胡德高，萬云強(qiáng)，方棟梁，葉 鑫，徐 向，邢 磊，崔志恒，張洪茂

(1.中國石化江漢油田分公司，湖北 潛江 433124；2.中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100)

近年來，頁巖氣在全球非常規(guī)油氣勘探開發(fā)中異軍突起，成為近期發(fā)展最快的非常規(guī)天然氣資源[1]，也是我國今后5～10 a天然氣產(chǎn)量增長的主要來源[2]。四川盆地是我國頁巖氣勘探的主要陣地，目前已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)展，四川盆地頁巖厚度大，有機(jī)碳含量高，下古生界富有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育，有利于頁巖氣的富集[3]。在四川盆地東南緣焦石壩構(gòu)造五峰組-龍馬溪組發(fā)現(xiàn)了大型頁巖氣田——涪陵頁巖氣田，引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。前人對(duì)頁巖孔隙結(jié)構(gòu)及含氣特征進(jìn)行了初步研究[4-9]，頁巖氣以游離態(tài)、吸附態(tài)為主要形式存在于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖中[10]，巖石孔隙是儲(chǔ)存油氣的重要空間和確定游離氣含量的關(guān)鍵參數(shù)[11]，有機(jī)質(zhì)孔隙度大小直接控制著吸附氣的含量[12]。

對(duì)頁巖儲(chǔ)層來講，了解孔隙發(fā)育類型，對(duì)不同尺度孔隙進(jìn)行全面表征，明確其控制因素和演化模式，是頁巖儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)和甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選的重要參考因素。目前的相關(guān)研究主要集中于頁巖孔隙的結(jié)構(gòu)、類型的靜態(tài)表示[13-14]，對(duì)孔隙的控制因素及演化模式研究處于起步探索階段，還需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。本文以四川盆地涪陵區(qū)塊五峰組-龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖為研究對(duì)象，利用FE-SEM掃描電鏡、高壓壓汞、N2吸附、CO2吸附相結(jié)合的方法對(duì)頁巖孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行綜合表征，分析孔隙發(fā)育主控因素，建立頁巖孔隙演化模式，對(duì)四川盆地五峰組-龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖氣勘探開發(fā)具有重要的借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

1.1 構(gòu)造地層發(fā)育特征

涪陵頁巖氣田處于四川盆地東北向弧形展布的川東褶皺帶東南部，川東高陡褶皺帶的南段，萬縣復(fù)向斜、方斗山背斜和石柱復(fù)向斜構(gòu)造的結(jié)合部位，整體表現(xiàn)為南東向北西的擠壓逆沖特征，且南北具有分段特征。

涪陵頁巖氣田主要的勘探開發(fā)層系為海相含油氣系統(tǒng)上奧陶統(tǒng)五峰組至下志留統(tǒng)龍馬溪組下部頁巖地層。根據(jù)頁巖的巖性，電性等特征，前人將涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖由下到上分成9個(gè)小層(見圖1)。1～5小層位于下部，是目前頁巖氣勘探開發(fā)主要目的層段，孔隙度平均值約為3.79%；6～9小層位于上部，是頁巖氣勘探開發(fā)次要目的層段，孔隙度平均值約為3.08%，呈現(xiàn)出孔隙度越高，產(chǎn)量越高的規(guī)律。

涪陵地區(qū)五峰組-龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)泥頁巖主要發(fā)育三種巖相，由下往上依次是硅質(zhì)頁巖相(S-3)、泥硅混合質(zhì)頁巖相(M-2)和含硅泥質(zhì)頁巖相(CM-1)。不同巖相間的孔隙度差異很大，整體上呈現(xiàn)硅質(zhì)頁巖相最高，泥硅混合質(zhì)頁巖相次之，含硅泥質(zhì)頁巖相最低的規(guī)律。

(據(jù)文獻(xiàn)[15]修改。Modified according to reference [15].)圖1 四川盆地涪陵地區(qū)焦頁1井五峰組-龍馬溪組層序及巖相發(fā)育特征Fig.1 Stratigraphic sequence and lithofacies development characteristics of Wufeng-Longmaxi Formations of JY 1 in Fuling area,Sichuan Basin

1.2 五峰組-龍馬溪組沉積條件

從原始沉積條件來看，富有機(jī)質(zhì)頁巖的發(fā)育主要集中在五峰組及龍馬溪組海進(jìn)體系域和龍馬溪組早期高位體系域。五峰組-觀音橋段為充填沉積初期，上揚(yáng)子海域主要為局限的陸棚環(huán)境[6]。奧陶系-志留系早期，全球氣候逐漸轉(zhuǎn)暖[7-8]，海平面上升，在華南地區(qū)引起了廣泛的海侵[9]，同時(shí)，持續(xù)的二幕火山噴發(fā)，一直延續(xù)到早志留世層序最大海侵期，形成了頁理發(fā)育的富有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁巖和富硅泥質(zhì)頁巖。而后，四川盆地西部，南部的古陸不斷抬升，廣西運(yùn)動(dòng)由東南向西北持續(xù)推進(jìn)，導(dǎo)致上揚(yáng)子地區(qū)開始出現(xiàn)持續(xù)性海退，陸源輸入逐漸增強(qiáng)，發(fā)育了大量的粉砂質(zhì)條帶頁巖，構(gòu)造的快速抬升產(chǎn)生大量重力流沉積，使得龍馬溪組沉積晚期有機(jī)質(zhì)含量的顯著降低[10]。

1.3 樣品信息

為了精確表征與評(píng)價(jià)四川盆地涪陵地區(qū)五峰-龍馬溪組頁巖孔隙系統(tǒng)，選取了涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊、平橋區(qū)塊和白馬區(qū)塊典型井頁巖樣品進(jìn)行測(cè)試分析，井位平面分布見圖2，測(cè)試樣品均來自五峰-龍馬溪組，井位分布盡量選擇遠(yuǎn)離斷層位置，取樣巖心完整，測(cè)試(生產(chǎn))產(chǎn)量覆蓋了高產(chǎn)、中產(chǎn)、低產(chǎn)井。

圖2 研究井位圖Fig.2 Location of study wells

2 五峰組-龍馬溪組頁巖孔隙類型及定量表征

2.1五峰組-龍馬溪組頁巖孔隙類型

對(duì)于有機(jī)質(zhì)頁巖而言，儲(chǔ)層中的孔隙是頁巖氣主要的富集空間。頁巖孔隙主要有基于基質(zhì)相關(guān)性的孔隙分類和按孔徑大小的孔隙分類兩種模式，目前使用最廣泛的是以Loucks的分類方案為代表的基于基質(zhì)相關(guān)性的孔隙分類方法，將頁巖孔隙分為有機(jī)質(zhì)孔隙、礦物顆粒間孔隙和粒內(nèi)孔隙，以及微裂縫[11-14]。巖石孔徑尺度的變化范圍廣泛，國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的孔徑分類方案遵循Rouquerol的分類方案[16]將孔隙按照寬度的變化特征分為微孔隙(Micropore，φ<2 nm)，中孔隙(或介孔隙Mesopore，2 nm<φ<50 nm)，大孔隙(或宏孔隙Macropore，φ>50 nm)。筆者對(duì)焦石壩區(qū)塊、平橋區(qū)塊和白馬區(qū)塊龍馬溪組頁巖樣品進(jìn)行氬離子拋光處理后，再通過FE-SEM掃描電鏡觀測(cè)涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖樣品，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)發(fā)育的微觀孔隙類型以有機(jī)質(zhì)孔隙為主，同時(shí)還發(fā)育少量無機(jī)孔和微裂縫(見圖3)。

2.1.1 有機(jī)質(zhì)孔隙 有機(jī)孔是龍馬溪組頁巖中最為發(fā)育的孔隙類型(見圖3(a)、圖3(b))，孔隙形狀具有多種形態(tài)，多邊形狀有機(jī)孔通常位于有機(jī)質(zhì)與礦物顆粒的交界處，有機(jī)質(zhì)內(nèi)部通常發(fā)育圓形、橢圓狀孔隙、棱角狀孔隙、彎月狀孔隙、海綿狀孔隙、不規(guī)則狀孔隙、與礦物相關(guān)的有機(jī)質(zhì)孔以及被礦物包圍的孤立有機(jī)質(zhì)孔。頁巖中發(fā)育的有機(jī)質(zhì)孔隙主要與有機(jī)質(zhì)的生烴演化相關(guān)，通常Ro到達(dá)0.6%之后，有機(jī)孔才開始發(fā)育。

2.1.2 無機(jī)孔 無機(jī)孔包括礦物顆粒粒間孔和粒內(nèi)孔。電鏡圖像下，龍馬溪組頁巖的粒間孔(見圖3(c))常見于淺灰色的礦物顆粒周圍，這些孔隙可見于塑性顆粒(粘土礦物、泥質(zhì)顆粒)或脆性礦物(石英、長石、方解石)的邊界。孔隙分布不均勻，形狀不規(guī)則，多呈狹縫狀、棱角狀或楔狀)。粒間孔通常連通性較好，孔徑尺度變化大，較為發(fā)育，是游離氣聚集的重要場(chǎng)所。粒內(nèi)孔(見圖3(d))形狀多為圓狀、橢圓狀和棱角狀以及黃鐵礦內(nèi)密集分布的粒內(nèi)孔。粒內(nèi)孔連通性較差，數(shù)量較少，孔徑尺度變化大，對(duì)頁巖氣儲(chǔ)集的貢獻(xiàn)不如有機(jī)孔和粒間孔。

2.1.3 微裂縫 大量發(fā)育的微裂縫對(duì)頁巖氣賦存的貢獻(xiàn)最大。電鏡圖像下，龍馬溪組頁巖微裂縫(見圖3(e)、圖3(f))包括有機(jī)質(zhì)與礦物基質(zhì)接觸部位的裂縫、不同礦物間隙存在微裂縫、礦物顆粒內(nèi)微裂縫、在相同方向上存在平行密集的微裂縫、朝同一方向聚攏的密集微裂縫、對(duì)稱微裂縫以存在轉(zhuǎn)向和間斷的裂縫。不少學(xué)者認(rèn)為微裂縫的形成機(jī)制與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、有機(jī)質(zhì)生烴的輕微超壓等有關(guān)。

((a)橢圓形有機(jī)質(zhì)孔，JY1 (2 382 m)；(b)圓形、橢圓形有機(jī)質(zhì)孔，JY1 (2 382 m)；(c)粒內(nèi)孔，JY41-5(2 568.5 m)；(d)有機(jī)孔、粒內(nèi)孔，JY41-5 (2 525.13 m)；(e)微裂縫，JY145-2(2 368.5 m)；(f)微裂縫，JY41-5 (2 585.4 m)。(a)Oval organic matter pore,JY1(2 382 m);(b)Circular and oval organic matter pore,JY1(2 382 m);(c)Intragranular pore,JY41-5(2 568.5 m);(d)Organic matter pore and intragranular pore,JY41-5 (2 525.13 m);(e)Microfracture,JY145-2(2 368.5 m);(f)Microfracture,JY41-5 (2 585.4 m).)圖3 四川盆地涪陵地區(qū)龍馬溪組不同類型孔隙FE-SEM圖像Fig.3 Image of different types of pore FE-SEM in Longmaxi formation in Fuling area,Sichuan Basin

2.2 五峰組-龍馬溪組頁巖孔隙定量表征

以四川盆地焦石壩主體區(qū)和平橋區(qū)塊五峰組-龍馬溪組頁巖為研究對(duì)象，根據(jù)各種測(cè)試方法的孔隙直徑測(cè)量范圍，選取低溫CO2吸附實(shí)驗(yàn)表征微孔(<2 nm)、N2吸附表征中孔(2～50 nm)、高壓壓汞實(shí)驗(yàn)表征宏孔(>50 nm)，對(duì)頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。

2.2.1 高壓壓汞實(shí)驗(yàn) 通過采集焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組不同深度的頁巖儲(chǔ)層的巖心樣品做壓汞實(shí)驗(yàn)，利用壓汞曲線數(shù)據(jù)分析壓汞實(shí)驗(yàn)下的頁巖孔體積隨孔徑分布如圖4所示，從圖上可以看出曲線有明顯的峰值，峰值偏向左側(cè)，峰值的孔徑區(qū)間范圍是10～18 nm之間，多數(shù)樣品的峰值都在10 nm左右，這也說明本地區(qū)頁巖的孔主要是發(fā)育中孔。10 nm左右的孔對(duì)孔體積的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50 nm以上的孔，表現(xiàn)出了中孔是孔體積的主要貢獻(xiàn)者，而宏孔貢獻(xiàn)極少。從圖4可以看出當(dāng)孔徑大于500 nm之后，孔體積已經(jīng)趨于0，表明亞微米-微米級(jí)孔隙對(duì)孔體積貢獻(xiàn)較低，焦石壩五峰組-龍馬溪頁巖主要是以納米級(jí)微孔發(fā)育，主要類型是微孔和中孔。

圖4 四川盆地涪陵地區(qū)焦頁1井五峰組-龍馬溪組頁巖宏孔孔體積隨孔徑分布Fig.4 The macropore volume distribution with pore size of shale in Wufeng -Longmaxi Formations of JY1 in Fuling Area,Sichuan Basin

2.2.2 低溫N2吸附實(shí)驗(yàn) 基于低溫N2吸附實(shí)驗(yàn)的頁巖累計(jì)孔體積、比表面積隨孔徑變化的分布特征見圖5(a)、(b)。8個(gè)小層都取樣測(cè)試，研究區(qū)目的層第2小層未取樣。從曲線形態(tài)可以看出，各小層的樣品曲線形態(tài)比較相似，都是從陡到緩。從圖5(a)、(b)可以看出，在2.5～4 nm孔徑區(qū)間內(nèi)，曲線的斜率普遍很大，說明在這個(gè)區(qū)間中孔的孔體積和比表面積累積最快，平均單孔對(duì)于孔體積和比表面積的貢獻(xiàn)最大，圖上可以看出這個(gè)區(qū)間內(nèi)的中孔累積孔體積占了總量的30%～40%，累積比表面積超過了總量的50%。目的層各小層對(duì)比得出，第8小層的中孔累積孔體積最大，數(shù)值為0.016 mL/g，第9小層的中孔累積孔體積最小，數(shù)值為0.011 mL/g。第3小層的中孔累積比表面積最大，數(shù)值為9.99 m2/g，第9小層的累積比表面積最小，數(shù)值為6.35 m2/g。研究區(qū)五峰組-龍馬溪目的層段頁巖的累積孔體積平均值為0.014 mL/g，累積比表面積平均值為8.21 m2/g。

((a)焦頁1井低溫N2吸附實(shí)驗(yàn)頁巖累計(jì)孔體積分布；(b)焦頁1井低溫N2吸附實(shí)驗(yàn)頁巖累計(jì)比表面積分布；(c)焦頁1井低溫CO2吸附實(shí)驗(yàn)頁巖累計(jì)孔體積分布；(d)焦頁1井低溫CO2吸附實(shí)驗(yàn)頁巖累計(jì)比表面積分布。(a)Accumulated hole volume distribution of shale by low temperature N2 adsorption experiment in JY1;(b)Accumulated specific surface area distribution by low-temperature N2 adsorption experiment in JY1;(c)Accumulated hole volume distribution of shale by low temperature CO2 adsorption experiment in JY1;(d)Accumulated specific surface area distribution by low-temperature CO2 adsorption experiment in JY1.)圖5 四川盆地涪陵地區(qū)焦頁1井低溫N2、CO2吸附實(shí)驗(yàn)頁巖孔徑特征分布圖Fig.5 Distribution of shale pore size characteristics by low-temperature N2 and CO2 adsorption experiments of JY1 in Fuling area,Sichuan Basin

2.2.3 低溫CO2吸附實(shí)驗(yàn) 圖5(c)、(d)顯示了低溫CO2吸附測(cè)試所得微孔累積孔體積及累積比表面積與孔徑的關(guān)系，共有8小層取樣測(cè)試，研究區(qū)目的層第2小層未取樣。從曲線形態(tài)可以看出，曲線形態(tài)都是先陡后緩，斜率左邊大右邊小，而且各小層的樣品曲線形態(tài)是比較相似，說明微孔累積孔體積及累積比表面積隨孔徑的分布是規(guī)律性的。從圖5(c)、(d)可以看出，在0.3～0.6 nm孔徑區(qū)間內(nèi)，曲線的斜率最大，說明在這個(gè)區(qū)間微孔的孔體積和比表面積累積最快，平均單孔對(duì)于孔體積和比表面積的貢獻(xiàn)較大，圖上可以看出這個(gè)區(qū)間內(nèi)的累積孔體積和累積比表面積是超過了總量的50%。目的層各小層對(duì)比得出，第3小層的累積孔體積和累積比表面積最大，其中累積孔體積0.007 8 mL/g，累積比表面積26.2 m2/g。第1小層的累積孔體積和累積比表面積最小，其中累積孔體積0.004 9 mL/g，累積比表面積15.5 m2/g。整個(gè)目的層累積孔體積平均值為0.006 0 mL/g，累積比表面積平均值為19.44 m2/g。

3 五峰組-龍馬溪組頁巖孔隙特征及形成控制因素

3.1 五峰組-龍馬溪組頁巖孔隙特征

3.1.1 頁巖有機(jī)孔特征 通過掃描電鏡圖像進(jìn)行孔隙類型定性分析，而后對(duì)掃描電鏡圖像做圖像處理提取孔隙，并按照大小對(duì)孔隙進(jìn)行分類，進(jìn)而求得有機(jī)孔面孔率。圖6給出了平橋地區(qū)JY182-6井五峰組-龍馬溪組頁巖巖心樣品有機(jī)質(zhì)孔徑、面孔率分析結(jié)果。有機(jī)孔孔徑分布范圍在0.84～500 nm之間，有機(jī)孔徑主要分布在2～50 nm之間，有機(jī)孔以中孔為主，其中，平橋地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖1～3小層有機(jī)孔徑的分布范圍在2.64～500 nm，平均值為30.60 nm，主峰區(qū)間在10～40 nm；4～5小層有機(jī)孔徑的分布范圍在2.64～500 nm，平均值為39.83 nm主峰區(qū)間在10～50 nm。綜合分析547張掃描電鏡照片得出平橋地區(qū)頁巖儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)孔隙的面孔率介于0.34%～31.76%，平均值是11.60%。其中1～3小層有機(jī)孔面孔率介于1.79%～23.41%，平均11.35%；4～5小層有機(jī)孔面孔率介于0.87%～28.35%，平均13.88%。從面孔率頻率分布直方圖可以看出研究區(qū)面孔率主要分布在4%～8%，8%～12%，12%～16%這三個(gè)區(qū)間，隨著面孔率增大頻數(shù)有下降的趨勢(shì)。

((a)1～3小層有機(jī)孔孔徑頻數(shù)分布直方圖；(b)4～5小層有機(jī)孔孔徑頻數(shù)分布直方圖；(c)1～3小層有機(jī)孔面孔率頻數(shù)分布直方圖；(d)4～5小層有機(jī)孔面孔率頻數(shù)分布直方圖。(a)Histogram of frequency distribution of organic pore diameter in Layer 1～3;(b)Histogram of frequency distribution of organic pore diameter in Layer 4～5;(c)Histogram of frequency distribution of face rate in Layer 1～3;(d)Histogram of frequency distribution of face rate in Layer 4～5.)圖6 四川盆地涪陵地區(qū)焦頁182-6井五峰組-龍馬溪頁巖有機(jī)孔孔徑和面孔率分層頻數(shù)分布直方圖Fig.6 Histogram of stratified frequency distribution of organic pore diameter and face rate of the shale from Wufeng-Longmaxi formations of JY182-6 in Fuling area,Sichuan Basin

3.1.2頁巖無機(jī)孔特征 采用同樣的方法進(jìn)行無機(jī)孔孔徑和面孔率的計(jì)算，分析結(jié)果如圖7所示。根據(jù)分析數(shù)據(jù)可以得出平橋地區(qū)五峰組-龍馬溪無機(jī)孔徑分布范圍在4.03～500 nm之間，無機(jī)孔徑主要分布在2～50 nm之間，無機(jī)孔以中孔為主，其中，平橋地區(qū)五峰組-龍馬溪頁巖1～3小層無機(jī)孔徑的分布范圍在7.84～500 nm，平均值為68.70 nm，主峰區(qū)間在10～60 nm；4～5小層無機(jī)孔徑的分布范圍在7.76～500 nm，平均值為94.74 nm，主峰區(qū)間在10～100 nm。研究區(qū)無機(jī)孔面孔率介于0.16%～20.52%，平均4.39%。其中1～3小層無機(jī)孔面孔率介于0.16%～15.69%，平均3.10%；4～5小層無機(jī)孔面孔率介于0.25%～20.52%，平均4.99%。從面孔率頻率分布直方圖可以看出研究區(qū)面孔率主要分布在0～2%，4%～6%這兩個(gè)區(qū)間，隨著面孔率增大頻數(shù)有下降的趨勢(shì)；各層的有機(jī)面孔率相比無機(jī)面孔率高，由此可見平橋地區(qū)五峰組-龍馬溪頁巖的頁巖氣主要存儲(chǔ)在有機(jī)孔中。焦石壩和白馬地區(qū)也呈現(xiàn)同樣的特征。

((a)1～3小層無機(jī)孔孔徑頻數(shù)分布直方圖；(b)4～5小層無機(jī)孔孔徑頻數(shù)分布直方圖；(c)1～3小層無機(jī)孔面孔率頻數(shù)分布直方圖；(d)4～5小層無機(jī)孔面孔率頻數(shù)分布直方圖。(a)Histogram of frequency distribution of inorganic pore diameter in Layer 1～3;(b)Histogram of frequency distribution of inorganic pore diameter in Layer 4～5;(c)Histogram of frequency distribution of face rate in Layer 1～3;(d)Histogram of frequency distribution of face rate in Layer 4～5.)圖7 四川盆地涪陵地區(qū)焦頁182-6井五峰組-龍馬溪頁巖無機(jī)孔孔徑、面孔率分層頻數(shù)分布直方圖Fig.7 Histogram of stratified frequency distribution of inorganic pore diameter and face rate of the shale from Wufeng-Longmaxi formations of JY182-6 in Fuling area,Sichuan Basin

3.2 五峰組-龍馬溪組頁巖孔隙形成控制因素

頁巖微觀孔隙(尤其是有機(jī)孔隙)的成因及其發(fā)育演化是頁巖儲(chǔ)層研究的熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域。目前，中外學(xué)者已定性-半定量地探討了沉積環(huán)境、構(gòu)造背景、礦物組分、有機(jī)質(zhì)含量、有機(jī)質(zhì)類型、成熟度等因素對(duì)頁巖孔隙的影響機(jī)制。研究區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖的沉積環(huán)境，有機(jī)質(zhì)類型和成熟度相似，因而本文主要探討礦物組分、有機(jī)質(zhì)含量對(duì)頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的控制作用。

3.2.1 TOC含量 從孔體積和孔隙度與TOC含量交匯圖來看(見圖8(a)、(b))，含硅泥質(zhì)頁巖、泥硅混合質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖孔體積和TOC相關(guān)系數(shù)較高，呈正相關(guān)關(guān)系；含硅泥質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖孔隙度和TOC相關(guān)系數(shù)較高，泥硅混合質(zhì)頁巖孔隙度和TOC相關(guān)系數(shù)較低，也均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，這表明TOC含量與孔隙發(fā)育息息相關(guān)，是富有機(jī)質(zhì)頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的重要貢獻(xiàn)者，這與前人研究具有良好的一致性[17-19]。

3.2.2 石英含量 從孔體積和孔隙度與石英含量交匯圖來看(見圖8(c)、(d))，硅質(zhì)頁巖相石英含量與孔體積和孔隙度相關(guān)系數(shù)較高，呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系，含硅泥質(zhì)頁巖相、泥硅混合質(zhì)頁巖相石英含量與孔體積和孔隙度雖呈正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較低，說明石英含量對(duì)孔隙發(fā)育具有重要貢獻(xiàn)。作為海相富有機(jī)質(zhì)頁巖中最主要的剛性顆粒，石英具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性，對(duì)孔隙可以起到良好的支撐作用。

3.2.3 粘土礦物含量 從孔體積和孔隙度與黏土礦物含量交匯圖來看(見圖8(e)、(f))，含硅泥質(zhì)頁巖黏土含量和孔體積相關(guān)系數(shù)較高，呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，同時(shí)相較于含硅泥質(zhì)頁巖相和泥硅混合質(zhì)頁巖相，硅質(zhì)頁巖相中粘土礦物含量與孔隙度和孔體積的相關(guān)性更強(qiáng)。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是粘土含量具有機(jī)械不穩(wěn)定性，如果沒有足夠的剛性顆粒，粘土含量的增加會(huì)使孔隙被破壞[12,20]。

(S-3：硅質(zhì)頁巖相；CM-1：含硅泥質(zhì)頁巖相；M-2：泥硅混合質(zhì)頁巖相。S-3:Siliceous shale lithofacies;CM-1:Siliceous argillaceous shale lithofacies;M-2:Mud-silicon shale.)圖8 不同巖相孔體積和孔隙度與TOC、石英和粘土礦物含量交匯圖Fig.8 Intersection diagram of pore volume and porosity of different lithofacies and TOC,quartz and clay content

4 五峰組-龍馬溪組頁巖孔隙演化模式

為了研究頁巖孔隙演化，筆者借鑒全球已發(fā)表的不同成熟度頁巖孔隙演化規(guī)律和模式[21]，將五峰組-龍馬溪組頁巖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)投到其它地區(qū)頁巖孔隙演化模式上(見圖9)。總體來看，頁巖的孔隙度隨著成熟度增加開始大幅增加，在鏡質(zhì)體反射率約為1.8%時(shí)達(dá)到最大值，而后開始降低，五峰組-龍馬溪組頁巖由于過高的成熟度其孔隙度最低。無機(jī)孔面孔率隨著成熟度不斷減少，主要是壓實(shí)作用響應(yīng)，而無機(jī)孔孔徑在過成熟的五峰組-龍馬溪組頁巖反而異常增大，很可能是伊利石化產(chǎn)生了比較大的無機(jī)孔有關(guān)；隨著成熟度增加，在過成熟五峰組-龍馬溪組頁巖宏孔和微孔大幅減少，中孔有一定幅度增加。通過對(duì)不同TOC含量的頁巖樣品有機(jī)孔統(tǒng)計(jì)，顯示隨著TOC增高，頁巖中高孔徑的孔隙增加，這很可能是由于在過成熟頁巖中有機(jī)質(zhì)造孔之間的合并變得頻繁，因而在過成熟頁巖中孔的比例增加(見圖10)。

((a)頁巖面孔率隨成熟度變化關(guān)系圖；(b)頁巖不同類型孔隙孔體積隨成熟度變化關(guān)系圖。(a)Relation diagram of shale face rate change with maturation;(b)Relation diagram of shale different types of pore volume change with maturation.)圖9 頁巖孔隙演化圖Fig.9 Shale pore evolution

圖10 TOC與頁巖有機(jī)孔分布直方圖Fig.10 Histogram of TOC and organic pore distribution of shale

5 結(jié)論

(1)涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖微觀孔隙類型以有機(jī)質(zhì)孔隙為主，同時(shí)還發(fā)育少量無機(jī)孔和微裂縫。焦石壩五峰組-龍馬溪頁巖氣主要存儲(chǔ)在有機(jī)孔中，吸附的主要場(chǎng)所是納米級(jí)微孔和中孔，宏孔和亞微米-微米級(jí)孔隙對(duì)孔體積貢獻(xiàn)較低。

(2)有機(jī)質(zhì)含量和礦物組分對(duì)頁巖孔隙結(jié)構(gòu)具有重要的控制作用。頁巖有機(jī)質(zhì)生孔能力強(qiáng)，硅質(zhì)頁巖支撐條件優(yōu)越，發(fā)育程度受多因素耦合作用的控制，較高有機(jī)質(zhì)含量、硅質(zhì)頁巖相為有利的孔隙發(fā)育條件。

(3)四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖中孔隙演化主要是有機(jī)孔演化。有機(jī)質(zhì)熱演化程度對(duì)頁巖孔隙的控制作用明顯，頁巖孔隙度隨著成熟度增加開始大幅增加，在鏡質(zhì)體反射率約為1.8%時(shí)達(dá)到最大值，適中的熱演化程度對(duì)頁巖孔隙發(fā)育最為有利；隨著成熟度增加，五峰組-龍馬溪組頁巖宏孔和微孔大幅減少，中孔有一定幅度增加，可能是與在過成熟頁巖中孔間的合并變得頻繁有關(guān)。