射線衍射儀上完成。

Ro=1.042Rom+0.052(0.30%

Ro=4.162Rom-4.327(1.40%≤Rom<1.60%);

Ro=2.092Rom-1.079(1.60%≤Rom<3.0%)。

Tescan Vega 3 LM system掃描電子顯微鏡用來觀察頁(yè)巖孔隙發(fā)育形態(tài)特征；頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)使用低溫氮吸附進(jìn)行測(cè)定，儀器為Micromeritics TriStar II 3020表面分析儀，有效測(cè)量范圍1.7～100nm，利用BET模型計(jì)算頁(yè)巖的比表面積，利用BJH模型計(jì)算孔隙體積。本次研究采用IUPAC制定的孔隙大小分類方案[20]，孔隙寬度小于2nm的稱為微孔，孔隙寬度在2～50nm之間的稱為介孔，孔隙寬度大于50nm的稱為宏孔。

2.2 分形維數(shù)

在油氣勘探領(lǐng)域，分形理論作為一種新的分析方法最早多應(yīng)用于煤儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的定量表征中[8,21-22]。與煤儲(chǔ)層相比，頁(yè)巖中發(fā)育的孔隙結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性也更強(qiáng)，而且頁(yè)巖內(nèi)部復(fù)雜的孔隙網(wǎng)絡(luò)很難用得到的某一實(shí)驗(yàn)測(cè)試參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此筆者引入分形維數(shù)來對(duì)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的定量分析。目前，基于低溫氮吸附實(shí)驗(yàn)的Frenkel-Halsey-Hill公式被廣泛用于計(jì)算頁(yè)巖或煤儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)(FHH模型)[23-24]，公式如下：

常數(shù)

(1)

3 結(jié)果與討論

3.1 有機(jī)地化和礦物組分特征

龍馬溪組中有機(jī)碳含量在0.71%～4.75%之間，平均含量為2.58%；等效鏡質(zhì)體反射率在2.03%～3.87%,平均值為3.09%(表1)，有機(jī)質(zhì)達(dá)到過成熟，進(jìn)入生干氣階段。該套黑色頁(yè)巖主要組成礦物為石英、長(zhǎng)石、黃鐵礦和黏土礦物，同時(shí)呈現(xiàn)高石英、高黏土礦物的特點(diǎn)：石英為37.7%～63%，平均53.3%。黏土礦物以伊利石和伊蒙混層為主，平均含量分別為24%和9.2%；部分樣品檢測(cè)到少量綠泥石(1%～4%)；黏土礦物總含量為25.5%～50.7%，平均34.5%。大多數(shù)樣品中檢測(cè)到黃鐵礦，反映出當(dāng)時(shí)為利于有機(jī)質(zhì)保存的缺氧還原性沉積環(huán)境。另外，與北美地區(qū)和四川盆地龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖不同的是，本區(qū)所選的9組龍馬溪組樣品中均未檢測(cè)到碳酸鹽礦物[2,3,25-26]。

Bustin指出根據(jù)石英與有機(jī)碳含量的相關(guān)關(guān)系可以判斷出石英來源于生物成因即富含硅質(zhì)有機(jī)質(zhì)的生物(正相關(guān))還是物源碎屑供給(負(fù)相關(guān))[27]。根據(jù)黑色頁(yè)巖石英與有機(jī)碳含量相關(guān)關(guān)系圖(圖2)，按照Bustin的判斷方法，龍馬溪組頁(yè)巖中石英來源于生物成因(除esd-1外)。

表1 頁(yè)巖樣品有機(jī)地化參數(shù)和礦物成分表Table 1 Data sheet of shale sample organic geochemical parameters and mineral composition /%

圖2 頁(yè)巖石英與TOC相關(guān)關(guān)系圖Figure 2 Correlation between shale quartz and TOC

3.2 頁(yè)巖孔隙產(chǎn)狀分類及識(shí)別

基于孔隙產(chǎn)狀的分類原則較為多樣，但歸納各學(xué)者關(guān)于頁(yè)巖孔隙產(chǎn)狀的分類方案，可知其分類提綱基本為L(zhǎng)oucks等提出的有機(jī)質(zhì)孔隙、粒間孔、粒內(nèi)孔和微裂縫等四類[28]；本次研究以此四類為分類主干，以掃描電子顯微鏡為實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)區(qū)內(nèi)龍馬溪組黑色頁(yè)巖孔隙類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類識(shí)別。

3.2.1 有機(jī)質(zhì)孔

筆者將有機(jī)質(zhì)孔定義為頁(yè)巖中僅由有機(jī)質(zhì)構(gòu)成其主體的一類孔隙(圖3a)，即等價(jià)于Loucks關(guān)于有機(jī)質(zhì)孔的分類[28]，這類孔隙形成于有機(jī)質(zhì)(干酪根)熱解生烴之后，受成熟度和有機(jī)質(zhì)含量的影響，頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)中只有一部分生成油氣發(fā)生運(yùn)移，未熱解的有機(jī)質(zhì)保存下來，形成有機(jī)質(zhì)孔的輪廓。此類孔隙形狀各異，或孤立存在，或相互連通，孔徑大小不一，但總體偏小，在幾納米到幾十納米之間(圖3b)。根據(jù)其成因機(jī)理，掃描電鏡下只需定位到顏色較深的有機(jī)質(zhì)條帶，即可觀察到該類孔隙，發(fā)育情況與頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)豐度和成熟度息息相關(guān)。另外，有機(jī)質(zhì)熱演化過程中生成的裂解縫型孔隙也歸為此類(圖3c)。

3.2.2 粒內(nèi)孔

粒內(nèi)孔即組成頁(yè)巖的礦物顆粒內(nèi)部形成的孔隙，主要包含以下幾類孔隙。

①生物化石骨架孔，指成巖過程中生物遺體隨其他造巖礦物一起被沉積下來，有機(jī)質(zhì)及其他不易保存的成分剝蝕殆盡，性質(zhì)穩(wěn)定的部分(硅質(zhì))連同構(gòu)造骨架一同被保存下來形成化石，其內(nèi)部即為生物化石骨架孔；區(qū)內(nèi)兩套黑色頁(yè)巖層系中多見外殼圓形硅藻類化石孔(圖4a)，內(nèi)部硅質(zhì)骨架堅(jiān)硬，形成的骨架孔隙分布均勻，形狀以球形為主，孔徑均一性好。

②顆粒晶間孔隙，頁(yè)巖中最為常見的此類孔隙為黃鐵礦晶間孔和黏土礦物晶間孔。黃鐵礦和黏土礦物均以晶體集合體形式存在，不同的是黃鐵礦方形晶體以莓球狀聚集為黃鐵礦礦物顆粒，內(nèi)部孔隙多為孔喉形態(tài)(圖4b)；黏土礦物晶體多為絮團(tuán)狀聚集，內(nèi)部孔隙以長(zhǎng)條狀、平行板狀為主(圖4c)。

③溶蝕孔指的是在有機(jī)酸作用下，頁(yè)巖中易被溶蝕的長(zhǎng)石類和碳酸鹽類礦物被溶解破壞(圖4d、圖4e)，在其礦物顆粒表面甚至內(nèi)部形成的不規(guī)則孔隙，部分孔隙后期被其它礦物所充填(圖4f)。

a-有機(jī)質(zhì)條帶；b-有機(jī)質(zhì)生烴孔；c-有機(jī)質(zhì)內(nèi)裂解縫型孔

a-生物骨架孔；b-黃鐵礦晶間孔；c-黏土礦物晶間孔；d-礦物溶蝕孔；e方解石溶蝕孔；f-溶蝕孔后期被充填

3.2.3 粒間孔

粒間孔主要指礦物顆粒之間或礦物與有機(jī)質(zhì)之間未完全接觸形成的孔隙，成巖作用時(shí)期無機(jī)礦物顆粒理化性質(zhì)不同、后期礦物變形程度不同、礦物隨巖石成熟度發(fā)生轉(zhuǎn)化、有機(jī)質(zhì)熱演化過程中引起其圍巖溫壓條件變化等均可形成粒間孔隙(圖5a、圖5b)，故此類孔隙在頁(yè)巖中最為常見也最為復(fù)雜，具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性。另外，兩組頁(yè)巖中常見黃鐵礦顆粒脫落形成鑄?？?圖5c)，脫落之前黃鐵礦與圍巖礦物之間屬粒間關(guān)系，故筆者將此類孔隙歸為粒間孔大類。

3.2.4 微裂縫

微裂縫的發(fā)育不僅能補(bǔ)充頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集空間，更能將頁(yè)巖儲(chǔ)層中各級(jí)孔-裂隙系統(tǒng)相連通，極大地改善頁(yè)巖儲(chǔ)層的滲透能力，因此無論哪種孔隙劃分方案，都包含了微裂隙。在本區(qū)的下古生界黑色頁(yè)巖中共識(shí)別出三種微裂隙，分別為礦物層間裂縫(圖6a)、成巖收縮縫(圖6b)和成巖作用過程中溫壓變化引起的礦物張裂縫(圖6c)：其中成巖收縮縫的形成主要與黏土礦物失去結(jié)晶水有關(guān)，呈網(wǎng)狀分布，連通性很強(qiáng)；礦物層間縫與張裂縫皆與頁(yè)巖的層狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，礦物之間或礦物晶體之間理化性質(zhì)的不同導(dǎo)致在溫壓條件發(fā)生改變時(shí)，在其分界面上易產(chǎn)生微裂縫。

3.3 孔隙結(jié)構(gòu)定量表征及影響因素探討

3.3.1 吸附-脫附線分類

根據(jù)IUPAC分類方案[29]，所有頁(yè)巖樣品均為Ⅳ類吸-脫附等溫線(圖7)：相對(duì)壓力在0～0.2時(shí)，曲線上升緩慢，略微向上凸起；吸附中段(p/p0為0.2～0.8)，氮?dú)馕搅烤徛仙摱挝角€近乎直線；相對(duì)壓力大于0.8時(shí)，氮?dú)馕搅侩S相對(duì)壓力升高而迅速增加，吸附曲線急劇上升；所有吸附曲線在接近氮?dú)怙柡驼羝麎簳r(shí)，均未達(dá)到最大吸附量；在相對(duì)壓力低于0.45時(shí)，所有樣品的吸附曲線和脫附曲線變化趨勢(shì)保持一致且基本重合。相對(duì)壓力高于0.45時(shí)，兩條曲線出現(xiàn)明顯的不重合現(xiàn)象，即出現(xiàn)所謂的遲滯環(huán)[30]。

9組頁(yè)巖樣品根據(jù)遲滯環(huán)形狀不同可分為三類，對(duì)應(yīng)不同的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育情況。第一類遲滯環(huán)為H2型：包括esd-2、esl3-1、esl3-2、esl3-3等四組樣品(圖7a、圖7b)，主要發(fā)育墨水瓶狀孔隙，且樣品存在有機(jī)碳含量較高， 黏土礦物含量很低的特點(diǎn)，說明有機(jī)質(zhì)生烴發(fā)育的孔隙主要為墨水瓶形態(tài)。esd-1、p2、p3、stp-1等四組樣品為第二類(圖7a、圖7c、圖7d)，遲滯環(huán)為H3型，以發(fā)育平行板狀、狹縫型孔隙為主；該類樣品屬低有機(jī)碳含量(<1.5%)、高黏土礦物(>30%)型頁(yè)巖。第三類僅包含stp-2一組樣品(圖7d)，遲滯環(huán)介于H2型和H3型之間，該樣品中有機(jī)碳和黏土礦物含量均屬中等水平，推測(cè)其平行板狀和墨水瓶狀孔隙均有所發(fā)育。

a-有機(jī)質(zhì)與礦物顆粒間孔；b-不同礦物間孔；c-黃鐵礦鑄?？?/p>

a.礦物層間裂縫； b.成巖收縮縫； c.溫壓變化形成的張裂縫

圖7 頁(yè)巖低溫氮吸附-脫附曲線Figure 7 Shale low temperature nitrogen adsorption-desorption curves

3.3.2 孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)BET、BJH和t-plot模型計(jì)算出龍馬溪組黑色頁(yè)巖樣品的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：平均孔徑，總孔體積和總比表面積，微孔、介孔、宏孔等不同孔徑孔隙的比表面積和孔體積；詳細(xì)參數(shù)見表2。

總孔體積、總比表面、平均孔徑等三個(gè)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為0.010 5～0.033 8cm3/g(平均0.021 3cm3/g)，6.12～28.42m2/g(平均16.14m2/g)和4.106～7.277nm。樣品總比表面積與平均孔徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖8a)，與總孔體積呈正相關(guān)關(guān)系(圖8c)，；總孔體積和平均孔徑之間無明顯相關(guān)性(圖8b)；說明該組頁(yè)巖中孔隙的發(fā)育程度決定著頁(yè)巖內(nèi)部比表面積和孔體積，孔徑較小的孔隙同樣可以提供可觀的頁(yè)巖儲(chǔ)集空間。

表2 頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)表Table 2 Shale pore structural parameters

平均孔徑/nm(a) 平均孔徑/nm(b) 孔體積/cm3·g-1(c)圖8 頁(yè)巖各孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)關(guān)系圖Figure 8 Correlation among shale pore structural parameters

比表面積方面，介孔比表面積對(duì)總比表面積的貢獻(xiàn)最大，微孔次之，宏孔貢獻(xiàn)最小(圖9a)；孔體積方面，不同孔徑范圍的貢獻(xiàn)程度由大到小依次為介孔、宏孔和微孔(圖9b)。同樣的，該組頁(yè)巖的不同樣品微孔、介孔、宏孔提供的比表面積(孔體積)與總比表面積(總孔體積)之間相關(guān)關(guān)系的擬合度也很好地驗(yàn)證了各自對(duì)于總比表面(總孔體積)的貢獻(xiàn)程度(圖10a、圖10b)。

3.3.3 孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)影響因素

根據(jù)前人研究成果[23,26,31-32]，有機(jī)碳、石英、黏土礦物為影響頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育的最為關(guān)鍵的三個(gè)因素。本節(jié)通過對(duì)龍馬溪組黑色頁(yè)巖孔隙參數(shù)與三種影響因素的相關(guān)關(guān)系分析可知：龍馬溪組頁(yè)巖樣品中微孔孔隙的發(fā)育與有機(jī)碳、石英、黏土礦物含量關(guān)系最為密切。有機(jī)碳含量越高，頁(yè)巖的平均孔徑均越小(圖11a)；黏土礦物含量越高，平均孔徑則越大(圖11g)；石英對(duì)孔徑的影響與有機(jī)碳相同，均為抑制作用(圖11d)。有機(jī)碳含量增高，樣品中微孔比表面積和孔體積增大的同時(shí)宏孔比表面積也增大(圖11b、圖11c)，有機(jī)質(zhì)熱解生烴形成的微孔孔隙豐富了其內(nèi)部的孔隙發(fā)育類型。黏土礦物的富集對(duì)其孔隙的發(fā)育有抑制作用(圖11h、 圖11i)， 而石英含量與頁(yè)巖的總孔體積和總比表面積均呈正相關(guān)關(guān)系(圖11e、f)，屬于孔隙發(fā)育的有利條件。

(a) (b)圖9 不同孔徑孔隙占總孔隙的比例圖Figure 9 Proportions of different sized pores in total pores

比表面積/m2·g-1(a) 孔體積/m3·g-1(b) 圖10 不同孔徑比表面積(孔體積)與總比表面積(總孔體積)相關(guān)關(guān)系圖Figure 10 Correlation between different pore size specific areas (pore volumes) and total specific area (total pore volume)

圖11 頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與其影響因素相關(guān)關(guān)系圖Figure 11 Correlation between shale pore structural parameters and their impacting factors

3.4 頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)分型特征

3.4.1 分形維數(shù)計(jì)算結(jié)果

筆者在本次研究中根據(jù)公式(1)對(duì)區(qū)內(nèi)頁(yè)巖樣品進(jìn)行分形維數(shù)的計(jì)算， 計(jì)算結(jié)果見表3。龍馬溪組樣品分形維數(shù)介于2.64～2.77， 平均值為2.73；根據(jù)分形維數(shù)Dn與其擬合度R2相關(guān)關(guān)系可知，分形維數(shù)越大，其分形擬合度越低，即孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的頁(yè)巖樣品其分形穩(wěn)定性也越差(圖12)。

表3 頁(yè)巖分形維數(shù)擬合參數(shù)表Table 3 Shale fractal dimension fitting parameters

圖12 頁(yè)巖分形維數(shù)與擬合度相關(guān)關(guān)系圖Figure 12 Correlation between shale pore fractal dimensions and fitting degrees

3.4.2 分形特征影響因素

龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中平均孔徑與分形維數(shù)之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖13a)，即平均孔徑越小，頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；而且僅有微孔孔隙的比表面積、孔體積與分形維數(shù)存在較弱的正相關(guān)關(guān)系(圖13b、圖13c)，這點(diǎn)與楊峰之前研究四川盆地頁(yè)巖樣品孔隙結(jié)構(gòu)時(shí)所得出的結(jié)論一致[23]。

黑色頁(yè)巖分形維數(shù)與其有機(jī)碳含量存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，即有機(jī)碳含量越高，發(fā)育于有機(jī)質(zhì)中的微孔隙所占比例越高，頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。分形維數(shù)與石英存在同樣的正相關(guān)關(guān)系，相互驗(yàn)證了石英的生物成因來源和石英對(duì)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育的影響。黏土礦物含量越高，分形維數(shù)越小，這點(diǎn)與前文所得的結(jié)論一致，與黏土礦物有關(guān)的孔隙孔徑普遍大于有機(jī)質(zhì)中的孔隙，且富含黏土礦物的頁(yè)巖樣品中孔隙結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。樣品p2較為特殊，其有機(jī)碳含量適中，黏土礦物含量很高，但分形維數(shù)最小，推測(cè)其發(fā)育于有機(jī)質(zhì)和黏土礦物中的孔隙孔徑均較大，使得其孔隙結(jié)構(gòu)總體趨于簡(jiǎn)單。另外，有機(jī)碳、石英、黏土礦物與分形維數(shù)的相關(guān)關(guān)系與三者對(duì)微孔孔隙發(fā)育的影響作用一一對(duì)應(yīng)(圖14)，由此可以推斷，三種因素主要通過控制頁(yè)巖中微孔的發(fā)育情況從而影響頁(yè)巖整體孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。

分形維數(shù)(a) 分形維數(shù)(b) 分形維數(shù)(c)圖13 頁(yè)巖孔隙分形維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)關(guān)系圖Figure 13 Correlation between shale pore fractal dimensions and pore structural parameters

分形維數(shù)(a) 分形維數(shù)(b) 分形維數(shù)(c)圖14 頁(yè)巖孔隙分形維數(shù)與基本地質(zhì)參數(shù)相關(guān)關(guān)系圖Figure 14 Correlation between shale fractal dimensions and basic geological parameters

4 結(jié)論

(1)黑色頁(yè)巖中發(fā)育的孔隙類型主要有：有機(jī)質(zhì)孔、有機(jī)質(zhì)內(nèi)部裂解縫型孔；粒內(nèi)孔包括生物化石骨架孔、顆粒晶間孔隙、溶蝕孔；粒間孔，鑄?？?；礦物層間縫、成巖收縮縫和張裂縫等微裂隙。

(2)所有頁(yè)巖樣品均為Ⅳ類吸-脫附等溫線，且存在遲滯環(huán)現(xiàn)象。遲滯環(huán)H2型主要發(fā)育墨水瓶狀孔隙，對(duì)應(yīng)頁(yè)巖存在有機(jī)碳含量較高，黏土礦物含量很低的特點(diǎn)；遲滯環(huán)為H3型，以發(fā)育平行板狀、狹縫型孔隙為主；該類樣品屬低有機(jī)碳含量、高黏土礦物型頁(yè)巖。第三類則為H2型和H3型之間的過渡型。

(3)頁(yè)巖中介孔對(duì)總比表面積和孔體積的貢獻(xiàn)最大。微孔孔隙的發(fā)育與有機(jī)碳、石英、黏土礦物含量關(guān)系最為密切，有機(jī)質(zhì)熱解生烴形成的微孔孔隙豐富了其內(nèi)部的孔隙發(fā)育類型；生物成因石英礦物的存在同樣促進(jìn)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育；黏土礦物的富集則對(duì)其孔隙的發(fā)育有抑制作用。

(4)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)碳含量越高，發(fā)育于有機(jī)質(zhì)中的微孔隙所占比例越高，頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。與黏土礦物有關(guān)的孔隙孔徑普遍大于有機(jī)質(zhì)中的孔隙，從而富含黏土礦物的頁(yè)巖樣品中孔隙結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，分形維數(shù)也較小。